EP1233184B1 - Kolbenpumpe mit Filterkolben - Google Patents

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EP1233184B1
EP1233184B1 EP02405064A EP02405064A EP1233184B1 EP 1233184 B1 EP1233184 B1 EP 1233184B1 EP 02405064 A EP02405064 A EP 02405064A EP 02405064 A EP02405064 A EP 02405064A EP 1233184 B1 EP1233184 B1 EP 1233184B1
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EP
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piston
outlet valve
pump
filter
fluid
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EP1233184A2 (de
EP1233184A3 (de
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Rory Britz
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Hilti AG
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Hilti AG
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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
    • F04B53/00—Component parts, details or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B23/00 or F04B39/00 - F04B47/00
    • F04B53/10—Valves; Arrangement of valves
    • F04B53/12—Valves; Arrangement of valves arranged in or on pistons
    • F04B53/125—Reciprocating valves
    • F04B53/127—Disc valves
    • 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
    • F04B53/00—Component parts, details or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B23/00 or F04B39/00 - F04B47/00
    • F04B53/20—Filtering

Definitions

  • the invention refers to a, preferably designed as a well water pump, Piston pump with a reciprocating piston in a cylinder and a piston integrated filter piston.
  • Pseudo-continuous piston pumps take over in a first stroke resiliently biased inlet valve, a fluid in a pumping chamber to this Finally, to compress in a second cycle and an exhaust valve issue.
  • Drilling water pumps take heavily contaminated drilling water at low Press and on separate outputs both filtered and drilled water Solids concentrated drilling water at higher pressures available. By the strong solid content in the drilling water is a regular backwash of the filter necessary to avoid permanently adding to it.
  • a piston pump includes a for cleaning the fluid executed filter which is immovably fixedly disposed in the cylinder. A backwash the filter is not possible.
  • a piston pump having the features of the preamble of claim 1 is known from Patent DE 673 894 C known.
  • the object of the invention is in the realization of a filtering piston pump for strong solids added fluids.
  • the piston pump with a, in a cylinder with a self-closing inlet valve to a pump room, sealing back and forth moved piston one with this resiliently biased, axially limited sealing movable upstream filter piston, which with the piston an independent closing exhaust valve is formed.
  • the piston increases by its axial outward movement of the Pump space, which creates a negative pressure when the exhaust valve is closed, which is the fluid mixed with solids via the inlet valve opened thereby into the pump chamber flows in.
  • a second stroke reduced by its axial movement Her the pumping space and the fluidized fluid is compressed, thereby the upstream filter piston is moved against the bias on the piston and the Outlet valve opens, which filtered through the filter piston and through the piston condensed purified fluid can flow out.
  • the pumping function with a filter function combined.
  • the piston pump has an independently closing concentrate outlet valve to the pump room, which at a by adding the filter resulting Overpressure in the pump chamber discharges the fluid concentrated with solids.
  • the piston pump also highly fluidized fluids and with respect to the Solid load highly fluctuating fluids can be cleaned.
  • the self-closing exhaust valve is also wegumble end closing, whereby at a shortly before the bottom dead center of the Her movement axially on Cylinder abutting filter piston the exhaust valve closed, a return flow of the cleaned fluid caused by the filter piston in the pump chamber and thus in the pump chamber an overpressure is built up, which in a third cycle with solids leaking concentrated fluid through the concentrate outlet valve.
  • the piston pump semi-continuous self-cleaning.
  • the end-controlled exhaust valve closing with a Exhaust valve spring biased over a drawbar which makes it structurally simple can be produced.
  • a negative pressure is formed, which the fluidized fluid 9 over the thus opened Inlet valve 3 can flow into the pump chamber 4.
  • Fig. 2 decreases in the movement of the pump space 4 and the space with solids offset fluid 9 is compressed, whereby the upstream filter piston 7 against the Bias of the axially biasing filter springs 6 is moved to the piston 5 and the outlet valve 8 opens, which filtered through the filter piston 7 and through the Piston 5 compressed purified fluid 9 can flow out.
  • the pump chamber 4 collects the solids-concentrated fluid 9.
  • the piston pump 1 is an automatically closing Konzentratauslassventil 10 to the pump chamber 4, which at an overpressure in Pumping space 4, the solids-concentrated fluid 9 leaves.
  • the self-employed closing exhaust valve 8 is end-controlled closing with a Auslassventilfeder 11 biased over a pull rod 12, which at a short before the bottom dead center of the movement Her arranged axial stop 13 of the filter piston 7 the Exhaust valve 8 closes and thus a return flow of the purified fluid 9 through the Filter piston 7 forces into the pump chamber 4, whereby in the pump chamber 4, an overpressure is constructed, which the solids-concentrated fluid 9 on the Concentrate outlet valve 10 leaves.

