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Zweistufige Kolbenpumpe Die Erfindung bezieht sich auf eine zweistufige
Kolbenpumpe, die insbesondere als Speicherpumpe zum Füllen von Speicherräumen mit
Druckflüssigkeit geeignet ist und die von einem in den Speicherräumen herrschenden
Mindestdruck an als Hochdruck-Meß-und Dosierpumpe arbeitet. Bei derartigen Kolbenpumpen
sind ein Hochdruckkolben und ein diesem gegenüber im Durchmesser größerer Niederdruckkolben
axial hintereinander angeordnet und ein Einlaßventil am Niederdruckzylinder und
ein Auslaßventil am Hochdruckzylinder angebracht.
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Derartige Kolbenpumpen werden beispielsweise in der Hydraulik überall
dort benötigt, wo in kurzer Zeit große Räume unter erhöhtem Druck befüllt werden
müssen. So sind derartige Pumpen zur gleichzeitigen Befüllung und Betätigung von
Grubenstempeln erforderlich. Eine solche Kolbenpumpe läßt sich auch für Meß- und
Dosierzwecke verwenden. Sie gewährleistet auch bei größeren Saughöhen stets eine
genaue Fördermenge, weil der selbständig wirkende Niederdruckkolben jederzeit für
eine Vollfüllung des Hochdruckteiles sorgt. Zu diesem Zweck wird der Niederdruck-Zylinderraum
gleichzeitig als Speicherraum benutzt.
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Bei einer Ausführungsform einer solchen zweistufigen Kolbenpumpe sind
der Hochdruck- und der Niederdruckzylinder formschlüssig verbunden. Hierbei ist
es notwendig, daß wegen des größeren Fördervolumens des Druckzylinders ein Überströmventil
angeordnet ist, das die von dem Niederdruckkolben zuviel geförderte Flüssigkeitsmenge
in den Flüssigkeitsbehälter zurückströmen läßt. Hierin liegt ein Nachteil insofern,
als ein Teil der Antriebskraft der Pumpe für die Rückförderung der Flüssigkeit erforderlich
ist und somit für die Druckerzeugung verloren geht. Bei einer weiteren Ausführungsform,
die den gleichen Nachteil zufolge der notwendigen Anordnung eines überströmventils
aufweist, sind der Hochdruck- und der Niederdruckkolben in voneinander getrennten
Zylinderräumen angeordnet. Sie werden jedoch gleichmäßig angetrieben, so daß auch
hier eine Rückführung der zuviel geförderten Flüssigkeit erforderlich ist. Bei einer
anderen Ausführungsform sind die beiden Zylinder ortsfest angeordnet und mit axialen,
der Ansaugung und der Förderung der Flüssigkeit dienenden, mit Ventilen ausgestatteten
Durchbohrungen versehen; bei dieser bekannten Ausführungsform wird der Zylinder
zur Förderung der Flüssigkeit hin und her bewegt. Hierbei sind die Kolben in voneinander
getrennten Räumen angeordnet. Bei einer anderen Ausführungsforin wird ein einteiliger
Stufenkolben verwendet, bei dem eine selbsttätige Abschaltung der Niederdruckstufe
von der Hochdruckstufe erfolgL Hierbei ist keine konstante Förderinenge unabhängig
von dem in der Austrittsleitung herrschenden Druck gegeben. Bei einer weiteren Ausführungsform
ist der Hochdruckkolben in dem Niederdruckkolben angeordnet und relativ zu diesem
beweglich. Diese Ausführungsforin ist in ihrer konstruktiven Ausführung sehr kompliziert
und störungsanfällig.
