DE102018132270A1

DE102018132270A1 - Kolbenpumpe und Verfahren zum Betrieb einer Kolbenpumpe

Info

Publication number: DE102018132270A1
Application number: DE102018132270.4A
Authority: DE
Inventors: Andreas Lehmann; Friedrich Schwing
Original assignee: Friedrich Wilhelm Schwing GmbH
Current assignee: Friedrich Wilhelm Schwing GmbH
Priority date: 2018-12-14
Filing date: 2018-12-14
Publication date: 2020-06-18

Abstract

Die Erfindung betriff ein Verfahren zum Betrieb einer Kolbenpumpe mit einem Differentialzylinderantrieb (1) mit mindestens zwei Differentialzylindern (2, 3) zum Antrieb von mindestens zwei in Förderzylindern beweglichen Förderkolben, wobei jeder Förderkolben über einen zugeordneten Differentialzylinder (2, 3) des Differentialzylinderantriebs (1) zum Betrieb der Kolbenpumpe angetrieben ist, mit einer Hydraulikschaltung (4) zum Antrieb des Differentialzylinderantriebs (1) durch Beaufschlagung mit Hydraulikfluid. Die Erfindung schlägt vor, die Vorkomprimierung in mindestens zwei Phasen aufgeteilt ist, wobei in einer ersten Phase die Hydraulikschaltung (4) die Vorkomprimierung des angesaugten Gutes in dem Förderzylinder mit einer ersten Förderkolbengeschwindigkeit durch Beaufschlagung des zugeordneten Differentialzylinders (2, 3) mit dem Hydraulikfluid bei einem ersten Volumenstrom und einem ersten Druck bewirkt und in einer zweiten, nachfolgenden Phase, die Hydraulikschaltung (4) die Vorkomprimierung des angesaugten Gutes in dem Förderzylinder mit einer gegenüber der ersten Förderkolbengeschwindigkeit geringeren, zweiten Förderkolbengeschwindigkeit durch Beaufschlagung des zugeordneten Differentialzylinders (2, 3) mit dem Hydraulikfluid bei einem gegenüber dem ersten Volumenstrom geringeren, zweiten Volumenstrom und einem gegenüber dem ersten Druck höheren, zweiten Druck bewirkt. Außerdem betrifft die Erfindung eine Kolbenpumpe zur Durchführung des Verfahrens.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Kolbenpumpe mit einem Differentialzylinderantrieb mit mindestens zwei Differentialzylindern zum Antrieb von mindestens zwei in Förderzylindern beweglichen Förderkolben, wobei jeder Förderkolben über einen zugeordneten Differentialzylinder des Differentialzylinderantriebs zum Betrieb der Kolbenpumpe angetrieben ist, mit einer Hydraulikschaltung zum Antrieb des Differentialzylinderantriebs durch Beaufschlagung mit Hydraulikfluid, umfassend folgende zyklisch durchlaufene Schritte:

- Ansaugung von zu förderndem Gut mittels eines ersten Förderzylinders durch Antrieb des zugeordneten Differentialzylinders und gleichzeitiges Ausstoßen von zu förderndem Gut mittels eines zweiten Förderzylinders durch Antrieb des zugeordneten Differentialzylinders,
- Vorkomprimierung des angesaugten Gutes mittels des ersten Förderzylinders durch Antrieb des zugeordneten Differentialzylinders und gleichzeitiges Ausstoßen des Gutes mittels des zweiten Förderzylinders durch Antrieb des zugeordneten Differentialzylinders,
- Ausstoßen des vorkomprimierten Gutes mittels des ersten Förderzylinders durch Antrieb des zugeordneten Differentialzylinders und gleichzeitige Ansaugung von zu förderndem Gut mittels des zweiten Förderzylinders durch Antrieb des zugeordneten Differentialzylinders, und
- Ausstoßen des Gutes mittels des ersten Förderzylinders durch Antrieb des zugeordneten Differentialzylinders und gleichzeitige Vorkomprimierung des angesaugten Gutes mittels des zweiten Förderzylinders durch Antrieb des zugeordneten Differentialzylinders. Außerdem betrifft die Erfindung eine Kolbenpumpe zur Durchführung des Verfahrens.