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Description

Die Erfindung bezeichnet eine, vorzugsweise als Bohrwasserpumpe ausgeführte, Kolbenpumpe mit einem hin- und herbewegten Kolben in einem Zylinder und einem integrierten Filterkolben.
Pseudokontinuierlich arbeitende Kolbenpumpen nehmen in einem ersten Arbeitstakt über ein federnd vorgespanntes Einlassventil ein Fluid in einer Pumpkammer auf, um dieses schliesslich in einem zweiten Arbeitstakt zu verdichten und über ein Auslassventil auszugeben.
Bohrwasserpumpen nehmen stark mit Feststoffen versetztes Bohrwasser bei niedrigem Druck auf und stellen an separaten Ausgängen sowohl gefiltertes Bohrwasser als auch mit Feststoffen aufkonzentriertes Bohrwasser unter höheren Drücken zur Verfügung. Durch den starken Feststoffanteil im Bohrwasser ist eine regelmässige Rückspülung des Filters erforderlich, um eine dauerhafte Zusetzung dessen zu vermeiden.
Nach der US5534145 beinhaltet eine Kolbenpumpe einen zur Reinigung des Fluids ausgeführten Filter, welcher unbeweglich fest im Zylinder angeordnet ist. Eine Rückspülung des Filters ist nicht möglich.
Nach der US3915071 ist ein, mehrfach kaskadierter, hin- und herbewegter Kolben einer Kolbenpumpe als Filterkolben aus porösem Metall ausgeführt, welcher gleichzeitig verdichtet und reinigt. Für stark verunreinigte Fluide ist eine derartige Konstruktion ungeeignet. Des weiteren ist eine Rückspülung des Filters nicht möglich.
Eine Kolbenpumpe, welche die Merkmale des Oberbegriffs von Anspruch 1 aufweist ist aus der Patentschrift DE 673 894 C bekannt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Realisierung einer filternden Kolbenpumpe für stark mit Feststoffen versetzte Fluide.
Die Aufgabe wird im wesentlichen durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Im wesentlichen weist die Kolbenpumpe mit einem, in einem Zylinder mit einem selbstständig schliessendes Einlassventil zu einem Pumpraum, dichtend hin- und herbewegten Kolben einen mit diesem federnd vorgespannten, axial begrenzt dichtend beweglichen vorgelagerten Filterkolben auf, welcher mit dem Kolben ein selbstständig schliessendes Auslassventil ausbildet.
In einem ersten Arbeitstakt vergrössert der Kolben durch seine axiale Hin-Bewegung den Pumpraum, wodurch bei geschlossenen Auslassventil ein Unterdruck entsteht, welcher das mit Feststoffen versetzte Fluid über das dadurch geöffnete Einlassventil in den Pumpraum einströmen lässt. In einem zweiten Arbeitstakt verkleinert sich durch seine axiale Her-Bewegung der Pumpraum und das mit Feststoffen versetzte Fluid wird verdichtet, wodurch der vorgelagerte Filterkolben gegen die Vorspannung auf den Kolben zubewegt wird und das Auslassventil öffnet, welches das durch den Filterkolben gefilterte und durch den Kolben verdichtete gereinigte Fluid ausströmen lässt. Im Pumpraum sammelt sich das mit Feststoffen aufkonzentriertes Fluid an. Somit wird auf engem Raum die Pumpfunktion mit einer Filterfunktion vereint.
Vorteilhaft weist die Kolbenpumpe ein selbstständig schliessendes Konzentratauslassventil zum Pumpraum auf, welches bei einem durch das Zusetzen des Filters entstehenden Überdruck im Pumpraum das mit Feststoffen aufkonzentrierte Fluid auslässt. Somit sind mit der Kolbenpumpe auch stark mit Feststoffen versetzte Fluide und bezüglich der Feststoffbelastung stark schwankende Fluide reinigbar.
Vorteilhaft ist das selbstständig schliessende Auslassventil zusätzlich endseitig weggesteuert schliessend, wodurch bei einem kurz vor dem unteren Totpunkt der Her-Bewegung axial am Zylinder anschlagenden Filterkolben das Auslassventil geschlossen, eine Rückströmung des gereinigten Fluids durch den Filterkolben in den Pumpraum bewirkt und somit im Pumpraum ein Überdruck aufgebaut wird, welcher in einem dritten Takt das mit Feststoffen aufkonzentrierte Fluid über das Konzentratauslassventil auslässt. Somit ist die Kolbenpumpe quasikontinuierlich selbstreinigend.
Vorteilhaft ist das endseitig weggesteuert schliessende Auslassventil mit einer Auslassventilfeder über einer Zugstange vorgespannt, wodurch es konstruktiv einfach herstellbar ist.
Die Erfindung wird bezüglich eines vorteilhaften Ausführungsbeispiels näher erläutert mit:
  • Fig. 1 als erster Arbeitstakt der Kolbenpumpe mit Filterkolben
  • Fig. 2 als zweiter Arbeitstakt der Kolbenpumpe mit Filterkolben
  • Fig. 3 als dritter Arbeitstakt der Kolbenpumpe mit Filterkolben
    • Nach Fig. 1 weist eine Kolbenpumpe 1 mit einem, in einem Zylinder 2 mit einem selbstständig schliessendes Einlassventil 3 zu einem Pumpraum 4, dichtend hin- und herbewegten Kolben 5 einen mit diesem über Filterfedern 6 federnd vorgespannten, axial begrenzt dichtend beweglichen vorgelagerten Filterkolben 7 auf, welcher mit dem Kolben 5 ein selbstständig schliessendes Auslassventil 8 ausbildet. Bei der Hin-Bewegung vergrössert der Kolben 5 den Pumpraum 4, wodurch bei geschlossenem Auslassventil 8 ein Unterdruck entsteht, welcher das mit Feststoffen versetzte Fluid 9 über das dadurch geöffnete Einlassventil 3 in den Pumpraum 4 einströmen lässt.
    Nach Fig. 2 verkleinert sich bei der Her-Bewegung der Pumpraum 4 und das mit Feststoffen versetzte Fluid 9 wird verdichtet, wodurch der vorgelagerte Filterkolben 7 gegen die Vorspannung der axial vorspannenden Filterfedern 6 auf den Kolben 5 zubewegt wird und das Auslassventil 8 öffnet, welches das durch den Filterkolben 7 gefilterte und durch den Kolben 5 verdichtete gereinigte Fluid 9 ausströmen lässt. Im Pumpraum 4 sammelt sich das mit Feststoffen aufkonzentriertes Fluid 9 an.
    Nach Fig. 3 weist die Kolbenpumpe 1 ein selbstständig schliessendes Konzentratauslassventil 10 zum Pumpraum 4 auf, welches bei einem Überdruck im Pumpraum 4 das mit Feststoffen aufkonzentrierte Fluid 9 auslässt. Das selbstständig schliessende Auslassventil 8 ist endseitig weggesteuert schliessend mit einer Auslassventilfeder 11 über einer Zugstange 12 vorgespannt, welche bei einem kurz vor dem unteren Totpunkt der Her-Bewegung angeordneten Axialanschlag 13 des Filterkolbens 7 das Auslassventil 8 schliesst und somit eine Rückströmung des gereinigten Fluids 9 durch den Filterkolben 7 in den Pumpraum 4 erzwingt, wodurch im Pumpraum 4 ein Überdruck aufgebaut wird, welcher das mit Feststoffen aufkonzentrierte Fluid 9 über das Konzentratauslassventil 10 auslässt.

