DE1653844C3 - Rotationskolbenpumpe mit Überströmregulierventil - Google Patents

Description

getrennten Gehäuse angeordneten Oberströmventil (siehe die GB-PS 5 59 108) sei noch hingewiesen, bei der die vordere Stirnfläche des lediglich federdruckbeaufschlagten Ventilschüeßkolbens ebenfalls dem Förderdruck ausgesetzt ist, wobei die überströmende Flüssigkeit wiederum seitlich von der Gehäusebohrung für den Kolben abströmt. Sie wirkt anschließend als Treibflüssigkeit für eine Strahlpumpe, zu der ein Rohr mit trichterförmiger Einlaßseite und länglichem konischen Auslaufteil gehört, durch die Ansaugflüssigkeit aus einem Vorratsbehälter mitgenommen wird, womit eine bestimmte Rückgewinnung der Energie der Übersirömflüssigkeit gewährleistet ist Auch bei dieser bekannten Konstruktion verbleibt für die Energierückgewinnung lediglich nur derjenige Teil der Druckenergie, der zu dem Rohr mit der trichterförmigen Einlaßseite gelangt. Der Hauptanteil der Energie geht jedoch ebenso wie im Falle der zuletzt beschriebenen bekannten Rotationskolbenpumpe beim Überströmvorgang im Bereich der vorderen Stirnfläche des Ventilschließkolbens sowie beim seitlichen Abströmen zu dem Rohr der Strahlpumpe verloren.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Rotationskolbenpumpe mit Überstrcmregulierventil der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der nicht nur eine teilweise Rückgewinnung der beim Überströmvorgang des Förderstromes umgesetzten Energie ermöglicht, sondern auch ein ruckartiges öffnen und Schließen des Überströmregulierventiles bei Belastungsschwankungen möglichst weitgehend vermieden wird und ferner die überströmende Druckflüssigkeit unmittelbar ohne Umlenkung und Richtungsänderung in den Ansaugbereich der Pumpe gelangt.

Dazu wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Ventilgehäusebohrung mit dem Venlilkolben im Pumpengehäuse angeordnet ist und sich dabei die Überströmöffnung im Bereich der Einlaßkammer zum Förderraum befindet und infolge der bis zum äußeren Durchmesser konischen Form des vorderen Endes des Ventilkolbens im Zusammenwirken mit der Überströmöffnung eine gewisse Energierückgewinnung der überströmenden Flüssigkeit stattfindet, und daß ferner der Verbindungskanal von der Kolbenvorderseite zur Kammer an seiner hinteren wirksamen Kolbenfläche als Spiralnut in einem Teil der Kolbenumfangsfläche ausgebildet ist

Durch die erfindungsgemäßen Merkmale ist eine Rotationskolbenpumpe geschaffen, bei der der beim Überströmvorgang rückgeleitete Förderstrom ohne zwischengeschaltete reibungsbehaftete Kanäle direkt in die Ansaugöffnungen des Pumpenrotors geleitet wird. Infolge der bis zum äußeren Durchmesser konischen Form des vorderen Endes des Ventilkolbens tritt im Zusammenwirken mit der direkt im Bereich des Pumpenrotors angeordneten Überströmöffnung eine praktisch bedeutungsvolle Energierückgewinnung der überströmenden Flüssigkeit auf. Aufgrund der Drosselwirkung der Spiralnut bewirkt ein plötzlicher Druckanstieg auf der Abnehmerseite der Rotationskolbenpumpe nicht sogleich ein plötzliches öffnen des Überströmventiles, so daß auch bei einen¹ '/!•■•.»■liehen Wechsel der Betriebsbedingungen eine Reaktion der Pumpe in vorteilhafter und angemessener Weise ohne große Rückströmverluste gewährleistet ist.

Zur Verbesserung der Strömungsverhältnisse am vorderen Ende des Ventilkolbens ist es zweckmäßig, wenn dieser an seinem durch die Überströmöffnung ragenden Teil eine vordere pilzartige Verlängerung

aufweist, die hauptsächlich durch einen entgegengesetzten konischen Teil gebildet ist.

