DE2515229A1 - Pumpe, z.b. kolbenpumpe fuer hydraulische duesenwebstuehle, pumpe mit rotationsteilen zur foerderung von fluessigkeiten und dergleichen - Google Patents

Description

ΡΑΤΕΝΤΛ NVaLT

DIPL.-PHYS. DR. WALTHER JUNIUS 3 Hannover

WOLFSTRASSE 24 · TELEFON (05 11) 83 45 30

3. April 1975

ür.J/R

Meine Akte: 2273

ELITEX - Zävody textilniho strojirenstvi, generalni reditelstvi,
Liberec, Tschechoslowakei

Pumpe, z.B. Kolbenpumpe für hydraulische Düsenwebstühle, Pumpe mit Rotationsteilen zur Förderung von Flüssigkeiten und dergleichen

Die Ki'Lindung betrifft eine Pumpe, z.B. eine Kolbenpumpe für hydraulische Düsenwebstühle oder eine Pumpe mit Rotationsteilen zur Förderung von Flüssigkeiten, insbesondere V/asser, gegebenenfalls Lösungen anorganischer Säuren, Basen oder dergleichen.

Bei bekannten Pumpen, insbesondere Kolbenpumpen, aber auch Rotations-Zentrifugalpumpen, treten manche Mangel auf, welche die Wirkungsweise weiterer, auf sie angewiesener Maschinen ungünstig beeinflussen. Die Ursache dieser Mangel ist in der Art der geförderten Flüssigkeit,

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in deren Aggressivität und in ihr enthaltener Unreinheiten begründet, die auf Reibflächen dieser Pumpen, insbesondere Kolben und Zylinder oder Lager, evtl. Stopfbüchsen bei Rotationspumpen, einwirken.

Kolben und Zylinder werden bei bekannten Kolbenpumpen, insbesondere für hydraulische Düsenwebstühle, bisher aus metallischen Stoffen hergestellt. Die Oberfläche des Pumpenkolbens ist hochverchromt und geläppt. Der Kolben bewegt sich in einem präzis geläppten Zylinder. Die Größe seiner Reibung auf der Zylinderwand ist durch Unreinheiten und durch die Aggressivität·der geförderten Flüssigkeit beeinflußt. Die erwähnten Unreinheiten, aber auch aggressive Stoffe und in der geförderten Flüssigkeit enthaltene, unlösliche Salze wirken nach einiger Zeit auf den Betrieb der Pumpe störend ein, indem sie ein Einreiben und die Bildung von Niederschlagen verursachen, wodurch sich die Temperatur des Kolbens und des Zylinders und die mit ihr zusammenhängende Wärmeausdehnung ändern. Mit der Temperaturänderung und der Bildung verschiedener Niederschläge aus unlöslichen Salzen u. dgl. auf den Wänden des Zylinders und des Kolbens ändert sich die gegenseitige Toleranz des Kolbens und des Zylinders. Gewöhnlich erhöht sich die Reibung des Kolbens im Zylinder. Bei jenen Kolbenpumpen, bei denen der ■Verdrängungshub des Kolbens im Zylinder durch eine vorgespannte Feder hervorgerufen wird, schwankt der Druckverlauf der verdrängten Flüssigkeit beim erwähnten Verdrängungshub des Kolbens. Die Pumpe muß während des Betriebes immerfort so eingestellt werden, daß der Druckverlauf der verdrängten Flüssigkeit nicht schwankt. Bei hydraulischen Düsenwebstühlen beeinflussen unerwünschte, schwankende

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Änderungen im Druck der Flüssigkeit die Funktion der Düse zum Eintragen eines Schußfadens in ein Fach ungünstig. Es entstehen unvollendete Flugweiten des Schußfadens, verschiedene Schlingen und andere Mängel beim Weben.

Pumpen mit Rotationsteilen, insbesondere Zentrifugalpumpen mit kontinuierlicher Flüssigkeitsverdrängung, enthalten neben den Lagern verschiedene Arten von Stopfbüchsen, wie z.B. Gummidichtungsringe, Ledermanschetten, Dichtungsschnüre und dergleichen, welche jedoch nach relativ kurzer Betriebszeit abgenutzt sind und dann aufhören abzudichten, so daß es notwendig ist, sie auszuwechseln oder nachzuziehen. Je nach Art der zu befördernden Flüssigkeit ist es notwendig, die erwähnten Stopfbüchsen und Lager sorgfältig zu wählen, damit sie insbesondere im aggressiven Flüssigkeitsmedium Genüge leisten.

