DE1939415A1

DE1939415A1 - Hochdruck-Kolbenpumpe

Info

Publication number: DE1939415A1
Application number: DE19691939415
Authority: DE
Inventors: Ryoji Uchiyama
Original assignee: Maruyama Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Maruyama Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1968-09-03
Filing date: 1969-08-02
Publication date: 1970-07-02
Also published as: FR2017246A1; GB1260190A; CA920428A; DE6930659U; DE1939415B2; US3558244A

Description

Beschreibung zum Patentgesuch

der Maruyama Mfq»Co ₀, Ltd«, Inichome, Kanda-Kajicho, Chiyoda-Ku.

Tokyo, Japan,

betreffend;

"Hochdruck-Kolbenpumpe"

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Die Erfindung betrifft eine Hochdruck-Kolbenpumpe mit einem Einlaß an einem Ende und einem Auslaß am anderen Ende jedes Pumpenzylinders und mit einer am einen Zylinderende durch eine Dichtung hindurchgeführten Kolbenstange.

Bei bekannten Kolbenpumpen ergeben sich mitunter Schwierigkeiten hinsichtlich der Zentrierung des auf der Kolbenstange sitzenden Pumpenkolbens im Pumpenzylinder, womit dann unausbleiblich ein erhöhter Verschleiß an den Bewegung sdichtungen und an der Wandung des Pumpenzylinders verbunden ist. Dies macht sich insbesondere bei Pumpen, die für die Förderung von Feststoffteilchen enthaltenden Flüssigkeiten Verwendung finden, sehr nachteilig bemerkbar und erfordert einen erhöhten Wartungsaufwand.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten Pumpen zu vermeiden und eine Hochdruckpumpe zu schaffen, bei der die mit der Zentrierung des Pumpenkolbens im Pumpenzylinder verbundenen Schwierigkeiten beseitigt sind, bei der außerdem der Dichtungsverschlexß ganz erheblich verringert ist, und bei der ferner bereits teilweise verschlissene Einbauteile durch einfache Änderung ihrer Einbaulage bis zum endgültigen Verschleiß, ebenso wie dies sonst nur mit Neu- oder Austauschteilen möglich ist, W weiterverwendet werden können.

Diese Aufgabe findet ihre Lösung gemäß der Erfindung im wesentlichen dadurch, daß der Kolben eine einen freien Plüssigkeitsdurchlaß rings um die Kolbenstange bildende Axialbohrung mit einem wesentlich größeren Durchmesser als die Kolbenstange aufweist und in dem Zylinder ohne Befestigung an der Kolbenstange selbstzentrierend geführt ist, daß das Ventilteil an der Kolbenstange zwischen dem Kolben und dem Flüssigkeitseinlaß befestigt ist und der Kolben einen bei Anlage an dem Ventilteil den Plussxgkeitsdurchfluß durch die Axialbohrung sperrenden Ventilsitz aufweist, und ^ daß an der Kolbenstange ferner ein einen freien Flüssigkeitsdurchfluß zwischen der Kolbenbohrung und dem Zylinderauslaß zumindest teilweise verhinderndes Anschlagstück in einem für eine anschlagbegrenzte Längsbewegung der Kolbenstange gegenüber dem Ventilteil ausreichenden Abstand angebracht ist.

C-

In dieser Hochdruck-Hubkolbenpumpe wird also der Pumpenkolben auf der Kolbenstange derart frei getragen, daß er sich in dem Pumpenzylinder völlig selbständig zentriert und mit einem Ventil an der hin- und hergehenden Kolbenstange zusammenwirkt. Als Folge davon ist der Verschleiß an der Kolbenmanschette, die an beiden Seiten in

