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Elektromagnetisch angetriebene Pumpe Die Erfindung betrifft eine
elektromagnetisch angetriebene Pumpe mit hin- und hergehenden, federbelasteten Kolben,
nämlich einem als Tauchanker ausgebildeten Antriebskolben, der von einer Magnetspule
mit Armaturen umgeben ist, und einem Arbeitskolben, der einen Pumpendruekraum abschließt,
wobei der Arbeitskolben im Saughub Flüssigkeit durch ein Rückschlag-Saugventil hindurch
ansaugt und im Druckhub durch ein Rückschlag-Auslaßventil fördert, mit einem Druckentlastungventil
mit einem in Schließrichtung federbelasteten Schließglied zur Begrenzung der Förderdrucks
und mit einem Feder-Druckspeicher zur Dämpfung der Druckschwankungen an der Pumpendruckseite.
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Es ist bekannt, bei Pumpen mit hin- und hergehenden Kolben einen Druckspeicher
mit Federn und einer membran oder einer komprimierbaren, von einer elastischen Hülle
eingeschlossenen Gasblase vorzusehen, um die Höhe der Druckschwankungen der von
der Pumpe geförderten Flüssigkeit weitestmöglich herabzusetzen, so daß die Pumpe
ständig Flüssigkeit bei konstantem Druck und konstantem Fördervolumen abgibt. Weiterhin
ist es bekannt, als Überdruckventile wirkende Druckentlastungventile vorzusehen,
welche den Förderdruck der Pumpe ständig auf einem konstanten Wert halten. Hierzu
wird beispielsweise ein Ventilkörper mittels einer Feder od. dgl. auf einen Ventilsitz
an einer Abspritzöffnung aufgedrückt und schließt diese ab. Wenn der Förderdruck
der Pumpe ansteigt und eine vorbestimmte Höhe übersteigt, so wird die Anpreßkraft
der Feder durch den Förderdruck überwunden und der Ventilkörper vom Ventilsitz abgehoben,
so daß die Abspritzöffnung frei wird. Dadurch wird eine solche
menge
an Förderflüssigkeit abgespritzt, die dem über dem eingestellten Wert liegenden
Druck entspricht bzw. zu einem Druckabfall auf den eingestellten Förderdruck führt,
so daß der Förderdruck der Pumpe ständig auf einem konstanten Wer-t gehalten wird.
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Es ist auch bekannt, sowohl einen Federdruckspeicher als auch ein
Entlastungsventil zugleich an einer Pumpe vorzusehen, wobei jedes dieser Bauteile
in der erläuterten Weise arbeitet.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine kompakt bauende Pumpe
der eingangs bezeichneten Gattung zu schaffen, bei der Druckausgleich und Druckbegrenzung
gekapselt im Inneren des Pumpengehäuses erfolgen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Entlastungsventil
im Inneren des Pumpengehäuses in einer Rückströmleitung von der Druckseite zur Saugseite
der Pumpe angeordnet ist und zugleich als Feder-Druckspeicher dient, wozu als Schließglied
des Entlastungsventiles ein Druckeinstellkolben vorgesehen ist, der in einem Ventilzylinder
hin- und herbeweglich gleitend geführt ist, dessen Innenraum Teil der Rückströmleitung
bildet, wobei der Druckeinstellkolben bei seiner Bewegung unter ansteigendem Druck
eine Abströmöffnung im Ventilzylinder freilegt, die mit der Saugseite der Pumpe
in Verbindung steht.
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Durch die Anordnung des Druckausgleichskolbersim Ventilzylinder wird
erreicht, daß der Druckausgleichskolben durch eine Oszillationsbewegung im Takt
des Arbeitskolbens Druckschwankungen in der Förderflüseigkeit ständig ausgleicht.
Bei ansteigendem mittleren Förderdruck verlagert sich der Schwingweg des Druckausgleichskolbens
weiter in das Innere des Zylinders, bis schließlich bei jeder Schwingbewegung die
Abströmöffnung kurzzeitig geöffnet wird und durch von der Druckseite abströmende
Förderflüssigkeit der mittlere Förderdruck auf das vorgesehene Maß abgesenkt wird.
Die der Druckseite
der Pumpe so entzogene Flüssigkeitsmenge wird
der Saugseite der Pumpe wieder zugeführt.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben
sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsb aspieles, insbesondere
in Verbindung mit den zusät zli chen Ansprüchen.
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Es zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Pumpe
und Fig. 2 in schaubildlicher Darstellung eine Einzelheit der Pumpe gemäß Fig. 1
in einem Längsschnitt.
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Die als Ausführungsbeispiel dargestellte Pumpe weist einen elektromagnetisch
angetriebenen Antriebskolben 1 auf, der gleitend hin- und herbeweglich in einem
Zylindermantel 4 aus unmagnetischem Werkstoff läuft, der seinerseits von einer Magnetspule
16 umschlossen wird. Der Antriebskolben 1 ist über einen Stößel 3 mit einem Arbeitskolben
2 verbunden, der gleitend hin- und herbeweglich in einem Zylinder 5 im Inneren eines
Pumpengehäuses 51 läuft; die Mittelachse des Zylinders 5 fällt mit der Mittelachse
des Zylindermantels 4 zusammen. An einer Stellstange 12, die in ein Gewinde eines
oberen, gasdicht am Oberteil des Zylindermantels 4 gelagerten Armaturenteiles 6
eingreift, ist ein Federsitzglied 11 vorgesehen. Ebenso ist am Unterteil des Zylindermantels
4 ein unteres Armaturenteil 9 gasdicht gelagert. Zwischen dem Federsitzglied 11
und dem oberen Ende des magnetischen Antriebskolbens 1 ist eine obere Feder 7 gelagert.
