Hydraulisch betriebene Kolbenpumpe

Abstract

 Eine hydraulisch betriebene doppelt wirkende Kolbenpumpe (Schubkolbenpumpe) weist einen Pumpenzylinder (1) auf, der einen Pumpenkolben (2) einschließt, welcher seinerseits als Hohlzylinder ausgebildet ist und auf einem zentralen, fest­stehenden Kolben (3) hydraulisch betätigt hin- und her glei­tet. Der Kolben (3) wird in seiner Position durch zwei fest­stehende Kolbenstangen (4, 5) gehalten, die von den Endplat­ten (7, 7a) des Pumpenzylinders (1) ausgehen, den hohlen Pumpenkolben (2) durchsetzen und den feststehenden Kolben (3) zwischen ihren freien Enden einspannen. Zur Einspannung des Kolbens (3) sind die beiden Endplatten (7, 7a) des Pumpen­zylinders mittels Zugschrauben (10a, b, c, d) zusammenspann­bar oder es sind die Endplatten (7, 7a) am Pumpenzylinder (1) oder die Kolbenstangen (4, 5) in den Endplatten (7, 7a) fest­geschraubt und durch Anziehen der Verschraubung kann das Festspannen des Kolbens (3) erreicht werden, sodaß sich eine kompakte, spielfreie Baueinheit bildet. (Fig. 1)

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine hydraulisch betriebene, doppelt wirkende Kolbenpumpe zur Förderung von mit abrasiven Teilchen beladenen Flüssigkeiten wie beispielsweise von gefiltertem Schlammwasser, von Dickstoffen und dgl., insbesondere zum Ein­satz auf einem Fahrzeug, beispielsweise einem Kanalreinigungs­fahrzeug, mit einem vollständig im Inneren eines Pumpenzylin­ders eingeschlossenen oszillierend gesteuerten Pumpenkolben, der seinerseits als Hohlzylinder ausgebildet ist und auf einem feststehenden Kolben auf feststehenden Kolbenstangen mit axialen Bohrungen sowie mit Einlaß- und Auslaßbohrungen verschiebbar gelagert ist, wobei der Pumpenzylinder Endplatten mit Saug- und Druckventilen aufweist und in den Endplatten die Kolbenstangen befestigt sind.

[0002] Es sind bereits Kolbenpumpen dieser Bauart bekannt, bei wel­chen mittels eines Hydraulikzylinders, an dessen verlängerter Kolbenstange der Wasserpumpenkolben angeordnet ist, eine hin­und hergehende Bewegung erreicht wird und wobei die Saug- und Druckventile für das zu fördernde Medium in den Endplatten der Zylinderräume vorgesehen sind. Diese Ausführungsart besitzt den Nachteil, daß je nach Bewegungsrichtung unterschiedliche Kol­benflächen zum Einsatz kommen, da einmal die gesamte Kolben­fläche und beim Rückhub nur die Kolbenringfläche wirksam wird. Dadurch ergeben sich unterschiedliche Strömungsgeschwindigkei­ten im Kolbenraum und somit zusätzliche Pulsationen im Förder­strom. Ein weiterer Nachteil ist die große Baulänge durch die Aneinanderreihung von Hydraulik- und Pumpenzylinder sowie die große Anzahl der nach außen abzudichtenden Flächen. Es sind ferner hydraulisch betriebene Plungerpumpen bekannt, bei wel­chen der Plungerzylinder gleichzeitig den Kolben für den Hy­draulikantrieb bildet. Dies hat den Nachteil, daß der Pumpen­kolben nach außen abzudichten ist, und daß in der dabei notwen­digen Hohlbohrung der Kolbenstange zusätzlich ein Rohr einge­ bracht werden muß, um den Hydraulikkolben beiderseits beauf­schlagen zu können. Zudem müssen immer zwei Plungerpumpen ne­beneinander angeordnet werden, welche gegensinnige Hubbewe­gungen ausführen, um einen halbwegs konstanten Förderstrom zu erreichen.

