-
Die Erfindung betrifft eine Hochdruckpumpe, bestehend aus zwei an
den Enden einer gemeinsamen Kolbenstange befestigten Hochdruckkolben relativ geringen
Durchmessers und einem ebenfalls an der Kolbenstange angeordneten, den zugehörigen
Zylinder in zwei Kammern teilenden Niederdruckkolben mit verhältnismäßig großem
Durchmesser, dessen abwechselnde Beaufschlagung und Entlastung mit Hilfe eines Primärventils
gesteuert wird, das in dem einen bzw. anderen Sinne von dem Druckmittel über zwei
Sekundärventile beaufschlagt wird, die von dem Niederdruckkolben einerseits und
von einer elastischnachgiebigen Gegenkraft andererseits betätigt werden, die das
Ventil bei Beginn der Rückbewegung des Niederdruckkolbens in seine Ausgangsstellung
zurückführt.
-
Die Sekundärsteuerung derartiger Hochdruckpumpen erfolgt bisher mit
Hilfe einer Kombination aus einem ausschließlich hydraulisch wirkenden und einem
ausschließlich mechanisch wirkenden Ventilteil, wobei das hydraulisch wirkende Ventilteil
aus einem Sprungschaltventil und das mechanisch wirkende Teil aus einer von einer
Plungerstange, mehreren Kolben sowie einer Feder gebildeten Plungeranordnung besteht.
Steuerungen dieser Art sind konstruktiv aufwendig und bruchanfällig und vermögen
darüber hinaus den an Hochleistungspumpen hinsichtlich Schaltgenauigkeit und Schaltwechselgeschwindigkeit
gestellten Anforderungen nicht zu genügen. Sie sind daher nur in Verbindung mit
Pumpen einer verhältnismäßig geringen Leistung verwendbar.
-
Entsprechendes gilt für eine andere bekannte Hochdruckpumpe, bei der
die die Sekundärschieber zu Beginn der Rückbewegung des Niederdruckkolbens in ihre
Ausgangsstellung zurückführende Gegenkraft wie im Falle der vorstehend beschriebenen
Pumpe von einer Feder gebildet wird. Der Nachteil solcher Federsysteme besteht insbesondere
darin, daß sie keine ausreichende Schwingungs- und Rückschlagfreiheit besitzen und
daher den von Hochleistungspumpen geforderten hohen Schaltwechselzahlen nicht mit
ausreichender Genauigkeit zu folgen vermögen. Die maximale Leistung derartig gesteuerter
Pumpen unterliegt daher ebenfalls einer relativ engen Begrenzung, bei deren Überschreiten
die G;,-fahr des Auftretens labiler Zustände besteht.
-
Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Hochdruckpumpe mit absolut
schwingungs- und rückschlagfreier Steuerung, die infolgedessen hohe Hubzahlen und
eine hohe Leistung bei geringem Leistungsgewicht zuläßt. Die Erfindung besteht darin,
daß die Enden der Sekundärschieber je eine Kammer begrenzen, die über Leitungen
mit der den Niederdruckkolben beaufschlagenden Druckmittelquelle oder einer anderen,
vorzugsweise stärkeren Druckquelle in Verbindung und infolgedessen unter ständigem
Druck stehen, der die elastische Gegenkraft bildet und ein Verschieben des Schiebers
des Sekundärventils bewirkt, wenn der Niederdruckkolben seine Totpunktlage verläßt.
-
Erfindungsgemäß können weiterhin die Enden des Schiebers des Primärventils
je einen Ansatz aufweisen, die bei Annäherung des Schiebers an den entsprechenden
Zylinderboden mit geringem Spiel in die Eintrittsöffnung des Verbindungskanals zwischen
dem Hauptventil und dem entsprechenden Sekundärventil unter Drosselung des Druckmittelabflusses
aus dem Primärzylinder durch den in dieser Schaltstellung an den Auslaß angeschlossenen
Verbindungskanal eindringen.
