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.
Pump The present invention relates to. a pump for liquids or gases (compressor) in which the work is conveyed by means of a borrowed and known way, as in piston or diaphragm pumps, in that the working space is alternately enlarged or reduced . The piston pumps, e.g.
Piston compressors, especially when they are pumping against high pressures, require very careful sealing of the piston and ZZ cylinder and, accordingly, tight and precise fits. That is why they are expensive and yet they are not absolutely reliable. Therefore one uses for many "/ .wecke the much cheaper and absolute ones.
sealed 3-diaphragm pumps. Edoeli see these only for conveying against small prints.
Pumps and compressors are also known in which a piston moving back and forth is supported by an annular, elastic body which is deformed when the piston moves back and forth. is connected to an outer ring-shaped body (cf.e.g.
American patent nos. 2,155,180 and 2298402). Known designs of this type are not suitable, however, to promote against very high 1) rueke of 100 Atii and above, since. the elastic hollow bodies evade during operation, so that the delivery rates of the pumps are di-uek-dependent and they fail completely above moderate counterpressures.
In addition, there is the risk that the connection between the elastic hollow bodies on the one hand and the piston and ring-shaped body on the other hand will loosen as a result of the constant alternating stress. Also holds. the elastic hollow body does not cope with the high demands.
The present invention relates to such pumps with an annular elastic body and is characterized in that the surfaces of the piston and its cylinder adjoining the elastic body are designed conical in such a way that the conical surfaces taper towards the working space of the pump.
Various exemplary embodiments are shown in the accompanying drawings. It shows Fig.1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 and 8 each one Ausfüh approximately example, Fig. 9 to 11 details.
In the embodiment according to FIG. 1, a pump piston 1 is connected to a hollow body 3 by a somewhat conical hollow cylinder 2 made of elastic material (rubber, synthetic rubber or some other elastic material), the elastic body resting against the conical surfaces of parts 1 and 3 and appropriately is firmly adhered to both surfaces.
The piston can move back and forth within the limits of the elastic deformability of the hollow cylinder 2 in the direction of the cylinder axis, so that the pump chamber .1, towards which the conical surfaces mentioned taper, alternately decrease in size and enlarged. In cooperation. with the inlet valve 5 and the outlet valve 6, the pumping action is achieved in a known manner. When the piston moves upwards 1.
As a result, the annular gap between it and the hollow body (cylinder) 3 narrows, so that the elastic hollow cone 2 is squeezed and swells slightly at the ends. There are no tensile stresses on the end faces, but compressive stresses, which guarantee absolute durability.
These two features enable the pump or compressor described to deliver with a good degree of delivery even against high and extremely high Cegendrüeke. This is how they differ advantageously. of all other similar, previously known versions.
-To improve the adhesion of the hollow cone 2 to the neighboring parts 1 and 3 or possibly to be able to completely dispense with the vulcanization ver is. it is expedient, in accordance with FIG. 2 of the drawing, not to have the outer conical boundary surface of part 2.
parallel to the inner boundary surface, as shown in Fig. 1, so that the cone tip angle a is smaller than the angle ss. As a result, the V @ Tegdrüeken of the elastic hollow cone 2 is made more difficult by the overpressure in the pump. The planes laid perpendicular to the pump piston axis cut the elastic hollow cone 2 into circular rings, the width of which becomes steadily smaller in width with the distance of the cutting planes from the pump pressure chamber.
If this condition is met, the elastic body 2 cannot be squeezed out by the pump pressure, so that it may need to be riveted on once.
3 and -1 show further possible embodiments of the invention. In the construction according to FIG. 3, the elastic body 2, which is vei'foi-int wind when the piston moves back and forth, is continued after the drill (ki'al1Il1- side liin and extends over the entire bottom of the drive piston, see above that it forms the actual pump piston itself.
This embodiment makes it possible, as shown in FIG. 4, to protect the elastic material of the body 2 on the pump chamber side by an elastic membrane 7 made of another material against chemically particularly aggressive liquids or gases. The membrane can either be a smooth or corrugated metal membrane or consist of any other suitable material. It can be vulcanized or glued to the elastic material of the body 2.
The degree of delivery and the absorbency. depending on the pump depend on the size of the damaging pump space remaining at the end of the pressure stroke. The pump room will therefore be designed in accordance with FIGS. 5 to 8 so that it disappears as completely as possible at the end of the stroke. FIGS. 5 and 6 show one possible embodiment, FIGS. 7 and 8 another, the pump piston 1 being shown in one end position in FIGS. 5 and 7 and in the other end position in FIGS. 6 and 8.
The pump principle described can be applied to fuel injection pumps for diesel engines or gasoline engines. Is with them. it is desirable that the emptied pump sucks itself again and comes into operation. if the fuel tank is lower than the pump or if the fuel was accidentally not topped up in time. With the known pumps, the pressure release must then always be released in order to vent the pump and get it to work again.
