DE1453491B - Kolbenpumpe - Google Patents
KolbenpumpeInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Kolbenpumpe mit einem in einem Zylinder oszillierenden doppeltwirkenden
trichterförmigen Hohlkolben und in der Zylinderwand vorgesehenen, der Zuführung des Me-
ao diums dienenden, im wesentlichen radial durchströmten
Zuführungskanälen, die abwechselnd offen oder verschlossen sind.
Um das Ablösen von Auskleidungen aus nichtmetallischen, elastischen, z. B. aus Gummi bestehenden
Schutzstoffen von den Wandungen eines Pumpengehäuses zu vermeiden, ist ein Pumpengehäuse mit spiralförmigem
Ringraum bekannt, das durch Aufschichten von Vollmaterial-Ringen aus dem nichtmetallischen,
elastischen Schutzstoff, wie z.B. Gummi, \ gebildet ist. Auf den so gebildeten Mantel werden
dann metallische, mit Schutzstoff versehene Deckel; beidendig aufgelegt, und das Ganze wird durch Zugbolzen
zusammengehalten. Durch die vollwandige Herstellung des Mantels aus dem Schutzstoffmaterial
kann eine Ablösung nicht mehr eintreten (deutsche Patentschrift 1 112 897). \
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu- · gründe, für den Zylinder einer Kolbenpumpe und für
die über den Kolbenhub verteilten, die Zylinderwan- \ dung radial durchdringenden Zuführungskanäle eine,
möglichst einfach herzustellende Ausbildung zu;
schaffen. '.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß der I
Zylinder aus mehreren axial aneinandergereihten, von ■ Spannmitteln, z.B. einem Käfig, zusammengehalte-j
nen Zylinderringen besteht, welche Zuströmkanäle I aufweisen, die durch vom geförderten Medium beauf-!
schlagte, zwischen den Zylinderringen angeordnete; Steuermittel abschließbar sind. j
Eine solche Kolbenpumpe hat den Vorteil geringer ;
Herstellungskosten, da zum Gießen einer Vielzahl von Zylinderringen nur eine einzige Form von geringern
Ausmaß benötigt wird. Soll die Pumpe mit einemi größeren Hub arbeiten und so eine größere Menge des| ,
Mediums fördern, so braucht man nur einen oder mehrere Ringe an den vorhandenen Zylinderblock an- ;
zusetzen und die Kolbenstange zu verlängern. Diej;
Vergrößerung des Zylinderraumes erfordert also nun , einen geringen Aufwand, so daß insbesondere bei den ,
Serienfertigung von Zylindern verschiedener Größen!;
erhebliche Ersparnisse erzielt werden können. j ί
In weiterer Ausbildung der Erfindung sind die Zy-I linderringe mit ihren Zuströmkanälen einstückig aus-| |
gebildet, und sie können vorzugsweise aus Kunststoff! ς
bestehen, wodurch die Fertigungs- und Lagerungsko- , sten weiterhin eingeschränkt werden können und die ;
Verwendung des Kunststoffes außerdem eine Gewichtsersparnis mit sich bringt. Bei schnellaufcnden;
Kolbenpumpen kann das Nachschleifen der erfindungsgemäßen Zylinder sowie die Abdichtung des
Kolbens mittels Kolbenringe entfallen, wodurch eine weitere Verminderung der Fertigungskosten erzielt
wird.
Zur Erzielung eines günstigen Förderstromes des Mediums können die Zuströmkanäle in Richtung der
Kolbenachse geneigt und vorzugsweise in an sich bekannter Weise strömungsgünstig gewölbt ausgebildet
sein.
Ferner können die Steuermittel aus elastischem Kunststoff, insbesondere aus Blattfederstahl bestehen
und mit elastischem Kunststoff umgössen sein. Klappen aus Federstahl sind bei einer einfachwirkenden
Kolbenpumpe mit konischem Tauchkolben in Form von Gutermuthklappen bekannt. Die Strömungsrichtung
des Mediums verläuft bei dieser bekannten Pumpe quer zur Kolbenachse (Berg, Kolbenpumpen,
S. 309).
Im vorliegenden Fall bieten derartig elastisch ausgebildete Steuermittel die Möglichkeit, die Herstellung
der radial zur Kolbenachse verlaufenden Zuführungskanäle und deren zwischen den Zylinderringen
angeordnete, den Zustrom des Mediums steuernde Mittel erheblich zu vereinfachen.
