DE2940606C2

DE2940606C2 - Pumpenventilkopf für Hochdruckpumpen

Info

Publication number: DE2940606C2
Application number: DE2940606A
Authority: DE
Inventors: Adalbert Dipl.-Ing. 6832 Hockenheim Huperz; Wolfgang 4224 Hünxe Maasberg
Original assignee: Woma Apparatebau Wolfgang Maasberg and Co GmbH
Current assignee: Woma Apparatebau GmbH
Priority date: 1979-10-06
Filing date: 1979-10-06
Publication date: 1985-12-19
Also published as: US4573886A; DE2940606A1; JPS5656986A; GB2060789A; GB2060789B

Description

Die Erfindung betrifft einen Pumpenventükopf für Hochdruckpumpen, bestehend aus einem an den Pumpenzylinder angeschlossenen Ventilkopfgehäuse mit sich in bezug auf den Pumpenzylinder gegenüberliegendem Saugstutzen mit Saugkanal und Saugventil sowie Druckstutzen mit Druckkanal und Druckventil, wobei das Ventilkopfgehäuse eine Zentralbohrung sowie im Saugstutzen und Druckstutzen jeweils eine von der Zentralbohrung abzweigende Querbohrung aufweist, und in die Zentralbohrung eine Verteilerbuchse und in die Querbohrungen Saugkanal und Druckkanal bildende sowie Saugventil und Druckventil umgebende Buchsen eingesetzt und verspannt sind, wobei ferner die Verteilerbuchse als Panzerbuchse ausgebildet und unter Bildung eines abgedichteten Ringspaltes in die Zentralbohrung eingesetzt ist und die druckseitige Buchse zumindest eine radiale Druckmitteibohrung aufweisL

Bei Pumpenventilköpfen werden Saugkanal und Druckkanal regelmäßig von bloßen Bohrungen im Saugstutzen und Druckstutzen gebildet Gerade diese Pumpenkopfzonen sind jedoch hoch beansprucht und rißgefährdet, zumal sich dynamische Oberlastungen nicht ausschließen lassen. Insbesondere schädliche Schwellbelastungen sind zu befürchten, die aus den auftretenden Förderdruckschwankungen resultieren. Aus diesem Grunde muß bei den bekannten Pumpenventiiköpfen das Ventiikoprgehäuse einerseits aus hochwertigen Werkstoffen hergestellt werden, kann andererseits nur mit begrenzten Flüssigkeitsdrücken gearbeitet werden.

Bei einem Pumpenventükopf der eingangs beschriebenen Ausführungsform ist eine von einem Ringspalt zur Aufnahme des Druckmittels umgebende Panzerbuchse für lediglich den Plunger verwirklicht. In dieser Panzerbuchse sind stirnseitig und koaxial Saugventil und Druckventil angeordnet Die Druckmittelführung soll getrennt, also unabhängig von dem Druckhub des Plungers in den Ringspalt erfolgen, kann aber auch über eine Bohrung im Druckventil vorgenommen werden. Eine hydrostatische Panzerung von Saugventil und Druckventil ist auch bei dieser bekannten Ausführungsform nicht verwiridicht (vgl. GB-PS 10 27 S34).

Ferner ist ein Pumpenventükopf bekannt, bei welchem das Ventilkopfgehäuse eine Zentralbohrung sowie im Saugstutzen und Druckstutzen jeweils eine von der Zentralbohrung abzweigende Querbohrung aufweist, und in die Zentralbohrung eine Verteilerbuchse und in die Querbohrungen Saugkanal und Druckkanal bildende sowie Saugventil und Druckventil umgebende Buchsen eingesetzt und verspannt sind. Jedoch ist das Prinzip der hydrostatischen Panzerung des Pumpenventükopfes nicht verwirklicht. Denn bei dieser bekannten Konstruktion wird allenfalls die saugseitige Buchse von dem Fördermittel umspült. Dagegen ist eine hydrostatische Panzerung der Verteilerbuchse und der druckseitigen Buchse ausgeschlossen (vgl. DE-GM 71 03 942).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Fiimpenventükopf für Hochdruckpumpen der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, bei dem sämtliche hoch beanspruchten Pumpenkopfzonen — also auch im Bereich von Druckventil und Saugventil — selbst unter Verwendung üblicher Werkstoffe und beim Arbeiten mit extrem hohen Flüssigkeitsdrücken gegen Rißbildung geschützt sind, und zwar unter Berücksichtigung eines einfachen Aufbaus und einer wirtschaftlichen Fer- ».igung,

