DE3621727C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kolbenpumpe für kryogene Flüs­ sigkeiten mit einem Pumpzylinder, in dem ein Kolben abge­ dichtet oszillierend verschiebbar ist, mit einem Einlaß- und einem Auslaßventil und mit einem den Pumpzylinder an der Außenseite umgebenden Ringkanal, der einen Abfluß für die von der Pumpe geförderte Kryoflüssigkeit bildet.

Kolbenpumpen dieser Art werden zur Förderung von Kryoflüs­ sigkeiten eingesetzt, beispielsweise für Flüssigstickstoff oder Flüssigwasserstoff (C.F. Gottzmann, High Pressure Liquid Hydrogen and Helium Pumps, AICE, Advances in Cryogenic Engineering, Band 5, 1960, Seiten 289 bis 298).

Bei der Förderung kryogener Flüssigkeiten ergeben sich Schwierigkeiten durch den siedenden Zustand der zu fördern­ den Medien, ihre tiefen Temperaturen und ihre geringe kine­ matische Zähigkeit. Die tiefen Temperaturen verursachen eine stark eingeschränkte Werkstoffauswahl, führen zu Schrump­ fungsproblemen, insbesondere bei der Kolben-Zylinder-Paa­ rung, und verhindern die Verwendung von additiven Schmier­ mitteln. Die geringe kinematische Zähigkeit der zu fördernden Flüssigkeit bedeutet auch eine geringe Schmiereigenschaft, so daß man auf selbstschmierende Kolben-Zylinderoberflächen angewiesen ist. Die Abdichtung des Verdichtungsraumes kann also entweder durch Oberflächen mit selbstschmierenden Ei­ genschaften oder durch sogenannte gasgelagerte oder berüh­ rungsfreie Dichtungen erfolgen.

Im Widerspruch zur Abdichtung steht die Forderung nach minimalen Reibungsverlusten zwischen Kolben und Zylinder, da jede Wärmezufuhr zur Bildung von Dampfblasen führt. Dies sollte weitestgehend vermieden werden, um die Funk­ tionsfähigkeit der Pumpe aufrechtzuerhalten. Gasanteile von etwa 15 bis 20 Volumen-% können je nach gefördertem Enddruck und volumetrischem Wirkungsgrade toleriert werden. Bei Vollkolbenpumpen, wie sie beispielsweise in den US-Patent­ schriften 41 56 584 und 43 96 362 beschrieben sind, wird der verdampfte Anteil über eine Leckleitung zurück in den Vorratsbehälter oder zur Zufuhrleitung zurückgeführt. Bei Hubkolbenpumpen (DE-OS 33 42 381) mit einem hohlen Kolben ist eine Leckleitung nicht nötig, da hier beim Arbeitshub die im Spalt infolge Reibung verdampfende Flüssigkeit zum Saugraum zurückfließen kann und beim nächsten Arbeitshub mitgefördert wird.

Ein weiteres unabdingbares Hilfsmittel ist die Kühlung der Zylinderwand entweder mit dem ohnehin schon verdampften Leckanteil (US-PS 43 96 362) oder mit dem druckseitigen Hauptstrom durch den Pumpenkörper (US-PS 41 56 584). Da­ durch wird die Akkumulation von Wärme in der Zylinderwand vermieden. Sie wird mit dem kryogenen Fluid heraustranspor­ tiert. Stromabwärts des Verdichtungsraumes ist eine Wärme­ zufuhr in das kryogene Medium weitaus weniger kritisch als noch im Saugraum, da sich insbesondere stromabwärts des Auslaßventils eine Wärmezufuhr sogar als Druckerhöhung bemerkbar macht. Insbesondere besteht im Falle des Über­ schreitens des kritischen Drucks die Gefahr einer Zweiphasen- Strömung nicht mehr.