-
Die Steuerung der erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe erfolgt ausschließlich
mit hydraulischen Mitteln, wodurch einerseits eine hohe Schaltgeschwindigkeit und
andererseits eine rückschlagfreie Dämpfung der mit hoher Geschwindigkeit umgesteuerten
Schieber gewährleistet ist. Hierdurch bedingt können mit der erfindungsgemäßen Pumpe
im Gegensatz zu den bekannten Pumpen wesentlich höhere Hubzahlen bei höherer Schalt-
und Ansprechgenauigkeit erzielt werden, und zwar sowohl bei niedrigen Drücken von
etwa 50 g als auch bei hohen Drücken von beispielsweise 10 Bar. Darüber hinaus kann
das Leistungsgewicht der Pumpe stark verringert werden, so daß nicht nur ein transportables,
sondern ein tatsächlich tragbares Gerät erzielt wird. Weiterhin besteht die Möglichkeit
zur Erweiterung des wirksamen Druckbereiches, wobei es beispielsweise möglich ist,
mit demselben Gerät in Druckbereichen zwischen 1 Bar und 560 Bar zu arbeiten, wohingegen
mit bekannten Geräten Arbeitsbereiche lediglich zwischen 80 und 400 Bar erzielt
werden konnten. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Pumpe ist auch darin
zu sehen, daß das Gerät in der Lage ist, die zu komprimierende Flüssigkeit selbst
anzusaugen, wohingegen bei den bekannten Geräten mit einem Eingangsdruck von mindestens
2 Bar gearbeitet werden mußte. Die Pumpe kann mit beliebigen Druckmedien, etwa Wasser,
Luft, öl oder Dampf arbeiten, wobei der Niederdruckzylinder und die Steuerungsorgane
mit unterschiedlichen Druckmedien beaufschlagt werden können.
-
Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht.
-
F i g. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäß ausgebildete
Pumpe, wobei der Schnitt im oberen Teil nach der Linie 1-I a und im unteren Teil
einerseits nach der Linie I a-I b und andererseits nach der Linie
I a-I c der F i g. 2 verläuft; F i g. 2 ist eine stirnseitige Ansicht
auf eine erfindungsgemäße Hochdruckpumpe; in F i g. 3 ist ein Längsschnitt nach
der Linie III-III durch F i g. 1 wiedergegeben; F i g. 4 ist ein Querschnitt durch
F i g. 3; F i g. 5 und 6 zeigen den F i g. 3 bzw. 4 entsprechende Darstellungen
einer anderen Ausführungsform der Druckmittelführung.
-
Die in der Zeichnung dargestellte Hochdruckpumpe besteht aus einem
Stufenkolben 1 mit großflächigem, in dem Niederdruckzylinder 3 geführtem Kolbenteil
2 sowie kleinflächigen Hochdruckkolben 4 und 5, die in entsprechenden Zylinderbohrungen
6 und 7 gleiten. Die Hochdruckkolben sowie der zugehörige Zylinder können zur Erzielung
des gewünschten Kompressionsverhältnisses beliebige unterschiedliche Querschnitte
aufweisen, was in der Zeichnung durch die unterschiedliche Bemessung der beiden
Hochdruckzylinder 6 und 7 veranschaulicht ist. An die Hochdruckzylinder 6 und 7
sind Y-förmig angeordnete Leitungen 8 und 9 angeschlossen, von denen die Leitungen
8 die Ansaugventile 10 und die Leitungen 9 die Auslaßventile 11 beider Hochdruckzylinder
enthalten. Die Leitungen 8 beider Hochdruckzylinder sind durch eine gemeinschaftliche
Leitung 12 und die Leitungen 9 durch eine gemeinsame Leitung 13 miteinander verbunden.
Die Ansaug-
Leitung 12 weist eine Ansaugöffnung
14 für das zu komprimierende Medium und die Auslaßleitung 1.3
eine
Auslaßöffnung 15 für das komprimierte Medium auf. Die Leitungen 12 und 13 können
den Ständer für die Pumpe bilden.
