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Einrichtung zum Hubverändem einer Kolbenpumpe Die Erfindung bezieht
sich auf eine Einrichtung zum stufenlosen Verändern des Hubes des zweiteiligen,
federbelasteten Arbeitskolbens einer Schubkolbenpumpe durch Auseinanderdrücken der
beiden Teilkolben mit Flüssigkeitsdruck.
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Bei Pumpen dieser Art wurde zur Hubveränderung bereits vorgeschlagen,
in den Raum zwischen dem Antriebs- und dem Förderkolben mittels einer Zahnradpumpe
eine Steuerflüssigkeit unter konstantem Druck zu pressen, während durch eine weitere
Zahnradpumpe und eine beliebig einstellbaren Drossel an der Saugseite der Pumpe
ein veränderbarer Überdruck erzeugt wird. Der Unterschied aus den beiden überdrücken
soll dabei das Maß des Förderkolbenhubes und somit die Fördermenge bestimmen. Diese
Anordnung hat jedoch den Nachteil, daß sie zwei Zahnradpumpen und eine große Anzahl
von Verbindungsleitungen und Dichtmitteln erfordert, was die Herstellungskosten
erheblich erhöht und die Montage sowie die Wartung der Pumpe verwickelt gestaltet.
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Ferner ist eine Zubringerpumpe bekannt, welche einen Antriebskolben
und einen Förderkolben aufweist, wobei der Raum zwischen diesen Kolben dem Förderdruck
der Pumpe selbst ausgesetzt ist. Hierdurch wird der Förderkolbenhub vom Förderdruck
und somit vom jeweiligen Verbrauch in der Förderleitung abhängig gemacht. Ein wahlweises
Verändern des Förderkolbenhubes ist hier nicht möglich.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile
der bekannten Bauarten zu vermeiden und eine Einrichtung zur Hub- bzw. Mengenregelung
zu schaffen, welche mit geringstem Aufwand von Aufbauelementen und Verstellkräften
gestaltet und zu einer wahlweisen Regelung herangezogen werden kann. Diese Aufgabe
wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Raum zwischen dem Antriebs- und dem
Förderkolben mit dem mittels einer Drossel druckveränderbaren Saugraum der Pumpe
verbunden ist, und die zu dem Zwischenraum führenden Verbindungsbohrungen einen
geringeren Durchflußwiderstand aufweisen als die Saugbohrung zwischen dem Saugraum
und dem Arbeitsraum des Förderkolbens.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist an der Eingriffsstelle
zwischen dem Antriebs- und dem Förderkolben eine Einlage aus Kunststoff vorgesehen,
durch welche der Aufprall des Antriebskolbens auf den Förderkolben während des Förderhubes
gedämpft wird.
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Ferner ist es gemäß einem anderen Erfindungsmerkmal von Vorteil, zur
Fernsteuerung der Pumpe die Drossel in der Saugleitung anzuordnen. Die Erfindung
ist nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben.
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F i g. 1 zeigt einen Längsschnitt der Pumpe bei Förderhubende; F i
g. 2 stellt einen Querschnitt der Pumpe am Saughubende dar.
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Gemäß F i g. 1 ist im zylinderförmigen Pumpengehäuse 1 eine Antriebswelle
2 mit einem Antriebsnocken 2 a in Kugellagern 3 und 4 gelagert. Am Umfang des Pumpengehäuses
1 sind drei Pumpenkörper 5 sternförmig angeordnet und mit dem Pumpengehäuse 1 durch
nicht dargestellte Schrauben fest verbunden. Jeder Pumpenkörper 5 sitzt mit seiner
Stirnseite in einer Ansenkung 1 a des Pumpengehäuses 1. In jedem Pumpenkörper 5
ist ein Ventilkörper 6 mit einem T-förmigen Saugventil 6a und einem ebenfalls T-förmigen
Druckventil 6 b untergebracht. Ferner sitzt im Pumpenkörper 5 eine Zylinderbuchse
7 mit dem Antriebskolben B. Der Ventilkörper 6 und die Zylinderbuchse 7 sind mit
Hilfe einer überwurfmutter 9 im Pumpenkörper 5 festgespannt. Eine Rückstellfeder
10 ist zwischen der überwurfmutter 9 und dem Antriebskolben 8 eingeschaltet. Oberhalb
des Antriebskolbens 8 ist ein abgestufter Förderkolben 11 in der Zylinderbuchse
7 eingesetzt, welcher mit seiner Ansenkung 11 a das verjüngte Ende 8 a des Antriebskolbens
8 umgreift. In der Ansenkung 11a ist ein aus Kunststoff, z. B. aus Polyamid hergestelltes
Plättchen 11 b zur Dämpfung des Aufpralles zwischen den Teilen 8 und 11 eingesetzt.