Aus den genannten Gründen kommen für die wichtigen Teile einer Pumpe wie Kolben, Zylinder und Dichtringe folgende Materialien in Frage: austenitische Stähle, wie zum Beispiel austenitische kaltzähe Stähle, Fe Ni 36, Bronze, PTFE (Polytetrafluorethylen), PTFE-Kohle, PTFE-Bronze, PTFE- Graphit, Keramik, karbonfaserverstärkter Kunststoff.

Während Keramik und karbonfaserverstärkter Kunststoff noch relativ wenig erforscht sind, werden bekannte Pumpen­ kolben und Pumpzylinder meist aus austenitischen kaltzähen Stählen oder Fe Ni 36 gefertigt. Die Abdichtung des Ver­ dichtungsraumes erfolgt mittels Kolbenringen aus PTFE-Graphit oder PTFE-Kohle. Beide Materialien haben extrem gute Gleit­ eigenschaften gegenüber Stahl und überdies selbstschmierende Eigenschaften. Von Nachteil ist der hohe Wärmeausdehnungs­ koeffizient. So ist die thermische Ausdehnung bei Abkühlung von Umgebungstemperatur auf 77 K bei PTFE sechs- bis sie­ benmal höher als bei Edelstahl und fast vierzigmal höher als bei Fe Ni 36-Stahl. Die radiale Schrumpfung der PTFE- Kolbenringe ist daher kritisch.

Bei geschlitzten Kolbenringen kann die Schrumpfung durch Federvorspannung mittels Beryllium-Kupfer-Federn ausgegli­ chen werden. Nachteilig ist jedoch das Leck durch den Schlitz und die aufwendige Herstellung.

Bei ungeschlitzten PTFE-Kolbenringen kann der bei Abküh­ lung sich vergrößernde Spalt zwischen Kolben und Zylinder durch Kombination mehrerer Maßnahmen verkleinert werden:

• 1. Man verkleinert die Kolbenringdicke so weit wie tech­ nisch möglich, um die absolute Schrumpfung zu verklei­ nern;
• 2. durch Aufschrumpfen des Kolbenringes auf einen Fe Ni 36- Kolben bleibt bei Abkühlung der Innendurchmesser des Kolbenringes praktisch konstant, so daß nur die Quer­ kontraktion maßgebend ist;
• 3. durch Verwendung von austenitischen kaltzähen Stählen als Zylindermaterial verringert sich schließlich der entstehende Spalt auf die Differenz zwischen der Quer­ kontraktion des PTFE und der Schrumpfung des Zylinders aus autenitischem kaltzähem Stahl.

Für Hochdruckpumpen (Druckerhöhung <10 bar) ist der durch diese Maßnahmen erzielbare Spalt immer noch zu groß. Eine weitere Möglichkeit ist der Einbau des kalten Kolbens mit Kolbenringen, die bei Umgebungstemperatur gegenüber dem Zy­ linder Übermaß aufweisen. Ein Nachteil ist jedoch, daß dann der Kolben im Zylinder in warmem Zustand festgepreßt ist, so daß eine Bewegung des Kolbens in warmem Zustand nicht möglich ist. Außerdem sind dabei plastische Verfor­ mungen der Kolbenringe nicht auszuschließen.

Es wäre auch möglich, den Kolben mit einer PTFE-Schicht zu beschichten. Hier sind die Einhaltung der Toleranz beim Bespritzen des Kolbens und die Lebensdauer der Schicht (Schichtdicke 15 bis 40 µm) auf Abrieb kritisch.

Aus der japanischen Patentveröffentlichung 57 56 678 A ist es bekannt, die Materialien für Kolben und Zylinder derart aufeinander abzustimmen, daß die radiale Wärmeausdehnung von Kolben und Zylinderwand bei unterschiedlichen Tempera­ turen gleich ist, so daß die Dichtungseigenschaften über einen großen Temperaturbereich erhalten bleiben. Eine sol­ che Abstimmung ist außerordentlich schwierig zu erreichen, zu diesem Zweck muß der Kolben aus einem Kern und einem Mantel aufgebaut werden, die aus Materialien unterschied­ licher Wärmeausdehnungskoeffizienten bestehen. Aufgrund des großen Temperaturbereiches, in dem diese Dichtungseigen­ schaften eingehalten werden müssen, kommen auch nur weni­ ge Materialien in Frage, um die genannte Forderung zu er­ füllen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ausgehend von dem durch die US-PS 41 56 584 repräsentierten Stand der Technik eine Kolbenpumpenkonstruktion anzugeben, die ohne Verwendung von Kolbenringen bei der Betriebstemperatur eine optimale Ab­ dichtung ermöglicht, ohne daß im warmen Zustand die Bewe­ gungsmöglichkeit des Kolbens eingeschränkt wäre.