Aus Sicherheitsgründen ist es zweckmäßig, wenn sich ein Druckentlastungsventil im Ventilkolben befindet

Ferner ist es vorteilhaft, daß im Ventilgehäuse ein mit dem Hochdruckbereich in Verbindung stehender enger Kanal vorgesehen ist, der zwischen dem vorderen Ende des Ventilkolbens und der rückwärtigen Kammer im Bereich der Spiralnut von der Ventilgehäusebohrung zu einem Anschlußnippel am Pumpen- und Ventilgehäuse führt

Bezüglich der Pumpe selbst wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung noch vorgeschlagen, daß beim Vorhandensein von nur einem in Radialschlitzen Verdrängerrollen führenden Pumpenrotor die Achse der Ventilgehäusebohrung mit dem Ventilkolben und der Überströmöffnung koaxial zur Rotordrehachse und damit zu einer hohlen Antriebswelle liegt.

Im folgenden wird die Erfindung an zwei Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Rotationskolbenpumpe mit einem Überströmregulierventil gemäß der Erfindung in einer ersten Ausführungsform,

F i g. 2 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform des Übertrömregulierventils nach der Erfindung, wobei die gleiche Pumpe wie in F i g. 1 verwendet ist, und

Fig. 3 in größerer Darstellung einen Ventilkolben der Ausführung gemäß F i g. 2 im Längsschnitt.

Bei den in F i g. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen ist der Pumpenteil 10 gleich. Sie unterscheiden sich lediglich hinsichtlich der Anordnung eines Druckentlastungsventils 6t bzw. 61', welches im Falle der Fig. 1 seitlich an das Überströmregulierventil 16 angesetzt und im Falle der Fig.2 innerhalb des Ventilkolbens 133 des Überströmregulierventils 101 angeordnet ist.

Der Pumpenteil, eine Rotationskolbenpumpe 10, weist einen Rotor 12 auf, welcher auf einer hohlen Antriebswelle 13 drehfest angeordnet ist. Der Rotor 12 ist in bekannter Weise mit zum Umfang offenen radialen Schlitzen ausgestattet, die Verdrängerrollen 2lb aufnehmen. Diese liegen im Betrieb an der Innenfläche 12ceiner Laufbüchse 12c/an, die den Rotor 12 in bekannter Weise exzentrisch umgibt.

Der Rotor 12 ist stirnseitig von inneren Gehäuseseitenteilen 30 und 15 eingeschlossen, die auf der Saugseite Einlaßöffnungen 15a und 30a und auf der Druckseite Auslaßöffnungen 156 und 306 besitzen. Während die Einlaßöffnungen 15a direkt mit einer Einlaßkammer 14a in Verbindung stehen, werden die Einlaßöffnungen 30a über die Längsbohrung 25 in der hohlen Antriebswelle 13, die Querbohrungen 26 der Welle und den Kanal 27 im Gehäuseseitenteil 30 mit Förderflüssigkeit versorgt.

Die Auslaßöffnungen 156 und 30i> wiederum stehen mit einer Auslaßkammer 14 im Gehäuseseitenteil 15 in Verbindung, die ihrerseits über einen Drosselkanal 124 mit einem Anschlußnippel 17 für die druckseitige Anschlußleitung in Verbindung steht.

Der Pumpenteil 10, d. h. die inneren Gehäuseteile 12c/, 15 und 30 sind von einem äußeren Gehäuseteil 11 umgeben, an das sich dicht ein Gehäusetopf 21 aus Blech anschließt, welcher das Überströmregulierventil 16 bzw. 101 umgibt und als Aufnahmebehälter für die von der Pumpe zu fördernde Flüssigkeit dient. Eine Rücklaufleitung 20 vom Verbraucher mündet daher in diesen Aufnahmebehälter ein.

Die Überströmregulierventile 16 bzw. 101 beider Ausführungsformen nach der Zeichnung besitzen jeweils einen Ventilkolben 33 bzw. 133, der in einer Ventilgehäusebohrung 32 bzw. 132 des Seitenteiles 15 hin- und herverschiebbar angeordnet ist. Die Achse der Ventilgehäusebohrung 32 bzw. 132 fluchtet in beiden Ausführungsbeispielen mit der Achse der hohlen Antriebswelle 13 des Rotors 12. Jeder Ventilkolben 33 bzw. 133 hat an seinem dem Rotor 12 zugewandten vorderen Ende eine konische Form, an die sich eine Spiralnut 69a bzw. 141a anschließt. Lediglich der in Fig. 2 und 3 dargestellte Ventilkolben 133 weist an seinem vorderen Ende zusätzlich eine pilzähnliche Verlängerung 139 auf, welche hauptsächlich durch einen entgegengesetzt konischen Teil gebildet ist.

