Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine hydraulische (d.h. eine zum Fördern einer Flüssigkeit
geeignete) Axialkolbenpumpe, die insbesondere zur Verwendung als Förderpumpe für
einen Heizöl-Brenner geeignet ist.
Stand der Technik
Eine Pumpe der eingangs genannten Art ist aus der EP-A1-0 180 510 bekannt. Die in
dieser Druckschrift beschriebene Pumpe weist einen mit einem Hohlzylinder
versehenen Zylinderblock auf. Eine ausserhalb des Zylinderblocks angeordnete
Taumelscheibe bewegt mittels einer Kolbenstange, welche durch eine offene
Grundfläche des Hohlzylinders hindurch führt, einen Förderkolben im Hohlzylinder
periodisch hin und her. Durch die Bewegung des Förderkolbens wird das Volumen
eines Förderraums periodisch verändert. Der Förderraum wird durch die andere (auch
als vordere bezeichnete), im Wesentlichen geschlossene Grundfläche des
Hohlzylinders, der dieser zugewandten Seite des Förderkolbens und einen Teil der
Mantelfläche des Hohlzylinders begrenzt wird. Der Förderraum ist zur Aufnahme und
Weiterförderung der zu fördernden bzw. zu pumpenden Flüssigkeit bestimmt, wobei
die periodische Veränderung des Förderraumvolumens den eigentlichen Pumpvorgang
bewirkt. Die Kolbenbewegung im Sinne einer Vergrösserung des Förderraumvolumens
wird als Saughub bezeichnet, während die Kolbenbewegung im Sinne einer
Verkleinerung des Förderraumvolumens als Druckhub bezeichnet wird. Eine
Zuströmleitung für die zu fördernde Flüssigkeit mündet durch die dem Förderkolben
gegenüberliegende vordere Grundfläche des Hohlzylinders hindurch in den
Förderraum. In der Zuströmleitung ist ein als Rückschlagventil ausgebildetes
Saugventil angeordnet, das mittels einer Schliessfeder in seine Schliessposition
gedrückt wird. Für eine erleichterte Öffnung des Saugventils während dem Saughub ist
die Schliessfeder gemäss der EP-A1-0 180 510 weiter über ein Steuergestänge mit der
Taumelscheibe gekoppelt. Während dem Druckhub wird die Flüssigkeit vom
Förderraum aus durch eine Abströmleitung hindurch in eine im Zylinderblock
ausgebildete Ventilkammer geführt, in welcher ein als Rückschlagventil ausgebildetes
Druckventil angeordnet ist. Von der Ventilkammer aus strömt die Flüssigkeit am
Druckventil vorbei zu einer Auslassöffnung an der Aussenseite des Zylinderblocks.
Die in der EP-A1-0 180 510 beschriebene gattungsgemässe Pumpe weist eine
komplizierte Konstruktion auf und schliesst zwischen dem Saugventil und dem
Druckventil ein vergleichsweise grosses Totvolumen ein, welches jeweils auch nach
dem Abschluss eines Druckhubs noch mit Flüssigkeit gefüllt ist.
Darstellung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist die Verbesserung einer gattungsgemässen
Axialkolbenpumpe derart, dass sie eine einfache Konstruktion und ein vergleichsweise
kleines Totvolumen zwischen dem Saugventil und dem Druckventil aufweist.
Die Lösung der Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 definiert. Gemäss
der Erfindung umfasst eine Axialkolbenpumpe zum Fördern einer Flüssigkeit einen
Zylinderblock, der wenigstens eine Aussenfläche aufweist. Im Zylinderblock ist
wenigstens ein Hohlzylinder ausgebildet, der durch eine erste Grundfläche (auch als
vordere Grundfläche bezeichnet) und eine kreiszylindrische Mantelfläche begrenzt ist
und eine Hohlzylinderachse definiert. Im Hohlzylinder ist ein Förderkolben in Richtung
der Hohlzylinderachse verschiebbar derart angeordnet, dass zwischen der ersten
Grundfläche des Hohlzylinders, einer dieser zugewandten Stirnseite des Förderkolbens
und einem Teil der Mantelfläche des Hohlzylinders ein Förderraum zur Aufnahme der
zu fördernden Flüssigkeit eingeschlossen wird. Die Axialkolbenpumpe umfasst weiter
eine durch die erste Grundfläche des Hohlzylinders hindurch in den Förderraum
mündende Zuströmleitung und eine aus dem Förderraum wegführende Abströmleitung
für die zu fördernde Flüssigkeit. Die Axialkolbenpumpe zeichnet sich dadurch aus,
dass die Abströmleitung ein einseitig von der Aussenfläche des Zylinderblocks her
ausgebildeter Kanal im Zylinderblock ist, wobei dieser Kanal in unmittelbarer Nähe der
vorderen Grundfläche des Hohlzylinders vom Förderraum aus auf direktem Weg durch
die Mantelfläche des Hohlzylinders hindurch zur Aussenfläche des Zylinderblocks führt.