Um den Arbeitskolben 2 herum ist eine untere Feder 8 angeordnet. Auf diese leise
wird der Antriebskolben 1 von der Spannkraft der oberen Feder 7 nach unten gedrückt,
während der Arbeitskolben 2 durch die Spannkraft der unteren Feder 8 nach oben gedrückt
wird. Da die Spannkräfte beider Federn 7 und 8 gleich groß sind, drücken sie den
Antriebskolben 1 und den Arbeitskolben 2 mit gleicher Kraft gegeneinander und stützen
beide Kolben so in einer vorbestimmten Stellung ab.
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Das Pumpengehäuse 51 weist einen Sauganschluß 19 und einen Druckanschluß
20 auf, die in das Gehäuse 51 eingeschraubt sind. Im Sauganschluß 19 ist ein Filter
50 eingebaut. Nit dem Filter 50 verbunden ist ein im Sauganschluß 19 verlaufender
Saugkanal 23. Am inneren Ende des Sauganschlusses 19 ist ein schlitzförmiger Durchbruch
24 vorgesehen. Im Pumpengehäuse 51 ist eine Ventilkammer 26 für ein Saugventil 25
im Anschluß an den Sauganschluß 19 ausgeformt. Im Druckanschluß 20 ist eine druckseitige
Ventilkammer 27 mit einem Auslaßventil 28 vorgesehen. Im unteren Teil des Zylinders
5, der ebenfalls im.
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Pumpengehäuse 51 gelagert ist und den Arbeitskolben 2 aufnimmt, ist
ein Pumpendruckraum 10 angeordnet. Der Sauganschluß 19 und der Druckanschluß 20
stehen miteinander über die Ventilkammer 26 mit dem Saugventil 25, dem Pumpendruckraum
10 im Zylinder 5 und die Ventilkammer 27 mit dem Auslaßventil 28 in Verbindung.
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Im Pumpengehäuse 51 ist weiterhin eine Druckausgleichkammer 38 ausgeformt,
in der ein Ventilzylinder 37 angeordnet ist. Der Ventilzylinder 37 ist an seinem
in der Nachbarschaft eines Dichtsitzes 33 liegenden Ende in ein Gewinde in der Innenwand
der Druckausglachkammer 38 eingeschraubt. Der Dichtsitz 33 schließt eine Bohrung
32 im Pumpengehäuse 51 ab. Im Ventilzylinder 37 ist gleitend hin und herbeweglich
ein Druckeinstellkolben 35 geführt, der an seinem Vorderende einen Dichtkörper 34
trägt, welcher wiederum mit dem Dichtsitz 33 zusammenarbeitet und durch Anlage am
Dichtsitz 33. - den Innenraum des Ventilzylinders 37 gegenüber der Bohrung 32 abschließt.
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Die Druckausgleichskammer 38 ist mit einem Deckel 42 für eine Druckeinstellschraube
41 versehen, der an dem dem Dichtkörper 34 bzw. Dichtsitz 33 gegenüberliegenden
Ende, in Fig. 1 an der rechten Seite der Druckausgleichkammer 381 angeordnet ist.
Die Längsmittellinie des Deckels 42 fluchtet in horizontaler Richtung mit der Längsmittellinie
des Ventilzylinders 37. Im Inneren des Deckels 42 ist ein Federsitzglied 40 für
eine Druckeinstellfeder 39 vorgesehen, die zwischen einer vorderen Stützfläche
des
Federsitzgliedes 40 und dem Druckeinstellkolben 35 angeordnet ist. Die Druckeinstellschraube
41 ist über ein Gewinde im Deckel 42 gehalten und stützt das hintere Ende des Federsitzgliedes
40 ab. Wenn daher die Druckeinstellschraube 41 gedreht wird, so kann die Spannkraft
der Druckeinstellfeder 39 geändert und so die Anpreßkraft des Dichtköroers 34 a1lf
den Dichtsitz 33 eingestellt werden.
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Die Ventilkammer 27 r.ait dem Auslaßventil 28 im Druckanschluß 20
isi; mit einem Auslaß 31 versehen, der in einen schräg verlaufenden Kanal 29 mündet
und so mit der Bohrung 32 im Pumpengehäuse 51 verbunden ist.
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An einer geeigneten Stelle im Ventilzylinder 37 ist eine rechtwinklig
zur inneren und äußeren Wandfläche des Ventil zylinders 37 liegende Abströmöffnung
36 vorgesehen, die in die Druckausgleichskammer 38 mündet. Im Pumpengehäuse 51 ist
weiterhin ein sich nach oben erstreckender Rückströmkanal 30 kleinen Querschnitts
vorgesehen, der einerseits mit der Druckausgleichskammer 38 und andererseits mit
einer Ringnut 48 in Verbindung steht, die stromauf des Saugventiles 25 der Pumpe
in Höhe des schlitzförmigen Durchbruches 24. am inneren Ende des Sauganschlusses
19 angeordnet ist. Die Ringnut 48 steht über einen Leckkanal 47 mit einer im Pumpengehäuse
51 ausgeformten Kammer 46 zur Aufnahme der unteren Feder 8 in Verbindung.
