DE2338489C3 - Ventilgesteuerte Hochdruck-Kolbenpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine ventilgesteuerte Hochdruck-Kolbenpumpe gemäß Oberbegriff des Hauptanspruches.

Bei Pumpen der genannten Art befindet sich, wenn das Ansaugventil geschlossen ist. zwischen der Ringflä ehe des Schließglicdes und dem korrespondierenden Ventilsit/ ein Film des Fördermediums, nachfolgend beispielsweise Öl. Durch diesen Film wird eine Adhäsionskraft zwischen den beiden Teilen ausgeübt. Demzufolge ist, zusätzlich zur Kraft der Ventilfeder, eine erhebliche Kraft erforderlich, um das Schließglied für den Öffnungsvorgang loszureißen. Diese Kraft isi um so größer, je höher die Viskosität des zu fördernden Öles ist und je größer die i'ncinandcrliegenden Flächen von Schließkörper und Ventilsitz sind.

In der Praxis kann es daher vorkommen, daß eine Pumpe bei relativ dünnflüssigem Öl einwandfrei f,₀ arbeitel, bei relativ dickflüssigem Öl jedoch versagt.

Um dies zu vermeiden, geht man bisher so vor, daß man den Ölbehälter über der Pumpe anordnet. Der Druck der Flüssigkeitssäule zwischen Ölbehälter und Pumpe drückt dann in Öffnungsrichtung auf das (,5 Ansaugventil.

Es ist auch bekannt, die Pumpe im ölbehälter getaucht anzuordnen. Und zwar so, daß der Flüssigkeitsspiegel auch bei niedrigstem Ölstand mit Sicherheit über dem Ansaugventil der Pumpe liegt. Bei mehrzylindrigen Pumpen müssen die Verhältnisse dementsprechend so getroffen werden, daß der Flüssigkeitsspiegel hei niedrigstem Ölstand mit Sicherheit über dem höchstgelegenen Ansaugventil der Pumpe liegt.

Alle diese und ähnliche Maßnahmen sind sehr aufwendig und einem freizügigen Einsatz der Pumpe hißderlich.

Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Pumpe der eingangs genannten Art anzugeben, bei der die Auswirkung des durch das Fördermedium bedingten Adhäsionseffektes auf weit einfachere und preisgünstigere Weise, und zwar allein durch entsprechende Ausbildung des Schließkörpers und des Pumpenkolbens beseitigt wird.

Die Maßnahmen zur Lösung dieser Aufgabe sind aus dem Kennzeichen des Hauptanspruches und, bei einer abgeänderten Ventilkonstruktion der Pumpe, aus dem Kennzeichen des Patentanspruches 2 entnehmbar. Die übrigen Patentansprüche offenbaren zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung. Wie ersichtlich, wird bei der Erfindung eine hydraulische Zwangssteuerung des Schließkörpers erzielt. Diese bewirkt, daß beim Rückgang des Pumpenkolbens durch einen Unterdruckeffekt im Sackloch des Pumpcnkolbens der Ventilkörper unverzüglich mitgenommen und damit das Ventil geöffnet wird.

Eine baulich ähnliche Ausbildung von Pumpenkolben und Ventil zeigt die US-PS U 20 202. Diese Ausbildung dient dort jedoch lediglich dazu, den Totraum der Pumpe zu verkleinern. Wie dort aus den Abbildungen entnehmbar, ist die Aufgabe und Lösung, die negative Auswirkung des viskositäts- und temperaturabhängigen Adhäsionseffektes auf einfache und preisgünstige Weise zu unterbinden, nicht erkannt worden. Demgemäß konnte diese Literaturstelle keinen Hinweis auf die vorliegende F.rfindung geben.

Auch die deutsche Patentschrift 8 84 279 konnte nichts am Zustandekommen der Erfindung beitragen. Dort ist die Kolbenoberfläche, analog zur Oberfläche eines pilzförmigcn Ventiles, eben ausgebildet und soll sich im oberen Totpunkt der ebenen Ventilflächc möglichst weitgehend nähern. Dadurch wird eine Adhäsion zwischen Kolben und Ventil angestrebt, die beim Rückhub des Kolbens das Öffnen des Ventils unterstützen soll. Ein Hinweis auf die erfindungsgemäße Ausbildung von Kolbenboden und Ventil ist dieser Literaturstelle nicht eninehnibar.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zweier 111 der Zeichnung veranschaulichter Ausführungsbcispicle erläutert. Es zeigt

Γ i g. 1 eine Hochdruckkolbenpumpe, deren Ansaiigventil ein pilzförmigcs Schlicßglicd aufweist,

Fig. 2 eine Hochdruck-Kolbenpumpe, die einen plattenförmigen Schließkörper besitzt, welcher in einem Käfig gehaltert ist.