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Der Erflndung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zweistufen-Kolbenpumpe
zu schaffen, die sich durch eine einfache und unkomplizierte Bauweise bei zuverlässiger
Förderung auszeichnet und bei der eine stets konstant bleibende Fördermenge gewährleistet
ist, ohne daß eine Rückförderung zuviel geförderter Flüssigkeit notwendig ist. Dies
wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Niederdruckkolben und der Hochdruckkolb#en
zwei während des Betriebes voneinander lösbare Teile sind, daß ferner der Niederdruckkolben
während das Saughubes vom Hochdruckkolben, welcher auch als Differentialkolben wirken
kann, während des Förderhubes dagegen von einer Feder angetrieben wird und daß der
Weg über ein Zwischenventil als Übergang vom Niederdruckzylinder in den Hochdruckzylinder
der einzige Auslaß des Niederdruckzylinders und der einzige Einlaß des Hochdruckzylinders
ist, wobei der Hub und damit das Fördervolumen des Niederdruckkolbens das Füllvolumen
des Hochdruckzylinders in dem Maße übersteigt, wie die Kraft seiner Antriebsfeder
größer ist als der Gegendruck in der Förderleitung. Durch die lösbare Anordnung
der beiden Kolben und durch den Federantrieb des Niederdruckkolbens und den mechanischen
Antrieb des Hochdruckkolbens wird erreicht, daß stets eine Vollfüllung des Hochdruckzylinders
durch den Niederdruckzylinder unter Wirkung
der Feder gewährleistet
ist so daß bei einem konstanten Hub des mechanisch angetriebenenHochdruckkolbens
stets eine gleichbleibende Fördermenge gewährleistet wird, wobei -der Förderhub
des Niederdruckkolbens unter der Wirkung der Feder nur so groß ist, daß der Zylinderraum
des Hochdruckkolbens gefüllt wird. Damit ist eine Rückförderung überschüss:iger
Flüssigkeit ausgeschlossen. Das erfindungsgemäß angeordnete Zwischenventil -schließt
beim Förderhub des Hochdruckkolbens seinen Zylinderraum dichtend ab, so daß die
unter Hochdruck geförderte Flüssigkeit zuverlässig in die Auslaßleitung gelangt.
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Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß das Zwischenventil
zwischen dem Niederdruck-und dem Hochdruckzylinder einen als Antriebsstößel für
den Niederdruckkolben dienenden Teil des Hochdruckkolbens dichtend umschließt und
daß als Hochdruckkolbenfläche die Ringschulterfläche zwischen diesem Stößelteil
und dem eigentlichen dickeren Hauptteil des Hochdruckkolbens wirkt.
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Ein weiteres Merkmal kennzeichnet sich dadurch, daß die Spannung der
Feder des Niederdruckkolbens durch Verstellung eines Federgehäuses veränderbar ist.
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Weiter ist für die Erfindung von Bedeutung, daß die Fördermenge des
Hochdruckkolbens durch Veränderung der Länge seines Hubes, d. h. durch Lageänderung
eines Gehäusehauptteils in einem Gehäusehaltestück und damit gegenüber einem Antriebsexzenter
einstellbar ist.
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Ein weiteres Merkmal besteht noch darin, daß im Pumpengehäuse unterhalb
des Zylinders des Hochdruckkolbens eine Rückholfeder für den Hochdruckkolben in
einem diesen umgebenden Ringraum angeordnet ist.
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Schließlich ist noch von Bedeutung, daß der Hochdruckkolben im Ringraum
mit einem als Abstätzung für die Rückholfeder und als Anschlag dienenden Sprengring
versehen ist.
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Die Zeichnung zeigt eine beispielsweise Ausführungsfonn der erflndungsgemäßen
zweistuflgen Kolbenpumpe in Schnittdarstellung.
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In dem Pumpengehäuse ist ein Hochdruckkolben 1
in einem Zylinderraum
la angeordnet, der einen mit ihm fest veibundenen Stößel 2 geringeren Durchmes-#ers
besitzt. Der Hochdruckkolben 1 kann mit dem in dem Zylinderraum
3 a befindlichen Niederdruckkolben 3 in kraftschlüssigen Eingriff
treten und verschiebt hierbei den Niederdruckkelben 3 gegen die Wirkung der
Feder 4 in dem Federgehäuse 10. Zwischen dem Niederdruckkolben
3 und dem Hochdruckkolben 1 ist ein den Stößel 2 dichtend umschließendes
Zwischenventil 11 angeordnet, das einen Ventilsitz 11 a aufweist,
der gleichzeitig als Anschlag für den Niederdruckkolben 3 dient. Das Zwischenventil
14 schließt einen Hochdruckraum 12, der über ein Druckventil 14 mit der Austrittsleitung
13 in Verbindung steht, ab. Der Niederdruckzylinder 3 a steht in Verbindung
mit einem Saugvenfil 6, das in der Saugleitung 5 liegt. Der Antrieb
des Hochdruckkolbens 1 erfolgt durch eine Nockenscheibe 17. Das Ende
des Hochdruckkolbens 1 ist in dem Führungsteil 18 längsverschleblich
aufgenommen. Der Hochdruckzylinder 1 ist von einer Dichtung 2 a umschlossen,
der Niederdruckzylinder 3 ist ebenfalls von einer Dichtung 19 umschlossen.