Bei beiden Pumpenarten, Kolbenpumpen und Pumpen mit Rotationsteilen, ist es natürlich notwendig, die Schmierung jener Teile zu sichern, die sich gegenseitig in Gleit- oder Wälzberührung befinden.

Bisher ließ sich das Problem der Schmierung von Kolben oder Lager einer Pumpe mit Rotationsteilen dort, wo die geförderte Flüssigkeit z.B. Wasser ist, nicht mit Erfolg lösen. Wasser bildet nämlich mit vielen Schmiermitteln verschiedene Emulsionen, welche eine geringe Schmierwirkung haben, die Reibungsbedingungen verschlechtern, noch

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dazu nach Förderung in den Verdrängungskreis der Pumpe die verdrängte Flüssigkeit- entwerten, was z.B. bei hydraulischen Düsenwebstühlen eine unerwünschte Verunreinigung des gewebten Stoffes mit sich bringt.

Kolbenpumpen zur Wasserbeförderung enthalten selbständige Kammern oder Nuten in den Zylinderwänden, in die Schmiermittel zugeführt wird. Diese sind in der Fertigung kompliziert herzustellen und nehmen sämtliche Unreinheiten, unlösliche Salze, z.B. Eisenoxyde auf. Diese und die Aggressivität der geförderten Flüssigkeiten oder deren Lösungen verursachen und verstärken die oben erwähnten Nachteile.

Bei Pumpen mit Rotationsteilen kommt es wesentlich auf die Dichtheit der Stopfbüchsen und die Qualität der Lager an. Sofern die Lager aus üblichen Materialien hergestellt sind, können sie nicht einmal der direkten Einwirkung eines Flüssigkeitsmediums ausgesetzt werden, insbesondere wenn die geförderte Flüssigkeit keine Schmiereigenschaften, wie z.B. Wasser, besitzt.

Das Ziel der Erfindung ist die Ausbildung der wesentlichen Pumpenteile, welche sich in gegenseitiger Gleitberührung befinden, in einer solchen Ausführung und Materialzusammensetzung, die allen ungünstigen Einwirkungen der geförderten Flüssigkeit widersteht und eine weitere, zusätzliche Schmierung unnötig macht, sowie auch beim Übergang von einer Sorte einer geförderten Flüssigkeit auf eine andere Sorte die gleichen Leistungsparameter

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der Pumpe ständig gewährleistet.

Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß Pumpenteile, die sich gegenseitig in Gleitberührung befinden, wie z.B. Kolben und Zylinder oder Welle und Lager, und zumindest von einer Seite der Wirkung eines Flussigkeitsmediums ausgesetzt sind, aus keramischem Material von einer Härte nach dem neunten Grad der Mohschen Härteskala, z.B. aus gesintertem Aluminiumoxyd (Al^O,) bestehen.

Vorteilhaft ist es, wenn Kolben und Innenwände des Zylinders in einer mindestens dem Kolbenhub entsprechenden Länge glatt sind.

Zweckmäßig ist es, wenn Kolben oder Welle der Pumpe einen Kern enthalten, welcher aus metallischen Stoffen hergestellt

Auch ist es vorteilhaft, wenn die Innenwände einer Büchse für die Welle auf dem Umfang und in der Berührungslänge mit der Welle glatt sind.

Das keramische Material soll eine Härte von 78 RC besitzen.

Durch die Ausführung der erwähnten Pumpenteile nach der Erfindung werden Kammern oder Nuten in den Wänden von Zy-

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lindern, gegebenenfalls Kolben für die Zufuhr und Verteilung des Schmiermittels zu diesen Teilen unnötig. Die hohe Oberflächenhärte des Iceramischen Materiales läßt die Förderung einer Flüssigkeit auch mit feinen mechanischen Unreinheiten zu, weil sich diese zwischen den gegenseitig sich reibenden Pumpenteilen ausschleifen.

Mit Hilfe der Pumpe kann insbesondere Wasser gefördert werden, weil es für die erwähnten Pumpenteile das Schmiermittel bildet. Lösungen anorganischer Säuren und Basen u. dgl., sofern sie auf die Oberflächenstruktur, z.B. des Kolbens und Zylinders,nicht störend einwirken, können auch ohne Beschwerden mit Hilfe der erfindungsgemäßen Pumpe gefördert werden.

