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Hochdruckpl ungerpumpe
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Hochdruckplungerpumpe mit mindestens
einem antreibbaren Plunger, auf dem eine den Arbeitsraum der Pumpe bildende, sich
an den Stirnenden im Gehäuse abstützende Hülse schwimmend gelagert ist und mit einem
mit einer Sammelleitung für das geförderte Medium versehenen Pumpenkopf, in dem
jedem Plunger ein Saug- und ein Druckventil zugeordnet sind.
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Eine Hochdruckplungerpum-pe dieser Art ist durch die DE-PS 26 31 217
bekannt, jedoch weist der Pumpenkopf ausschließlich eine Sammelleitung für das geförderte
Medium auf, so daß mit dieser Hochdruckplungerpumpe nur ein Förderstrom erzeugt
werden kann.
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Hochdruckplungerpumpen, deren Druck-Mengenverhältnis feststeht, verwendet
man in der Hydrodynamischen Reinigungstechnik, beim hydraulischen Strebausbau, beim
Betriebhydraulischer Pressen und in der Verfahrenstechnik als Prozeßpumpen, als
Homogenisatoren oder dergleichen. Bei gleichbleibender Antriebsdrehzahl ist die
Fördermenge gegeben. Eine Anderung der Fördermenge ist nur durch eine Änderung der
Antriebsdrehzahl oder eine Hubverstellung möglich. Bei-de Bauarten sind aufwendig.
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Die Anordnung eines Bypassventils ist daher die Regel. Ober dieses
Ventil fließt nach Druckbeaufschlagung die nicht benötigte Fördermenge unter Erwärmung
zur Saugseite zurück, wobei die vernichtete Energie in Form von Wärme dem Fördermedium
zugeführt wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hochdruckplungerpumpe
der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß sie von einem Förderstrom niedrigen
Druckes auf einen Förderstrom hohen Druckes oder umgekehrt umschaltbar ist und daß
mit ihr zwei Förderströme unterschiedlichen Druckes gleichzeitig erzeugt werden
können.
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Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß der Pumpenkopf
eine zweite Sammelleitung aufweist, der das Fördermedium mittels eines zwischen
der ersten und der zweiten Sammelleitung vorgesehenen, mit einem kleineren Durchmesser
als der Plunger ausgerüsteten Kolbens zuführbar ist, der mit einem Förderkanal ausgestattet
ist, in dem an dem dem Plunger zugewandten Ende ein Saugventil angeordnet ist und
daß auf den Kolben oder auf einen auf dem Kolben gleitbar gelagerten Zylinder ständig
eine durch eine Feder oder hydraulisch erzeugte, in Richtung des Plungers gerichtete
Kraft wirkt.
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Sofern die an die zweite Sammelleitung angeschlossenen Verbraucher
abgesperrt sind, arbeitet die Pumpe wie eine übliche Hochdruckplungerpumpe und fördert
das Druckmedium durch die erste Sammelleitung zu den an diese Sammelleitung angeschlossenen
Verbraucher.
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In der ersten Sammelleitung kann eine Druckregelautomatik vorgesehen
sein, die mit einer ins Freie endenden Ablaufleitung oder mit einer in den Saugraum
einmündenden Rücklaufleitung ausgerüstet ist. Mittels der Druckregelautomatik kann
der Betriebsdruck der Pumpe über einen Bereich eingestellt werden, der z.B. für
Betriebsdrücke von 0 bis 200 bar ausgelegt ist.
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Sofern die Verbraucher, die an der ersten Sammelleitung angeschlossen
sind, abgesperrt werden, fördert die erfindungsgemäße Pumpe mittels des einem jeden
Plunger zugeordneten und im Pumpenkopf an-
geordneten Kolbens mit
kleinerem Durchmesser als der Plunger das Druckmedium durch die zweite Sammelleitung
zu den Verbrauchern, die an dieser Sammelleitung ange-schlossen sind.
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Der Druck des Fördermediums in der zweiten Sammelleitung ergibt sich
aus dem Verhältnis der Durchmesser des Plungers und des im Pumpenkopf zugeordneten
Kolbens. Ist die in der ersten Sammelleitung angeordnete Druckregelautomatik auf
einen Betriebsdruck von 200 bar eingestellt und ist der Durchmesser des im Pumpenkopf
vorgesehenen Kolbenz ein Viertel des Durchmessers des Plungers, so wird der zweiten
Sammelleitung Fõrdermedium mit einem Druck von+800 bar zugeführt. Die Fördermenge
des genannten Kolbens beträgt 1/4 der Fördermenge des Plungers.
