DE1948680C3 - Hochdruck- Kolbenpumpe - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine aus einem Gehäuse mit etner einen hin- und herbewegbaren Pumpenkolben aufnehmenden Pumpenkammer mit Ein- und Auslaßöffnungen sowie einem hinter der Pumpenkammer angeordneten Rückschlagventil und jeweils in Strömungsrichtung hinter dem Rückschlagventil liegendem federbelastetem Sicherheitsventil und Pufferzylinder mit darin entgegen Federwirkung verschiebbar gelagertem Stoßdämpferkolben bestehende Hochdruck-Kolbenpumpe.

Bei einer bekannten Hochdruck-Kolbenpumpe gemäß der US-Patentschrift 17 90 922 liegt das Rückschlagventil in einer Trennwand zwischen der Pumpenkammer und einer sich anschließenden Pulsationskammer. Über weitere Rückschlagventile ist hinter der Pulsationskammer eine Auslaßkammer angeordnet, in die der Pufferzylinder mit dem darin entgegen der Wirkung einer Feder verschiebbar gelagerten Stoßdämpferkolben hineinragen. Der Stoßdämpferkolben weicht bei Druckspitzen aus und vergrößert dadurch das Volumen des Pufferzylinders. Bei der bekannten Hochdruck-Kolbenpumpe bestehen der Ventilkörper des Sicherheitsventils und der Stoßdämpferkolben aus, einem Bauteil und wird die Wirkung des Sicherheitsven· tils dadurch erreicht, daß dieses Bauteil mit im Pufferzylinder befindlichen Öffnungen zusammenwirkt. Eine solche Kombination von Sicherheitsventil und Stoßdämpferzylinder besitzt den Nachteil, daß bei plötzlich auftretender Druckerhöhung der Stoßdämpferkolben den langen Weg von seiner untersten Stellung ausgehend bis zu den vergleichsweise hochliegenden Öffnungen zurücklegen muß, bevor das Sicherheitsventil öffnet. Demzufolge müssen erhebliche Verzögerungen beim Ansprechen des Sicherheitsventils in Kauf genommen werden.

Es sind auch schon Pumpen bekanntgeworden, bei denen die Pumpenkammer unmittelbar mil einer Kammer in Verbindung steht, in der ein unter Federwirkung stehender Kolben verschiebbar gelagert ist. Eine solche Pumpe ist beispielsweise als Kraftstoffeinspritzpumpe durch die deutsche Patentschrift 6 S9 545 bekanntgeworden. Diese Pumpe ist jedoch daraufhin konstruiert, mit steigender Drehzahl einer Brennkraftmaschine eine zunehmende Vergrößerung des den Kolben aufnehmenden Zusatzraumes zu schaffen, um dadurch eine entsprechende Verringerung der jeweiligen Einspritzmenge des Kraftstoffs zu erreichen.

Aus der US-Patentschrift 27 11 697 ist ferner eine Pumpe mit variabler Förderleistung bekannt, bei der sich in einer hinter der Druckkammer befindlichen Kammer ein verschiebbarer Kolben und hinter dem Kolben ein Dämpfungraum befindet.

Schließlich ist aus der US-Patentschrift 2 04 747 eine Regelvorrichtung /um Zuführen von Wasser zu einem Dampferhitzer bekannt. Bei dieser Vorrichtung befindet sich hinter einem Kolbenraum ein Hilfszylinder mit einem darin verschiebbaren Kolben, hinter dem gegebenenfalls noch eine Dämpfungsvorrichtung angeordnet sein kann, die jedoch lediglich auftretende Geräusche fernhalten soll.

