EP4390125A1 - Doppelkolbenpumpe mit axial verschiebbarem steuerkolben - Google Patents

Doppelkolbenpumpe mit axial verschiebbarem steuerkolben Download PDF

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EP4390125A1
EP4390125A1 EP23215203.3A EP23215203A EP4390125A1 EP 4390125 A1 EP4390125 A1 EP 4390125A1 EP 23215203 A EP23215203 A EP 23215203A EP 4390125 A1 EP4390125 A1 EP 4390125A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
piston
piston pump
double
control piston
working
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23215203.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dirk Wenning
Chris Wenning
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Puwe GmbH
Original Assignee
Puwe GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Puwe GmbH filed Critical Puwe GmbH
Publication of EP4390125A1 publication Critical patent/EP4390125A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B15/00—Pumps adapted to handle specific fluids, e.g. by selection of specific materials for pumps or pump parts
    • F04B15/02—Pumps adapted to handle specific fluids, e.g. by selection of specific materials for pumps or pump parts the fluids being viscous or non-homogeneous
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B23/00—Pumping installations or systems
    • F04B23/04—Combinations of two or more pumps
    • F04B23/06—Combinations of two or more pumps the pumps being all of reciprocating positive-displacement type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B15/00—Pumps adapted to handle specific fluids, e.g. by selection of specific materials for pumps or pump parts
    • F04B15/02—Pumps adapted to handle specific fluids, e.g. by selection of specific materials for pumps or pump parts the fluids being viscous or non-homogeneous
    • F04B2015/026—Pumps adapted to handle specific fluids, e.g. by selection of specific materials for pumps or pump parts the fluids being viscous or non-homogeneous with a priming plunger or piston ahead of the pumping piston and connected on the same piston rod

Definitions

  • the present invention relates to a double piston pump for conveying highly viscous media according to the feature in the preamble of claim 1.
  • a double piston pump is known in which two parallel pistons, also called working pistons, transport a highly viscous medium via the pressure and suction sides.
  • Such piston pumps are used in particular in agricultural facilities to transport highly viscous media such as animal excrement, liquid manure or solid manure as well as substrate from energy crops.
  • the media to be transported have almost solid-like properties and have In addition, clumps, impurities and foreign bodies, such as stones, are present.
  • the object of the present invention is therefore to provide a piston pump which has little wear during operation, requires little maintenance and, in particular, enables filtering or separation of foreign bodies during operation.
  • the double piston pump according to the invention is suitable for transporting highly viscous media. It has a base housing. Two pistons, also called working pistons, are arranged on the base housing. These pistons run in a working cylinder. The pistons can accommodate a relatively large volume. One piston always works in suction mode and the other piston in pressure mode. When the top dead center or bottom dead center is reached, the work allocations change. The working piston from suction mode goes into pressure mode and the piston coming from pressure mode goes into suction mode. The high-viscosity medium is sucked in from a suction channel and is then located in the cylinder of the working piston and is pushed out via the pressure side with the next stroke.
  • an axially displaceable control piston is provided, which is arranged in the base housing.
  • the base housing preferably has three adjacent working chambers.
  • the control piston is arranged to be axially displaceable, at least partially, through the working chambers.
  • the working chambers are separated by the control piston in such a way that two working chambers are connected to one another in a fluid-technical manner and the third working chamber is separated from it in a fluid-technical manner. If the control piston is moved from an axial movement to the opposite axial position, a middle working chamber, which was initially separated from the third working chamber, is connected to it in a fluid-technical manner. The other working chamber, which was previously connected to the middle working chamber, is separated from it in a fluid-technical manner. This ensures that the suction operation and pressure operation of the working piston are controlled in each case.
  • the working chambers are preferably arranged next to one another in the base housing in relation to the horizontal direction.
  • the working chambers are arranged above a central intake chamber.
  • the central intake chamber is connected to an external chamber in a fluid-technical manner.
  • the intake chamber is connected to or separated from the central working chamber via the control piston.
  • cylinder liners are provided, in particular two cylinder liners are arranged axially spaced from each other.
  • Each cylinder liner preferably has recesses or openings running radially around a central length section, depending on the position of the control piston.
  • the control piston itself preferably has two piston heads located opposite each other at axial ends.
