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KOLBENPUMPE
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Kolbenpumpe, bestehend u. a.
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aus einem Gehäuse-Einsatz, einem in einer Zylinderbohrung des Gehäuseeinsatzes
gegen die Kraft einer Rückholfeder verschiebbaren Arbeitskolben zum Ansaugen, Verdichten
und Ausstossen eines Druckmediums.
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Durch die DOS 2616 435 ist es bereits bekannt, bei Kolbenpumpen Gehäuseeinsätze
zu verwenden, in welchen die Arbeitskolben gleiten.
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Allerdings ist bei dieser bekannten Kolbenpumpe der Aufwand zum Antrieb
besonders gross.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine durch eine Brennkraftmaschine
angetriebene Kolbenpumpe zu erstellen, die mit möglichst geringem Anpassungsaufwand
sowohl an der Pumpe als auch an der Brennkraftmaschine auskommt.
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Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass der Gehäuseeinsatz
an einer Brennkraftmaschine angeordnet ist und der Arbeitskolben durch den Verbrennungsdruck
im Brennraum angetrieben wird. Somit ist keinerlei mechanische Verbindung zwischen
den
umlaufenden Teilen der Brennkraftmaschine und der Kolbenpumpe
nötig. Dies ergibt oupereiner besonders einfachen Herstellung der Kolbenpumpe und
einer einfachen Anordnung an der Brennkraftmaschine den Vorteil einer grossen Platzersparnis.
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Weiterhin wird vorgeschlagen, dass der Gehäuseeinsatz im Zylinderkopf
der Brennkraftmaschine angeordnet ist. Durch die Anordnung des Gehäuseeinsatzes
direkt im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine ist einmal der Vorteil der Anbringung
in unmittelbarer Nähe des Brennraumes gegeben und zum anderen ist die Kolbenpumpe
platzsparend und trotzdem leicht erreichbar an der Brennkraftmaschine angebracht.
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Die Erfindung sieht vor, dass zwischen dem Arbeitskolben und dem Brennraumseitigen
Ende des Gehäuseeinsatzes ein Trennkolben angeordnet ist. Diese Anordnung eines
Trennkolbens schützt den Arbeitskolben vor direkter Berührung mit den heissen Verbrennungsprodukten.
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Des weiteren sieht die Erfindung vor, dass der Trennkolben einen grösseren
Durchmesser aufweist als der Arbeitskolben Auf diese einfache Weise ist eine Kraftübersetzung
möglich, wodurch ein hoher Druck im Arbeitsraum der Kolbenpumpe erzeugt werden kann.
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Erfindungsgemäss wird vorgeschlagen, dass der Raum im Gehäuseeinsatz
zwischen Arbeitskolben und Trennkolben mit einem Hydraulikmedium gefüllt ist. Durch
Anordnung eines Rydraulikmediums im Raum zwischen den beiden Kolben kann einmal
die Temperaturverteilung zwischen den einzelnen Bauteilen günstig beeinflusst werden
und zum anderen ist es möglich, eine Wegübersetzung zwischen den beiden ungleich
im Durchmesser ausgeführten Kolben herzustellen.
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Die Erfindung sieht vor, dass das Hydraulik-Medium mit dem Druckmedium
identisch ist und der Raum über ein Rückschlagventil mit dem Saugkanal des Druckmediums
in Verbindung steht. Durch Verwendung des von der Pumpe zu fördernden Druckmediums
als Hydraulikmedium
zwischen Arbeitskolben und Trennkolben wird
die Bereitstellung eines gesonderten Hydraulikmediums unnötig und durch die Anordnung
eines Rückschlagventiles zum Saugkanal des Druckmediums wird sichergestellt, dass
auch bei geringfügigem Verlust von Hydraulikmedium dieses jederzeit aus dem Saugkanal
ergänzt werden kann.
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Erfindungsgemäss wird vorgeschlagen, dass sich beide Kolben in ihrer
Ruhelage durch entsprechende Ausbildung berühren. Beispielsweise durch Anordnung
einer Nase an einer der beiden Kolben kann auch bei Verlust von Hydraulikmedium
aus dem Raum zwischen beiden Kolben der Trennkolben durch den Arbeitskolben in seine
Ruhelage zurückbefördert werden, wodurch über das Rückschlagventil wiederum neues
Hydraulikmedium angesaugt werden kann.
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Gemäss der Erfindung ist die Zylinderbohrung im Gehäuseeinsatz in
Richtung des Druckhubes des Arbeitskolbens verlängert ausgeführt und mit einem Rückschlagventil
versehen. Damit sind alle zur Funktion notwendigen Einzelteile der Kolbenpumpe im
Gehäuseeinsatz zusammengefasst und von aussen her sind lediglich ein Sauganschluss
und ein Druckanschluss für das zu fördernde Druckmedium vorzusehen.
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Die Erfindung wird anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele
näher erläutert.