Der Erfiiiduiig liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Hochdruck-Kolbenpumpe der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei kostensparendem und gedrängtem Aufbau mit einfachen Mitteln über einen vergleichsweise großen Druckbereich Beschädigungen infolge einer pulsierenden Strömung und hoher Druckspitzen praktisch nicht auftreten läßt. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in an sich bekannter Weise die Pumpenkammer in Strömungsrichtung vor dem Rückschlagventil mit einer einen entgegen der Wirkung einer Feder verschiebbaren Kolben aufnehmenden Kammer verbunden und ein Ventilkörper des Sicherheitsventils vom Stoßdämpferkolben unabhängig beweglich gelagert ist. Damit wird die Wahrscheinlichkeit einer Beschädigung der Bauteile der Kolbenpumpe su gering wie nur irgend möglich gehalten, da sowohl durch das Pulsieren der Druckflüssigkeit als auch durch hohe und sehr hohe Druckspitzen bedingte Beschädigungen vermieden werden. Der Stoßdämpferkoiben im Pufferzylinder und der weitere Kolben in der mit der Pumpenkammer in Verbindung stehenden Kammer machen es nämlich möglich, die hierbei auftretenden Druckspitzen und die pulsierende Strömung über einen vergleichsweise großen Druckbereich zu egalisieren oder zu kompensieren, da durch den Kolben hohe und durch den Stoßdämpferkolben höchste Druckspitzen abgebaut werden. Dazu trägt auch die Unabhängigkeit von Stoßdämpferkolben und Sicherheitsventil bei, da unabhängig voneinander auftretende Druckstöße egalisiert und zum anderen beim Überschreiten eines vorbestimmten Drucks ein druckloser Umlauf zwischen der Pumpendruckseite und der Pumpensaugseite hergestellt werden können. Durch die Trennung von Stoßdämpferkolben und Sicherheitsventil lassen sich die dadurch erzielbaren Werte unabhängig voneinander einstellen, so daß den jeweils auftretenden Verhältnissen in bestmöglicher Weise Rechnung getragen werden kann.

In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung sind für den Ventilkörper des Sicherheitsventils und den Stoßdämpferkolben gesonderte Federn vorgesehen.

Eine bauliche Vereinfachung ergibt sich, wenn der Ventilkörper des Sicherheitsventils in dem Stoßdämpferkoiben beweglich gelagert ist.

Ein bevorzugtes Ausfühningsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden des näheren erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch die Hochdruck-Kolbenpumpe.

Fig.2 einen Schnitt ähnlich der Fig. 1, wobei bestimmte Bauteile nach Ansprechen auf Druckspitzen mittlerer Größe, wie sie sich beim Auftreten einer bedeutenden Verengung oder Drosselung am Pumpenauslaß ergeben, aus ihrer Stellung gemäß Fig. 1 verlagert sind,

Fig.3 einen weiteren Schnitt ähnlich der Fig. 1, bei der jedoch bestimmte Bauteile der Pumpe eine zusätzliche Bewegung in Abhängigkeit von Drücken ausgeführt haben, wie sie als Folge einer Ausflußsperre ,₅ am Pumpenauslaß auftreten, und

F i g. 4 ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem Auslaßdruck P und einer Ausflußmenge Q von Pumpflüssigkeit zeigt.

Die in der Zeichnung gezeigte Ausführungsform einer Hochdruck-Kolbenpumpe hat als geschlossene Baueinheit ein sämtliche arbeitenden Teile umschließendes gemeinsames Gehäuse. Von einer Einlaßöffnung 1 des Gehäuses gelangt die Pumpflüssigkeit in das Ende einer Pumpenkammer 6, durch da* auch eine Kolbenstange 2 hindurchgeführt ist. Die verschiebbare Kolbenstange 2 ist an eine Antriebsquelle, etwa einen Elektromotor oder eine Brennkraftmaschine, angeschlossen und gleitet beim normalen Betrieb durch eine aus der Zeichnung ersichtliche Stopfbuchse. Die Kolbenstange 2 trägt ein Ventilteil 3 und eine Haltescheibe 5 mit einer Vielzahl von Öffnungen 4. Das Ventilateil 3 und die Scheibe 5 sind beide auf einem abgesetzten Teil der Kolbenstange 2 fest angebracht und werden nach Festspannen einer Mutter am Ende der Kolbenstange 2 _3S durch eine zwischen ihnen angeordnete Mittelhülse in einem bestimmten gegenseitigen Abstand gehalten. Diese Anordnung bewegt sich mit der Kolbenstange 2 in einem die Pumpenkammer 6 bildenden Zylinder hin und her und eine auf einem Pumpenkolben 8 angebrachte Kolbennianschette 7 gleitet an der Innenseite des Zylinders entlang und zentriert sich dabei selbsttätig in dem Zylinder. Der Pumpenko'ben 8 ist so konstruiert, daß er einen Flüssigkeitsstrom durch seinen Mittelteil hindurchtreten läßt, wenn sich das Ventilteil 3 während der in F i g. 1 nach links gerichteten Bewegung der Kolbenstange 2 im Abstand von dem Pumpenkolben 8 befindet oder von diesem abgehoben ist. Wird die Kolbenstange 2 anschließend nach rechts bewegt, so setzt sich das Ventilteil 3 wieder auf den Pumpenkolben 8 und die Pumpflüssigkeit wird unter beträchtlichem Druck gegen das rechte Ende der Pumpenkammer 6 und zu einem Auslaßventilsitz 9 bewegt, gegen den ein die Pumpfiüssigkeit nur in einer Richtung durchlassendes Rückschlagventil 11 durch eine Schraubenfeder 10 angedrückt wird.