Das Wesen der Erfindung sowie weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung sind nachstehend anhand von einigen, in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen von Pumpen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die Gesamtausführung einer Kolbenpumpe im Längsschnitt sowie die Verteilung der angesaugten und verdrängten Flüssigkeit unter Verwendung von zwei Einwegventilen;

Fig. 2 einen Teil einer Kolbenpumpe, bei der das Ansaugen der Flüssigkeit mit Hilfe eines Kolbens und die Flüssigkeitsverdrängung mit Hilfe eines Einwegventiles gesteuert ist;

Fig. 3 einen Flansch einer Pumpe mit Rotationsteilen mit eingebautem Lager und Welle.

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Ein Ausführungsbeispiel einer Kolbenpumpe mit aus keramischem Material gebildetem Zylinder und Kolben ist in der Fig. 1 veranschaulicht. Ein Pumpengehäuse 1 ist mit einem Zylinder 2 versehen, der aus keramischem Material, z.B. Aluminiumoxyd, mit einer Oberflächenhärte von 78 HO besteht und in den neunten Grad der Mohschen Härteskala gehört. Im Zylinder 2 ist ein axial beweglicher Kolben 3 gelagert, der aus demselben keramischen Material wie der Zylinder 2 besteht. Der Kolben 3 ist mit einem Stahlkern 4 versehen, der mit einem Gewindeschaft 5 abschließt. Auf dem Schaft 5 befindet sich eine Schraubenmutter' 6 mit einem Rohrstutzen 7i gegen den sich eine Druckfeder 8 abstützt. Auf die Schraubenmutter 6 wirkt durch Vorsprünge 9 das freie Ende eines Betätigungshebels 10 ein, der auf einem Zapfen 11 gelagert ist. Durch diesen Zapfen 11 wird von einem nicht dargestellten Hebel, der auf der abgekehrten Seite des Pumpengehäuses 1 angeordnet ist und mit einem Nocken 12 im Eingriff steht, Bewegung auf den Betätigungshebel 10 übertragen. Der Nocken 12 ist durch eine nicht dargestellte Übersetzung mit der Hauptwelle der Maschine, z.B. mit einem hydraulischen Düsenwebstuhl, verbunden.

Die Druckfeder 8 ist mit ihrem unteren Ende in einer Stellbüchse 13 gelagert, die mit Hilfe einer Einstellmutter 14- in axialer Richtung bewegt werden kann. Durch Änderung der Lage der Stellbüchse 13 ändert sich die Vorspannung der Druckfeder 8.

Im Hohlraum des Rohrstutzens 7 ist das Ende eines Hubbegrenzers des Kolbens 3 gelagert, der im wesentlichen

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aus einem Durchgangsstab 15 besteht. Dieser Durchgangsstab 15 ist auf dem einen, im Rohrstutzen 7 befindlichen Ende mit einem Band oder einer VerstäiJüng, im mittleren Teil seiner Länge mit einem Gewinde für eine Einstellmutter 16 sowie einer Skala und auf dem anderen Ende mit einem Zapfen 17 zur Verbindung mit einem Pedal 18 versehen. Dieses Pedal 18 dient zur Betätigung des Kolbens 3 der Pumpe, wenn die Maschine stillsteht.

Im Oberteil des Pumpengehäuses 1 ist ein Saugkanal 19 und ein Druckkanal 20 für die geförderte Flüssigkeit ausgebildet. Beide Kanäle 19 und 20 sind mit Einwegkugelventilen 21, 22 versehen. Die geförderte Flüssigkeit wird mit Hilfe einer Rohrleitung 23 über ein Feinfilter 24 in den Saugkanal 19 zugeführt. Der Druckkanal 20 ist mit einem Drosselventil 25 für die in die Rohrleitung 26 geförderte Flüssigkeit versehen. An dieser Rohrleitung 26 ist eine nicht dargestellte hydraulische Düse zur Eintragung von Schußfäden in ein Fach eines hydraulischen Webstuhles angeschlossen.

