DE2541851A1

DE2541851A1 - Aus kolben und zylinder bestehende foerderpumpe

Info

Publication number: DE2541851A1
Application number: DE19752541851
Authority: DE
Inventors: Heiner Marin
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1975-09-17
Filing date: 1975-09-17
Publication date: 1977-03-24
Also published as: JPS5237204A

Description

Aus Kolben und Zylinder bestehende Förderpumpe
Die Erfindung bezieht sich auf eine aus Kolben und Zylinder bestehende Förderpumpe, bei der der zwischen Saug- und Druckseite des Zylinders spielende Kolben in Förderrichtung mit dem Zylinder über ein Dichtungselement druckdicht verbunden ist und wobei diese druckdichte Verbindung entgegen der Förderrichtung aufgehoben ist.
Es ist bekannt, Kolbenpumpen zur Förderung von Gasen, insbesondere Luft, mit einer Kolbenmanschette als Dichtungselement auszurüsten, deren Nanschettenrand federelastisch gegen die Zylinderlauffläche gedrückt ist und zum Füllen der komprimierenden Zylinderseite während des Saughubes von der Zylinderlauffläche abhebt. Der dadurch sich bildende Zwischenraum zwischen dem Manschettenrand und der Zylinderlauffläche stellt den wirksamen Strömungsquerschnitt dar. Die durch die bekannte Kolbenpumpe pro Zeiteinheit förderbare Gasmenge ist durch konstruktive Bedingungen im Bereich der Manschette begrenzt.
Der Durchsatz von zu fördernden Medien ist demgegenüber bei Kolbenpumpen erhöht, die mindestens eine achsparallel verlaufende Durchtrittsöffnung im Kolben haben, die von Rückschlagventilen absperrbar sind. Auch hierbei bestimmt der Querschnitt der Durchtrittsöffnung den Durchsatz des zu fördernden Gases, wobei der Kolbenquerschnitt entsprechend groß zu wählen ist, wenn größere Gasmengen zu fördern sind. Derartige Kolbenpumpen beanspruchen demgemäß viel Raum.
Die Erfindung geht von einer aus Kolben und Zylinder bestehenden Förderpumpe aus, die insbesondere zum Einsatz als Blaseinrichtung für gasförmige Löschmittel in Druckgas-Leistungsschaltern für Hochspannung bestimmt ist. Die dem Kontaktsystem des Leistungsschalters zugeordnete Blaseinrichtung soll einerseits möglichst wenig Raum beanspruchen, zum anderen soll sie während jeweils eines vollen Hubes, der einer Ausschalt- und einer nachfolgenden Einschalthandlung entspricht, einen möglichst großen Gasdurchsatz ermöglichen, d.h. in geringen Zeiten ohne größere Druckverluste Löschgas zum Kontaktsystem fördern können. Der Verdichtungshub wird dabei während der Ausschalthandlung (Zeit einige 10 msec) vorgenommen, während der Saughub mit der Wiederfüllung des Ver- -dichtungsraumes beim Einschalten vollzogen wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Förderpumpe der eingangs genannten Art anzugeben, mit der größere Fördermengen bei geringem Raumbedarf des Kolbens erzielbar sind.
Nach der Erfindung wird dies dadurch gelöst, daß das Dichtungselement ein Kolbenring ist, der in einer umlaufenden Ringnut des Kolbens mit axialem Spiel angeordnet und axial federbelastet ist und unter der Federbelastung die Druckseite mit der Saugseite verbindende Ausnehmungen im Kolben verschließt.
Bei hin- und hergehend bewegtem Kolben wird während der Kompressions- und der Saugphase der in der umlaufenden Ringnut des Kolbens angeordnete Kolbenring axial bewegt, so daß sich im Zusammenwirken des Kolbenringes mit den die Druckseite mit der Saugseite verbindenden Ausnehmungen im Kolben eine Rückschlagventileinrichtung ergibt. Die Verlagerung des wirksamen Strömungsquerschnittes für das zu fördernde Mittel an den radial außen liegenden Kolbenbereich gestattet bei gegebenem Förderquerschnitt eine vorteilhaft schmale Bauweise der Ventileinrichtung.