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Der Druck des Fördermediums in der zweiten Sammelleitung kann mittels
der Druckregelautomatik verändert werden.
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Bei der erfindungsgemäßen Hochdruckplungerpumpe besteht auch die Möglichkeit
zwei Förderströme gleichzeitig zu erzeugen und sowohl die an der Sammelleitung 1
als auch die an der Sammelleitung 2 angeschlossenen Verbraucher gleichzeitig zu
versorgen.
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Jedem Plunger kann im Pumpenkopf ein feststehender Kolben zugeordnet
werden, auf dem ein Zylinder gleitbar gelagert ist, der an dem dem Plunger zugewandten
Ende mit einem Saugventil ausgerüstet ist.
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Der Kolben kann auch in einer Zylinderkammer des Pumpenkopfes gleitbar
gelagert sein.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt
und werden im folgenden beschrieben.
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Es zeigen: Fig. 1 eine Hochdruckplungerpumpe im Vertikalschnitt, Fig.
2 einen Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 1, Fig. 3 eine Teildarstellung aus
der Fig. 1, Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV in Fig. 3 und Fig. 5 ein weiteres
Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Hochdruckplungerpumpe im Vertikalschnitt.
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Fig. 6 und 7 Ausführungsbeispiele, bei denen jedem Plunger mehrere
Kolben zugeordnet sind.
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Die in den Fig. 1 bis 4 aufgezeigte Hochdruckplungerpumpe ist mit
drei Plungern 1 ausgerüstet, die über einen nicht dargestellten Kreuzkopf und einen
Kurbeltrieb oder aber dadurch ein Druckmittel angetrieben werden können. Auf jedem
Plunger ist schwimmend eine Hülse 2 gelagert, die an der dem Pumpenkopf 3 zugewandten
Ende sich, konisch verjüngt und sich mit ihren Stirnenden am Gehäuse bzw. am Pumpenkopf
abstützt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel liegt das konisch sich verjüngende
Ende der Hülse 2 an einem Einsatzstück 4 an, das mit schräg verlaufenden Bohrungen
5 ausgerüstet ist, die vom Saugraum 6 der Pumpe ausgehen und zum Saugventilkörper
7 führen.
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Oberhalt eines jeden Saugventilkörpers 7 ist ein Druckventilkörper
8 vorgesehen, der in geöffneter Lage für das Fördermedium den Weg freigibt zur ersten
Sammelleitung 9.
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In der Sammelleitung 9 ist bei dem Ausführungsbeispiel nach der Fig.
1 eine Druckregelautomatik 10 angeordnet, die mit einer ins Freie endende Ablaufleitung
oder mit einer in den Saugraum 6 einmündenden Rücklaufleitung 11 ausgestattet ist.
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Der Pumpenkopf 3 ist mit einer zweiten Sammelleitung 12 ausgerüstet,
der das Fördermedium mittels eines ortsfesten Kolbens 13 zugeführt wird. Dieser
Kolben 13 weist einen mittigen Förderkanal 14 auf, der
am oberen
Ende durch einen Druckventilkörper 15 verschließbar ist.
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Auf dem ortsfesten Kolben 13 ist ein Zylinder 16 gleitbar gelagert,
der an der dem Plunger zugewandten Seite einen Boden 17 aufweist, in dem ein Saugventilkörper
18 sowie die dem Saugventilkörper zugeordneten Bohrungen 19 vorgesehen sind. Der
Saugventilkörper 18 ist entgegen der Wirkung einer Feder 20 in eine Offnungsstellung
bewegbar.
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Die Längsachse des Plungers 1 fluchtet mit der Längsachse des zugeordneten
Kolbens 13. Der Zylinder 16 ist in einer Gehäusekammer 21 des Pumpenkopfes gleitbar
gelagert.