Diese Aufgabe löst die Erfindung dadurch, daß auch die Saug- und Druckventil umgebenden Buchsen als Panzerbuchsen ausgebildet sind und die druckseitige Panzerbuchse wie die saugseitige Panzerbuchse unter Bildung von Ringspalten in die zugeordneten Querbohrungen eingesetzt sind, wobei die Druckmitteibohrung den Druckkanal mit dem die druckseitige Panzerbuchse umgebenden Ringspalt verbindet und dieser Ringspalt

mit den übrigen Ringspalten kommuniziert, und daß auch die druck- und saugventilseitigen Ringspalte zur Bildung eines sämtliche Panzerbuchsen umgebenden Druckmittelmantels gegen Druckmittelaustritt abgedichtet sind. — Diese Maßnahmen der Erfindung haben zur Folge, daß praktisch ein hydrostatisch gepanzerter Pumpenventilkopf verwirklicht wird. Denn die Panzerbuchsen sind ebenso wie die Verteilerbuchse von einem FlüssigkeitsmcT.tel umgeben, d. h. an ihrem äußeren Umfang von dem annähernd statisch vorgespannten Druckmittel und damit von dem jeweiligen Förderdruck ummantelt, während sie innen die für sie vorgesehenen Funktionen erfüllen. Panzerbuchsen und Verteilerbuchsen werden bei dem erfmdungsgsmäßen Pumpenventilkopf also gleichsam durch einen hydrostatischen Außendruck verfestigt, welche innen die infolge Förderdruckschwankungen auftretenden Schwellbeiastungen unschwer aufzunehmen in der Lage sind. Tatsächlich wird der Pumpenventilkopf unter Berücksichtigung der bei einer Hochdruckpumpe auftretenden Förderdruckschwankungcn vorwiegend nur statisch beansprucht. Das bedeutet praktisch eine Beaufschlagung- der hochbeanspnichten Pumpenkopfzonen mit im wesentlichen hydrostatischem Pumpendruck, so daß die innerhalb des Ventilkopfgehäuses auftretenden Schwellbelastungen nicht länger schädlich sind. Darüber hinaus erlaubt die annähernd hydrostatische Belastung des erfindungsgemäßen Pumpenventilkopfes das Arbeiten mit höheren Flüssigkeitsdrücken bei Verwendung üblicher Werkstoffe. Hinzu kommt, daß die Panzerbuchsen bei Schwellbelastungen größtenteils Schwelldruckspannungen ausgesetzt sind. Diese Belastungsart läßt jedoch verhältnismäßig hohe Lastwerte zu. Jedenfalls ist der erfindungsgemäße Pumpenventilkopf vor dynamischen Belastungen, insbesondere in den rißgefährdeten Zonen, geschützt.