Diese Aufgabe wird bei einer Kolbenpumpe der eingangs be­ schriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Pump- Zylinder aus einem Material mit guten Gleit- und Selbst­ schmiereigenschaften und einem Wärmeausdehnungskoeffizienten gefertigt ist, der größer ist als der des Kolbens, daß die Abmessungen des Zylinders und des Kolbens derart gewählt sind, daß bei der Betriebstemperatur der Kolben gegenüber der Innenwand des Zylinders abgedichtet ist, und daß das Auslaßventil am stromabwärts gelegenen Ende des Ringkanals angeordnet ist.

Bei der erfindungsgemäßen Konstruktion wird also hier auf die Verwendung von Kolbenringen ganz verzichtet. Die Abdich­ tung erfolgt dadurch, daß der gesamte Pumpenzylinder aus ei­ nem Material gefertigt ist, wie es normalerweise für die Kolbenringe verwendet wird. Die Abmessungen sind dabei so gewählt, daß bei der Betriebstemperatur eine optimale Ab­ dichtung erfolgt. Da die für den Zylinder verwendeten Ma­ terialien eine wesentlich höhere Wärmeausdehnung aufweisen als der Zylinder, vergrößert sich der Spalt zwischen Kolben und Zylinderinnenwand beim Aufwärmen. Dadurch wird zwar die Funktion der Pumpe geringfügig beeinflußt, jedoch besteht weder die Gefahr eines Festpressens des Kolbens noch die Gefahr einer Verformung der verwendeten Teile. Es ist sogar vorteilhaft, wenn beim Kaltfahren der Pumpe Kryoflüssigkeit durch den geringen Spalt zwischen Kolben und Zylinderinnen­ wand strömen kann, da dadurch die Abkühlung aller Teile beschleunigt wird.

Da die zur Herstellung des Zylinders verwendeten Materia­ lien eine wesentlich geringere Festigkeit aufweisen als herkömmliche Zylindermaterialien, wird als weitere Maßnahme vorgesehen, daß das Auslaßventil am stromabwärts gelegenen Ende des Ringkanals angeordnet ist, so daß im Ringkanal der­ selbe hohe Druck herrscht wie im Inneren des Pumpzylinders. Dadurch wird erreicht, daß der Zylinder von innen und von außen mit dem gleichen Druck beaufschlagt ist, daß also insgesamt die mechanische Beanspruchung des Zylinders auf ein Mindestmaß reduziert wird. Außerdem sind die von außen nach innen auf den Zylinder wirkenden Kräfte zumindest im Bereich des Saugraumes größer als die von innen nach außen wirkenden Kräfte, so daß der Zylinder von außen abdichtend an den Kolben angepreßt wird. Auch diese Maßnahme trägt zur Verbesserung der Abdichtung zwischen Kolben und Zylinder­ innenwand bei.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, daß die vom Kol­ ben überstrichene Fläche der selbstschmierenden Zylinder­ innenwand, die dem Hub des Kolbens entspricht, wesentlich größer ist, als eine entsprechende Kontaktfläche eines Kol­ benringes an einem herkömmlichen Zylinder, so daß dadurch der Abrieb und der Verschleiß des selbstschmierenden Mate­ rials wesentlich herabgesetzt werden können.