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An der der zweiten Sammelleitung 12 zugewandten Ende ist dem Zylinder
16 eine Steuerkammer 22 zugeordnet, deren untere Begrenzungsfläche eine Steuerfläche
23 des Zylinders ist. Diese Steuerkammer 22 ist über eine Leitung 24,in der ein
Druckbegrenzungsventil 25 angeordnet ist, mit dem Saugraum 6 verbunden. Die Steuerkammer
22 wird mit einer in dem Spalt zwischen dem Zylinder 16 und dem Gehäuse fließenden
Leckageflüssigkeit beaufschlagt. Der Druck, der sich in der Steuerkammer aufbautwird
durch die Einstellung des Druckbegrenzungsventils 25 bestimmt und kann z.B. 6 bar
betragen, während im Saugraum 6 ein Vordruck von 3 bar herrscht. Durch den in der
Steuerkammer 22 sich aufbauenden Druck wirkt auf den Zylinder 16 eine in Richtung
auf den Plunger gerichtete Kraft erzeugt, die ständig wirkt.
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Sofern die an der ersten Sammelleitung 9 angeschlossenen Verbraucher
abgesperrt sind und über die zweite Sammelleitung 12 die an diese Sammelleitung
angeschlossenen Verbraucher mit Fördermedium versorgt werden sollen, bewegt sich
beim Saughub des Plungers 1 der Zylinder 16 unter der Wirkung der in der Steuerkammer
22 erzeugten Kraft nach unten. Hierbei wird in dem Innenraum des Zylinders 16 sowie
in dem Förderkanal 14 ein Unterdruck gebildet, durch den der Saugventilkörper 18
entgegen der Wirkung der Feder 20 in die Uffnungsstellung bewegt wird. Der Innenraum
des Zylinders füllt sich mit dem zu fördernden Medium.
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Aus der mittleren Darstellung der Fig. 1 ergibt sich, daß bis zur
unteren Endlage des Plungers 1 der Saugventilkörper 18 in der bffnungsstellung ist.
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Beim Druckhub des Plungers 1 bautsich im Innenraum des Zylinders 16
ein Druck auf, durch den der Saugventilkörper 18 in die Verschlußlage gebracht und
in dieser Verschlußstellung gehalten wird. Beim weiteren Druckhub des Plungers 1
wird der Zylinder 16 mittels der "hydraulischen Stange" zwischen dem Plunger und
dem Zylinder 16 nach oben bis in die obere Endlage bewegt. Das Fördermedium wird
hierbei aus dem Innenraum des Zylinders durch den Förderkanal 14 in die Sammelleitung
12 gedrückt, wobei durch das Fördermedium die Druckventilkörper 15 in die Öffnungsstellung
gebracht werden.
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Der Kolben 13 weist einen Druckmesser d1 auf, der kleiner ist als
der Durchmesser d2 des zugeordneten Plungers. Dieses Durchmesserverhältnis bestimmt
den Druck des Fördermediums in der Sammelleitung 12. Ist das Verhältnis d1 zu d2
gleich 1:4, so beläuft sich der Druck in der Sammelleitung 12 auf 800 bar, sofern
in der Druckregelautomatik 10 für die Sammelleitung 9 ein Druck von 200 bar eingestellt
ist und die an der Sammelleitung 9 angeschlossenen Verbraucher abgesperrt sind.
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Die auf den Zylinder 16 wirkende Rückstellkraft kann auch mittels
einer Feder erzeugt werden.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach der Fig. 5 ist jedem Plunger 1 im
Pumpenkopf 3 ein Kolben 26 zugeordnet, der in einer Zylinderkammer des Pumpenkopfes
gleitbar gelagert ist. Der Kolben 26 weist einen mittigen Förderkanal 27 auf. Zwischen
der Zylinderkammer 28, in der der Kolben 27 gleitbar gelagert ist und der zweiten
Sammelleitung 12 ist ein Druckventilkörper 13 vorgesehen. Der Kolben 26 weist an
dem dem Plunger 1 zugewandten Ende einen Kopf 29 auf, mit größeren Durchmesser als
der Kolben 26, dem der Saugventilkörper 30 und die dem Saugventilkörper zugeordneten
Oberströmbohrungen 31 vorgesehen sind.