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Eine Abdeckung 17 für die Magnetspule 16, eine untere Stützplatte
18, die zwischen der Magnetspule 16 und dem Armaturenteil 9 gehalten ist, und das
Armaturenteil 6 bilden ein Joch, das gegen die magnetspule 16 mittels einer Spannmutter
14 über eine Beilagscheibe 13 festgelegt ist.
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Wenn die Magnetspule 16 durch. Stromdurchfluß erregt wird, so werden
der Antriebskolben 1 und mit ihm der Arbeitskolben 2 durch die Magnetkraft in Richtung
auf das Armaturenteil 9 oder in der Darstellung gemäß Fig. 1 nach unten im Inneren
des Zylindermantels 4 bzw. des Zylinders 5 bewegt, ausgehend von
den
Stellungen, in welchen die beiden Kolben ohne zusätzliche Kraft einwirkungen durch
die Federn 7 und 8 abgestützt werden. Wenn der durch die Magnetspule 16 fließende
Strom abgeschaltet wird, so entfällt die Nagnetk'raft oder wird weitestgehend vermindert
und werden der Antriebskolben 1 und der Arbeitskolben 2 durch die Kraft der unteren
Feder 8 in ihre Ausgangsstellung zurückgebracht, wonach eine Hubbewegung der Kolben
beendet ist. Die obere Feder 7 und die untere Feder 8 nehmen dabei die aus dem Gewicht
der Kolben bzw. ibrer Trägheitsmasse resultierende Energie am Ende jeder Hubbewegung
auf.
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Die so in der vorangehenden Hubbewegung aufgenommene Energie wird
in der nächstfolgenden Hubbewegung wieder abgegeben, so daß diese gespeicherte Energie
zur Verstärkung der Federkraft dient und auf diese Weise den Hub der kolben verstärkt
und die Leistung der Pumpe erhöht.
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Durch Rechts- oder Linksdrehung der Stellstange 12 können die Federkräfte
der Federn 7 und 8 eingestellt werden und so die Ruhestellung der beiden von den
Federn 7 und 8 beaufschlag--ten Kolben verändert werden. Auf diese Weise kann die
vom Armaturenteil 9 oder dem magnetischen Kopf des Antriebskolbens 1 entwickelte
,.agnetkraft und die Spannkraft der unteren Feder 8 eingestellt werden. Somit können
die auf die beiden Kolben 1 und 2 wirkenden Kräfte und die Hubwege der Kolben je
nach Bedarf eingestellt werden, womit eine Einstellung des Förderdruckes und des
Fördervolumens der Pumpe einhergeht. Die gewählte Einstellung an der Stellstage
12 wird durch eine Kontermutter 15 gesichert; in analoger Veise ist an der Druckeinstellschraube
41 eine Kontermutter 43 vorgesehen.
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Wie die vorstehende Beschreibung veranschaulicht, führen die beiden
Kolben 1 und 2 eine hin- und hergehende Bewegung aus, wenn Strom durch die Magnetspule
16 geleitet.und wieder abgeschaltet wird. fit Hilfe der nachgeordneten Bewegung
des Saugventiles 25 und des Auslaßventiles 28, die in der bekannten Weise als Rückschlagventile
arbeiten, wird die hin- und hergehende Bewegung des Arbeitskolbens 2 für eine Förderung
der
Förderflüssigkeit im Pumpendruckraum 10 genutzt. So wird Flüssigkeit
aus - der Richtung des pfeiles a durch eine- Ansaugöffnung 21 des Sauganschlusses
19 angesaugt, durch den Saugkanal 23- und die Ventilkammer 26 mit dem Saugventil
25 hindurch - in den Pumpendruckraum 10 eingesaugt@ von wo. die Blüssigkeit über
die-Ventilkammer-27-mit dem Auslaßventil 28 und eine Förderöffnung 22 im Druckanschluß
20 in Richtung des Pfeiles b gefördert wird.
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Wenn Änderungen in der Spannung an den Klemmen der Magnetspule 16
oder an der Drosselstellung eines Drosselventiles in der Druckleitung der Pumpe
auftretten, so steigt der Druck im Pumpendruckraum 10 über- denjenigen Förderdruck
der Pumpe hinaus an, der durch Einstellung der Federkraft der-Druckeinsterlfeder
39 über eine Verstellung der Druckeinstellschraube 41 auf einen-vorbestimm-ten einge's'tellt
ist. Wenn-dies der Fall ist, so strömt überschüssige Förderflüssigkeit durch den
Auslaß der Ventilkammer 27-mit dem Auslaßventil-28, den schräg verlaufenden Kanal
29 und die Bohrung 32 und bewegt den Druckeinstéllkolben 35 nach hinten oder ein
der Darstellung gemäß Fig. -1' -nach rechts,--wobei die D:ruckeinstellfeder-39 zusammengedrückt
wird. Dadurch hebt der Dichtkörper 34 am-Vorderende des Druckeinstellkolbens 35
vom Dichtsitz 33 ab, so daß Flüssigkeit durch'den3iichtsitz' 33 hindurchströmen
kann und in das Innere des Ventilzylinders 37 gel-angt. Eine -weitere Erhöhung des
Förderdruckes' der Pumpe führt zu einem noch weiterem Zurückdrängen des Druckeinstellkolbens
35 gegen die Kraft der Druckeinstellfeder 39, bis eine Schulter an dem gemäß Fig.