Bei der Förderung von beispielsweise Beton werden Pumpen eingesetzt, und zwar regelmäßig Kolbenpumpen, die zwei Förderzylinder mit jeweils einem Kolben aufweisen. Die Zylinder beziehen die zu fördernde breiige Masse in einem Saughub beispielsweise aus einem Einfülltrichter und fördern danach die angesaugte breiige Masse in einem Pumphub in eine an die Kolbenpumpe angeschlossene Förderleitung. Dabei werden die Kolben der beiden Zylinder gegenläufig betrieben, um möglichst gleichmäßig breiige Masse in die Förderleitung zu fördern. Die Förderleitung einer solchen Pumpvorrichtung kann eine beachtliche Länge annehmen. Häufig ist sie Teil eines Kranauslegers und dient zur Förderung der breiigen Masse von dem Standort der Pumpvorrichtung zu entlegenen Enden der Baustelle. Die Länge der Förderleitung bringt mit sich, dass bereits kleinste Unterbrechungen des Förderflusses der breiigen Masse aufgrund der Massenträgheit zu erheblichen Schwenkbewegungen der Förderleitung führen. Man ist deshalb seit langem bestrebt, Pumpen und Verfahren zu entwickeln, die eine kontinuierliche Förderung der breiigen Masse erlauben.
Die US 3,749,525 A offenbart eine Pumpe, die zur Förderung von einem Fördergut unter Druck ausgebildet ist. Hierfür verfügt die Pumpe über jeweils den Förderzylindern zugeordnete Drehschieber, an denen drei Anschlussöffnungen wahlweise freigegeben oder geschlossen werden. Bei den drei Anschlussöffnungen handelt es sich um eine Einlassöffnung, die mit dem Förderzylinder verbunden ist, eine Auslassöffnung, die mit einer Förderleitung verbunden ist, und eine Einfüllöffnung, die mit einem Einfülltrichter verbunden ist. Die Drehschieber weisen mindestens drei Schaltstellungen auf und werden von einem Aktor simultan gegenläufig zueinander geschaltet. Während des gleichzeitigen Verschlusses von Einfüllöffnung und Auslassöffnung durch die beiden Drehschieber wird der kontinuierliche Förderstrom aus den Förderzylindern unterbrochen. Ein hierdurch hervorgerufener Druckabfall wird von einem Ausgleichszylinder ausgeglichen, der eine kontinuierliche Förderung in der Förderleitung auch beim periodischen Richtungswechsel der Förderkolben in den Förderzylindern sicherstellt. Nachteilig an einer solchen Lösung sind zum einen der aufwändige Aufbau mit einem dritten Zylinder und die komplizierte Ansteuerung der drei Zylinder, um eine kontinuierliche Förderung in der Förderleitung aufrechtzuerhalten.
In der US 3,279,383 A wird eine Pumpe beschrieben mit mindestens zwei Förderzylindern mit darin beweglichen Förderkolben, wobei jedem Förderzylinder jeweils ein Drehschieber zugeordnet ist, der ein Schiebergehäuse und ein darin um eine Drehachse drehbares Ventilglied aufweist, wobei das Schiebergehäuse mindestens drei Anschlussöffnungen aufweist. Bei den drei Anschlussöffnungen handelt es sich um eine Einlassöffnung, die mit dem Förderzylinder verbunden ist, eine Auslassöffnung, die mit einer Förderleitung verbunden ist, und eine Einfüllöffnung, die mit einem Einfülltrichter verbunden ist. Das Ventilglied verschließt oder gibt die Einfüllöffnung oder die Auslassöffnung in zwei Schaltstellungen wahlweise frei.
Mittels Koordination der Bewegungen der zwei in den Förderzylindern beweglichen Förderkolben soll eine kontinuierliche Förderung von Fördergut in der Förderleitung aufrechterhalten werden. Da über die lediglich zwei Schaltstellungen der Drehschieber keine Vorkomprimierung des Förderguts in den Förderzylindern möglich ist, kommt es bei Öffnung der vollen Förderzylinder vor dem Pumpvorgang zu Unterbrechungen des Förderflusses der breiigen Masse, die aufgrund der Massenträgheit zu erheblichen Schwenkbewegungen der Förderleitung führen.
Weitere Bestrebungen, eine kontinuierliche Förderung von Fördergut bei einer Zwei-Zylinder-Kolbenpumpe zu erreichen, sind in EP 2 387 667 B1 offenbart. Hier sind jedem Förderzylinder ein Einlassschieber und ein Auslassschieber zugeordnet. Die hier beschriebene Lösung hat den Vorteil, dass die Schieber sich unter optimalen Druckbedingungen öffnen und schließen lassen. Eine geeignete Hydraulikschaltung zum Antrieb der Förderkolben in den Förderzylindern wird hier jedoch nicht beschrieben.
Auch die EP 3 282 124 A1 offenbart eine Lösung für eine kontinuierliche Förderung von Fördergut bei einer Zwei-Zylinder-Kolbenpumpe. Hier ist jedem Förderzylinder ein Einlassschieber zugeordnet, und es ist ein Auslassschieber vorgesehen, der in drei Schaltstellungen geschaltet werden kann, wobei in einer mittleren Stellung eine gleichzeitige Förderung über die beiden Förderkolben in den Förderzylinder möglich ist.
Eine Hydraulikschaltung zur Schaltung eines Differentialzylinderantriebs zum Antrieb der Förderkolben in den Förderzylindern einer Kolbenpumpe wird in EP 0 808 422 B1 vorgeschlagen. Die hier offenbarten Differentialzylinder des Differentialzylinderantriebs treiben die in den Förderzylindern der Kolbenpumpe beweglichen Förderkolben im Pumpbetrieb der Kolbenpumpe an. Hierzu werden die Differentialzylinder mit einem Hydraulikfluidstrom aus einer Haupthydraulikpumpe beaufschlagt. Die Haupthydraulikpumpe sorgt für den Antrieb der Differentialzylinder bei Ansaugung von zu förderndem Gut in die Förderzylinder und beim Ausstoßen von angesaugtem Gut aus den Förderzylindern. Zusätzlich ist in der vorgeschlagenen Hydraulikschaltung eine weitere Hydraulikpumpe vorgesehen, welche die Differentialzylinder bei einer Vorkomprimierung von zu förderndem Gut in den Förderzylindern mit Hydraulikfluid über die Hydraulikschaltung beaufschlagt. Nachteilig an der hier beschriebenen Lösung ist, dass der Druck der Haupthydraulikpumpe den Druck der Zusatzhydraulikpumpe übertrifft. Auf diese Weise kann keine ausreichende Vorkomprimierung in den Förderzylindern der Kolbenpumpe stattfinden, da der geringere Druck der Zusatzhydraulikpumpe nicht ausreicht, um eine Vorkomprimierung des Förderguts in den Förderzylindern zu erreichen, die bei Umschaltung in den Pumpvorgang zum Ausstoßen des Förderguts aus dem Förderzylinder ein Zurücksacken von Fördergut aus der Förderleitung, durch die weitere Komprimierung von Fördergut in dem Förderzylinder, und hierdurch hervorgerufene Schwingungen verhindert. Außerdem lassen sich über das vorgeschlagene Zweiwegeventil an den Antriebsleitungen zwischen Haupthydraulikpumpe und den Differentialzylindern des Differentialzylinderantriebs die Förderkolben der Förderzylinder nur abrupt zum Ausstoßen von angesaugtem Fördergut umschalten. Mit der abrupten Beaufschlagung der Differentialzylinder des Differentialzylinderantriebs durch die Haupthydraulikpumpe werden weitere Schwingungen der Förderleitung hervorgerufen. In einer Ausgestaltung wird zudem vorgeschlagen die Differentialzylinder des Differentialzylinderantriebs über separate Hydraulikpumpen anzutreiben. Hier gestaltet sich jedoch insbesondere die zeitliche Abstimmung bei der Schaltung der Steuerventile und der Antriebsleistung der zwei separaten Hydraulikpumpen schwierig. Eine zufriedenstellend kontinuierliche Förderung von Fördergut mit einer Kolbenpumpe ist mit den hier vorgeschlagenen Hydraulikschaltungen für den Differentialzylinderantrieb somit nicht möglich.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Betrieb einer Kolbenpumpe mit einem über eine Hydraulikschaltung angesteuerten Differentialzylinderantrieb anzugeben, das eine einfache, fehlerunanfällige und gleichmäßige, d.h. kontinuierliche Förderung ermöglicht. Außerdem soll eine vereinfachte Kolbenpumpe geschaffen werden, die eine kontinuierliche Förderung von Fördergut mit gegenläufig arbeitenden Förderkolben.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Betrieb einer Kolbenpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Dadurch, dass die Vorkomprimierung in mindestens zwei Phasen aufgeteilt ist, wobei in einer ersten Phase die Hydraulikschaltung die Vorkomprimierung des angesaugten Gutes in dem Förderzylinder mit einer ersten Förderkolbengeschwindigkeit durch Beaufschlagung des zugeordneten Differentialzylinders mit dem Hydraulikfluid bei einem ersten Volumenstrom und einem ersten Druck bewirkt und in einer zweiten, nachfolgenden Phase, die Hydraulikschaltung die Vorkomprimierung des angesaugten Gutes in dem Förderzylinder mit einer gegenüber der ersten Förderkolbengeschwindigkeit geringeren, zweiten Förderkolbengeschwindigkeit durch Beaufschlagung des zugeordneten Differentialzylinders mit dem Hydraulikfluid bei einem gegenüber dem ersten Volumenstrom geringeren, zweiten Volumenstrom und einem gegenüber dem ersten Druck höheren, zweiten Druck bewirkt, kann eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte kontinuierliche Förderung erreicht werden.
