DE4138174A1 - Kolbenpumpe - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Kolbenpumpe zur Förderung eines
Fluids mit einem in einem Pumpengehäuse angeordneten Zylinder,
in dem ein Kolben in Längsrichtung verschiebbar ist, wobei ein
Ende des Zylinders einer Druckseite und des andere Ende des
Zylinders einer Saugseite der Kolbenpumpe zugeordnet ist.
Bisher wird bei allen Kolbenpumpen der Zylinder mit einem
Flansch am Pumpengehäuse zur Aufnahme der beim Betrieb der
Kolbenpumpe auftretenden Reaktionskräfte festgeschraubt. Die
Flanschung bewirkt einen großen Gehäusedurchmesser, was hohe
Material- und Lohnkosten zur Folge hat. Beim Einsatz im
Tieftemperaturbereich kommt noch hinzu, daß das Abkühlen der
großen Massen erhebliche Zeit in Anspruch nimmt und durch
Verdampfen von Förderflüssigkeit erhebliche Kosten für den
Betreiber entstehen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine kompakte
Kolbenpumpe zum Fördern eines Fluids bereitzustellen, die nur
geringe Massen aufweist, die abgekühlt oder erhitzt werden
müssen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der
Zylinder in Längsrichtung gegen das Pumpengehäuse abgestützt
ist und mit einer vorgespannten Feder in Richtung zur Ab
stützung belastet ist, und daß die Druckseite gegen die
Saugseite abgedichtet ist.
Der Zylinder wird also mit Hilfe der vorgespannten Feder in
Längsrichtung gehalten. Falls der Zylinder am Pumpengehäuse
anliegt, reicht diese Maßnahme bereits aus, um den Zylinder in
seiner vorgegebenen Position bewegungsfrei zu halten. Anderen
falls ist vorgesehen, daß zwischen Zylindermantel und Pumpen
gehäuse mindestens ein Distanzelement zum Zentrieren des
Zylinders angeordnet ist.
Bei herkömmlichen Kolbenpumpen sorgt die Flanschung des
Zylinders am Pumpengehäuse für eine Trennung von Druck- und
Saugseite der Kolbenpumpe. Da bei der erfindungsgemäßen
Kolbenpumpe keine Flanschung vorgesehen ist, müssen Druck- und
Saugseite auf andere Weise voneinander getrennt werden. Dies
wird durch eine Abdichtung erreicht, die zweckmäßigerweise
zwischen dem Zylindermantel und dem Pumpengehäuse vorgesehen
ist. Vorteilhafterweise ist zu diesem Zweck eine Lippen
dichtung aus PTFE zwischen dem Zylindermantel und dem
Pumpengehäuse, bevorzugt im Bereich des Distanzelementes,
angeordnet.
Zweckmäßigerweise ist der Zylinder einfach mit einem Ende in
das Pumpengehäuse gesteckt, so daß dieses Ende am Pumpengehäuse
aufliegt. Am anderen Ende ist vorzugsweise eine Tellerfeder
angeordnet, die den Zylinder in Längsrichtung belastet, so daß
der Zylinder mit dem gegenüberliegenden Ende gegen das
Pumpengehäuse gedrückt wird.
Dabei ist die Federkraft so dimensioniert, daß beim Betrieb
der Kolbenpumpe auf den Zylinder wirkende Reaktionskräfte mit
Sicherheit aufgefangen werden.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Er
findung ist vorgesehen, daß der Zylinderinnenraum durch den
Kolben in eine Hochdruck- und eine Niederdruckkammer unter
teilt ist. Der Kolbenkopf weist ein federbelastetes Saugventil
auf, über das in der Niederdruckkammer vorkomprimiertes Fluid
in die Hochdruckkammer gelangen kann. In der Hochdruckkammer
ist ein federbelastetes Druckventil angeordnet, über das das
auf Betriebsdruck gebrachte Fluid an etwaige Verbraucher abge
geben werden kann. Die Federkraft der den Zylinder in Längs
richtung haltenden Feder ist nun so dimensioniert, daß die
Kolbenreibung und der Öffnungswiderstand des Druckventils
aufgefangen werden.
Darüber hinaus weist der vom Saugventil aus gesehen hinter dem
Druckventil angeordnete Teil der Hochdruckkammer bevorzugt
einen gleich großen oder einen größeren Durchmesser auf als
der Kolben. Dies bewirkt, daß der Zylinder mit einer größeren
Kraft in Längsrichtung gegen das Pumpengehäuse gedrückt wird,
als er durch den Druckhub des Kolbens entlastet wird. Dadurch
wird erreicht, daß der Zylinder unabhängig vom Förderdruck
stets in seiner vorgegebenen Position verbleibt.