1 linken Ende des Druckeinstellkolbens 35 die Abströmöffnung 36 erreicht. Wenn dies
der Fall ist, so wird die Abströmöffnung 36 geöffnet und überschüssige Flüssigkeit
fließt durch die Abströmöffnung 36 hindurch in die Druckausgleichskammer 38-. Wenn
das Volumen:d,e'r'durch die Abströmöffnung 36-in die Druckausgleichkammer 38 ausströmenden
Flüssigkeit anwächst, so fällt der Druck in der an der Vorderseite des Druckeinstellkolbens
35 stehenden Förderflüssigkeit ab, so daß die Druckeinstellfeder 39 eine Vorwärtsbewegung
des Druckeinstellkolbens
35 erzwingt und dieser in der Darstellung
gemäß Fig. 1 nach links bewegt wird. Durch j nach bedarf erfolgendes offnen oder
sclliießen der Abströmöffnung 36 wird der Förderdruck der Pumpe auf einer vorkestinoten
Höhe gehal-ten.
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Von dem Zeitpunkt ab, an dem der Dichtkörper 34 vom Dichtsitz 33 abhebt,
bis zu dem Zeitpunkt, an dem die Abströmöffnung 36 geöffnet wird, wird der Druckeinstellkolben
35 im Inneren des Ventilzylinders 37 ständig hin und herbewegt. Diese bewegung des
Druckeinstellkolbens 35 dient beim Entlastungsventil einer erfindungsgemäßen Pumpe
zur Stoßdämpfung und zur Druckspeicherung, wodurch die im Betrieb auftretenden Druckänderungen
der Pumpe minimiert werden und die pulsierende Förderung durch den hin- und hergehenden
Arbeitskolben 2 in eine Förderung bei konstantem Druck und in konstantem Fördervolumen
umgesetzt wird. Da hierbei der Druckeinstellkolben 35 stets in Abhängigkeit vom
momentanen Förderdruck der Pumpe nach vorne oder nach hinten bewegt wird und dabei
die Abströmöffnung 36 öffnet oder schließt, strömt eine überschüssige Fördermenge
aus der Ventilkammer 27 mit dem Auslaßventil 28 ab, so daß der Druck der Flüssigkeit
in der Ventilkammer 27 gesteuert und auf einem vorbestimmten Wert gehalten werden
kann. In der erläuterten Weise kann der Förderdruck der Pumpe durch Einstellung
der Federkraft der Druckeinstellfeder 39, die den Dichtkörper 34 am Vorderende des
Druckeinstellkolbens 35 auf den Dichtsitz 33 preßt, über eine entsprechende Stellung
der Druckeinstellschraube 41 auf jede beliebige Höhe eingestellt werden. Wesentliches
Bauteil des Entlastungsventils einer erfindungsgemäßen Pumpe ist dahe-r der Druckausgleichs-
oder Druckeinstellkolben 5, der gleichzeitig als Federdruckspeicher wirkt und zur
Einstellung des Förderdruckes der Pumpe dient.
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Zusätzlich zur erläuterten Einstellung des Förderdruckes mittels des
Druckeinstellkolbens 35 im Entlastungsventil weist eine elektromagnetisch angetriebene
Pumpe der erfindungsgemäßen Bauart eine weitere Einstellmöglichkeit des Förderdruckes
und des Fördervolumens über die Stellstange 12 auf,
und zwar aus
folgenden Gründen: Die Stellung des Antriebskolbens 1, der von den beiden Federn
7 und 8 mit gleichen Federkräften frei. abgestützt wird, gegenüber der Lage des
Armaturenteiles 9 und der Magnetspule 16 sowie die Federkräfte der Federn 7 und
8 haben, erheblichen Einfluß auf die leistung der elektromagnetisch angetriebenen
Pumpe. Diese Größen werden nach eingehenden Untersuchungen des Einzelfalles festgelegt.
Jedoch können unabhängig von den für die Fertigung festgelegten Toleranzgrenzen
Unterschiede in den Abmessungen der Bauteile der Pumpe auftreter Es, können Unterschiede
im Reibungs-koeffizienten dadurch auftreten, d'aß die endbearbeitete Oberfläche
der Bauteile in ihren Toleranzgrößen differiert. Es können Unterschiede in den Feder
kons-tanten der -Pe'dern 7 un: 8 dadurch auftreten, daß deren Zugfestigkeit und
Abmessungen differieren. Es können Unterschiede in der magnetischen Permeabilität
dadurch auftreten, daß die Zusammensetzung oder das Gefüge des magnetischen Werkstoffes
differiert. Derartige Unterschiede addieren sich und haben erhebliehen Einfluß auf
die Arbeitsweise der elektromagnetisch angetriebenen Pumpe, so daß unterschiedliche
Leistungen der Pumpen unabhängig von den Toleranzgrenzen bei der Fertigung der Einzelteile
auftreten können.
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Wenn Unterschiede in der leistung der Pumpe vermieden werden sollen,
so ist wesentlich, daß die verwendeten, Werkstoffe gleiche Zusammensetzung und gleiche
mechanische Festigkeit aufweisen -und daß die Bauteile mit hoher Präzision gefertigt,
und sehr sorgfältig von hochqualifiziertem Fachpersonal montiert werden. Dadurch
steig"en- die Herstellungskosten erheblich an, so daß eine derart sorgfältige Fertigung
wirtschaftlich nicht tragbar ist. Darüberhinaus bietet eine solch hochgenaue Fertigung
auch technische Schwierigkeiten., Aus diesen Gründen müssen Einstellmöglichkeiten
für die gegenseitige Lage des Antriebskolbens 1, des Armaturenteiles 9-und der Magnetspule
16 und für die Federkräfte der sendern 7
und 8 vorgesehen werden,
so daß der Förderdruck der Pumpe auf einen K'aximalwert eingestellt werden kann.