Indem die Abströmleitung von lediglich einer Seite (nämlich der Aussenfläche des
Zylinderblocks) her als Kanal im Zylinderblock ausgebildet ist, wird eine einfache
Fertigung der Axialkolbenpumpe ermöglicht. Der Kanal kann als Einstich, insbesondere
als gerader Kanal, z.B. mittels Bohren oder eines anderen geeigneten
Abtragungsverfahrens im Zylinderblock ausgeführt werden. Zudem sorgt die
Anordnung der Mündung der Abströmleitung im Förderraum (auch als Auslass des
Förderraums bezeichnet) in unmittelbarer Nähe der vorderen Grundfläche und somit
der Mündung der Zuströmleitung im Förderraum (auch als Einlass in den Förderraum
bezeichnet) für ein äusserst kleines Totvolumen. Ein kleines Totvolumen ermöglicht die
Verwendung der Pumpe für vergleichsweise grosse Ansaughöhen, vermindert die
Bildung von Luftblasen in dem durch die Pumpe geförderten Fluid und gewährleistet
einen effizienten Betrieb der Pumpe.
Im vorliegenden Zusammenhang wird als Totvolumen dasjenige Volumen zwischen
dem Saugventil und dem Druckventil einer Axialkolbenpumpe bezeichnet, welches
jeweils auch nach der Vollendung eines Druckhubs noch mit Flüssigkeit gefüllt ist.
Unter einem Saugventil wird ein Ventil verstanden, welches stromaufwärts des
Förderraums den Flüssigkeitsstrom in der Zuströmleitung in Richtung zum Förderraum
hin zulässt, in die Gegenrichtung (d.h. vom Förderraum weg) jedoch verhindert.
Demgegenüber wird unter einem Druckventil ein Ventil verstanden, welches
stromabwärts des Förderraums den Flüssigkeitsstrom in der Abströmleitung in
Richtung vom Förderraum weg zulässt, in die Gegenrichtung (d.h. zum Förderraum
hin) jedoch verhindert. Unter einem Kanal, der auf direktem Weg vom Förderraum zur
Aussenfläche des Zylinderblocks führt, ist ein Kanal zu verstehen, der vom Förderraum
aus ohne Durchgang durch irgendwelche weitere Kammern oder Hohlräume hindurch
unmittelbar zur Aussenfläche führt, dies im Unterschied z.B. zu der in EP-A1-0 180 510
beschriebenen Abströmleitung, welche vom Förderraum aus zunächst in eine
Ventilkammer und erst von dieser aus zur Aussenseite des Zylinderblocks führt.
Vorzugsweise ist der Kanal der Abströmleitung sogar derart ausgebildet, dass dieser
auf dem kürzesten Weg vom Hohlzylinder zur Aussenfläche des Zylinderblocks führt.
Dadurch wird ein besonders kleines Totvolumen geschaffen. Als Alternative sind
jedoch auch andere Erfindungsvarianten möglich, bei denen der Kanal auf vom
kürzesten Weg abweichenden Wegen, entweder geradlinig oder auch entlang von
Kurven, vom Hohlzylinder zur Aussenfläche des Zylinderblocks führt.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsart der Erfindung weist der Förderkolben in
einem axialen Bereich in der Nähe seiner der vorderen Grundfläche des Hohlzylinders
zugewandten Stirnseite eine Umfangsverkleinerung auf. Unter einer
Umfangsverkleinerung wird verstanden, dass der Umfang des Förderkolbens in einem
axialen Bereich kleiner ist als der im Wesentlichen dem Hohlzylinder entsprechende
Umfang im überwiegenden restlichen Bereich des Förderkolbens. Durch die
Umfangsverkleinerung wird ein ringförmiger Kanal (auch als Ringkanal bezeichnet) für
die Flüssigkeitsströmung zwischen dem Förderkolben und der Mantelfläche des
Hohlzylinders geschaffen. Die Umfangsverkleinerung ist in einem axialen Bereich des
Förderkolbens derart angeordnet, dass sie bei maximaler Kompression (d.h. bei
minimalem Volumen des Förderraums) wenigstens teilweise über der Mündung des
Abströmkanals in der Mantelfläche des Hohlzylinders angeordnet ist. In der der
maximalen Kompression entsprechenden Position des Förderkolbens kann dann die
Flüssigkeit aus dem Förderraum durch den Ringkanal hindurch direkt durch den
Auslass des Förderraums hindurch in den Abströmkanal hinein strömen. Dadurch kann
während dem Druckhub der Förderkolben im Hohlzylinder bis ganz nach vorne
geschoben werden, so dass in der Position mit maximaler Kompression die Stirnseite
des Förderkolbens in unmittelbarer Nähe der vorderen Grundfläche des Hohlzylinders
angeordnet ist. In dieser vordersten Position des Förderkolbens kann seine vordere
Stirnseite teilweise oder sogar vollständig vor der Mündung der Abströmleitung
angeordnet sein. Durch den Ringkanal wird gewährleistet, dass die Flüssigkeit
trotzdem noch aus dem Förderraum durch den Abströmkanal hindurch abströmen
kann. Insgesamt ermöglicht der Ringkanal eine weitere Verkleinerung des
Totvolumens.
Die Umfangsverkleinerung kann im vordersten, an die vordere Stirnseite des Förderkolbens
anschliessenden axialen Bereich des Förderkolbens ausgebildet sein. Grundsätzlich
ist es aber auch möglich, die Umfangsverkleinerung in Form eines von der
vorderen Stirnseite des Förderkolbens zurückversetzten Ringkanals auszubilden und
weiter Verbindungskanäle im Kolben auszubilden, welche sich in axialer Richtung vom
Ringkanal zur vorderen Stirnseite des Förderkolbens erstrecken und dadurch eine
flüssigkeitsleitende Verbindung zwischen dem Ringkanal und dem Förderraum
schaffen.