Vorzugsweise besteht der Zylinder aus PTFE, PTFE-Graphit, PTFE-Bronze, PTFE-Kohle, karbonfaserverstärktem Kunststoff oder Messing, während der Kolben vorzugsweise aus Edelstahl mit geringer Wärmeausdehnung besteht, insbesondere aus austenitischen kaltzähen Stählen oder Fe Ni 36.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, daß der Kolben an seiner Mantelfläche eine oder mehrere Ringschultern trägt, die abdichtend an der Innenwand des Pumpzylinders anliegen. Durch derartige im wesentlichen linienförmige Abdichtungen wird die Reibung zwischen Kolben und Zylinderwand herabgesetzt und damit auch die beim Pump­ vorgang erzeugte, unerwünschte Wärme.

Es kann dabei vorgesehen sein, daß der Kolben zur Ausbildung einer Ringschulter im Bereich dieser Ringschulter ballig geschliffen ist.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Kol­ ben hohl und einseitig offen ausgebildet und im Kolben ist ein mittels eines Rückschlagventils verschließbarer Durch­ laß angeordnet (DE-OS 33 42 381). Die Verwendung eines solchen Hohlkörpers hat den Vorteil, daß der Kolben geringe abzukühlende Masse aufweist, so daß eine besonders rasche Abkühlung möglich ist. Dies wird noch dadurch verstärkt, daß dieser Kolben beim Abkühlen an der Außenseite und an der Innenseite von der Kryoflüssigkeit umströmt wird, eben­ so wie der Pumpenzylinder, der ebenfalls beim Abkühlen an der Innenseite und an der Außenseite von der Kryoflüssigkeit umströmt wird.

Es ist besonders vorteilhaft, wenn der Ringkanal in radialer Richtung eine so geringe Ausdehnung hat, daß das Volumen des Ringkanals gegenüber der pro Kolbenhub geförderten Flüssigkeitsmenge gering ist. Man erreicht auf diese Weise eine erhöhte Strömungsgeschwindigkeit in dem Ringkanal und damit eine besonders effektive Wärmeabfuhr von dem Pumpzy­ linder.

Der Pumpzylinder kann mit seinem einen Ende auf einen Zylinderkopf aufgeschrumpft sein, während er an seinem gegenüberliegenden Ende frei endet und in diesem Bereich von der geförderten Flüssigkeit umströmt wird.

Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsfor­ men der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Es zeigt

Fig. 1 eine Längsschnittansicht durch eine Kolben­ pumpe für kryogene Flüssigkeiten mit geschlos­ senen Einlaß- und Auslaßventilen;

Fig. 2 eine Ansicht ähnlich Fig. 1 mit geöff­ neten Einlaß- und Auslaßventilen und

Fig. 3 eine Schnittansicht durch ein weiteres be­ vorzugtes Ausführungsbeispiel eines Kolbens.

Die in der Zeichnung dargestellte Kolbenpumpe umfaßt ein zylindrisches Vakuumgefäß 1 mit Flanschen 2 und 3 an der Ober- beziehungsweise Unterseite. Mit diesen Flanschen 2 und 3 sind Deckel 4 beziehungsweise 5 abgedichtet verschraubt. Über einen verschlossenen seitlichen Stutzen 6 ist der In­ nenraum des Vakuumgefäßes evakuierbar. Auf eine mittig am oberen Deckel 4 gehaltene Metallhülse 7 ist ein Rohr 8 aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff aufgeschoben und zum Beispiel durch Verklebung fixiert. Das freie, flanschförmig nach außen gebogene Ende 9 des Rohres 8 ist mit einer Deckel­ platte 10 verschraubt, die ihrerseits einen dünnwandigen Außenzylinder 11 an der Oberseite abschließt. Dieser Außen­ zylinder 11 ist an der Unterseite über einen Befestigungsring 12 mit einem Zylinderkopf 13 abgedichtet verschraubt.