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Mittels eines Entlastungsventiles od. dgl. können Einstellungen des
Förderdruckes einer Pumpe nur dann vorgenommen werden, wenn der vorgesehende Förderdruck
unterhalb des maximalmöglichen Druckes liegt. Wenn daher der Förderdruck einer Pumpe
aus irgendwelchen Gründen weit unterhalb des Maximaldrukkes liegt, so kann ein Entlastungsventil
nicht zur Verbesserung der Leistung der Pumpe beitragen und müssen hierzu zusätzliche
Einrichtungen vorgesehen werden. Ein solches zusätzliches Drittel ist in der Praxis
beispielsweise die Stellstange 12, mit der der Förderdruck der Pumpe erhöht werden
kann. Wenn beispielsweise der Abstand zwischen dem Antriebskolben 1 und dem Armaturenteil
9, das als Magnetkopf dient und den Luftspalt bildet, oder die Relativlage des Antriebskolbens
1 und der Magnetspule 16 um 0,5 mm geändert werden, so kann der Förderdruck von
beispielsweise 7 kg/cm2 auf bis zu 10 kg/cm2 angehoben werden.
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Selbst also dann, wenn Schwankungen der Spannung an den Klemmen der
Magnetspule 16 auftreten oder das Drosselventil in der Förderleitung innerhalb eines
vorbestimmten Bereiches auf einen beliebigen Wert eingestellt wird, kann der Förderdruck
der Pumpe im wesentlichen in einer vorbestimmten Höhe dadurch gehalten werden, daß
zunächst durch Einstellung an der Stellstange 12 der Förderdruck der Pumpe erheblich
höher als der vorbestimmte Wert e-ingestellt wird, und daß dann durch Einstellung
an der Druckeinstellschraube 41 die Einstellung des Förderdruckes auf den vorbestimmten
Wert erfolgt. Dadurch wird in jedem Falle ein merklicher Anstieg oder Abfall des
Förderdruckes der Pumpe vermieden.
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Die überschüssige Flüssigkeit, die über die Abströmöffnung 36 in die
Druckausgleichskammer 38 gelangt, strömt durch den Rückströmkanal 30 in die- Ringnut
38 stromauf des Saugventiles 25
Von da wird die überschüssige Förderflüssigkeit
durch den schlitzförmigen Durchbruch 24 in die Ventilkammer 26 mit dem Saugventil
25 gesaugt. Wenn es sich um eine leicht flüchtige Flüssigkeit wie beispielsweise
Kerosin, Leichtör oder Benzin handelt, so kann diese durch die Reibung im Spalt
zwischen dem Druckeinstellkolben 35 und dem Ventilzylinder 37 teilweise in die gasförmige
Phase übergehen oder können kleine in der Flüssigkeit enthaltene Luftblasen in der
Druckausgleichskammer 38, dem Rückströmkanal 30 oder der Ringnut 48 gestaut werden
und allmählich im Volumen anwachsen. Dies kann zur Bildung eines Gas- oder Dampfsackes
am Saugventil 25 oder zu Kavitation in der Pumpe führen. -Die Flüssigkeits-Gas-Mischung,
die auf diese Weise erzeugt wird, kann zu Druck-und Volumensänderungen der Flüssigkeit
in der Pumpe und damit zu einem Leistungsabfall der Pumpe führen.
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Um diese Nachteile zu vermeiden, ist -die Druckausgleichskammer 38
so ausgebildet, daß sie sich von ihrem Vorderende aus, in dem die Abströmöffnung
36 liegt, in Richtung auf ihr rückwärtiges Ende, an dem die Druckeinstellschraube
41 liegt, allmählich erweitert, so daß Luftbläschen, die über die Abströmöffnung
36 in die Druckausgleichskammer 38 eingeschwemst werden, schnell zur Oberseite der
Druckausgleichskammer 38 gelangen und von dort in den Rückströmkanal 30 eintreten.
Der Rückströmkanal 30, der- sich nach oben erstreckt, weist den geringstmöglichen
Querschnitt- auf, so daß die zur Ventilkammer 26 mit dem Saugventil 25 zurückströmende
Flüssigkeit über den Rückströmkanal 30 schnell zur Ventilkammer 26 gelangt, so daß
die Luftbläschen fein verteilt werden und eine Stauung von Luftblasen im Rückströmkanal
30 ausgeschlossen ist.
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Wie bereits erläutert, weist der oberhalb der Druckausgleichskammer
38 angeordnete Rückströmkanal 30 einen verminderten Querschnitt auf, um eine Trennung
der Buftblasen von der Flüssigkeit herbeizuführen und sie zur Flüssigkeitsoberfläche
zu bringen, so daß die kleinen Luftbläschen schnell durch den Rückströmkanal 30
zur Ringnut 38 strömen können. Die kleinen
Die kleinen Juftbläschen
sind in geringen K-engen in der von außerhalb der Pumpe angesaugten Flüssigkeit
enthalten und haben keinen Einfluß auf die Leistung der Pumpe. Wenn die Buftblasen
jedoch ein im Vergleich mit den Abmessungen der Kolben oder den Volumen der Ventilkammer
26 mit dem Saugventil 25 oder dem Pumpendruckraum 10 großes Volumen erreichen, so
würde sich in einer Ilubkolbenpumpe sofort ein sogenannter Dampf sack bilden, der
infolge der Kompressibilität des Dam«es oder des Gases- die Druckübertragung vom
Arbeitskolben auf die Flüssigkeit dämpft; dies besonders in einer elektromagnetisch
angetriebenen Pumpe, in der der Arbeitskolben 2 einen kleinen Durchmesser und einen
geringen TMb hat, so daß die Flüssigkeitsförderung durch die Pumpe instabil würde.
