Pumpe Die vorliegende Erfindung betrifft. eine Pumpe -für Flüssigkeiten oder Gase (Kom- pressor;' bei der die Förderung des Arbeits mittels in ;-leieher und bekannter Weise wie bei Kolben- oder llembranpumpen dadurch ei-folgt, dass der Arbeitsraum abwechselnd ver- _rössei't oder verkleinert wird. Die Kolbenpum- hen, z. B.
Kolbenkompressoren, erfordern vor allem dann, wenn sie gegen hohe Drucke för dern, eine sehr sorgfältige Abdichtung niz- sehen Kolben und ZZ-linder und dementspre- eliend enge und genaue Passungen. Deshalb werden sie teuer und sind trotzdem nicht ab solut dielet. Deshalb verwendet man für viele "/.wecke die wesentlich billigeren und absolut.
dichten 3lembranpumpen. Diese eignen sieh edoeli nur zum Fördern gegen kleine Drucke.
Es sind ferner Pumpen bzw. Kompres- soiTn bekannt, bei welchen ein hin und her -ehender Kolben durch einen ringförmigen, elastischen Körper, der sieh beim Kolbenhin- imd -hergang verformt, mit. einem äussern ringförmigen Körper verbunden ist (vgl. z. B.
die amerikanischen Patente Nrn. 2.155.180 und 2298402). Bekannte Ausführungen dieser Art sind jedoch nicht geeignet, gegen sehr hohe 1)rueke von 100 Atii und darüber zu fördern, da. die elastischen Hohlkörper beim Betrieb ausweichen, so dass die Liefergrade der Pum pen di-uekabhängig werden und sie oberhalb mässiger Gegendrucke vollständig versagen.
Ausserdem besteht die Gefahr, dass sich in- folge der dauernden Wechselbeanspruchiuig die Verbindung zwischen den elastischen Hohlkörpern einerseits und dem Kolben und ringförmigen Körper anderseits lösen. Auch hält. der elastische Hohlkörper die hohe Be anspruchung nicht aus.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf solche Pumpen mit ringförmigem elastischem Körper und zeichnet sieh dadurch aus, dass die an den elastischen Körper angrenzenden Flächen des Kolbens und seines Zylinders kegelig ausgeführt sind, derart, dass sich die Kegelflächen nach dem Arbeitsraum der Pumpe hin verjüngen.
In den beiliegenden Zeichnungen sind v er- sehiedene Ausführungsbeispiele dargestellt. Es zeigen Fig.1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 und 8 je ein Ausfüh rungsbeispiel, Fig. 9 bis 11 Einzelheiten.
Beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 ist ein Pumpenkolben 1 durch einen etwas konischen Hohlzylinder 2 aus elastischem Werkstoff (Gummi, Kunstgummi oder sonst ein elastischer Stoff) mit einem Hohlkörper 3 verbunden, wobei der elastische Körper an Kegelflächen der Teile 1 und 3 anliegt und zweckmässig an beiden Flächen festhaftend anv-Lilkanisiert wird.
Der Kolben kann inner halb der Grenzen der elastischen Verformbar keit des Hohlzylinders 2 in Richtung der Zy linderachse eine hin und her gehende Bewe- gong ausführen, so dass sich der Pumpen raum .1, gegen den hin sich die erwähnten Kegelflächen verjüngen, abwechselnd verklei nert und vergrössert. In Zusammenarbeit. mit dem Einlassventil 5 und dem Auslassventil 6 wird in bekannter Weise die Pumpwirkung erreicht. Bei der Aufwärtsbewegung des Kolbens 1.
verengt sich infolgedessen der Ringspalt zwi schen ihm und dem Hohlkörper (Zylinder) 3, so dass der elastische Hohlkegel 2 gequetscht wird und an den Enden etwas vorquillt. Es treten an den Endflächen keine Zugspannun gen, sondern Druckspannungen auf, die die absolute Dauerhaltbarkeit gewährleisten.
Diese beiden Merkmale befähigen die be schriebene Pumpe bzw. den Kompressor erst, auch gegen hohe und höchste Cegendrüeke mit gutem Liefergrad zu fördern. Dadurch unterscheiden sie sich vorteilhaft. von allen andern ähnlichen, bisher bekanntgewordenen Ausführungen.
-Um die Haftfähigkeit des Hohlkegels 2 an den Nachbarteilen 1 und 3 zu verbessern oder eventuell auf das Anvulkanisieren ganz ver zichten zu können, ist. es zweckmässig, entspre- ehend Fig. 2 der Zeichnung die äussere kege- lige Begrenzungsfläelie von Teil 2 nicht.
par allel zur innern Begrenzungsfläche verlaufen zu lassen, wie es in Fig. 1 gezeigt wurde, so, dass der Kegelspitzenwinkel a kleiner wird als der Winkel ss. Dadurch wird das V@Tegdrüeken des elastischen Hohlkegels 2 durch den Über- druck in der Pumpe erschwert. Die senkrecht zur Pumpenkolbenaehse gelegten Ebenen schneiden den elastischen Hohlkegel 2 in Kreisringen, die in ihrer Breite mit der Ent fernung der Schnittebenen vom Pumpen druckraum stetig kleiner werden.
