DE2833139C2

DE2833139C2 - Hydraulische Pumpenvorrichtung

Info

Publication number: DE2833139C2
Application number: DE2833139A
Authority: DE
Inventors: Lucien Dominique Jouars Pontchartrain Balzano; Marc Vital Alexandre Bois-Colombes Lepretre
Original assignee: Bertin et Cie SA
Current assignee: Bertin Technologies SAS
Priority date: 1977-08-01
Filing date: 1978-07-28
Publication date: 1986-07-17
Also published as: FR2399593A1; FR2399593B1; JPS61204979U; JPS5426506A; DE2833139A1; GB2012021B; GB2012021A; US4233886A

Description

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Die Erfindung betrifft eine hydraulische Pumpenvorrichtung mit einem hin und her beweglichen Kolben, der mit einem geringen Spiel zwischen Kolben und Zylinderwand angeordnet ist und stirnseitig einen Druckraum begrenzt, der mit einem Pumpenkreis unter Zwi- eo schenschaltung eines Hilfskolbens derart verbunden ist, daß der Druck der geförderten Flüssigkeit sich auf die viskose Dichtungsflüssigkeit und damit auf einen den Kolben umgebenden Ringraum überträgt (FR-PS 25 043).

Pumpen der vorstehend genannten Art können für Pumpengruppen für sehr hohen Druck oder aber für hydraulische Motoren oder hydraulische Druckwandler

verwendet werden.

Eine Vorrichtung nach dem französischen Patent 22 25 043 weist ein hydrostatisches Flüssigkeitslager auf, das den beweglichen Kolben bei seiner Hin- und Herbewegung führen soll. Der Kreis für die Speisung des Flüssigkeitslagers ist von dem Pumpenkreis über Dichtungen getrennt, wobei diese bekannte Vorrichtung den Nachteil aufweist daß der Kolben während der Arbeit nicht immer genau zentriert ist, so daß bei einer exzentrischen Belastung des Kolbens ei.i physischer Kontakt mit der Kolbenwand auftreten kann mit der Folge, daß der zwischen dieser und dem Kolben befindliche Viskosefilm unterbrochen wird, was die Dichtung als solche zusammenbrechen läßt und darüber hinaus bewirkt der physische Kontakt mit der Zyiinderwand ein Festfressen des Kolbens.

Aus der DE-GM 73 39 831 ist eine Druckschmierung eines hin und hergehenden Hochdruck-Kolbenkompressors bekannt bei dem der Spalt zwischen-dem Kolben und der Zylinderbohrung über eine Leitung durch ein flüssiges Schmiermedium beaufschlagt wird. In der Wandung der Kolbenbohrung sind zwei mit geringem axialen Abstand angeordnete Ringnuten ausgebildet, die mit Leitungen verbunden sind, von denen die eine Leitung an der Mündung eines Druckgefäßes angeschlossen ist in dem sich ein Schmiermedium befindet während die andere Leitung von oben an dieses Druckgefäß angeschlossen- ist Die während des Betriebs des Kompressors entweichende Luft übt einen Druck auf das Schmiermedium aus, was zur Folge hat, daß sich in der Ringnut ein Druckgleichgewicht aufbaut. Dabei hat die eine axiale Ringnut nur die Funktion, die entweichende Luft aufzufangen und von oben in das Druckgefäß einzuleiten.

Aus der US-PS 31 68 013 ist eine Kolben-Zylinder-Einheit bekannt, bei der der Kolben feststehend angeordnet ist. während der Zylinder beweglich ist Der Kolben ist gegenüber der Zylinderwandung mittels eines Flüssigkeitslagers geführt. Gleichfalls ist die Kolbenstange zu beiden Seiten des Kolbec« über je ein Flüssigkeitslager geführt. Der Hydraulikkreis für die Betätigung des Kolbens wie auch der Hydraulikkreis für die Versorgung der Flüssigkeitslager werden aus dem gleichen Tank gespeist.

Aus der DE-PS 1 60 625 ist eine Schmiereinrichtung für Kolbenmotoren mit Schmiermittelzu- und -ableitungskanälen, die in die Gleitflächen münden, bekannt. Die Mündungen der Zuleitungskanäle zwischen der Druckkammer des Zylinders und den Mündungen der Ableitungskanäle liegen derart, daß das Schmiermittel durch den Druck im Zylinder zwischen den Gleitflächen von den Zuleitungskanälen nach den Ableitungskanälen gedruckt wird und nicht in das Zylinderinnere austreten kann.

