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Die Erfindung betrifft eine schnellaufende Hochdruck-
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Wasser-Radialkolbenpumpe insbesondere für den Untertagebetrieb gemäß
dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Die erfindungsgemäße Hochdruck-Wasser-Radialkolbenpumpe fördert klares
Wasser, welches jedoch auch durch feine Partikel verschmutzt sein kann, die von
einem vorgeschalteten Wasserfilter nicht zurückgehalten werden können. Diese Partikel
haben beispielsweise Größenordnungen von 200 bis 500 m.
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Mit der erfindungsgemäßen Pumpe werden beispielsweise Drücke von 100
bar bei Fördermengen von 10 1/min erreicht, wobei Drehzahlen zwischen ca.
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800 bis 100 U/min auftreten. Das vorzugsweise Anwendungsgebiet der
erfindungsgemäßen Radialkolbenpumpen ist die Staub- und Gasbekämpfung mit Hilfe
von Wasser, das hinter der Pumpe von Nebeldüsen zerstäubt wird. Obschon die erfindungsgemäße
Hochdruck-Wasser-Radialkolbenpumpe auch stationär eingesetzt werden kann, wird sie
aufgrund ihrer geringen Baugröße bevorzugt maschinenfest vorgesehen. Dadurch ist
es möglich, das zur Staub- und Gasbekämpfung dienende Wasser, welches mit einem
verhältnismäßig niedrigen Druck durch normale Wasserleitungen, beispielsweise einer
Schrämmaschine zugeführt wird, erst in der Maschine auf die zur Düsenbeaufschlagung
erforderlichen hohen Drücke zu bringen und dadurch die kostspieligen Hochdruckleitungen
bis zum jeweiligen Standort der Maschine einzusparen.
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Für derart hohe Drücke kommen an sich Plungerkolbenpumpen in Betracht,
welche aber als Langsamläufer
nicht unmittelbar an schnellaufende
Wellen einer Maschine oder an einen Elektromotor angeschlossen werden können. Das
ist möglich bei auf Wasser umgerüsteten Clhydraulikpumpen. Diese Pumpen sind aber
nur für synthetische Hydraulikflüssigkeiten und nicht für Klarwasser oder Klarwasser
mit Partikeln, insbesondere der beschriebenen Abmessungen und mit abrasiven Eigenschaften
geeignet.
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Das im Untertagebetrieb zur Staub- und Gasbekämpfung zur Verfügung
stehende Wasser hat jedoch diese Eigenschaft. Die erfindungsgemäße schnellaufende
Hochdruck-Wasser-Radialkolbenpumpe trägt u.a.
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solchen Einsatzbedingungen Rechnung.
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Das ist auch bei einer vorbekannten schnellaufenden Hochdruck-Wasser-Radialkolbenpumpe
der Fall, von der die Erfindung ausgeht. Hierbei dient eine besondere Kolbenausbildung
zur Beseitigung der Schwierigkeit, die bei schnellaufenden Pumpen der beschriebenen
Art dadurch auftreten können, daß Wasser in den Schmiermittelumlauf des Exzenterraumes
gelangt und dort die Schmiereigenschaften herabsetzt, so daß es zu entsprechenden
Schäden kommt. Bei der bekannten Pumpe besteht deshalb der Kolben aus einem elastischen
Zylinder, welcher von einer Zylinderbüchse umgeben ist. Die zylindrische Büchse
reicht in einen tassenförmigen Stößel, welcher mit der Kraft der Kolbenfeder auf
den Außenring des Exzenters gepreßt wird. Nachteilig ist, daß außer dem Schmiermittelumlauf
im Exzenterraum des Gehäuses eine Druckumlaufschmierung eingerichtet sein muß, welche
den konstruktionsbedingten Spalt zwischen der Büchse und dem Stößel
und
dem Kolben bzw. der Zylinderbüchse und dem in axialer Fortsetzung des Kolbens angeordneten
Vorspannelement des elastischen Zylinderteils unter Schmiermittelüberdruck hält.
Abgesehen von dem erheblichen Aufwand, der durch die Druckumlaufschmierung bedingt
ist, führt deren Raumbedarf zu einer Verlängerung des Pumpengehäuses in axialer
Richtung, das ohnehin infolge des beschriebenen Aufbaus der Kolben radial bereits
erhebliche Abmessungen annimmt.
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Wenn man z.B. eine Schrämmaschine mit einer schnelllaufenden Hochdruck-Wasser-Radialkolbenpumpe
für die Staub- und Gasbekämpfung im Streb einrichten will, muß aus verschiedenen
Gründen die Pumpe außen an den Schrämarm anbaubar und mit ihrer.