Der die Panzerbuchsen und Verteilerbuchse umgebende Flüssigkeitsmantel sorgt ferner für eine Schwingungsdämpfung, so daß dynamische Spitzenbelastungen vermieden jnd Geräuschminderung erreicht werden. Die Panzerbuchsen und Verteilerbuchse können als Verschleißteile auf einfache Weise ohne Demontage des Pumpenventilkopfes ausgetauscht werden. Sie lassen sich bei hoher Oberflächenquaütät ohne weiteres wirtschaftlich fertigen. Aus hoher Oberflächenquaütät resultiert ein weiterer Schutz gegen R;3bildung. Während das Ventilkopfgehäuse aus üblichen Werkstoffen hergestellt werden kann, lassen sich für die Panzerbuchsen und Verteilerbuchse aufgrund des bei dem erfindungsgemäßen Pumpenventil»;.opf verwirklichten Baukastensystems hochwertige Baustoffe verwenden. Durch geeignete geometrische Formen läßt sich eine weitgehende Näherung am idealen Spannungsfluß erreichen. — Darin sind die wesentlichen durch die Erfindung erreichten Vorteile zu sehen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind im folgenden aufgeführt. Die Panzerbuchsen sind vorzugsweise mittels axialer Schraubverschlüsse oder Zuganker verspannt. Insoweit wird eine mechanische Verspannung erreicht. Andererseits sorgt die hydraulische Vorspannung durch den die Panzerbuchsen umgebenden Flüssigkeitsmantel wiederum für die notwendige statische Vorspannung der Schraubverschlüsse. Dadurch entsteht von selbst eine Rüttelsicherung für die Schraubverschlüsse. Eine ausreichende statische Gewindevorspannung eliminiert Dauerbruchgefahr, da diese Gefahr von dem Verhältnis der Ausschlagspannung zur Vorspannung an den Schraubverschlüssen abhängt In diesem Zusammenhang lehrt die Erfindung, daß die Panzerbuchsen im Bereich der Ringspalte jeweils eine Ringschulter unter Bildung einer der Verteilerbuchse zugeordneten Verjüngung aufweisen und dadurch die Panzerbuchsen durch das Druckmittel gegen die Schraubverschlüsse druckbeaufschlagt sind. Die Schraubverschlüsse sind zweckmäßigerweise in die Querbohrungen einschraubbar und arbeiten unter Zwischenschaltung umfangsseitig gegen die Querbohrungen abgedichteter Stirnplatten gegen die Panzerbuchsen. Die Panzerbuchsen können als mehrteilige Buchsen ausgebildet sein. Vorzugsweise weist die Verteilerbuchse von einem zentralen Zylinderraum für den Plunger schräg abzweigende zu der Ringnut hinführende DurchflußDohrungen auf.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert; es zeigt

F i g. 1 einen erfindungsgemäßen Pumpenventilkopf im Vertikalschnitt vor Beginn des Sa;'?;hubs, und
F i g. 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus F i g. 1 .
Der dargestellte Pumpenventilkopf ist insbesondere für Hochdruckpumpen bestimmt und besteht in seinem grundsätzlichen Aufbau aus einem an den Pumpenzylinder 1 angeschlossenen Ventiikopfgehäuse 2 mit sich in bezug auf den Pumpenzylinder 1 gegenüberliegendem

