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Ventileinrichtung an einer Drehkolbenpumpe Die Erfindung bezieht sich
auf Drehkolbenpumpen und betrifft die Ventileinrichtung an einer solchen Pumpe,
insbesondere, einer Zahnradpumpe. Durch diese Einrichtung soll erreicht werden,
daß die Pumpe unabhängig von ihrer Antriebsdrehzahl und weitgehend unabhängig von
dem in der Zuleitung zur Verbrauchsstelle auftretenden Gegendruck stets eine gleichbleibende
Förderinenge liefert und daß die in überschuß geförderte Flüssigkeitsmenge mit geringem
Energieverlust auf die Saugseite der Pumpe zurückgeführt wird.
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Die Erfindung geht aus, von einer bekannten Ventileinrichtung ähnlicher
Art, bei der die von der Pumpe zur Verbrauchsstelle strömende Flüssigkeitsmenge
durch eine Drosselbohrung fließt und durch diese bestimmt wird und bei der ein zylindrischer
Kolben in einer zylindrischen, von Flüssigkeit unter Förderdruck gefüllten Bohrung
gegen den Druck einer Feder beweglich ist, dabei unter der Wirkung des Differenzdruckes
der Räume vor und hinter der wirksamen Kolbenfläche steht und bei Anfall überschüssiger
Förderflüssigkeit für diese einen überströmkanal von der Druckseite zur Saugseite
der Pumpe freigibt.
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Diese bekannte Ventileinrichtung ist hauptsächlich für eine Pumpe
zur Förderung von Spinnlösung für die Herstellung von künstlicher Seide vorgesehen.
Die Pumpe fördert dabei mehr Druckflüssigkeit, als durch die Drosselbohrung hindurchfließen
kann. Die Förderflüssigkeit gelangt von der Pumpe zur zylindrischen Kammer auf der
einen Seite des Ventilkolbens, wo dieser auch eine Stange mit dem Verschlußorgan,
z. B. einer Kegelspitze, zum Verschließen bzw. Freigeben des, überströmkanals zur
Saugseite trägt. Von der Kammer auf der anderen Seite des Kolbens fließt die Flüssigkeit
direkt in die Förderleitung zur Verbraucherstelle, z. B. einer Spinndüse ab. Die
die Fördermenge bestimmende Drosselstelle ist dabei in einem Umwegkanal angeordnet,
der die Zylinderkammem auf beiden Seiten des Kolbens miteinander verbindet. Mit
dieser bekannten Ventileinrichtung sollen bei vermutlich ungefähr gleichbleibender
Antriebsdrehzahl der Pumpe entweder Unregelmäßigkeiten in der Förderung der Pumpe
oder die Auswirkungen einer Verstopfung in der Förderleitung im Sinne der Erreichung
einer gleichbleibenden Liefermenge ausgeglichen werden. Die bekannte Ventileinrichtung
wäre nicht geeignet, z. B. die stark schwankenden Fördermengen einer von dem Antriebsaggregat
eines Kraftfahrzeugs angetriebenen Pumpe auszugleichen.
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Ferner ist z. B. eine Ventileinrichtung an einer als Zahnradpumpe,
mit zwei Rädern im Inneneingriff ausgebildeten Heizöl-Förderpumpe bekannt, bei welcher
die aus der Ventileinrichtung ausströmende Druckflüssigkeitsmenge durch eine Drosselstelle
an der Austrittsöffnung zur Förderleitung möglichst konstant gehalten wird, wobei
die von der Pumpe zuviel geförderte Flüssigkeit durch die zentrische Bohrung eines
als überströrnventil wirkenden, gegen den Druck einer Feder arbeitenden Kolbens
zu einer Auslaßöffnung für überschüssige Flüssigkeit abfließt. Das überströmventil
ist geschlossen, solange die Bohrung des Kolbens durch die Kegelspitze am einen
Ende einer Ventilspindel abgedeckt wird, deren anderes Ende bei Stillstand der Pumpe
die Austrittsöffnung der Ventileinrichtung verschließt. Wird von der Pumpe mehr
Flüssigkeit gefördert, als durch die Austrittsöffnung ausfließen kann, so wird der
Ventilkolben so weit verschoben, daß die genannte erste Kegelspitze seine Mittelbohrung
freigibt. Damit steht der Kolben auch in gewisser Beziehung unter der Wirkung der
Differenz der BrÜcke, die an seinen beiden Stimseiten herrschen. Da nur die relativ
enge Kolbenbohrung als einzige überströrnöffnung zur Verfügung steht, ist diese
bekannte Einrichtung sicherlich nicht für einen Anwendungsfall gedacht, wo ein großer
Änderungsbereich für die Antriebsdrehzahl der Pumpe gegeben ist.