In der ersten Phase der Vorkomprimierung werden in der Regel große Mengen an Hydraulikfluid benötigt, um das Fördergut in den Förderzylindern vorzukomprimieren. Insbesondere wenn der Füllgrad des Förderzylinders am Ende der Ansaugung gering ist, das bedeutet, der ansaugende Förderzylinder neben Dickstoff auch mit Luft gefüllt ist, reicht die zur Vorkomprimierung vorgesehene Zeitspanne und der verfügbare Hydraulikdruck oft nicht aus, um die Vorkomprimierung in einer Weise durchzuführen, dass das vorkomprimierte Gut mit dem gleichen Druck, wie das Fördergut im ausstoßenden Förderzylinder beaufschlagt ist. Hierdurch hervorgerufene Druckschwankungen in der Förderleitung verhindern eine kontinuierliche Förderung. An dieser Stelle setzt die Erfindung an, indem in der ersten Phase zur Vorkomprimierung die Hydraulikschaltung die Differentialzylinder mit einem ersten Volumenstrom und einem ersten Druck beaufschlagt. Zu Beginn der Vorkomprimierung ist in der Regel nur die angesaugte Luft im Förderzylinder zu komprimieren. Für die erste Phase der Vorkomprimierung reicht daher ein geringer Hydraulikdruck aus, dafür ist unter Umständen ein längerer Kolbenweg zurückzulegen, das heißt, es ist auch ein größeres Hydraulikfluidvolumen für diese erste Phase der Vorkomprimierung vorzusehen. Wenn die erste Phase der Vorkomprimierung abgeschlossen ist, muss der Druck des Fördergutes in den Förderzylindern noch auf das Druckniveau in der Förderleitung angehoben werden. Hierzu werden in der zweiten Phase der Vorkomprimierung die Differentialzylinder von der Hydraulikschaltung mit einer gegenüber der ersten Förderkolbengeschwindigkeit geringeren, zweiten Förderkolbengeschwindigkeit über den zugeordneten Differentialzylinder angetrieben. Dafür wird ein gegenüber dem ersten Volumenstrom geringerer, zweiter Volumenstrom und ein gegenüber dem ersten Druck höherer, zweiter Druck genutzt. Über diese in zwei Phasen aufgeteilte Vorkomprimierung kann letztlich eine kontinuierliche Förderung von Fördergut erreicht werden, bei der ein Zurücksacken von Fördergut in der Förderleitung und damit Schwingungen der Förderleitung wirksam reduziert werden. Hierzu trägt besonders der in der ersten Phase geringere erste Druck bei, mit dem zu Beginn der Vorkomprimierung der zugeordnete Differentialzylinder von der Hydraulikschaltung beaufschlagt wird. Hierdurch kann verhindert werden, dass der Förderkolben in dem Förderzylinder mit einem zu hohen Druck und einer zu hohen Förderkolbengeschwindigkeit auf das zu schnell komprimierte Fördergut trifft. Der Übergang zwischen der ersten Phase der Vorkomprimierung und der zweiten Phase der der Vorkomprimierung kann kontinuierlich erfolgen, um Schwingungen der Förderleitung weiter zu reduzieren.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale auch in beliebiger und technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und somit weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass nach der Vorkomprimierung des angesaugten Gutes mittels eines Förderzylinders durch Antrieb des jeweils zugeordneten Differentialzylinders über die Hydraulikschaltung ein Ausstoßen des Gutes mittels des ersten und des zweiten Förderzylinders gleichzeitig durch parallelen Antrieb der zugeordneten Differentialzylinder erfolgt, bevor wieder eine Ansaugung von zu förderndem Gut durch Antrieb des jeweils zugeordneten Differentialzylinders über die Hydraulikschaltung folgt. Über den parallelen Antrieb der zugeordneten Differentialzylinder kann ein gleichzeitiges Ausstoßen von Fördergut über beide Förderkolben der Kolbenpumpe erreicht werden. Mit der parallelen Förderung aus beiden Förderzylindern kann ein fließender Übergang bei der Übergabe des von der Kolbenpumpe erzeugten Förderstroms in der Förderleitung zwischen den beiden Förderzylindern eingerichtet werden.
Eine besonders vorteilhafte Ausführung der Erfindung bezieht sich darauf, dass die Hydraulikschaltung mindestens eine Haupthydraulikquelle zum Antrieb, d.h. zur Beaufschlagung der Differentialzylinder mit dem Hydraulikfluid bei Ansaugung von zu förderndem Gut in die Förderzylinder und Ausstoßen von angesaugtem Gut aus den Förderzylindern, und eine Zusatzhydraulikquelle zum Antrieb der Differentialzylinder bei der Vorkomprimierung von zu förderndem Gut in den Förderzylindern zwischen Ansaugung von zu förderndem Gut und Ausstoßen von vorkomprimiertem Gut aufweist. Um in dieser ersten Phase nicht zu viel Hydraulikfluidvolumen von der Haupthydraulikquelle abzuzweigen und hierdurch Förderdruckschwankungen in der Förderleitung hervorzurufen, wird die Zuschaltung der Zusatzhydraulikquelle vorgeschlagen. Für diesen Zweck reicht grundsätzlich eine Hydraulikquelle aus, die ein ausreichendes Fördervolumen hat. Der von der Zusatzhydraulikquelle bereitgestellte Öldruck muss dagegen nicht allzu hoch sein, insbesondere muss er nicht den hohen Druck des ausstoßenden Förderzylinders erreichen. In der vorgesehenen Hydraulikschaltung ist für diesen Zweck eine zusätzliche Hydraulikquelle vorgesehen, die zumindest in der ersten Phase der Vorkomprimierung zusammen mit der Haupthydraulikquelle die Differentialzylinder zur Komprimierung des Fördergutes in den Förderzylindern antreibt. Die erste Phase der Vorkomprimierung ist abgeschlossen, wenn die Zusatzhydraulikquelle nicht mehr zur Erhöhung des Druckniveaus im Förderzylinder beiträgt. Den hierfür notwendigen Hydraulikdruck kann die Haupthydraulikquelle zur Verfügung stellen, ohne dass es zu einem Einbruch des Hydraulikdrucks am zugeordneten Differentialzylinder des gleichzeitigen fördernden Förderzylinders kommt, weil die benötigte Ölmenge in dieser zweiten Phase nur noch gering ist. Dadurch, dass in dieser zweiten Phase der Vorkomprimierung nur die Haupthydraulikquelle die Differentialzylinder des Differentialzylinderantriebs zum Antrieb der Förderkolben in den Förderzylindern beaufschlagt, kann das Druckniveau bei der Vorkomprimierung in dem einen Förderzylinder einfach an das Druckniveau des bereits fördernden Förderzylinders und damit an das Druckniveau in der Förderleitung angepasst werden.
Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, die vorsieht, dass zur Vorkomprimierung des angesaugten Gutes in dem einem Förderzylinder der diesem zugeordnete Differentialzylinder und zum gleichzeitigen Ausstoß des Gutes aus dem anderen Förderzylinders der diesem zugeordnete Differentialzylinder über die Hydraulikschaltung von der Haupthydraulikquelle mit dem Hydraulikfluid bei Gleichdruck beaufschlagt werden. Mit der Beaufschlagung der zugeordneten Differentialzylinder durch einen gleichen, von ein und derselben Haupthydraulikquelle zur Verfügung gestellten Druck, ist die Angleichung der Druckniveaus in den Förderzylindern bei der Vorkomprimierung besonders einfach möglich. Die Beaufschlagung mit Gleichdruck von der gleichen Druckquelle sorgt in der Vorkomprimierung für eine einfache Anpassung der Druckverhältnisse im Förderzylinder an die Druckverhältnisse in der Förderleitung.
Eine besonders vorteilhafte Ausführung der Erfindung bezieht sich darauf, dass sich durch die Beaufschlagung von Gleichdruck durch die Haupthydraulikquelle zum Ende der zweiten Phase der Vorkomprimierung ein Gleichdruck in den Differentialzylindern einstellt, bevor von der Hydraulikschaltung mit dem Ausstoßen von vorkomprimierten Gut aus dem Förderzylinder, der die Vorkomprimierung abgeschlossen hat, begonnen wird. Mit der Einstellung von Gleichdruck zum Ende der zweiten Phase in der Vorkomprimierung können somit Druckverhältnisse in den Förderzylindern erzeugt werden, die ein Nachsacken von Fördergut aus der Förderleitung und damit Schwingungen der Förderleitung zu Beginn des Ausstoßes von vorkomprimierten Fördergut verhindern.
Eine besonders vorteilhafte Ausführung der Erfindung sieht vor, dass die Differentialzylinder zur Beschleunigung der Ansaugung von zu förderndem Gut in die Förderzylinder zusätzlich von der Zusatzhydraulikquelle zum Antrieb der Förderkolben von der Hydraulikschaltung bei der Ansaugung beaufschlagt werden. Mit der Beschleunigung der Ansaugung durch die Zusatzhydraulikquelle kann der Ansaugvorgang der Förderkolben schneller erfolgen als der Pumpvorgang, so dass die Zeit für die Vorkomprimierung von Fördergut in den Förderzylindern und vorzugsweise auch die Zeit der parallelen Förderung durch beide Förderzylinder ausgeglichen werden kann. Mit der Verwendung der Zusatzhydraulikquelle während der Vorkomprimierung und während der Ansaugung kann die Zusatzhydraulikquelle für zwei verschiedene Aufgaben gleichzeitig genutzt werden, sodass hier nur ein Aggregat für die beschleunigte Ansaugung und die verbesserte Vorkomprimierung erforderlich ist.
Eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung sieht vor, dass die zusätzliche Beaufschlagung der Differentialzylinder zur Beschleunigung der Ansaugung von zu förderndem Gut in die Förderzylinder von der Zusatzhydraulikquelle an stangenseitigen Wirkflächen von Differentialkolben der Differentialzylinder erfolgt, wobei die Stangenseiten der Differentialkolben über eine Schaukelleitung verbunden sind, die von der Hydraulikschaltung mit der Zusatzhydraulikquelle verbunden wird. Mit der Beaufschlagung der Differentialzylinder an den stangenseitigen Wirkflächen der Differentialkolben kann sehr einfach eine zusätzliche Beschleunigung bei der Ansaugung durch die Zusatzhydraulikquelle erreicht werden. Hierzu beaufschlagt die Zusatzhydraulikquelle vorteilhafterweise die Schaukelleitung, welche die Stangenseiten der Differentialkolben miteinander verbindet.
Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform, die vorsieht, dass die Differentialzylinder zum Antrieb der Förderkolben beim Ausstoßen von zu förderndem Gut aus den Förderzylindern von der Haupthydraulikquelle an kolbenseitigen Wirkflächen der Differentialkolben durch die Hydraulikschaltung beaufschlagt werden. Bei stangenseitiger Beaufschlagung der Differentialkolben zur Beschleunigung der Ansaugung durch die Zusatzhydraulikquelle ist es von besonderem Vorteil, wenn die Differentialzylinder zum Antrieb der Förderkolben beim Ausstoßen von zu förderndem Gut aus den Förderzylindern an den kolbenseitigen Wirkflächen der Differentialkolben von der Haupthydraulikquelle beaufschlagt werden. Mit der beidseitigen Beaufschlagung der Differentialkolben über die Haupthydraulikquelle und die Zusatzhydraulikquelle, welche an der Schaukelleitung zusätzliches Hydraulikfluid einspeist, kann sehr einfach die Ansaugung von zu förderndem Gut beschleunigt werden. Neben dem Schaukelfluid aus der Stangenseite des einen Differentialzylinders wird die Stangenseite des anderen Differentialzylinders hierzu mit zusätzlichem Hydraulikfluid von der Zusatzhydraulikquelle beaufschlagt. Hierdurch lässt sich auf einfache Weise eine besonders wirksame Beschleunigung des Ansaugvorganges realisieren.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die Zusatzhydraulikquelle während der ersten Phase der Vorkomprimierung einen höheren Volumenstrom an Hydraulikfluid, aber einen geringeren Druck gegenüber der Haupthydraulikquelle über die Hydraulikschaltung zum Antrieb der Differentialzylinder zur Verfügung stellt. Über den höheren Volumenstrom an Hydraulikfluid, den die Zusatzhydraulikquelle während der ersten Phase der Vorkomprimierung für den Antrieb der Differentialzylinder zur Verfügung stellt, kann eine schnelle Komprimierung des aufgenommenen Fördergutes in den Förderzylindern auch bei geringem Füllgrad bewirkt werden, ohne dass der Förderdruck in der Förderleitung einbricht.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Rückschlagventil in der Hydraulikschaltung schließt, sobald bei der Vorkomprimierung ein Druck ansteht, der höher ist als der von der Zusatzhydraulikquelle zur Verfügung gestellte Druck, wobei das Schließen des Rückschlagventils den Übergang von der ersten Phase der Vorkomprimierung zur zweiten Phase der Vorkomprimierung darstellt. Mit dem Schließen des Rückschlagventils in der Hydraulikschaltung kann auf einfache Weise die erste Phase der Vorkomprimierung abgeschlossen werden, in dem die Zusatzhydraulikquelle aufhört, die Differentialzylinder des Differentialzylinderantriebs zur Vorkomprimierung anzutreiben. Sobald bei der Vorkomprimierung ein Druck an dem Rückschlagventil ansteht, der höher ist als der von der Zusatzhydraulikquelle zur Verfügung gestellte Druck, schließt das Rückschlagventil und die Vorkomprimierung wird von der Haupthydraulikquelle in der zweiten Phase abgeschlossen.
Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform, die vorsieht, dass die Zusatzhydraulikquelle das Rückschlagventil während der Beaufschlagung der Differentialzylinder in der ersten Phase der Vorkomprimierung aufdrückt. Durch das Aufdrücken des Rückschlagventils in der ersten Phase der Vorkomprimierung kann die Zusatzhydraulikquelle sehr einfach ihren Beitrag zum Antrieb der Differentialzylinder während der Vorkomprimierung leisten.
Eine besonders vorteilhafte Ausführung der Erfindung sieht vor, dass Antriebsleitungen zwischen den Differentialzylindern und der Haupthydraulikquelle über Proportionalventile regelbar sind, wobei die Proportionalventile zum Ende der zweiten Phase der Vorkomprimierung nach Erreichen des Gleichdruckes in den Differentialzylindern langsam zum Ausstoßen von vorkomprimierten Gut aus den Förderzylindern geöffnet werden und langsam nach dem Ausstoßen von zu förderndem Gut aus den Förderzylindern geschlossen werden. Mit dem langsamen Öffnen der Proportionalventile kann ein besonders sanfter Übergang zwischen Vorkomprimierung und Ausstoßen des vorkomprimierten Fördergutes realisiert werden. Auch das langsame Schließen der Proportionalventile stellt sicher, dass ein sanfter Übergang nach Beendigung des Pumpvorgangs in den Ansaugvorgang gewährleistet ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Differentialzylinder zur Vorkomprimierung von zu förderndem Gut in den Förderzylindern von der Hydraulikschaltung durch die Zusatzhydraulikquelle über ein Rückschlagventil der Hydraulikschaltung und gleichzeitig durch die Haupthydraulikquelle über ein Stromregelventil der Hydraulikschaltung mit dem Hydraulikfluid beaufschlagt werden. Mit der Beaufschlagung der Differentialzylinder über das Rückschlagventil kann sichergestellt werden, dass die Zusatzhydraulikquelle in der ersten Phase der Vorkomprimierung zusätzliches Hydraulikfluid für die schnelle Kolbenbewegung zur Verfügung stellt. Die Beaufschlagung der Differentialzylinder von der Haupthydraulikquelle über das Stromregelventil stellt sicher, dass nur ein definierter Volumenstrom von der Haupthydraulikquelle zur Vorkomprimierung genutzt wird. Mit dem über das Stromregelventil begrenzten Volumenstrom lässt sich eine Vorkomprimierung auf das Druckniveau in der Förderleitung realisieren, ohne dass es in der Förderleitung durch die Vorkomprimierung über die Haupthydraulikquelle zu nennenswerten Druckschwankungen kommt. Damit ist auf einfache Weise eine Anhebung des Druckniveaus in den Förderzylindern durch die Vorkomprimierung des Fördergutes auf das Druckniveau in der Förderleitung möglich. Dies verhindert ein Zurücksacken von Fördergut in der Förderleitung wirksam, wodurch Schwingungen der Förderleitung verhindert werden.
Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, die vorsieht, dass während der Vorkomprimierung von zu förderndem Gut in dem einen Förderzylinder der andere Förderzylinder zum Ausstoßen von zu förderndem Gut über den zugeordneten Differentialzylinder angetrieben wird, wobei dieser Differentialzylinder von der Hydraulikschaltung durch die Haupthydraulikquelle beaufschlagt wird, wobei die Hydraulikschaltung hierzu den Differentialzylinder von der Haupthydraulikquelle über eine vor dem Stromregelventil abzweigende Antriebsleitung mit dem Hydraulikfluid beaufschlagt. Über die vor dem Stromregelventil abzweigende Antriebsleitung kann der zugeordnete Differentialzylinder von der Haupthydraulikquelle beim Ausstoßen von Fördergut aus dem Förderzylinder angetrieben werden, ohne dass die Abzweigung von Hydraulikfluid aus der Antriebsleitung zu nennenswerten Förderdruckschwankungen beim Ausstoß des Fördergutes in die Förderleitung führen.
Eine besonders vorteilhafte Ausführung der Erfindung bezieht sich darauf, dass zum gleichzeitigen Ausstoßen von zu förderndem Gut aus den Förderzylindern die zugeordneten Differentialzylinder parallel über separate Antriebsleitungen von der Haupthydraulikquelle unter Umgehung des Stromregelventils von der Hydraulikschaltung mit dem Hydraulikfluid beaufschlagt werden. Mit der Beaufschlagung der zugeordneten Differentialzylinder über separate Antriebsleitungen kann ein gleichzeitiger Ausstoß von Fördergut aus den Förderzylindern durch gleichzeitigen Antrieb der Differentialzylinder über die Haupthydraulikquelle erreicht werden. Mit der Umgehung des Stromregelventils kann die Antriebsleistung der Haupthydraulikquelle von der Hydraulikschaltung einfach zwischen den parallel angetriebenen Differentialzylindern aufgeteilt werden.
Ferner ist Gegenstand der Erfindung eine zuvor und im Folgenden näher beschriebene Kolbenpumpe zur Durchführung des Verfahrens, mit einem Differentialzylinderantrieb mit mindestens zwei Differentialzylindern zum Antrieb von mindestens zwei in Förderzylindern beweglichen Förderkolben der Kolbenpumpe, wobei jeder Förderkolben über einen zugeordneten Differentialzylinder des Differentialzylinderantriebs zum Betrieb der Kolbenpumpe angetrieben ist, mit einer Hydraulikschaltung zum Antrieb des Differentialzylinderantriebs durch Beaufschlagung mit dem Hydraulikfluid, wobei die Hydraulikschaltung dazu eingerichtet ist in einer ersten Phase eine Vorkomprimierung des angesaugten Gutes in einem Förderzylinder mit einer ersten Förderkolbengeschwindigkeit durch Beaufschlagung des zugeordneten Differentialzylinders mit dem Hydraulikfluid bei einem ersten Volumenstrom und einem ersten Druck zu bewirken und in einer zweiten, nachfolgenden Phase, eine Vorkomprimierung des angesaugten Gutes in dem Förderzylinder mit einer gegenüber der ersten Förderkolbengeschwindigkeit geringeren, zweiten Förderkolbengeschwindigkeit durch Beaufschlagung des zugeordneten Differentialzylinders mit dem Hydraulikfluid bei einem gegenüber dem ersten Volumenstrom geringeren, zweiten Volumenstrom und einem gegenüber dem ersten Druck höheren, zweiten Druck zu bewirken.
Eine besonders vorteilhafte Ausführung der Kolbenpumpe bezieht sich darauf, dass die Hydraulikschaltung mindestens aufweist:

- eine Haupthydraulikquelle zum Antrieb der Differentialzylinder bei Ansaugung von zu förderndem Gut in die Förderzylinder und Ausstoßen von angesaugtem Gut aus den Förderzylindern, und
- eine Zusatzhydraulikquelle zum Antrieb der Differentialzylinder bei einer Vorkomprimierung von zu förderndem Gut in den Förderzylindern vor Ausstoßen von vorkomprimiertem Gut. Die Erfindung schlägt vor, dass jeder der Differentialzylinder zumindest zeitweise zur Vorkomprimierung in dem zugeordneten Förderzylinder gleichzeitig von der Haupthydraulikquelle und der Zusatzhydraulikquelle von der Hydraulikschaltung mit dem Hydraulikfluid beaufschlagbar ist.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aufgrund der nachfolgenden Beschreibung sowie anhand der Zeichnungen, die Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigen. Einander entsprechende Gegenstände oder Elemente sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen:

1 erfindungsgemäße Hydraulikschaltung,
2 bis 7 Hydraulikschaltung in verschiedenen Schaltstellungen und
8 Druckbegrenzungsschaltung für Zusatzhydraulikpumpe.

In der 1 mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet ist ein Differentialzylinderantrieb 1 mit einer Hydraulikschaltung 4 zum Betrieb einer erfindungsgemäßen Kolbenpumpe dargestellt. Der Differentialzylinderantrieb 1 umfasst mindestens zwei Differentialzylinder 2, 3 zum Antrieb von mindestens zwei Förderzylindern beweglichen Förderkolben einer Kolbenpumpe (nicht gezeigt). Jeder der Förderkolben wird über einen zugeordneten Differentialzylinder 2, 3 des Differentialzylinderantriebs 1 zum Betrieb der Kolbenpumpe angetrieben. Die Hydraulikschaltung 4 weist mindestens eine Haupthydraulikquelle 5 zum Antrieb der Differentialzylinder 2, 3 bei Ansaugung von zu förderndem Gut in die Förderzylinder durch die Förderkolben auf. Die Haupthydraulikquelle 5 kann, wie in den Figuren angedeutet, als Haupthydraulikpumpe 5 ausgebildet sein. Alternativ kann die Haupthydraulikquelle 5 auch als Hydraulikspeicher ausgebildet sein, der bevorzugt von einer Hydraulikpumpe aufgeladen wird. Das Ausstoßen von angesaugtem Gut aus den Förderzylindern durch die Förderkolben erfolgt ebenfalls durch Antrieb der Differentialzylinder 2, 3 über die Haupthydraulikpumpe 5. Die Hydraulikschaltung 4 umfasst außerdem eine Zusatzhydraulikquelle 6 zum Antrieb der Differentialzylinder 2, 3 bei einer Vorkomprimierung von zu förderndem Gut in den Förderzylindern durch die Förderkolben. Die Zusatzhydraulikquelle 6 kann, wie in den Figuren angedeutet, als Zusatzhydraulikpumpe 6 ausgebildet sein. Alternativ kann die Zusatzhydraulikquelle 6 auch als Hydraulikspeicher ausgebildet sein, der bevorzugt von der Haupthydraulikpumpe 5 und / oder einer anderen Hydraulikpumpe aufgeladen wird. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung lädt eine Hydraulikpumpe die als Hydraulikspeicher ausgebildete Haupthydraulikquelle 5 und die als Hydraulikspeicher ausgebildete Zusatzhydraulikquelle 6 auf. Die Vorkomprimierung erfolgt vorteilhafterweise zeitlich zwischen Ansaugung von zu förderndem Gut in die Förderzylinder und dem Ausstoßen von vorkomprimierten Gut aus den Förderzylindern und sorgt für eine kontinuierliche Förderung von Fördergut durch die Kolbenpumpe. Die Zusatzhydraulikpumpe 6 kann auch zur Beschleunigung der Ansaugung von zu förderndem Gut in die Förderzylinder zusätzlich die Differentialzylinder 2, 3 zum Antrieb der Förderkolben beaufschlagen. Mit Beaufschlagung der Differentialzylinder 2, 3 zur Beschleunigung der Ansaugung kann durch die Zusatzhydraulikpumpe 6 die Ansaugung über die Hydraulikschaltung 4 verkürzt werden. Die gezeigte Hydraulikschaltung 4 weist zwei Proportionalventile 12, 13 auf, über welche sich die Antriebsleitungen 15, 16 zwischen den Differentialzylindern 2, 3 und der Haupthydraulikpumpe 5 regeln lassen. Mit der Verwendung von Proportionalventilen 12, 13 können die Differentialzylinder 2, 3 langsam zum Ausstoßen von vorkomprimierten Fördergut aus den Förderzylindern mit Hydraulikdruck beaufschlagt werden. Hierzu werden die Proportionalventile langsam geöffnet. Nach dem Ausstoßen von zu förderndem Gut aus den Förderzylindern können die Proportionalventile 12, 13 zudem langsam geschlossen werden, um einen sanften Übergang zwischen Ausstoßen und Ansaugung zu erreichen. Um die Vorkomprimierung zu beschleunigen, kann die Zusatzhydraulikpumpe 6 über zwei Eilgangventile 17, 18 die Differentialzylinder 2, 3 mit Hydraulikdruck beaufschlagen. Hierbei werden zwei Rückschlagventile 10, 11 jeweils von der Zusatzhydraulikpumpe 6 aufgedrückt. Diese Rückschlagventile 10, 11 der Hydraulikschaltung 4 schließen sobald bei der Vorkomprimierung ein Druck ansteht, der höher ist als der von der Zusatzhydraulikpumpe 6 zur Verfügung gestellte Druck. Außerdem verfügt die Hydraulikschaltung 4 über zwei Rücklaufventile 19, 20, über welche der drucklose Rückfluss von Hydraulikfluid in einen Tank 21 freigegeben oder blockiert werden kann. Neben den Antriebsleitungen 15, 16 mit den Proportionalventilen 12, 13 verfügt die Hydraulikschaltung 4 über eine Abzweigung 22 in der ein Stromregelventil 14 angeordnet ist. Über zwei Schleichgangventile 23, 24 kann der über das Stromregelventil 14 begrenzte Hydraulikfluss der Haupthydraulikpumpe 5 so auf die Differentialzylinder 2, 3 des Differentialzylinderantriebs 1 unter Umgehung der Proportionalventile 12, 13 in den Antriebsleitungen 15, 16 beaufschlagt werden. Über ein Schaukelölzulaufventil 25 kann die Schaukelleitung 9, welche die Stangenseiten der Differentialkolben 7, 8 in den Differentialzylindern 2, 3 verbindet, mit Hydraulikfluid durch die Zusatzhydraulikpumpe 6 beaufschlagt werden. Dieses zusätzliche Schaukelöl kann außerdem über ein Schaukelölablaufventil 26 in Richtung des Tanks 21 abgelassen werden. Die Hydraulikschaltung 4 verfügt zudem vorzugsweise über zwei Druckmesser 26, 27, welche den Druck in den Antriebsleitungen 15, 16 vor den Differentialzylindern 2, 3 des Differentialzylinderantriebs 1 messen. Für den Notbetrieb verfügt die Hydraulikschaltung 4 außerdem über zwei Sensoren 29, 20 bzw. Initiatoren am Anschlag der Differentialkolben 7, 8 in den Differentialzylindern 2, 3. Weiterhin verfügt die Hydraulikschaltung 4 vorzugsweise über ein Wegemesssystem 31, 32 für jeden der beiden Differentialzylinder 2, 3.
Mit der gezeigten Hydraulikschaltung 4 lässt sich die Kolbenpumpe über den Differentialzylinderantrieb 1 in folgenden zyklisch durchlaufenen Schritten antreiben:

- Ansaugung von zu förderndem Gut mittels eines ersten Förderzylinders durch Antrieb des zugeordneten Differentialzylinders 2, 3 und gleichzeitiges Ausstoßen von zu förderndem Gut mittels eines zweiten Förderzylinders durch Antrieb des zugeordneten Differentialzylinders 2, 3,
- Vorkomprimierung des angesaugten Gutes mittels des ersten Förderzylinders durch Antrieb des zugeordneten Differentialzylinders 2, 3 und gleichzeitiges Ausstoßen des Gutes mittels des zweiten Förderzylinders durch Antrieb des zugeordneten Differentialzylinders 2, 3,
- Ausstoßen des Gutes mittels des ersten Förderzylinders durch Antrieb des zugeordneten Differentialzylinders 2, 3 und gleichzeitige Ansaugung von zu förderndem Gut mittels des zweiten Förderzylinders durch Antrieb des zugeordneten Differentialzylinders 2, 3,
- Ausstoßen des Gutes mittels des ersten Förderzylinders durch Antrieb des zugeordneten Differentialzylinders 2, 3 und gleichzeitige Vorkomprimierung des angesaugten Gutes mittels des zweiten Förderzylinders durch Antrieb des zugeordneten Differentialzylinders 2, 3. Dadurch wird eine kontinuierliche Förderung von Fördergut erreicht. Nach der Vorkomprimierung des angesaugten Gutes mittels eines Förderzylinders durch Antrieb des jeweils zugeordneten Differentialzylinders 2, 3 über die Hydraulikschaltung 4 kann zudem ein Ausstoßen des Gutes mittels des ersten und des zweiten Förderzylinders gleichzeitig durch parallelen Antrieb der zugeordneten Differentialzylinder 2, 3 erfolgen, bevor wieder eine Ansaugung von zu förderndem Gut mittels eines Förderzylinders durch Antrieb des jeweils zugeordneten Differentialzylinders 2, 3 über die Hydraulikschaltung 4 begonnen wird. Die zum Betrieb der Kolbenpumpe hierzu erforderlichen Ventilstellungen in der Hydraulikschaltung 4 werden anhand der 2-7 erläutert, welche die Hydraulikschaltung 4 gemäß 1 in den einzelnen Schritten zeigen.