  • the piston heads run into the Cylinder liners slide. This sliding occurs due to the liquid content of the highly viscous medium.
  • the radially circumferential openings of the cylinder liners are in particular designed to be circumferentially wave-shaped. This offers two advantages according to the invention, which are explained below.
  • a first advantage of the wave-shaped opening is the fact that when the control piston is moved from one position to the other, a scissor mechanism occurs due to the wave shape.
  • the highly viscous medium and in particular solids or clumps in the medium are broken down or removed from the liner using the scissor principle. Clogging or blocking is thus avoided and the abrasive wear that affects the control piston is also reduced.
  • the double piston pump according to the invention can therefore run error-free and with little maintenance, even in continuous delivery mode.
  • the horizontally arranged control piston has another fundamental advantage.
  • a pressure equalization occurs from the pressure side or overpressure side to the suction side or underpressure side.
  • This pressure equalization is controlled in particular according to the invention in such a way that a short pressure pulse occurs.
  • This pressure pulse sediments existing solids, in particular foreign bodies and particularly preferably stones or petrified substances, in such a way that they sink into the suction chamber located below in the vertical direction. This makes it possible to filter solids and foreign substances at the same time with the double piston pump. These foreign substances or stones can then be removed via inspection hatches or by opening the base housing.
  • the pressure pulse can be generated in such a way that the axial distance between the openings of the respective cylinder liner of the piston head of the control piston is slightly greater than the axial length of the piston head.
  • these are the two maximum deflections of the waveform.
  • the cross-sectional area of the suction chamber is more than 2 times, preferably more than 2.5 times, in particular 3 times as large as the cross-section of the suction line.
  • the inflowing medium will therefore not pass through the entire cross-section of the suction chamber when flowing through the suction chamber into the work chambers above. This means that sedimented or deposited stones can collect on the bottom without being carried away by the flow.
  • the pump is designed to be low-wear and resistant to foreign bodies. It has a high suction power, which always corresponds to 0.6 to 0.8 bar. Overall, pressures of up to 10 bar are possible with low maintenance costs and flow reliability.
  • the double piston pump can provide 55 m 3 /h of highly viscous medium with an 11 kW drive.
  • FIG. 1 shows the double piston pump 1 according to the invention in a front view.
  • the double piston pump 1 has a base housing 2 arranged centrally at the bottom in relation to the vertical direction V.
  • the base housing 2 has the configuration of a trough.
  • a central suction chamber 3 is arranged at the bottom in relation to the vertical direction V.
  • at least three working chambers 4, 6 are arranged, which are not shown in detail, with a centrally arranged working chamber 5 being coupled on a pressure side to a discharge line 7 for discharging the sucked-in or pumped medium.
  • the two external working chambers are each connected to the suction chamber 3 in a fluid-technically conductive manner. Between them is a control piston 13, not shown in detail here.
  • the control piston 13 is mounted so that it can be moved axially in the horizontal direction H.
  • Two pistons 8, 9, in particular working pistons, are arranged on the base housing 2.
  • the pistons 8, 9 are used for suction and, by means of excess pressure, for pumping out the sucked-in medium.
  • stylized hydraulic piston rods are mounted in a housing above the pistons 8, 9, which cause the respective retraction and extension movement of the pistons in the axial direction.
  • Mounting arms 11 are arranged to protrude from the sides. Hydraulic cylinders 16 are also arranged in the mounting arms 11. The hydraulic cylinders 16 serve for the axial movement of the control piston 13 (not shown in detail) in the horizontal direction H.
  • FIG. 2 A medium (not shown in detail) is sucked into the central suction chamber 3 via the suction line 12.
  • the control piston 13 shown here has two piston heads 14 spaced axially from one another.
  • the piston heads 14 are coupled to one another via a piston rod 15.
  • Hydraulic drives arranged on the left and right cause a displacement of the control piston 13 in the horizontal direction H.
  • the right piston 9, related to the image plane, is in pressure mode
  • the left piston 8, related to the image plane is in suction mode.
  • a respective cylinder 17 of the pistons 8, 9 is thus either sucked full of a medium in the case of piston 8 or, in the case of piston 9, the medium is pushed out of piston 9.