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Es zeigen im einzelnen: F i g u r 1 Den Schnitt durch eine Kolbenpumpe
mit teilweise dargestelltem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine; F i g u r 2 den
Schnitt durch eine gegenüber Figur 1 abgewandelte Kolbenpumpe.
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Figur 1 zeigt einen Teil eines Zylinderkopfes 13 einer Brennkraftmaschine,
sowie einen Teil des Zylinders 14 und den Kolben 1. Zwischen dem eben ausgeführten
Zylinderkopf 13 und dem Kolben 1 befindet
sich der Brennraum 18,
welcher über einen Kanal 19 mit dem Gehäuseeinsatz 12 in Form einer Kolbenpumpe
verbunden ist. Der Gehäuseeinsatz 12 ist im wesentlichen zylindrisch ausgeführt
und weist ein Gewinde zum Befestigen im Zylinderkopf 13 auf. Zentral im Gehäuseeinsatz
12 ist die Zylinderbohrung 5 für den Arbeitskolben 3 angeordnet. In der Verlängerung
dieser Zylinderbohrung 5 ist ein Einsatz 17 angeordnet, welcher als Rückschlagventil
6 ausgebildet ist. Auf der dem Arbeitskolben 3 gegenüberliegenden Seite des Einsatzes
17 ist der Gehäuseeinsatz 12 mit einem Druckanschluss 16 versehen. Der Arbeitskolben
3 wird durch eine Rückholfeder 7, die sich am Einsatz 17 abstützt, beaufschlagt.
Zwischen dem Arbeitskolben 3 und dem Kanal 19 ist in einer vergresserten Bohrung
des Gehäuseeinsatzes 12 ein Trennkolben 2 angeordnet. Dieser Trennkolben 2 ist ebenso
wie der Arbeitskolben 3 im Gehäuseeinsatz 12 axial verschiebbar angeordnet und durch
einen Dichtring 21 gegenüber diesem abgedichtet. Der Arbeitskolben 3 weist eine
Nase 9 auf, welche in der Ruhestellung den Boden des Trennkolbens 2 gerade berührt.
Der durch den Trennkolben 2, den Arbeitskolben 3 und die Wände des Gehäuseeinsatzes
12 gebildete Raum Lt ist mit dem durch die Kolbenpumpe zu fördernden Druckmedium
gefüllt. Im Bereich der Oberkante des Arbeitskolbens 3 in seiner Ruhestellung mündet
in der Zylinderbohrung 5 ein Saugkanal 8, welcher mit dem Sauganschluss 15 im Zylinderkopf
13 in Verbindung steht. Dieser Saugkanal 8 ist ebenfalls über ein Rückschlagventil,
bestehend aus dem Ventilkörper Io und der Feder 11 mit dem Raum Lt verbunden. Unterhalb
und oberhalb des Saugkanals 8 ist der Gehäuseeinsatz 12 durch Dichtringe 20 gegenüber
der Bohrung im Zylinderkopf 13 abgedichtet.
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Die Funktion der Kolbenpumpe ist folgende: Durch den Druck der Verbrennungsgase
im Brennraum 18 der Brennkraftmaschine zu Beginn des Arbeitshubes des Kolbens 1
wird der Trennkolben 2 der Kolbenpumpe über den Kanal 19 mit Druck beaufschlagt.
Dieser Druck bewirkt eine Bewegung des Trennkolbens 2 im Gehäuseeinsatz 12 in Richtung
auf den Arbeitskolben 3. Das im Raum 4 enthaltene Druckmedium
überträgt
diese Hubbewegung des Trennkolbens 2 auf den Arbeitskolben 3, welcher infolge seines
geringeren Durchmessers einen grösseren Hub ausführt als der Trennkolben 2. Die
Hubbewegung des Arbeitskolbens 3 gegen die Kraft der Rüekholfeder Y bewirkt nach
Überlaufen des Saugkanals 8 einen Druckanstieg im der Zylinderbohrung 5 und nach
Überwindung der Vorspannung des Rückschlagventiles 6 einen Ausstoss des in der Zylinderbohrung
5 enthaltenen Druckmediums in den Druckanschluss 16. Durch Absinken des Druckes
im Brennraum 18 nach vollendetem Arbeitshub des Es1-bens 1 wird der Arbeitskolben
3 der Kolbenpumpe durch die BEskholfeder 7 in Richtung auf den Trennkolben 2 zurückbewegt,
wodurch der Saughub eingeleitet wird. Dabei schliesst das Rückschlagventil 6 und
sperrt so den Rllckfluss des Druckmediums aus dem Druckanschluss 16 in die Zylinderbohrung
5. Gleichzeitig entsteht in dieser Zylinderbohrung 5 ein Unterdruck. Die Rückwärtsbewegung
des Arbeitskolbens 3 setzt sich über die im Raum 4 enthaltene Flussigkeitebenfalls
auf den Trennkolben 2 fort. Nach überlaufen der Oberkante des Arbeitskolbens 3 über
den Saugkanal 8 wird infolge des Unterdruckes in der Zylinderbohrung 5 aus dem Sauganschluss
15 und dem Saugkanal 8 neues Druckmedium in die Zylinderbohrung 5 eingesagt.