Vorzugsweise ist ein als Saugventil dienendes Rückschlagventil, das einen
Absperrkörper mit einer flachen Partie aufweist, in axialer Richtung unmittelbar vor
dem Hohlzylinder derart angeordnet, dass die flache Partie in geschlossenem Zustand
des Saugventils einen Teil der Begrenzungswand des Förderraums bildet. Indem die
Flachpartie des Absperrkörpers als integraler Teil der Förderraumbegrenzungswand
ausgebildet ist, ergibt sich ein besonders kleines Totvolumen. Die zum Förderraum
gerichtete Seite der flachen Partie des Absperrkörpers kann insbesondere derart
ausgebildet und angeordnet sein, dass sie in geschlossenem Zustand des Saugventils
einen Teil der vorderen Grundfläche des Hohlzylinders bildet. Grundsätzlich können
jedoch auch andere geeignete Saugventile für die erfindungsgemässe
Axialkolbenpumpe verwendet werden.
Gemäss einer bevorzugten Erfindungsvariante ist die Axialkolbenpumpe weiter mit
wenigstens einem als Druckventil dienenden Rückschlagventil versehen, dessen
Ventilsitz in einer unmittelbar an die Aussenfläche des Zylinderblocks angrenzenden
Partie des Kanals der Abströmleitung angeordnet ist. Es kann entweder die an die
Aussenfläche des Zylinderblocks angrenzende Kanalpartie selbst als Ventilsitz
ausgebildet sein, oder es kann ein separates Ventilsitzteil in diese Kanalpartie
eingesetzt sein. Die Anordnung des Ventilsitzes in unmittelbarer Nähe der
Aussenfläche des Zylinderblocks ermöglicht einen erleichterten Zugang zum Ventilsitz,
was vorteilhaft ist für die Montage und für allfällige Revisionen der Pumpe.
Vorteilhafterweise ist der Zylinderblock auf wahlweise auswechselbare Art in einem
diesen wenigstens teilweise umfassenden Pumpengehäuse derart angeordnet, dass
die Aussenfläche des Zylinderblocks im Bereich der Abströmleitung (d.h. im Bereich
der Mündung der Abströmleitung in der Aussenfläche) vom Pumpengehäuse
umschlossen ist. Dadurch wird die Möglichkeit geschaffen, einzelne Bestandteile des
Druckventils im Pumpengehäuse anzuordnen.
Insbesondere kann bei einer Axialkolbenpumpe gemäss dieser Erfindungsvariante das
Druckventil wenigstens teilweise ausserhalb des Zylinderblocks im Pumpengehäuse
angeordnet sein. Es können z.B. eine Schliessfeder des Druckventils und/oder ein
Absperrkörper des Druckventils im Pumpengehäuse ausserhalb des Zylinderblocks
angeordnet sein. Vorzugsweise werden im Pumpengehäuse ausserhalb des
Zylinderblocks Druckventilkomponenten angeordnet, die während dem Betrieb der
Pumpe einem vergleichsweise kleinen Verschleiss unterliegen. Dies erlaubt es, im
Zuge einer Revision der Pumpe lediglich das Zylindergehäuse mitsamt den darin
angeordneten Teilen zu ersetzen, die einem vergleichsweise grossen Verschleiss
unterliegen, während das Pumpengehäuse und die darin angeordneten Teile weiter
verwendet werden können.
Der gesamte Zylinderblock kann als einstückiges Formteil ausgebildet sein, um ein
rasches und einfaches ersetzen des Zylinderblocks zu ermöglichen. Vorteilhafterweise
ist er aus einem vergleichsweise verschleissfestem Material gefertigt, um seine
Lebensdauer zu erhöhen. Demgegenüber kann das Pumpengehäuse aus einem
weniger verschleissfesten, dafür besser bearbeitbaren Material gefertigt sein, da es
einem wesentlich kleineren Verschleiss unterliegt als der mechanisch stark
beanspruchte Zylinderblock.
Je nach geplantem Verwendungszweck sind jedoch auch Varianten von erfindungsgemässen
Pumpen mit mehrteiligen Zylinderblöcken möglich.
Vorzugsweise ist bei einer Axialkolbenpumpe gemäss der Erfindungsvariante mit
einem Druckventil, dessen Ventilsitz in einer unmittelbar an die Aussenfläche des
Zylinderblocks angrenzenden Partie des Kanals der Abströmleitung angeordnet ist, der
Zylinderblock derart ausgebildet, dass seine Aussenfläche wenigstens in einer Partie,
welche die Mündung des Kanals der Abströmleitung in der Aussenfläche umfasst, die
Form einer Mantelfläche eines geraden Kreiszylinders hat und in dieser
kreiszylindermantelförmigen Partie eine zur Hohlzylinderachse parallele
Zylinderblockachse (nämlich die Zylinderachse der kreiszylindrischen Mantelfläche)
definiert. Dadurch wird eine besonders einfache Fertigung des Zylinderblocks
ermöglicht, indem die Aussenfläche des Zylinderblocks durch Drehen auf einer
Werkzeugmaschine hergestellt werden kann. Weiter können im Zylinderblock zur
zylindrischen Mantelfläche parallele Hohlzylinder durch Bohren einfach hergestellt
werden.