  • working chambers 5 and 6 are fluidically connected to one another so that the medium is pumped out of cylinder 17 of piston 9 and conveyed through working chamber 6 into the central, middle working chamber 5 and then into discharge line 7.
  • the left piston head 14 separates the left working chamber 4 from the central working chamber 5.
  • the central suction chamber 3 or suction line 12 and piston 8 are fluidically connected to one another so that suction operation takes place here.
  • the working direction is changed.
  • the left piston 8 in relation to the image plane then pushes the previously sucked in medium into discharge line 7.
  • Piston 9 sucks in new medium.
  • the control piston 13 would be moved completely to the left-hand image plane, although this is not shown.
  • the working chambers 4 and 5 are then fluidically connected to one another and the working chamber 5 is separated from the working chamber 6.
  • two cylinder liners 18 are arranged at a distance from one another in the axial direction. These cylinder liners 18 have recesses or holes running radially around a middle length section 19. These holes can also be referred to as slots.
  • Remaining webs 20 connect a left and right part of the cylinder liner 18 to one another.
  • the respective piston head 14 of the control piston 13 passes through these recesses when the control piston 13 is adjusted in the axial direction.
  • the recesses are provided with a wave shape 21 running radially around. If, contrary to expectations, dirt or clumps get between the edge of the recess on the wave shape 21 and the piston head 14, they are sheared off according to the principle of scissors. This measure according to the invention prevents the piston 13 from jamming.
  • FIG. 3 A second aspect essential to the invention is Figure 3 shown.
  • the control piston 13 is in a middle position, so that a transition from the suction side to the pressure side can be seen on the respective piston 8, 9.
  • This pressure pulse 22 makes it possible to press impurities present in the medium, in particular sediments 23 or stones, out of the medium or into a lower corner shown here.
  • these impurities can be removed via an inspection flap (not shown in detail). This makes it possible to filter this highly viscous medium of a biogas plant.
  • Sediments 23 or stones are not fundamentally transported along, so that no oversaturation of stone material occurs during the continuous operation of a biogas plant at the subsequent processing stations or in the container of the biogas plant itself.
  • a distance 24 of the maximum deflection of the waveform 21 is slightly larger, preferably 1.01 to 1.1 times, particularly preferably 1.01 to 1.02 times, than the axial length 25 of the piston head 14.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Doppelkolbenpumpe (1) zum Befördern hochviskoser Medien, aufweisend zwei angeordnete Kolben (8, 9), wobei jeder Kolben (8, 9) von einem Antrieb angetrieben ist und einen axial verschiebbaren Steuerkolben (13), welcher in einem Basisgehäuse (2) angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass in dem Basisgehäuse (2) drei Arbeitsräume (4, 5, 6) vorgesehen sind, wobei die Arbeitsräume durch den Steuerkolben (13) separiert sind, dergestalt, dass zwei Arbeitsräume (4, 5) fluidtechnisch leitend miteinander verbunden sind und der weitere Arbeitsraum (6) von diesen fluidtechnisch leitend separiert ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Doppelkolbenpumpe zum Befördern hochviskoser Medien gemäß dem Merkmal im Oberbegriff von Anspruch 1.
  • Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise durch die DE 10 2004 054 606 A1 eine Doppelkolbenpumpe bekannt, bei der zwei parallel angeordnete Kolben, auch Arbeitskolben genannt, über Druck- und Saugseite ein hochviskoses Medium befördern.
  • Solche Kolbenpumpen werden insbesondere in landwirtschaftlichen Einrichtungen eingesetzt, um hochviskose Medien wie beispielsweise tierische Exkremente, Gülle oder auch Festmist sowie Substrat von Energiepflanzen zu befördern. Die zu befördernden Medien haben nahezu feststoffförmige Eigenschaften und weisen darüber hinaus Verklumpungen, Verunreinigungen sowie Fremdkörper, beispielsweise Steine auf.
  • Das in Rede stehende Einsatzspektrum einer solchen Pumpe ist hart und widrig. Die Pumpe ist einem hohen abrasiven Verschleiß ausgesetzt. Die Pumpen müssen ferner nahezu im Dauereinsatz laufen. Ausfallzeiten sowie Revisionszeiten sind möglichst zu vermeiden.