Da Stahl zur Rostbildung neigt, was insbesondere der Fall ist, wenn er mit Salzwasser, z.B. Moorwasser,
in Berührung kommt, haben mit Kunststoff umgossene Steuermittel den Vorzug, daß die Festigkeit und
Elastizität des Stahles erhalten bleibt, da der umgossene Kunststoff eine Korrosion verhindert.
Vorzugsweise sind mehrere Steuermittel,- z.B. Blättchen, zu einem Ringsegment oder zu einem einstückigen
Ring vereinigt, der radial angeordnete Schlitze aufweist, um ein leichtes Durchbiegen beim
Beaufschlagen durch das Medium zu erzielen.
Im weiteren Ausbau der Erfindung können die zu einem Ring bzw. mehreren Ringsegmenten zusammengefaßten
Steuermittel durch Klemmwirkung von zwei nebeneinander angeordneten Zylinderringen gehalten
werden. Eine solche Befestigung bedarf keiner zusätzlichen Mittel, z. B. keiner Schrauben, und hat
außerdem den Vorzug, daß die Steuermittel auf einfache, zeit- und gewichtsparende Weise eingebaut
werden können.
i Die Steuermittel können durch Anordnung von einem oder mehreren Gummi- oder Kunststoff ringen,
!die ihrerseits eine geringe Vorformbarkeit aufweisen und in Aussparungen zweier nebeneinander angeordneter
Zylinderringe liegen, elastisch aufgehängt sein. ; Eine besonders einfache Vorrichtung zum Zusammenhalten
der Zylinderringe besteht darin, daß der ,Käfig aus kreuzweise angeordneten Blechbändern beisteht,
die an einer Grundplatte befestigt sind. I Statt eines aus elastischem Material bestehenden
iSteuerringes kann auch ein Steuerring bzw. ein Steuerjringsegment
aus starrem Werkstoff verwendet werden, der oder das zwischen zwei Zylinderringen axial
verschiebbar angeordnet ist. Ein solcher Ring ist z. B. ;auf Bolzen verschiebbar angeordnet und steht einseitig
unter der Einwirkung einer Feder.
Zur Erhöhung des Wirkungsgrades einer gegen Druck arbeitenden Kolbenpumpe kann zwecks Umsetzung
von Geschwindigkeit in Druck unter Vermeidung einer wirbelerzeugenden Strömungsumkehr die
am Ausströmende des Zylinders angeordnete Zylinderwand
in an sich bekannter Weise kegelförmig ausgebildet sein und eine zylinderförmige Verlängerung
aufweisen, die ihrerseits stirnseitig abgeschlossen ist, wobei die kegelförmigen Zylinderteile Ausflußkanäle
enthalten, welche durch Steuerorgane in Form von Klappen oder Blattfedern abgedeckt sind.
Je ein solcher Ausflußkanal kann durch eine oder mehrere übereinander angeordnete Blattfedern abgedeckt
sein, wobei bei der Verwendung mehrerer Federn diese zu einem Federpaket zusammengefaßt sein
können. Die einzelnen Federn eines solchen Federpaketes können verschieden lang sein. Durch die Anordnung
eines Federpaketes wird bewirkt, daß eine zu starke Durchbiegung einer Einzelblattfeder vermieden
wird, da eine solche Durchbiegung möglicherweise zum Bruch einer solchen Einzelblattfeder
führen könnte. Übereinander angeordnete Blattfedern mit vorzugsweise verschiedenen Längen lassen indessen
eine solche Durchbiegung nicht zu. Ein anderer Vorschlag der Erfindung geht dahin, die den Durchbruch
abdeckende Blattfeder einstückig auszubilden, und zwar derart, daß sie sich von ihrer Einspannstelle
ab bezüglich ihrer Dicke verjüngt.
