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Kolbenpumpe.
Die Regelung der Fördermenge von Flüssigkeitspumpen bietet bei dem in der Praxis vorwiegend verwendeten Antrieb mit konstanter Drehzahl Schwierigkeiten infolge der Nichtzusammendrückbarkeit der geförderten Medien. Eine Beeinflussung der Ventile, ähnlich, wie sie bei Gasverdichtern (Kompressoren) üblich ist, kommt wegen der grossen schnellbewegten Massen dieser Ventile und der starken auftretenden Strahldrücke kaum für Aussetzregulierung und überhaupt nicht für stufenlose Regulierung in Betracht. Andere Verfahren, wie z.
B. die Veränderung der Ansaugmenge mit Hilfe eines durch Federn bewegten Gegenkolbens (Verdrängungskolbens), sind in grösserem Massstabe auch nicht durchführbar, weil das ausserordentlich starke und langhübige Federn zur Belastung des Verdrängungskolbens notwendig wären, um die erforderliche Massenbeschleunigung und Gegenkraft der Stopfbüchsenreibung auf der erforderlichen Hublänge aufzubringen.
Gemäss der Erfindung wird die Regelung der Fördermenge der Kolbenpumpe bei konstanter Drehzahl dadurch erzielt, dass die Vorwärtsbewegung eines Verdrängungskolbens < ? (Verdrängungskolben ist ein in den Zylinderraum 1 des Arbeitskolbens 2 von aussen hineinragender verschiebbarer Kolben, eine vorbekannte Einrichtung) von einer der gewünschten Fördermenge entsprechend eingestellten Lage aus in der Richtung des Zylinders 1 während des Saughubes des Arbeitskolbens 2 durch den Flüssig- keitsdruck in der Kammer 7, der gleich dem Druck in der Druckleitung 6 ist, hervorgerufen wird, welcher Flüssigkeitsdruck auf die Differentialdruckangriffsfläche 12 des Kolbens 3 in der Kammer 7 wirkt.
Die Pumpe wird bei dem Saughub des Arbeitskolbens 2 erst dann aus dem Ventil 16 Füssigkeit ansaugen, bis der Verdrängungskolben 3 bei seiner Vorwärtsbewegung in den Zylinder 1 hinein aufgehalten wird, indem der Bund 13 der Kolbenstange an den Anschlag 8 anstösst. Die Rückbewegung des Verdrängungskolbens 3 (also in der Richtung aus dem Zylinder 1 hinaus), welche zu Beginn des Rückganges des Arbeitskolbens 2 einsetzt, wird gemäss der Erfindung schon beendigt sein, noch bevor sich das Ventil 10 öffnet, da zufolge der Ausbildung des Verdrängungskolbens 3 als Differentialkolben zu seiner Rückbewegung ein in dem Zylinder herrschender Druck p genügt, der kleiner ist als der Druck P, bei welchem sich erst das Ventil 10 öffnet.
Die Rückbewegung des Verdrängungskolbens 3 geht von der in Fig. 3 gezeichneten linken Endlage aus und hört auf, wenn der Pufferteller M an den Anschlag 9 anstösst. Erst nachdem der Kolben 3 diese Lage erreicht hat, wird beim weiteren Vorgehen des Arbeitskolbens 2 Flüssigkeit durch das Druckventil 10 in die Leitung 6 gedrückt.
In der Zeichnung ist eine solche Anordnung schematisch dargestellt. Es zeigt Fig. 1 einen Querschnitt durch die Pumpe, Fig. 2 und 3 zeigen zwei verschiedene Stellungen des Verdrängungskolbens.
Gemäss der Erfindung ist der Verdrängungskolben 3 durch eine durch die Druckleitung 6 mit dem Windkessel in Verbindung stehende Kammer 7, in welcher er als Differentialkolben wirksam ist, ins Freie geführt.
Bei jedem Saughub des Arbeitskolbens 2 dient die im Druckwindkessel und in der Druckleitung gespeicherte Arbeitsmenge zur Beeinflussung des Verdrängungskolbens. Die in dieser Druckleitung aufgespeicherte Energie kann ohne irgendeine nachteilige Beeinflussung periodisch angezapft und wieder gesteigert werden, wie es durch die Bewegung des Regelkolbens 3 (Verdrängungskolben) bedingt ist. Durch geeignete Ausbildung des Windkessels und der Druckleitung kann die dort gespeicherte Arbeitsmenge nach Bedarf beliebig vergrössert werden.
Ein weiterer Vorteil der Belastung des Verdrängungskolbens 3 durch den Druck der Druckmittelleitung 6, der auf die Differentialkolbenfläche 12 wirksam wird, besteht noch darin, dass auf diese Weise
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im Gegensatz zu den bekannten Pumpen eine Verteilung der Förderleistung über die Dauer des ganzen Druckhubes des Arbeitskolbens 2 stattfindet. Bei den vorbekannten Pumpen mit federbelastetem Hilfskolben dagegen wird bei Beginn des Druckhubes des Arbeitskolbens 2 zunächst der Hilfskolben innerhalb der ihm freigelassenen Grenzen verschoben, ohne dass während dieser Zeit das Medium in der Druckmittelleitung irgendwie in Bewegung versetzt wird. Erst dann, wenn der Hilfskolben seinen Ausweichhub beendet hat, wird während des übrigen Hubteiles des Arbeitskolbens das Medium aus dem Zylinder in die Druckmittelleitung befördert.
