-
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