DerFührungsteil 18 besitzt einen zylindrischen Raum 16 zur Aufnahme
einer Rückholfeder. An dem Hochdruckkolben 1 ist ein Sprengring
15 vorgesehen, der als Anschlag in dem Führungsteil 18 dient. Um den
Hub des Hochdruckkolbens 1 variieren zu können, ist das die Kolbenpumpe aufnehmende
Gehäusehauptteil 8 a über eine Kreuzlochschraube 9 axial verschieblich
in dem ortsfest angeordneten Gehäusehalteteil 8 aufgenommen. Bei Drehung
der Kreuzlochschraube 9 wird das Gehäusehauptteil axial in dem ortsfesten
Gehäusehalteteil verschoben, wodurch eine Verstellung des Hubes des Hochdruckkolbens
1 erreicht wird. Durch eine Klemmschraube 7 wird das Gehäusehauptteil
8 a gegenüber dem Gehäuschalteteil 8 fixiert.
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Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Pumpe ist folgende: Bei Betrieb
der Pumpe wird bei einem niederen Druck in der Austrittsleitung 13 die vom
Niederdruckkolben 3 geförderte Flüssigkeitsmenge unmittelbar über das Zwischenveritil
11 und das
Druckventil 14 in die Austrittsleitung 13 gefördert,
so daß eineg ,roß e Flüssigkeitsmenge bei einem niederen Druck gefördert wird. Nach
Erreichen einem bestimmten Gegendruckes in der Förderleitung li reicht die Kraft
der Niederdruckfeder 4 nicht mehr aus, um den Niederdruckkolben 3 bis zum
Stand seines Hubes, d. h. bis auf den Ventilsitz 11 a des Zwischenventils
11 herunterzadrUcken. Von diesem Augenblick an erfolgt die Umstellung auf
die Hochdruckförderung, Wenn nämlich der Hochdruckkolben von der Nockenschelbe
17 nach oben bewegt wird, schließt das Zwischenventil 11, und die
im Hochdruckzylinderraum 12 befindliche Menge wird über das Auslaßventil 14 in -die
Förderleitung 13 gedrückt. Hierbei taucht der gegenüber dem Niederdruckzylinderraum
3 a durch das Zwischenventil 11 abgedichtete Antriebsstößel 2 des
I-Iochdruckzylinders 1
in den Niederdruckzylinderraum 3 a
ein -und leistet so Verdrängerarbeit, #d. h. der Nirderdruckkelben
3 wird bei geschlossenem Ansaugventil 6 entgegen seiner Federkraft
solange nach oben bewegt, bis das Stößel 2 den Niederdruckkolben 3 berührt
und kraftschlüssig weiter nach oben bewegt. Auf Grund der kleinen Stirnfläche des
Stößels 2 und der wesentlich größeren Stirnfläche des Niederdruckkolbens
3 tritt eine gedämpfte Berührung ein. Beim letzten Wegende des Niederdruckkolbens
3 nach oben wird über das Saugveneil 6 weitere Flüssigkeit angesaugt.
Wenn der Hochdrückkolben 1 mit seinem Stößel im oberen Totpunkt angekommen
ist, d. h. wenn sich die Nockenscheibe in einer Lage befindet, die gegenüber
der in F i g. 1 gezeichneten Lage gedreht ist, wird der Hochdruckkolben
1 zunächst von der Feder des Niederdruckkolbens 3 bis zur Trennung
von -dem Stößrl 2 und dann von der auf die Stirnfläche des Stößels 2 wirkenden Druckkraft
in die Totlage gedrückt, Eine Rückholfeder in dem. Raum 1,6 ist hierbei nicht
unbedingt erforderlich, sie kann jedoch für bestimmte Betriebszustände vorteilhaft
sein. Durch die dem HochdruckzyUnderraum la durch den Niederdruckkolben
3 zugeführte FlüssigkeIt wird stets eine Vollfüllung des Hochdruckraumes
12 gewährleistet und damit bei konstantem Hub auch eine konstante und dosierte
Fördermenge erhalten.