Gemäß Fig. 1 ist in dem Pumpengehäuse I mit dem Ansaugkanal 2 und dem Auslaßkanal 3 der Pumpenkolben 4 angeordnet. Er steht unter der Wirkung 0er Feder 5. Der Kolben 4 ist gegen diese Feder von dem Exzenter 6 verschiebbar. Letzterer ist auf der Antriebsachse 7 befestigt. In der gezeichneten Stellung hat der Kolben 4 seinen oberen Totpunkt eingenommen.

Der Kolben 4 hat ein Sackloch 8. Dieses umfaßt allseitig den Kopf 9 eines pilzartigen Veniils, welches sich über die Achse 10 nach rechts fortsetzt. Das genannte Ventil steht unter dem Druck der Feder 11.

Letztere ist in einem Gehäuse 12 untergebracht, welches zur Begrenzung des Ventilhubes dient.

Das beschriebene Ventil ist das /vnsaugventil der Pumpe. Es verbindet den Ansa^gkanal 2 mit dem Auslaßkanal 3 unter Zwischenschaltung der Räume 13, 14,15 und 16.

Der Speicherraum 16 ist gegen den Raum 15 mit einem Druckventil abgeschlossen. Dieses besteht aus der Vemiikugel 17, die sich gegen den Druck der Feder 18 am Ventilkäfig 19 abstützt.

Der Speicherraum 16 ist ferner zum Auslaßkanal 3 durch ein weiteres Druckventil abgeschlossen. Es besteht aus der Ventilkugel 20, die sich über die Feder 21 am Käfig 22 abstützt. Der Speicherraum 16 hat die Aufgabe, einen besonders guten Selbstansaugeffekt der Pumpe zu erzielen. Dies geschieht dadurch, daß die beim erstmaligen Ansaugen vom Kolben 4 komprimierte Luft zunächst im Speicherraum 16 gesammelt werden kann, ohne daß ein Staudruck in der Leitung 3 dies erschweren könnte, vgl. die deutsche Offenlegungsschrift 21 57 020 der Anmelderin. Die Erfindung ist jedoch nicht an die Verwendung eines solchen Speicherraumes gebunden.

Das Ventil 9, 10 sitzt bei 23 mit einer ringförmigen Fläche auf einer gleich großen Fläche auf. welche sich im Teil 24 der Pumpe befindet. Diese beiden miteinander korrespondierenden Ringdächen bilden den effektiven Schließpfad des Ventils.

Dei Ventilkopf 9 ist mit einer zur Verschiebungsachse des Venüles 9, 10 konzentrischen zylindrischen Oberfläehe 25 verschen.

In der Zeichnung ist aus Gründen besserer Deutlichkeit zwischen dem Sackloch 8 und dem Ventilkopf 9 ein sichbarer Spalt eingezeichnet. Dieser ist jedoch in Wirklichkeit nicht vorhanden; vielmehr ist der Spalt, zumindest im Gebiet der zylindrischen Fläche 25, auf ein Mindestmaß reduzieri. Dadurch bildet die zylindrische Fläche 25 mit dem umgebenden Teil des Kolbens 4 eine Abdichtung, welche in der Parxis eiwa 0,1 mm beträgt.

Zur Erläuterung der Wirkungsweise sei zunächst davon ausgegangen, daß der Kolben 4 seinen unteren Totpunkt, also in der Zeichnung seine linke Endstellung eingenommen habe. Wird nun der Kolben 4 nach rechts bewegt, so kommt kurz vor Hübende das Sackloch 8 in Dichteingriff mit dem Venülkörpcr 9. Dadurch wird das im Sackloch 8 befindliche öl durch den Abdichtspalt um die Zylinderflächc 25 herausgedrückt. Beim Erreichen des in der Zeichnung veranschaulichten Totpunktes befindet sich demgemäß zwischen dem Ventilkopf 9 und der Wandung des Sackloches 8 ein Ölfilm.

Wird hernach der Pumpenkolben 4 in der Ansaugphase nach links bewegt, so entsteht zwischen der Stirnseite des Ventilkopfes 9 und dein Boden des Sackloches 8 ein Unterdruck, denn das dort befindliche öl kann infolge des abdichtenden Spaltes um die zylindrische Zone 25 nicht entweichen. Dadurch wird das Ventil 9, 10 beim Beginn des Saughubes sofort zwangsmäßig mitgerissen und geöffnet; und zwar so weit, bis das Anschlaggehäuse 12 am Führungslager der Welle 10 anstößt. Damit ist die weiter oben genannte hydraulische Zwangssteuerung des Ventils 9, 10, mithin also die gewünschte zwangsweise Öffnung des Ansaugventils durchgeführt.