Da mit der erfindungsgemäßen Kolbenpumpe auf eine Flanschung
verzichtet werden kann, können insbesondere bei größeren
Pumpen erhebliche Lohn- und Materialkosten gespart werden.
Montage und Demontage der Pumpe werden vereinfacht, da durch
Einsetzen bzw. Entfernen der Feder der Zylinder leicht ein
bzw. ausgebaut werden kann. Aufgrund der geringen erforder
lichen Massen für die Fixierung des Zylinders und der kleinen
Kontaktflächen zwischen Zylinder und Pumpengehäuse nimmt das
Abkühlen der Pumpe beim Einsatz im Tieftemperaturbereich sehr
viel weniger Zeit in Anspruch als bei herkömmlichen Pumpen.
Auch verdampft aufgrund des niedrigeren Wärmeeinfalls weniger
Förderflüssigkeit, so daß die Kosten für den Betreiber
deutlich gesenkt werden können.
Mit der Erfindung ist es gelungen, eine äußerst kompakte
Kolbenpumpe bereitzustellen, die auch bei großen Kolbendurch
messern mit einem geringen Gehäusedurchmesser auskommt. Durch
Integration des Druckventils im Hochdruckbereich des Zylinders
wird die kompakte Bauweise der Kolbenpumpe noch unterstützt.
Außerdem kann noch ein Filter platzsparend zwischen Pumpenge
häuse und Zylinderwand zur Vorreinigung des zu fördernden
Fluids installiert werden.
Die erfindungsgemäße Kolbenpumpe eignet sich zum Fördern von
Fluiden aller Art wie z. B. Öl, Treibstoff, Heißgas, Kaltgas
oder Flüssiggas. Ganz besonders kann die Kolbenpumpe ihre
Vorzüge beim Fördern von tiefkalt verflüssigten Gasen wie
Helium, Stickstoff, Sauerstoff oder Wasserstoff ausspielen.
Hier machen sich die geringen Kälteverluste und die kompakte
Bauweise der erfindungsgemäßen Kolbenpumpe besonders positiv
bemerkbar.
Im folgenden soll die Erfindung anhand eines in der Figur
schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert
werden:
Die Figur zeigt eine zweistufige Tieftemperaturpumpe im
Längsschnitt.
Der Zylinder 2 ist in das Pumpengehäuse 1 so hineingesteckt,
daß eines seiner Enden mittels Auflageflächen 3 am Pumpenge
häuse 1 anliegt. Am anderen Ende des Zylinders 2 ist eine
vorgespannte Tellerfeder 4 angeordnet. Sie stützt sich über
Kappenhalterungen 6 an einer auf das Pumpengehäuse 1 aufge
setzten Gehäusekappe 5 ab und belastet den Zylinder 2 in
Längsrichtung. Dadurch wird der Zylinder mit den Auflage
flächen 3 an das Pumpengehäuse 1 gedrückt und in Längsrichtung
gehalten. Über einen zwischen Zylinder 2 und Pumpengehäuse 1
angeordneten Distanzring 7 wird der Zylinder im Bereich der
Gehäusekappe 5 zentriert.
Im Zylinder 2 ist ein Kolben 8 in Längsrichtung verschiebbar
angeordnet. Am Kolben 8 ist eine Kolbenstange 9 zum Antrieb
des Kolbens 8 angebracht. Der Kolben 8 unterteilt den Zylinder
innenraum in eine Niederdruckkammer 10 und eine Hochdruck
kammer 11.
Die Hochdruckkammer 11, die der Druckseite II der Kolbenpumpe
zugeordnet ist, wird durch eine zwischen dem Zylindermantel 2
und dem Pumpengehäuse 1 angeordnete Lippendichtung 26 aus PTFE
gegen die Saugseite 1, d. h. gegen des beispielsweise von einem
Vorratsbehälter über Zuleitung 17 kommende, zu pumpende Fluid,
abgedichtet. Am Kolbenkopf ist ein federbelastetes Saugventil
12 angebracht, über das in einem Laderaum 19 vorkomprimiertes
Fluid in die Hochdruckkammer 11 gelangt. In der Hochdruck
kammer 11 ist ein federbelastets Druckventil 13 angeordnet,
über das das auf Betriebsdruck gebrachte Fluid an eine
Ableitung 14 abgegeben wird.
Die Abdichtung des Kolbens 8 im Zylinder 2 bewirken gut dicht
schließende Kolbenringe 15 aus einer verschleißfesten PTFE-
Mischung. Aus dem gleichen Material sind Führungsringe 25,
welche den Kolben zentrieren. Der Zylinder 2 ist aus rostbe
ständigem Stahl, die Lauffläche ist hart und feinstbearbeitet.