Besonders vorteilhaft sind die Ausnehmungen im Kolben zumindest teilweise von rippenförmigen Stegen begrenzt, die als Federwiderlager ausgebildet sind. Diese Ausführungsform ermöglicht eine kompakte Bauweise. Der Kolbenring kann im wesentlichen hohlzylindrisch ausgebildet sein und achsparallele Sachlöcher aufweisen.
Durch die hohlzylindrische Ausbildung des Kolbenringes ergeben sich vergleichsweise große wirksame Ventilflächen. Die achsparallelen Sacklöcher vermindern zum einen das Gewicht des Kolbenringes, zum anderen können sie Schraubenfedern aufnehmen, die die Federbelastung des Kolbens bewirken.
Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Förderpumpe nach der Erfindung hat die federbelastete Anlagefläche des Kolbenringes eine innenkonische Kontur, die gegen eine außenkonische Anlauffläche der Ringnut gedrückt ist. Unter der Wirkung der Federbelastung ergibt sich hierbei ein radial nach außen gerichteter Druck auf den Kolbenring, so daß die Dichtwirkung während der Verdichtungsphase erhöht ist.
Der Kolben kann auf der Saugseite mantellinienparallele Ausnehmungen aufweisen, die in der Dichtfläche des Kolbenringes in der Ringnut münden. Um die Zuordnung der Belastungsfedern zu den Abstützrippen aufrechtzuerhalten, ist es vorteilhaft, den Kolbenring in der Ringnut verdrehungssicher zu lagern. Für eine einfache Montage ist der Kolbenring bevorzugt geschlitzt.
Die freien Enden des Kolbenringes können dabei achsparallele Bohrungen haben, in die mit den Kolben verbundene Stifte eingreifen. Damit wird der Kolbenring mit Federn-und Kolben als Baugruppe zusammengefaßt. Die Stifte können vorteilhaft die Verdrehungssicherung für den Kolbenring in der Ringnut des Kolbens bilden.
Anhand der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Förderpumpe nach der Erfindung beschrieben.
Die in den Figuren 1 und 2 in einem Schnitt mit der dazugehörigen Draufsicht dargestellte Förderpumpe weist einen Kolben 1 und einen Zylinder 2 auf. Der Kolben 1 ist mittels einer Betätigungsstange 3 verschiebbar. Während des Betriebes spielt der Kolben 1 zwischen der Saugseite 4 und der Druckseite 5 des Zylinders 2. In Förderrichtung 6 ist der Kolben 1 ersichtlich über ein Dichtungselement 7 mit dem Zylinder druckdicht verbunden. Diese druckdichte Verbindung wird entgegen der Förderrichtung 6 aufgehoben, weii das Dichtungselement 7, das als hohlzylindrischer Kolbenring ausgebildet ist, gegen die Kraft von ihn belastenden Federn 8 von der Dichtfläche 9 des Kolbens 1 abhebt und so gleichmäßig über den Umfang des Kolbens 1 verteilte Ausnehmungen 10 freigibt. Das an der Saugseite 4 zur Verfügung stehende; zu fördernde Mittel, das ein Gas oder eine Flüssigkeit sein kann, strömt dann durch die Ausnehmungen 10 am Kolbenring 7 vorbei zu Ausnehmungen 11, die in der Druckseite des Zylinders münden.
Die Ausnehmungen 11 im Kolben 1 werden von rippenförmigen Stegen 12 begrenzt, die als Widerlager für die Federn 8 ausgebildet sind.
Die Federn 8, die sich an den Stegen 12 einerseits abstützen, sind in achsparallelen Sacklöchern 13 des Kolbenringes angeordnet. Die Federn 8 sind bevorzugt als Schraubenfedern ausgeführt.
Die Figur 1 läßt erkennen, daß die federbelastete Anlauffläche 9a des Kolbenringes eine innenkonische Kontur hat, während die zugehörige Anlauffläche der Ringnut 9 außenkonisch geformt ist. Auf diese Weise ergibt sich unter der Kraft der Federn und zusätzlich im Verlauf des Verdichtungshubes durch die auf die wirksame Fläche des Kolbenringes einwirkende Kraft eine radial nach außen gerichtete Kraftkomponente, die den Kolbenring gegen die Lauffläche 14 des Zylinders 2 drückt und so die Dichtwirkung erhöht.
Der Kolben 2 hat vorteilhaft Ausnehmungen 10, die mantellinienparallel bevorzugt gleichmäßig über den Umfang des Kolbens verteilt angeordnet sind. Diese Ausnehmungen 10 münden in der Dichtfläche 9 des Kolbenringes 7.
