DE2101037A1 - Selbstregelnde Kolbenpumpe - Google Patents

Description

• Selbstregelnde Kolbenpumpe Gegenstand der Erfindung ist eine Kolbenpumpe, wie sie zum Fördern von Druckmedien, vorzugsweise in der Hydraulik, verwendet werden kann.
• Zur Versorgung hydraulicher oder pneumatischer Komponenten mit Druckmedien, vorzugseise von Arbeitszylindern und Linearmotoren, wie sie beispielsweise in Geräten zur Erzeugung von Hub- und Druckbewegungen, für Füll- und Umpumpvorgange oder auch zur Erzeugung hoher statischer Drücke zur Prüfung von Geraten Verwendung finden, werden vielfach, meist von Hand betätigte Kolbenpumpen verwendet.
• Die zur Betätigung der Pumpe zum Einsatzt kommende, meist menschliche Muskelkraft "F" ist anatomisch auf eine bestimate Größenordnung begrenzt.
• Da das Krafteverhältnis in einer hydraulischen Kolbenpumpe durch die Gleichung F = p .A bestimmt ist, wobei "p" als Druck pro Flächeneinheit von der Leistungsforderung an die Pumpe her als gegeben angeschen werden muß, ergiest sich fur "A" als Kolbenfläche ein relativ kleiner Wert. Das Produkt aus Kolbenfläche "A" und dem konstruktiv bedingt relativ kleinen Kolbenhub ergibt die Fördermenge.
• Die Fördermenge der Pumpe pro Zeiteinheit wiederum ist bestimmend für die Bewegungsgeschwindigkeit der durch die Pumpe zu betätigenden Komponenten, z.B. Arbeitszylinder u.s.w..
• Die zur Betätigung des Pumpenkolbens notwendige Kraft "F" ist abhänging vom Gegendruck den Mediums, der wiederum abhangig ist von der auf die Komponente, z.B. Arbeitszylinder, wirkenden Last.
• Die zu bewegende Last wird jedoch meistens nur über Teilstrecken oder in den Endphasen der Bewegung der Komponente wirksam, so daß ein wesentlicher Teil der Pumpen-Kolbenhäbe nahezu ohne Gegendruck, olso "leer" erfolgt.
• Bei den bisher bekanriten Pumpen wirken sich ließe Leerhübe als sehr zeitraubend aus. Es sind zwar Pumpen mit eingebauten, stufenweise arbeitentien Ventilen oder rtiit mehreren, teilweise zu- bzw.
• abschaltbaren Kolben zur Minderung dieser Nachteile bekannt.
• Jedoch haben sich diese nicht durchgesetzt, da sie die uftretenden Problene nur teilweise und unvollkommen lösen. So ist z.B. der Umschaltvorgang eine zusätzliche Harl(thabun und nur in don Xndstellungen des Kolbens möglich. Da aber der Anstieg des Gegendruckes meistens nicht in den Endstellungen des Pumpenkolbens, sondern während des Ilubes und meist ohne genaue Vorherbestirbarkeit auftritt, treten erhebliche Schwierigkeiten bei der Umschaltun; auf, da die Umschaltvorrichtung infolge Verklemmens weder ein- noch auszuschalten ist.
• Die den Gegenstand der Erfindung bildende Pumpe schließt diese Nachteile aus und bewirkt eine selbsttätige und stufenlose Anpas-Sung der Fördermenge an den Gegendruck, d.h., daß die Pumpe bei geringstem Getgendruck maximale und bei maximalem Gegendurck minimale Fördermenge liefert.
• Pwnpenhub-Volumen und Gegendruck stehen etwa in umgekehrt proportionalem Verhältnis.
• Da bei gegebener Schluckmenge der Arbeitskomponenete die Fördermenge der Pumpe pro Zeiteinheit bestimmend fUr die Geschwindigkeit einer z.B. Hub- oder Druckbevegung ist, erfolgt eine solche Bewegung bei Einsatz des Erfindungsgegenstandes mit einer dem Gegendruck etwa umgekehrt proportionalen Geschwindigkeit, d.h., bei msninslen Gegendruck nit maximaler Geschwindigkeit und umgekehrt.
• Wirtschaftlich betrachtet bedeutet dies Arbeitserleichterung und wesenliche Verringerung von sog. Tot- oder Verlustzeiten und Kostenersparnis.
• Außerdem kommt eine Verringerung der Arbeitsgeschwindigkeit der Komponenten mit steigendem Gegendruck der vielfach bestehenden Forderung ih Dämpfung und Verringerung der Maseenkräfte in den Endphasen der Lastbewegung, der sog. Endlagendämpfung, entgegen.
• Eine beispielsweise Ausführung der Erfindung ist dargestellt in den Abbildungen 1 und 2.
• Abb. 1 zeigt eine Pumpe für manuellen Betrieb bei mittlerem Gegendruck, dadurch bewirkter Differenzbewegung des großen Rinkolbens und normal vorgespannten Druckfedern.
• Abb. 2 zeigt eine Pumpe für maschinellen Betrieb ohne Gegendruck und durch Ringmuttern vorgespannten Druckfedern.