Gemäss einer weiteren bevorzugten Ausführungsart der Erfindung umfasst eine
Axialkolbenpumpe zum Fördern einer Flüssigkeit einen Zylinderblock, der wenigstens
eine Aussenfläche aufweist, die wenigstens in einer Partie die Form einer Mantelfläche
eines Zylinders hat. Im Zylinderblock ist wenigstens ein Hohlzylinder ausgebildet, in
welchem ein Förderkolben verschiebbar angeordnet ist, wobei zwischen den Wänden
des Hohlzylinders und einer Stirnseite des Förderkolbens ein Förderraum zur
Aufnahme der zu fördernden Flüssigkeit eingeschlossen wird. Eine Abströmleitung für
die zu fördernde Flüssigkeit ist als Kanal im Zylinderblock ausgebildet und führt vom
Förderraum aus von diesem weg zu der wenigstens einen zylindermantelförmigen
Partie der Aussenfläche des Zylinderblocks. Die Axialkolbenpumpe umfasst weiter
wenigstens ein als Druckventil dienendes Rückschlagventil, dessen Ventilsitz in einer
unmittelbar an die zylindermantelförmige Partie der Aussenfläche des Zylinderblocks
angrenzende Partie des Kanals der Abströmleitung angeordnet ist. Ein aus einem
elastischen Material gefertigtes Schliessfederelement ist ring- oder C-förmig derart
ausgebildet, dass es sich im Wesentlichen entlang einer Umfangslinie der
zylindermantelförmigen Partie der Aussenfläche des Zylinderblocks erstreckt. Das
Schliessfederelement ist derart angeordnet, dass es als Schliessfeder für das
Druckventil wirkt.
In der zylindermantelförmigen Partie kann die Aussenfläche des Zylinderblocks insbesondere
die Form einer Mantelfläche eines geraden Kreiszylinders aufweisen. Grundsätzlich
kann die Aussenfläche in dieser Partie aber auch eine andere geeignete
Zylindermantelform aufweisen, z.B. die Mantelform eines elliptischen Zylinders. Im
vorliegenden Zusammenhang bedeutet "im Wesentlichen entlang einer Umfangslinie"
entweder entlang einer Umfangslinie (oder eines Umfanglinienabschnitts) auf der
Aussenfläche des Zylinderblocks oder entlang einer Nut, die entlang einer
Umfangslinie (oder eines Umfanglinienabschnitts) in der Aussenfläche des
Zylinderblocks ausgebildet ist.
Die Verwendung eines ring- oder C-förmigen, elastischen Schliessfederelements
ermöglicht eine einfache Fertigung und Montage der Schliessfeder des Druckventils.
Es leuchtet ein, dass dieser Aspekt der Erfindung nicht zwingend im Zusammenhang
mit dem einseitig von der Aussenfläche des Zylinderblocks her ausgebildeten Kanal
der Abströmleitung, der nahe vom vorderen Ende des Förderraums wegführt,
eingesetzt werden muss.
Falls eine Axialkolbenpumpe gemäss der Ausführungsart der Erfindung mit einem ringoder
C-förmigen elastischen Schliessfederelement zwei oder mehr Druckventile
aufweist, können diese derart ausgebildet und angeordnet sein, dass das
Schliessfederelement als gemeinsame Schliessfeder für diese Druckventile wirkt. Die
Druckventile können insbesondere mit Ventilsitzen versehen sein, die im Wesentlichen
in radialer Richtung innerhalb einer bestimmten Umfangslinie der
zylindermantelförmigen Partie der Aussenfläche des Zylinderblocks angeordnet sind,
wobei es sich bei dieser Umfangslinie um diejenige handelt, welcher entlang sich das
Schliessfederelement erstreckt. Die Verwendung eines einzigen
Schliessfederelementes für eine Mehrzahl von Druckventilen sorgt für eine weitere
Vereinfachung der Konstruktion der Axialkolbenpumpe.
Vorteilhafterweise ist das Schliessfederelement derart ausgebildet und angeordnet,
dass es gleichzeitig auch als Absperrkörper des Druckventils oder der Druckventile
wirkt. Durch die Verwendung eines einzigen Bauteils, das sowohl als
Schliessfederelement als auch als Absperrkörper wirkt, kann die Konstruktion der
Axialkolbenpumpe weiter vereinfacht werden. Gemäss einer in konstruktiver Hinsicht
besonders einfachen Ausführungsart der Erfindung ist das Schliessfederelement sogar
derart ausgebildet und angeordnet, dass es gleichzeitig als einzige Schliessfeder und
als einziger Absperrkörper für das oder die Druckventile wirkt, deren Ventilsitze radial
innerhalb von ihm im Zylinderblock angeordnet sind. Diese Druckventile können dann
gänzlich frei von weiteren Schliessfedern und/oder Absperrkörpern ausgebildet sein.
Gemäss einer weiteren bevorzugten Ausführungsart der Erfindung umfasst eine
Axialkolbenpumpe zum Fördern einer Flüssigkeit einen in einem Hohlzylinder
verschiebbar angeordneten Förderkolben, wobei zwischen den Wänden des
Hohlzylinders und einer Stirnseite des Förderkolbens ein Förderraum zur Aufnahme
der zu fördernden Flüssigkeit eingeschlossen wird. Die Axialkolbenpumpe umfasst
weiter eine in den Förderraum mündende Zuströmleitung für die zu fördernde
Flüssigkeit und ein als Saugventil dienendes Rückschlagventil, welches die Strömung
der Flüssigkeit in der Zuströmleitung in Richtung zum Förderraum hin ermöglicht und in
die entgegengesetzte Richtung verhindert. Das Saugventil ist wenigstens teilweise in
der Zuströmleitung angeordnet. In der Zuströmleitung ist stromaufwärts unmittelbar vor
dem Saugventil ein Diffusionselement (auch als Vermischungselement bezeichnet)
angeordnet, das eine Verminderung der Grösse von allfällig in der Flüssigkeit
vorhandenen Gasblasen bewirkt.