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Exzenterwelle an die Eingangsstufe des Schrämgetriebes angeschlossen
werden. Die radialen Abmessungen der Pumpe sind dann kritisch. Denn das Pumpengehäuse
muß innerhalb der Projektion des Schrämarmes bleiben, weil sonst die Pumpe vorsteht
und zu leicht beschädigt oder abgerissen werden kann. Auch die axialen Abmessungen
des Pumpengehäuses sind kritisch. Denn der Schrämarm bewegt sich bei Schrämfahrt
in unmittelbarer Nähe des Strebförderers, der seinerseits ein Hindernis darstellt.
Eine für derartige Einsatzfälle geeignete schnellaufende Hochdruck-Wasser-Radialkolbenpumpe
ist bislang nicht vorhanden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine schnellaufende Hochdruck-Wasser-Radialkolbenpumpe
der als bekannt vorausgesetzten Art zu vereinfachen
und ihre konstruktionsbedingten
Abmessungen in radialer und axialer Richtung zu verringern.
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Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruches
1 gelöst. Zweckmäßige Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die Ausbildung der Radialkolben als Plungerkolben gestattet die Förderung
der geforderten Wassermengen mit der nötigen Druckhöhe, vermindert aber auch die
radialen Abmessungen der Pumpe durch die unmittelbare Abstützung der Plungerkolben
auf dem Außenring des Exzenters, wobei jedoch ein druckübertragendes Zwischenglied
vorgesehen sein kann, das indessen nur geringe radiale Abmessungen aufweist. Die
Führung der Plungerkolben geschieht an dem reibungsarmen Werkstoff der Grundhülse,
die deshalb auch aus einem der hierfür bekannten thermoplastischen Kunststoffe bestehen
kann. Diese stillstehende Grundhülse dient mit ihren verschiedenen Teilen außerdem
zur Unterbringung bestimmter Dichtelemente und eines Leckwasser-Abführungssystems.
Diese Dichtungen arbeiten einerseits mit stehenden Ringen, die den hin- und hergehenden
Plungerkolben umgeben und mit O-Ringen, welche infolge ihrer Unterbringung allseits
eingeschlossen sind und daher den hohen Wasserdrücken, die beim Druckhub erreicht
werden, nicht ausweichen können, ohne andererseits die den Kolben umgebenden Ringe
so weit radial nach innen zu drücken, daß dadurch der Kolben blockiert wird.
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Auf diese Weise wird erreicht, daß kein Druckwasser längs der Kolben
unterhalb des Leckwasser-Abführungssystems
auftreten und in den
Schmierraum des Exzentergehäuses eintreten kann.
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Durch diese platzsparende Anordnung werden einerseits die radialen
Abmessungen des Pumpengehäuses vermindert, wobei Druckwasser, welches die äuBere
Kolbenabdichtung überwunden hat, vor der inneren Abdichtung als Leckwasser nach
außen abgegeben wird. Dabei wirken die Ringe als Abstreifer gegen abrasive Partikel,
so daß die Pumpe hierdurch nicht beshädigt wird. Andererseits benötigt die erfindungsgemäße
Pumpe nur die übliche Schmierung im Exzenterraum, die drucklos ist. Sie verursacht
daher keine Verlängerung des Pumpengehäuses in axialer Richtung. Die Erfindung hat
den Vorteil, daß sie Pumpen für die beschriebenen Zwecke, z.B.
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für den Anbau an den Schrämarm von Gewinnungsmaschinen gestattet,
ohne daß ein Untersetzungsgetriebe eingeschaltet zu werden braucht und ohne die
zulässigen geringen Abmessungen überschreiten zu müssen.
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Vorzugsweise und mit den Merkmalen des Anspruches 1 werden die Dichtungen
so ausgebildet, daß sie verkantungssicher mit dem erforderlichen Bewegungsspiel.
stillstehend gelagert sind.
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Mit den Merkmalen des Anspruches 3 läßt sich die Führung der Plungerkolben
verlängern und dadurch verbessern, weil dazu der innere Teil eines Kolbenflansches
des Zylinderdeckels mit herangezogen wird. Andererseits wird bei dieser Ausführungsform
der Erfindung ein vor allem in radialer Richtung
vergrößerter Kammerraum
für die äußere Abdichtung des Kolbens erzielt, was die Unterbringung eines vergleichsweise
dicken O-Ringes ermöglicht, der infolge seiner größeren Masse auch zuverlässiger
als ein dünner O-Ring abdichtet.
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Die Leckwasser-Abführung wird im einzelnen zweckmäßig mit den Merkmalen
des Anspruches 4 ausgeführt.
