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Plungerpumpe mit druckabhängig
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sich ändernder Fördermenge Die Erfindung bezieht sich auf eine Plungerpumpe
mit druckabhängig sich ändernder Fördermenge, mit mindestens einem Plunger, auf
dem schwimmend eine den Saugventilkörper bildende, entgegen der Wirkung einer RUckstellfeder
bewegbare, am vorderen Ende sich konisch verjüngende Hülse gelagert ist.
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In der hydrodynamischen Reinigungstechnik, beim hydraulischen Strebausbau,
beim Betrieb hydraulischer Pressen, in der Verfahrenstechnik als Prozeßpumpen, als
Homogenisatoren o.dgl. verwendet man Hochdruckpumpen, deren Druck-Fördermengen-Verhältnis
feststeht. Bei gleichbleibender Antriebsdrehzahl ist die Fördermenge gegeben.
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Eine Xnderung der Fördermenge ist nur durch eine Änderung der Antriebsdrehzahl
möglich. Die Anordnung eines Bypassventils ist daher die Regel. Uber dieses fließt
die nicht benötigte Fördermenge unter Erwärmung in den Saugraum zurück.
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Beim Zufahren von Pressen, beim Spannen von Schutzschilden gegen das
Hangende, beim Rücken des Ausbaues und der Abbaumaschine im Bergbau sind Leerphasen
zu überbrücken, in denen die Hubzylinder gefüllt werden müssen, wobei zunächst nur
Reibungswiderstände zu überbrücken sind. Zur Erzielung kurzer Taktzeiten ist eine
große Förderleistung für diese Phase notwendig.
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Nach einem Schnellhub erfolgt der Druckaufbau bis zum geforderten
Haltedruck für einen längeren Zeitraum, in dem nur geringe Fördermengen hohen Druckes
verlangt werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Plungerpumpe mit veränderbarer
Fördermenge der eingangs genannten Art so zÇgestalten, daß mit einfachen konstruktiven
Mitteln eine stufenlose Änderung der Fördermenge in Abhängigkeit vom Druck des Fördermediums
erreicht wird und die maximale Leistung angenähert konstant bleibt.
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Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß der Plunger
am vorderen Ende mindestens eine nach vorn und zur Mantelfläche geöffnete Ausnehmung
aufweist, die Hülse mit einem quer zu ihrer Längsachse verlaufenden, in den Saugraum
einmündenden Kanal versehen, um ihre Längsachse drehbar auf dem Plunger gelagert
und ihr ein von dem Druck in der Förderleitung beaufschlagtes Verstellmittel zugeordnet
ist, über das bei einem vorgegebenen Druck der Kanal in den- Bereich der Plungerausnehmung
gedreht wird und über einen Teil des Plungerhubes den Arbeitsraum mit dem Saugraum
verbindet.
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Solange der Kanal bzw. die Kanäle der Hülse versetzt zu der Ausnehmung
bzw. zu den Ausnehmungen des Plungers liegen, liefert die Pumpe die maximale Fördermenge.
Sofern durch eine Verdrehung der Hülse der Kanal bzw. die Kanäle
in
den Bereich der Ausnehmung oder der Ausnehmungen des Plungers gedreht werden, wird
von der Pumpe nur eine Teilfördermenge geliefert, da sich im Arbeitsraum erst Druck
aufbaut, wenn die Ausnehmungen des Plungers die Kanäle der Hülse überfahren haben.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt
und wird im folgenden beschrieben.
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Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch das Pumpengehäuse und den
Pumpenkopf einer Dreiplungerpumpe, Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II in
Fig. 1 durch den Plunger und durch die Hülse, Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie
III-III in Fig. 1, Fig. 4,5 und 6 Diagramme.
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Die in den Zeichnungen dargestellte Mehrplungerpumpe 1 weist ein Pumpengehäuse
2 und einen Pumpenkopf 3 auf. In dem Pumpenkopf ist jedem Plunger 4 ein Druckventil
5 zugeordnet, über das das Fördermedium aus dem Arbeitsraum der Pumpe in einen Sammelraum
6 einströmt, von dem es der Förderleitung zugeführt wird.
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Auf jedem Plunger 4 ist ein Saugventilkörper schwimmend gelagert,
der als Hülse 7 ausgebildet ist und am vorderen Ende eine konische Verjüngung 8
aufweist. Bei zurücklaufendem Plunger bewegt sich die Hülse 7 entgegen der Wirkung
einer Rückstellfeder 9, die sich einerseits an einem Anschlagring 10 der Hülse und
andererseits an einem ringförmigen Dichtungsträger 11 abstützt.
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In der Fig. 1 ist auf der linken Seite die Hülse 7 (Saugventilkörper)
in der Öffnungsstellung aufgezeigt, in der das Fördermedium aus dem Saugraum 12
in den Innenraum der Hülse 7 einströmt. Bei nach vorn laufendem Plunger wird aufgrund
des vorderen konisch sich verjüngenden Endes 8 die Hülse 7 auf die innenliegende
Begrenzungsfläche 13 des Pumpenkopfes gepreßt und ist somit gegenüber dem Saugraum
12 abgedichtet. Während des weiteren Vorwärtshubs des Plungers bildet der Innenraum
der Hülse 7 den Arbeitsraum der Pumpe.
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Bei der dargestellten Dreiplungerpumpe ist jede Hülse 7 mit zwei quer
zur Längsachse der Hülse sich erstreckenden Kanälen 14 ausgerüstet, die diametral
einander gegenüberliegen.