  • Darüber hinaus können aufgrund der zu befördernden Medien keine Siebe oder Filtertechniken eingesetzt werden, da diese unmittelbar bei anstehendem Medium irreversibel in Förderrichtung verstopfen.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Kolbenpumpe bereitzustellen, die im Betrieb einen geringen Verschleiß aufweist, einen geringen Wartungsaufwand aufweist und insbesondere eine Filterung bzw. Separierung von Fremdkörpern im laufenden Betrieb ermöglicht.
  • Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Doppelkolbenpumpe zum Befördern hochviskoser Medien mit dem Merkmal im Anspruch 1 gelöst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungsvarianten sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Die erfindungsgemäße Doppelkolbenpumpe eignet sich zum Befördern hochviskoser Medien. Sie weist ein Basisgehäuse auf. Auf dem Basisgehäuse sind zwei Kolben, auch Arbeitskolben genannt, angeordnet. Diese Kolben laufen in einem Arbeitszylinder. Die Kolben können ein relativ großes Volumen aufnehmen. Ein Kolben arbeitet dabei immer im Saugbetrieb und der andere Kolben im Druckbetrieb. Ist jeweils der obere Totpunkt bzw. untere Totpunkt erreicht, ändern sich die Arbeitszuteilungen. Der Arbeitskolben aus dem Saugbetrieb geht in den Druckbetrieb über und der aus dem Druckbetrieb kommende Kolben geht in den Saugbetrieb über. Von einem Ansaugkanal her wird das Hochviskosemedium angesaugt und befindet sich dann in dem Zylinder des Arbeitskolbens und wird mit dem nächsten Hub über die Druckseite ausgeschoben.
  • Damit eine unterschiedliche Zuteilung der jeweiligen Arbeitsabläufe an die Kolben erfolgt, ist ein axial verschiebbarer Steuerkolben vorgesehen, welcher in dem Basisgehäuse angeordnet ist.
  • Das Basisgehäuse weist dazu bevorzugt drei nebeneinanderliegende Arbeitsräume auf. Der Steuerkolben ist die Arbeitsräume, zumindest teilweise, durchgreifend axial verschiebbar angeordnet. Die Arbeitsräume sind dabei durch den Steuerkolben separiert, dergestalt, dass zwei Arbeitsräume fluidtechnisch leitend miteinander verbunden sind und der weitere dritte Arbeitsraum von diesem fluidtechnisch leitend separiert ist. Wird der Steuerkolben von einer axialen Bewegung in die gegenüberliegende axiale Stellung bewegt, so wird ein mittlerer Arbeitsraum, welcher zunächst von dem dritten Arbeitsraum separiert war, mit diesem fluidtechnisch verbunden. Der weitere Arbeitsraum, der zuvor mit dem mittleren Arbeitsraum verbunden war, wird von diesem fluidtechnisch leitend separiert. Hierdurch wird sichergestellt, dass jeweils Saugbetrieb und Druckbetrieb des Arbeitskolbens gesteuert wird.
  • Die Arbeitsräume sind vorzugsweise auf die Horizontalrichtung bezogen, nebeneinander in dem Basisgehäuse angeordnet. Die Arbeitsräume sind oberhalb eines zentralen Ansaugraumes angeordnet. Der zentrale Ansaugraum ist dabei mit einem jeweils außenliegenden Außenraum fluidtechnisch leitend verbunden. Über den Steuerkolben wird jeweils der Ansaugraum mit dem mittleren Arbeitsraum verbunden bzw. von diesem separiert.
  • Damit der Steuerkolben in dem Basisgehäuse gelagert ist, sind Zylinderlaufbuchsen vorgesehen, insbesondere sind zwei axial zueinander beabstandete Zylinderlaufbuchsen angeordnet.
  • Eine jede Zylinderlaufbuchse weist bevorzugt in einem mittleren Längenabschnitt radial umlaufend Ausnehmungen bzw. Öffnungen auf, je nach Position des Steuerkolbens.
  • Der Steuerkolben selbst weist vorzugsweise zwei an axialen Enden gegenüberliegende Kolbenköpfe auf. Die Kolbenköpfe laufen in den Zylinderlaufbuchsen gleitend. Diese Gleitung erfolgt aufgrund des Flüssigkeitsanteils des hochviskosen Mediums.