Wenn diese Bedingung erfüllt ist, kann der elastische Kör per 2 durch den Pumpendruck nicht hinaus gequetscht werden, so dass er eventuell nietet einmal an.v ulkanisiert zu werden braucht.
Die Fig. 3 und -1 zeigen weitere mögliche Ausführungsformen der Erfindung. Bei der Konstruktion entsprechend Fig. 3 ist der ela stische Körper 2, der beim Kolbenhin- und -hergang vei'foi-int wind, nach der Drll(ki'al1Il1- seite liin fortgesetzt und erstreckt sieh über den ganzen Boden des Antriebskolbens, so dass er selbst den eigentlichen Pumpenkolben bil det.
Diese Ausführungsform ermöglicht es entsprechend Fig. 4, den elastischen Werk stoff des Körpers 2 pumpenraumseitig durch eine elastische Membran 7 aus einem andern Werkstoff gegen chemisch besonders aggres sive Flüssigkeiten oder Gase zu schützen. Die Membran kann entweder eine glatte oder ge wellte :.Ietallmembi'an sein oder aus irgend einem andern geeigneten Werkstoff bestehen. Sie kann an den elastischen 'NVerkstoff des Körpers 2 aasvulkanisiert oder angeklebt wer den.
Der Liefergrad und die Saugfähigkeit. je der Pumpe hängen von der Kleinheit des beim Druekhubende verbleibenden schädlichen Pumpenraumes ab. Man wird den Pumpen raum deshalb entsprechend den Fig.5 bis 8 so ausbilden, dass er bei Hubende möglichst vollständig verschwindet. Die Fig.5 und 6 zeigen eine Ausführungsmöglichkeit, die Fig. 7 und 8 eine andere, wobei der Pumpenkolben 1 in den Fig. 5 und 7 in der einen und in den Fig. 6 und 8 in der andern Endlage gezeicli- iiet ist.
Man kann das beschriebene Pumpenprin zip auf Kraftstoffeinspritzpumpen für Diesel motoren oder Otto--Motoren anwenden. Bei ihnen ist. es wünschenswert, dass die entleerte Pumpe sich selbsttätig wieder vollsaugt und in Betrieb kommt. wenn der Kraftstofftank tiefer lie-t als die Pumpe oder versehentlieb einmal der Kraftstoff nicht rechtzeitig nach gefüllt wurde. Bei den bekannten Pumpen muss dann immer die Druckverselirauliunn gelöst werden, um die Pumpe zu entlüften und wieder zum Arbeiten zu bringen.
Bei der vorbesehriebenen Konstruktion lässt sieh das selbsttätige Wiederansaugen von Kraftstoff auch aus tieferliegendem Vorrats- behälter erreichen, wenn man das Druckorgan 8 der Pumpe so ausbildet (vgl. Fig. 9), dass es von dem Pumpenkolben 1 kurz vor dem Ende seines Hubes angestossen und gewaltsam gegen den Druck seiner Feder 9 etwas angeho ben wird. Dabei kann das Druckorgan 8 an Stelle eines üblichen Druckventils oder zu sätzlich zti solchen eingebaut werden.
Die Luft aus dem Pumpenraum kann dann in die Druckleitung entweichen. Ausserdem hat diese Massnahme die weitere vorteilhafte Wirkung, dal3 der Kolben beim Rückgang etwas Kraft stoff aus der Druckleitung zurücksaugt, so dass sie entlastet und das Ende der Einsprit= zun g schärfer begrenzt wird.
Wenn bei Kraftstoffeinspritzpumpen ein bestimmter zeitlicher Verlauf der Einsprit zung erreicht werden soll, wird man die Pumpe in an sich bekannter Weise kraft schlüssig antreiben, wobei der Kraftschluss in gleichfalls bekannter Weise durch eine Feder bewirkt werden muss. Die Feder kann im vor liegenden Fall fortfallen und durch die ela stische Wirkung des Körpers 2 ersetzt werden, der bestrebt ist, bei Verformung seine Aus gangsform wieder anzunehmen. Zweckmässig wird er, ähnlich wie eine Feder, schon vor gespannt eingebaut. Das ist in Fig.10 an gedeutet.
Das Anschlagstück 10 verhindert, dass der elastische Körper 2 die gestrichelt gezeichnete entspannte Form annimmt.
Die Fördermenge der Pumpe kann wäh rend des Betriebes durch eine der bei Kraft stoffeinspritzpumpen üblichen Methoden ge- *indert werden. Dazu gehören die Förderhub- i-Milierung mit verstellbarem Schrägnocken, die Rüekstromregelung mittels eines gesteuer ten Ventils oder die Druckregelung mittels eines selbsttätigen Rückstromventils mit ver änderlicher Federbelastung.