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Diese Ausführungsform der Erfindung ist günstig, weil das Leckwasser
im Bereich des Deckels austritt, welcher gegenüber dem Stumpf der Exzenterwelle
den Exzenterraum des Gehäuses abschließt und damit den Schmiermittelumlauf unzugänglich
macht. Der Vorteil besteht dann u.a. darin, daß die Zuführung von Schmiermittel
von der anderen Seite in das Pumpengehäuse und daher unmittelbar aus dem Getriebe
erfolgen kann, an dessen Räderstufe die Exzenterwelle angeschlossen ist. Diese Möglichkeiten
werden insbesondere durch die Merkmale des Anspruches 5 geschafft.
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Die Einzelheiten, weiteren Merkmale und andere Vorteile der Erfindung
ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsform anhand der
Figuren in der Zeichnung; es zeigen Fig. 1 teilweise im Schnitt und teilweise in
Seitenansicht eine schnellaufende Hochdruck-Wasser-Radialkolbenpumpe gemäß der Erfindung
und Fig. 2 eine Stirnansicht des Gegenstandes der Fig. 1, wobei einzelne Teile gestrichelt
wiedergegeben sind.
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Das Pumpengehäuse 1 ist zylindrisch und weist auf einem äußeren Teilkreis
mehrere axiale Aussparungen 2 für nicht näher dargestellte Flanschschrauben auf
Dadurch ist das Pumpengehäuse 1 mit einem strichpunktiert wiedergegebenen Ringflansch
verschraubt, der die Verbindung zu einem Rädergetriebe herstellt. Die Anordnung
ist so getroffen, daß der Stumpf 6 einer Exzenterwelle an die Welle einer Getriebestufe
angeschlossen werden kann. Außerdem hat das Pumpengehäuse an dieser Seite einen
zylindrischen Vorsprung 7 mit einer umlaufenden Nut 8 für einen O-Ring 9, so daß
eine nach außen dichte Anordnung des Pumpengehäuses 1 an dem Gehäuse des Rädergetriebes
geschaffen wird,.die den Austritt von Schmiermittel aus dem Getriebegehäuse verhindert.
Andererseits kann durch eine schräg nach außen verlaufende zylindrische Aussparung
10 des Pumpengehäuses 1 Schmiermittel aus dem Getriebegehäuse in einen Exzenterraum
11 des Pumpengehäuses 1 drucklos fließen.
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Die'zu dem Wellenstumpf 6 gehörende Welle 12 ist an beiden Enden in
je einem Wälzlager 13 bzw. 14 gelagert. Zwischen den Lagern weist die Welle 12 einen
Exzenter 15 auf. Über zwei Wälzlager 16, 17 ist auf dem Exzenter ein Außenring 18
gelagert.
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Der Außenring weist auf seinem äußeren Umfang eine der Anzahl von
fünf Plungerkolben entsprechende Anzahl von ebenen Flächen 19 bis 23 auf. Jede dieser
Flächen bildet einen Spiegel, auf dem sich ein auf dem Boden eines Plungerkolbens
24 mit einer Madenschraube 25 befestigter Kolbenschuh 26 abstützt.
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Unter dem Kolbenboden 27 ist der Plungerkolben 24
hohl.
Das Plungerkolbenhemd 28 umgibt eine Spiralfeder 29, welche ihrerseits einen Dorn
30 umgibt, der eine Baueinheit mit einem von außen einschraubbaren Zylinderdeckel
31 bildet. Dementsprechend ist die Zylinderbohrung mehrstufig. Sie weist einen äußeren,
mit Gewinde versehenen Teil 32, einen daran anschließenden, im Durchmesser etwas
gringeren, jedoch bei 33 ringförmig ausgesparten anschließenden zylindrischen Teil
34 und einen inneren, ebenfalls zylindrischen Teil 35 auf. Im mittleren Teil 34
und im unteren Teil 35 sitzt eine außen entsprechend abgestufte und innen zylindrische
Grundbüchse 36, welche den Plungerkolben 24 führt.
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Die Grundbüchse hat eine untere Aussparung 37, welche eine Ringkammer
bildet. Nach innen ist die Ringkammer mit einen zylindrischen Dichtring 38 verschlossen.
Die Wände der Ringkammer und die äußere Zylinderfläche des Ringes 38 begrenzen eine
Kammer, in der ein O-Ring 39 untergebracht ist.
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Oberhalb der unteren und allgemein mit 40 bezeichneten Dichtung befinden
sich eine innere Ringausnehmung 41 und eine äußere Ringausnehmung 42 im oberen abgestuften
Teil der Grundbüchse 36. Die beiden Ringaussparungen sind über mehrere Radialbohrungen
43 in der Grundbüchse 36 miteinander verbunden. Die äußere Ringaussparung 41 steht
mit einem Radialkanal 43/3,in Verbindung, durch den Leckwasser austreten kann.
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Die äußere Stirnseite der Grundbüchse 36 bildet den inneren unteren
Abschluß einer weiteren Kammer 44, in dem eine äußere Dichtung 45 enthalten ist.