  • Die radial umlaufenden Öffnungen der Zylinderlaufbuchsen sind insbesondere umlaufend wellenförmig ausgebildet. Dies bietet erfindungsgemäß zwei Vorteile, die nachfolgend erläutert sind.
  • Ein erster Vorteil der wellenförmig umlaufenden Öffnung ist die Tatsache, dass bei Überführen des Steuerkolbens von einer Stellung in die andere Stellung aufgrund der Wellenform hier ein Scherenmechanismus eintritt. Das hochviskose Medium und insbesondere Feststoffe bzw. Verklumpungen in dem Medium werden nach dem Scherenprinzip zerkleinert bzw. aus der Laufbuchse entfernt. Ein Verstopfen bzw. Blockieren wird dadurch vermieden und auch der abrasive Verschleiß, welcher auf den Steuerkolben wirkt, wird vermindert. Die erfindungsgemäße Doppelkolbenpumpe kann somit fehlerunanfällig und wartungsarm, auch im Dauerförderbetrieb, laufen.
  • Grundlegend liegt dem horizontal angeordneten Steuerkolben ein weiterer Vorteil zugrunde. Bei Überführen des Steuerkolbens von einer Position in die andere Position zum Wechseln der Arbeitsrichtung des jeweiligen Doppelkolbens entsteht ein Druckausgleich von Druckseite bzw. Überdruckseite zu Saugseite bzw. Unterdruckseite. Dieser Druckausgleich wird insbesondere erfindungsgemäß derart gesteuert, dass ein kurzer Druckimpuls erfolgt. Durch diesen Druckimpuls werden vorhandene Feststoffe, insbesondere Fremdkörper und besonders bevorzugt Steine bzw. versteinerte Stoffe derart sedimentiert, dass sie in den, auf die Vertikalrichtung bezogen, untenliegenden Ansaugraum hinabsinken. Somit ist es möglich, Feststoffe und Fremdstoffe gleichzeitig mit der Doppelkolbenpumpe zu filtern. Über Revisionsklappen bzw. bei Öffnen des Basisgehäuses können dann diese Fremdstoffe bzw. Steine entnommen werden.
  • Besonders bevorzugt kann der Druckimpuls derart erzeugt werden, dass der axiale Abstand der Öffnungen der jeweiligen Zylinderlaufbuchse des Kolbenkopfes des Steuerkolbens geringfügig größer ist, als die axiale Länge des Kolbenkopfes. Insbesondere sind dies die zwei jeweils maximalen Auslenkungen der Wellenform. Bei Überführung des Steuerkolbens von einer Position in die andere Position und damit einem Druckausgleich von Saugseite zu Druckseite, wird somit eine minimale Öffnung nach dem Prinzip eines Ventils bereitgestellt, so dass ein kontrollierter und gesteuerter Druckimpuls in dem Basisgehäuse erzeugt wird. Bei weiterer Bewegung des Steuerkolbens sind bereits wieder Arbeitsräume voneinander separiert und es findet kein weiterer Druckausgleich statt.
  • Dass die Steine insbesondere an einem Boden des zentralen Ansaugraumes liegenbleiben, wird weiterhin dadurch unterstützt, dass die Querschnittsfläche des Ansaugraumes mehr als 2-mal, bevorzugt mehr als 2,5-mal, insbesondere 3-mal so groß ist im Vergleich zu dem Querschnitt der Ansaugleitung. Das nachströmende Medium wird somit bei Durchfließen des Ansaugraumes in die darüber befindlichen Arbeitsräume nicht jeweils den vollständigen Querschnitt des Ansaugraumes durchgreifen. Somit können sedimentierte bzw. abgelagerte Steine sich am Boden sammeln ohne dass sie von der Strömung wiederum mitgerissen werden.
  • Insgesamt ist somit die Pumpe verschleißarm und fremdkörperunempfindlich ausgebildet. Sie hat eine hohe Saugleistung, die jeweils immer 0,6 bis 0,8 bar entspricht. Insgesamt sind Drücke von bis zu 10 bar bei geringen Wartungskosten und Durchlaufsicherheit gegeben. Beispielsweise kann die Doppelkolbenpumpe 55 m3/h von hochviskosem Medium bei einem 11 kW Antrieb bereitstellen.