Eine um den dicksten Teil des Ventilkolbens 33 bzw. 133 eingelassene Spiralnut 69a bzw. 141a endet etwa im Bereich der Mitte desselben an einem Absatz, der durch eine Reduzierung des Durchmessers des Ventilkolbens gebildet wird. Dadurch verbleibt zwischen der Ventilgehäusebohrung 32 bzw. 132 und dem Ventilkolben 33 bzw. 133 eine rückwärtige Kammer 54 bzw. 146 um den rechten dünneren Teil desselben, in der eine Feder angeordnet ist, die den Ventilkolben mit seinem vorderen konischen Ende dichtend in eine konzentrisch zur Ventilkolben- und Antriebswellenachse angeordnete Überströmöffnung 51 bzw. 151 drückt. Diese Überströmöffnung 51 bzw. 151 ist in einem Wandteil des Gehäuseseitenteiles 15 angeordnet und trennt die Einlaßkammer 14a von der Auslaßkammer 14 der Pumpe. Die vordere pilzähnliche Verlängerung 139 des Ventilkolbens 133 der in F i g. 2 dargestellten Ausführung ragt durch die Überströmöffnung 151 hindurch.

Wie bereits erwähnt, ist das Druckentlastungsventil 6Γ gemäß der Ausführungsform nach der Fig. 2 innerhalb des Ventilkolbens 133 in einer Bohrung 156 angeordnet. Das Druckentlastungsventil 61' besteht aus einem Ventilschließorgan in Form einer Kugel 155, die von einer Feder 154 auf einen Ventilsitz gepreßt wird. Die Verbindung des Druckentlastungsventiles 61' mit der rückwärtigen Kammer 146 wird über eine Bohrung 153 hergestellt. Abgesehen von seiner Anordnung im Ventilgehäuse, einem Teil des Gehäuseseitenteils 15, ist das Druckentlastungsventil 16 bei der Ausführung nach F i g. 1 ganz ähnlich ausgebildet. Die Druckflüssigkeit gelangt aber durch eine zur Ventilachse zentrische Bohrung vor die Ventilschließkugel.

Wie ebenfalls schon erläutert, steht die Kanalbohrung des Anschlußnippels 17 über eine Drosselbohrung 124 mit der Auslaßkammer 14 der Pumpe in Verbindung. Darüber hinaus führt ein enger Kanal 160 von der Veniiigehäusebohrung 32 bzw. 132 im Bereich der Spiralnut 69a bzw. 141a in den Kanal des Anschlußnippels 17.

Bei beiden Ausführungsformen gelangt die zu fördernde Flüssigkeit über einen Kanal 23 aus dem von dem Blechgehäusetopf 21 gebildeten Sammelbehälter in die Einlaßkammer 14a. Bei der Ausführung nach F i g. 1 wird die Einlaßkammer 14a darüber hinaus über die Bohrung 69 des in diesem Falle hohlen Ventilkolbens 33 versorgt.

Zur Wirkungsweise der Anordnung wird weiter folgendes erwähnt:

Die Stellung und Bewegung des Ventilkolbens 33 bzw. 133 ist abhängig vom Druck, der einerseits auf das vordere konische Ende und andererseits auf den hinteren Absatz im Bereich der rückwärtigen Kammer 54 bzw. 146 des Ventilkolbens wirkt. Die einzige Verbindung dieser rückwärtigen Kammer mit der Hochdruckseite der Pumpe besteht aus der Spiralnut 69a bzw. 141a, die auf der Ventilkolbenumfangsfläche zwischen dem konischen Vorderteil und der durch die Durchmesserabstufung gebildeten Schulter an der rückwärtigen Kammer angeordnet ist. Druckflüssigkeit kann daher lediglich über die Spiralnut in die rückwärtige Kammer gelangen, wobei die wirksame Länge der Spiralnut abhängig von der jeweiligen Stellung des Ventilkolbens ist. Eine Druckerhöhung bzw. Druckverminderung in der rückwärtigen Kammer ist deshalb abhängig von der Drosselwirkung der Spiralnut, die sich zwangsläufig in Abhängigkeit ihrer wirksamen Länge ändert. Diese wird von der Kolbenstellung zum engen Kanal 160 bestimmt, der von der Ventilgehäusebohrung 32 bzw. 132 zum Längskanal des Anschlußnippels 17 führt und ferner über die Drosselbohrung 124 mit der Auslaßkammer 14 in Verbindung steht.