Bei der Kurzhubigkeit der Membranpum- rien ist es besonders naheliegend und einfach, eine an sieh gleichfalls bekannte Hubregelung zur Anwendung zu bringen, bei der das Spiel z wischen Antriebsnocken oder Ant.riebsexzen- l er und Pumpenkolben mittels eines verstell baren Keils oder ähnlich wirkende Zwischen glieder, verändert werden kann. Bei Diesel- inotoren ist diese Art der Regelung nicht brauchbar, weil sieh gleichzeitig mit der Än derung der Fördermenge der Anfangszeit- Punkt der Förderung verschiebt.
Diesen Nach teil vermeidet die in Fig.11 dargestellte, an sich grundsätzlich gleichfalls bekannte Regel methode. Zwischen dem Antriebsexzenter 11 mit einem losen Laufring 12 und den zu be wegenden Pumpenkolben 1 ist das Zwischen glied 13 eingeschaltet. Es besteht aus einem Cleitstüek 14, einem Druckstück 15 und einer vorgespannt eingebauten Feder 16. Die Ver änderung des Pumpenhubes und damit der Pumpenfördermenge kann durch Verschieben des Anschlagbolzens 17 mit konischem An schlagteil bewirkt werden. Die Wirkungsweise ist folgende: Der Exzenterhub ist konstant und gleichfalls der Hub des Druckstückes 15, das auf einem Teil seines Hubes von dem Exzenter angehoben wird.
Solange der Pum- penförderdruck einen bestimmten Höchst betrag nicht überschreitet, nimmt die vorge spannte Feder 16 das Gleitstück 14 und den Pumpenkolben 1 mit. Je nach der Stellung des senkrecht zur Hubbewegungsrichtung des Pumpenkolbens verstellbaren Anschlagbolzens 17 wird die Hubbewegung des Gleitstückes 14 und des Pumpenkolbens 1 früher oder später vom konischen Anschlagteil des Bolzens 17 begrenzt, während die Feder 16 sich verkürzt, wenn die Hubbewegung des Druckstückes 15 noch andauert.
Bei dieser besonders einfachen und zweck mässigen Regelmethode wird nicht der För- derbeginn, sondern das Förderende veränder lich, so dass die Pumpe als Dieseleinspritz- pumpe verwendbar wird. Die Feder wirkt darüber hinaus als Sicherheitsorgan bei einer etwaigen Verstopfung der Einspritzdüse. Statt des verschiebbaren konischen Anschlag bolzens 17 kann auch ein Keil oder ein Exzen ter oder ein andersartiges verstellbares An schlagstück Verwendung finden.
Da. die Ver stellung des Anschlagstückes in den Ent lastungspausen zwischen den Pumpenhüben erfolgt, ist der zu überwindende Reibungs widerstand sehr klein, so dass man mit wenig Regelenergie und damit mit einem sehr klei nen Regler auskommt. Der Steigungswinkel des konischen Anschlagstückes wird natürlich kleiner als der Reibungswinkel gemacht, so dass es selbstsperrend ist und keinen Rück druck auf den Regler ausübt.
Das in den Antrieb eingeschaltete federnde Glied hat noch die Wirkung, dass es den Druckanstieg in der Druckleitung zwischeh der Pumpe und der Einspritzdüse und in der Pumpe selbst. begrenzt und dafür bei hohen Drehzahlen bei Verwendung offener Ein spritzdüsen eine gewisse Zeitdehnung der Einspritzung bewirkt, so dass man bei guter Zerstäubung mit gleichbleibender Düsenöff nung einen grösseren Drehzahlbereieh be streicht bzw.
beherrscht. Die Erfahrung hat gezeigt, und die Über legung bestätigt es, dass solchermassen ver formte, elastische Körper dann nicht. zerstört. werden, wenn sie schwellend gleichzeitig auf Schub und Druck beansprLteht werden. Des halb wird entsprechend der vorliegenden Er findung der Hohlkörper 2 nicht als Hohl zylinder, sondern als hohler Kegelstumpf mit aussen und innen sieh in gleicher Riehtung zum Arbeitsraum hin verjüngenden Kegel mantelflächen als Begrenzungsflächen ausge führt.
Durch die schon angegebene amerikanische Patentschrift. 1\;r. \?298-102 sind auch konische, am elastischen Ringkörper anliegende Flächen für die den Teilen 1. und 3 entsprechenden Teile bekanntgeworden. Die Konen verlaufen jedoch aussen und innen in entgegengesetzten Richtungen, so dass die oben beschriebene kombinierte Schub- und Druckwirkung nicht. erreicht werden kann.
Der Gegenstand der beschriebenen Kon struktion weist gegenüber dem schon Bekann ten noch weitere wichtige Unterscheidungs merkmale auf. Die Wandstärke (mittlere Wandstärke) cles Hohlkegels 2 ist im Verhält nis zu seinem mittleren Aussendurchmesser klein und beträgt weniger als 15 bis 20 Pro zent desselben. Ausserdem hat der Hohlkegel eine im Verhältnis zu seiner Wandstärke (mittlere Wandstärke) grosse Länge bzw. Höl.e.' Sie ist wenigstens dreimal so gross wie jene und für sehr hohe Drücke noch viel grö sser.