Die in 2 gezeigten Schaltstellungen der Ventile der Hydraulikschaltung 4 sorgen für eine Ansaugung von zu förderndem Gut mittels eines ersten Förderzylinders durch Antrieb des linken Differentialzylinders 2 und für ein gleichzeitiges Ausstoßen von zu förderndem Gut mittels eines zweiten Förderzylinders durch Antrieb des rechten Differentialzylinders 3. In den hier gezeigten Schaltstellungen versorgt die Haupthydraulikpumpe 5 den rechten Differentialzylinder 3 an der Kolbenseite mit Hydraulikfluid, um den zugeordneten Förderzylinder der Kolbenpumpe für den Ausstoß von Fördergut aus dem Förderzylinder anzutreiben. Hierzu ist das rechte Proportionalventil 13 in der rechten Antriebsleitung 16 geöffnet und die kolbenseitigen Wirkflächen des rechten Differentialkolbens 8 von der Haupthydraulikpumpe 5 hierdurch beaufschlagt. Über das geöffnete Schaukelölzulaufventil 25 wird der linke Differentialkolben 7 von der Zusatzhydraulikpumpe 6 zur Beschleunigung der Ansaugung von zu förderndem Fördergut zusätzlich beaufschlagt. Hierdurch wird der Förderkolben, welcher von dem linken Differentialzylinder 2 angetrieben wird bei der Ansaugung von zu förderndem Gut zusätzlich beschleunigt. Mit der Versorgung der stangenseitigen Kammer in den Differentialzylindern 2, 3 mit zusätzlichem Schaukelöl fährt der Kolben 7 des linken Differentialzylinders 2 bei dem Ansaugvorgang schneller zurück. Über das geöffnete linke Rücklaufventil 19 kann das hierdurch aus der Kolbenseite des Differentialzylinders 2 verdrängte Hydraulikfluid einfach in Richtung Tank 21 abfließen.
Die 3 zeigt die Schaltstellungen der Ventile in der Hydraulikschaltung 4 bei einem nachfolgenden Schritt. Hier wird zur Vorkomprimierung des angesaugten Gutes mittels des ersten Förderzylinders der linke Differentialzylinder 2 angetrieben, während gleichzeitig der rechte Differentialzylinder 3 zum Ausstoß des Fördergutes mittels des zweiten Förderzylinders weiterhin angetrieben wird. In der hier gezeigten ersten Phase der Vorkomprimierung wird der linke Differentialzylinder 2 von der Zusatzhydraulikpumpe 6 und der Haupthydraulikpumpe 5 angetrieben. Der linke Differentialzylinder 2 wird zur Vorkomprimierung von zu förderndem Gut in dem ersten Förderzylinder von der Hydraulikschaltung 4 durch die Zusatzhydraulikpumpe 6 über ein Rückschlagventil 10 der Hydraulikschaltung 4 und gleichzeitig durch die Haupthydraulikpumpe 5 über ein Stromregelventil 14 der Hydraulikschaltung 4 beaufschlagt. In dieser ersten Phase der Vorkomprimierung stellt die Zusatzhydraulikpumpe 6 über die Hydraulikschaltung 4 einen höheren Volumenstrom an Hydraulikfluid bei einem geringeren Druck gegenüber der Haupthydraulikpumpe 5 zum Antrieb des linken Differentialzylinders 2 zur Verfügung. Die Zusatzhydraulikpumpe 6 drückt hierbei das linke Rückschlagventil 10 auf, solange bei der Vorkomprimierung ein Druck ansteht der niedriger ist als der von der Zusatzhydraulikpumpe 6 zur Verfügung gestellte Druck. Der linke Differentialzylinder 2 wird also bei der Vorkomprimierung von zu förderndem Gut in dem Förderzylinder von der Hydraulikschaltung 4 durch die Zusatzhydraulikpumpe 6 über das Rückschlagventil 10 beaufschlagt und zugleich durch die Haupthydraulikpumpe 5 über ein Stromregelventil 14 der Hydraulikschaltung 4 mit Hydraulikflüssigkeit angetrieben. Hierzu ist das linke Schleichgangventil 23 geöffnet, während das rechte Schleichgangventil 24 geschlossen ist. Das Öl von der Zusatzhydraulikpumpe 6 überwindet das Rückschlagventil 10 solange der Vorkomprimierungsdruck noch gering ist und der Öldruck der Zusatzhydraulikpumpe 6 an dem Rückschlagventil 10 größer ist, als der sich während der Vorkomprimierung aufbauende Druck von der Haupthydraulikpumpe 5 im linken Differentialzylinder 2. Dadurch wird die Vorkomprimierung beschleunigt und die Vorkomprimierung kann abgeschlossen werden, bevor der rechte Differentialzylinder 3 beim Ausstoß von Fördergut aus dem zugeordneten Förderzylinder den Anschlag erreicht. Das Stromregelventil 14 sorgt in dieser Phase dafür, dass nur eine konstante minimale Hydraulikfluidmenge von der Haupthydraulikpumpe 5 für die Vorkomprimierung durch den linken Differentialzylinder 2 genutzt wird. Dadurch sind der Druckeinbruch des Hydraulikfluids und damit der Fördermengeneinbruch für den noch fördernden rechten Zylinder 3 minimal, wenn die Haupthydraulikpumpe 5 gleichzeitig zur Vorkomprimierung beiträgt. Während des Vorkomprimierens könnte auch über einen Regelalgorithmus die Haupthydraulikpumpe 5 nachgeregelt werden. Die für die Vorkomprimierung von der Haupthydraulikpumpe 5 entzogene Menge an Hydraulikfluid kann auch an der Haupthydraulikpumpe 5 nachgeregelt werden. Das Stromregelventil 14 beinhaltet vorzugsweise eine Druckwaage, damit bleibt die Druckdifferenz Δp über das Stromregelventil 14 immer konstant. Deshalb bleibt die über das Stromregelventil 14 fließende Menge immer konstant, unabhängig von der Höhe der Drücke vor und hinter dem Stromregelventil 14. Das in dieser Phase überschüssige Schaukelöl wird über das geöffnete Schaukelölablaufventil 26 zum Tank 21 abgeleitet. Um den Ablauf des überschüssigen Schaukelöls genau dosieren zu können, ist das Schaukelölablaufventil 26 vorzugsweise als Proportionalventil ausgebildet.
Die 4 zeigt die Schaltstellungen der Ventile in der Hydraulikschaltung 4 bei einem nachfolgenden Schritt. Hier wird zur Vorkomprimierung des angesaugten Gutes mittels des ersten Förderzylinders der linke Differentialzylinder 2 weiterhin angetrieben, während gleichzeitig der rechte Differentialzylinder 3 zum Ausstoß des Fördergutes mittels des zweiten Förderzylinders auch angetrieben wird. In der hier gezeigten zweiten Phase der Vorkomprimierung wird der linke Differentialzylinder 2 nur von der Haupthydraulikpumpe 5 angetrieben. Das linke Rückschlagventil 10 in der Hydraulikschaltung 4 schließt, da der bei der Vorkomprimierung entstehende Druck höher ist als der von der Zusatzhydraulikpumpe 6 zur Verfügung gestellte Druck. Die Zusatzhydraulikpumpe 6 trägt in dieser Phase nicht mehr zur Vorkomprimierung bei, da deren Hydraulikdruck ohnehin nicht ausreichen würde. Dies stellt den Übergang von der ersten Phase der Vorkomprimierung zur zweiten Phase der Vorkomprimierung dar. Die Haupthydraulikpumpe 5 erhöht jetzt weiter alleine den Druck in der kolbenseitigen Kammer des linken Differentialzylinders 2, während sie auch den rechten pumpenden Differentialzylinder 3 weiter versorgt. Während der zweiten Phase der Vorkomprimierung des angesaugten Gutes in dem einen Förderzylinder wird der linke Differentialzylinder 2 und zum gleichzeitigen Ausstoß des Gutes aus dem anderen Förderzylinders der rechten Differentialzylinder 3 über die Hydraulikschaltung 4 von der Haupthydraulikpumpe 5 mit Gleichdruck beaufschlagt. Zum Ende dieser zweiten Phase der Vorkomprimierung stellt sich hierdurch ein Gleichdruck in den beiden Differentialzylindern 2, 3 ein. Über die Druckmessung mit den Druckmessern 27, 28 wird zum Ende der Vorkomprimierung dieser Gleichdruck festgestellt, so dass im nächsten Schritt der Übergang in die nächste Phase erfolgen kann. Gleichzeitig erreicht damit auch der Vorkomprimierungsdruck den Förderleitungsdruck des Betons, weshalb ein Auslassschieber am Förderzylinder bei Gleichdruck an seiner Ein- und Auslassseite besser umgeschaltet werden kann. Das in dieser Phase überschüssige Schaukelöl wird über das geöffnete Schaukelölablaufventil 26 zum Tank 21 abgeleitet.
Die 5 zeigt die Schaltstellungen der Ventile in der Hydraulikschaltung 4 bei einem nachfolgenden Schritt. Hier wird das linke Proportionalventil 12 in der linken Antriebsleitung 15 langsam geöffnet, um einen besonders sanften Übergang zwischen Vorkomprimierung und Ausstoßen des vorkomprimierten Fördergutes über den linken Differentialzylinder 2 zu realisieren. Gleichzeitig wird das rechte Proportionalventil 13 in der rechten Antriebsleitung 16 langsam geschlossen, sodass der rechte Differentialzylinder 3 den Pumpvorgang langsam beenden kann. In dieser Phase erfolgt ein Ausstoßen des Gutes mittels des ersten und des zweiten Förderzylinders gleichzeitig durch parallelen Antrieb des rechten 3 und des linken Differentialzylinders 2. Das in dieser Phase überschüssige Schaukelöl wird über das geöffnete Schaukelölablaufventil 26 zum Tank 21 abgeleitet.
Die 6 zeigt die Schaltstellungen der Ventile in der Hydraulikschaltung 4 bei einem nachfolgenden Schritt. Hier ist der rechte Differentialzylinder 3 am Anschlag angekommen, was von dem vom Wegmesssystem 32 und ergänzend oder alternativ vom Sensor 30 detektiert wird. Das rechte Proportionalventil 13 in der Antriebsleitung 16 des rechten Differentialzylinders 3 schließt jetzt, während das linke Proportionalventil 12 in der Antriebsleitung 15 des linken Differentialzylinders 2 vollständig geöffnet ist. Ab jetzt übernimmt der linke Differentialzylinder 2 den Pumpvorgang und die Förderung von Fördergut in die Förderleitung alleine, und der rechte Differentialzylinder 3 geht in den Antrieb für den Ansaugvorgang für den zugeordneten Förderzylinder über.
Die 7 zeigt die Schaltstellungen der Ventile in der Hydraulikschaltung 4 bei einem nachfolgenden Schritt. Die hier gezeigten Schaltstellungen der Ventile in der Hydraulikschaltung 4 sorgen für ein Ausstoßen von zu förderndem Gut mittels des ersten Förderzylinders durch Antrieb des linken Differentialzylinders 2 und für eine gleichzeitige Ansaugung von zu förderndem Gut mittels des zweiten Förderzylinders durch Antrieb des rechten Differentialzylinders 3. In den hier gezeigten Schaltstellungen versorgt die Haupthydraulikpumpe 5 den linken Differentialzylinder 2 an der Kolbenseite mit Hydraulikfluid, um den zugeordneten Förderzylinder der Kolbenpumpe für den Ausstoß von Fördergut aus dem Förderzylinder anzutreiben. Hierzu ist das linke Proportionalventil 12 in der linken Antriebsleitung 15 geöffnet und die kolbenseitige Wirkfläche des linken Differentialkolbens 7 wird von der Haupthydraulikpumpe 5 beaufschlagt. Über das geöffnete Schaukelölzulaufventil 25 wird der rechte Differentialkolben 8 von der Zusatzhydraulikpumpe 6 zur Beschleunigung der Ansaugung von zu förderndem Fördergut zusätzlich beaufschlagt. Hierdurch wird der Förderkolben, welcher von dem rechten Differentialzylinder 3 angetrieben wird bei der Ansaugung von zu förderndem Gut zusätzlich beschleunigt. Mit der Versorgung der stangenseitigen Kammer in den Differentialzylindern 2, 3 mit zusätzlichem Schaukelöl fährt der Kolben 8 des rechten Differentialzylinders 3 bei dem Ansaugvorgang schneller zurück. Über das geöffnete rechte Rücklaufventil 20 kann das hierdurch aus der Kolbenseite des Differentialzylinders 3 verdrängte Hydraulikfluid einfach in Richtung Tank 21 abfließen. Nach der Ansaugung von zu förderndem Gut mittels des zweiten Förderzylinders durch Antrieb des rechten Differentialzylinders 3 erfolgt anschließend analog über die Hydraulikschaltung 4 eine Vorkomprimierung im zweiten Förderzylinder.
In 8 ist eine einfache Druckbegrenzungsschaltung 33 für die Zusatzhydraulikpumpe 6 gezeigt. Die hier gezeigte Druckbegrenzungsschaltung 33 verfügt über ein Druckbegrenzungsventil 34, dem ein Pilotventil 35 für hohen Druck nachgeschaltet ist. Über eine Umschaltung 36 kann das Pilotventil 37 für niedrigen Druck genutzt werden, um den Hydraulikdruck der Zusatzhydraulikpumpe 6 zu begrenzen und überschüssiges Hydraulikfluid in Richtung Tank 21 abzuleiten. Die hier gezeigte Druckbegrenzungsschaltung 33 verfügt zudem über einen Hydraulikspeicher 38, dem eine Druckbegrenzung 39 nachgeschaltet ist.
Bezugszeichenliste

