DE3243726C2 - Hochdruckplungerpumpe - Google Patents

Abstract

Die Hochdruckplungerpumpe weist mindestens einen antreibbaren Plunger 1 auf, auf dem eine den Arbeitsraum der Pumpe bildende, sich an den Stirnenden im Gehäuse abstützende Hülse 2 schwimmend gelagert ist. Der Pumpenkopf 3 weist eine erste Sammelleitung 9 und eine zweite Sammelleitung 12 auf. Sofern die an der Sammelleitung 12 angeschlossenen Verbraucher abgesperrt sind, werden die an der Sammelleitung 9 angeschlossenen Verbraucher durch die Plunger mit Druckmedium versorgt. In der Sammelleitung ist eine Druckregelautomatik 10 vorgesehen, durch die der Betriebsdruck über einen weiten Bereich von z. B. 0 bis 200 bar einstellbar ist. Zwischen den Sammelleitungen ist jedem Plunger ein Kolben 13 mit kleinerem Durchmesser zugeordnet, der einen Förderkanal 14 aufweist, der am oberen Ende durch einen Druckventilkörper 15 verschließbar ist. Auf den ortsfesten Kolben 13 ist jeweils ein Zylinder 16 gleitbar gelagert, in dessen Boden ein Saugventilkörper 18 vorgesehen ist. Das Fördermedium, das durch die Kolben 13 der Sammelleitung 12 zugeführt wird, weist einen erhöhten Druck auf, und zwar ergibt sich die Druckerhöhung aus dem Verhältnis des Durchmessers d1 des Kolbens zum Durchmesser d2 des Plungers. Die Hochdruckplungerpumpe kann auch gleichzeitig zwei Förderströme mit unterschiedlichem Druck erzeugen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Hochdruckplungerpumpe mit mindestens einem antreibbaren Plunger, einem dem Plunger zugeordneten, mit einem Saugventil versehenen Arbeitsraum, der mit einer Zylinderkammer mit gleitbar darin gelagertem, mit einer Durchflußbohrung ausgerüsteten Differentialkolben verbunden ist, bei dem in der Durchflußbohrung ein Rückschlagventil angeordnet und die größere wirksame Fläche dem Arbeitsraum des Plungers zugewandt ist und der Differentialkolben eine Ringfläche aufweist, die mit einer Rückstellkraft beaufschlagbar ist und die kleine wirksame Fläche mit einem Arbeitsraum zusammenwirkt, der ein Druckventil enthält.

Es ist eine Hochdruckplungerpumpe dieser Art bekannt (DE-PS 4 92 378), die als Brennstoffeinspritzpumpe verwendet wird. Die Brennstoffeinspritzung erfolgt in festgelegten Zeitabständen, so daß ein kontinuierlicher Förderstrom nicht erzeugt wird.

Es ist ferner eine Einrichtung zur selbsttätigen Begrenzung des Druckes einer Druckstufe bei mehrstufigen Druckpumpen bekannt (DE-PS 8 21 763), die zum Antrieb des Kolbens einer hydraulischen Presse oder eines sonstigen Arbeitskolbens einer Maschine verwendet wird. Die bekannte Ausführung ist mit einer Niederdruckpumpe und einer Hochdruckpumpe ausgenistet, denen eine gemeinsame Förderleitung zugeordnet ist, aus dar die Druckflüssigkeit mittels eines Umsteuerventils wahlwsise der einen oder der anderen Seite des Arbeitskolbens zugeleitet wird. Beim Verfahren zum

ίο Betrieb des hydraulischen Arbeitskolbens, bei dem das Druckmittel während des Kolbenhubes auf einen höheren Arbeitsdruck umgeschaltet wird, fördert die niedrige Druckstufe über ein Rückschlagventil und die höhere Druckstufe unmittelbar Druckflüssigkeit zum Arbeitskolben. Beide Druckstufen steuern gemeinsam ein in die niedrige Druckstufe eingebautes Oberströmventil, welches bereits dann öffnen kann, wenn beide Druckstufen mit relativ niedrigem Druck parallel miteinander Druckflüssigkeit zum Arbeitskolben fördern und später einen großen, den Druck der niedrigen Druckstufe vermindernden Oberströmquerschnitt freigibt, sofern und sobald die alleinige Druckmittelzufuhr der Hochdruckstufe zum Arbeitskolben das Rückschlagventil geschlossen hat