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Jeder Plunger 4 ist ferner mit zwei um 1800 versetzten Ausnehmungen
15 ausgestattet. Aus der Fig. 1 ergibt sich, daß sich diese Ausnehmungen über einen
Bereich erstrecken, der 75 % des Plungerhubes entspricht.
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Die Plunger sind an den Kreuzköpfen so fixiert, daß die Lagen dieser
Ausenehmungen bei allen drei Plungern übereinstimmen.
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In der in den Fig. 1 und 2 aufgezeigten Stellung der Hülsen 7 gegenüber
den Plungern 4 werden beim Plungerhub die Kanäle 14 nur von zylindrischen Teilen
der Plunger berfahren, so daß die Kanäle während des gesamten Plunger bes verschlossen
bleiben, d.h. keine Verbindung zwischen dem Arbeitsraum der Pumpe und dem Saugraum
herstellen.
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Der vorlaufende Plunger erzeugt in den Kanälen an den Übertrittsstellen
zwischen der Hülsenwand und dem Plunger eine Schleppströmung, die die Drosselwirkung
des Spaltes zwischen dem Plunger und der darauf schwimmend gelagerten
Hülse
dichtend unterstützt. In dieser Hülsenstellung wird die maximale Fördermenge von
der Pumpe geliefert.
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Die Hülsen 7 sind mit Mitnehmern 16 versehen, die in eine Ausfräsung
17 des Dichtungsträgers 11 ragen.
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Hierdurch ist die Hülse 7 mit dem zugeordneten Dichtungsträger 11
gekoppelt. Jeder ringförmige Dichtungsträger 11 ist mit einer Verzahnung 18 ausgerüstet.
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Diese Verzahnung 18 greift in eine Zahnstange 19 ein, die als Reglerstange
ausgebildet ist. Die Lage der Verzahnung 18 stimmt mit der Lage der Ausfräsung 17
überein.
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Die Zahnstange 19 wird an der einen Stirnfläche 20 mit einer Feder
21 belastet, die über eine Schraube 22 einstellbar ist. Das gegenüberliegende Ende
23 der Zahnstange 19, das keine Verzahnung aufweist, ist in einem Gehäuse 24 gleitbar
gelagert und wird im Bereich eines Gehäuseendes von einer gehäusefesten Dichtung
25 umschlossen. Die Kammer 26 des Gehäuses ist über eine Leitung 27 mit dem Sammelraum
6 des Pumpenkopfes verbunden, so daß die Stirnfläche 28 mit dem Druck des Fördermediums
beaufschlagt wird.
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Steigt durch die Erhöhung des Widerstandes beim Verbraucher der Druck
im Sammelraum 6 auf einen Wert, daß die Reglerstange 19 entgegen der Kraft der Feder
21 bewegt wird, so wird diese Bewegung der Reglerstange über die Verzahnung der
Dichtungsträger 11 auf die Hülsen 7 übertragen. Da die Plunger nicht drehbar angeordnet
sind, werden die Kanäle 14 der Hülsen in den Bewegungsbereich der Ausnehmungen 15
gedreht, so daß für den Anfangsbereich des Hubes die Kanäle nicht abgedeckt sind
und eine Verbindung zwischen dem Arbeitsraum der Pumpe und dem Saugraum herstellen.
Ein Druckaufbau im Arbeitsraum der
Pumpe, der durch den Innenraum
der Hülse 7 gebildet wird, findet erst statt, wenn die Steuerkante 29 der Ausnehmung
15 die Kanäle 14 überfahren hat, so daß die geschlossene Mantelfläche des Plungers
die Kanäle verschließt. Mit steigendem Druck wird die Feder 21 weiter gespannt,
die Reglerstange 19 bewegt und die Hülsen 7 werden gedreht, bis die geringstmögliche
Fördermenge erreicht ist und das Überströmventil 30 der Pumpe anspricht.
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In der Fig. 4 ist die Fördermenge schaubildlich dargestellt,und zwar
als Fördermenge pro Plunger und Hub in Abhängigkeit vom Druck, so daß das Diagramm
den Energieverbrauch darstellt. Man sieht, daß bei 25 % des optimalen Förderdruckes
die maximale Fördermenge und bei maximalem Druck die geringste Fördermenge gefördert
wird.
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Ein ähnliche Aussage ist der Fig. 5 zu entnehmen.
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In der Fig. 6 ist der Druckverlauf dargestellt. Die sich ergebenden
Spitzen werden durch einen vorgespannten Druckausgleicher 31 gedämpft.
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Bei der Anordnung einer genügend großen Schwungmasse zwischen dem
Antriebsmotor und der Plungerpumpe reduziert sich die erforderliche Antriebsleistung
im Vergleich zu konventionellen Pumpen um 50 bis 75 %.
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Neben der Energieeinsparung werden die Energievorratshaltung (Querschnitt
der Zuführungsleitungen) sowie das Gewicht der Antriebsmaschinen und deren Schaltaggregate
(Schütze) entsprechend günstig beeinflußt. Das Gewicht wird geringer.
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Bezugszeichen 1 Mehrplungerpumpe 2 Pumpengehäuse 3 Pumpenkopf 4 Plunger
5 Druckventil 6 Sammelraum 7 Hülse 8 konische Verjüngung 9 Rückstellfeder 10 Anschlagring
11 Dichtungsträger 12 Saugraum 13 Fläche 14 Kanal 15 Ausnehmung 16 Mitnehmer 17
Ausfräsung 18 Verzahnung 19 Zahnstange 20 Stirnfläche 21 Feder 22 Schraube 23 Ende
24 Gehäuse 25 Dichtung 26 Kammer 27 Leitung 28 Stirnfläche 29 Steuerkante 30 Überströmventil
31 Druckausgleicher