Der Kolbenring 7 ist, wie die Figur 2 erkennen läßt, mit einem Schlitz 15 versehen. Er ist in der umlaufenden Ringnut 16 des Kolbens mit axialem Spiel, aber verdrehungssicher gelagert. Die Verdrehungssicherung wird durch zwei mit dem Kolben 1 verbundene Stifte 17 bewirkt, die achsparallele Bohrungen in den freien Enden des Kolbenringes 7 durchsetzen.
Der Kolbenring 7 kann aus einem elastischen Kunststoff bestehen, wobei als Material Polytetrafluoräthylen bevorzugt wird. Die Sacklöcher 13 dienen einerseits zur Aufnahme der Schraubenfedern 8 und andererseits zur Verringerung des Gewichts des Kolbenringes.
Dadurch ergeben sich geringe Massenkräfte. Die Sacklöcher sind im dargestellten Ausführungsbeispiel in einer solchen Anzahl vorgesehen, die ein Vielfaches der Stege 12 des Kolbens bildet. Der Teilungsschnitt (Schlitz 15) des Kolbens ist Z-förmig gestaltet, um die Dichtwirkung durch die Teilung des Kolbens nicht zu beeinträchtigen. Gegen die Zylinderlauffläche 13 gerichtete Kante 18 des Kolbensringes kann ebenso wie die andere Kante 19 des Kolbenringes mit einer Fase versehen werden.
Durch Anwendung der Erfindung ist es möglich, einen Kolben zu verwenden, der weitgehend als Gußteil herstellbar ist. Die Ausnehmungen bzw. die mantelseitig vorstehenden Rippen können vorgegossen werden. Lediglich die Ringnut zur Aufnahme des Kolbenringes 7 muß unter Beachtung des axialen Spiels durch Drehbearbeitung hergestellt werden. Beim Drehen wird auch die Dichtfläche 9 bearbeitet, so daß die Zahl der Arbeitsgänge vorteilhaft gering ist.
10 Ansprüche 2 Figuren L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche 0 Aus Kolben und Zylinder bestehende Förderpumpe, bei der der zwischen Saug~ und Druckseite des Zylinders spielende Kolben in Förderrichtung mit dem Zylinder über ein Dichtungselement druckdicht verbunden ist und wobei diese druckdichte Verbindung entgegen der Förderrichtung aufgehoben ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtungselement (7) ein Kolbenring ist, der in einer umlaufenden Ringnut (ins) des Kolbens (1) mit axialem Spiel angeordnet und axial federbelastet ist und unter der Federbelastung die Druckseite (5) mit der Saugseite (4) verbindende Ausnehmungen (10, 11) im Kolben (1) verschließt.
2. Förderpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (10, 11) im Kolben (1) zumindest teilweise von rippenförmigen Stegen (12) begrenzt werden, die als Federwiderlager ausgebildet sind.
3. Förderpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenring (7) im wesentlichen hohlzylindrisch ausgebildet ist und achsparallele Sacklöcher (13) aufweist.
4. Förderpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die Federbelastung Schraubenfedern (8) vorgesehen sind, die in den achsparallelen Sacklöchern (13) angeordnet sind.
5. Förderpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die federbelastete Anlagefläche (9a) des Kolbenringes (7) eine innenkonische Kontur hat, die gegen eine außen konische Anlauffläche (9) der Ringnut (15) gedrückt wird.
6. Förderpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (1) auf der Saugseite (4) mantellinienparallele Ausnehmungen (10) aufweist, die in der Dichtfläche (9) des Kolbenringes (7) in der Ringnut (15) münden.
7. Förderpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenring (7) in der Ringnut (15) verdrehungssicher gelagert ist.
8. Förderpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenring (7) geschlitzt ist.
9. Förderpumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die freien Enden des Kolbenringes (7) achsparallele Bohrungen haben, in die mit den Kolben verbundene Stifte (16) eingreifen.
10. Förderpumpe nach Anspruch 6 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stifte (16) die Verdrehungssicherung bilden.