Das Diffusionselement sorgt für eine Vermischung des durch dieses hindurch
strömenden Mediums. Falls in der zu fördernden Flüssigkeit Gasblasen vorhanden
sind, sorgt das Diffusionselement für eine Vermischung dieser Gasblasen mit der
Flüssigkeit und somit für eine Verkleinerung der Gasblasen. Solche Gasblasen,
insbesondere Luftblasen, können entstehen, wenn der Druck in der Zuströmleitung
vergleichsweise klein ist, was insbesondere bei vergleichsweise grossen Saughöhen
(d.h. grossen Höhen der Pumpe über dem Flüssigkeitspegel der mittels der
Axialkolbenpumpe durch die Zuströmleitung hindurch anzusaugenden Flüssigkeit) der
Fall ist. Bei Saughöhen von typischerweise über drei Metern besteht die Gefahr, dass
sich Luft aus der angesaugten Flüssigkeit löst und Blasen in der Flüssigkeit bildet.
Ohne Diffusionselement können die Blasen eine Grösse erreichen, welche eine
Entlüftung des Förderraumes erforderlich machen, was zu einem Pumpenausfall führt,
da der Förderraum über das Saugventil gegen Druck entlüftet werden muss.
Das erläuterte Diffusionselement erweist sich auch unabhängig von dem einseitig von
der Aussenfläche des Zylinderblocks her ausgebildeten Kanal der Abströmleitung, der
nahe vom vorderen Ende des Förderraums wegführt, oder von der Verwendung eines
ring- oder C-förmigen, elastischen Schliessfederelements als vorteilhaft.
Das Diffusionselement kann ein aus einem gesinterten Material gefertigtes
Filterelement oder ein feinmaschiges Sieb sein. Solche Diffusionselemente sind
besonders einfach und kostengünstig. Grundsätzlich können jedoch auch andere
geeignete Diffusionselemente verwendet werden, die für eine wirksame Verkleinerung
von allfällig in der Flüssigkeit vorhandenen Gasblasen sorgen.
Aus der nachfolgenden Detailbeschreibung und der Gesamtheit der Patentansprüche
ergeben sich weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Merkmalskombinationen der
Erfindung.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die zur Erläuterung des Ausführungsbeispiels verwendeten Zeichnungen zeigen:
- Fig. 1
- eine Axialkolbenpumpe gemäss einer ersten Ausführungsart der
Erfindung in einer vereinfachten Querschnittansicht;
- Fig. 2
- einen Ausschnitt aus einer Axialkolbenpumpe gemäss einer zweiten
Ausführungsart der Erfindung in einer vereinfachten Querschnittansicht;
- Fig. 3
- einen Ausschnitt aus einer Axialkolbenpumpe gemäss einer dritten
Ausführungsart der Erfindung in einer vereinfachten Querschnittansicht;
- Fig. 4
- einen Ausschnitt aus einer Axialkolbenpumpe gemäss einer vierten
Ausführungsart der Erfindung in einer vereinfachten Querschnittansicht.
Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Wege zur Ausführung der Erfindung
In Fig. 1 ist eine Axialkolbenpumpe gemäss einer ersten Ausführungsart der Erfindung
in einer vereinfachten Querschnitt-Teilansicht dargestellt.
Die in Fig. 1 dargestellte Axialkolbenpumpe dient zum Fördern von Heizöl in einem
Heizungssystem für ein Gebäude. Sie umfasst einen Zylinderblock 10, dessen
Aussenform im Wesentlichen der Form eines geraden Kreiszylinders entspricht und
durch eine kreiszylindrische Mantelfläche sowie zwei kreisförmige Grundflächen
gebildet wird. Durch die kreiszylindrische Mantelfläche wird eine Zylinderblockachse 12
definiert, nämlich die Achse des Kreiszylinders. Der Zylinderblock 10 ist einstückig
ausgebildet und aus einem vergleichsweise verschleissfesten Stahl gefertigt. Er ist in
einem den Zylinderblock 10 vollständig umfassenden Pumpengehäuse 14, 16
angeordnet, welches aus Antikorrodal gefertigt ist, einem Material, das zwar weniger
verschleissfest als Stahl, dafür aber besser bearbeitbar als Stahl ist. Das
Pumpengehäuse 14, 16 ist aus einem ersten Pumpengehäuseteil 14 und einem
zweiten Pumpengehäuseteil 16 wahlweise wieder demontierbar zusammengesetzt.
Der Zylinderblock 10 ist mittels eines durch eine Bohrung entlang der
Zylinderblockachse 12 führenden Schraubenbolzens 18 wahlweise wieder lösbar
derart am ersten Pumpengehäuseteil 14 angebracht, dass er nach einer Demontage
des Pumpengehäuses 14, 16 bei Bedarf von diesem demontiert und ersetzt werden
kann. Weiter sind in der kreiszylindrischen Mantelfläche des in Fig 1 dargestellten
Zylinderblocks 10 (d.h. in seiner kreiszylindermantelförmigen Aussenfläche) drei je
entlang einer Umfangslinie umlaufende Nuten ausgebildet, in denen je ein
Dichtungsring 20, 22, 24 aufgenommen ist. Diese Dichtungsringe 20, 22, 24 sorgen für
eine Abdichtung zwischen dem Zylinderblock 10 und dem diesen umfassenden
Pumpengehäuse 14, 16.
