DE1939415B2 - Hochdruck-Flüssigkeitskolbenpumpe - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hochdruck-Flüssigkeitskolbenpumpe mit einem Einlaß an einem Ende und einem Auslaß am anderen Ende jedes Pum-ρ-Zylinders und m.t einer am einen Zylinderende durch eine Dichtung hindurchgeführten Kolbenstange, die mit einem Antrieb für eine schnelle Hin- und Her· bewegung verbunden ist und in dem Zylinder außer dem Kolben ein auf ihr befestigtes Ventilteil trägt, wobei der Kolben eine einen freien Flüssigkeitsdurchlaß 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, wobei weiterhin das Ventilteil an der Kolbenstange zwischen dem Kolben und dem Flüssigkeitseinlaß befestigt ist und der Kolben einen bei Anlage an dem Ventilteil den Flüssigkeitsdurchfluß durch die Axialbohrung sperrenden Ventilsitz aufweist, und wobei an der Kolbenstange ferner ein einen freien Flüssigkeitsdurchfluß zwischen der Kolbenbohrung und dem Zylinderauslaß zumindest teilweise verhinderndes Anschlußstück in einem für eine anschlagbegrenzte Längsbewegung der Kolbenstange gegenüber dem Ventilsitz ausreichenden Abstand angebracht ist

Eine derartige Pumpe ist aus der GB-PS 1 07 530 bekannt bei der sich jedoch ein starker Verschleiß der dichtenden Teile bei der Kolbenabdichtung ergibt

ίο Ferner ist aus dem DT-Gbm 19 56 183 eine Differential-Kolbenpumpe bekannt bei der ein als Kolbenmanschette dienender Nutring am Kolbenkopf derart eingepaßt ist daß er gegenüber diesem vollständig festliegt so daß durch diese Anordnung keine Verschleiß-

minderung erreicht werden kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Kolbenpumpe der eingangs genannten Art derart auszubilden, daß der Verschleiß der dichtenden Teile möglichst stark verringert wird.

zo Disse Aufgabe wird dadurch gelöst daß der Kolben aus einem die Axialbohrung und den Ventilsitz bildenden starren Kolbenkörper mit einer äußeren Ringschulter und einer dieser benachbarten Ringnut besteht und eine elastisch nachgiebige Kolbenmanschette mit

*5 einer im wesentlichen zylindrischen Wandung trägt die sich von der Schulter aus entlang des Kolbens erstreckt und gegen die Zylinderinnenseite dichtend anliegt wobei die Innenfläche der Kolbenmanschelte mit geringem Abstand vom Kolben angeordnet ist und unter

dem am Zylinderauslaß herrschenden hohen Flüssig keitsdruck steht und daß die ringförmige Kolbenmanschette in der Ringnut mittels eines Innenwulstes gehalten ist welcher an der Schulter des Kolbenkörpers anliegt und bei jedem Druckhub durch die Schulter in

Richtung auf den Zylinderauslaß bewegt wird.

Die Kolbenmanschette ist also auf dem Kolben mit einem gewissen Spiel angeordnet so daß sie sich derart einstellen kann, daß an der gesamten Umfangswandung der Kolbenmanschette derselbe äußere Druck herrscht.

Dadurch, daß die Innenwandung der Kolbenmanschette mit geringem Abstand vom Kolben angeordnet ist, kann der am Auslaßende des Zylinders angreifende hohe Flüssigkeitsdruck an der Innenwandung der Manschette angreifen. Je nachdem, in welcher Stellung sich der Kolben befindet, bewirkt der Flüssigkeitsdruck eine geringfügige Bewegung der Manschettenwandung, wobei sich möglicherweise der Innenwulst in der Ringnut leicht anhebt. Durch diese Nachstellbewegung der Kolbenmanschette wird gewährleistet daß die Manschette an der Wandung des Zylinders an ihrem gesamten Umfang mit im wesentlichen gleichem Druck anliegt. Einerseits kann sich der Kolben in Querrichtung im Zylinder frei einstellen, während andererseits die Kolbenmaschine auf dem Kolben in geringem Ausmaß beweglieh ist, so daß sie sich ihrerseits einstellen kann. Hierdurch ist der Verschleiß an der Kolbenmanschette, die an beiden Seiten in dem Zylinder geschmiert ist, minimal und um den ganzen Manschettenumfang gleichmäßig. Da jeglicher Verschleiß an der Kolbenmanschette entlang der äußeren Zylinderangriffsoberfläche auftritt, kann trotz des Verschleißes kein Lecken eintreten.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand des in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

F i g. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht der Pumpe, F i g. 2 einen Längsschnitt durch einen der Arbeitszylinder der Pumpe und

F i g. 3 einen gegenüber F i g. 2 vergrößerten Teil-

schnitt durch einen der Pumpenzylinder.