Die Auslaßöffnung der Pumpenkammer 6 mündet in eine Seite eines Pufferzylinders 12, von dem eine Ausströmöffnung 13 für die Pumpflüssigkeit nach unten etwas versetzt nach der gegenüberliegenden Seite ausgeht. Die beiden entgegengesetzten Enden des Pufferzylinders 12 sind durch Endkappen oder Endstopfen 14 und 15 verschlossen.

Ein in dem Pufferzylinder 12 verschiebbarer Sioßdämpferkolben 16 wird normalerweise in seine in F i g. 1 ₍,_s dargestellte unterste Stellung gedruckt. Der Stoßdämpferkolben 16 wird durch den Flüssigkeitsdruck im Pufferzylinder 12 bewegt, und die Flüssigkeit kann

45 durch öffnungen 17 hindurchströmen, um einen Druck gegen das untere Ende des Stoßdämpferkolbens 16 auszuüben. Eine Feder 18 drückt den Stoßdämpferkolben 16 normalerweise nach unten auf einen Halte- oder Stützring 19, der die Öffnungen 17 enthält und die Verbindung zwischen dem unteren Ende der Feder 18 mit dem Stoßdämpferkolben 16 bildet Der Stoßdämpferkolben 16 trägt eine Kolbendichtung oder Kolbenmanschette 20, welche die Flüssigkeit im Pufferzylinder 12 am Strömen längs dem äußeren Umfang des Stoßdämpferkolbens 16 hindert.

Ein Ventilsitz 21 mit einer Mittelöffnung ist in dem Stoßdämpferkolben 16 eingesetzt. Die in dem Pufferzylinder 12 unter Druck stehende Flüssigkeit wird von Öffnungen 22 und einem Mitteldurchlaß 23 im Hauptschaft oder Hauptkörper des Stoßdämpferkolbens 16 in die Mitte des Ventilsitzes 21 geführt. Ein Ventilkörper 24 eines Sicherheitsventils wird normalerweise durch den Druck einer Feder 25 an den Dichtflächen des Ventilsitzes 21 in Anlage gehalten. Beim Auftreten von Überdrucken im Pufferzylinder 12 wird der Ventilkörper 24 des Sicherheitsventils von dem Ventilsitz 21 abgehoben, und Flüssigkeit wird durch öffnungen 26 in einer auf das obere Ende des Stoßdämpferkolbens 16 aufgeschraubten, die Feder 25 abstützenden Haltekappe 27 nach außen abgegeben.

Ein eine Kammer 29 bildender weiterer Zylinder, der einen Teil des Pumpengehäuses einnimmt, stellt einen Volumenänderungs- oder -ausdehnungszylindcr dar. Der Zylinder ist durch einen Durchlaß oder eine öffnung direkt mit der Pumpenkammer 6 verbunden und enthält einen verschiebbaren Kolben 30, der einen Strom von Flüssigkeit nach außen durch den Zylinder verhindert und normalerweise durch eine starke Feder 31 gegen das innere Ende des Zylinders gedrückt wird. um einen Flüssigkeitsstrom in diesen Zylinder /u verhindern. Die Feder 31 wird durch eine abschraubbare Kappe 32 festgehalten. Beim Aultreten nennenswerter Drücke in der Pumpenkammer 6 kann der Kolben 30 sich gegen die Kraft der Feder 31 derart bewegen, daß die Druckspitzen in der Pumpenkammei· 6 absorbiert werden. Die Bewegung des Kolbens 30 ist in Fig. 2 dargestellt, wobei es sich im wesentlichen um eine Teilbewegung des Kolbens 30 handelt, wie sie sich bei Ansprechen auf Druckspitzen mittlerer Größe ergibt. Es sei drauf hingewiesen, daß der von der Kappe 32 überspannte Teil des Pumpengehäuses einen Abschnitt eines Strömungsdurchlasses 33 bildet, durch den die Pumpflüssigkeit vom Sicherheitsventil zur Einlaßöffnung 1 der Pumcenkammer 6 zurückströmen kann.