  • Weitere Vorteile, Merkmale, Eigenschaften, Aspekte der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung. Bevorzugte Ausgestaltungsvarianten werden in schematischen Figuren dargestellt. Diese zeigen:
    • Figur 1
    eine Doppelkolbenpumpe in perspektivischer Ansicht,
    Figur 2
    eine Längsschnittansicht durch die erfindungsgemäße Doppelkolbenpumpe mit Steuerkolben in einer Endstellung,
    Figur 3
    eine Längsschnittansicht gemäß Figur 2 mit Überführen des Steuerkolbens in einer Mittelposition zur Erzeugung eines Druckimpulses,
  • In den Figuren werden für gleiche oder ähnliche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet, auch wenn eine wiederholte Beschreibung aus Vereinfachungsgründen entfällt.
  • Figur 1 zeigt die erfindungsgemäße Doppelkolbenpumpe 1 in einer Frontansicht. Die Doppelkolbenpumpe 1 weist ein auf die Vertikalrichtung V bezogen unten zentral angeordnetes Basisgehäuse 2 auf. Das Basisgehäuse 2 hat die Konfiguration einer Wanne. In dem Basisgehäuse 2 ist ein, auf die Vertikalrichtung V bezogen, unten angeordneter, zentraler Ansaugraum 3 angeordnet. Darüber sind mindestens drei Arbeitsräume 4, 6 angeordnet, die nicht näher dargestellt, wobei ein mittig angeordneter Arbeitsraum 5 auf einer Druckseite mit einer Ableitung 7 zum Abführen des angesaugten bzw. gepumpten Mediums gekoppelt ist. Die beiden außenliegenden Arbeitsräume sind jeweils fluidtechnisch leitend mit dem Ansaugraum 3 verbunden. Dazwischen liegt ein hier nicht näher dargestellter Steuerkolben 13. Der Steuerkolben 13 ist in Horizontalrichtung H axial verschiebbar gelagert. Auf dem Basisgehäuse 2 sind zwei Kolben 8, 9, insbesondere Arbeitskolben, angeordnet. Die Kolben 8, 9 dienen dem Ansaugen sowie mittels Überdruck Abpumpen des angesaugten Mediums. Auf die Vertikalrichtung V bezogen oberhalb der Kolben 8, 9 sind stilisiert angeordnete hydraulische Kolbenstangen in einem Gehäuse gelagert, die die jeweilige Einfahr- bzw. Ausfahrbewegung der Kolben in Axialrichtung bewirken.
  • Seitlich abstehend sind jeweils Montagearme 11 angeordnet. In den Montagearmen 11 sind ebenfalls Hydraulikzylinder 16 angeordnet. Die Hydraulikzylinder 16 dienen der axialen Bewegung des nicht näher dargestellten Steuerkolbens 13 in Horizontalrichtung H.
  • Das Funktionsprinzip ist nunmehr in Figur 2 dargestellt. Über die Ansaugleitung 12 wird ein nicht näher dargestelltes Medium in den zentralen Ansaugraum 3 angesaugt. Der hier dargestellte Steuerkolben 13 weist zwei axial zueinander beabstandete Kolbenköpfe 14 auf. Die Kolbenköpfe 14 sind über eine Kolbenstange 15 miteinander gekoppelt. Jeweils links und rechts angeordnete hydraulische Antriebe bewirken eine Verschiebung des Steuerkolbens 13 in Horizontalrichtung H. Der auf die Bildebene bezogene rechte Kolben 9 ist im Druckbetrieb, der auf die Bildebene bezogene linke Kolben 8 ist im Saugbetrieb. Eine jeweiliger Zylinder 17 der Kolben 8, 9 wird somit entweder mit einem Medium im Falle des Kolbens 8 vollgesaugt bzw. im Falle des Kolbens 9 wird das Medium aus dem Kolben 9 herausgedrückt. Hierzu sind die Arbeitsräume 5 und 6 fluidtechnisch miteinander verbunden, so dass das Medium aus dem Zylinder 17 des Kolbens 9 herausgepumpt wird und durch den Arbeitsraum 6 in den zentralen, mittleren Arbeitsraum 5 und anschließend in die Ableitung 7 befördert wird. Auf die