Das aus der FR-PS 22 25 043 bekannte Dichtungsprinzip besteht darin, unter Druck ein viskoses Schmiermittel in ein Flüssigkeitslager einzuspritzen, wobei ein Abstreifelement vorgesehen ist, das die viskose Flüssigkeit daran hindert, sich mit der geförderten Flüssigkeit zu vermischen. Ein Nachteil der bekannten Pumpen besteht u. a. darin, daß der Kolben sich dezentriert und die Gefahr besteht, daß der viskose Flüssigkeitsfilm unterhalb der Dichtstelle abreißt, was zum einen die Abdichtung beeinträchtigt und zum anderen zu einem Festfressen des Kolbens führen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Pumpenvorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß der Kolben der Pumpe sicher

geführt und somit ein Festfressen vermieden ist, daß die Pumpe eine große Wirtschaftlichkeit aufweist, diese ohne Verwendung teurer Materialien, wie z. B. Wolframkarbid, herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.

Gemäß der Erfindung ist somit der Ringraum in Form einer Dichtungskehle ausgebildet und dem Drackraum benachbart angeordnet Die viskose Dichtungsflüssigkeit, die sich von der geförderten Flüssigkeit unterscheidet, steht mit letzterer in direktem Kontakt. Auf der gleichen Seite, mit Abstand zum Druckraum und der Dichtungskehle, sind wenigstens zwei aufeinanderfolgende hydraulische Flüssigkeitslager mit Abstand zueinander angeordnet, die von dem gleichen Dichtungskreis mit viskoser Flüssigkeit beaufschlagt werden. Bei der Erfindung steht somit die viskose Dichtungsflüssigkeit in direktem Kontakt mit der geförderten Flüssigkeit. Diese viskose Flüssigkeit kann z. B. nach dem Gesichtspunkt der Mischbarkeit mit der geförderten Flüssigkeit ausgewählt werden, insbesondere dann, wenn die geförderte Flüssigkeit Wasser ist. Es wurde festgestellt, daß die Auflösung einer sehr geringen Menge viskoser Flüssigkeit nicht die Eigenschaften der geförderten Flüssigkeit verändert

Die Zentrierung der beweglichen Teile wird durch zwei oder mehr Flüssigkeitslager erhalten, die vorteilhaft sus mindestens drei Kissen bestehen, die gleichmäßig am Umfang des Kolbens in einer transversalen Ebene angeordnet sind. Derartige Flüssigkeitslager sind an sich bekannt

Mindestens zwei ringförmige Kehlen, die mit dem atmosphärischen Druck in Verbindung stehen, dienen zur Rückgewinnung der Leckflüssigkeiten der Flüssigkeitslager und der Dichtung.

Die Verwendung von zwei in einem ausgewählten Abstand voneinander angeordneten Flüssigkeitslagern gestattet, das Umkehrmomeni zu kompensieren, daß z. B. durch eine mechanische Kraft am Ende des Kolbens erzeugt wird.

Die Versorgung der Flüssigkeitslager geschieht nach einer ersten Auffüllung durch eine unter Druck gesetzte viskose Flüssigkeit. Der Druck wird mit Hilfe eines kleinen Hilfskolbens erzeugt, der durch die geförderte Flüssigkeit betätigt wird, was erfolgt, wenn diese einen entsprechenden Druck aufweist

Der Hilfskolben versorgt gemäß /?er Erfindung parallel hierzu eine kreisförmige Dichtungskehle, die stromaufwärts im Hinblick auf die Flüssigkeitslager angeordnet ist und die Dichtheit zwischen dem Kolben und der Bohrung sichert, wobei sie eine Flüssigkeitsdichtung mit direktem Kontakt zur geförderten Flüssigkeit bildet.

Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß aufgrund der zuvor erläuterten Flüssfgkeitsdichtung kein mechanischer Kontakt zwischen dem Kolben und dem Pumpenkörper vorhanden ist und daß dank der Flüssigkeitslager keine Abnutzung des Kolbens eintritt, da diese eine präzise und kontaktlose Führung des Kolbens in der Bohrung gewährleisten.

Während der Ansaugphase der geförderten Flüssigkeit, die dann noch einen niedrigen Druck hat, sichert ein an sich bekannter Kreislauf mit Ventilen die Erneuerung der benötigten geringen Menge an viskoser Dichtungsflüssigkeit, die aus der Vorrichtung während des vorhergehenden Zyklusses abgegeben wurde, und zwar zum größeren Teil beim Passieren des bzw. der Flüssigkeitslager(s).

