Kolbenpumpe für variable Fördermenge Die Erfindung bezieht sich auf eine Kolben pumpe für variable Fördermenge, mit Ein- und Aus trittsventilen und mit wenigstens angenähert axial und im Kreis angeordneten Kolben, die von einer Schief scheibe konstanter Neigung angetrieben werden und zwecks Fördermengenänderung mit dieser zusammen in axialer Richtung verstellbar sind, wobei der Eintritt von Fördermittel in den Pumpenarbeitsraum durch eine Öffnung in der Zylinderwand erfolgt und selbsttätig durch am Zylinder und am Kolben be findliche Steuerkanten gesteuert wird.
Für das axiale Verstellen des Kolbensystems kann ein von Hand zu betätigender oder ein selbsttätig wirkender Mechanismus vorgesehen sein. Im letzten Fall werden die Kolben durch die auf ihre inneren Enden wirkenden Drücke des Fördermittels z. B. gegen eine Feder gedrückt. Bei steigendem Förder- druck weicht also das System in zunehmendem Mass gegen die Feder zurück, und die Fördermenge nimmt automatisch und im selben Ausmass ab.
Bei einer bekannten Kolbenpumpe dieser Gattung wird das Zurückweichen des Kolbensystems dazu benutzt, einen mehr oder weniger grossen Anteil der dem vollen Kolbensaughub entsprechenden Förder- mittelmenge beim nachfolgenden Druckhub des Kol bens durch eine in die Zylinderwand mündende Steueröffnung entweichen zu lassen und nur die Restmenge zu fördern. Je weiter also das Kolben system zurückweicht, um so grösser ist die Teilmenge, die durch die Steueröffnung drucklos weggepumpt wird, und eine um so kleinere Restmenge wird ge fördert,
nachdem das innere Kolbenende die Steuer öffnung überfahren und zugedeckt hat. Diese be kannte Regelungsmethode ist mit dem Nachteil ver bunden, dass der Kolben beim Druckhub plötzlich und unvermittelt gegen den vollen, von der Pumpe aufzubringenden Druck abdichten soll, wobei aber die t\lberdeckung zwischen dem Kolbenende und der Steueröffnung zu Beginn des Druckhubes nur klein ist. Diese ungünstigen Verhältnisse machen sich bei kleiner Fördermenge, bei der in der Regel der höchste Druckanstieg z. B. bis 400 at verlangt wird, am stärksten bemerkbar.
Deshalb fällt der Wirkungsgrad solcher Pumpen mit steigendem Förderdruck etwas. ab.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, zur Vermeidung dieser nachteiligen Erscheinungen bei einer Pumpe der eingangs genannten Art, z. B. einer solchen mit zurückweichendem Kolbensystem, die Mengenregelung nicht in der Phase des Druckhubes, sondern in der Phase des Saughubes vor-sich-gehen zu lassen.
Zur Verwirklichung der gestellten Aufgabe sind nach der Erfindung die Steuerorgane so ausge bildet, dass während der ersten Saughubphase die durch die Axialstellung des Kolbensystems bestimmte Fördermittelmenge eintritt, dass die zweite Saughub phase und die erste Druckphase Leerhübe sind und in der zweiten Druckhubphase die eingetretene För- dermittehnenge ausgestossen wird.
In einer besonderen Ausgestaltung der Erfin dung weisen die Kolben eine Einschnürung auf, in welche das Fördermittel eintritt, wobei die innere Schulter der Einschnürung die kolbenseitige Steuer kante bildet, durch welche am Ende der ersten Phase des Saughubes die Verbindung zwischen der Ein trittsöffnung und dem Pumpenarbeitsraum unter brochen wird.
In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 bis 3 eine Pumpe als erstes Ausführungs beispiel, im Längsschnitt und in drei verschiedenen Beaufschlagungsgraden, Fig.4 bis 6 eine Pumpe als zweites Ausfüh rungsbeispiel, ebenfalls im Längsschnitt und in drei verschiedenen Beaufschlagungsgraden. Im Zylinderblock 1 sind Bohrungen 2 parallel zu der Achse der Antriebswelle 3 im Kreis um diese angeordnet.
