CH623893A5 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum im wesentlichen gleichmässigen Fördern eines fiiessfähigen Mediums mittels hin- und hergehender angetriebener Förderkolben.

Bei der Verwendung von hin- und hergehenden Förderkolben zum Fördern eines fiiessfähigen Mediums ergibt sich bei bekannten Maschinen ein ungleichmässiger, pulsierender Förderstrom. Wird eine Mehrkolbenpumpe benützt, deren Kolben mit Phasenversetzung angetrieben sind, so lassen sich die Schwankungen vermindern, jedoch nicht vollständig eliminieren. Um dabei eine annehmbare Gleichmässigkeit zu erzielen, müssen eine Vielzahl von Kolben verwendet werden. Eine solche Einrichtung ist dementsprechend aufwendig und teuer.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung der oben genannten Art zu schaffen, bei der mit einer minimalen Anzahl von Förderkolben ein im wesentlichen gleichmässiger Förderstrom erzielt wird.

Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass mindestens zwei einfachwirkende Förderkolben vorgesehen sind, wobei die Saughubgeschwindigkeit jedes Förderkolbens grösser ist als seine Förderhubgeschwindigkeit und wobei die Förderkolben relativ zueinander so mit Phasenverschiebung gesteuert sind, dass jeweils der Endabschnitt des Förderhubes des einen Förderkolbens und der Anfangsabschnitt des Förderhubes des anderen Förderkolbens sich zeitlich überlappen.

In der Zeichnung ist ein hydraulisch angetriebenes Ausführungsbeispiel der Erfindungsgegenstandes unter Verwendung der üblichen Hydrauliksymbole schematisch dargestellt.

Es zeigen:

Figur 1 ein Schaltschema

Figur 2 das aus motorisch angetriebenen Pumpen bestehende Kraftwerk der Einrichtung und die

Figuren 3—10 einen vollen Arbeitszyklus, wobei sich die Einrichtung jeweils in einer markanten Arbeitsphase befindet.

Aufbau bzw. Schaltung der Einrichtung ergibt sich ohne weiteres anhand der Zeichnungen bzw. wird anhand der Funktionsbeschreibung ebenfalls zu erkennen sein. Dementsprechend genügt es an dieser Stelle, die einzelnen Aggregate aufgrund der ihnen zugeordneten Bezugszeichen zu identifizieren.

Mit A und B sind zwei unter sich gleiche Fördereinheiten bezeichnet, die jeweils einen einfachwirkenden Förderkolben und ein doppeltwirkendes hydraulisches Hubaggregat mit den dazu gehörenden Steuerventilen aufweisen. Mit 1 und 2 sind kombinierte Kolben bezeichnet, deren Kolbenkopf von beiden Seiten durch ein Antriebsmedium beaufschlagbar ist und deren Kolbenstange nach der Art eines Tauchkolbens in ein nicht näher bezeichnetes Verdrängungsgefäss eintaucht, das mit einer Saugleitung und einer Druckleitung für das Fördermedium verbunden ist. Im Falle der Einheit A sind zu diesem Zwecke das Saugventil AS und das Druckventil AD, im Falle der Einheit B das Saugventil BS und das Druckventil BD vorgesehen.

Mit 3-8 sind hydraulisch gesteuerte Hauptwegeventile vorgesehen, die die Mediumströme an die Vortriebsseite bzw. Rücktriebsseite der Kolben 1,2 steuern. 14-16 bzw. 17-18 bezeichnen jeweils eine Gruppe von Steuerventilen, die von den Kolben 1 bzw. 2 mechanisch betätigt werden. Mit 20 ist ein dem Steuerventil 15 nachgeschaltetes Verriegelungsventil und mit 21 ein dem Steuerventil 18 nachgeschaltetes Verriegelungsventil bezeichnet.

In den Figuren bezeichnen 31,36 und 37 motorisch angetriebene Pumpen, die in ihrer erwähnten Reihenfolge mit Sl, S2, S3 und S4 bezeichnete Ströme des Arbeitsmediums liefern. Diese Ströme werden nachfolgend kurz als Mediumströme bezeichnet. Den Pumpen sind Druckreglerventile 32,35, 37 und 38 nachgeschaltet, der Pumpe 31 darüberhinaus ein Stromregler 33. Auf die Einstellung der Druckregler-Ventile s

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wird später noch einzugehen sein. Zur Vervollständigung der Einrichtung zeigen die Figuren 1 und 2 noch einen Filter 39 und einen Tank 40.