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dem Zylinder geschmiert ist, minimal und um den ganzen Manschettenumfang gleichmäßig. Die Kolbenmanschette ist einfach in einer Nut an dem selbstzentrierenden Kolben montiert, ohne jegliche starre Klemm- oder andersartige Befestigung, so daß sie sich an ihrer Halterung selbst einstellt und dadurch zu einer starken Verringerung des Verschleißes beiträgt. Da jeglicher Verschleiß an der Kolbenmanschette entlang der äußeren Zylinder-Angriffsoberfläche auftritt, kann trotz des Verschleißes kein Lecken eintreten. Die Zylinderwandung bzw. die Zylinderbüchse ist ausbaubar und kann so umgedreht werden, daß sie den Pumpenkolben mit der Kolbenmanschette einmal an ihrem einen Ende und sodann an ihrem anderen Ende aufnimmt. Somit bildet die Zylinderbüchse bereits in sich eine Art Austauschzylinder, da ein bereits verschlissener Abschnitt der Zylinderwandung durch einfaches umdrehen der Zylinderbüchse in ihrer Halterung gegen einen noch unverschlissenen Zylinderabschnitt ausgewechselt werden kann, was in der Hauptsache dadurch erreicht wird, daß der Hub des Pumpenkolbens geringer ist als die halbe Länge der Zylinderbüchse und auch nur auf eine Hälfte der gesamten Zylinderlänge begrenzt ist. In ähnlicher Weise ist auch das Einlaßventil scheibenförmig ausgebildet, so daß es auch nach umgekehrtem Einbau wieder als Ventil verwendet werden kann.

Weitere Einzelheiten und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus der folgenden, Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausfüh— rungsbeispiels. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht der Pumpe,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen der Arbeitszylinder der Pumpe und

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Fig. 3 einen gegenüber Fig. 2 vergrößerten Teilschnitt durch einen der Pumpenzylinder.

Die Hochdruckpumpe ist allgemein mit 10 bezeichnet und hat einen Pumpenständer 11 sowie ein die Antriebswelle 13 enthaltendes Kurbelwellengehäuse 12. Die Antriebswelle 13 kann an einen mit hoher Drehzahl umlaufenden Motor, wie z.B. einen Elektromotor, angeschlossen sein. Vorzugsweise wird die Antriebswelle 13 mit etwa 525 bis 810 Umdrehungen pro Minute angetrieben. Die Antriebswelle 13 enthält einen Kurbelwellenteil 13a mit Antriebspleueln 14, die mit Kolbenstangen 15 in jedem der Pumpenzylinder 16a, 16b und 16c verbunden sind. Die Kolbenstangen 15 erstrecken sich durch Dichtungen 17 und durch den Flüssigkeitseinlaßverteiler 18 in einen entsprechenden Zylinder, wie jb.B. in den in Fig. 3 dargestellten Pumpenzylinder 16a. Der Flüssigkeitseinlaßverteiler bzw. die Einlaßsammelkammer 18 trägt einen Gewinde-Anschlußstutzen 18a für die Verbindung mit einem Einlaßrohr oder -schlauch für die Flüssigkeitszufuhr zu der Pumpe. Jeder Zylinder 16a, 16b und 16c hat eine Zylinderwandung oder Zylinderbüchse 19, die an ihren beiden Enden identisch ausgebildet und an jedem Ende mit einer Nut 19a für den Dichtring 20 versehen ist. Die beiden entgegengesetzten Enden der Zylinderwandung oder Zylinderbüchse 19 sind durch die Dichtringe 20 mit der Einlaßsammeikammer 18 und mit einem Auslaß-Paßstück 21 abgedichtet, die beide das entsprechende Ende der Zylinderbüchse teleskopisch aufnehmen. Das Auslaß-Paßstück 21 hat eine abgesetzte Ringoberfläche 21a mit einer Dichtringnut 22 für den Dichtring 23, der am Innenumfang der Auslaßsammelkammer 24 anliegt. Die AuslaßSammelkammer 24 hat an jedem Pumpenzylinder eine Innenschulter 24a, an der der Flansch 25a des Federwiderlagers 25 anliegt. Der Flansch 25a liegt außerdem an dem Ende des Auslaß-PaßStückes 21 an und drückt das Auslaßpaßstück 21 und die Zylinderwandung oder

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Zylinderbüchse 19 unter dem Einfluß von in Pig» I zu erkennenden außenliegenden Zugankern oder -bolzen 26 gegen die Einlaßs amme Ik arnmer 18.

