CH645435A5

CH645435A5 - Kolbenpumpe.

Info

Publication number: CH645435A5
Application number: CH577979A
Authority: CH
Inventors: Bernhard Frey
Original assignee: Hydrowatt Syst
Priority date: 1979-06-20
Filing date: 1979-06-20
Publication date: 1984-09-28
Also published as: EP0153982B1; ATE51683T1; ZA803580B; CS229656B2; BR8003711A; DD151487A5; AR219466A1; PL130376B1; SU1380617A3; PL225024A1; JPH0250358B2; ATE14915T1; DE3072177D1; AU5935080A; EP0021315B1; JPS6426096A; JPS5627086A; DE3070978D1; CA1142030A; HU183151B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kolbenpumpe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Pumpen dieser Art sind bekannt, beispielsweise aus der DE-OS 25 54 733.

Kolbenpumpen, die im allgemeinen einen Kurbel- oder Exzenterantrieb aufweisen, sind grundsätzlich mit einem vergleichsweise hohen Bauaufwand und Raumbedarf für die Antriebs Vorrichtung in Bezug auf das nutzbare Hubvolumen behaftet. Dies gilt besonders für die bekannten Pumpen mit elastisch verformbaren Dichtungsschlauch, weil die Hubverformung im Hinblick auf die im Dauerbetreib zulässigen Dehnungen des Dichtungsmaterials nur einen Bruchteil der Schlauchlänge ausmacht. Dadurch wird die Baulänge der Kolben-Zylinderanordnung in Bezug auf das nutzbare Hubvolumen weiter vergrössert. Von ähnlichem Einfluss sind die Vorrichtungen für die Schmiermittelzuführung und -abführung bei der bekannten Ausführung mit Abstützung des elastisch verformbaren Dichtungsschlauches mittels einer Druckschmierung. Es besteht daher bei Kolbenpumpen allgemein und insbesondere bei Pumpen der vorgenannten Art das Bedürfnis nach Verminderung des Raumbedarfes, nach Möglichkeit ohne wesentliche Erhöhung des B auaufwandes bzw. unter Wahrung einer vergleichsweise einfachen Konstruktion.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung einer Pumpenkonstruktion, die sich durch vergleichsweise geringe Baulänge der Kolben-Zylinderanordnung einschliesslich der benachbarten Teile der Antriebsvorrichtung auszeichnet. Die erfindungsge-mässe Lösung dieser Aufgabe kennzeichnet sich durch die in Ansprach 1 angegebenen Merkmale. Die danach vorgesehene, den Zylinder umgreifende Ausbildung des Antriebsgliedes, beispielsweise eines an sich üblichen, mit einer Exzenter-Antriebsvorrichtung zusammenwirkenden Stössels oder dergl., ermöglicht bei gleicher Stütz- und Führungslänge dieses - entsprechend der Arbeitsbewegung oszillierenden - Antriebsgliedes grundsätzlich eine beträchtliche Verkürzung der Baulänge der Kolben-Zylinderanordnung. Die ohne weiteres mögliche, dünnwandige Ausbildung des den Zylinder umgreifenden Anschnitts des Antriebsgliedes erlaubt dabei die Vermeidung einer wesentlichen Durchmesservergrösserung der Kolben-Zylinderandordnung. Die Verminderung der Baulänge der Kolben-Zylinderan-ordnung macht sich insbesondere bei sternförmigen Mehrzylinderanordnungen vorteilhaft bemerkbar, weil diese Baulänge den Gesamtdurchmesser der Pumpe verkleinert.

Bei Pumpenkonstruktionen der vorliegenden Art ergibt sich an der Aussenseite des vom Antriebsglied umschlossenen Zylinders entsprechend der oszillierenden Arbeitsbewegung des Letzteren ein pulsierender Nebenraum, der sich bei üblichen Kolben mit Leckflüssigkeit aus dem Arbeitsraum bzw. bei hermetischer Arbeitsraumabdichtung mittels des erwähnten, elastisch verformbaren Dichtungsschlauches mit Druckschmierungsabstüt-zung mit dem abströmenden Schmiermittel füllen kann. Zur Beherrschung der sich hieraus ergebenden Probleme der Flüssigkeitsabführung sieht eine vorteilhafte Ausführungsform der

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Erfindung mindestens einen im Querschnitt grossflächigen Ausgleichskanal zwischen dem pulsierenden Nebenraum und einem Druckausgleichsraum vor . Dadurch werden in einfacher Weise Druckstösse innerhalb der Kolben-Zylinderanordnung vermieden und insbesondere eine einwandfreie Abführung auch grösserer Schmiermitteldurchsatzmengen gewährleistet. Zweckmässig wird dabei ein ohnehin vorhandener Schmiermittel- oder Fördermittel-Vorratsraum (im Hinblick auf die Abführung von umlaufendem Schmiermittel bezw. Leckfördermittel aus dem Arbeitsraum) als Druckausgleichsraum für den pulsierenden Nebenraum vorgsehen.