Die Arbeitsweise der beschriebenen Pumpe ist folgende:

Während des Betriebes der Maschine dreht sich der Nocken 12, von dem sie die Bewegung auf den Betätigungshebel 10 überträgt, welcher die vorgespannte Druckfeder 8 zusammendrückt und zugleich den Kolben 3 in eine untere Stellung periodisch bewegt. Bei diesem Hub des Kolbens 3 wird Flüssigkeit über das Einwegventil 21 in den Raum des Zylinders 2 angesaugt. In einer bestimmten Teilumdrehungsstellung des Nockens 12 wird der Betätigungshebel 10 plötzlich entlastet , worauf die vorgespannte Druckfeder 8 den

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Kolben 3 in den Verdichtungshub bringt. Bei diesem Hub schließt sich das Einwegkugelventil 21 im Saugkanal 19 und öffnet sich das Einwegkugelventil 22 im Druckkanal 20.

Der Druck der verdrängten Flüssigkeit ist durch den Vorspannungsgrad der Druckfeder 8 und die Einstellung des Drosselventils 25 bestimmt, während das Gesamtvolumen der verdrängten Flüssigkeit durch die Länge des Verdrängungshubes des Kolbens 3 gegeben ist, welcher durch Einstellung des als Hubbegrenzer des Kolbens 3 dienenden Durchgangsstabes 15 bestimmt ist.

Die Schmierung des Kolbens 3 im Zylinder 2 ist durch die geförderte Flüssigkeit, z.B. Wasser, gesichert, wobei kleine, mechanische Unreinheiten, welche das feine Filter passieren und Salze, welche sich auf den Wänden des Kolbens 3 und Zylinders 2 ausscheiden, dem Betrieb der Pumpe nicht hinderlich sind. Denn keine der Unreinheiten und keines von den Salzen erreicht eine solche Härte, wie sie die Oberfläche der Wände des Zylinders und Kolbens 3 aufweisen, so daß die Unreinheiten und Salze beim Lauf des Kolbens 3 im Zylinder 2 zu mikroskopisch kleinen Teilchen zerschliffen werden, die weder ein Einreiben verursachen, noch anders den gewünschten Betrieb der Pumpe beeinflussen.

Eine Alternativ-Ausführung der in Fig. 2 veranschaulichten Kolbenpumpe unterscheidet sich von der Pumpe nach Fig. 1 nur durch die Art der Verteilung der geförderten

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Flüssigkeit. Der Saugkanal 19 ist ohne Einwegventil, weil das Schließen dieses Saugkanals 19 der Kolben 3 bei seinem Verdrängungshub besorgt. Der Kolben 3 sinkt nur in eine solche untere Stellung, bei der dessen Stirnfläche mit der unteren Wand des Saugkanals 19 in einer Ebene liegt. Aus dem Innenraum des Zylinders 2 wird eine solche Flüssigkeitsmenge verdrängt, welche der Stirnfläche des Kolbens 3 und der Hubgröße des Kolbens 3 gemäß der Einstellung <äes Hubbegrenzers des Kolbens wie bei der Pumpenausführung gemäß !ig. 1 entspricht.

Das keramische Material, aus dem der Kolben 3 und Zylinder 2 der Kolbenpumpe hergestellt ist, eignet sich auch zur Verwendung bei Pumpen mit Rotationsteilen, z.B. Zentrifugalpumpen.

In Fig. 3 ist schematisch ein Flansch 30 eines Zentrifugalpumpengehäuses 1 veranschaulicht. Ein Lager 31 für eine Welle 32 der Pumpe ist in Form einer Büchse mit Stirnabsetzung 33 gebildet. Diese Stirnabsetzung des Lagers 31 ist z.B. zwecks axialer Einstellung dieses Lagers im Gehäuse 1 und zugleich als Stütze zum Auffangen von Axialdrücken ausgebildet. Das im Lager befindliche Ende der Welle 32 ist mit dem gleichen keramischen Material wie das Lager 31 versehen. Zu diesem Zweck ist das Ende der Welle 32 in Form eines Kernes aus irgendeinem Metall, z.B. Stahl, ausgebildet und dann auf ihn unter Verwendung eines geeigneten Klebemittels, z.B. auf der Basis künstlicher Harze, keramisches Material in Form einer Wellenbüchse 3^ befestigt (Fig. 3)·