In den Figuren 2-10 sind die Mediumströme S1-S4 sowie der mit R bezeichnete Rücklaufstrom zeichnerisch unterschiedlich erkennbar gemacht.

Der Mediumstrom Sl dient ausschliesslich der Erzeugung der Arbeitshübe und er kann mit Konstantpumpen, vorteilhaft jedoch mit zum Beispiel leistungskonstant geregelten Regler-Pumpen erzeugt werden. Dieser Strom ist mittels des Druckreglers 32 stufenlos auf jeden beliebigen Maximaldruck einstellbar. Zudem kann mittels des Stromreglers 33 der Förderstrom auf jeden beliebigen Wert stufenlos eingestellt werden.

Der Mediumstrom S2 dient der Erzeugung des Saughubes. Dabei ist bei S2 der Förderstrom grösser als bei Sl. Auch hier ist die Verwendung einer Reglerpumpe oder eines Akkumulators vorteilhaft, um zu vermeiden, dass der Mediumstrom in den Ruhepausen über das Druckregler-Ventil 35 abströmen muss.

Der Mediumstrom S3 dient - wie noch zu erläutern sein wird - der Erzeugung der Kolbenvorspannung und er kann -wie dargestellt - mit einer separaten Kleinpumpe 36 erzeugt oder aber mittels eines Stromteilers dem Mediumstrom S2 entnommen werden. Mit dem Druckregler- Ventil 37 wird ein Druck eingestellt, der tiefer ist als das Druckminimum beim Mediumstrom S2.

Der Mediumstrom S4 dient der Steuerung der Hauptventile. Auch hier kann die separate Pumpe 37' durch einen an dem Mediumstrom S2 angeschlossenen Stromteiler ersetzt werden. Bei S4 ist der Förderstrom relativ klein, der Druck jedoch vorzugsweise relativ hoch, so dass die Hauptventile mit einem Steuerimpuls exakt umgesteuert werden. Bei der Umsteuerung der Hauptventile spielen nicht näher bezeichnete, lediglich durch die entsprechenden Symbole repräsentierte Drosselstellen eine Rolle. Dank derselben können die Steuerventile 14-19 als normalerweise geschlossene und von dem Kolben 1 bzw. 2 jeweils kurz im Oeffnungssinne betätigte Absperrventile ausgebildet sein. Die diesbezüglichen Zusammenhänge lassen sich der DT-OS 2509712 im Zusammenhang mit der Figur 4 derselben entnehmen.

Der Rücklaufstrom R ist praktisch drucklos.

Gemäss Figur 3 befindet sich die Einheit A in ihrem Arbeitshub. Der durch das Hauptventil 3 durchtretende Mediumstrom treibt den Kolben 1 - wie durch einen Pfeil angedeutet - vorwärts, wobei das Arbeitsgut aus dem betreffenden Verdrängungsgefäss durch das Ventil AD verdrängt wird. Die Steuerventile 14,15 und 16 sind zunächst geschlossen. Die Einheit B befindet sich hingegen in ihrem Saughub, wobei das Fördergut durch das Ventil BS angesaugt wird. Die Steuerventile 17 und 19 befinden sich in ihrer Ruhestellung, sie sind also geschlossen. Das Steuerventil 18 wird hingegen von dem an ihm vorbeifahrenden Kolben 2 betätigt und es lässt mithin den Mediumstrom S4, d. h. das Steueröl durch. Da aber das Verriegelungsventil 21 geschlossen ist, löst das Steuerventil 18 im Rückhub des Kolbens keine Funktion aus. Im Verlauf des weiteren Saughubes schliesst auch dieses Ventil wieder. Der Rücktrieb des Kolbens 2, d. h. die Kolbenbewegung während des Saughubes wird durch den Mediumstrom S2 bewirkt, die durch das Hauptventil 7 auf die entsprechende Kolbenseite geleitet wird.

Gemäss Figur 4 befindet sich die Einheit A immer noch in ihrem Arbeitshub, wobei die Ventile 14-16 nach wie vor geschlossen sind. Bei der Einheit B hingegen hat der Kolben 2 den Saughub beendet und das Steuerventil 19 betätigt.