• In den Abb. bedeuten: Fig 1 Pumpengehäuse 2 Eintrittsanschluß mit Rückschlagventil 3 Auetrittsanechlu.R mit Rückschalgventil 4 Ringkolben 4a Wundförmigen Vorsprung 5 Ringkolben 5a Wundförmiger Vorsprung 5 Kolbenstempel 6a Schaft 6b Bolzengewinde 7 Ringmutter 8 Ringmutter 9 Dichtungen 10 Druckfeder 11 Druckfeder 12 Drehpunkt 13 Drehpunkt 14 Lasche 15 Drehpunkt 16 Hebel (bei liandbetrieb) 17 Filzring In der Bohrung den Pumpengehäuses 1 nnsich bekannter Bauart sind Ringkolben 4 und 5 und der Kolbenstempel 6 mit Gleitsitz und gegenseitig abgedichtet durch Dichtungen 9 eingesetzt. Der Kolbenstempel 6 trägt auf seinem Schaft 6a ein Bolzengewinde 6b und Ringmuttern 7 und 8. Zwischen jedem Ringkolben und zugeordneter Ringmutter befindet eich eine Druckfeder 10 bzw. 11. Wird, z.B. mit dem drehbar Gelagerten Hebel 16, eine Kraft "F" auf den Kolbenstempel 6 ausgehalt, bewegen sich Kolbenstempel 6, Eingkolben 4; 5, Druckfedern 10; 11 und Ringmuttern 7: 8 gemeinsam als ein Paket in Richtung des inneren Totpunktes der Pumpengehäusebohrung sofern kein, oder nur geringer Gegendruck besteht. Die Ventile 2 und 3 regeln hierbei den Ein- und Austritt des Mediums in bekannter Weise (Abb. 1).
• Wenn Gegendruck auf das auszufördernde Medium in einer solchen Höhe wirkt, daß der auf den Ringkolben 4 wirkende hydrostatische Druck die Kraft der Druckfeder 10 übersteigt, bleibt der Ringkolben 4 gegenüber den anderen Kolben 5 und 6 auf seinem Weg zum inneren Totpunkt zurück. Es entsteht mit zunehmendem Gegendruck eine zunehmende Geschwindigkeits- und Wegedifferenz der Kolben und eine enteprechende Verringerung des ausgeförderten Mediums (Abb. 2).
• Steigt der Gegendruck weiter an, z.B. durch Lastzunahme an der Arbeitskomponente, verringert auch der Ringkolben 5 seinen Weg, bis schließlich nur noch der Kolbenstempel 6 die Förderung des Mediums bewirkt.
• Die Änderung der Föreermenge kann hierbei sowohl durch die kolben-Hubwegänderung alleine, als auch, bei Anstieg des Gegendruckes, durch die Kolben-Hubzeganderung und die Verringerung der wirksamen Gesamt-Kolbenfläche infalge O-Hubes eines Fingkolbens gegeinsam erfolgen.
• Bei ihrer Bewegung zum äußeren Totpunkt der Pumpengehäusebohrung, beim sog. Saughub, werden die Ringkelben 4; 5 durch ihre bundförmigen Vorspränge 4a bzw. 5a, die sich auf dem jeweils inneren Kolben abstützen, mitgenommen.
• Die Außenkontur der größten Ringmutter 7 übernimmt gleichzeitig die Führung des Kolben/Federpaketes im äußeren Teil der Pumpengehäusebohrung.
• Durch entsprechende Auslegung der Federkannlinien der Druckiedern 10; 11 in Anpassung an die hydrl. wirksame Kolbenfläche können bereits bei der Konstruktion wie auch spatere, jederzeitige Einstellung der Federvorspannungen mittels der verstellbaren Ringmuttern 7 und 8, folgende Merkmale feztgelegt bzw. eingertellt werden: 1. Der Druckpunkt, bei dem die Kolbenhub-Volumenanderung beginnt; n 2. Die Geschwindigkeit der Kolbenhub-Volumenäderung; 3. Eine kontinuierliche, stufenlose Kolbenhub-Volumenänderung; 4. Gine Kolbenhub-Volumenänderung.
• Die wirksame Gesamt-Kolbenfläche, wie auch die der Einzelkolben und die Anznhl der ringkolben können bei der Konstruktion dem jeweiligen Bedarfsfall angemessen werden.
• Die Ringkolben, die infolge Gegendruckes durch das Medium auf ihren Weg zum inneren Totpunkt zurückbeliden, können durch die zunehmende Federkraft der Druckfedern ( 10; 11 ) oder durch aneich bekannte Einrichtungen wie Sprengringe etc. in ihrer Bewegung begrenzt werden.
• Der Erfindungsgegenstand kann überall dort eingesetzt werden, wo Volumen zu fördern oder hydraulische bzw, pneumatische Drücke erzeugt und oder zur Kraftübertragung benutzt werden sollen, z.B.
• auch in hydrl. oder pneunat. Brensanlagen. Rier wirkt sich insbes.
• die grofJe Fördernenge zur schnellen Überwindung des Spielraumes zwischen Rotor (z.B. Bremstrommel) und Stator tz.B. Bremsbacken) bei kleinem Betätigungsweg der Bremspedale und bei Erhaltung der vollen Uremakraft, durch Aktion der kleineren Ringkolben bzw. des Kolbenetempele infolge Druckanstieg bei Kontakt von Rotor und Stator, günstig aus.