Im Zylinderblock 10 sind drei zueinander identische Hohlzylinder 26, 28 ausgebildet,
die je in gleichem radialen Abstand zwischen der Mantelfläche des Zylinderblocks 10
und der Zylinderblockachse 12 angeordnet sind. Sie haben je die Form eines geraden
Kreiszylinders mit zur Zylinderblockachse paralleler Hohlzylinderachse 30, 32. Jeder
Hohlzylinder 26, 28 ist jeweils in Bezug auf die Zylinderblockachse 12 je um 120 Grad
versetzt gegenüber den beiden anderen Hohlzylindern 26, 28 angeordnet. In der
Darstellung von Fig. 1 verläuft die Querschnittebene durch den einen dieser
Hohlzylinder 26 (den oberen in Fig. 1). Der besseren Übersichtlichkeit halber ist in der
Darstellung von Fig. 1 ein weiterer dieser Hohlzylinder 28 (der untere in Fig. 1)
dargestellt, wobei dieser in die Querschnittebene versetzt (d.h. in Bezug auf die
Zylinderblockachse 12 um 60 Grad versetzt) dargestellt ist.
Die Hohlzylinder 26, 28 werden je durch eine erste Grundfläche (auch als vordere
Grundfläche bezeichnet) und eine kreiszylindrische Mantelfläche begrenzt. In jedem
Hohlzylinder 26, 28 ist je ein Förderkolben 34, 36 in Richtung der zugeordneten
Hohlzylinderachse 30, 32 verschiebbar derart angeordnet, dass zwischen der ersten
Grundfläche des Hohlzylinders 26, 28, einer dieser zugewandten Stirnseite des
Förderkolbens 34, 36 (auch als vordere Stirnseite des Förderkolbens 34, 36
bezeichnet) und einem Teil der Mantelfläche des Hohlzylinders 26, 28 ein Förderraum
38, 40 zur Aufnahme des zu fördernden Heizöls eingeschlossen wird. Die drei je durch
einen Hohlzylinder 26, 28 und einen in ihm verschiebbar aufgenommenen
Förderkolben 34, 36 gebildeten Kolben-Zylinder-Anordnungen sind identisch
zueinander ausgebildet und in Bezug auf die Zylinderblockachse 12
rotationssymmetrisch zueinander angeordnet.
Die Antriebsvorrichtung für eine Axialkolbenpumpe der in Fig. 1 dargestellten Art ist an
sich bekannt und wird daher nur kurz beschrieben. Eine koaxial zur Zylinderblockachse
12 angeordnete und im zweiten Pumpengehäuseteil 16 drehbar gelagerte
Antriebswelle 42, an deren dem Zylinderblock 10 zugewandten Längsende eine
geneigt zur Wellenachse angeordnete Taumelscheibe 44 fest angebracht ist, wird von
einem nicht dargestellten Antriebsmittel in Drehung versetzt. Die gemeinsam mit der
Antriebswelle 42 umlaufende Taumelscheibe 44, welche im Pumpengehäuse 14, 16
ausserhalb des Zylinderblocks 10 angeordnet ist, betätigt dabei zyklisch die
Förderkolben 34, 36 in axialer Richtung hin und her, indem sie entgegen der Federkraft
von Rückstellfedern 46, 48 auf die von den Förderräumen 38, 40 abgewandten
Längsenden der Förderkolben 34, 36 drückt. Die Förderkolben 34, 36 sind im Bereich
dieser Längsenden als Kolbenstössel 50, 52 ausgebildet, welche durch die offenen
zweiten Grundflächen der Hohlzylinder 26, 28 hindurch in axialer Richtung aus dem
Zylinderblock 10 hinaus ragen. Anstelle einer auf einer Taumelscheibe 44 beruhenden
Antriebsvorrichtung könnte ebensogut irgend eine andere geeignete
Antriebsvorrichtung zum Antreiben der Förderkolben 34, 36 verwendet werden.
In der Darstellung von Fig. 1 ist der obere Förderkolben 34 in seiner Position mit
maximaler Kompression dargestellt. In dieser Position mit minimalem
Förderraumvolumen 38 ist er im Hohlzylinder 26 ganz nach vorne geschoben, so dass
seine vordere Stirnseite in unmittelbarer Nähe gegenüber der vorderen Grundfläche
des Hohlzylinders 26 angeordnet ist. Demgegenüber ist der untere der in Fig. 1
dargestellten Förderkolben 36 in seiner Position mit minimaler Kompression
dargestellt. In dieser Position mit maximalem Förderraumvolumen 40 ist er im
Hohlzylinder 28 ganz nach hinten verschoben, so dass seine vordere Stirnseite in einer
beträchtlichen Distanz gegenüber der vorderen Grundfläche des Hohlzylinders 28
angeordnet ist.
Jede Kolben-Zylinder-Anordnung umfasst weiter je eine durch die erste (vordere)
Grundfläche des Hohlzylinders 26, 28 hindurch in den Förderraum 38, 40 mündende
Zuströmleitung 54, 56 und eine aus dem Förderraum 38, 40 wegführende
Abströmleitung 58, 60 für das zu fördernde Heizöl.