Dadurch wird das Verriegelungsventil 21 in seine zweite stabile Schaltstellung umgestellt und geöffnet. Der vom Steuerventil 19 freigegebene Mediumstrom schaltet ferner die Hauptventile 7 und 8 um, wobei das Ventil 7 geschlossen und das Ventil 8 geöffnet wird. Die Rücktriebsseite des Kolbens wird also von dem Mediumstrom S2 abgetrennt (dies bewirkt das Hauptventil 7) und (mittels des Hauptventils 8) mit dem Rücklauf verbunden. Gleichzeitig öffnet das Hauptventil 8 den Weg für den Mediumstrom S3 an der Vortriebsseite des Kolbens 2, wobei letzterer mit dem Drucköl für die Vorspannung beaufschlagt wird. Dies bewirkt einen geringen Vorwärtshub des Kolbens 2, bis das Steuerventil 19 wieder seine Schliess-stellung einnimmt. Gleichzeitig entsteht im Fördergut ein geringfügiger Druck, der als Schliessdruck auf das Ventil BS wirkt. Mit dem Schliessen dieses Ventils ist ein weiteres Vordringen des Kolbens 2 ausgeschlossen. Dieser Vorgang wird erreicht, bevor der Kolben 1 der Einheit A das Steuerventil 14 betätigt hat. Aus dem vorher Gesagten ergibt sich, dass der Kolben 2 seinen Saughub beendet und im Sinne des nachfolgenden Förderhubes unter Vorspannung gesetzt wird, bevor der Kolben 1 seinen Arbeitshub beendet haben würde.

Gemäss Figur 5 befindet sich die Einheit A immer noch in ihrem Arbeitshub, wobei jedoch der Kolben 1 das Steuerventil 14 betätigt und öffnet. Das durch dieses Steuerventil hindurchtretende Steueröl bewirkt das Schliessen des Verriegelungsventils 20 und das Umschalten und damit Schliessen des Hauptventils 8 und schliesslich das Umschalten und damit Oeffnen des Hauptventils 6. Damit wird die Einheit B vom Mediumstrom S3 abgetrennt und mit dem Mediumstrom Sl, d. h. mit dem Drucköl für den Arbeitshub verbunden. Der Mediumstrom Sl gelangt also in dieser Arbeitsweise durch das Hauptventil 3 nach wie vor zu der Einheit A, zugleich aber durch das Hauptventil 6 auch zu der Arbeitseinheit B, so dass nunmehr auch der Kolben 2 seinen Arbeitshub beginnt. Da die Druckölmenge für den Arbeitshub unverändert ist, ist auch die Summe der Geschwindigkeiten der Kolben 1 und 2 gleich der Geschwindigkeit des Kolbens 1 vor dem Betätigen des Steuerventils 14. Wird der Kolben 1 am Ende seines Arbeitshubes abgebremst, z. B. - wie angedeutet - durch eine Feder, so beschleunigt sich entsprechend der Kolben 2 der Einheit B, wobei der Anteil der Einheit A am konstanten Förderstrom abnimmt und der Anteil der Einheit B zunimmt. Das Ende des Arbeitshubes des Kolbens 1 überlappt also den Anfang des Arbeitshubes des Kolbens 2. Dementsprechend sind die Ventile AS und BS geschlossen und die Ventile AD und BD offen, da beide Kolben das Fördergut fördern. Das Steuerventil 14 bleibt vorerst offen, entfaltet aber keine weitere Wirkung mehr.

Figur 6 zeigt, dass der Kolben 2 — der mittlerweile seine volle Geschwindigkeit erreicht hat - bald nach dem Beginn seines Arbeitshubes das Steuerventil 18 betätigt, d. h. öffnet. Da das Verriegelungsventil 21 jetzt offen ist, gelangt das durch das Steuerventil 18 durchtretende Steueröl zum Hauptventil 3, wobei dasselbe umgeschaltet und damit geschlossen wird, und zum Hauptventil 4, das ebenfalls umgeschaltet und damit geöffnet wird. Der Mediumstrom Sl gelangt nun unvermindert zu der Einheit B, während (durch das Hauptventil 4) der Mediumstrom S2 die Rücktriebsseite des Kolbens 1 erreicht. Dieser wird dadurch — da seine Vortriebsseite durch das Hauptventil 4 mit dem Rücklauf verbunden ist - in eine relativ schnelle und, verglichen mit der Kolbengeschwindigkeit während des Arbeitshubes, schnellere Rücklaufbewegung versetzt. Dadurch wird das Fördergut durch das Ventil AS angesaugt. Gleich nach Beginn seiner Rücklaufbewegung gibt der Kolben 1 das Steuerventil 14 frei, so dass dasselbe schliessen kann.

Figur 7 zeigt die bereits anhand der Figur 3 erläuterte Arbeitsphase, wobei jedoch die Rollen zwischen den Einheiten A und B vertauscht sind. Das anhand der Figur 3 Gesagte ist also hier sinngemäss anwendbar. Hinzuzufügen ist lediglich, dass die Betätigung des Steuerventils 15 durch den Kolben 1 ohne Wirkung bleibt, da das Verriegelungsventil 20 nunmehr geschlossen ist (vgl. hierzu Fig. 5.)