Es
wurde schon vorgeschlagen, einer hydrostatisch wirkenden, für den Antrieb einer
Werkzeugmaschine gedachten Pumpe eine Ventileinrichtung nachzuschalten, bei der
ein gegen den Druck einer Feder unter der Wirkung des Förderdruckes verschiebbarer
Kolben mit einer Stange versehen ist, welche ebenfalls ein konisches Ende aufweist,
das eine Überströraöffnung verschließt oder freigibt. Die Kolbenrückseite wird dort
ebenfalls von Förderflüssigkeit beaufschlagt, wobei der Kolben, abgesehen von der
Schließfeder, unter der Wirkung der Differenz der an seiner Vorderseite und seiner
Rückseite herrschenden Drücke steht. Die Vorderseite ist nämlich dem vollen Förderdruck
ausgesetzt, während auf dem Weg zur Kammer an der Rückseite des Kolbens zwei Drosselstellen,
eine im Querschnitt veränderliche und eine unveränderliche mit engem Querschnitt,
zwischengeschaltet sind. Die erste, verstellbare Drosselstelle bewirkt, daß eine
einstellbare, aber dann möglichst gleichbleibende Menge von Förderflüssigkeit zur
Verbrauchsstelle geleitet wird.
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Ziel der Erfindung ist es, eine Ventileinrichtung der eingangs erwähnten
Art besonders einfach und zweckmäßig auszubilden, damit ein Minirnum an Energieverlust
auftritt, also ein hoher Wirkungsgrad erreicht wird, und damit ohne Rücksicht auf
die Antriebsdrehzahl, also auch bei Antrieb der Pumpe durch Antriebsmaschinen mit
schwankender Drehzahl, eine gleichbleibende Fördermenge erreicht wird.
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Hierzu wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die zylindrische Bohrung
für den Kolben einen Teil des Kanals für die Förderflüssigkeit innerhalb der Pumpe
darstellt, daß ferner die Drosselbohrung für die nach außen gelieferte Förderflüssigkeit
der Pumpe im Kolben angeordnet ist und daß schließlich der überströmkanal so ausgebildet
ist, daß die überschüssige Förderflüssigkeit in -an sich bekannter Weise innerhalb
des Pumpen- und Ventilgehäuses auf kurzem Weg und mit geringem Widerstand von dei
Druckseite zur Saugseite der Pumpe überströmen kann.
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Der Druck in der Förderleitung schwankt dabei kaum mit der Veränderung
der Antriebsdrehzahl, sondern ist praktisch nur von dem in der Förderleitung bzw.
an der Verbrauchsstelle auftretenden Gegendruck abhängig. Der Energieverbrauch der
Pumpe ist also trotz veränderlicher Antriebsdrehzahl in der Hauptsache nur proportional
dem Energiebedarf an der Verwendungsstelle.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die
Saugleitung und die zylindrische Bohrung für den Kolben so angeordnet sind, daß
sie sich mindestens in einem kurzen Bereich fest berühren, und daß an der Stelle
des geringsten Ab-
stands der in seinem Öffnungsquerschnitt durch den Kolben
geregelte überströmkanal vorgesehen ist, dessen Querschnitt demjenigen von der Saugleitung
im wesentlichen gleicht.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen
an einem Ausführungsbeispiel näher erläuterL Fig. 1 ist ein Grundriß der
Pumpe mit einer Ventileinrichtung nach der Erfindung; Fig. 2 ist eine Seitenansicht
der Pumpe; Fig. 3 ist ein Längsschnitt durch die Pumpe entlang der Linie
3-3 in Fig. 1;
Fig. 4 ist ein Schnitt durch die Ventileinrichtung entlang
der Linie 4-4 in Fig. 2. Die Erfindung läßt sich auf Flüssigkeitsverdrängerpumpen
verschiedener Ausführungen anwenden, in den Figuren ist eine Zahnradpumpe mit zwei
parallel fördernden Zahn-radpaaren gezeigt. Das Pumpengehäuse umfaßt einen Körper
A, in dem an gegenüberliegenden Seiten kreiszylindrische Ausnehmungen B und
BI auf einer gemeinsamen Achse sowie ein zylindrischer Durchgang C geringeren
Durchmessers vorgesehen sind, welch letzterer zu den Ausnehmungen B und BI exzentrisch
angeordnet ist. Die BauteileD und E stellen Gehäuseseitenteile dar, die an
dem KörperA auf dessen gegenüberliegenden Stimseiten angeschraubt sind und dazu
dienen, die zylindrischen Ausnehmungen B und Bl zu verschließen. F ist die Pumpenwelle,
die sich durch die Gehäuse# seitenteile und durch den Durchgang C des Körpers
A
hindurch erstreckt. Mit G und GI sind die jeweils in den Seitenteilen
D und E angeordneten Lager für die Welle F bezeichnet. Innerhalb der
zylindrischen Ausnehmungen B und Bl sind die Pumprotoren angeordnet, die beim Ausführungsbeispiel
als paarweise im Inneneingriff kämmende außenverzahnte und innenverzahnte Zahnräder
ausgebildet sind. Die außenverzahnten Zahnräder H sind mit der Welle F verkeilt,
und die innenverzahnten Zahnräder I sind in den zylindrischen Ausnehmungen B und
Bl in Gleitlagerbüchsen J gelagert. Die Zahnräder I werden durch die Zahnräder
H angetrieben, wobei jeweils zwischen den Rädern eines Räderpaares sich erweiternde,
und verengende Förderzellen gebildet werden, die auf gegenüberliegenden Seiten der
in axialer Richtung verlaufenden und gemäß der Zeichnung horizontal liegenden Eingriffsebene
der Zahnräder liegen.