-
Über dem Niederdruckzylinder 3 ist das Gehäuse 16 des Primärventils
angeordnet, das in seinem oberen Teil zu einem Handgriff 16 a gestaltet ist. Die
Zylinderbohrung des Primärventils ist mit 17 und der Primärschieber mit 18 bezeichnet.
Das Primärventil wird von Sekundärventilen 19 bzw. 20 gesteuert, die
ihrerseits von dem Niederdruckkolben 2 betätigt werden, derart, daß die Schieber
wechselweise bei Annäherung des Niederdruckkolbens 2 an seine jeweilige Totpunktlage
nach außen und bei Beginn der Gegenbewegung des Niederdruckkolbens 2 nach innen
verschoben werden.
-
Erfindungsgemäß begrenzen die Enden der Sekundärschieber 19 bzw. 20
je eine Kammer 53, die über Leitungen 21, 41, 42, 52 mit der den Niederdruckkolben
beaufschlagenden Druckmittelquelle oder einer anderen, vorzugsweise stärkeren Druckquelle
in Verbindung und infolgedessen unter ständigem Druck stehen. Der in den Kammern
53 wirkende hydraulische bzw. pneumatische Druck bildet die elastische Gegenkraft
und bewirkt ein Verschieben der Schieber 19 bzw. 20 des Sekundärventils
nach innen, sobald der Niederdruckkolben seine jeweilige Totpunktlage verläßt.
-
Die Enden des Schiebers 18 des Primärventils weisen erfindungsgemäß
je einen Ansatz 64 bzw. 65 auf, die bei Annäherung des Schiebers 18 an den jeweils
entsprechenden Zylinderboden mit geringem Spiel in die Eintrittsöffnung 51 bzw.
66 des Verbindungskanals 50 bzw. 54 zwischen dem Primärventil und dem entsprechenden
Sekundärventil 19 bzw. 20 eindringen. Hierdurch wird eine Drosselung
des Druckmittelabflusses aus dem Zylinder 17 durch den in diesem Schaltstadium an
den Auslaß angeschlossenen Verbindungskanal 50 bzw. 54 und damit eine sichere und
rückschlagfreie Dämpfung des Schiebers 18 bei Annäherung an den vom Zylinder gebildeten
Anschlag erzielt.
-
Die Wirkungsweise der Hochdruckpumpe gemäß Erfindung gestaltet sich
wie folgt: In der dargestellten Stellung der Pumpe befindet sich der Stufenkolben
1 in seiner rechten Totpunktstellung, in der sich der Sekundärschieber
19 in seiner äußeren, der Sekundärschieber 20 in seiner inneren sowie der
Primärschieber 18 in seiner linken Schaltstellung befindet. In dieser Lage wird
das über die Öffnungen 67 (s. F i g. 4) bzw. 68 (s. F i g. 6) zugeführte Druckmittel
durch den (s. F i g. 1) Ringkanal 21, den Kanal 22, die von den Dichtungen 24 und
25 begrenzte Kammer 23, den Kanal 26, den Ringkanal 27, den Kanal 28, die Kammer
29 sowie den Kanal 30 in den rechts von dem Niederdruckkolben 2 liegenden
Teil des Niederdruckzylinders geleitet, der daraufhin nach links verschoben wird.
Hierbei wird das in dem linken Zylinderteil enthaltene Druckmittel durch den Kanal
31, die Kammer 32, den Kanal 33, den Ringkanal 34, den Kanal
35,
die von den Dichtungen 24 und 37 begrenzte Kammer 36 sowie
weiterhin durch den Kanal 39 und den Ringkanal 40 abgeführt.