In den Bohrungen arbeiten die Kolben 4, die mittels der Federn 5 gegen die Taumelscheibe 6 gedrückt werden und diese längs einer Mantellinie des kegelförmigen Kolbenkopfes 7 berühren. In die Bohrungen 2 mündet eine seitliche Öffnung 8, durch welche das Fördermittel über das federbelastete Saugventil 9 eintritt. Der Förderraum der Zylinder 2 ist am untern Ende durch ein ebenfalls federbelastetes Druckventil 10 abgeschlossen.
Die Taumelscheibe 6 ist mittels Kugellagern 12 und 13 auf dem mit der Antriebswelle 3 drehfest ver bundenen Stützteil 14 in schiefer Stellung gegenüber der Drehachse der Antriebswelle 3 gelagert. Die An triebswelle selbst ist im Zylinderblock 1 in den Ku gellagern 15 und 16 gelagert. Die als Stützteil die nende Schiefscheibe 14 liegt mittels des Kugellagers 15 an der in Axialrichtung verschiebbaren Hülse 17 an. Diese stützt sich gegen die Schraubenfeder 18, deren Zusammendrückung durch den Gesamtdruck der unter dem Förderdruck stehenden Kolben 4 be stimmt wird.
Wächst der Druck, den die Kolben zu überwinden haben, so wird die Feder 18 stärker zu sammengedrückt und die Fördermenge dadurch selbsttätig verkleinert.
In einem gewissen Abstand von ihren innern Endflächen weisen die Kolben 4 eine Einschnürung 21 von der Länge e auf, wobei die innere Schulter 22 der Einschnürung die kolbenseitige Steuerkante für die Steuerung des Eintrittes von Fördermittel bildet und mit der zylinderseitigen Steuerkante 26 der Öffnung 8 zusammenwirkt. Von der Einschnü- rung 21 führen zwei Radialkanäle 23 und ein Zen tralkanal 24 nach der Kolbenendfläche 20.
Der nichteingeschnürte Teil 25 der Kolben darf eine be stimmte Länge L nicht unterschreiten, damit am Ende eines Saughubes h bei jeder Lage des Kolben systems die untere Kante der Eintrittsöffnung 8 von der Endfläche 20 abgedeckt bleibt und keine Ver bindung zwischen dem Saug- und dem Zylinderraum 2 hergestellt wird.
Zum Verständnis der Wirkungsweise ist die Pumpe nach Fig. 1 bis 3 in drei Beaufschlagungs- graden dargestellt. Fig. 1 zeigt die Stellung des Kol bensystems bei maximaler Fördermenge und kleinstem Förderdruck, Fig.3 diejenige bei Nullfördermenge oder Fast-Nullfördermenge und maximalem Förder- druck, während Fig.2 eine Zwischenstellung zeigt. Der rechtsseitig liegende Kolben befindet sich jeweils in der untern Totpunktlage bei der betreffenden Sy stemeinstellung.
Von dieser Lage aus führt der Kol ben bei seiner Aufwärtsbewegung den Saughub aus. Flüssigkeit tritt nun z. B. in der Lage rechts in Fig.2 durch das Saugventil 9 und den Kanal 8 in die Einschnürung 21 des Kolbens und dann durch die Kanäle 23 und 24 nach dem unterhalb der End- fläche 20 befindlichen Zylinderraum. Überstreicht nun bei der weiteren Aufwärtsbewegung des Kol bens 4 seine Steuerkante 22 die zylinderseitige Steuer- kante 26 des Kanals 8, so wird der Eintritt von Flüssigkeit gesperrt.
Die angesaugte Flüssigkeits menge hat dabei das Niveau N eingenommen, wäh rend bei den Verstellagen von Fig. 2 und 3 über die sem ein luftleerer Raum 27 zufolge des restlichen Teils des Saughubes gebildet wird. Die Dosierung der pro Hubspiel zu fördernden Menge vollzieht sich somit ausschliesslich in der Saughubphase. Am Ende des Saughubes, da sich der Kolben also in der links seitig gezeigten Lage befindet, ist noch eine über deckungslänge ü zwischen der unteren Kolbenend- fläche 20 und der unteren Kante der Eintrittsöffnung 8 vorhanden.