Diese Zwangsöffnung des Ventils ist — wie leicht einzusehen — um so besser, je kleiner der Zwischenraum zwischen der Stirnseite des Ventilkopfes 9 und dem Boden des Sackloches 8 ist. Man wird daher den genannten Raum so klein wie möglich halten und, wenn der Ventilkopf 9 an seiner Stirnseite eine bestimmte Kontur aufweist, den Boden des Sackloches 8 an diese Kontur anpassen.

Außer dem in Fig. 1 gezeichneten Pilzventil mit den Teilen 9 und 10 sind in der Pumpentechnik auch einfache Plattenventile bekannt. Die vorliegende Erfindung läßt sich ebenfalls bei einem solchen Plattenventil anwenden. Dies zeigt F i g. 2.

Die Schließplatte 26 besitzt eine zylindrische Oberflächenzone 27. Sie ist im Käfig 28 gehalten und steht unter dem Druck der Feder 29.

Der Käfig 28 ist mit Durchbrechungen 30 versehen, die in der Basiszone des Käfigs angeordnet sind. Eine weitere Öffnung 31 ist in der Stirnseite des Käfigs 28 vorgesehen.

Damit eine hydraulische Zwangsöffnung des Ventils 26, 23 erfolgen kann, muß auch hier dafür gesorgt werden. daU der links von der Schließplatte 26 entstehende Unterdruck erhalten bleibt, wenn der Kolben 4 nach links bewegt wird.

Um dies zu erreichen, ist der Käfig 28 bei 32 mit einer nicht durchbrochenen Ringzone versehen. Analog zu Fig. I sind nun die Spalte zwischen der zylindrischen Zone 27 und dieser Ringzone 32 einerseits und zwischen der Außenwandung dieser Ringzone und der zylindrischen Innenwandung des Saekloches 8 andererseits auf ein Mindestmaß reduziert. Im Endeffekt wird dadurch zwischen der zylindrischen Innenwandung des Sackloches 8 und der zylindrischen Oberflächenzone 27 der Schließplatte 26 die Abdichtung erzielt, die zur Aufrechterhallung des Unterdruckes im Sackloch 8 beim Ansaugvorgang erforderlich ist. Damit sich dieser Unterdruck in der gewünschten Weise auf die Schließplatte 26 auswirken kann, ist im Käfig 8 die Öffnung 31 vorgesehen.

Damit auch bei einer Ausführung nach Fig. 2 der effektive Raum zwischen der Stirnseite der Schließplatte 26 und dem Boden des Sackloches 8 möglichst klein bleibt, wird man als Feder 29 einen sehr flachen Typ auswählen und erforderlichenfalls den Boden des Sackloches 8 an die stirnseitige Kontur des Käfigs anpassen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Ventilgesteuerte Hochdruck-Kolbenpumpe mit einem Ansaugventil, dessen Schließglied in Betätigungsrichtung des Pumpenkolbens verschiebbar ist und mit einer ebenen Ringfläche auf einem dazu korrespondierenden ebenen Ventilsitz aufsitzt, d a durch gekennzeichnet, daß das Schließglied mindestens teilweise mit einer zur Verschie- ι ο bungsachse konzentrischen zylindrischen Oberfläche (2S) versehen ist und daß die Stirnseite des Pumpenkolbens (4) mit einem Sackloch (8) versehen ist, welches im oberen Totpunkt des Pumpenkolbens die genannte zylindrische Oberfläche (25) in is Abdicht-Abstand umfaßt.

2. Pumpe nach Anspruch 1 unter Verwendung eines Plattenventils, dessen Schließplatte unter dem Druck einer Feder in einem mit Öffnungen versehenen Käfig gehaltert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrische Oberflächenzonc der Schließplatte (26), ein nicht durchbrochener Wandungsteil (32) des Halterungskäfigs (28) sowie die Innenwandung des Sackloches im oberen Totpunkt des Pumpenkolbens (4) koaxial in Abdicht-Abstand 2s aneinanderliegen. wobei der Halterungskäfig stirnseitig mit mindestens einer Öffnung (31) versehen ist.

3. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der nicht die zylindrische Oberfläche des Schließgliedes umfassende Teil des Sackloches (8) an >i die übrige Kontur des Schließgliedes (9) angepaßt ist und im oberen Totpunkt dea Punipenkolbens (4) dem Schließglied mit geringem Abstand gegenübersteht.

4. Pumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der nicht die zylindrische Zone (32) des 3·; Halterungskäfigs (28) umfassende Teil des Sacklochcs (8) an die übrige Kontur des Halterungskäfigs angepaßt i>t und im oberen Totpunkt des Punipenkolbens dem Halterungskäfig mit geringem Abstand gegenübersteht.