[0003] Aus der GB-A1 21 50 646 ist eine druckmittelgetriebene Schubkolbenpumpe bekannt, die im Inneren eines Druckluftzylin­ders einen axial verschiebbaren Hohlkolben aufweist, der einen unverschiebbaren Kolben einschließt, welcher auf einer durch­gehenden ortsfesten Kolbenstange aufgesetzt ist. Über Ventile und eine Steuerung wird der Hohlkolben in Druckluftzylinder hin- und hergeschoben. Dadurch ändert sich das Volumen des Hohl­zylinders zu beiden Seiten des feststehenden Kolbens. Über die Bohrungen der Kolbenstange wird je nach Bewegungsrichtung des Hohlzylinders Flüssigkeit angesaugt bzw. herausgepreßt. Der feststehende Kolben kann bei dieser Ausführung jedoch nicht spielfrei gehalten werden. Er ist einer permanenten Wechselbe­lastung und damit einer oszillierenden Bewegung innerhalb der Herstellungstoleranzen bzw. dem Montagespiel unterworfen, sodaß bei größeren Drücken in kürzester Zeit Störungen der Pumpe auf­treten müssen und ein enormer Verschleiß die Folge ist.

[0004] Die Erfindung zielt darauf ab, die bekannten Nachteile zu beseitigen. Dies wird dadurch erreicht, daß der feststehende Kolben zwischen den Kolbenstangen starr eingespannt ist und die Kolbenstangen in axialer Richtung gegeneinander insbesondere durch Zugschrauben, welche die beiden Endplatten verbinden, un­ter Druck stehen und die Druckölzufuhr in an sich bekannter Wei­se durch die axialen Bohrungen der Kolbenstangen erfolgt. Dabei ist es zweckmäßig, wenn zwischen den durch die Zugschrauben zu­sammengespannten Endplatten auch der Pumpenzylinder eingespannt ist. Eine besondere Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß an die axialen Bohrungen der die Endplatten mittig durch­setzenden Kolbenstangen Druckleitungen eines geschlossenen Hy­draulikkreislaufes angeschlossen sind, daß eine Rampensteuerung zum Anfahren der Endlagen des Pumpenkolbens und zur Umsteuerung im Pumpenzylinder berührungslose druckfeste Näherungsschalter, die auf den Pumpenkolben ansprechen, vorgesehen sind.

[0005] Die Konstruktion ist einfach und zweckmäßig und gestattet besonders auch im rauhen Einsatz einen langfristig störungs­ freien Betrieb, weil der zentrale feststehende Kolben spiel­frei zwischen den geteilten feststehenden Kolbenstangen ein­gespannt ist. Eventuelle herstellungsbedingte Toleranzen wer­den durch das Zusammenspannen der Baueinheit auf null redu­ziert.

[0006] Anhand von Zeichnungen wird ein Ausführungsbeispiel des Er­findungsgegenstandes näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Pumpe,

Fig. 2 eine Seitenansicht derselben Ausführung und

Fig. 3 einen Schaltplan der hydraulischen Anlage.

[0007] Fig. 1 zeigt ein Rohr 1, welches den Pumpenzylinder bildet und in welchem sich ein Pumpenkolben in Form eines Hohlzylin­ders 2 befindet. In dessen Innerem ist ein Kolben 3 durch zwei Kolbenstangen 4, 5 ruhend eingespannt. Der Zylinder 2 wird hy­draulisch hin- und herverschoben und weist zwei Stirnplatten 6, 6a auf, welche auf den Kolbenstangen 4, 5 dichtend hin- und hergleiten. In den beiden Endplatten 7, 7a des Pumpenkolbens 1 sind die Saug- und Druckventile 8, 8a, 9, 9a angeordnet. Die beiden Endplatten 7, 7a werden mit Hilfe von vier Zugschrauben 10a, b, c, d zusammengespannt. Zwecks Glättung der Pulsation ist in den Druckleitungen 11, 11a ein Gasdruckspeicher 12 an­geordnet, welcher an den Zugschrauben 10a, b, c, d befestigt ist. Die Kolbenstangen 4, 5 weisen axiale Bohrungen 4c, 5c und an der Seite des Hydraulikkolbens 3 jeweils eine Querbohrung 4a, 5a auf, durch welche das Hydrauliköl über die Anschlüsse 4b, 5b zugeführt wird. Der gemeinsame Anschluß 13 der beiden Druckleitungen 11, 11a führt zu den diversen Verbrauchern, wie z. B. Kanalreinigungsdüsen, etc. Die Saugseiten 14, 14a der Pumpe sind über Saugfilter 15, 15a mit einem Flüssigkeitstank 16 verbunden. Die Saugfilter 15, 15a sind dabei im Flüssigkeits­tank 16 eingebaut, welcher einen zentralen Anschluß 17 für ei­nen Saugrüssel aufweist. Die komplette Pumpe ist mittels Gummi­schwingelementen 18, 18a mit dem Flüssigkeitstank 16 verbunden.