Bildebene bezogen der linke Kolbenkopf 14 separiert den linken Arbeitsraum 4 von dem zentralen Arbeitsraum 5. Gleichzeitig ist hierdurch jedoch der zentrale Ansaugraum 3 bzw. die Ansaugleitung 12 und der Kolben 8 fluidleitend miteinander verbunden, so dass hier ein Saugbetrieb stattfindet. In einem nächsten Hub der Pumpe 1 wird die Arbeitsrichtung gewechselt. Der auf die Bildebene bezogen linke Kolben 8 drückt dann das zuvor angesaugte Medium in die Ableitung 7. Der Kolben 9 saugt neues Medium an. Der Steuerkolben 13 wäre in diesem Fall, jedoch nicht dargestellt, vollständig auf die linke Bildebene bewegt. In diesem Fall sind dann die Arbeitsräume 4 und 5 fluidtechnisch leitend miteinander verbunden und der Arbeitsraum 5 ist von dem Arbeitsraum 6 separiert. Damit der Steuerkolben 13 in dem Ansaugraum 3 bzw. in dem Basisgehäuse 2 gelagert ist, sind zwei in Axialrichtung zueinander beabstandete Zylinderlaufbuchsen 18 angeordnet. Diese Zylinderlaufbuchsen 18 weisen in einem jeweils mittleren Längenabschnitt 19 radial umlaufend Ausnehmungen bzw. Löcher auf. Diese Löcher können auch als Schlitze bezeichnet werden. Verbleibende Stege 20 verbinden einen jeweils linken und rechten Teil der Zylinderlaufbuchse 18 miteinander. Der jeweilige Kolbenkopf 14 des Steuerkolbens 13 durchfährt bei Verstellung des Steuerkolbens 13 in Axialrichtung diese Ausnehmungen. Hierzu sind die Ausnehmungen radial umlaufend mit einer Wellenform 21 versehen. Sollten wider Erwarten Verschmutzungen oder Verklumpungen zwischen Rand der Ausnehmung an der Wellenform 21 und Kolbenkopf 14 geraten, so werden diese abgeschert, nach dem Prinzip einer Schere. Dass der Kolben 13 somit verkantet, wird durch diese erfindungsgemäße Maßnahme verhindert.
  • Ein zweiter erfindungswesentlicher Aspekt ist in Figur 3 dargestellt. Hier ist der Steuerkolben 13 in einer Mittelstellung, so dass gerade ein Übergang von Saugseite zu Druckseite an dem jeweiligen Kolben 8, 9 zu verzeichnen ist. Hierbei entsteht ein Druckausgleich zwischen Saugseite und Überdruckseite, wodurch ein Druckimpuls 22 entsteht. Dieser Druckimpuls 22 ermöglicht es in dem Medium vorhandene Verunreinigungen, insbesondere Sedimente 23 oder Steine, aus dem Medium herauszudrücken bzw. in eine hier dargestellte untere Ecke zu drücken. Hier können diese Verunreinigungen über eine nicht näher dargestellte Revisionsklappe entnommen werden. Hierdurch wird es ermöglicht, dieses hochviskose Medium einer Biogasanlage dennoch zu filtern. Sedimente 23 oder Steine werden nicht grundlegend mittransportiert, so dass keine Übersättigung von Steinmaterial im dauerhaften Betrieb einer Biogasanlage an den nachfolgenden Verarbeitungsstationen bzw. in dem Behälter der Biogasanlage selber eintritt. Damit der Druckimpuls 22 gezielt erzeugt wird, ist ein Abstand 24 der maximalen Auslenkung der Wellenform 21 geringfügig größer, bevorzugt 1,01- bis 1.1-fach, besonders bevorzugt 1,01- bis 1,02-fach als die axiale Länge 25 des Kolbenkopfes 14. Bei einer Bewegung in Horizontalrichtung H des Steuerkolbens 13 wird somit für einen kleinen Zeitraum einen Druckausgleich zwischen Druckseite und Saugseite geschaffen, so dass der Druckimpuls 22 erzeugt wird. In der Ansaugung befindliche Sedimente 23 oder Steine werden somit durch den Druckimpuls 22 zurückgedrückt und sinken sedimentweise auf den Boden des Ansaugraumes 3.