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hochdruckplungerpumpe der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß die Pumpe einen Niederdruckarbeitsbereich und mindestens einen Hochdruckarbeitsbereich aufweist, und sowohl im Niederdruckbereich als auch im Hochdruckbereich oder gleichzeitig in beiden Bereichen unter volfer Ausnutzung der Antriebsleistung gearbeitet werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Arbeitsraum des Plungers die erste Stufe und der Arbeitsraum des Differentialkolbens die zweite Stufe bildet und die erste Stufe über ein Rückschlagventil in eine Abgabeleitung mündet, in der ein die Betriebsart der Pumpe mitbestimmendes Regelventil angeordnet ist

Sofern Wärmetauscher, die mit harten Verkrustungen versehen sind, mittels Hochdnickwasserstrahlen gereinigt werden sollen, werden die Düsen, in denen diese Wasserstrahlen erzeugt werden, an die Abgabeleitung der zweiten Stufe der erfindungsgemäßen Hochdruckplungerpumpe angeschlossen. Die Abgabeleitung der ersten Stufe wird abgesperrt. Bei den Reinigungsarbeiten, die in dieser Betriebsstellung der Hochdruckplungerpumpe durchgeführt werden, wird mit einem hohen Druck (z. B. von 8IK) bar) gearbeitet. Die bei diesem

5U hohen Druck zur Verfügung stehende Fördermenge ergibt sich aus der Antriebsleistung der Pumpe und ist entsprechend dem maximalen Arbeitsdruck, für den die Pumpe ausgelegt ist gering. Eine große Fördermenge ist bei dem genannten Reinigungsproblem nicht erforderlich, da nur die harten Verkrustungen von dem Wärmetauscher abgetrennt werden müssen. Die Konstruktion des Wärmetauschers erlaubt das Arbeiten mit Hochdruckwasserstrahlen.
Sofern im kommunalen Bereich Abwasserkanäle gereinigt werden sollen, läßt das Material der Kanalrohre das Arbeiten mit Wasserstrahlen sehr höhen Druckes nicht zu. Um die hier anstehende Reinigungsaufgabe mit der erfindungsgemäßen Hochdruckplungerpumpe zu lösen, werden die Kanalreinigungsdüsen mit Wasser aus der Abgabeleitung der ersten Stufe beaufschlagt, während die Abgabeleitung der zweiten Stufe abgesperrt ist. Der Arbeitsdruck des aus der Abgabeleitung der ersten Stufe entnommenen Wassers kann in dem Be-

reich vom Vordruck der Hochdruckplungerpumpe bis z. B. 200 bar liegen. Unter Ausnutzung der Antriebsleistung der Hochdruckplungerpumpe ergibt der niedrige Arbeitsdruck eine große Fördermenge, die im vorliegenden Fall auch erwünscht ist, damit die von den Innenflächen der Kanalrohre abgetrennten Schmutzteile aus dem Kanal herausgespült werden können.

Es besteht aber auch die Möglichkeit, sowohl einen Verbraucher an die Abgabeleitung der ersten Stufe als auch einen Verbraucher an die Abgabeleitung der zweiten Stufe anzuschließen und mit beiden Verbrauchern gleichzeitig zu ar' ^iten. Das Verhältnis des Arbeitsdruckes im Hochdruckbereich zu dem Arbeitsdruck im Niederdruckbereich wird durch das Verhältnis der wirksamen Flächen des Differentialkolbens bestimmt Die Fördermengenverteilung zwischen dem Hochdruck- und dem Niederdruckbereich ist abhängig von den durch die- Verbraucher erzeugten, hydraulischen Widerständen (Düsenquerschnitt), die auch die Druckhöhe beeinflussen. Das Druckhöhenverhältnis zwischen dem Niederdruck- und dem Hochdruckbc-reich wird durch das Verhältnis der wirksamen Flächen des Dlfferenrialkolbens bestimmt