Beim nachfolgenden Druckhub durch läuft der Kolben 4 in der ersten Phase zunächst als Leerhub die Höhe des Vakuumraumes 27 und erst in der zweiten Druckhubphase wird die in den Zylinderraum eingetretene Flüssigkeitsmenge durch das Ausströmventil 10 und durch den Kanal 28 aus gestossen.
In der betrachteten Einstellung des Kolben systems arbeitet die Pumpe, wie bereits erwähnt, gegen einen mittleren Gegendruck. Das System, näm lich die Kolben 4, die Taumelscheibe 6, die Antriebs welle 3 und die Büchse 17, ist dabei durch den auf die inneren Kolbenenden wirkenden Gegendruck um einen Betrag angehoben worden, der der stärkeren Zusammend'rückung der Feder 18 entspricht.
Fällt nun der Druck, gegen den die Pumpe arbeiten muss, so senkt sich das System und nimmt beim minimalen Gegendruck die in Fig. 1 gezeigte Einstellung an. Dabei ist -gleichzeitig der aktive Saughub h" auf seinen Maximalwert gestiegen, indem die kolbenseitige Steuerkante 22 die Eintrittsöffnung 8 bis zur obersten Steuerstellung offen hält. Etwa im gleichen Mass erhöht sich die Fördermenge pro Ar beitsspiel.
Steigt umgekehrt der Arbeitsdruck der Anlage, so hebt sich das System und gelangt beim maximalen Gegendruck in die in Fig. 3 gezeigte Ein stellung, in welcher der aktive Saughub h" und damit die Fördermenge beinahe oder ganz auf Null zurück gegangen sind. Die Kolben 4 arbeiten nun während des ganzen oder fast ganzen Hubes im Vakuum, wie in Fig. 3 angedeutet. Im letzteren Falle folgt gegen Ende des Druckhubes die eigentliche kurze Ausstoss phase gegen einen sehr hohen Druck, der z. B. bis auf etwa 400 at gehen kann.
In der Einstellung nach Fig. 3 ist der Druckraum gegenüber dem Eintritts kanal stets oder fast stets abgeschlossen, und der Kolben ist auch in dieser Stellung auf eine relativ grosse Länge, nämlich von der Einschnürung bis hin auf zur Sitzfläche der Feder 5 im Zylinder, ab gedichtet. Selbst bei grösstem Gegendruck bleiben die Leckverluste deshalb gering, und die Kennlinie der Pumpe fällt nur unmerklich ab.
Das in den Fig. 4 bis 6 dargestellte zweite Aus führungsbeispiel hat den gleichen allgemeinen Aufbau wie das erste Beispiel. Lediglich die Steuervorrich tung ist hier anders gestaltet. An die inneren Zylin derenden schliesst eine Tauchkammer 31 an, deren Durchmesser etwas grösser als derjenige der Zylinder ist. Die so entstandene Schulter 32 bildet die zylin- derseitige Steuerkante, während kolbenseitig wieder die innere Schulter 22 der Einschnürung 21 als Steuer kante arbeitet.
Die Wirkungsweise der Flüssigkeitsförderung ist grundsätzlich gleich wie beim ersten Ausführungsbei spiel, und die drei Figuren zeigen wieder die Ein stellung der Pumpe in ihren drei Hauptförderarten: 100 1öige, reduzierte und Nullförderung. Der aktive Saughub ha ist gleich der Distanz von der jeweili gen Höhenlage der Steuerschulter 22 bis zur Schul ter 32.
Die hier geschaffenen Durchflussverhältnisse beim Flüssigkeitseintritt sind günstiger. -weil die an gesaugte Flüssigkeitsmenge nicht mehr durch enge Kanäle in das Innere des Kolbens treten muss, sondern vom Raum der Einschnürung aus unmittelbar in den erweiterten Tauchraum hineintreten kann.
Um kurze Baulängen zu erreichen, ist es zweck mässig, die Länge L des an die innere Schulter 22 der Einschnürung 21 grenzenden Kolbenteils 25 sowie den Regelhub c (s. Fig. 4 und 6) des Kolben systems gleich gross wie den Kolbenhub h selbst vor zusehen.