    Claims (8)

    1. Kolbenpumpe mit einem Zylinder (2), einem selbstständig schliessendem Einlassventil (3) zu einem Pumpraum (4), einem dichtend hin- und herbewegbaren Kolben (5) und einem dichtend vorgelagerten Filterkolben (7), dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (5) mit dem vorgelagerten Filterkolben (7) federnd vorgespannt, axial begrenzt beweglich ist, und dass der Kolben (5) mit dem Filterkolben (7) ein selbstständig schliessendes Auslassventil (8) ausbildet.
    2. Kolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein selbstständig schliessendes Konzentratauslassventil (10) zum Pumpraum (4) aufweist.
    3. Kolbenpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass kurz vor dem unteren Totpunkt des Filterkolben (7) ein Axialanschlag (13) ausgebildet ist und dass das selbstständig schliessende Auslassventil (8) zusätzlich endseitig weggesteuert schliessend ausgeführt ist, wodurch eine Rückströmung des gereinigten Fluids (9) durch den Filterkolben (7) und ein das Konzentratauslassventil (10) öffnender Überdruck erzeugbar ist.
    4. Kolbenpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das endseitig weggesteuert schliessende Auslassventil (8) mit einer Auslassventilfeder (11) über einer Zugstange (12) vorgespannt ist.
    5. Kolbenpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (5) mit dem vorgelagerten Filterkolben (7) über zumindest eine axial vorspannende Filterfeder (6) miteinander verbunden sind.
    6. Verfahren zur Förderung und Filterung eines mit Feststoffen versetzten Fluids wobei eine Kolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche verwendet wird, wobei in einem ersten Arbeitstakt der Kolben (5) durch seine axiale Hin-Bewegung den Pumpraum (4) vergrössert, wodurch bei geschlossenen Auslassventil (8) ein Unterdruck entsteht, welcher das mit Feststoffen versetzte Fluid (9) über das dadurch geöffnete Einlassventil (3) in den Pumpraum (4) einströmen lässt, und wobei in einem zweiten Arbeitstakt sich durch seine axiale Her-Bewegung der Pumpraum (4) verkleinert und das mit Feststoffen versetzte Fluid (9) verdichtet wird, wodurch der vorgelagerte Filterkolben (7) gegen die Vorspannung auf den Kolben (5) zubewegt wird und das Auslassventil (8) öffnet, welches das durch den Filterkolben (7) gefilterte und durch den Kolben (5) verdichtete gereinigte Fluid (9) ausströmen lässt.
    7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in einem dritten Takt das mit Feststoffen aufkonzentrierte Fluid (9) über das Konzentratauslassventil (10) ausgelassen wird.
    8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in dem dritten Takt eine Rückströmung des gereinigten Fluids (9) durch den Filterkolben (7) in den Pumpraum (4) bewirkt wirkt.
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