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In einer Pumpe der erfindungsgemäßen Bauart kann Beckflüssigkeit
durch den kleinen Spalt zwischen dem Arbeitskolben 2 und dem Zylinder 5 in die untere
Federkammer 46 eindringen.
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Die in die untere Federkammer 46 eingedrungene Flüssigkeit steigt
allmählich zum Zylindermantel 4 und zu vertikalen Durchgangsbohrungen 45 im Antriebskolben
1 auf und sammelt sich schließlich in einer oberen Federkammer 44, in der die obere
Feder 7 liegt. Bei Freikolbenpumpen wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel, bei
denen der Durchmesser oder die Querschnittsfläche des elektromagnetisch angetriebenen
Antriebskolbens 1 erheblich größer ist als diejenige des Arbeitskolbens 2, ist der
Wi-derstand, den die Flüssigkeit im Zylindermantel 4 und in der oberen Federkammer
44 der Bewegung des Antriebskolbens 1 entgegensetzt, so groß, daß die Arbeit der
Pumpe merklich beeinflußt wird, mit dem Ergebnis, daß der Wirkungsgrad bzw. die
Leistung der Pumpe zwangsläufig vermindert wird. Um diesen Nachteil zu vermeiden
ist erfindungsgemäß der Leckkanal 47 im Pumpengehäuse 51 vorgesehen, der eine Verbindung
zwischen der unteren Federkammer 46 und der Ringnut 48 auf der Saugseite der Pumpe
herstellt und so Leckflüssigkeit an die Saugseite der Pumpe zurückführt.
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Die von der elektromagnetisch angetriebenen Pumpe geförderte
Flüssigkeit
kann entweder aus einem Vorratsbehälter mit einem gegenüber der Pumpe höheren Flüssigkeitsspiegel
entnommen oder aus einem Vorratsbehälter unterhalb der Pumpe angesaugt werden. Im
letzteren fall beträgt die Zahl der Tübe des Antriebskolbens 1 bei einer nutzung
der Vollwelle des Wechselstromes aus dem 'e-ts für den Antrieb 6000 pro T'1inute
bei 50 Hertz und 7200 pro minute bei 60 hertz; wenn bei gleichgerichtetem Wechselstrom
nur eine Halbwelle genutzt wird, so beträgt die Anzahl der Tube 5000 pro Minute
bei 50 Hertz und 3600 pro Minute bei 50 Hertz Wechselstromfrequenz. Daher bewegt
sich der Antriebskolben 1 im Betrieb mit hohen Geschwindigkeiten. Da der Antriebskolben
1 einen größeren Durclmmesser als der Arbeitäkolben 2 hat, kann durch diese schnelle
Bewegung Flüssigkeit von der Saugseite der Pumpe durch den Leckkanal 47 hindurch
in die Federkammern 44 und 46 sowie den Zylindermantel 4 eingesaugt werden, wo die
Flüssigkeit die Arbeit der Pumpe behindert.
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Um ein solches Ansaugen von Flüssigkeit über den Leckkanal 47 in die
untere Federkammer 46 zu vermeiden, ist der langgestreckte Saugkanal 23 im Sauganschluß
19 mit vergleichsweise kleinem Durchmesser ausgeführt, so daß der angesaugten Flüssigkeit
ein gewisser Strömungswiderstand entgegengesetzt wird und die Strömungsgeschwindigkeit
im Saugkanal 23 erhöht wird.
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Dies führt zu einer Absenkung des statischen Druckes der Flüssigkeit
im Saugkanal 23, so daß Flüssigkeit von den Federkammern 44 und 46 und dem Zylindermantel
4 durch den Leckkanal 47 angesaugt wird und vermieden ist, daß Flüssigkeit über
den Leckkanal 47 in die untere Federkammer 46 gelangt. Vorzugsweise weist das Filter
50 eine große Dicke. auf. Je größer die Dicke des Filters 50 ist, um so größer ist
der vom Filter 50 ausgehende Strömungswiderstand für die in die Pumpe eingesaugte
Flüssigkeit. Darüberhinaus wird der Druck der angesaugten Flüssigkeit abgesenkt
und wird ebenfalls die positive statische Druckhöhe an der Saugseite der Pumpe vermindert.
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In der erläuterten Weise kann der Flüssigkeitsdruck an der
Saugseite
der Pumpe so weit vermindert werden, daß negativer Druck an der Saugseite einer
erfindungsgemäßen Pumpe vorliegt.
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Dies bietet zusätzliche Vorteile, da hierdurch die Strömung von überschüssiger
Flüssigkeit, die über den Rückströmkanal 50, die Ringnut 48 und den Durchbruch 24
in der erläuterten Weise zur Beschränkung des Förderdruckes von der Druckausgleichskammer
38 in die Ventilkammer 26 strömt, erleichtert wird.