Eine von den vorgenannten Gesichtspunkten ausgehende Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der pulsierende Nebenraum mit einem am Zylinderende innerhalb des Antriebsgliedes befindlichen, entsprechend der oszilliernden Arbeitsbewegung pulsierenden Raum durch einen Drosselkanal verbunden ist. Durch diese Ausbildung wird der pulsierenden Raum zwischen Zylinderende und Antriebsglied, in den sich das vom Zylinder oder vom Dichtungsschlauch abströmende Schmiermittel bzw. die Leckflüssigkeit aus dem Arbeitsraum sammelt, als Pumpen- oder Hilfs- Arbeitsraum für den laufenden Ausstoss der sich ansammelnden Flüssigkeit verwendet, wobei der Drosselkanal in besonders einfacher Weise die Rückströmung der Flüssigkeit vom druckentlasteten Nebenraum am anderen Ende des Antriebsgliedes auf ein geringes Mass begrenzt. Der Drosselkanal wirkt somit nach Art eines Rückschlagventils.

Eine andere Ausführungsform der Erfindung, die besonders vorteilhaft in Verbindung mit den vorgenannten Erfindungsmerkmalen, gegebenenfalls jedoch auch unabhängig davon bei andersartigen Kolbenpumpen anwendbar ist, bezieht sich auf eine Druckumlaufschmierung, wie sie insbesondere für die Schmierung und Abstützung eines elastisch verformbaren Dichtungsschlauches bei seiner Gleitbewegung an einer Stützfläche verwendet werden kann. Bei einer Kolbenpumpe mit Druckumlaufschmierung, die eine Druckschmierpumpe, einen Rücklauf-Sammelraum, eine Rücklaufpumpe und einen die Druckschmierpumpe spaltenden Vorratsraum aufweist, kennzeichnet sich diese Ausführungsform der Erfindung durch einen den Vorratsraum mit dem Rücklauf-Sammelraum verbindenden Überströmkanal, in dem vorzugsweise ein einstellbares oder steuerbares Stellglied für eine Begrenzung der Strömung vom Vorratsraum zum Rücklauf-Sammelraum angeordnet ist. Diese Ausbildung ermöglicht auf einfache Weise eine sichere Füllung und damit einen einwandfreien Betrieb der Rücklaufpumpe und damit die für die gesamte Betriebssicherheit wesentliche Aufrechterhaltung des Schmiermitteldruckes. Dies ist besonders bei Hochdruckpumpen mit geschmiertem Dichtungsschlauch bedeutsam, weil ein Ausfall der Schmierung an der Stüztfläche sehr rasch eine Beschädigung des Dichtungsschlauches zur Folge haben kann.

Die Erfindung wird anhand der in den Zeichnungen veranschaulichten Beispielsausführungen erläutert. Hierin zeigt:

Fig. 1 einen Axialschnitt einer Kolbenpumpe mit sternförmiger Mehrzylinderanordnung mit Exzenterantrieb,

Fig. 2 das Prinzipschaltbild des Schmiermittelsystems der Pumpe nach Fig. 1,

Fig. 3 in grösserem Massstab eine Axialansicht einer Rücklaufpumpe des Schmiermittelsystems der Pumpe nach Fig. 1 und

Fig. 4 einen Teilschnitt des Pumpenrades gemäss Fig. 3 entsprechend Schnittebene IV-IV.