Eine hydraulische Pumpenvorrichtung gemäß der Erfindung wird z. B. für Flüssigkettsschneiddüsen eingesetzt, wie sie für das Schneiden von sehr verschiedenen Materialien (Leder, Plastik, Steine etc.) verwendet werden, und auch für chemische Einrichtungen, wie b^ispielsweise Polymerisationsprozesse und/oder katalytische Vorgänge unter hohem Druck erfordern, beispielsweise unter 3000 bar.

Die Erfindung und mehrere Ausführungsbeispie'.e der Erfindung sind im folgenden anhand der Zeichnung beschrieben, in dieser zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel mit einem Zirkulationsschema der Flüssigkeiten,

F i g. 2 einen Schnitt nach der Linie H-II in F i g. 1 und F i g. 3, 4 und 5 Teilschnitte in Verbindung mit einem Zirkulationsschema für drei weitere Ausführungsbeispiele.

F i g. 1 zeigt eine volumetrische Pumpe. Sie besteht aus einem Block 1, einer mit dem Block 1 durch Schrauben 3 fest verbundenen Laufbüchse 2 und einer Dichtung 5 zwischen dieser und dem Block 1.

In der Figur ist nicht das üblic^t Pumpenzubehör dargestellt, d. h. nicht der Rahmen, nicht das Gehäuse und auch nicht die beweglichen Hauptteile und der Motor für den Antrieb des Kolbens 4 und auch nicht der Kreislauf der geförderten Flüssigkeit. Die Kammer für die Auf«iahme der geförderten Flüssigkeit ist dargestellt durch einen Druckraum 6, in Verbindung mit einem Ansaugventil 7 und einem Überdruckventil 8.

Vom Kopf 9 des Kolbens 4 ausgehend befinden sich längs der Bohrung der Laufbüchse 2 folgende Teile:

— eine durch eine kreisförmige Dichtungskehle 10 gebildete Flüssigkeitsdichtung,

— zwei Flüssigkeitslager 11 und 12,

— zwei Kanäle 13 und 14 für die Rückgewinnung der Flüssigkeitsverluste und

— eine Absireiferdichtung 15 zwischen dem Flüssigkeitsiager 12 und der Umgebung.

Drei gleichmäßig um die Bohrung der Laufbüchse 2 verteilte Druckleitungen, von denen eine mit 16 bezeichnet ist, verbinden jede die Kammer 6 mit einer zylindrischen Kammer 17. In jeder Kammer 17 sitzt ein Hilfskolben 18, der ggfs. unter Einwirkung einer Feder 19 steht, die dem Druck der geförderten Flüssigkeit entgegenwirkt

Jeder der drei Hilfskolben 18 teilt seinen Zylinder 17 in zwei Teile, von denen derjenige, der die Feder 19 enthält, verbunden ist:

— mit einer Flüssigkeitsdichtung 10 durch einen Kanal 20,

— mit der Hauptzuleitung der viskosen Flüssigkeit Ju^'ch einen Kanal 21,

— mit einer gemeinsamen Zuleitung 22 der Flüssigkeitslager 11 und 12 über eine ringförmige Drosselstelle 23

Die Flüssigkeitslager 11 und 12 sind mit dem gemeinsamen Versorgungskanal 22 durch Querkanäle 24 bzw. 25 verbunden.

Während der Druckphase verschiebt sich der Kolben 4 von oben nach unten und drückt die geförderte Flüssigkeit in einen Flüssigkeitsbehälter hohen Druckes, der nicht dargestellt ist Der in der geförderten Flüssigkeit erzeugte Druck wirkt auf jeden Hilfskolben 18 und bewirkt seine Verstellung von unten nach oben unter

gleichzeitigem Zusammendrücken der Feder 19.

Bei dieser Bewegung verschiebt der Druck, der auf die viskose Flüssigkeit ausgeübt wird, einen Teil der Flüssigkeit in die ringförmige Dichtungskehle 10 und einen anderen Teil in den Versorgungskanal 22 der Flüssigkeitslager entsprechend der Flüssigkeitsaufnahme der Lager und der Lagerkissen. Ein Rückschlagventil 26 verhindert einen Rückfluß der viskosen Flüssigkeit in ihren durch eine Pumpe 27 und einem Vorratsbehälter 28 dargestellten Versorgungskreis. Die Flüssigkeitsverluste werden zusammengeführt und wieder in den allgemeinen Versorgungskreis der viskosen Flüssigkeit zurückgeführt, und zwar durch Kanäle 13 und 14, die in eine Längsnut 29 und in eine Rückieitung 30 münden, die mit dem Behälter 28 verbunden ist.