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Der Durchmesser und die Länge des Saugkanales 23 können gemäß den
Erfordernissen des Einzelfalles mit den Leistungsdaten der Pumpe, je nach dem Vorliegen
einer positiven oder negativen Druckhöhe an der Saugseite der Pumpe, entsprechend
dem Durchmesser, der Arbeitsgeschwindigkeit und der Länge der bubbewegung (entsprechend
dem von der Pumpe geförderten Volumen) je des Antriebskolbens 1- oder des Arbeitskolbens
2, entsprechend der zu fördernden Flüssigkeit, deren Viskosität oder anderer Eigenschaften
oder Zustände, und dem Förderdruck der Pumpe schwanken.
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Das Auftreten eines Widerstandes gegen die Bewegungen des Antriebskolbens
1 durch Leckflüssigkeit in der Federkammer 46 entweder aus dem Spalt zwischen dem
Zylinder 5 und dem Arbeitskolben 2 oder aus dem Leckkanal 47 infolge einer positiven
Druckhöheaeer Saugseite der Pumpe ist in der vorstehend geschilderten Weise vermieden.
Jedoch kann solche Beckflüssigkeit im Lauf der Zeit aus irgendeinem Grunde auftreten
und die untere Federkammer 46 und den Zylindermantel 4 füllen.
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Wenn dies der Fall ist, so wird die Arbeit des Antriebskolbens 1 behindert.
Um dies zu vermeiden, sind erfindungsgemäß weitere Maßnahmen getroffen.
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Wie bereits erläutert erstrecken sich vertikale bzw. axparallele Durchgangsbohrungen
45 durch den Antriebskolben1. Die vertikalen Durchgangsbohrungen 45 weisen jeweils
leicht geneigte und stark abgeschrägte Öffnungen auf, um so den Aufprall der Flüssigkeit
und den von der Flüssigkeit hervorgerufenen Widerstand zu vermindern. Bei der Bestimmung
des Durchmessers,
der Anordnung, der Länge und der Anzahl der vertikalen
Durchgangsbohrungen 45 sollten die folgenden Sinflußgrößen beachtet werden. Vor
allem sollte die Querschnittsfläche des Antriebskolbens 1 ausreichend groß sein,
um den Durchtritt einer ausreichenden Anzahl von Feldlinien durch den Antriebekolben
1 zu ermöglichen. Sodann sollte die Masse des Antriebskolbens 1 ausreichend groB
sein, um bei der Bewegung eine ausreichende kinetische Energie zu speichern, welche
beim Auftreffen auf die Federn und bei der Umwandlung der kinetischen Energie in
Federenergie eine entsprechende Leistungserhöhung sicherstellt. Schließlich sollten
die Viskosität und andere Eigenschaften der geförderten Flüssigkeit beachtet werden.
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In Fig. 2 ist ein Längsschnitt durch eine Ausführungsform eines Antriebskolbens
1 für eine erfindungsgemäße Pumpe dargestellt. Dabei bezeichnet D den Durchmesser
des Antriebskolbens 1, L die Länge des Antriebskolbens, d den Durchmesser jeder
vertikalen Durchgangsbohrung 45 und 1 die Länge jeder vertikalen Durchgangsbohrung.
Wie mit der erfindungsgemäßen Pumpe durchgeführte Versuche bestätigt haben, wird
der Betrieb der Pumpe durch Leckflüssigkeit im Falle von Wasser, Kerosin, Leichtöl
od. dgl. mit niedriger Viskosität nicht wesentlich beeinflußt, wenn die folgenden
Beziehungen eingehalten werden, wobei angenommen ist, daß die Länge 1 der Durchgangsbohrungen
45 zwischen L/2 und L liegt: Wenn 1 = 0,75 D ist, so ist einzuhalten 6 #d2/4 # #/4
D2.
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Dies zeigt, daß die Summe der Querschnittsflächen der vertikalen Durchgangsbohrungen
45 mehr als ein Sechstel der Querschnittsfläche des Antriebskolbens 1 betragen sollte.
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Wenn 1 = 1,5 D ist, so ist einzuhalten 5 -T-- ) #/4 12.
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Dies zeigt, daß die Summe der Querschnittsflächen der vertikalen Durchgangsbohrungen
45 größer als ein Fünftel der Querschnittsfläche des Antriebskolbens 1 sein soll.
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Wie die vorstehende Beschreibung zeigt, kann der von der Leckflüssigkeit
auf den Kolben beim netrieb ausgeübte Widerstand vermindert werden und kann folglich
die Querschnittsfläche jeder vertikalen Durchgangsbohrung 45 vermindert werden,
wenn die vertikalen Durchgangsbohrungen 45 in der kürzesten Entfernung hinsichtlich
der vertikalen Abmessung des Antriebskolbens 1 liegen.
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Versuche mit einer erfindungsgemäßen Pumpe haben auch bestätigt, daß
ein hoher Wirkungsgrad der Pumpe dann besser sichergestellt werden kann, wenn eine
Elehrzahl von ver-tikalen Durchgangsbohrungen 45 gleichmäßig ver-teilt auf dem Umfang
eines Kreises um die Littelachse des Artriebskolbens 1 angeordnet sind, anstatt
nur eine vertikale Durchgangsbohrung koaxial zur Längsmittelachse des Antriebskolbens
1 vorzusehen.