Die Antriebsvorrichtung 10 der Pumpe besteht nach Fig. 1 aus einer mit einem nicht dargestellten Motor gekuppelten Welle 1 mit Exzenter 2, auf dem ein nichtrotierendes, translatorisch umlaufendes Gleitstück 3 mit einer der Zylinderzahl - hier beispielsweise fünf- entsprechenden Anzahl von tangentialen Druckflächen 4 gelagert ist. In Fig. 1 ist eine solche Druckfläche in Wirkverbindung mit einem Antriebsglied 30 eines Kolbens 20 angedeutet, der mit einem elastisch verformbaren Dichtungs645 435

schlauch 22 verbunden ist. Eine Schraubenfeder 23 drückt den Kolben 20 gegen den Bodenabschnitt 30 b des büchsenförmigen Antriebsgliedes 30 und setzt den Dichtungsschlauch unter axiale Zugvorspannung. Der Dichtungsschlauch sitzt in der Bohrung eines Zylinders 25, mit dem er am oberen Ende fest verbunden ist, und dichtet somit den im Schlauchinneren gebildeten Arbeitsraum 24 hermetisch ab. Dieser Arbeitsraum verändert sein Volumen entsprechend der oszillierenden Bewegung des Antriebsgliedes 30 und erzeugt in Verbindung mit Rückschlagventilen 26 und 27, die an einen Förder- und Ansaugkanal 28 angeschlossen sind, die Pumpwirkung.

Das Schmiersystem der Pumpe ist als Druckumlaufschmierung mit einer Zahnrad-Druckschmierpumpe 100, einem den Exzenter 2 der Antriebsvorrichtung umgebenden Rücklauf-Sammel-raum 120 und mit einem die Rotationsachse XX der Antriebsvorrichtung konzentrisch umgebenden, ringförmigen Vorratsraum 110 sowie mit einer aus dem Rücklauf-Sammelraum 120 in den Vorratsraum 110 fördernden Rücklaufpumpe 105 ausgebildet. Diese Ausbildung und Anordnung des Vorratsraumes ermöglicht eine besonders raumsparende Mehrzylinder-Pumpenkon-struktion mit symmetrischer Verteilung der Anschlüsse zu den einzelnen Zylindern über den Ringumfang. Dem gleichen Zweck dient auch die Einbeziehung des Vorratsraumes in das zylindrische Gehäuse der sternförmigen Mehrzylinderanordnung.

Die Druckschmierpumpe 100 fördert aus dem Vorratsraum 110 über Kanäle 103 und 104 sowie ein Filter 102 in einen ringförmigen Verteilerkanal 101, von wo aus Druckkanäle 90 und 95 mit Einstelldrosseln 90a bzw. 95a zu den einzelnen Zylindern 25 führen. Die unter Druck stehende Schmierflüssigkeit aus dem Kanal 90 wird zur Abstützung des Dichtungsschlauches 22 bei seiner Gleitbewegung an die Aussenfläche des Dichtungsschlauches zugeführt und strömt in Axialrichtung des Zylinders (gemäss Fig. 1 nach unten) in einen im Bereich des unteren Kolben- und Zylinderendes gebildeten, pulsierenden Raum 42 ab. Dieser Raum steht über einen Drosselkanal 45, der als Spaltraum zwischen der Innenfläche des zylinderischen Abschnitts 30a des Antriebsgliedes 30 und der Aussenseite des Zylinders 25 ausgebildet ist, mit einem am oberen Ende des zylindrischen Abschnitts 30 a gebildeten, ebenfalls pulsierenden Nebenraum 35 in Verbindung. Auf diese Weise wird die in den Raum 42 abströmende, entspannte Schmierflüssigkeit über den als Quasi-Rückschlagventil wirkenden Drosselkanal 45 in den Nebenraum 35 gefördert, so dass der Raum 42 im wesentlichen als Niederdruckraum für eine ungestörte Abströmung des Schmiermittels aus dem Spaltraum zwischen dem Dichtungsschlauch und der Zylinderbohrung bzw. der durch diese gebildeten Stützfläche wirkt. Für diese selbsttätige Abström-Pumpwir-kung ist weiterhin Niederdruck auch im Nebenraum 35 erforderlich. Dazu ist letzterer über einen im Querschnitt grossflächigen Ausgleichskanal 40 mit dem Vorratsraum 110 verbunden, der somit als Druckausgleichsraum dient.

Das über den Kanal 95 zugeführte Schmiermittel gelangt an die Aussenfläche des zylindrischen Abschnitts 30 a des Antriebsgliedes 30, wo letzteres koaxial zum Zylinder 25 verschiebbar geführt ist. Über Schmierkanäle 47 fliesst das Schmiermittel sodann zu den Druckflächen 4 und weiterhin in den Rücklauf-Sammelraum 120. Damit ist auch dieser Schmiermittelkreislauf geschlossen.