Das Auslaßpaßstück 21 hat auch einen endseitigen Ventilsitz 27, der dem Rückschlagventilteil 28 gegenüberliegt, das normalerweise unter der Kraft der von dem Widerlager 25 gehaltenen Feder 29 an dem Ventilsitz 27 anliegt. Wird unter Druck stehende Flüssigkeit durch das Auslaß-Paßstück 21 zugeführt, so hebt sich das Ventilteil 28 von seinem Sitz ab und läßt die Flüssigkeit dursrh das Federwiderlager 25 und durch die Auslaßsammeikammer 24, die ihrerseits an dem Stutzen 24b mit einem Schlauch und einem Ansatzrohr verbunden ist, austreten»

Jede der Kolbenstangen 15 hat einen im Durchmesser verringerten Endabschnitt 30 und eine angrenzende Schulterfläche 31 mit einem austauschbaren Ventilteil 32, das normalerweise fest gegen die Schulter 31 gedrückt wirdo Eine Haltehülse 33 umschließt den im Durchmesser verringerten Abschnitt 30 der Kolbenstange und klemmt das Ventilteil 32 in fester Lage fest* An dem Kolbenstangenabschnitt 30 ist auch eine durchbrochene Scheibe 34 montiert und hält die Hülse "33 auf dem Abschnitt 30 in. einer festen Lage_o Das Ende des Kolbenstangenabschnittes 30 trägt ein Gewinde, und eine Mutter und eine Unterlegscheibe 35 klemmen die durchbrochene Scheibe 34 in stationärer Lage derart gegen die Hülse 33, daß das Ventilteil 32 in seiner festen Lage gehalten wird.

Die Kolbenstange 15 trägt einen Kolben 36 mit einem Kolbenkörper 37, der an einem Ende 37a zur Bildung eines Ventilsitzes für das Ventilteil 32 flach geschliffen ist. Der Kolbenkörper 37 hat eine innenliegende Axialbohrung 38, die in ihrem Durchmesser beträchtlich größer als der Außen-

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durchmesser der Hülse 33 ist und einen erweiterten Strömungsdurchlaß 38a durch den Kolben bildet·

Der Kolbenkörper 37 hat auch eine gegen die Auslaßsammelkammer 24 nach vorne weisende Schulterfläche 37b und eine danebenliegende Ringnut 37c, die die elastische Kolben-Dichtungsmanschette 39 lösbar festhält·

In der in Fig. 3 gezeigten Stellung bewegt sich der P Kolben 36 in Richtung des Pfeiles A vorwärts, wobei das Ventilteil 32 an dem Ventilsitz 37a des Ventilkörpers anliegt und dadurch Flüssigkeit nach vorne durch die Auslaß Sammelkammer 24 hinausdrückt·

Unter den meisten Bedingungen ist keine Verengung oder kein Rückschlagventil an der Einlaßseite erforderlich. Der Kolben 36 bewegt sich in dem Pumpenzylinder vorwärts, bis die Manschette 39 die in Fig. 3 zu erkennende gestrichelte Stellung B erreicht. Wenn die Bewegungsrichtung der Kolbenstange 15 danach wechselt, wird das Ventilteil 32 durch die Kolbenstange von dem Ventilsitz 37a an dem Kolbenkörper wegbewegt, so daß ein Flüssigkeitsstrom " durch den Durchlaß 38 und durch die Öffnungen der Scheibe 34 hindurchtreten kann. Das Ventilteil 28 wird dann wieder auf seinen Sitz gedrückt, so daß bei der Bewegung der Kolbenstange in der zu dem Pfeil A entgegengesetzten Richtung Flüssigkeit durch den Durchlaß 38a und in den Raum vor dem Kolben 36 hindurchströmt.

Es ist zu erkennen, daß der Kolben 36 gegenüber der Kolbenstange 15 in Querrichtung frei bewegbar ist und eine völlig konzentrische Lage in der Zylinderbüchse 19 einnehmen kann, so daß der Verschleiß an der Kolbenmanschette so gering wie nur irgend möglich gehalten wird.