Der Zylinderkopf 13 ragt in den unteren Teil des Außen­ zylinders 11 hinein und weist in diesem Bereich eine zentral angeordnete Ventilkammer 14 auf, in deren Oberseite ein Ventilhalter 15 eingeschraubt ist. An der Unterseite der Ventilkammer 14 mündet eine Saugleitung 16 in diese ein, die abgedichtet durch den unteren Deckel 5 des Vakuumgefä­ ßes 1 hindurchgeführt und vakuumisoliert ist. Der Einlaß der Saugleitung 16 in die Ventilkammer 14 ist als Ventilsitz für einen kugelkalottenförmig ausgebildeten Ventilkörper 17 ausgebildet, der im Ventilhalter 15 geführt ist und durch eine Beryllium-Kupfer-Feder 18 gegen den Ventilsitz gedrückt wird. Der Ventilkörper 17 kann gegen die Wirkung der Feder 18 von dem Ventilsitz abgehoben werden.

Der in den Außenzylinder 11 hineinragende Teil des Zylin­ derkopfes 13 weist an seinem oberen Ende einen stufigen Rücksprung 19 auf. In diesem Bereich ist auf den Zylinder­ kopf 13 ein auf beiden Seiten offener Pumpzylinder 20 auf­ geschrumpft, der zwischen seiner Außenwand und der Innen­ wand des Außenzylinders 11 einen in radialer Richtung engen Ringkanal 21 ausbildet. Das dem Zylinderkopf 13 gegenüber­ liegende Ende des Pumpzylinders 20 ist frei in geringem Abstand von der Deckelplatte 10 angeordnet, so daß der Innenraum des Pumpzylinders 20 mit dem Ringkanal 21 in Strömungsverbindung steht. Durchlässe 22 im Ventilhalter 15 verbinden weiterhin den Innenraum des Pumpzylinders 20 mit der Ventilkammer 14.

Der Ringkanal 21 mündet in einen in radialer Richtung vergrößerten Ringraum 23, der in den Befestigungsring 12 eingearbeitet ist. An der Unterseite des Zylinderkopfes 13 ist ein Auslaßventil 24 angesetzt, welches den Ringraum 23 mit einer Auslaßleitung 25 verbindet, die ebenfalls den unteren Deckel 5 durchsetzt und vakuumisoliert ist. Das Auslaßventil 24 umfaßt einen kugeligen Ventilkörper 26, der mittels einer Feder 27 gegen einen Ventilsitz 28 ge­ drückt wird.

Im Inneren des Pumpzylinders 20 ist ein Hohlkolben 29 an­ geordnet, der an seinem Außenmantel in axialer Richtung im Abstand von einander angeordnet mehrere ballig geschlif­ fene Bereiche 30 aufweist, die mit ihrem umfangsgrößten Teil an der Innenwand des Pumpzylinders 20 anliegen. Der Hohlkolben 29 ist an einer Seite offen, an der gegenüber­ liegenden Seite weist er in einer Stirnwand 31 eine Durch­ trittsöffnung 32 auf, durch welche eine Hub- und Zugstange 33 hindurchtritt. Diese Hub- und Zugstange 33 trägt im Inneren des Hohlkolbens 29 einen Ventilkörper 34, an dem sich eine Druckfeder 35 abstützt, deren anderes Ende auf einem Sprengring 36 am offenen Ende des Hohlkolbens 29 ruht. Die Druckfeder 35 verschiebt den Ventilkörper 34 in Richtung auf die Durchtrittsöffnung 32. Wenn der Ventilkörper 34 an der Durchtrittsöffnung 32 anliegt, verschließt er diese.

Die Hub- und Zugstange ist durch die Deckelplatte 10 des Außenzylinders 11 hindurchgeführt und wird im Bereich des Rohres 8 und der Metallhülse 7 von einem dünnen Metallrohr 37 umgeben. Dieses Metallrohr 37 ist im oberen Deckel 4 durch eine Ringdichtung 38 gegenüber der Hub- und Zugstange 33 abgedichtet, die den Deckel 4 nach oben hin durchsetzt. Auf der Oberseite des Deckels 4 ist in der Zeichnung nicht dargestellt ein reziprozierender Antrieb für die Hub- und Zugstange angeordnet.