1: Differentialzylinderantrieb
2: Differentialzylinder L
3: Differentialzylinder R
4: Hydraulikschaltung
5: Haupthydraulikpumpe (A), Haupthydraulikquelle
6: Zusatzhydraulikpumpe (B), Zusatzhydraulikquelle
7: Differentialkolben L
8: Differentialkolben R
9: Schaukelleitung
10: Rückschlagventil L (m)
11: Rückschlagventil R (n)
12: Proportionalventil L (a)
13: Proportionalventil R (b)
14: Stromregelventil (I)
15: Antriebsleitung L
16: Antriebsleitung R
17: Eilgangventil L (c)
18: Eilgangventil R (d)
19: Rücklaufventil L (e)
20: Rücklaufventil R (f)
21: Tank
22: Abzweigung
23: Schleichgangventil L (g)
24: Schleichgangventil R (h)
25: Schaukelölzulaufventil (i)
26: Schaukelölablaufventil (k)
27: Druckmesser L (o)
28: Druckmesser R (p)
29: Sensor L (q)
30: Sensor R (r)
31: Wegemesssystem L (s)
32: Wegemesssystem R (t)
33: Druckbegrenzungsschaltung
34: Druckbegrenzungsventil
35: Pilotventil (hoher Druck)
36: Umschaltung
37: Pilotventil (niedriger Druck)
38: Hydraulikspeicher
39: Druckbegrenzung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 3749525 A [0003]
US 3279383 A [0004]
EP 2387667 B1 [0006]
EP 3282124 A1 [0007]
EP 0808422 B1 [0008]