Während der Ansaugphase verstellt sich der Kolben 4 von unten nach oben, und die zu fördernde Flüssigkeit wird in die Kammer 6 durch das Ventil 7 angesaugt. In diesem Zeitpunkt versorgt der Druck der Pumpe 27 den Zylinder 17, die Hüssigkeitsiager ii und i2 und die Dichtungskehle 10 mit viskoser Flüssigkeit. Dieser Versorgungsdruck ist genügend hoch gewählt, um eine gute Führung des Kolbens durch die Flüssigkeitslager in dieser Phase seiner Arbeit sicherzustellen. Der Druck kann beispielsweise 50 Bar betragen.

Fig.2 zeigt im Schnitt das Flüssigkeitslager 11. Mit seinen drei Flüssigkeitskissen 31,32 und 33: sie bestehen aus einer inneren Fräsung und werden durch Leitungen 24 gespeist. Diese Leitungen sind sehr eng, um einen merkbaren Druckabfall an der Austrittsstelle der viskosen Flüssigkeit zu erreichen; denn wie bekannt ist. erfordern die Flüssigkeitskissen eine genügende Unnachgiebigkeit.

F i g. 2 zeigt außerdem drei Längsnuten 22 für die Versorgung der Leitungen 25 des Lagers 12 und drei Längsnuten 34,35,36 für die Versorgung der Kissen 31, 32, 33. Wie die Zeichnung zeigt, sind die Kissen des Lagers 12 urn 60^Λ in bezug suf die des Lagers 1! versetzt, um den Austritt der viskosen Flüssigkeit zwischen den beiden Lagern zu erleichtern, das gilt insbesondere für die Hohlkehle 37 für die Rückgewinnung der Flüssigkeit. In diese Kehle mündet die Rückleitung 13.

Eine andere Hohlkehle 38 für die Rückgewinnung ist in Fig. 2 gestrichelt dargestellt. Sie steht mit einer Hohlkehle 37 durch drei Längsnuten 39 zwischen den Kissen 31,32,33 in Verbindung.

F i g. 3 zeigt eine Variante, bei der die Laufbuchse 2 die Lager 11 und 12 trägt, die nicht versetzt und aus einem Block 40 hergestellt sind, der mit Pressung in die Laufbüchse 2 eingearbeitet ist. Diese Herstellungsweise gestattet, Längsnuten 41 auf der Außenseite des Blockes herzustellen, was einfacher ist als in einer kleinen Bohrung bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 und 2. Eine Brücke 42 hält gleichzeitig die Laufbüchse und den Block mit den Lagern zusammen.

Andere Einzelheiten dieses Ausführungsbeispiels haben, soweit sie mit dem des vorhergehenden identisch sind, die gleichen Bezugszeichen.

F i g. 3 zeigt außerdem eine bevorzugte Ausführung, um einen Druckabfall in den Leitungen 24 für die Speisung der Kissen 31 zu bewirken. Diese Leitungen haben jede einen Mantel mit Bohrung 43, der mit Pressung in radiale Löcher in der Laufbüchse 2 und einen Block 14 eingesetzt sind, !m Innern jedes Mantels 43 sitzt eine kalibrierte, zylindriscne Nadel 44 mit einem sehr geringen radialen Spie! von einiger! Microns mit der Bohrung des Mantels- Der verengte Austritt der viskosen Flüssigkeit zwischen der Nadel und dem Mantel ergibt den gewünschten Druckabfall. Mantel und Nadel haben Schultern, die verhindern, daß sie durch den Druck in die Achse gepreßt werden können. Die Schultern haben kleine Nuten, um den Durchtritt der viskosen Flüssigkeit zu ermöglichen.

Die F i g. 4 zeigt eine andere Ausführungsform, bei der die unbeweglichen Kissen 45 aus der Stirnseite eines Blockes 46 ausgearbeitet sind. Dieser selbst ist radial quer zur Laufbüchse angeordnet, die hier den Pumpenkörper darstellt. Jeder Block ist durch ein Kupplungsstück 47 gesichert. Die Figur zeigt nur einen Block 46, aber es gibt wie zuvor zwei Lager 11 und 12 mit mindestens drei Kissen, die regelmäßig zur Achse des Kolbens 4 angeordnet sind. Dieser Kolben liegt jetzt horizontal.

ιό Die Nadel 44 wird von einem Federring 44i> festgehalten.

Bei dieser Ausführungsform hat man einen einzigen Hilfskolben 48 dargestellt, der in einem äußeren Zylinder 49 untergebracht ist. Dieser ist durch Leitungen 50 mit den verschiedenen Kuppiuiigsüiückcn 47 und mii der Dichtungshohlkehle 10 verbunden.