Der Hohlkolben 29 besteht aus einem Metall mit geringer Wärmeausdehnung, beispielsweise aus austenitischem kaltzähem Stahl oder aus Fe Ni 36. Der Pumpzylinder 20 dagegen ist aus einem Material gefertigt, welches einerseits gute Gleit- und Selbstschmiereigenschaften gegenüber dem Kolbenmaterial aufweist und andererseits eine wesentlich größere Wärmeaus­ dehnung hat als das Kolbenmaterial. Beispielsweise kann der Pumpzylinder bestehen aus PTFE, PTFE-Graphit, PTFE- Bronze, PTFE-Kohle, kohlefaserverstärktem Kohlenstoff oder Messing. Die Abmessungen des Kolbens und des Pumpzy­ linders sind so gewählt, daß bei der Betriebstemperatur, also der Temperatur der geförderten, kryogenen Flüssigkeit, der Kolben in den ballig geschliffenen Bereichen 30 abdich­ tend an der Innenwand des Pumpzylinders 20 anliegt, während bei höheren Temperaturen ein Spalt zwischen dem Hohlkolben 29 und dem Pumpzylinder 20 auftritt.

Beim Betrieb der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Pumpe wird in einem Abwärtshub, bei dem die Hub- und Zug­ stange 33 nach unten verschoben wird, der Ventilkörper 34 von der Durchtrittsöffnung 32 abgehoben, so daß die im Innenraum des Pumpzylinders 20 befindliche Flüssigkeit von der offenen Unterseite des Hohlkolbens 29 durch die Durchtrittsöffnung 32 hindurch auf die Oberseite des Hohl­ kolbens 29 gelangt (Fig. 1). In einem Aufwärtshub, bei dem die Hub- und Zugstange 33 nach oben gezogen wird, wird die Durchtrittsöffnung 32 im Hohlkolben 29 durch den Ven­ tilkörper 34 verschlossen. In diesem Hub werden sowohl das Einlaßventil (Ventilkörper 17) als auch das Auslaßventil 24 (Ventilkörper 26) geöffnet, so daß über die Saugleitung 16 zu fördernde Flüssigkeit in den unterhalb des Hohlkolbens 29 liegenden Teil des Pumpzylinders 20 angesaugt wird, wäh­ rend gleichzeitig die Flüssigkeit aus dem oberhalb des Hohl­ kolbens 29 angeordneten Pumpzylinders 20 durch den Ringkanal 21 und das offene Auslaßventil 24 der Auslaßleitung 25 zugeführt wird (Fig. 2).

Wichtig für die Funktion der dargestellten Kolbenpumpe ist es, daß im Ringkanal 21 immer der hohe Druck der Druck­ seite herrscht, so daß der Pumpzylinder 20 von der Außen­ seite her immer von diesem Druck nach innen beaufschlagt wird. Im Bereich oberhalb des Hohlkolbens 29 gleichen sich somit die Druckkräfte, die auf den Pumpzylinder wirken, weitgehend aus, während im Bereich unterhalb des Hohlkol­ bens 29 (Saugraum) die von außen nach innen wirkenden Kräf­ te überwiegen. Dadurch wird der aus wenig widerstandsfä­ higem Material bestehende Pumpzylinder 20 nicht radial nach außen, sondern allenfalls radial nach innen beansprucht, wobei gleichzeitig die Abdichtung gegenüber dem Kolben verbessert wird.

Das den Pumpzylinder 20 an der Innenseite und an der Außen­ seite umströmende Fluid kühlt den Pumpzylinder wirksam ab und führt durch die Reibung stehende Wärme druckseitig ab.

Die Abdichtung zwischen Kolben und Pumpzylinder ist bei Betriebstemperatur optimal, bei höheren Temperaturen ergibt sich ein geringfügiges Leck, welches jedoch nicht störend ist, sondern im Gegenteil beim Anfahren der Pumpe zu einer beschleunigten Abkühlung führt.