In der Zylinderbuchse 7 sitzt ferner ein Sprengring 12, gegen welchen einerseits
die Feder 13 vom Saugventil 6 a und andererseits eine Belastungsfeder 14 drückt,
welche schwächer als die Rückstellfeder 10 ist und sich außerdem an einem Bund des
Förderkolbens 11 abstützt.
Im Pumpengehäuse 1 ist ein z--n"i-aier,
die Antriebswelle 2 umgebender Saugraum 1s vorgesehen, der mittels eines an der
Antriebswelle aufliegenden Dichtringes 1 b nach außen abgeschlosse@i ist. Jede Pump2nkörpc-reiiiheit
5 weist eine Saugbohrung 5s auf. @.:elcl:L iber eine entsprechende Bohrurig l s"
im Puriipengehäuse 1 mit dem zentralen Saugraum 1 s in Verbindung steht. Koaxial
zum Saugraum ist im Pumpengehäuse noch ein zentraler Druckraum 1 d in Gestalt einer
Gewinde-Sackbohrung vorgesehen. In jedem Pumpenkörper ist außerdem eine Druckleitung
5 d eingearbeitet, welche über eine Verbindungsleitung 1 d' im Gehäuse
1 mit dem zentralen Druckraum 1 d in Verbindung steht. Es münden somit
drei Saugleitungen I s' in den zentralen Saugraum 1 s und drei Druckleitungen
1 d' in den zentralen Druckraum 1 d. Die Saug- bzw. Druckräume sind mit je einem
Anschlußnippel l s", l d" bekannter, daher nicht näher dargestellter
Art versehen, deren Anschlußleitungen I s ... und l d"' mit
dem Flüssigkeitsbehälter bzw. der Verbraucherstelle in Verbindung stehen. Diese
Anschlußnippel sind in der Zeichnung der Einfachheit halber mit gleichen Abmessungen
versehen; bei Hochdruckpumpen mit etwa 500 atü Förderdruck wird man jedoch den Sauganschlußnippel
und seine Zuleitung mit etwas größerem Durchflußquerschnitt als für die Druckleitung
bemessen.
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Zur Abdichtung der Leitungen zwischen jedem Pumpenkörper 5 und dem
Pumpengehäuse 1 ist an der Stoßstelle der Verbindungsbohrungen 1 d' und
5 d
zwischen den Teilen 1 und 5 ein Dichtungsring 15 aus Kupfer od. dgl. in
einer Ansenkung eingelegt, der beim Festspannen des Pumpenkörpers am Pumpengehäuse
abdichtend zusammengedrückt wird. Konzentrisch zum Förderkolben 11 ist an der Stirnseite
des Pumpenkörpers 5 eine Rille 16 eingedreht, in welcher ein Gummidichtring 17 sitzt.
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In der Saugleitung l s... ist eine Drossel 18 beliebiger bekannter
Art eingesetzt, welche mittels eines Handhebels 18a auf verschiedene Durchflußquerschnitte
einstellbar ist. Die jeweilige Einstellung kann an Hand einer dem Handhebel 18a
zugeordneten Skala 19 ablesbar sein. Die von einer nicht dargestellten Zubringerpumpe
oder von einem Behälter mit Gefälle unter geringem, konstantem Druck in die Leitung
l s"' gelieferte Flüssigkeit wird durch die Drossel 18 mengenmäßig gesteuert, so
daß in den Saugräumen des Pumpengehäuses 1 sowie jedes Pumpenkörpers 5 ein Unterdruck
herrscht.
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Der Raum 21 innerhalb der Zylinderbuchse 7 ist durch mehrere Bohrungen
8 b, 8 c, 8 d innerhalb des Antriebskolbens 8 mit dem zentralen Saugraum
1s in ständiger Verbindung. Diese Bohrungen 8 b, 8 c, 8 d
sind im Querschnitt
so groß bemessen, daß der Durchflußwiderstand zum Raum 21 geringer ist als der Durchflußwiderstand
der zum Arbeitsraum 20 führenden Saugbohrung 5s.