-
Gleichzeitig wird ein Teil des durch die Öffnungen 67 bzw. 68 sowie
den Ringkanal 21 zugeführten Druckmittels durch die Leitungen 41 bzw. 42 zu den
Sekundärschiebern 19 bzw. 20 geleitet, von dem wiederum ein Teil über
die Leitungen 52 den Kammern 53 an den Enden der Schieber 19 bzw.
20 zugeführt wird. Im übrigen tritt in der dargestellten Pumpenstellung das
durch die Leitung 41 zugeführte Druckmittel in den Ringkanal 43 und von dort durch
den Kanal 44 in die von den Dichtungen 46 und 47 begrenzte Kammer 45 ein und gelangt
durch den Kanal 48, den Ringkanal 49 sowie die Leitung 50 mit Austrittsöffnung 51
in den auf der rechten Seite des Schiebers 18 liegenden Teil des Primärzylinders
17. Infolge der Beaufschlagung der Kammer 53 mit Druckmittel wird gleichzeitig mit
der Verschiebung des Stufenkolbens 1 nach links der Sekundärschieber 19 ebenfalls
nach links in seine innere Schaltstellung verschoben und in dieser Stellung gehalten,
in der die rechte Seite des Primärventils mit Atmosphärendruck verbunden ist.
-
Bei der diesem Vorgang vorangegangenen Verschiebung des Primärschiebers
18 von rechts nach links war das im linken Teil des Primärzylinders 17 enthaltene
Druckmittel durch die Leitung 54, den Ringkanal 55, den Kanal 56, die von den Dichtungen
58 und 59 begrenzte Kammer des Sekundärventils 20
sowie weiterhin
den Kanal 60, den Ringkanal 61 sowie die Leitung 62 abgeführt worden.
-
Bei Annäherung des Stufenkolbens 1 an seine linke Totpunktlage wird
der Sekundärschieber 20 in seine äußere Stellung verschoben und nimmt nunmehr
die Stellung ein, in der in der Zeichnung der Sekundärschieber 19 dargestellt ist.
Hierdurch wird die vorher blockierte Leitung 42 mit der Leitung 54 verbunden, so
daß nunmehr der Schieber 18 unter der vollen Wirkung des eingespeisten Druckmittels
mit hoher Geschwindigkeit nach rechts verstellt wird. Hierbei dringt der Zapfen
65 gegen Ende der Verschiebung in die Öffnung 51 ein und bewirkt eine Drosselung
des Druckmittelaustrittes und damit eine rückschlab freie Dämpfung der Aufschlagstärke
des Schiebers. Das gleiche gilt im umgekehrten Fall im Verhältnis zwischen dem Zapfen
64 und der Öffnung 66 des Kanals 54.
-
Infolge der Wirkungssymmetrie der Anordnung wird nunmehr die über
die Eintrittsöffnung 67 bzw. 68 zugeführte Flüssigkeit durch die Kammer
36, die Kanäle 35, 34, 33, die Kammer 32 und den Kanal 31 in den linken Teil
des Niederdruckzylinders geleitet, während die im rechten Zylinderteil befindliche
Flüssigkeit über den Kanal 30, die Kammer 29, den Kanal 28 sowie auf
dem spiegelbildlich zu dem vorstehend beschriebenen Weg liegenden Wege austritt.
-
Nach Verstellen des Sekundärschiebers 19 sowie der hierauf folgenden
Verschiebung des Primärschiebers 18 nach links hat die Pumpe ihre in F i g. 1 dargestellte
Stellung wieder erreicht, worauf sich der Vorgang wiederholt.
-
Im Falle der in den F i g. 5 und 6 wiedergegebenen Ausführungsform
sind die zu den Sekundärschiebern 19 bzw. 20 führenden Leitungen
41 bzw. 42 an Stelle mit der auch den Stufenkolben beaufschlagenden
Druckquelle mit einer hiervon unabhängigen Druckmittelquelle von gegebenenfalls
höherem Druck verbunden. In diesem Falle tritt das Steuerdruckmittel unmittelbar
durch die Öffnung 63 in die Pumpe ein.