Diese Dichtung besteht aus einem relativ dickeren O-Ring 46 und einem inneren Zylinderring
47.
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Im Bereich der Aussparung33 ist ein Kolbenflansch 48, der mit dem
Zylinderdeckel 31 eine Baueinheit bildet, bei 49 hinterdreht. Ein Radialkanal 50
stellt die Verbindung zu dem von der Ringaussparung 33 und dem Kolbenflansch gebildeten
Ringkanal 51 her. Eine nicht dargestellte Radialaussparung im hinterdrehten Teil
des Kolbenflansches 48 stellt die Verbindung zu einem weiteren, gegen den Ringkanal
51 abgeschlossenen Ringkanal 52 her. Je einer dieser Kanäle 51 bzw. 52 dient als
Saug- bzw. Druckkanal. Durch mehrere Gehäusebohrungen sind die Druckkanäle 52 der
fünf Plungerkolben mit einem im Gehäuse ausgebildeten Zentralkanal 53 verbunden,
während die Saugkanäle 51 der Plungerkolben ihrerseits durch eine Mehrzahl von Gehäusebohrungen
mit einem zentralen Saugkanal 54 in Verbindung stehen. Zwischen die Kanäle 51 und
52 und die Zentralkanäle sind nicht dargestellte, jedem Plungerkolben zugeordnete,
als Kegelventile ausgebildete Saugventile und diesen entsprechende Druckkolbenventile
eingeschaltet. Diese Ventile sind von an sich bekannter Bauart und federbelastet.
Die Ventile steuern selbsttätig den Zu- und Abfluß des Wassers durch seine Druckdifferenz,
wobei das Schließen der Ventile durch die Federn unterstützt wird.
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Der Kolbenflansch 48 trägt außen die Nut für eine auf der Zylinderbohrung
32 O-Ringdichtung und innen unter den Radialkanälen 50 eine Kopfbüchse 66, an der
sich ein äußerer Abschnitt des Kolbenhemdes 28 führt.
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Die Leckwasserabführung 43 mündet an der äußeren Stirnseite 55 des
Pumpengehäuses neben dem Deckel 56, der mit einem Sprengring 57 im Gehäuse festgehalten
wird und mit einer O-Ringdichtung 58 den mit Schmiermittel gefüllten Exzenterraum
11 des Pumpengehäuses nach außen abdichtet.
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Gemäß der Darstellung der Fig. 2 mündet das radiale Ende des umlaufenden
Druckkanals 53 bei 59 an der äußeren Zylinderfläche 60 des Gehäuses 1. Die Mündung
ist mit einem Gewinde versehen, so daß sich ein Nippel als Anschluß eines Saugschlauches
anschließen läßt. Der Saugschlauch kann unmittelbar an eine Niederdruckleitung oder
an einen eingeschalteten Zwischentank angeschlossen sein. Neben der Mündung 59 liegt
die radial äußere Mündung 61 des Druckkanals 53, die ihrerseits mit einer Hochdruckleitung
versehen werden kann, welche zum Anschluß von Zerstäuberdüsen an den Hochdruck-Waserweg
dient. In den Druckkanal 53 ist außerdem ein Überdruckventil integriert, welches
die Pumpe gegen überdruck schützt. Dieses Ventil ist in die Mündung 62 eines Radialkanals
63 eingeschraubt.
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Alle mit Wasser in Berührung kommenden Bauteile sind aus Edelstahl
gefertigt. Die Ventile sind gehärtet und eingeschliffen. Die Plungerkolben sind
im Schmelzverbund beschichtet. Die Pumpe arbeitet in beiden Drehrichtungen.
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Im Betrieb ist der Wellenstumpf 6 über eine Vielkilverzahlung mit
der Welle einer Getriebestufe
drehfest verbunden. Stattdessen kann
der Wellenstumpf 6 auch über einen Zwischenflansch unmittelbar von einem Elektromotor
angetrieben sein.
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Beim Umlauf der Exzenterwelle 12 nehmen die mit ihren Federn 29 nach
innen vorgespannten Plungerkolben 24 über die Schuhe 26 den Außenring 18 mit.
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Der umlaufende Exzenter 15 prägt den fünf Plungerkolben bei der Rotation
des Exzenters eine Hubbewegung auf. Dabei wird über den integrierten, umlaufenden
Saugkanal 54 Wasser über die Saugventile zum Verdrängungsraum 62 jedes Plungers
geleitet. Beim Aufwärtshub des Plungerkolbens schließt das Saugventil, wie oben
beschrieben, so daß über das Druckventil das Wasser in den in das Gehäuse integrierten
umlaufenden Druckkanal 53 geleitet wird. Da die fünf Plungerkolben nacheinander
die Hubbewegung ausführen, entsteht ein Förderstrom höchster Gleichförmigkeit.
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