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, in der folgenden Beschreibung und in den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele dargestellt Es zeigt

F i g. 1 eine Hochdruckplungerpumpe im Vertikalschnitt,

F i g. 2 einen Schnitt nach der Linie H-II in F i g. 1,

F i g. 3 eine Teildarstellung aus der F i g. 1,

F i g. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV und

F i g. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Hochdruckplungerpumpe im Vertikalschnitt,

F i g. 6 und 7 Ausführungsbeispiele, bei denen jedem Plunger mehrere Differentialkolben zugeordnet sind.

Die in den F i g. 1 bis 4 aufgezeigte Hochdruckplungerpumpe ist mit drei Plungern 1 ausgerüstet, die über einen nicht dargestellten Kreuzkopf und einen Kurbeltrieb oder a*:er durch ein Druckmittel angetrieben werden können. Auf jedem Plunger ist bei diesem Ausführungsbeispiel schwimmend eine Hülse 2 gelagert, die an dem dem Pumpenkopf 3 zugewandten Ende sich konisch verjüngt und sich mit ihrem Stirnende am Gehäuse bzw. am Pumpenkopf abstützt. Bei der dargestellten Konstruktion liegt das konisch sich verjüngende Ende der Hülse 2 an einem Einsatzstück 4 an, das mit schräg verlaufenden Überströmbohrungen 5 ausgerüstet ist, die vom Saugraum 6 der Hochdruckplungerpumpe ausgehen und zum Saugveniükörper 7 führen.

Oberhalb eines jeden Saugventilkörpers 7 ist ein Rückschlagventil 8 vorgesehen, das in geöffneter Lage den Weg für das Fördermedium zur ersten Abgabeleitung 9 freigibt

In der Abgabeieitung 9 ist ein die Betriebsart der Pumpe mitbestimmendes Regelventil angeordnet, das bei dem Ausführungsbeispiel nach der F i g. 1 als Druckregelautomatik 10 ausgebildet ist, die mit einer ins Freie endenden Ablaufleitung oder mit einer in den Saugraum 6 einmündenden RUckiaufleitung 11 ausgestattet ist

Der Pumpenkopf 3 ist mit einer zweiten Abgabeieitung 12 ausgerüstet, der das Fördermedium mittels eines Differentialkolbens zugeführt wird. Der Differentialkolben 16 ist auf einer im Pumpenkopf 3 festgelegten, mit einem Förderkanal versehenen stangenförmigen Führung 13 gleitbar gelagert. An der stangenförmigen Führung 13 ist der Ventifritz eines Druckventils 15 vorgesehen, das zwischen dem Förderkanal und der zweiten Abgabeieitung 12 angeordnet ist

Der Differentialkolben 16 weist an der dem Plunger 1 zugewandten Seite einen Boden 17 auf, in dem ein Rückschlagventtf 18 sowie die dem Rückschlagventil zuge-5 ordneten Uberströmbohrungen 19 vorgesehen sind. Der Ventilkörper des Rückschlagventils 18 ist entgegen der Wirkung einer Feder 20 in eine Öffnungsstellung bewegbar. Die Längsachse des Plungers I fluchtet mit der Längsachse des zugeordneten Differentialkolbens

ίο 16. Der Arbeitsraum 21 des Plungers I bildet die erste Stufe und der Arbeitsraum 14 des Differentialkolbens 16 die zweite Stufe der Pumpe.