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Figur 8 entspricht mit zwischen den Einheiten A und B vertauschten Rollen der Figur 4. Beim andauernden Arbeitshub des Kolbens 2 hat der Kolben 1 bereits das Steuerventil 16 betätigt und dadurch das Verriegelungsventil 20 und die Hauptventile 4 und 5 umgesteuert, wobei letzteres den Mediumstrom S2 zum Kolben 1 freigibt und diesen unter Vorspannung setzt. Mit der Umsteuerung des Verriegelungsventils 20 wird das Steuerventil 15 für seine nächste Betätigung beim Vorwärtshub des Kolbens 1 entriegelt. Dies zeigt sich in Figur 9, die mit den vertauschten Rollen der Einheiten A und B der Figur 5 entspricht. Man erkennt, dass der Kolben 2 über das Steuerventil 17 das Verriegelungsventil 21 schliesst und gleichzeitig die Hauptventile 3 und 5 umschaltet. Dadurch wird nunmehr der Mediumstrom Sl zum Kolben 1 geleitet, der sich in Bewegung setzt.

Im Gegensatz zur Figur 5 zeigt Figur 9 den Kolben 1 nicht mehr in seiner Ausgangslage, sondern nach Hinterlegung des Weges bis zum Steuerventil 15. Damit wird - wie dies nunmehr aus der sinngemäss der Figur 6 entsprechenden Figur 10 ersichtlich ist — das Umschalten der Hauptventile 6 und 7 erzielt, wobei der Kolben 1 in seine schnelle Rücklaufbewegung versetzt wird. Der neue Zyklus kann nunmehr beginnen.

Bei der beschriebenen Einrichtung werden - um dies in allgemeiner Fassung zu wiederholen - die beiden einfachwirkenden Förderpumpen so gesteuert, dass in den Umsteuerphasen der eine Kolben seinen Arbeitshub beginnt, bevor der andere Kolben seinen Arbeitshub beendet haben würde, wobei die Summe der Geschwindigkeiten der beiden Förderkolben im wesentlichen gleich der Geschwindigkeit ist, mit der sich ein jeder Förderkolben zwischen Anfahren und Abbremsen bewegt. Dies wird dadurch erreicht, dass der für den Arbeitshub zur Verfügung stehende Mediumstrom in der Umsteuerphase auf den Antrieb beider Förderkolben verteilt wird,

wobei jedoch Mediumsdruck und Fördermenge pro Zeiteinheit gleichbleiben. Auf diese Weise, nämlich durch das ständige Einwirken des Mediumstromes Sl, d. h. des Arbeitsöles auf jeweils einen bzw. auf beide Kolben, wird eine praktisch gleichmässige, pulsationsfreie Förderung des Fördergutes erreicht. Dabei kommt es natürlich wesentlich darauf an, dass der Rückhub durch entsprechende Bemessung des Mediumsstromes schneller vor sich geht als für einen Arbeitshub über-s haupt möglich ist. Von Bedeutung für die glatte Umsteuerung ist auch das Vorspannen der Antriebskolben, wobei der Vorspanndruck natürlich immer kleiner ist als der Arbeitsdruck. Die Anlage ist wegabhängig gesteuert, indem die Steuerventile von dem einen bzw. dem anderen Kolben betätigt werden. Dabei ist es wesentlich, dass die Steuerventile 15 und 18 während des Rückhubes verriegelt sind und nur während des Vorwärtshubes wirksam werden können.

Der Übersichtlichkeit halber könnte man einen Arbeitszyklus auch wie folgt rekapitulieren: Am Ende des Rückhubes der Kolben lösen diese ein Bereitschaftssignal aus. Beim Erreichen des Endabschnittes und des Vorwärtshubes löst jeder Kolben einen Startbefehl aus, wobei der andere Kolben in Bewegung gesetzt wird. Nach erfolgtem Anfahren zum Vorwärtshub löst jeder Kolben ein Vollzugssignal aus, wodurch der Rückhub des jeweils anderen Kolbens eingesteuert wird.

Es versteht sich, dass die dargestellte hydraulische Anlage auch elektrisch gesteuert werden könnte. Es ist ferner klar,

dass analog zu der vorstehend beschriebenen Lösung eine rein elektrische bzw. elektro-mechanische Lösung denkbar ist.