Der in Bezug auf die Strömungsrichtung des zu fördernden Heizöls vor dem
Förderraum 38, 40 angeordnete Bereich der Pumpe wird als Niederdruckbereich oder
als Saugbereich der Pumpe bezeichnet. In diesem Bereich steht das Heizöl unter
einem vergleichsweise niedrigen Druck, der zwischen dem Dampfdruck des Heizöls
und dem Atmosphärendruck in der Umgebung der Pumpe liegt. Der in Bezug auf die
Strömungsrichtung nach dem Förderraum 38, 40 angeordnete Pumpenbereich wird als
Hochdruckbereich der Pumpe bezeichnet, wobei in diesem Bereich Heizöldrücke
zwischen dem Atmosphärendruck und ungefähr 700 bar herrschen. Während einem
Saughub entspricht der Druck im Förderraum 38, 40 ungefähr dem Druck im
Saugbereich. Während einem Druckhub hingegen entspricht der Druck im Förderraum
38, 40 im Wesentlichen dem Druck im Hochdruckbereich der Pumpe.
Die Abströmleitungen 58, 60 von allen drei Hohlzylindern 26, 28 münden auf einer
gemeinsamen Umfangslinie auf der zylindermantelförmigen Aussenfläche des
Zylinderblocks 10. Sie sind über eine Hochdruck-Verbindungsleitung 62 miteinander
und mit einem im ersten Pumpengehäuseteil 14 angeordneten Druckanschluss 64 im
Hochdruckbereich der Pumpe verbunden, wobei diese Hochdruck-Verbindungsleitung
62 als der erwähnten Umfangslinie entlang umlaufende Nut 62 in der die
zylindermantelförmige Aussenfläche des Zylinderblocks 10 umfassenden Oberfläche
des ersten Pumpengehäuseteils 14 ausgebildet ist. Auf ähnliche Art sind die
Zuströmleitungen 54, 56 zu den Hohlzylindern 26, 28 über Niederdruck-Verbindungsleitungen
(nicht dargestellt) miteinander und mit einem im ersten
Pumpengehäuseteil 14 angeordneten Sauganschluss 66 im Niederdruckbereich der
Pumpe verbunden.
Die Abströmleitung 58, 60 von jedem Hohlzylinder 26, 28 ist ein einseitig von der
Aussenfläche des Zylinderblocks 10 her zu diesem Hohlzylinder 26, 28 ausgebildeter
Kanal im Zylinderblock 10. Dieser Kanal führt von dem im Hohlzylinder 26, 28
angeordneten Förderraum 38, 40 aus, von einer Stelle in unmittelbarer Nähe der
vorderen Grundfläche des Hohlzylinders 26, 28, geradlinig auf direktem und kürzestem
Weg durch die Mantelfläche des Hohlzylinders 26, 28 hindurch zur Aussenfläche des
Zylinderblocks 10. Das heisst, dass sich der Kanal der Abströmleitung 58, 60 in
radialer Richtung sowohl in Bezug auf die Achse 30, 32 des Hohlzylinders 26, 28 als
auch in Bezug auf die Zylinderblockachse 12 vom Förderraum 38, 40 zur Aussenfläche
des Zylinderblocks 10 erstreckt.
Die Förderkolben 34, 36 weisen in ihrem vordersten, an die vordere Stirnseite
anschliessenden Bereich eine Umfangsverkleinerung 68, 70 auf. Dadurch wird im
vordersten Bereich des Förderkolbens 34, 36 ein ringförmiger Kanal zwischen dem
Förderkolben 34, 36 und dem diesen umfassenden Hohlzylinder 26, 28 geschaffen.
Wie in Fig. 1 am Beispiel des oberen Förderkolbens 34 erkennbar, ist in dessen
vorderster Position seine vordere Stirnseite vor der Mündung derAbströmleitung 58 im
Förderraum 38 angeordnet. Jedoch ist in dieser Kolbenposition der Ringkanal über der
Mündung des Abströmkanals 58 angeordnet, so dass auch in dieser Position noch
Heizöl aus dem Förderraum 38 durch den Abströmkanal 58 hindurch abströmen kann.
Stromaufwärts des Förderraums 38, 40 ist in axialer Richtung unmittelbar vor jedem
Hohlzylinder 26, 28 je ein als Saugventil dienendes Rückschlagventil angeordnet. Bei
der in Fig. 1 dargestellten Axialkolbenpumpe sind die Saugventile je mit einem
Absperrkörper in Form einer Kugel 72, 74 versehen, welche in der Zuströmleitung 54,
56 stromaufwärts des Hohlzylinders 26, 28 unmittelbar vor dessen ersten Grundfläche
angeordnet sind.
Die in Fig. 4 dargestellte Axialkolbenpumpe unterscheidet sich lediglich hinsichtlich der
Ausbildung der Saugventile von der in Fig. 1 dargestellten Axialkolbenpumpe und ist im
übrigen identisch zu letzterer ausgebildet. Das in Fig. 4 dargestellte Saugventil in Form
eines Rückschlagventils ist ein Kegelsitzventil. Es weist einen Absperrkörper auf, der
mit einer flachen Partie 174 versehen und an seiner dem Ventilsitz zugewandten
Randseite kegelförmig ausgebildet ist. Der Absperrkörper ist in axialer Richtung
stromaufwärts unmittelbar vor dem Hohlzylinder 28 derart angeordnet ist, dass die
flache Partie 174 in geschlossenem Zustand des Saugventils einen Teil der
Begrenzungswand des Förderraums 40 bildet. Dadurch wird ein besonders kleines
Totvolumen erreicht.