An dem der zweiten Abgabeleitung 12 zugewandten Ende ist dem Differentialkolben 16 eine Kammer 22 zugeordnet in der sich durch Leckageflüssigkeit ein Flüssigkeitsdruck aufbauen kann, der auf eine Ringfläche 23 des Differentialkolbens 16 wirkt Diese Kammer 22 ist über eine Leitung 24, in der ein Druckbegrenzungsventil 25 angeordnet ist mit dem Saugraum 6 verbunden. Der Druck der Leckageflüssigkeit der sich in der Kammer 22 aufbaut wird durch <ite Einstellung des Druckbegrenzungsventils 25 bestimmt and kann z. B. 6 bar betragen, während im Saugraum 6 ein Vordruck von 3 bar herrscht Durch den in der Kammer 72 sich aufbauenden Druck wirkt auf den Differentialkolben 16 ständig eine in Richtung auf den Plunger gerichtete Kraft

Bei eingeschalteter zweiter Stufe (Hochdruckstufe) muß die aus dem Arbeitsraum 21 entnommene, mittels des oder der Differentialkolben 16 in die Abgabeleitung 12 geförderte Flüssigkeit im Arbeitsraum 21 ersetzt werden.

Beim Saughube des Plungers I folgt der zugeordnete Differentialkolben 16 der Plungerbewegung aufgrund der ständig auf die Ringfläche 23 des Differentialkolbens 16 wirkenden Kraft, die sich aus dem Druck der Leckageflüssigkeit in der Kammer 22 ergibt, oder auch durch eine mechanische Feder erzeugt werden kann. Bei dieser Bewegung entsteht zwischen dem Innenraum des Differentialkolbens 16 und dem Arbeitsraum 21 eine Druckdifferenz, durch die das Rückschlagventil 18 geöffnet wird, so daß Förderflüssigkeit in den 'nnenraum des Differentialkolbens einströmen kann. Sobald diese Druckdifferenz aufgehoben ist, schließt das Rückschlagventil 18 unter der Wirkung der dem Vei.tilkörper zugeordneten Feder 20.

Beim Druckhub des Plungers 1 wird der Differentialkolben 16 mittels der »hydraulischen Stange« zwischen dzm Plunger und dem Differentialkolben 16 bis in die obere Endlage bewegt. Das Fördermedium wird hierbei aus dem Innenraum des Differentialkolbens durch den Förderkanal 14 in die Abgabeleitung 12 gedrückt, woU-'i durch das Fördermedium die Druckventilkörper 15 in die Öffnungsstellung gebracht werden.

Die stangenförmige Führung 13 weist einen Durchmesser d\ auf, der kleiner ist als der Durchmesser d2 des zugeordneten Plungers 1. Die zwischen der ersten Abgabeleitung und der zweiten Abgabeleitung vorgesehenen DifferentiaV.olben 16 können ein Drucküberset-Zungsverhältnis von 1 :4 aufweisen. Sofern in der ersten Abgabeleitung eine Druckregeläütömätik mit einem Regelbereich vom Vordruck (3 bar) bis Γ200 bar angeordnet ist, beträgt der maximale Arbeitsdruck, der in der zweiten Abgabeleitung erzielt werden kann, 800 bar.

Bei dem Ausführ^igsbeirpiel nach der Fig. 5 ist jedem Plunger 1 im Pumpenkopf 3 ein Differentialkolben 26 zugeordnet, der in einer Zylinderkammer 28 des Pumpenkopfes gleitbar gelagert ist. Der Differentialkol-

ben 26 weist einen mittigen Förderkanal 27 auf. Zwischen der Zylinderkammer 28 und der zweiten Abgabeleitung 12 ist ein Druckventil 15 vorgesehen. Der Differentialkolben 26 weist an der dem Plunger 1 zugewandten Seite einen Kopf 29 mit größerem Durchmesser auf, 5 in dem das Rückschlagventil 30 und die dem Rückschlagventil zugeordneten Überströmbohrungen 31 vorgesehen sind. Dem der Abgabeleitung 12 zugewandten Ende des Kopfes 29 ist eine Kammer 32 zugeordnet. D'er Kopf 29 weist eine Ringfläche 33 auf, die mit von 10 der Kammer aufgenommener Leckageflüssigkeit beaufschlagt wird. Wie beim Ausführungsbeispiel nach der F i g. 1 sseht die Kammer 32 über eine Leitung mit dem Saugraum 6 der Pumpe in Verbindung, wobei in der Leitung ein Druckbegrenzungsventil angeordnet ist, das 1 5 in der Kammer z. B. einen Druck von 6 bar aufrechterhält während der Vordruck im Saugraum ca. 3 bar beträgt

Bei den Äusführungsbeispieien nach den F i g. 6 und 7 sind einem Plunger 1 im Pumpenkopf zwei Differentialkolben 35,36 bzw. 37,38 mit unterschiedlichen Flächenverhältnissen zugeordnet.