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Der Zylinder 2 für die Kolbenpumpe nach Fig. 1 und 2 sowie des Lagers 51 für die Zentrifugalpumpe nach Fig. 3 wird aus keramischem Material zuerst in Form eines Halbfabrikates nach einem Präζisionsgußverfahren, z.B. Spritzgießen, hergestellt und deren Funktionsflächen mit einer Genauigkeit im Ordnungsbereich von mehreren Tausendstel mm mittels Diamantschleifscheiben unter reichlicher Benetzung mit Wasser abgeschliffen. Der Kolben 3 für Kolbenpumpen sowie auch die Wellenbüchsen 34» insbesondere für Zentrifugalpumpen, werden gleichfalls zuerst in Form von Halbfabrikaten nach dem Präzisionsgußverfahren hergestellt. Nachher werden sie durch Kleben und Löten, z.B. Verzinnen, auf dem Stahlkern 4 des Kolbens 3 oder Ende der Welle 32 befestigt und gemeinsam mit ihnen mit hoher Genauigkeit auf den gewünschten Durchmesser mit einer Oberflächengüte von minimal 2,2 Mikron abgeschliffen.

Keramisches Material, insbesondere gesintertes Aluminiumoxyd (AIoO,), zeichnet sich durch hohe dielektrische Festigkeit bis 22 KV/mm bei 50 Hz, durch hohe Beständigkeit gegen plötzliche Temperaturänderungen, durch vernachlässigbare Saugfähigkeit und durch ein hohes Längen-Dehnungsvermögen aus. Die Oberflächenhärte beträgt nach der Rockwellskala bis 78 RC und ist nach der Mohschen Härteskala im neunten Grad eingereiht. Keramisches Material ist gegen Wasser und in ihm enthaltene unlösliche Salze indifferent, widersteht allen Lösungen anorganischer Säuren und Basen sowie auch weiteren aggressiven Stoffen. Insbesondere Wasser (HpO) wirkt bei Reibberührung mit den aus diesem keramischen Material ausgebildeten Bestandteilen als einwandfreies Schmiermittel und gegebenenfalls in ihm enthaltene mechanische Unreinheiten, z.B. Eisenoxyde

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u. dgl., werden zwischen den Reibungsflächen zu mikroskopisch feinen Teilchen zerschliffen, die durch Wasser herausschwimmen und die Oberfläche der erwähnten Bestandteile überhaupt nicht beschädigen.

Die Wände des Kolbens 3 oder Zylinders 2, bwz. Lagers 31 Welle 32, Büchse mit Stirnabsetzung 33 und Wellenbüchse 34- sind in der Länge, welche mindestens dem Kolbenhub oder der Länge des Lagers 31» Welle 32 und Büchse mit Stirnabsetzung 33 entspricht, glatt, ohne Nuten oder sonstige Ausnehmungen (abgesehen von dem Zufuhrkanal 19 in Fig. 2) oder Schmiermittelzuführungen, so daß die Her stellung dieser Teile sehr billig ist.

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Claims (5)

1. Patentansprüche

   Pumpe, z.B. Kolbenpumpe für hydraulische Düsenwebstühle, Pumpe mit Rotationsteilen u. dgl. zur Förderung von Flüssigkeiten u. dgl., insbesondere Wasser, gegebenenfalls Lösungen anorganischer Säuren und Basen u. dgl.,
   dadurch gekennzeichnet,

   daß Pumpenteile, welche sich gegenseitig in Gleitberührung, wie z.B. Kolben (3) und Zylinder (2) der Kolbenpumpe oder Welle (32) und Lager (31) der Rotationspumpe befinden und mindestens von einer Seite der Wirkung eines Flüssigkeitsmediums ausgesetzt sind, aus keramischem Material von einer Härte nach dem neunten Grad der Mohschen Härteskala, z.B. aus gesintertem Aluminiumoxyd (Al^O^) bestehen.
2. 2. Pumpe nach Anspruch 1,
   dadurch gekennzeichnet,

   daß Kolben (3) und Innenwände des Zylinders (2) in einer mindestens dem Hub des Kolbens (3) entsprechenden Länge glatt sind.
3. 3. Pumpe nach Anspruch 1,
   dadurch gekennzeichnet,

   daß der Kolben (3) oder die Welle (32) der Pumpe einen Kern (4) enthält, welcher aus metallischen Stoffen ausgebildet ist.
4. 4. Pumpe nach Anspruch 1,
   dadurch gekennzeichnet,

   daß die Innenwände einer Büchse (3²O für die Welle (32) auf dem Umfang und in der Berührungslänge mit der Welle (32) glatt sind.

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5. 5. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das keramische Material eine Härte von 78 RO besitzt.

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