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Dem der Sammelleitung 12 zugewandten Ende des Kopfes 29 ist eine
Steuerkammer 32 zugeordnet, die nach unten durch eine Steuerfläche 33 des Kolbens
begrenzt wird. Die Steuerkammer 32 wird mit Leckageflüssigkeit beaufschlagt, die
sich durch den Spalt zwischen dem Kopf 29 und dem zugeordneten Zylinder 34 bewegt,
in dem der Kopf 29 gleitbar gelagert ist. Die Steuerkammer 32 steht wie in dem Ausführungsbeispiel
nach der Fig. 1 aufgezeigt, über eine Leitu-ng mit dem Saugraum 6 der Pumpe in Verbindung,
wobei in der Leitung ein Druckbegrenzungsventil angeordnet ist, das in der Steuerkammer
z.B.
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einen Druck von 6 bar aufrechterhält, während der Vordruck im Saugraum
ca. 3 bar beträgt.
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Beim Saughub des Plungers 1 bewegt die durch den Druck in der Steuerkammer
32 erzeugte Kraft den Kolben 26 in Richtung auf den Plunger 1, wobei im Innenraum
des Kolbens 26 ein Unterdruck gebildet wird, durch den der Saugventilkörper 30 in
die Offnungsstellung bewegt wird. Der Innenraum des Kolbens 26 füllt sich mit Fördermedium,
das dann beim Druckhub des Plungers und bei geschlossenem Saugventilkörper 30 den
Druckventilkörper 13 in die Uffnungsstellung bringt und dann in die Sammelleitung
12 gelangt.
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Bie den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 6 und 7 sind jedem Plunger
1 zwei im Pumpenkopf gleitbar gelagerte Kolben 35,36 bzw. 37,38 zugeordnet, wobei
die Kolben in ihren Durchmessern unterschiedlich sind und Durchmesser aufweisen,
die kleiner sind als der des Plungers 1.
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In dem Ausführungsbeispiel nach der Fig. 6 fördert der Kolben 35 bei
geöffnetem Druckventil 39 in eine Sammelleitung 40 während dem Kolben 36 ein Druckventil
41 und eine Sammelleitung 42 zugeordnet sind.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel können somit drei Druckstufen erreicht
werden.
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Die Kolben 35 und 36 sowie 37 und 38 sind im wesentlichen so gestaltet
wie der Kolben 26 nach der Fig. 5.
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Es besteht auch die Möglichkeit, dem Plunger 1 mehr als zwei Kolben
im Pumpenkopf zuzuordnen und die Anzahl der voneinander separaten Sammelleitungen
fiir das durch die Kolben geförderte Druckmedium entsprechend zu erhöhen.
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Während beim Ausführungsbeispiel nach der Fig. 6 die dem Plunger 1
zugeordnete Sammelleitung 9 seitlich versetzt zu den Kolben 35 und 36 angeordnet
ist, ist bei der Konstruktion nach der Fig. 7 die Sammelleitung 9 zwischen den V-förmig
angeordneten Kolben 37 und 38 vorgesehen.
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Die Kolben 37 und 38 fördern übr Druckventile 43,44 in Sammelleitungen
45,46, so daß die Pumpenköpfe bei den Hochdruckplungerpumpen nach den Fig. 6 und
7 jeweils mit drei Sammelleitungen ausgestattet sind.
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Bei den Hochdruckplungerpumpen nach denFig. 6 kann entweder mit einem
Förderstrom oder mit zwei oder drei Förderströmen gearbeitet werden.
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Bezugszeichen 1 Plunger 2 Hülse 3 Pumpenkopf 4 Einsatzstück 5 Bohrungen
6 Saugraum 7 Saugventilkörper 9 Sammelleitung 8 Druckventilkörper 10 Driickregel
automatik 11 Rückalufleitung 12 Sammelleitung 13 Kolben-14 Förderkanal 15 Druckventilkörper
16 Zylinder 17 Boden 18 Saugventilkörper 19 Bohrung 20 Feder 21 Gehäusekammer 22
Steuerkammer 23 Steuerfläche 24 Leitung 25 Druckbegrenzungsventil 26 Kolben 27 Förderkanal
28 Zylinderkammer 30 Saugventilkörper 29 Kopf 31 überströmbohrung 32 Steuerkammer
33 Steuerfläche 34 Zylinder 35 Kolben 36 Kolben 37 Kolben 38 Kolben 39 Druckventil
40 Sammelleitung 41 Druckventil 42 Sammelleitung 43 Druckventil 44 Druckventil 45
Sammelleitung 46 Sammelleitung
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