In dem Ausführungsbeispiel nach der F i g. 6 fördert der Differentialkolben 35 bei geöffnetem Druckventil 39 in eine Druckleitung 40, während dem Differentialkolben 36 ein Druckventil 41 und eine Druckleitung 42 zugeordnet sind.

Bei diesem Ausführungsbeispiel können somit drei Druckstufen erreicht werden.

Die Differentialkolben 35 und 36 sowie 37 und 38 sind im wesentlicher, so gestaltet wie der Differentialkolben 26 nach der Fig.5. Es besteht auch die Möglichkeit, dem Plunger 1 mehr als zwei Differentialkolben im Pumpenkopf zuzuordnen und die Anzahl der voneinander separaten Druckleitungen für das durch die Differentialkolben geförderte Druckmedium entsprechend zu erhöhen.

Während beim Ausführungsbeispiel nach der F i g. 6 die dem Plunger 1 zugeordnete Abgabeleitung 9 seitlich versetzt zu den Differentialkolben 35 und 36 angeordnet ist, ist bei der Konstruktion nach der F i g. 7 die Abgabeleitung 9 zwischen den V-förmig angeordneten Differentialkolben 37 und 38 vorgesehen.

Die Differentialkolben 37 und 38 fördern über Druckventile 43,44 in Druckleitungen 45,46, so daß die Pumpenköpfe bei den Hochdruckplungerpumpen nach den F i g. 6 und 7 jeweils mit drei Abgabeleitungen ausgestattet sind.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

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Claims (5)

Patentansprüche:

1. Hochdruckpluiigerpuinpe mit mindestens einem antreibbaren Plunger, einem dem Plunger zugeordneten, mit einem Saugventil versehenen Arbeitsraum, der mit einer Zylinderkammer mit gleitbar darin gelagertem, mit einer Durchflußbohrung ausgerüsteten Differentialkolben verbunden ist, bei dem in der Durchflußbohrung ein Rückschlagventil angeordnet und die größere wirksame Fläche dem Arbeitsraum des Plungers zugewandt ist und der Differentialkolben eine Ringfläche aufweist, die mit einer Rückstellkraft beaufschlagbar ist und die kleine wirksame Fläche mit einem Arbeitsraum zusammenwirkt, der ein Druckventil enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsraum (21) des Plungers (1) die erste Stufe und der Arbeitsraum (14) des Differentialkolbens die zweite Stufe bfldet und die ere't Stufe über ein Rückschlagventil in eine Abgabeleitung mündet, in der ein die Betriebsart der Pumpe mitbestimmendes Regelventil angeordnet ist.

2. Hochdruckplungerpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Differentialkolben (16) auf einer im Pumpenkopf festgelegten, mit einem Förderkanal versehenen stangenförmigen Führung (13) gleitbar gelagert ist

3. Hochdruckplungerpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz des Druckventils der vweiten Stufe an der stangenförmigen Führung (13) vorgesehen ist

4. Hochdmckplungerpumpc nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringfläche (23) des Differentialkolbens (16) mit Lekkageflüssigkeit beaufschlagbar ist, die durch eine mit einem Druckbegrenzungsventil (25) versehene Leitung (24) mit dem Saugraum (6) verbunden ist

5. Hochdruckplungerpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einem Plunger im Pumpenkopf (3) mehrere Differentialkolben (35. 36, 37, 38) mit unterschiedlichen Flächenverhältnissen zugeordnet sind und jedem Differentialkolben eine Druckleitung (40,42,45.46) zugeordnet ist.