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F i g. 1 zeigt die Pumpe beim Druckhubende der dargestellten Pumpeneinheit.
Wenn der Antriebsnokken 2a xveitergedreht wird, bewegt sich der Antriebskolben 8
unter der Wirkung seiner Rückstellfeder 10
nach unten. Da infolge der erwähnten
Bemessung der Durchflußquerschnitte der Bohrungen 8 b, 8 c, 8 d in dem Raum
21 ein etwas höherer Druck entsteht als in dem Arbeitsraum 20, wird der Förderkolben
11 dieser Abwärtsbewegung des Kolbens 8 zunächst nicht folgen. Erst dann,
wenn der Druck in den Saugbohrungen vor dem Saugventil 6, also in der Saugbohru:.g
5:;, sich dem Druck im Raum 21 angeglichen hat, -:vird durch die Kraft der Feder
14 der Förderkolben ebenfalls nach unten bewegt. Es sei nun angenommen, daß die
Drossel 18 auf die halbe Fördermenge eingestellt ist. Der Antriebskolben 8 wird
gemäß den vorstehenden Erläuterungen einen vollständigen Abwärtshub ausführen, wogegen
der Förderkolben 11 nur einen halben Abwärtshub macht. Während seiner anfänglichen
Abwärtsbewegung öffnet sich das Saugventil 6a und sitzt auf der Stirnseite der Kolbenbuchse
7 auf. Durch einige Ausfräsungen 6aa am Umfang des Saugventils 6 a strömt nun Flüssigkeit
aus der Saugbohrung 5s durch den Ventilkörper 6 hindurch in den Arbeitsraum 20 ein.
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Sobald der Antriebskolben 8 seinen Abwärtshub beendet hat und sich
unter Verdrängung der Flüssigkeit aus dem Raum 21 wieder nach oben bewegt, kommt
er zu einem bestimmten Zeitpunkt in Eingriff mit dem auf dem halben Hubweg stehengebliebenen
Förderkolben 11 und nimmt denselben mit, so da.ß nun der eigentliche wirksame Förderhub
der Kolben 8 und 11 beginnt. Das Saugventil 6 a wird geschlossen, und durch
seine achsmittige Bohrung fließt die Förderflüssigkeit zum Druckventil
6b und weiter durch die Druckleitung 5d, die Verbindungsleitung l
d' und das Anschlußnippel 1 d" der Leitung 1 d"' zur Verbrauchsstelle.
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Durch wahlweise Einstellung des Unterdruckes im Saugraum 1s bzw. im
Raum 21 zwischen den Kolben 8 und 11 läßt sich der wirksame Saughub des Förderkolbens
11 bei konstantem Hub des Antriebskolbens 8 in einfacher Weise verändern: herrscht
im Saugraum 1 s ein geringerer Unterdruck, so ist der Saughub des Förderkolbens
11 gleich dem Hub des Antriebskolbens 8 (Maximal-Fördermenge). Wird dagegen durch
die Drossel 18 der Unterdruck erhöht, so wird der Saughub des Förderkolbens 11 entsprechend
kleiner als der Hub des Antriebskolbens B. Es läßt sich erreichen, daß der Saughub
des Förderkolbens 11 nur einen Bruchteil des Hubes des Antriebskolbens 8
ausmacht (Minimal-Fördermenge).
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Zum Steuern der Drossel 18, also zum Bewegen des Handhebels 18a sind
nur äußerst geringe Verstellkräfte erforderlich. Als Drossel kann man dabei ein
beliebiges, handelsübliches Flüssigkeitsventil verwenden, welches ohne Schwierigkeiten
an die Leitungen l s"' bzw. lsd anschließbar ist. An Stelle einer Handeinstellung
unmittelbar an der Pumpe läßt sich die Drossel 18 auch an einer von der Pumpe entfernt
liegenden Stelle der Leitung 1s"' anordnen und dadurch eine Fernsteuerung in vorteilhafter
Weise erzielen.
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Der Erfindungsgedanke einer unterdruckgesteuerten Förderhub- bzw.
Mengenregelung läßt sich auch bei ventillosen Pumpenbauarten in gleich vorteilhafter
Weise benützen.