Die Druckhalteventile 13 und 12 sind federbelastet, Kolben 8
und Kolbenstange 9 sind verschraubt. Die Abdichtung dieser
Kolbenstange 9, deren Oberfläche hart und feinstbearbeitet
ist, wird von mehreren besonders geformten Hutmanschetten 16
aus einer PTFE-Mischung übernommen. Zur Verbesserung der
Dichtwirkung wird über den konischen Teil der Hutmanschetten
16 ein geschlitzter Spannring aus dem gleichen Material mit
einer Wurmfeder gelegt.
Die Funktionsweise der Kolbenpumpe ist folgende:
Das Fördermedium fließt durch einen unteren horizontalen
Rohranschluß 17 über das Filter 18 in einen Saugraum 27 sowie
einem Laderaum 19 und kühlt die Pumpe ab. Das dabei anfallende
Gas entweicht durch einen senkrechten Rohrstutzen 20. Nach
ausreichender Vorkühlung der Pumpe, was bei der geringen Masse
in kurzer Zeit der Fall ist, kann sie in Betrieb genommen
werden.
Aufgrund der Kolbenbewegung strömt das Fluid durch einen mit
einer Feder 21 belasteten Ventilplatte 22 versehenen Lade
körper 23 in den Laderaum 19. Bei Hubumkehr wird das Fluid
durch Kolbenbohrungen 24 über das federbelastete Saugventil 12
in die Hochdruckkammer 11 gefördert. Die Durchmesser von
Ladekörper 23 und Laderaum 19 sind so bemessen, daß sich bei
diesem Vorgang ein der Hubzahl entsprechender Ladedruck
einstellt, d. h. bei niedriger Hubzahl ist der Druckabfall im
Spalt zwischen Laderaum 19 und Ladekörper 23 kleiner als bei
hoher Hubzahl.
Das in der Hochdruckkammer 11 auf Betriebsdruck komprimierte
Fluid öffnet das Druckventil 13 und gelangt über die Ableitung
14 zu einem etwaigen Verbraucher.
Claims (8)
1. Kolbenpumpe zur Förderung eines Fuids mit einem in einem
Pumpengehäuse angeordneten Zylinder, in dem ein Kolben in
Längsrichtung verschiebbar ist, wobei ein Ende des
Zylinders einer Druckseite und das andere Ende des
Zylinders einer Saugseite der Kolbenpumpe zugeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (2) in
Längsrichtung gegen das Pumpengehäuse (1) abgestützt ist
und mit einer vorgespannten Feder (4) in Richtung zur
Abstützung (3) belastet ist, und daß die Druckseite (II)
gegen die Saugseite (I) abgedichtet ist.
2. Kolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
zwischen Zylindermantel (2) und Pumpengehäuse (1)
mindestens ein Distanzelement (7) zum Zentrieren des
Zylinders (1) angeordnet ist.
3. Kolbenpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß zwischen Zylindermantel (2) und Pumpenge
häuse (1) eine Lippendichtung (26) zum Abdichten der
Druckseite (II) gegen die Saugseite (I) angeordnet ist.
4. Kolbenpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die Lippendichtung (26) aus PTFE gefertigt ist.
5. Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß der Zylinder (2) mit einem Ende in das
Pumpengehäuse (1) gesteckt ist und am anderen Ende eine
vorgespannte Tellerfeder (4) angeordnet ist, die den
Zylinder (2) in Längsrichtung belastet.
6. Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Federkraft der Feder (4) so
dimensioniert ist, daß beim Betrieb der Kolbenpumpe auf
den Zylinder (2) wirkende Reaktionskräfte aufgefangen
werden.
7. Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß der Zylinderinnenraum durch den Kolben
(8) in eine Hochdruckkammer (11) und eine Niederdruck
kammer (10) unterteilt ist, wobei der Kolbenkopf ein
federbelastetes Saugventil (12) aufweist und in der
Hochdruckkammer (11) ein federbelastetes Druckventil (13)
angeordnet ist, und daß die Federkraft der Feder (4) so
dimensioniert ist, daß die Kolbenreibung und der
Öffnungswiderstand des Druckventils (13) aufgefangen
werden.
8. Kolbenpumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
der vom Saugventil (12) aus gesehen hinter dem Druckventil
(13) angeordnete Teil der Hochdruckkammer (11) einen
gleich großen oder einen größeren Durchmesser aufweist als
der Kolben (8).
Priority Applications (4)
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Legal Events
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8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: LINDE AG, 80807 MUENCHEN, DE |
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R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |
Effective date: 20110601 Effective date: 20110531 |