Die beschriebene Schaltung bzw. die Schaltvorgänge lassen sich natürlich anhand der Figur 1 leicht rekonstruieren. In dieser Figur ist auch die Rolle der den Hauptventilen 3-8 zugeordneten Drosseln zu erkennen. Wie dazu auch in der eingangs erwähnten DT-OS ausgeführt wird, ermöglichen diese Drosseln die Verwendung von einfachen Absperrventilen als Steuerventile, die beim Öffnen einen Mediumstrom freigeben, der zufolge der Drosselung einen zum Umschalten der Hauptventile hinreichenden Drosselimpuls abgibt, nach Schliessen des entsprechenden Steuerventils jedoch durch die Drosselstelle abfliessen kann, so dass das betreffende Hauptventil für ein gegensinniges Umschalten entspannt ist.

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10 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

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1. (1.2) ein Bereitschaftssignal auszulösen, das dazu bestimmt ist, eine Bewegung dieses Förderkolbens (1,2) aus seiner Saughubendlage um eine gewisse Strecke in Richtung seines Förderhubes zu bewirken.

   1. Einrichtung zum im wesentlichen gleichmässigen Fördern eines fiiessfähigen Mediums mittels hin- und hergehend angetriebener Förderkolben, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei einfachwirkende Förderkolben (1, 2) vorgesehen sind, wobei die Saughubgeschwindigkeit jedes Förderkolbens (1,2) grösser ist als seine Förderhubgeschwindigkeit und wobei die Förderkolben (1,2) relativ zueinander so mit Phasenverschiebung gesteuert sind, dass jeweils der Endabschnitt des Förderhubes des einen Förderkolbens (1, 2) und der Anfangsabschnitt des Förderhubes des anderen Förderkolbens
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Abstand vor der Förderhubendlage jedes Förderkolbens (1,2) ein den Beginn des erwähnten Endabschnit-tes des Förderhubes anzeigender, durch den zugeordneten Förderkolben (1,2) betätigbarer Signalgeber (14,17) angeordnet ist, der dazu dient, bei Betätigung durch den zugeordneten, sich in seine Förderhubendlage bewegenden Förderkolben ein Startbefehl zur Durchführung des Förderhubes des anderen Förderkolbens zu erzeugen.

   (2.1) sich zeitlich überlappen.

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   PATENTANSPRÜCHE
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Abstand vor der Saughubendlage jedes Förderkolbens (1,2) ein das Ende des erwähnten Anfangsabschnittes des Förderhubes anzeigender, durch den zugeordneten Förderkolben (1,2) betätigbarer zweiter Signalgeber (15,18) angeordnet ist, der dazu dient, bei Betätigung durch den zugeordneten, sich in seine Förderhubendlage bewegenden Förderkolben (1,2) ein Vollzugssignal zur Durchführung des Saughubes des anderen Förderkolbens zu erzeugen.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Saughubendlage jedes Förderkolbens ein durch den zugeordneten Förderkolben betätigbarer dritter Signalgeber (16,19) angeordnet ist, der dazu dient, bei Betätigung durch den sich in seiner Saughubendlage befindenden Förderkolben
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Förderkolben (1,2) zur Durchführung des Förderhubes über eine erste Hauptventilanordnung (3-6) an eine in bezug auf die beiden Förderkolben (1, 2) gemeinsame, erste Druckmittelquelle (31, Sl) anschliessbar ist, die einen Druckmittelstrom mit im wesentlichen gleichbleibender Fördermenge pro Zeiteinheit erzeugt, und zur Durchführung des Saughubes über eine zweite Hauptventilanordnung (4,7) an eine zweite Druckquelle (34, S2) anschliessbar ist, wobei die Hauptventilanordnungen mittels der Signalgeber (14, 17; 15, 18) umsteuerbar sind.
6. 6. Einrichtung nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine dritte Druckmittelquelle (36, S3) vorhanden ist, die über je eine dritte Hauptventilanordnung (5, 8) mit der ersten Druckmittelquelle (31, Sl) parallel an den betreffenden Förderkolben (1,2) anschliessbar ist und die dazu dient, einen Druckmittelstrom (S3) mit einem Druck zu erzeugen, der kleiner ist als der Druck des von der ersten Druckmittelquelle (31, Sl) erzeugten Druckmittelstromes (Sl), wobei jede dritte Hauptventilanordnung (5, 8) durch ein vom zugeordneten dritten Signalgeber (16,19) erzeugtes Bereitschaftssignal in ihre Öffnungsstellung umschaltbar ist
7. 7. Verwendung der Einrichtung nach Anspruch 1 im Baugewerbe zum im wesentlichen gleichmässigen Fördern von Injektionsmischungen.