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Während des normalen Betriebes der Pumpe ist Flüssigkeit auf beiden Seiten des Kolbens 36 vorhanden, und daher wird der Kolben bei seiner Hin- und Herbewegung in dem Zylinder durch die Flüssigkeit vollständig geschmiert.

Beim Kolbenrückhub ist die Bewegung des Kolbens auf die in gestrichelten Linien eingezeichnete Stellung C, die die Lage der Kolbenmanschette zeigt, begrenzt. Es ist besonders darauf hinzuweisen, daß die Gesamtlänge des Kolbenhubes geringer ist als die halbe Länge der Zylinderwandung oder Zylinderbüchse 19, und daß dieser Kolbenhub auf ein Ende der Zylinderbüchse begrenzt ist. Dadurch tritt jeglicher Verschleiß auch nur in diesem einen Ende der Zylinderbüchse auf« Die Zylinderbüchse kann umgedreht und mit vertauschten Enden wieder in einer vollständig neuen Arbeitsstellung montiert werden, so daß die Zylinderbüchse 19 in sich im wesentlichen ein vollständiges Austauschteil bildet.

Ebenso ist das Ventilteil oder die Scheibe 32 an beiden Seiten flach ausgebildet und geschliffen, so daß sie, falls an ihrer Oberfläche ein Verschleiß auftritt, lediglich an der Kolbenstange 15 umgedreht zu x^erden braucht, um eine gänzlich neue Ventilfläche zu bilden, die bei normalem Betrieb mit der Sitzfläche 37a zusammenwirkt.

Es versteht sich, daß die Kurbelwelle 13a verschiedene winkelmäßig gegeneinander versetzte Kurbelzapfen aufweist, so daß die drei Zylinder der in Fig. 1 dargestellten Pumpe in ihrem Arbeitsablauf voneinander um jeweils etwa 120° phasenversetzt sind. Die Innenbohrung der Zylinderbüchse oder Zylinderwandung 19 kann einen Durchmesser von etwa 2 cm haben, und die Pumpe wird dann

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etwa 9 bis 13,5 l/min unter einem Druck von etwa 45 kg/cm fördern. Da der Kolben 36 frei gegenüber der Kolbenstange 15 angeordnet ist, ist die Ventilarbeit zwischen Ventilteil 32 und Ventilsitz 37a ein mechanischer Arbeitsvorgang, der auch nicht von Federn oder von einer Saugwirkung, wie bei den meisten Pumpen, abhängig ist.

Die Kolbenmanschette 39 hat durch die Selbstzentrierung des Kolbens 36 und die vordere und rückwärtige Schmierung in dem Zylinder eine erhöhte Lebensdauer ohne merkbaren Verschleiß. Ferner sind der Kolben 36 und die Manschette 39 frei drehbar, so daß der Kolben in dem Zylinder bei der Pumparbeit der Linie des geringsten Widerstandes folgen kann. Die Kolbenmanschette ist während des Einlaßhubes, d.h. also entgegen der Richtung des Pfeiles A, selbstspülend. Es hat sich gezeigt, daß bei einem Verschleiß an der Kolbenmanschette der Verschleiß eher entlang der ganzen äußeren Zylinderwandung der Manschette auftritt als an irgendeiner besonderen Stelle. Ein derartiger Verschleiß ist minimal und beeinträchtigt nicht die Wirksamkeit der Pumpe im Betrieb.

Die Dichtung 17, die eine Hin- und Herbewegung der Kolbenstange 15 zuläßt, ist durch die Flüssigkeit bei den in dem Zylinder herrschenden Einlaßdrücken geschmiert. Die Kolbenstange 15, 30 ist stets vollständig in die Flüssigkeit eingetaucht und als Folge davon ist für eine sehr angemessene Schmierung zwischen der Kolbenstange und der Dichtung 17 an der dem Zylinder zugewandten Dichtungsseite gesorgt. Das Pumpengehäuse weist unmittelbar neben der Dichtung 17 und für jeden der Pumpenzylinder eine Schmiermittelwanne oder -mulde 40 auf, die eine ausreichende Schmiermittelmenge, wie z.B. Leichtöl, enthält. Ein ringförmiger Dochtschmierer 41 aus Filz oder ähnlichem Material ist an der Kolbenstange 15, 30 unmittelbar neben