Claims

Verfahren zum Betrieb einer Kolbenpumpe mit einem Differentialzylinderantrieb (1) mit mindestens zwei Differentialzylindern (2, 3) zum Antrieb von mindestens zwei in Förderzylindern beweglichen Förderkolben, wobei jeder Förderkolben über einen zugeordneten Differentialzylinder (2, 3) des Differentialzylinderantriebs (1) zum Betrieb der Kolbenpumpe angetrieben ist, mit einer Hydraulikschaltung (4) zum Antrieb des Differentialzylinderantriebs (1) durch Beaufschlagung mit Hydraulikfluid, umfassend folgende zyklisch durchlaufene Schritte: - Ansaugung von zu förderndem Gut mittels eines ersten Förderzylinders durch Antrieb des zugeordneten Differentialzylinders (2, 3) und gleichzeitiges Ausstoßen von zu förderndem Gut mittels eines zweiten Förderzylinders durch Antrieb des zugeordneten Differentialzylinders (2, 3), - Vorkomprimierung des angesaugten Gutes mittels des ersten Förderzylinders durch Antrieb des zugeordneten Differentialzylinders (2, 3) und gleichzeitiges Ausstoßen des Gutes mittels des zweiten Förderzylinders durch Antrieb des zugeordneten Differentialzylinders (2, 3), - Ausstoßen des vorkomprimierten Gutes mittels des ersten Förderzylinders durch Antrieb des zugeordneten Differentialzylinders (2, 3) und gleichzeitige Ansaugung von zu förderndem Gut mittels des zweiten Förderzylinders durch Antrieb des zugeordneten Differentialzylinders (2, 3), und - Ausstoßen des Gutes mittels des ersten Förderzylinders durch Antrieb des zugeordneten Differentialzylinders (2, 3) und gleichzeitige Vorkomprimierung des angesaugten Gutes mittels des zweiten Förderzylinders durch Antrieb des zugeordneten Differentialzylinders (2, 3), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorkomprimierung in mindestens zwei Phasen aufgeteilt ist, wobei in einer ersten Phase die Hydraulikschaltung (4) die Vorkomprimierung des angesaugten Gutes in dem Förderzylinder mit einer ersten Förderkolbengeschwindigkeit durch Beaufschlagung des zugeordneten Differentialzylinders (2, 3) mit dem Hydraulikfluid bei einem ersten Volumenstrom und einem ersten Druck bewirkt und in einer zweiten, nachfolgenden Phase, die Hydraulikschaltung (4) die Vorkomprimierung des angesaugten Gutes in dem Förderzylinder mit einer gegenüber der ersten Förderkolbengeschwindigkeit geringeren, zweiten Förderkolbengeschwindigkeit durch Beaufschlagung des zugeordneten Differentialzylinders (2, 3) mit dem Hydraulikfluid bei einem gegenüber dem ersten Volumenstrom geringeren, zweiten Volumenstrom und einem gegenüber dem ersten Druck höheren, zweiten Druck bewirkt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Vorkomprimierung des angesaugten Gutes mittels eines Förderzylinders durch Antrieb des jeweils zugeordneten Differentialzylinders (2, 3) über die Hydraulikschaltung (4) ein Ausstoßen des Gutes mittels des ersten und des zweiten Förderzylinders gleichzeitig durch parallelen Antrieb der zugeordneten Differentialzylinder (2, 3) erfolgt, bevor wieder eine Ansaugung von zu förderndem Gut durch Antrieb des jeweils zugeordneten Differentialzylinders (2, 3) folgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulikschaltung (4) mindestens eine Haupthydraulikquelle (5) zum Antrieb, d.h. zur Beaufschlagung der Differentialzylinder (2, 3) mit dem Hydraulikfluid bei Ansaugung von zu förderndem Gut in die Förderzylinder und Ausstoßen von angesaugtem Gut aus den Förderzylindern, und eine Zusatzhydraulikquelle (6) zum Antrieb der Differentialzylinder (2, 3) bei der Vorkomprimierung von zu förderndem Gut in den Förderzylindern zwischen Ansaugung von zu förderndem Gut und Ausstoßen von vorkomprimiertem Gut aufweist.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Vorkomprimierung des angesaugten Gutes in dem einem Förderzylinder der diesem zugeordnete Differentialzylinder (2, 3) und zum gleichzeitigen Ausstoß des Gutes aus dem anderen Förderzylinders der diesem zugeordnete Differentialzylinder (2, 3) über die Hydraulikschaltung (4) von der Haupthydraulikquelle (5) mit dem Hydraulikfluid bei Gleichdruck beaufschlagt werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich durch die Beaufschlagung mit Gleichdruck durch die Haupthydraulikquelle (5) zum Ende der zweiten Phase der Vorkomprimierung ein Gleichdruck in den Differentialzylindern (2, 3) einstellt, bevor von der Hydraulikschaltung (4) mit dem Ausstoßen von vorkomprimierten Gut aus dem Förderzylinder, der die Vorkomprimierung abgeschlossen hat, begonnen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Differentialzylinder (2, 3) zur Beschleunigung der Ansaugung jeweils zusätzlich von der Zusatzhydraulikquelle (6) von der Hydraulikschaltung (4) bei der Ansaugung beaufschlagt werden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Beaufschlagung der Differentialzylinder (2, 3) zur Beschleunigung der Ansaugung von zu förderndem Gut in die Förderzylinder von der Zusatzhydraulikquelle (6) an stangenseitigen Wirkflächen von Differentialkolben der Differentialzylinder (2, 3) erfolgt, wobei die Stangenseiten der Differentialkolben (7, 8) über eine Schaukelleitung (9) verbunden sind, die mit der Zusatzhydraulikquelle (6) verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Differentialzylinder (2, 3) zum Antrieb der Förderkolben beim Ausstoßen von zu förderndem Gut aus den Förderzylindern von der Haupthydraulikquelle (5) an kolbenseitigen Wirkflächen der Differentialkolben (7, 9) durch die Hydraulikschaltung (4) beaufschlagt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzhydraulikquelle (6) während der ersten Phase der Vorkomprimierung einen höheren Volumenstrom an Hydraulikfluid, aber einen geringeren Druck gegenüber der Haupthydraulikquelle (5) über die Hydraulikschaltung (4) zum Antrieb des betreffenden Differentialzylinders (2, 3) zur Verfügung stellt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rückschlagventil (10, 11) in der Hydraulikschaltung (4) schließt, sobald bei der Vorkomprimierung ein Druck des Hydraulikfluids ansteht, der höher ist als der von der Zusatzhydraulikquelle (6) zur Verfügung gestellte Druck, wobei das Schließen des Rückschlagventils (10, 11) den Übergang von der ersten Phase der Vorkomprimierung zur zweiten Phase der Vorkomprimierung darstellt.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzhydraulikquelle (6) das Rückschlagventil (10, 11) während der Beaufschlagung der Differentialzylinder (2, 3) in der ersten Phase der Vorkomprimierung aufdrückt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass Antriebsleitungen (15, 16) zwischen den Differentialzylindern (2, 3) und der Haupthydraulikquelle (5) über Proportionalventile (12, 13) regelbar sind, wobei die Proportionalventile (12, 13) zum Ende der zweiten Phase der Vorkomprimierung nach Erreichen des Gleichdruckes in den Differentialzylindern (2, 3) langsam zum Ausstoßen von vorkomprimierten Gut aus den Förderzylindern geöffnet werden und langsam nach dem Ausstoßen von zu förderndem Gut aus den Förderzylindern geschlossen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Differentialzylinder (2, 3) zur Vorkomprimierung von zu förderndem Gut in den Förderzylindern durch die Förderkolben von der Hydraulikschaltung (4) durch die Zusatzhydraulikquelle (6) über ein Rückschlagventil (10, 11) der Hydraulikschaltung (4) und gleichzeitig durch die Haupthydraulikquelle (5) über ein Stromregelventil (14) der Hydraulikschaltung (4) mit dem Hydraulikfluid beaufschlagt werden.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass während der Vorkomprimierung von zu förderndem Gut in dem einen Förderzylinder der andere Förderzylinder zum Ausstoßen von zu förderndem Gut über den zugeordneten Differentialzylinder (2, 3) angetrieben wird, wobei dieser Differentialzylinder (2, 3) von der Hydraulikschaltung (4) durch die Haupthydraulikquelle (5) beaufschlagt wird, wobei die Hydraulikschaltung (4) hierzu den Differentialzylinder (2, 3) von der Haupthydraulikquelle (5) über eine vor dem Stromregelventil (14) abzweigende Antriebsleitung (15, 16) mit dem Hydraulikfluid beaufschlagt.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass zum gleichzeitigen Ausstoßen von zu förderndem Gut aus den Förderzylindern die zugeordneten Differentialzylinder (2, 3) parallel über separate Antriebsleitungen (15, 16) von der Haupthydraulikquelle (5) unter Umgehung des Stromregelventils (14) von der Hydraulikschaltung (4) mit dem Hydraulikfluid beaufschlagt werden.
Kolbenpumpe mit einem Differentialzylinderantrieb (1) mit mindestens zwei Differentialzylindern (2, 3) zum Antrieb von mindestens zwei in Förderzylindern beweglichen Förderkolben der Kolbenpumpe, wobei jeder Förderkolben über einen zugeordneten Differentialzylinder (2, 3) des Differentialzylinderantriebs (1) zum Betrieb der Kolbenpumpe angetrieben ist, mit einer Hydraulikschaltung (4) zum Antrieb des Differentialzylinderantriebs (1) durch Beaufschlagung mit Hydraulikfluid, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulikschaltung (4) dazu eingerichtet ist in einer ersten Phase eine Vorkomprimierung des angesaugten Gutes in einem Förderzylinder mit einer ersten Förderkolbengeschwindigkeit durch Beaufschlagung des zugeordneten Differentialzylinders (2, 3) mit dem Hydraulikfluid bei einem ersten Volumenstrom und einem ersten Druck zu bewirken und in einer zweiten, nachfolgenden Phase, eine Vorkomprimierung des angesaugten Gutes in dem Förderzylinder mit einer gegenüber der ersten Förderkolbengeschwindigkeit geringeren, zweiten Förderkolbengeschwindigkeit durch Beaufschlagung des zugeordneten Differentialzylinders (2, 3) mit dem Hydraulikfluid bei einem gegenüber dem ersten Volumenstrom geringeren, zweiten Volumenstrom und einem gegenüber dem ersten Druck höheren, zweiten Druck zu bewirken.
Kolbenpumpe nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulikschaltung (4) mindestens aufweist: - eine Haupthydraulikquelle (5) zum Antrieb der Differentialzylinder (2, 3) bei Ansaugung von zu förderndem Gut in die Förderzylinder und Ausstoßen von angesaugtem Gut aus den Förderzylindern, und - eine Zusatzhydraulikquelle (6) zum Antrieb der Differentialzylinder (2, 3) bei einer Vorkomprimierung von zu förderndem Gut in den Förderzylindern vor Ausstoßen von vorkomprimiertem Gut, wobei jeder der Differentialzylinder (2, 3) zumindest zeitweise zur Vorkomprimierung in dem zugeordneten Förderzylinder gleichzeitig von der Haupthydraulikquelle (5) und der Zusatzhydraulikquelle (6) von der Hydraulikschaltung (4) mit dem Hydraulikfluid beaufschlagbar ist.
Kolbenpumpe nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenpumpe zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 15 eingerichtet ist.