F i g. 5 zeigt einen Teil einer Ausführungsform, die sich von den F i g. 1 und 2 durch einen einzigen ringförmigen Hilfskolben 51 anstelle der zylindrischen Kolben 18 unterscheidet, ebenso durch Nadeln 44 zur Einstellung des Ladungsverlustes. Die Nadeln sind hierbei unmittelbar mit sehr geringem Spiel in die radialen Bohrungen der Laufbüchse 2 eingesetzt.

DiC: rlüssigkeitslager 11 und 12 sind nicht gegeneinander versetzt, das gestattet die Verwendung einer einzigen durchgehenden Nut 52 in der Bohrung der Laufbüchse 2 für alle Kissen, um alle Verluste an viskoser Flüssigkeit aufzunehmen. Diese fließen dann in den offenen Behälter 28 im Innern eines nicht dargestellten Gehäuses.

Die Ausführungsformen nach F i g. 3, 4 und 5 ändern nichts an der anhand der F i g. 1 beschriebenen Arbeitsweise. Die Arbeitsweise kann aus jeder der Figuren hergeleitet werden.

Obwohl die Ausführungsbeispiele für den Fall beschrieben sind, daß sie als Pumpen mit sehr hohem Druck Verwendung finden, können sie auch als hydraulische Motoren verwendet werden, die ihre Energie von einem Flüssigkeitsgenerator sehr hohen Druckes erhalten und diese mit Hilfe der Kolben in mechanische Energie umsetzen.

Im folgenden sind für eine Pumpe mit einer Leistung von 5 l/min Wasser unter einem Druck von 4000 Bar und Verwendung von Glycerin als viskoser Flüssigkeit die erforderlichen physikalischen und geometrischen Daten angegeben:

— Durchmesser des Kolbens: 30 mm;

— radiales Spiel zwischen

Kolben und Laufbüchse: 34 μ;

— Kolbenweg: 283 mm;

— mittlere Kolbengeschwindigkeit: 03 m/sec;

— im Polster erzeugter Druck: 2500 Bar;

— Abmessungen der Kissen:

. in axialer Richtung: 23,4 mm

in Querrichtung: 15,7 mm;

— Flüssigkeitsabgabe

von einem Kissen: 23,7 mmVsec:

— Flüssigkeitsabgabe

der Flüssigkeitsdichtung: 21,4 mrnVsec.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Hydraulische Pumpenvorrichtung mit einem hin und her beweglichen Kolben, der mit einem geringen Spiel zwischen Kolben und Zylinderwand angeordnet ist und stirnseitig einen Druckraum begrenzt, der mit einem Punpenkreis unter Zwischenschaltung eines Hilfskolbens derart verbunden ist, daß der Druck der geförderten Flüssigkeit sich auf die viskose Dichtungsflüssigkeit und damit auf einen den Kolben umgebenden Ringraum überträgt, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringraum in Form einer Dichtungskehle (10) ausgebildet und dem Druckraum (6) benachbart ist, daß die viskose Dichtungsflüssigkeit sich von der geförderten Flüssigkeit unterscheidet und in direktem Kontakt mit letzterer steht und daß auf der gleichen Seite mit Abstand zum Druckraum und der Dichtungskehle wenigstens zwei aufeinanderfolgende hydraulische Flüssigkeitslager (11, |2) mit Abstand zueinander angeordnet sind, die vom gleichen Dichtungskreis mit viskoser Flüssigkeit beaufschlagt werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Querschnittsverminderung für die viskose Flüssigkeit bei der Speisung der Flüssigkeitslager (31, 32, 33) durch eine Nadel (44) bewirkt wird, die mit sehr geringem Spiel in einer Versorgungsleitung des Lagers angeordnet ist

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der Hilfskolben (18) mit einer Feder (19) belastet ist, die dem Druck der geförderten Flüssigkeit entgegenwirkt.

4. Vorrichtung nach Anspruch I bis 3 mit einer Laufbüchse mit zylindrischer führung, die in einem Block eingesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufbuchse (2) mindestens eines der Kissen (31, 32, 33) trägt, die ein Flüssigkeitslager bilden und an ihrem Umfang eine Nut (41) für die Abführung der viskosen Flüssigkeit aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Kissen (31, 32, 33) von einem besonderen Block getragen wird, der radial zur Laufbüchse in diese eingesetzt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, mit zwei oder mehr Flüssigkeitslagern, von denen jedes aus mindestens drei verschiedenen Kissen besteht und die Kissen paarweise parallel zur Achse des Hauptkolbens angeordnet sind, gekennzeichnet durch eine Längsnut zwischen den Kissen für die Aufnahme der viskosen Flüssigkeit aus der Hohlkehlendichtung und den Lagern.