Durch die Anordnung der Pumpe in einem Vakuumbehälter kann sie in einem nichteingetauchten Zustand betrieben werden. Die einzigen Wärmeleitbrücken nach außen sind die vakuumisolierte Saugleitung 16, die ebenfalls vakuum­ isolierte Auslaßleitung 25, die Hub- und Zugstange 33 mit dem sie umhüllenden Rohr 37 sowie die Metallhülse 7 und das aufgeschobene Rohr 8 aus glasfaserverstärktem Kunststoff. Diese Wärmebrücken sind so ausgeführt, daß sich insgesamt eine hervorragende Wärmeisolierung des eigentlichen Pumpen­ aggregats gegenüber der Umgebung einstellt. Die Abdich­ tung der Hub- und Zugstange 33 erfolgt im Bereich des oberen Deckels 4, also bei erhöhten Temperaturen, so daß dort eine sehr wirksame Abdichtung möglich ist. Im Inneren des Metallrohres 37 wird die Hub- und Zugstange 33 von einem Gaspolster umgeben, welches dort im wesentlichen unverändert verbleibt. Das mit Gas gefüllte Totvolumen zwischen dem Metallrohr 37 und der Hub- und Zugstange 33 wird so klein wie möglich gewählt.

Während der in den Fig. 1 und 2 dargestellte Hohlkolben 29 in axialer Richtung vier ballig geschliffene Bereiche 30 aufweist, sind bei dem in Fig. 3 dargestellten abgewan­ delten Hohlkolben nur zwei ballig geschliffene Bereiche 30 am oberen und am unteren Ende des Hohlkolbens vorgesehen. Auch mit diesem Kolben kann bei der erfindungsgemäßen Konstruktion eine hervorragende Abdichtung zwischen Kolben und Pumpzylinder bei Betriebstemperatur erreicht werden.

Es versteht sich, daß auch Kolben anderer Bauart verwendet werden können, beispielsweise zylindrisch geschliffene Kolben oder kompakte Kolben ohne ventilverschlossene Durch­ trittsöffnung.

Claims (7)

1. Kolbenpumpe für kryogene Flüssigkeiten mit einem Pump­ zylinder, in dem ein Kolben abgedichtet oszillierend verschiebbar ist, mit einem Einlaß- und einem Auslaß­ ventil und mit einem den Pumpzylinder an der Außenseite umgebenden Ringkanal, der einen Abfluß für die von der Pumpe geförderte Kryoflüssigkeit bildet, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpzylinder (20) aus einem Material mit guten Gleit- und Selbstschmiereigenschaften und einem Wärmeaus­ dehnungskoeffizienten gefertigt ist, der größer ist als der des Kolbens (29), daß die Abmessungen des Pumpzylinders (20) und des Kolbens (29) derart gewählt sind, daß bei der Betriebstemperatur der Kolben (29) gegenüber der Innenwand des Pumpzylinders (20) abgedich­ tet ist, und daß das Auslaßventil (24) am stromabwärts gelegenen Ende des Ringkanals (21) angeordnet ist.

2. Kolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpzylinder (20) aus PTFE-Graphit, PTFE-Bronze, PTFE-Kohle, karbonfaserverstärktem Kunststoff oder Messing besteht.

3. Kolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (29) aus Edelstahl oder Fe Ni 36 mit geringer Wärmeausdehnung besteht.

4. Kolbenpumpe nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (29) an seiner Mantelfläche eine oder mehrere Ringschultern (30) trägt, die abdichtend an der Innenwand des Pumpzylinders (20) anliegen.

5. Kolbenpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (29) zur Ausbildung einer Ringschulter im Bereich (30) dieser Ringschulter ballig geschlif­ fen ist.

6. Kolbenpumpe nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (29) hohl und einseitig offen ist und daß im Kolben (29) ein mittels eines Rückschlagventils (Ventilkörper 34) verschließbarer Durchlaß (32) angeordnet ist.

7. Kolbenpumpe nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkanal (21) in ra­ dialer Richtung eine so geringe Ausdehnung hat, daß das Volumen des Ringkanals (21) gegenüber der pro Kolbenhub geförderten Flüssigkeitsmenge gering ist.