Gemäss der Erfindung wird dagegen bei Beginn des Förderhubes des Kolbens 2 der Verdrängungskolben 3 entsprechend zurückgeschoben. Schon während dieser Tätigkeit bewirkt die Differentialkolbenfläche 12 eine Verdrängung des Inhaltes der Druckmittelleitung. Ist dann der Verdrängungskörper 3 durch das Auftreffen auf den festen Anschlag 9 zur Ruhe gekommen, dann erst öffnet sich das Druckventil. M, und es erfolgt eine Steigerung des Flusses in der Druckmittelleitung. Das ist besonders wichtig für die Arbeit, die zur Beschleunigung des Druckmittels geleistet werden muss. Ausserdem wirkt es sich schonend auf die Antriebsmaschine aus.
Zwar hat diese Arbeitsweise während des Saughubes der Pumpe eine Energieentnahme aus der Druckmittelleitung zur Folge, die jedoch verschwindend gering ist und durch eine hinreichende Grösse des Druckwindkessels mehr oder minder vollständig ausgeglichen werden kann. Ausserdem kann, insbesondere wenn es sich um hohe Förderdrücke handelt, eine geringfügige Ungleichmässigkeit während des Saughubes gerne in Kauf genommen werden, wenn während des hauptsächlichen Arbeitshubes, also während des Druckhubes, eine gleichmässigere Gestaltung des Energiebedarfes erzielt wird.
In der Fig. 1 ist der Verdrängungskolben 3 aus Gründen der Anschaulichkeit mit gleichem Durch- messer dargestellt wie der Arbeitskolben 2. Der Kolben 3 ist durch eine Stopfbüchse 4 in einen Raum 7 geführt, der mit der Druckleitung 6 in Verbindung steht. Innerhalb dieses Druckraumes 7 besitzt der
Kolben 3 eine Abstufung 12 (Differentialkolbenfläche). Das verjüngte Ende des Kolbens 3 ist dann durch eine Stopfbüchse 5 ins Freie geführt. An dem Stirnende des verjüngten Kolbenteiles befindet sich ein Pufferteller 13, der zwischen einem festen Anschlag 8 und einem verstellbaren Anschlag 9 ver- schiebbar ist. Beide Anschläge 8, 9 sind zur Dämpfung der Stösse beim Aufprallen des Tellers 13 mit
Pufferfedern 14, 15 versehen.
Der grösste Abstand der beiden Anschläge 8 und 9 ist in Fig. 2 dargestellt.
Er ist gleich dem Kolbendurchmesser s plus der Stärke t des Puffertellers 13 und entspricht, gleiche Durchmesser von Kolben 2 und 3 vorausgesetzt, dem Leerlauf der Pumpe.
Wird der Anschlag 9 dem Anschlag 8 genähert, so beginnt die Pumpe zu fördern, u. zw. wird sie ihre Volleistung in dem Moment erreichen, wo der Pufferteller 13 zwischen den Anschlägen 8 und 9 eingespannt ist und sich nicht mehr bewegen kann.
Die Förderleistung der Pumpe ist bei jedem Umlauf stets gleich dem Hubvolumen des Arbeitskolbens 2 abzüglich des Hubvolumens des Kolbens 3, welches durch die Einstellung der beiden Anschläge und 9 geändert werden kann.
Die beiden Anschläge 8, 9 können beide verstellbar sein. Es kann aber auch der eine fest und der andere beweglich angebracht sein. Die Einstellung des verschiebbaren Anschlages wiederum kann entweder von Hand erfolgen oder aber selbsttätig durch einen Regler. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Anschlag 9 an der Stirnseite einer Druckspindel17 angebracht, so dass er also durch Verdrehung dieser Spindel verschoben werden kann. Da der Kolben 3 nur eine verhältnismässig geringe Geschwindigkeit erreicht, lässt sich mit der vorbeschriebenen Anordnung eine sehr weiche Regelung der Förderleistung erzielen. Dieses Regelprinzip lässt sich sowohl bei kleinen als auch bei grossen Aggregaten mit Vorteil anwenden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Kolbenpumpe, in deren Zylinder zur Regelung der Förderleistung zusätzlich ein Verdrängerkolben mit veränderlichem Hub hineinragt, dadurch gekennzeichnet, dass die äussere abgestufte Stirnfläche (12) des frei beweglichen Verdrängerkolbens (3) auf die Druckleitung (6) arbeitet und dessen Kolbenstange für seine Hubregelung durch die den Verdrängerkolben umgebende Kammer (7), welche mit der Druckleitung in offener Verbindung steht, nach aussen geführt ist.