Die Hochdruckpumpe ist allgemein mit 10 bezeichnet und hat einen Pumpenständer U sowie ein die Antriebswelle 13 enthaltendes Kurbelwellengehäuse IZ Die Antriebswelle 13 kann an einen mit hoher Drehzahl umlaufenden Motor, wie z. B. einen Elektromotor, angeschlossen seia 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 KoI-benstangen 15 i$i jedem der Pumpenzylinder 16a, 166 und 16c verbunden sind. Die Kolbenstangen 15 erstrekken sich durch Dichtungen 17 und durch den Flüssigkeitseinlaßverteiler 18 in einen entsprechenden Zylinder, wie z. B. in den in F i g. 3 dargestellten Pumpenzylinder 16a. Der Flüssigkeitseinlaßverteiler bzw. die Einlaßsammelkammer 18 trägt einen Gewinde-Anschlüßstutzen 18a für die Verbindung mit einem Einlaßrohr oder -schlauch für die Flüssigkeitszufuhr zu der Pumpe. Jeder Zylinder 16a, 16b und 16c hat eine Zylinderwan- to dung 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 Auslaßsammeikammer 24 anliegt. Die Auslaßsammeikammer 24 hat an jedem Pumpenzylinder eine Innenschulter 24a, an der der Flansch 25a des Fedenviderlagers 25 anliegt Der Flansch 25a liegt außerdem an dem Ende des Auslaß-Paßstückes 21 an und drückt das Auslaßpaßstück 21 und die Zylinderwandung oder Zylinderbüchse 19 unter dem Einfluß von in F i g. 1 zu erkennenden außenliegenden Zugankern oder -bolzen 26 gegen die Einlaßsammeikammer 18.

Das Auslaßpaßstück 21 hat auch einen endseitigen Ventilsitz 27, der dem Rückschlagventil 28 gegenüberliegt, das normalerweise unter der Kraft der von dem Widerlager 25 gehaltenen Feder Ά 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 durch das Federwiderlager 25 und durch die Auslaßsammeikammer 24, die ihrerseits an dem Stutzen 246 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 wird. 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. 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 Außendurchmesser der Hülse 33 ist und einen erweiterten Strömungsdurchlaß 38a durch den Kolben bildet

Der Kolbenkörper 37 hai auch eine gegen die Auslaßsammelkammer 24 nach vorn weisende Schulterfläche 376 und eine danebenliegende Ringnut 37c die die elastische Kolben-Dichtungsmanschette 39 lösbar festhält

In der in F i g. 3 gezeigten Stellung bewegt sich der Kolben 36 in Richtung des Pfeiles A vorwärts, wobei das Ventilteil 32 an dem Ventilsitz 37a des Ventilkörpers 37 anliegt und dadurch Flüssigkeit nach vorn durch die Auslaßsammeikammer 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 F i g. 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.

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 Zylinderbuchse 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 werden 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 F i g. 1 dargestellten Pumpe in ihrem Arbeitsablauf voneinander um jeweils etwa 120° phasen versetzt sind. Die Innenbohrung der Zylinderbüchse oder Zylinderwandung 19

kann einen Durchmesser von etwa 2 cm haben, und die Pumpe wird dann etwa 9 bis 13,5 l/min unter einem Druck von etwa 45 kg/cm² 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 Koibenmanschette 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 Pumpen-S gehäuse 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 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, 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 zu erwartende Lebensdauer dieser Dichtung um ein Vielfaches gesteigert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Hochdruck-Flüssigkeitskolbenpumpe 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 Hin- und Herbewegung verbunden ist und in dem Zylinder außer dem Kolben ein auf ihr befestigtes Ventilteil trägt, wobei der Kolben eine einen freien Flüssigkeitsdurchlaß 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, wobei weiterhin das Ventilteil an der Kolbenstange zwischen dem Kolben und dem Flüssigkeitseinlaß befestigt ist und der Kolben einen bei Anlage an dem Ventilteil den Flüssigkeitsdurchfluß durch die Axialbohrung sperrenden Ventilsitz aufweist, und wobei 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 dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (36) aus einem die Axialbohrung

   (38) und den Ventilsitz (37a) bildenden starren Kolbenkörper (37) mit einer äußeren Ringschulter (376) und einer dieser benachbarten Ringnut (37c) besteht und eine elastisch nachgiebige Kolbenmanschette

   (39) mit einer im wesentlichen zylindrischen Wandung trägt, die sich von der Schulter (376) aus entlang des Kolbens erstreckt und gegen die Zylinderinnenseite dichtend anliegt, wobei die Innenfläche der Kolbenmanschette (39) mit geringem Abstand vom Kolben angeordnet ist und unter dem am Zylinderauslaß herrschenden hohen Flüssigkeitsdruck steht, und daß die ringförmige Kolbenmanschette in der Ringnut (37c) mittels eines Innenwulstes gehalten ist, welcher an der Schulter (37ö) des Kolbenkörpers (37) anliegt und bei jedem Druckhub durch die Schulter in Richtung auf den Zylinderauslaß bewegt wird.