[0008] Fig. 2 zeigt in Seitenansicht die Endplatte 7 sowie die Zug­stangen bzw. Zugschrauben 10a, b, c, d und den aufgebauten Gas­speicher 12.

[0009] Fig. 3 zeigt ein hydraulisches Schaltschema mit Steuerein­ richtung, wobei die gegenständliche Pumpe mittels eines ge­schlossenen hydraulischen Kreislaufes betrieben wird. Beson­ders im Fahrzeugbau bietet sich der geschlossene Kreislauf an, da durch das kleinere erforderliche Ölvolumen eine Gewichts­ersparnis erreicht werden kann und ein wesentlich höherer Wir­kungsgrad mittels durch die Nullage schwenkenden Radial- bzw. Achsialkolbenpumpen erreichbar ist. Die Steuerkantenverluste im Schieberbetrieb, welche als Wärmeverluste auftreten, fallen so­mit weg. Zusätzlich dazu kann der Hydraulikkolben "hydraulisch eingespannt" werden, womit eine wesentlich exaktere Umsteuerung in den Endlagen erreichbar ist, als bei Steuerung im offenen Kreislauf. Bei Aufbau am Fahrzeug erfolgt der Antrieb des Hy­draulikpumpenaggregates 20 vom Nebenantrieb 26 her. Die beiden Leitungen 21, 22 der Regelpumpe 23 sind direkt mit dem Hydrau­likzylinder 2 der Kolbenpumpe (Rohr 1) verbunden. Die Regelpum­pe 23 trägt in Tandemausführung die Speisepumpe 24 und die Steuerölpumpe 25. Die jeweilige Saugleitung wird während des Be­triebes ständig von der Speisepumpe versorgt, sodaß der dabei auftretende Mindestbetriebsdruck Kavitation an der Rückseite der Hydraulikpumpe 23 verhindert. Die Steuerölpumpe 25 erhöht die Reaktion des Hydrauliksystems. Ein Teil des Speiseölstromes wird ständig, durch wechselnde Umsteuerung des Wegeventiles 27 über einen Kühler 28 in den Öltank 29 geleitet. Die eingebaute Elektronik 30 dient zum Vergleich der Soll- und Istwertvorgabe, sowie zum Umschalten in den Endlagen über zwei berührungslose Endschalter 31, 31 a. Der Maximaldruck der Anlage ist über das Überdruckventil 32 abgesichert. Die Einstellung des gewünschten Druckes erfolgt stufenlos über ein Potentiometer 33, wobei durch die Regelung erreicht wird, daß die Pumpe immer gerade soviel fördert, wie zur Erhaltung des eingestellten Druckes notwendig ist (Energieeinsparung). Zur Aufrechterhaltung des eingestell­ten Druckes kann auch ein Druck-Spannungswandler 34 dienen, wel­cher das Regelsignal in die Elektronik 30 leitet. Die Verstell­pumpe 23 wird mittels des Steuerventils 35 angesteuert wobei mittels Proportionalventiltechnik über die beiden Magnetspulen 36a, b, welche die Regel- bzw. Steuersignale von der Elektronik 30 erhalten, die Ventilverstellung erfolgt. Ein Temperaturschal­ter 37 überwacht die Hydrauliköltemperatur, sodaß bei Über­ schreiten eines bestimmten, einstellbaren Wertes der Ölkreis­lauf durch das Ventil 38 in durcklosem Umlauf geschaltet wird.

[0010] Diese Beschreibung soll nur eine Ausführungsvariante schema­tisch darstellen. Selbstverständlich ist es auch möglich, die Anlage im offenen Kreislauf zu fahren, mit wesentlich geringe­rem Wirkungsgrad und weniger exakter Steuerungsmöglichkeiten. Grundsätzlich wird hier von einer Pumpe gesprochen, welche an einem Fahrzeug angeordnet ist, z.B. an einem Kanalreinigungs­fahrzeug mit Hochdruckspüleinrichtung. Vor allem im Hinblick auf die Wiederverwendung von gefiltertem Kanalwasser wurde es erforderlich, Pumpen herzustellen, welche weniger empfindlich als herkömmliche Kolbenpumpen mit Kurbelwellenantrieb sind, da das sogenannte Recyclingwasser größere Verunreinigungen in Form von Sand etc. beinhaltet. Darüber hinaus ist es aber auch durchaus möglich, eine gegenständliche Pumpe stationär zu be­treiben.