Durch die beschriebene Ausbildung der Drosselkanäle und der damit zuammenhängenden Drosselwirkung wird selbst bei starken Belastungsschwankungen ein ruckartiges und häufiges Ölfnen und Schließen des Überströmregulierventils vermieden. Durch eine entsprechende Dimensionierung der Spiralnut 69a bzw. 141a, der Drosselbohrung 124 und des Kanales 160 kann dabei die Reaktion des Überströmregulierventiles den jeweiligen Betriebsbedingungen entsprechend in vorteilhafter und angemessener Weise vorgegeben werden. Gibt der Ventilkolben 33 bzw. 133 mit seinem vorderen konischen Ende die Überströmöffnung 51 bzw. 151 frei, so kann Förderflüssigkeit aus der Auslaßkammer 14 in die Einlaßkammer 14a zurückfließen. Aufgrund der gezeigten besonderen Ausbildung des Ventilkolbens wird die durch die Überströmöffnung in die Einlaßkammer 14a überströmende Förderflüssigkeit zum großen Teil direkt in die hohle Antriebswelle 13 hineingedrückt, so daß aufgrund der dadurch erzielten Ejektorwirkung eine gewisse Rückgewinnung der beim Überströmvorgang umgesetzten Energie erreicht wird.

Das Druckentlastungsventil 61 bzw. 6Γ tritt nur dann in Funktion, wenn der Druck in der rückwärtigen Ks !Timer über einen vorgegebener. Wert ansteigt. Die überströmende Flüssigkeit gelangt direkt in den durch den Gehäusetopf 21 gebildeten Aufnahmebehälter zurück. Der dabei schlagartig in der rückwärtigen Kammer abfallende Druck bewirkt eine Bewegung des Ventilkolbens 33 bzw. 133 nach rechts und damit eine Freigabe der Überströmöffnung 51 bzw. 151 durch das vordere konische Ende des Ventilkolbens.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Rotationskolbenpumpe mit Überströmregulierventil, über das während des Betriebes mit höherer Pumpendrehzahl ein relativ großer Anteil des Förderstromes von der Druckseite zur Saugseite der Pumpe zurückgeführt wird, und welches in einer Ventilgehäusebohrung einen entgegen dem Druck einer Schließfeder verschieblichen, mit einem vorderen konischen Ende durch eine dazu zentrische Überströmöffnung ragenden Ventilkolben aufweist, wobei der durch die öffnung ragende mittlere Teil dem Niederdruck der Pumpe und der radial äußere Teil der wirksamen vorderen Kolbenfläche in einer hinter dieser Überströmöffnung gelegenen Kammer dem Hochdruck der Pumoe ausgesetzt ist, «ind bei dem ferner eine an die himere wirksame Kolbenfläche des Ventilkolbens sich anschließende rückwärtige Kammer der Ventilgehäusebohrung über einen engen Kanal mit dem Hochdruckbereich an der vorderen wirksamen Kolbenfläche in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilgehäusebohrung (32, 132) mit dem Ventilkolben (33, 133) im Pumpengehäuse angeordnet ist und sich dabei die Überströmöffnung (5J, 151) im Bereich der Einlaßkammer (14a,) zum Förderraum befindet und infolge der bis zum äußeren Durchmesser konischen Form des vorderen Endes des Ventilkolbens im Zusammenwirken mit der Überströmöffnung eine gewisse Energierückgewinnung der überströmenden Flüssigkeit stattfindet, und daß ferner der Verbindungskanal von der Kolbenvorderseite zur Kammer (54, 14fi) an seiner hinteren wirksamen Kolbenfläche als Spiralnut (69a. 141a,) in einem Teil der Kolbenumfangsfläche ausgebildet ist.

2. Überströmregulierventil an einer Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkolben (133) an seinem durch die Überströmöffnung (151) ragenden Teil eine vordere pilzähnliche Verlängerung (139) aufweist, die hauptsächlich durch einen entgegengesetzt konischen Teil gebildet ist.

3. Überströmventil an einer Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich ein Druckentlastungsventil (61') im Ventilkolben (133) befindet.

4. Überströmventil an einer Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Ventilgehäuse (Gehäuseseitenteil 15) ein mit dem Hochdruckbereich in Verbindung stehender enger Kanal (160) vorgesehen ist, der zwischen dem vorderen Ende des Ventilkolbens (33,133) und der rückwärtigen Kammer (54,146) im Bereich der Spiralnut (69a, 141a,) von der Ventilgehäusebohrung (32, 132) zu einem Anschlußnippel (17) am Pumpen- und Ventilgehäuse führt.

5. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Vorhandensein von nur einem in Radialschlitzen Verdrängerrollen (126,) führenden Pumpenrotor (12) die Achse der Ventilgehäusebohrung (32,132) mit dem Ventilkolben (33,133) und der Überströmöffnung (51, 151) koaxial zur Rotordrehachse und damit zu einer hohlen Antriebswelle (13) liegt.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Rotationskolbenpumpe mit Überströmregulierventil über das während des Betriebes mit höherer Pumpendrehzahl ein relativ großer Anteil des Förderstromes von der Druckseite zur Saugseite der Pumpe zurückgeführt wird, und welches in einer Ventilgehäusebohrung einen entgegen dem Druck einer Schließfeder verschieblichen, mit einem vorderen konischen Ende durch eine dazu zentrische Überströmöffnung ragenden Ventilkolben ίο aufweist, wobei der durch die öffnung ragende mittlere Teil dem Niederdruck der Pumpe und der radial äußere Teil der wirksamen vorderen Kolbenfläche in einer hinter dieser Überströmöffnung gelegenen Kammer dem Hochdruck der Pumpe ausgesetzt ist, und bei dem ferner eine an die hintere wirksame Kolbenfläche des Ventilkolbens sich anschließende rückwärtige Kammer der Ventilgehäusebohrung über einen engen Kanal mit dem Hochdruckbe.eich an der vorderen wirksamen Kolbenfläche in Verbindung steht.

Bei einer bekannten Anordnung dieser Art (siehe die US-PS 20 43 453) ist das Überströmregulierventil in einem eigenen von der Pumpe getrennten Gehäuse untergebracht. Die in einem Wandteil dieses Ventilgehäuses angeordnete Überströmöffnung, durch die das konische vordere Ende des Ventilkolbens ragt, ist vor dem Ventilsitz zur Niederdruckseite hin ebenfalls konisch, aber zum Ende des Kolbens entgegengesetzt konisch ausgebildet, so daß bei öffnung des Überströmventils durch die Zurückziehung des Kolbens ein in gewisser Beziehung mit einer Venturidüse vergleichbarer Kanal entsteht. Durch die konische Form des vorderen Kolbenendes soll nach der Patentschrift die Energie der Strömung so beeinflußt werden, daß ein Schütteln bzw. Vibrieren durch die überströmende Flüssigkeit vermieden wird. Von der Möglichkeit einer Rückgewinnung der Energie der einfach in einen niederdruckseiligen Vorratsbehälter zurückströmenden Überströmflüssigkeit ist in der vorgenannten US-PS nicht erwähnt.

Beachtenswert ist ferner eine bekannte Rotationskolbenpumpe mit im gleichen Gehäuse angeordnetem Überströmregulierventil (siehe die US-PS 28 29 !599), dessen Schließkolben eine ebene, von der Pumpendruckseite her unmittelbar beaufschlagte vordere Kolbenfläche aufweist, wobei eine rückwärtige Ventilkammer an der hinteren Kolbenfläche über eine Drosselbohrung und einen engen Kanal mit der Hochdruckkammer an der vorderen Kolbenfläche in Verbindung steht. Wenn der Ventilkolben in die

Öffnungsstellung gedrückt worden ist, strömt die zur Niederdruckseite übertretende Flüssigkeit senkrecht zum Schließkolben seitlich ab und gelangt in ein mit Querbohrungen versehenes und sich danach konisch erweiterndes Rohr, das in den Ansaugraum der Pumpe

ragt. Von der Druckseite überströmende Flüssigkeit soll dabei nach Art einer Ejektorpumpe Ansaugflüssigkeit mitreißen, womit die Energie der Überströmflüssigkeit zu einer gewissen Erhöhung des Ansaugdruckes ausgenutzt, also rückgewonnen werden kann. Jedoch ist

diese Erhöhung des Ansaugdruckes nur sehr gering, da die in der Öffnungsstelle am Schließkolben und durch das seitliche Abströmen auftretenden Überströmverluste nicht mehr zurückgewonnen werden können und lediglich die nach dem Hindurchströmen durch das konisch erweiterte Rohr noch verbleibende Druck-Energie in kinetische Energie umgesetzt werden kann.

Auch auf eine andere bekannte Rotationskolbenpumpe mit einem im gleichen oder in einem davon