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Die vertikalen Durchgangsbohrungen 45 im Antriebskolben 1 dienen zwar
zur Verminderung des Widerstandes, den Beckflüssigkeit im Zylindermantel 4 auf den
Antriebskolben 1 im Betrieb ausüben kann, jedoch ist zu betonen, daß im normalen
Betrieb einer erfindungsgemäßen Pumpe in der weiter oben geschilderten Weise überhaupt
keine Leckflüssigkeit in den Bereich des Antriebskolbens 1 gelangt, wenn die erläuterten
Maßnahmen hiergegen ergriffen werden. Die vertikalen Durchgangsbohrungen 45 dienen
daher lediglich zur zusätzlichen Sicherung eines einwandfreien Betriebs der Pumpe,
selbst für den Fall, daß infolge irgendwelcher Störungen im Laute der Zeit dennoch
Leckflüssigkeit in den Bereich des Antriebskolbens 1 gelangt.
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Der Dichtkörper 34 an der Vorderseite des Druckeinstellkolbens 35
wird in der erläuterten Weise durch die Federkraft der Druckeinstellfeder 39 auf
den Dichtsitz 33 des Pumpengehäuses 51 aufgedrückt, so daß der Innenraum des Ventilzylinders
37 von der Bohrung 32 im Pumpengehäuse abgeschlossen ist und keine Flüssigkeit in
den Innenraum des Ventil zylinders 37 eindringen kann. Eine solche zusätzliche Abdichtung
empfiehlt
sich aus verschiedenen Gründen. Wenn am Dichtsitz 33
beim in Betrieb setzen der Pumpe, wenn vor dem Ansaugen von Flüssigkeit die Buft
aus den Kanälen an der Saugseite der Pumpe entfernt werden muß, keine gute Abdichtung
vorhanden wäre, bestünde über die Druckausgleichskammer 38 eine Verbindung zwischen
der Druckseite und der Saugseite der Pumpe durch den kleinen Spalt zwischen dem
Ventilzylinder 527 und dem Druckeinstellkolben 35, so daß die Saugleistung der Pumpe
vermindert würde und die Entfernung der Buf-t vor dem Ansaugen der Flüssigkeit Schwierigkeiten
bereiten würde oder lange Zeit in Anspruch nähme.
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Wenn Flüssigkeit, insbesondere Flüssigkeit niedriger Viskosität, aus
einem Vorratsbehälter entnommen wird, der oberhalb der Pumpe angeordnet ist und
vor der Abgabe unter Druck gesetzt wird, so würde beim Fehlen einer guten Abdichtung
im Bereich des Di cht sitzes 33 Flüssigkeit im Stillstand der Pumpe von dem Sauganschluß
19 aus über den Rückströmkanal 3C, den Spalt zwischen dem Ventilzylinder 37 und
dem Druckeinstellkolben 35 und die Bohrung 32 zur Druckseite der Pumpe gelangen.
Wenn die Pumpe dazu dient, Heizöl unter Druck zu setzen und an einen Brenner abzugeben,
so besteht die Gefahr einer Explosion oder eines Feuerausbruches durch beim Stillstand
der Pumpe in den Brennraum gelangtes Heizöl. Um einen solchen Unfall zu vermeiden,
wirken der Dichtkörper 34 und der Dichtsitz 33 als Absperrventil. Ein solches Absperrventil
erweist sich somit als vorteilhaft einerseits zur Verbesserung der Saugleistung
der Pumpe und andererseits zur Vermeidung von Durchfluß von Leckflüssigkeit durch
die Pumpe im Pumpenstillstand, je nach dem, ob die Druckhöhe an der Saugseite der
Pumpe positiv oder negativ ist.
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Im Betrieb der Pumpe oszilliert der im Ventilzylinder 37 gleitende
Druckeinstellkolben 35 hin und her und dient dabei als Druckspeicher. Wenn der Druck
in der Pumpe einen vorbestimmten Wert übersteigt, so bewegt sich der Druckeinstellkolben
35 in der Darstellung gemäß Fig. 1 weiter nach rechts und legt die
Abströmöffnung
36 frei, so daß überschüssige Förderflüssigkeit durch die Abströmöffnung 36 in die
Druckausgleichskammer 38 abströmen kann und so der örderdruck der Pumpe auf demjenigen
vorbestimmten Wert gehalten werden kann, der durch Drehung der Druckeinstellschraube
41 und entsprechende Spannung der Druckeinstellfeder 99 eingestellt ist. Die Buftblasen
in der überschüssigen Flüssigkeitsmenge, die in die Druckausgleichskammer 38 abgegeben
wird, schwimmen durch die Ausbildung des sich nach oben erstreckenden ,ückströrnkanAls
30 mit vergleichsweise kleinem Querschnitt an die vlüssigkeitsoberfläche auf und
werden fein verteilt. Die Uberschußflüssigkeit, die Suft-blasen in fein verteilter
Form enthält, wird schnell zur Saugseite zurückgefülirt. Der Druck wird ständig
durch den erhöhten Strömungswiderstand in den Strömungskanälen und einer Erhöhung
der Strömungsgeschwindigkeit vermindert, je nach dem, ob die Druckhöhe an der Saugseite
positiv oder negativ ist. Die zurückgeführte Flüssigkeit wird in die Ringnut 48
auf der Saugseite der Pumpe eingeführt, in der ein Unterdruck aufrechterhalten wird,
und weiter der von außerhalb der Pumpe angesaugten Flüssigkeit zugemischt. Auf diese
Weise wird das Auftreten eines Dampfsackes bzw. Gassackes oder von Kavitation verhindert
und sind Schwankungen im Förderdruck und Fördervolumen der Pumpe vermieden, so daß
die Pumpe mit gutem Wirkungsgrad und hoher Leistung arbeitet.