Claims (8)

P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Kolbenpumpe, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Fördermenge je Kolbenhub selbsttätig in Abhängigkeit vom Gegendruck des Mediums durch gemeinsame Reduzierung bzw. Vergrößerung der geamten wirksamen Kolbenflache und der Kolben-Hublange ändert.

2. Kolbenpumpo nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da2 die Fördermengenänderung gestuft oder stufenlos einstellbar ist.

3. Kolbenpumpe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckpunkt, an dem die Volumenänderung beginnt, beliebig einstellbar ist.

4. Kolbenpumpe nach Anspruch t - 3, dadurch gekennzeiehnet, daß die Geschwindigkeit der Fördermengenänderung beliebig eintellbar ist.

5. Kolbenpumpe nach Anspruch 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß um einen Kolbenstempel ( 6 ) ein oder mehrere Ringkolben (4; 5) koaxial angeordnet sind.

6. Kolbenpunpe nach Anspruch 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß dor Kolbenstempel ( 6 ) einen Schaft ( 6a ) mit einem Bolzengewinde (6b) aufweist, der eine oder mehrere Ringmuttern ( 7; 8 ) trägt.

7. Kolbenpunpe nach Anspruch 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den äßeren Stirnflächen der Ringkolben (4; 5) und den Ringmuttern ( 7; 8 ) Druckfedern ( 10;- 11 ) angeordnet sind.

8. Kolbenpumpe nach Anspruch 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Stirnflächen der Ringmuttern (7 : 8) bundförmige VorsprUngq ( Wa; 5a ) aufweisen.

L e e r s e i t e