In F i g. 2 ist die normale Bewegung des Stoßdämpferkolbens 16 gezeigt. Wenn beim Betrieb der Hochdruck-Kolbenpumpe durch den hin- und hergehenden Pumpenkolben 8 an der Auslaßöffnung Druckstöße unter Zufuhr von Flüssigkeit in den Pufferzylinder 12 erzeugt werden, wird der Stoßdämpferkolben 16 unter dem Einfluß des Druckstoßec nach oben und sodann dv.rch die Feder 18 unmittelbar wieder nach außen bzw. unten zurückbewegt, so daß der Flüssigkeitsstrom und Flüssigkeitsdruck an der Auslaßöffnung 13 im wesentlichen konstant bleibt.

Tritt eine Verengung oder Drosselung in dem Flüssigkeitsstrom außerhalb der Auslaßöffnung 13, beispielsweise in einem daran angeschlossenen Schlauch, auf, so sind die in der Pumpenkammer 6 entwickelten Drücke wesentlich größer, da der die Kolbenstange 2 hin- und herbewegende Antriebsmotor mit der gleichen Drehzahl und mit dem gleichen Hub

wie zuvor weiterarbeitet. Als Folge der Verengung oder Drosselung steigen die Drücke an der Auslaßöffnung 13 und am Rückschlagventil 11 an und der Kolben 30 wird gegen den Druck der Feder 31 aufwärtsbewegt und sodann, während die Kolbenstange 2 nach links zurückgeht, abwärtsbewegt, um die Flüssigkeit aus der Kammer 29 auszustoßen und diese Flüssigkeit hierauf von der Auslaßöffnung 13 weiter nach außen zu bewegen. Obgleich die Gesamtdruckhöhe in dem System als Folge der Durchflußverengung oder -drosselung ansteigt, führen die hervorgerufenen Druckspitzen nicht zu einer Beschädigung der gesamten Einrichtung.

Tritt eine Strömungsunterbrechung oder möglicherweise eine Strömungsumkehr an der Auslaßöffnung 13 ein, so sind die in der Pumpenkammer 6 entwickelten Drücke extrem hoch und als Folge davon wird der Kolben 30 in seine höchste Stellung bewegt, wie in F i g. 3 gezeigt ist. Wenn derart hohe Drücke entwickelt werden, strömt die Pumpflüssigkeit aufwärts durch den Mitteldurchlaß 23 im Stoßdämpferkolben 16, wodurch das Sicherheitsventil von seinem Ventilsitz abgehoben wird, so daß ein Flüssigkeitsstrom nach außen durch den Strömungsdurchlaß 33 und in die Einlaßöffnung 1 möglich ist. Als Ergebnis dieses Rückstromes tritt eine Druckentlastung in der Pumpenkammer 6 und dem Pufferzylinder 12 ein, so daß jede mögliche Beschädigung der Einrichtung und somit auch jede Überlastung des sich drehenden Antriebsmotors vermieden wird.

Mit der Erfindung ist somit eine neue Hochdruck-Kolbenpumpe mit Pumpen- und Stoßdämpferkolben geschaffen worden, durch die sonst erforderliche zusätzliche Drucksteuerventile oder innenliegende Kammern für einen einwandfreien Betrieb einer solchen Pumpe vermieden werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Hochdruck-Kolbenpumpe, bestehend aus einem Gehäuse mit einer einen hin- und herbewegbaren Pumpenkolben aufnehmenden Pumpenkammer mit Ein- und Auslaßöffnungen sowie einem hinter der Pumpenkammer angeordneten Rückschlagventil und jeweils in Strömungsrichtung hinter dem Rückschlagventil liegendem federbelastetem Sicherheitsventil und Pufferzylinder mit darin entgegen Federwirkung verschiebbar gelagertem Stoßdämpferkolben, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise die Pumpenkammer (6) in Strömungsrichtung vor dem Rückschlagventil (Ii) mit einer einen entgegen der Wirkung einer Feder (31) verschiebbaren Kolben (30) aufnehmenden Kammer (29) verbunden und ein Ventilkörper (24) des Sicherheitsventils vom Stoßdämpferkolben (16) unabhängig beweglich gelagert ist.

2. Hochdruck-Kolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für den Ventilkörper (24) des Sicherheitsventils und den Stoßdämpferkolben (16) gesonderte Federn (25,18) vorgesehen sind.

3. Hochdruck-Kolbenpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (24) des Sicherheitsventils in dem Stoßdämpferlcolben (16) beweglich gelagert ist.