In the case of the above-mentioned construction, the automatic re-suction of fuel can also be achieved from a lower-lying storage tank if the pressure element 8 of the pump is designed (see FIG. 9) so that it is pushed by the pump piston 1 shortly before the end of its stroke and forcibly against the pressure of his spring 9 is slightly raised ben. The pressure element 8 can be installed in place of a conventional pressure valve or in addition to such.
The air from the pump chamber can then escape into the pressure line. In addition, this measure has the further advantageous effect that the piston sucks back some fuel from the pressure line when it falls, so that it is relieved and the end of the injection is more strictly limited.
If a certain timing of the injection is to be achieved in fuel injection pumps, the pump will be driven positively in a manner known per se, the frictional connection having to be brought about by a spring in an equally known manner. The spring can be omitted in the present case and replaced by the ela-tical effect of the body 2, which strives to assume its initial shape again when deformed. It is expediently installed before being stretched, similar to a spring. This is indicated in Fig.10.
The stop piece 10 prevents the elastic body 2 from assuming the relaxed shape shown in dashed lines.
The delivery rate of the pump can be changed during operation using one of the methods commonly used with fuel injection pumps. These include delivery stroke adjustment with adjustable inclined cams, reverse flow control using a controlled valve or pressure control using an automatic return flow valve with variable spring loading.
Given the short-stroke nature of the diaphragm pumps, it is particularly obvious and simple to use a stroke control, which is also known, in which the play between drive cams or drive eccentrics and pump pistons by means of an adjustable wedge or similarly acting intermediate limbs that can be changed. This type of control cannot be used with diesel engines because the start point of the delivery shifts at the same time as the change in the delivery rate.
The rule method shown in FIG. 11, which is basically also known, avoids this disadvantage. Between the drive eccentric 11 with a loose race 12 and the pump piston 1 to be moved, the intermediate member 13 is turned on. It consists of a Cleitstüek 14, a pressure piece 15 and a pre-tensioned built-in spring 16. The change in the pump stroke and thus the pump delivery rate can be effected by moving the stop pin 17 with a conical impact part. The mode of operation is as follows: The eccentric stroke is constant and so is the stroke of the pressure piece 15, which is raised by the eccentric on part of its stroke.
As long as the pump delivery pressure does not exceed a certain maximum amount, the pretensioned spring 16 takes the slider 14 and the pump piston 1 with it. Depending on the position of the stop bolt 17, which is adjustable perpendicular to the direction of stroke of the pump piston, the stroke movement of the slider 14 and the pump piston 1 is sooner or later limited by the conical stop part of the bolt 17, while the spring 16 is shortened if the stroke movement of the pressure piece 15 is still ongoing.
With this particularly simple and expedient control method, it is not the start of delivery but rather the end of delivery that changes, so that the pump can be used as a diesel injection pump. The spring also acts as a safety device in the event of a blockage of the injection nozzle. Instead of the displaceable conical stop bolt 17, a wedge or an Exzen ter or some other type of adjustable stop piece can be used.
There. If the adjustment of the stop piece takes place in the breaks between the pump strokes, the frictional resistance to be overcome is very small, so that you can get by with little control energy and thus with a very small controller. The angle of inclination of the conical stop piece is of course made smaller than the angle of friction, so that it is self-locking and does not exert any back pressure on the regulator.
The resilient member connected to the drive also has the effect of limiting the increase in pressure in the pressure line between the pump and the injection nozzle and in the pump itself. In return, when using open injection nozzles at high speeds, it causes a certain amount of time for the injection to occur that with good atomization with a constant nozzle opening a larger speed range is covered or
controlled. Experience has shown, and considerations confirm it, that such deformed, elastic bodies will not then. destroyed. if they are exposed to thrust and pressure at the same time, swelling. The half is according to the present invention, the hollow body 2 not as a hollow cylinder, but as a hollow truncated cone with outside and inside see in the same direction towards the working space tapering cone jacket surfaces out as boundary surfaces.
By the American patent already mentioned. 1 \; r. \? 298-102 conical surfaces resting on the elastic ring body for the parts corresponding to parts 1 and 3 have also become known. However, the cones run outside and inside in opposite directions, so that the combined thrust and pressure effect described above does not occur. can be reached.
The object of the construction described has other important distinguishing features compared to what is already known. The wall thickness (mean wall thickness) of the hollow cone 2 is small in relation to its mean outside diameter and is less than 15 to 20 percent of the same. In addition, the hollow cone has a length or length that is great in relation to its wall thickness (mean wall thickness). ' It is at least three times as large as that and for very high pressures it is much larger.