    • Bezugszeichen:
    • 1 - Doppelkolbenpumpe
    • 2 - Basisgehäuse
    • 3 - Ansaugraum
    • 4 - Arbeitsraum
    • 5 - zentraler Arbeitsraum
    • 6 - Arbeitsraum
    • 7 - Ableitung
    • 8 - Kolben
    • 9 - Kolben
    • 10 - hydraulischer Antrieb
    • 11 - Montagearm
    • 12 - Ansaugleitung
    • 13 - Steuerkolben
    • 14 - Kolbenkopf
    • 15 - Kolbenstange
    • 16 - Hydraulikzylinder
    • 17 - Zylinder
    • 18 - Zylinderlaufbuchse
    • 19 - Mittelabschnitt
    • 20 - Steg
    • 21 - Wellenform
    • 22 - Druckimpuls
    • 23 - Sedimente/Stein
    • 24 - Abstand
    • 25 - axiale Länge zu 14
    • V - Vertikalrichtung
    • H - Horizontalrichtung

Claims (11)

  1. Doppelkolbenpumpe (1) zum Befördern hochviskoser Medien, aufweisend zwei angeordnete Kolben (8, 9), wobei jeder Kolben (8, 9) von einem Antrieb angetrieben ist und einen axial verschiebbaren Steuerkolben (13), welcher in einem Basisgehäuse (2) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Basisgehäuse (2) drei Arbeitsräume (4, 5, 6) vorgesehen sind, wobei die Arbeitsräume durch den Steuerkolben (13) separiert sind, dergestalt, dass zwei Arbeitsräume (4, 5) fluidtechnisch leitend miteinander verbunden sind und der weitere Arbeitsraum (6) von diesen fluidtechnisch leitend separiert ist.
  2. Doppelkolbenpumpe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kolben (8, 9) parallel zueinander angeordnet sind, insbesondere in vertikaler Ausrichtung.
  3. Doppelkolbenpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkolben (13) senkrecht orientiert zu den Kolben (8, 9) angeordnet ist, insbesondere in horizontaler Richtung.
  4. Doppelkolbenpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkolben (13) zwei an axialen Enden gegenüberliegendes Kolbenköpfe (14) aufweist, wobei die Kolbenköpfe (14), je nach Lage, die Arbeitsräume (4, 5, 6) separieren oder verbinden.
  5. Doppelkolbenpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die drei Arbeitsräume (4, 5, 6) oberhalb eines zentralen Ansaugraumes (3) angeordnet sind, wobei die zwei außenliegenden Arbeitsräume (4, 5) fluidtechnisch leitend mit dem Ansaugraum (3) verbunden sind.
  6. Doppelkolbenpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Basisgehäuse (2) zwei Zylinderlaufbuchsen (18) axial beabstandet zueinander angeordnet sind, wobei der Steuerkolben (13), insbesondere die Kolbenköpfe (14) in den Zylinderlaufbuchsen (18) gleitend gelagert ist/sind.
  7. Doppelkolbenpumpe (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zylinderlaufbuchse (18) in einem mittleren Längenabschnitt (19) umlaufend Öffnungen aufweisen.
  8. Doppelkolbenpumpe (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Übergang von einem Endabschnitt der Zylinderlaufbuchse (18) zu den Öffnungen radial umlaufend wellenförmig ausgebildet ist.
  9. Doppelkolbenpumpe (1) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand (24) der Öffnungen, insbesondere ein Abstand (24) der maximalen Auslenkung der Wellenform (21) größer ist, als die axiale Länge (25) eines Kolbenkopfes (14) des Steuerkolbens (13).
  10. Doppelkolbenpumpe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Überführung des Steuerkolbens (13) von einer Position in eine gegenüberliegende Position, die Arbeitsräume (4, 5, 6) einer Saugseite mit den Arbeitsräumen (4, 5, 6) einer Druckseite fluidtechnisch verbunden sind, dergestalt, dass durch den Druckausgleich von Saugseite zu Druckseite ein Druckimpuls (22) entsteht.
  11. Doppelkolbenpumpe (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Querschnittsfläche des Ansaugraumes (3) mindestens 2-mal, bevorzugt 2,5-mal, insbesondere 3-mal so groß ist im Vergleich zu dem Querschnitt der Ansaugleitung (12).
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