[0011] Das dargestellte Ausführungsbeispiel stellt nur eines von vielen Möglichkeiten im Rahmen des Erfindungsgedankens dar. Bei­spielsweise wäre es möglich, die Saug- und Druckventile 8, 9 in beliebiger Richtung im Kolbenboden 7, 7a einzubauen, z.B. auch von außen zugänglich. Die Verspannung des Hydraulikzylinders mittels Zugschrauben 10a, b, c, d könnte entfallen, wenn die beiden Endplatten 7, 7a mittels Gewinde am Pumpenrohr 1 zur Einspannung der Kolbenstangen und des Kolbens 3 festschraubbar wären. Die beiden Sauganschlüsse 14, 14a könnten auch zu einer Leitung zusammengefaßt werden, sodaß ein größerer Saugfilter genügen würde. Der Hydraulikteil der Kolbenpumpe könnte leicht mit einer Endlagendämpfung versehen werden, wenn die Stirnplat­ten 6, 6a einen die Querbohrung 4a, 5a für den Rückfluß ab­deckenden Vorsprung aufweisen, der so ausgebildet ist, daß die Querbohrungen bei Verschiebung des Zylinders 2 sukzessive ver­schlossen werden. Die dadurch entstehende Druckänderung im System könnte auch zur Umsteuerung des Kolbens herangezogen werden.

Ansprüche

1. Hydraulisch betriebene, doppelt wirkende Kolbenpumpe zur Förderung von mit abrasiven Teilchen beladenen Flüssigkei­ten wie beispielsweise von gefiltertem Schlammwasser, von Dickstoffen und dgl., insbesondere zum Einsatz auf einem Fahrzeug, beispielsweise einem Kanalreinigungsfahrzeug, mit einem vollständig im Inneren eines Pumpenzylinders ein­geschlossenen oszillierend gesteuerten Pumpenkolben, der seinerseits als Hohlzylinder ausgebildet ist und auf einem feststehenden Kolben auf feststehenden Kolbenstangen mit axialen Bohrungen sowie mit Einlaß- und Auslaßbohrungen ver­schiebbar gelagert ist, wobei der Pumpenzylinder Endplatten mit Saug- und Druckventilen aufweist und in den Endplatten die Kolbenstangen befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der feststehende Kolben (3) zwischen den Kolbenstangen (4, 5) starr eingespannt ist und die Kolbenstangen in axia­ler Richtung gegeneinander insbesondere durch Zugschrauben (10a, b. c, d), welche die beiden Endplatten (7, 7a) verbin­den, unter Druck stehen und die Druckölzufuhr in an sich be­kannter Weise durch die axialen Bohrungen der Kolbenstangen (4, 5) erfolgt.

2. Kolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den durch die Zugschrauben (10a, b, c, d) zusammen­gespannten Endplatten (7, 7a) auch der Pumpenzylinder (1) eingespannt ist.

3. Kolbenpumpe nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekenn­zeichnet, daß an die axialen Bohrungen (4c, 5c) der die End­platten (7, 7a) mittig durchsetzenden Kolbenstangen (4, 5) Druckleitungen (21, 22) eines geschlossenen Hydrualikkreis­laufes angeschlossen sind, daß eine Rampensteuerung zum An­fahren der Endlagen des Pumpenkolbens (2) und zur Umsteuerung am Pumpenzylinder (1) berührungslose, druckfeste Näherungs­ schalter (31, 31a), die auf den Pumpenkolben (2) ansprechen, vorgesehen sind.

4. Kolbenpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß den berührungslosen Näherungsschaltern (31, 31a) ein Zeit­glied nachgeschaltet ist und die Zeitdifferenz zwischen dem Schaltvorgang und der Reaktion des Hydrualiksystems regelbar ist.

5. Kolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelpumpe (23) während der Umsteuerung der Kolbenbe­wegung des Pumpenkolbens (2) jeweils durch die Nullage schwenkt.

6. Kolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektronik (30) eine Soll-Istwertregelung auf­weist, wobei mittels eines Potentiometers (33) für die Ein­stellung des gewünschten Pumpendruckes der Ausschwenkwinkel der Pumpe, unabhängig von der geforderten Fördermenge zur Druckregelung vorgesehen ist.

7. Kolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnplatten (6, 6a) des Pumpenkolbens an der Kolben­innenseite Steuerflächen zur Endlagendämpfung aufweisen, wobei bei Annäherung an die jeweiligen Endlagen die Rück­strömöffnungen (5a, 4a) des Hydraulikmediums kontinuierlich verschlossen werden.

Zeichnung