Die Rücklaufpumpe 105 saugt über einen Kanal 115 aus dem unteren Teil des Sammelraumes 120 an und fördert über einen aufsteigenden Rückförderkanal 106 in dem Scheitelbereich 110 a des Vorratsraumes 110. Damit ergibt sich eine wirksame Entlüftung des in den Vorratsraum eintretenden Schmiermittelstromes. Zur sicheren Füllung der Rücklaufpumpe ist ein den Ansaugraum der letzteren, d. h. dem unteren Teil des Sammelraumes 120, mit dem Vorratsraum 110 verbindender Überströmkanal 130 vorgesehen, der ein Leersaugen dieses Raumes verhindert. Für die Begrenzung der Überströmung ist ein Stellglied vorgesehen, wofür beispielsweise eine justierbare Drossel 135a

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ausreichend sein kann. Im Beispielsfall ist dagegen eine Überströmregelung mit einem steuerbaren Ventil 135 als Stellglied und mit einem Schwimmer 140 als Regeleinrichtung vorgesehen. Dies erlaubt die Aufrechterhaltung eines optimalen Füllungsstandes im Ansaugraum der Rücklaufpumpe 105. Die ausreichende Füllung der Rücklaufpumpe ist insbesondere auch für die Vermeidung von Schaumbildung wesentlich, die eine zuverlässige Druckumlaufschmierung beeinträchtigen würde.

In Fig. 2 ist das Druckumlauf-Schmiersystem der Pumpe in übersichtlicher Form schematisch wiedergegeben, wobei die wesentlichen Funktionselemente symbolisch dargestellt, jedoch mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 versehen sind.

Wie bereits erwähnt, ist die Vermeidung von Schaumbildung im Fördersystem der Druckumlaufschmierung wesentlich für eine einwandfreie Funktion. Diesem Zweck dient besonders die in Fig. 3 und 4 dargestellte Ausbildung des Rotors 105a der Rücklaufpumpe 105 mit einer Mehrzahl von als Stauräume 105b ausgebildeten Schlitzen, die nach Art einer Radial-Schleuder-pumpe angeordnet sind und sich über eine Radiusdifferenz bezüglich der Rotationsachse XX der Pumpe erstrecken. Das in diesen Stauräumen befindliche Schmiermittel unterliegt infolge der starken Zentrifugalkräfte einer Separierung zwischen Schmiermittel mit grösserem bzw. geringerem Flüssigkeitsgehalt bzw.. umgekehrt geringerem und grösserem Gas- oder Schaumgehalt. Im Bereich einer sich über weniger als 180° erstreckenden Abström-Steueröffnung 108 wird bei geeigneter Verlangsamung oder Drosselung der Abströmung von der Pumpe im wesentlichen nur derj enige Teil des Schmiermittels aus den Stauräumen 105b radial ausgestossen, der nur einen sehr geringen Gas- oder

Schaumgehalt aufweist. Anschliessend treten die Stauräume mit einer Abström-Steueröffnung 109b in Verbindung, die den gas-bzw. schaumreichen Teil des Schmiermittels aufnimmt und über einen nicht näher dargestellten Abströmkanal 109c in den Sam-5 melraum 120 zurückführt. Im Bereich zwischen den Abström-Steueröffnungen 108 und 109b, die sich, wie in Fig. 3 dargestellt, gleichermassen über einen Winkel von wesentlich weniger als 180° erstrecken, sind die Stauräume 105b an ihren äusseren Enden durch eine Gehäuseinnenfläche 107 verschlossen, so dass 10 dieser Teil des Umlaufs für eine Separierung der unterschiedlich dichten Schmiermittelanteile ohne Störung infolge Durchströmung zur Verfügung steht.

Ein weiterer Mechanismus, der zur Gas- und Schaumabschnei-dung innerhalb des Rotors der Rücklaufpumpe beiträgt, ist in 15 Fig. 4 angedeutet. Danach kann mittels eines vergleichsweise breiten, axial neben dem Rotor 105b angeordneten Spaltraumes 109a, der hier starkverzerrend grösser dargestellt ist, eine radiale Zirkularströmung mit einem bei A angedeuteten Verlauf erzeugt werden, der die Ansammlung des gasarmen Schmiermittels in 20 den radial äusseren Bereichen der Stauräume 105b begünstigt und gegebenenfalls auch eine teilweise Rückführung des in den radial inneren Stauraumbereichen angesammelten Schaumes in Richtung zum Ansaugraum der Pumpe bewirkt oder begünstigt.

Abschliessend ist zu erwähnen, dass die aus Fig. 1 ersichtliche, 25 besonders kompakte Konstruktionsform der Pumpe noch dadurch begünstigt wird, dass innerhalb des ringförmigen und stirnseitig zu den Zylindern 25 angeordneten Schmiermittel-Vorratsraumes 110 auch eine Zuführpumpe 150 für das Fördermittel der Pumpe untergebracht ist.