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Falls geringfügige Undichtigkeiten aus dem Raum 4 Druckinedi'uii austreten
lassen, so wird über die Nase 9 des Arbeitskolbens 3 der Trennkolben 2 in jedem
Falle in seine Ruhelage zurück transportiert, wodurch über das Einlassventil 10,
11 die verlorengegangene Flussigkeitsinenge aus dem Saugkanal 8 ergänzt werden kann.
Beim darau£-folgenden Druckhub verschiebt der Trennkolben 2 den Ventilkotrper lo,
so dass dieser die entsprechende Bohrung im Gehäuseeinsatz 12 abschliesst und der
Raum 4 nach aussen hin abgediehtet ist.
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In Figur 2 ist eine Variante der Solbenpumpe gemäss Figur 1 wiedergegeben.
Im Zylinderkopf 13 ist der Gehäuseeinsatz 12 in einer entsprechenden Bohrung dicht
eingesetzt und durch einen Stützring 2+ in axialer Richtung gehalten. Die Abdichtung
erfolgt über Dichtringe 22. Im Gehäuseeinsatz 12 befindet sich in einer Zylinderbohrung
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der Arbeitskolben 3, welcher durch eine Rückholfeder 7 zur Durchführung
des Saughubes beaufschlagt ist. Am Brennraumseitigen Ende des Gehäuseeinsatzes 12
ist in einer vergrösserten Bohrung der Trennkolben 2 dicht eingesetzt. An dem dem
Trennkolben 2 gegenüberliegenden Ende des Gehäuseeinsatzes 12 ist zwischen der Zylinderbohrung
5 und dem Druckanschluss 16 ein Rückschlagventil 6 angeordnet. Im Bereich zwischen
dem Arbeitskolben 3 und dem Trennkolben 2 ist im Gehäuseeinsatz 12 der Saugkanal
8 angeordnet, welcher mit dem Sauganschluss 15 im Zylinderkopf 3 in Verbindung steht.
Der durch die beiden Kolben 2 und 3 gebildete Raum 4 ist mit dem Druckmedium angefüllt.
Der Arbeitskolben 3 ist hohl ausgeführt und weist im Bereich seines Schaftes Saugöffnungen
23 auf.
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Die Funktion dieser Kolbenpumpe ist folgende: Durch den Verbrennungsdruck
im Brennraum der nicht dargestellten Brennkraftmaschine wird der Trennkolben 2 beaufschlagt.
-Die auf ihn wirkende Kraft ergibt sich aus dem Druck im Brennraum und seiner Fläche.
Er ist im Gehäuseeinsatz 12, durch einen Dichtring 21 abgedichtet, axial verschiebbar
und überträgt die auf ihn einwirkende Kraft auf den Arbeitskolben 3. Dieser Arbeitskolben
3 bewegt sich infolge dieser Kraftbeaufschlagung gegen die Kraft der Rückholfeder
7 in Richtung auf das Rückschlagventil 6. Dabei überlaufen die Saugöffnungen 23
im Arbeitskolben 3 die Unterkante der Zylinderbohrung 5 und schliessen den Raum,
der vom Arbeitskolben 3 und der Zylinderbohrung 5 gebildet wird, nach aussen hin
ab. Während des Druckhubes steigt der Druck in der Zylinderbohrung an und öffnet
das Rückschlagventil 6. Damit ist eine Verbindung zum Druckanschluss 16 hergestellt
und der Arbeitskolben 3 befördert das Druckmedium in diesen Druckanschluss 16. Nach
dem Wegfall des hohen Verbrennungsdruckes in der Brennkraftmaschine kann der Arbeitskolben
3 durch die Kraft der Rückholfeder 7 zur Durchführung des Saughubes in seine Ruhestellung
zurückkehren und er nimmt durch direkte Berührung den Trennkolben 2 ebenfalls in
die Ruhestellung zurück. Durch Vergrösserung des Raumes in der Zylinderbohrung 5
fällt'hier der hohe Druck ab, so
dass das Rückschlagventil gegenüber
dem Druckanschluss 16 schliesst. Gleichzeitig entsteht in der Zylinderbohrung 5
ein Unterdruck, so dass beim Überlaufen der Saugöffnungen 23 des Arbeitskolbens
3 über die Unterkante der Zylinderbohrung 5 neues Druckmedium aus dem Sauganschluss
45 und dem Saugkanal 8 in den Innenraum des Arbeitskolbens 3 und somit in die Zylinderbohrung
5 einströmen kann. Durch die Verbindung des Raumes Lt direkt mit dem Saugkanal 8
und dem Sauganschluss 15 ist gewährleistet, dass die Innenwandung des Trennkolbens
2 durch das Druckmedium gekühlt wird.