. Saugstutzen 3 mit Saugkanal 4 und Saugventil 5 sowie Druckstutzen 6 mit Druckkanal 7 und Druckventil 8. Das Saugventil 5 ist als doppelt abstahlendes Tellerventil fliegend in einer Ventilfeder 9 gelagert. Das Druckventil 8 ist ebenfalls als Tellerventil mit Dämpfungsanschlag 10 fliegend in einer Ventilfeder 11 gelagert. — Das Ventilkopfgehäuse 2 weist eine Zentralbohrung 12 sowie im Saugstutzen 3 und Druckstutzen 6 jeweils eine von der Zentralbohrung 12 abzweigende Querbohrung 13 auf. In die Zentralbohrung 12 ist im Anschluß an den Pumpenzylinder 1 eine Verteilerbuchse la mit vorgegebenem Lagerspiel eingesetzt. In die Querbohrunjgen 13 sind Saugkanal 4 und Druckkanal 7 bildende sowie Saugventil 5 und Druckventil 8 umgebende Panzerbüchsen 14 mit vorgegebenem Lagerspiel eingesetzt und verspannt. Durch das Lagerspiel sind die Verteilerbuchse la und die Panzerbuchsen 14 umgebende Ringspalte 15 gebildet und gegen Druckmittelaustritt abgedichtet. Dazu finden übliche DicfHjngsminel wie O-Ring 16 oder dergleichen Verwendung. Die druckseitige Panzerbuchse 14 weist zumindest eine den Druckkanal 7 mit dem zugeordneten Ringspalt 15 verbindende Druckmittelbohrung 17 auf. Dieser Ringspalt 15 kommuniziert mit den übrigen Ringspalten, so daß ein Flüssigkeitsmantel i'ür die Panzerbuchse 14 und die Verteilerbuchse la entsteht, der von den Dichtungsmitteln 16 begrenzt wird. Der Flüssigkeitsmantel ist angedeutet. Uie Verteilerbuchse la besitzt im Bereich der Querbohrungen 13 eine Ringnut 18. Die Panzerbuchsen 14 greifen in diese Ringnut 18 unter Ringspaltbildung ein und sind gegen den Pumpenzylinder 1 unter Zwischenschaltung von Saugkanal 4 und Druckkanal 7 umgebenden Dichtungsmitteln 16 abgestützt. Außerdem sind die Panzerbuchsen 14 mittels axialer Schraubverschlüsse 19 oder Zuganker verspannt. Dazu sind die Schraubverschlüsse 19 endseitig auf der dem Pumpenzylinder 1 abgewandten Seite in die Querbohrungen 13 einschrautbar und arbeiten unter Zwischenschaltung umfangsseitig gegen d^;e Querbohrungen abgedichteter Stirnplatten 20 gegen die Panzerbuchsen 14. Saugseitig ist zwischen Stirnplatte 20 und Panzerbuchse 14 ein Einbaukörper 21 mit zwei getrennten Durchflußboh-

rungen 2?. zur doppelten Beaufschlagung des nachgeordneten Saugventils 5 angeordnet, druckseitig weist die Stirnplatte 20 einen in die zugeordnete Panzerbuchse 14 fliegend vorkragenden Zapfen 23 mit einerseits Einschnürung und andererseits Montagekopf 24 für das zugeordnete Druckventil 8 auf. Im Bereich der Einschnürung sind mehrere die den Zapfen 23 umgebende Panzerbuchse 14 durchdringende und in den Ringspalt 15 zwischen Panzerbuchse 14 und Druckstutzen 6 mündende Druckmittelbohrungen 17 angeordnet. Die Panzerbuchsen 14 weisen im Bereich der Ringspalte 15 jeweils eine Ringschulter 25 unter Bildung einer der Verteilerbuchse la zugeordneten Verjüngung auf. Dadurch sind die Panzerbuchsen 14 durch das anstehende Druckmittel gegen die Schraubverschlüsse 19 druckbeaufschlagt. Die Panzerbuchsen 14 sind saug- und druckseitig als mehrteilige Buchsen ausgebildet und kraft- bzw. formschlüssig miteinander verbunden. Die Verteiler-Duchse ia weist von einem zentralen Zyiinderraum 27 für einen Plunger 26 schräg abzweigende zu der Ringnut 18 hinführende Durchflußbohrungen 28 auf. Durch die stumpfwinklige Ano'rdnung der Durchflußbohrungen 28 wird im Übergangsbereich von dem zentralen Zyiinderraum 27 zu eben den Durchflußbohrungen 28 Riß- und Bruchgefahr erheblich reduziert. Unabhängig davon kann die Verteilerbuchse la stets in Verbindung mit dem Plunger 26 ausgetauscht werden, d. h. jedem Plunger 26 ist eine gesonderte Verteilerbuchse la zugeordnet. Aus dieser Maßnahme resultiert eine optimale Festigkeit für die Verteilerbuchse 1 a unter Berücksichtigung eines minimalen Tot-Volumens. Darin ist ein weiterer Vorteil der Erfindung zu sehen.