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2 Seiten Zeichnungen

Claims

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1. Kolbenpumpe mit mindestens einer einen Arbeitsraum aufweisenden Kolben-Zylinderanordnung und mit mindestens einem weichelastisch verformbaren Dichtungsglied, das sich über ein durch eine Druckschmierung zugeführtes Schmiermittel an einer an der Zylinderbohrung oder am Kolben gebildeten Stützfläche gleitend abstützt, wobei für jeden Kolben ein oszillierendes Antriebsglied vorgesehen ist, das mit einer Antriebsvorrichtung in Wirkverbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Kolben (20) ein den zugehörigen Zylinder (25) aussen umgreifendes und sich wenigstens über einen Teil der Zylinderlänge ersteckendes Antriebsglied (30) zugeordnet ist.

2. Kolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsglied (30) an seiner Aussenseite in Zylinderlängsrichtung verschiebbar geführt ist.

3. Kolbenpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsglied (30) büchsenförmig ausgebildet ist und mit seinem zylindrischen Abschnitt (30a) den Zylinder (25) des zugehörigen Kolbens (20) umgreift sowie mit seinem Bodenabschnitt (30b) in Kraftschlussverbindung mit der Antriebsvorrichtung (10) steht.

4. Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der an der Aussenseite des Zylinders (25) durch das Antriebsglied (30) gebildete, entsprechend der oszillierenden Arbeitsbewegung pulsierende Nebenraum (35) über mindestens einen im Querschnitt grossflächigen Ausgleichskanal (40) mit einem Druckausgleichsraum verbunden ist.

5. Kolbenpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der pulsierende Nebenraum (35) mit einem am Zylinderende (25a) innerhalb des Antriebsgliedes (30) befindlichen, entsprechend der oszillierenden Arbeitsbewegung pulsierenden Raum (42) durch einen Drosselkanal (45) verbunden ist.

6. Kolbenpume nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Drosselkanal (45) durch einen Spaltraum zwischen der Innenfläche des Antriebsgliedes (30) und der Aussenseite des Zylinders (25) gebildet ist.

7. Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der als Druckausgleichsraum für den pulsierenden Nebenraum (35) ein Schmiermittel- oder Fördermittel-Vorratsraum vorgesehen ist.

8. Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckschmierung als Druckumlaufschmierung mit einer Druckschmierpumpe (100), einemRück-lauf-Sammelraum (120), einer Rücklaufpumpe (105) und einem die Druckschmierpumpe speisenden Vorratsraum (110) ausgebildet ist und dass ein den Vorratsraum mit dem Rücklauf-Sammelraum (120) verbindender Überströmkanal (130) vorgesehen ist.

9. Kolbenpumpenach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Ueberströmungskanal (130) ein einstellbares oder steuerbares Stellglied (135) für eine Begrenzung der Strömung vom Vorratsraum (110) zum Rücklauf-Sammelraum (120) angeordnet ist.

10. Kolbenpumpe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass für den Rücklauf-Sammelraum (120) eine Regel- oder Steuereinrichtung (140) zur Aufrechterhaltung einer Mindestfüllung vorgesehen ist und dass diese Steuer- oder Regeleinrichtung (140) mit dem Strömungs-Stellglied (135) im Überströmkanal (130) in Wirkverbindung steht.

11. Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckschmierung als Druckumlaufschmierung mit einer Druckschmierpumpe (100), einem Schmiermittel-Vorratsraum (110) und einer Rücklaufpumpe (105) ausgebildet ist, dass eine rotierende Antriebsvorrichtung (10) für die Kolben-Zylinderanordnung vorgesehen ist und dass der Vorratsraum (110) ringförmig und die Rotationsachse (XX)

der Antriebsvorrichtung (10) umgebend ausgebildet ist.

12. Kolbenpumpe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringebene des Vorratsraumes (110) im wesentlichen vertikal angeordnet ist und dass ein an die Rücklaufpumpe (105) angeschlossener Rückförderkanal (106) vorgesehen ist, der im Scheitelbereich (110a) des ringförmigen Vorratsraumes mündet.

13. Kolbenpumpe nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von sternförmig angeordneten Zylindern (25) vorgesehen ist und dass der ringförmige Vorratsraum (110) stirnseitig und koaxial in Bezug auf die sternförmig angeordneten Zylinder in einem gemeinsamen Gehäuse mit diesen unterbegracht ist.