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der Dichtung 17 in einer losen Sitzanordnung angebracht, so daß die Stange frei hindurchgleiten kann. Der Dochtschmierer 41 hat ein von seinem Ringteil in das Schmiermittel hinabragendes Dochtstück j welches das Schmiermittel aus der Schmiermittelwanne oder -mulde 40 nach oben ansaugt zur Schmierung der Stange 15, 30 unmittelbar neben der Dichtung 17 und außerhalb des Zylinders. Somit wird der Stange 15, 30 an beiden Seiten der Dichtung 17 Schmiermittel zugeführt* Der Dochtschmierer 41 wird in der gewünschten Lage und in der Schmiermittelmulde oder -wanne 40 durch Innenschultern an einem Rohrstück 43, das auch die Dichtung 17 an Ort und Stelle hält, festgehalten.

Infolge der Schmierung beider Seiten der Dichtung 17 ist die au erwartende Lebensdauer dieser Dichtung um ein Vielfaches gesteigert«

- Patentansprüche -

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Claims

Patentansprüche

Hochdruck-Kolbenpumpe mit einem Einlaß an einem Ende und einem Auslaß am anderen Ende jedes Pumpenzylinders und mit einer am einen Zylinderende durch eine Dichtung hindurchgeführten Kolbenstange, die mit einem Antrieb für eine

^ schnelle Kin- und Herbewegung verbunden ist und in dem Zylinder außer dem Kolben ein auf ihr befestigtes Ventilteil trägt, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (36) eine einen freien Flüssigkeitsdurchlaß (38a) rings um die Kolbenstange (30) bildende Axialbohrung (38) mit einem wesentlich größeren Durchmesser als die Kolbenstange (30) aufweist und in dem Zylinder (16a,16b..·) ohne Befestigung an der Kolbenstange selbstzentrierend geführt ist, daß das Ventilteil (32) an der Kolbenstange zwischen dem Kolben (36) und dem Flüssigkeitseinlaß befestigt ist und der Kolben einen bei Anlage an dem Ventilteil (32) den Flüssigkeitsdurchfluß durch die Axialbohrung (38) sperrenden Ventilsitz (37a) aufweist, und daß an der Kolbenstange (15,30) ferner ein einen freien Flüssigkeitsdurchfluß zwischen der Kolbenbohrung (38) und dem Zylinderauslaß zumindest teilweise verhinderndes Anschlagstück (34) in einem für eine anschlagbegrenzte Längsbewegung der Kolbenstange gegenüber dem Ventilteil (32) ausreichenden Abstand angebracht ist.
2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben' (36) aus einem die Axialbohrung (38) und den Ventilsitz (37a) bildenden starren Kolbenkörper (37) mit einer äußeren Ringschulter (37b) und einer Ringnut (37c) daneben besteht und eine elastisch nachgiebige, ringförmige, mit ihrer zylindrischen Wandung gegen die Zylinderinnenseite dichtende Kolbenmanschette (39) trägt,

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die mit einem Innenwulst in der Ringnut (37c) gehalten ist und bei jedem Druckhub an der Schulter (37b) des Kolbenkörpers (37) anliegt.
3. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der den Kolben (36) umschließende Zylinder (16a, 16b...) an seinen beiden Enden identisch ausgebildet ist und Einlaß- und Auslaßpaßstücke (18,24) aufweist, die an den Enden der Zylinderbüchse (19) lösbar abgedichtet und durch lösbare Zuganker (26) oder dgl. mit der Zylinderbüchse (19) zusammengehalten sind, und daß der Pumpenkolben (36) mit einem Hub, der geringer ist als die halbe Länge der Zylinderbüchse (19) nur zwischen einem Zyiinderende und der Zylindermitte arbeitet.
4. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (17) am Einlaßende des Zylinders kontinuierlich durch die Flüssigkeit geschmiert ist, und daß neben der Dichtung außerhalb des Zylinders eine Schmiermittelmulde oder -wanne (4O) mit einem an der Kolbenstange anliegenden Dochtschmierer (41) vorgesehen ist.

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