Führt der Plunger 26 in dem Pumpenzylinder 1 bzw. der Verteilerbuchse la einen Saughub aus, so öffnet das Saugventil 5 und das angesaugte Fördermittel wird bei dem anschließenden Druckhub des Plungers 26 über das .«u xrr___j_ r\_..,.L...>~.:i α „w„„c^-a^-> „,:k...j „u»

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Saugventil 5 bereits wieder geschlossen ist. Dabei tritt ein Teil des Druckmittels in die kommunizierenden Ringspalte 15 ein und bildet einen die Panzerbuchsen 14 und die Verteilerbuchse la umgebenden Flüssigkeitsmamel, so daß diese Bauteile unter hydrostatischem Außendruck stehen. Im Bereich der das Saugventil 5 umgebenden Panzerbuchse 14 baut sich eine verminderte Schwelldruckbelastung in dem Ringspalt 15 zwischen Panzerbuchse 14 und der zugeordneten Querbohrung 13 auf. Der Weg der Förderflüssigkeit ist durch Pfeile angedeutet

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Fumpenventilkopf für Hochdruckpumpen, bestehend aus einem an den Pumpenzylinder angeschlossenen Ventilkopfgehäuse mit sich in bezug auf den Pumpenzylinder gegenüberliegendem Saugstutzen mit Saugkanal und Saugventil sowie Druckstutzen mit Druckkanal und Druckventil, wobei das Ventilkopfgehäuse eine Zentralbohrung sowie im Saugstutzen und Druckstutzen jeweils eine von der Zentralbohrung abzweigende Querbohrung aufweist, und in die Zentralbohrung eine Verteilerbuchse und in die Querbohrungen Saugkanal und Druckkanal bildende sowie Saugventil und Druckventil umgebende Buchsen eingesetzt und verspannt sind, wobei ferner die Verteilerbuchse als Panzerbuchse ausgebildet und unter Bildung eines abgedichteten Ringspaltes in die Zentralbohrung eingesetzt ist und die drucksäitige Buchse zumindest eine radiale Druckmitteibohrung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Saug- und Druckventil umgebenden Buchsen (14) als Panzerbuchsen ausgebildet sind und die druckseitige Panzerbuchse (14) wie die saugseitige Panzerbuchse (14) unter Bildung von Ringspalten (15) in die zugeordneten Querbohrungen (13) eingesetzt sind, wobei die Druckmittelbohrung (17) den Druckkanal (7) mit dem die druckseitige Panzerbüchse (14) umgebenden Ringspalt (15) verbindet und dieser Ringspalt mit den übr^en Ringspalten (15) kommuniziert, und daß auch die druck- und saugv^ntilseitigen Ringspalte (15) zur Bildung eines sämtliche Panzerbuchsen (la, 14) umgebenden Druckruttelmantels gegen Druckmittelaustritt abgedichtet sind.

2. Pumpenventükopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Panzerbuchsen (14) mittels axialer Schraubverschlüsse (19) verspannt sind.

3. Pumpenventükopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubverschlüsse (19) endseitig in die Querbohrungen (13) einschraubbar sind und unter Zwischenschaltung umfangseiti^j gegen die Querbohrungen (13) abgedichteter Stirnplatten (20) gegen die Panzerbuchsen (14) arbeiten.

4. Pumpenventükopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Panzerbuchsen (14) im Bereich der Ringspalte (15) jeweils eine Ringschulter (25) unter Bildung einer der Verteilerbuchse (ta) zugeordneten Verjüngung aufweisen und dadurch die Panzerbuchsen (14) durch das Druckmittel gegen die Schraubverschlüsse (19) druckbeaufschlagt sina.

5. Pumpenventükopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilerbuchse (la,) von einem zentralen Zylinderraum (27) für.den Plunger (26) schräg abzweigende zu der Ringnut (18) hinführende Durchflußbohrungen (28) aufweist.