Sowohl im Falle der in Fig. 1 dargestellten Axialkolbenpumpe als auch im Falle der in
Fig. 4 dargestellten Axialkolbenpumpe ist in der Zuströmleitung 54, 56 stromaufwärts
der Saugventile unmittelbar vor denselben jeweils je ein aus Sinterbronze gefertigtes,
scheibenförmiges Diffusionselement 76, 78 vor jedem Saugventil angeordnet. Diese
Diffusionselemente 76, 78 bewirken eine Verminderung der Grösse von allfällig im
Heizöl vorhandenen Gasblasen.
Weiter ist bei sämtlichen der in Fig. 1 - 4 dargestellten Axialkolbenpumpen jeweils für
jede Abströmleitung 58, 60 je ein als Druckventil dienendes Rückschlagventil in der
Nähe der Mündung der Abströmleitung 58, 60 in die zylindermantelförmige
Aussenseite des Zylinderblocks 10 angeordnet. Das in Fig. 1 dargestellte Druckventil
ist mit einem Ventilsitz versehen, der in einer unmittelbar an die Aussenfläche des
Zylinderblocks 10 angrenzenden Partie des Kanals der Abströmleitung 58 als Bohrung
in den Kanal ausgebildet ist. Der Zylinderblock 10 ist im ersten Pumpengehäuseteil 14
so angeordnet, dass die Aussenfläche des Zylinderblocks 10 im Bereich der
Abströmleitung 58 (d.h. im Bereich der Mündung der Abströmleitung 58 in der
Aussenfläche) vom ersten Pumpengehäuseteil 14 umschlossen ist. Das Druckventil ist
mit einem Absperrkörper in Form einer Kugel 80 versehen, welche auf dem Ventilsitz
aufliegt und entgegen der Federkraft einer Schliessfeder 82 in radialer Richtung vom
Ventilsitz (und vom Zylinderblock) weg verschiebbar ist, um das Druckventil zu öffnen.
Dabei sind der Ventilsitz und die Kugel 80 derart ausgebildet und angeordnet, dass die
Kugel 80 selbst in geschlossenem Zustand des Druckventils zu mehr als der Hälfte
ausserhalb der zylindermantelförmigen Aussenfläche des Zylinderblocks 10
angeordnet ist. Die Schliessfeder 82 des Druckventils ist vollständig ausserhalb des
Zylinderblocks 10 im ersten Pumpengehäuseteil 14 angeordnet. Dies erlaubt es, im
Zuge einer Revision der Pumpe lediglich das Zylindergehäuse 10 mitsamt den darin
angeordneten Teilen zu ersetzen, während der kugelförmige Absperrkörper 80 und die
Schliessfeder 82 des Druckventils im Pumpengehäuse 14, 16 belassen werden
können.
Die in den Figuren 2 und 3 dargestellten Axialkolbenpumpen unterscheiden sich
lediglich hinsichtlich der Ausbildung der Druckventile von der in Fig. 1 dargestellten
Axialkolbenpumpe und sind im übrigen identisch zu letzterer ausgebildet.
Bei der in Fig. 2 dargestellten Axialkolbenpumpe ist in der zylindermantelförmigen
Aussenfläche des Zylinderblocks 10 eine umlaufende Nut 284 ausgebildet, welche sich
entlang derjenigen Umfangslinie erstreckt, auf der die Abströmleitungen 58, 60 der drei
Hohlzylinder 26, 28 münden. Das in Fig. 2 beispielhaft dargestellte Druckventil ist mit
einem Ventilsitz versehen, der als von der Aussenfläche des Zylinderblocks 10 durch
die Nut 284 hindurch führender Bohrung 286 in den Kanal der Abströmleitung 58
ausgebildet ist. Die Bohrung 286 ist derart bemessen, dass sie eine als Absperrkörper
dienende Kugel 280 vollständig derart aufnehmen kann, dass sie radial innerhalb der
umlaufenden Nut 284 im Zylinderblock 10 angeordnet ist. In dieser Nut 284 ist ein aus
Nitril-Kautschuk gefertigter O-Ring 282 derart angeordnet, dass er auf die Kugeln 280
von allen drei entlang der Nut 284 angeordneten, zueinander identischen Druckventile
radial nach innen drückt und dadurch als gemeinsame Schliessfeder für diese
Druckventile wirkt.
Das in Fig. 3 dargestellte Druckventil unterscheidet sich von dem in Fig. 2 dargestellten
Druckventil lediglich dadurch, dass die umlaufende Nut 384 etwas breiter ausgebildet
ist und weder Kugeln als Absperrkörper noch Bohrungen als Ventilsitze für solche
Kugeln vorgesehen sind. Stattdessen ist der in der umlaufenden Nut 384 angeordnete
O-Ring 380 aus Nitril-Kautschuk derart ausgebildet und angeordnet, dass er
gleichzeitig sowohl als Absperrkörper als auch Schliesselement für alle drei
Druckventile wirkt.
Zusammenfassend ist festzustellen, dass durch die Erfindung eine Axialkolbenpumpe
angegeben wird, die eine einfache Konstruktion und ein vergleichsweise kleines
Totvolumen zwischen dem Saugventil und dem Druckventil aufweist.