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Die Seitenteile D und E sind auf gegenüberliegenden
Seiten der horizontalen Eingriffsebene mit bogenförmigen Taschen D' und
EI versehen. Das Bauteil A
weist noch Kammern A' und
A 2 auf, die teilweise die Taschen D' und EI überlappen. Das Bauteil
A
(Körper) ist ferner mit einer seitlichen Verlängerung A3 versehen, die als
Ventilgehäuse dient und eine zylindrische Bohrung A4 aufweist. Diese steht an einem
Ende durch einen Kanal A 5 mit der KammerA' in Verbindung. Die KammerA2 ist
durch sich schneidende Bohrungen, die an ihren äußeren Enden durch Stopfen verschlossen
sind, mit einem Flüssigkeitseinlaß A6 verbunden, der sich in einem an der
Oberseite des Bauteils A vorgesehenen AugeA7 befindet. Diese sich schneidenden
Behrungen bilden zusammen eine SaugleitungAs für die eintretende Förderflüssigkeit,
wobei ein Teilstück der Saugleitung ziemlich nahe an der zylindrischen Bohrung A4
liegt. Ein Überströmkanal A9, zu dem eine Ringmit A10 gehört, die die Bohrung
A4 umgibt, bildet eine Verbindung verhältnismäßig großen Querschnitts zwischen der
zylindrischen BohrungA4 und dem benachbarten Teilstück der Saugleitung
A8.
Beim Fehlen eines Steuerventils wäre die Pumpe somit kurzgeschlossen.
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Zur Steuerung des Überströmkanals ist ein Kolben K vorgesehen, der
dichtend in der zylindrischen Bohrung A4 gleitet und in seiner in Fig.
3 dargestellten linken Stellung die Ringnut A10 vollständig verschließt.
Wird der KolbenK jedoch nach rechts bewegt, kommen die darin angebrachten Durchbrüche
KI zur überdeckung mit der Ringnut A 10, um so den überströnikanal zu öffnen.
Der Kolben K ist hohl ausgeführt, besitzt jedoch eine Querwand K2, die mit einer
DrosselbohrungK3 für den Durchtritt
ausströmender Flüssigkeit versehen
ist. Das andere, äußere Ende des Hohlraumes A4 ist durch einen Schraubdeckel L verschlossen.
Dieser Schraubdeckel weist eine zentrische GewindebohrungL, als Auslaß
f ür die Förderflüssigkeit auf, an den eine außenliegende Förderleitung angeschlossen
werden kann. Eine Feder M, die sich mit ihrem einen Ende an dem DeckeIL und dem
anderen Ende an der QuerwandK-' abstützt, spannnt den Kolben so vor, daß dieser
be-
strebt ist, die Ringnut A 10 zu schließen. Wenn es erwünscht ist,
kann die Pumpe mit einem zweiten überströmweg N versehen sein, der in dem
zwischen den Kammem A' und A2 gelegenen Abschnitt des Bauteils bzw.
Körpers A vorgesehen ist und normalerweise durch ein Rückschlagventil N'
geschlossen ist. Dieses Ventil NI steht unter dem nachgiebigen Druck einer Feder
0, deren äußeres Ende sich gegen eine Verschlußkappe 01 abstützt.
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Beim Betrieb wird die Pumpenwelle F so angetrieben, daß die Pumpräder
sich gemäß Fig. 3 im Uhrzeigersinn drehen und Flüssigkeit aus der saugseitigen
Kammer A 2 aufnehmen und sie in die druckseitige Kammer A' fördern.
Aus der Kammer A'
strömt die Flüssigkeit in axialer Richtung durch
die Drosselbohrung K-3 des Kolbens K zum Auslaß. Durch die Drosselwirkung entwickelt
sich ein hydraulischer Druck, der den Kolben K gemäß Fig. 3 nach rechts bewegt.
Wenn die durch die Pumpräder geförderte Flüssigkeitsmenge größer ist als die Menge,
die durch die Drosselbohrung K3 strömen kann, wird der Kolben so beweg daß sich
der überströrnkanal öffnet und die überschüssige Flüssigkeit zur Einlaßseite der
Pumpräder zurückfließt. Da der Überströmkanal so ausgeführt ist, daß sich keine
Umwege ergeben, und da er einen großen Querschnitt aufweist, wirkt der Rückführung
der überschüssigen Flüssigkeit nur ein verhältnismäßig geringer Widerstand entgegen,
wodurch die zum Betrieb der Pumpe erforderliche Antriebsleistung verhältnismäßig
gering ist.