Weitere Ausführungsbeispiele und Einzelheiten der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und
anschließend beschrieben. Es zeigt F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine Kolbenpumpe
mit einer Ausbildung des Zylinders gemäß der Erfindung,
F i g. 2 einen Ausschnitt aus F i g. 1 in vergrößertem Maßstab, wobei die Steuermittel an ihren Befestigungsstellen
starr angeordnet sind,
F i g. 3 eine andere Anordnung der Steuermittel, F i g. 4 einen Ausschnitt aus der Draufsicht auf
einen ein- oder mehrstückigen Steuerring,
F i g. 5 einen Steuerring in der Draufsicht, der in der in F i g. 3 gezeigten Anordnung zur Anwendung kommen
kann,
F i g. 6 einen Ausschnitt aus einer Kolbenpumpe gemäß F i g. 1 in perspektivischer Darstellung,
F i g. 7 eine Kolbenpumpe, bei der die Zylinderringe durch kreuzweise angeordnete Blechbänder zusammengehalten
sind,
F i g. 8 den Zylinder einer Kolbenpumpe, bei der die Zylinderringe in einem Käfig angeordnet sind und
mittels die Zylinderringe durchdringende Schrauben zusammengehalten werden,
F i g. 9 eine Anordnung eines axial verschiebbaren Steuerringes,
Fig. 10 eine andere Anordnung eines axial verschiebbaren
Steuerringes,
Fig. 11 einen Längsschnitt durch eine Pumpe, bei
der die eine Stirnwand des Zylinders stufenförmig ausgebildet ist,
Fig. 12 eine Draufsicht in Richtung des Pfeiles Λ
auf die Fig. 1.
F i g. 1 zeigt schematisch den Aufbau eines von einem Gehäuse 1 umgebenen Pumpenzylinders, der
seinerseits aus mehreren Zylinderringen 2 besteht, die ihrerseits radiale Zuströmkanäle 3 aufweisen, welche
sich bei der Hin- und Herbewegung des Kolbens 4 öffnen bzw. schließen. Die Zuströmkanäle 3 sind strömungsgünstig
ausgebildet und weisen bogenförmige Wände auf. Die Stirnwände 5. 6 des Zylinders sind
entsprechend der Kegelform des Kolbens 4 ausgebildet. Die Stirnwand 5 weist eine zylinderförmige Verlängerung
auf, in die eine ebenfalls zylinderförmige Kolbenverlängerung hineinragt, so daß eine im Querschnitt
riimförmige äußere Ausflußdüse 7 und eine im
Querschnitt zylindrische innere Ausflußdüse 8 entste-
hen. Die Kolbenverlängerung ist mit der Kolbenstange 9 durch radial angeordnete Lippen 10 verbunden.
Bei der Bewegung des Kolbens 4 in Pfeilrichtung nach rechts wird das in dem Zylinderraum 12 befindliche
Medium zur äußeren Auslaßdüse 7 gefördert, wobei sich durch den an den Zuströmkanälen 3 links
des Kolbens 4 entstandenen Unterdruck die zwischen je zwei Zylinderringen 2 angeordneten Steuermittel 13
in Richtung zum davorliegenden Zylinderring abbiegen, wie es in F i g. 2 und 3 bei dem rechts gezeichneten
Steuermittel 13 angedeutet ist. Hierbei wird also Medium durch die Zuströmkanäle 3 auf der Ansaugseite
des Kolbens 4 angesaugt. Beim Zurückkehren des Kolbens in die Ausgangsstellung werden durch die
Steuermittel 13 die auf der Druckseite (Zylinderraum 11) liegenden Zuströmkanäle 3 geschlossen. Hierbei
nehmen die Steuermittel 13 eine gestreckte Lage ein. Die Steuermittel 13 können aus einzelnen Blättchen
aus elastischem Material, z.B. Federstahl bestehen (Fig. 6). Das Material kann aber auch ein elastischer
Kunststoff sein. Die aus den einzelnen Blättchen bestehenden Steuermittel können z.B. auf Warzen 14
aufgesteckt sein, die an den Zylinderringen 2 befestigt, vorzugsweise angegossen sind. Diese Warzen 14 können
zugleich als Halterungen der einzelnen Zylinderringe 2 untereinander dienen, wenn in den Zylinderringen
2 eine den Warzen 14 entsprechende Aussparung 20 vorgesehen ist. Die Zylinderringe 2 sind vorzugsweise
als Gußteile, insbesondere Spritzgußteile, einstückig hergestellt. Bei Serien mit geringen Stückzahlen
kann ein einzelner Zylinderring 2 auch aus zwei Ringen bestehen, von denen der Ring mit der
kleinsten lichten Weite durch Schrauben oder dergleichen mit einem Ring von größerer lichter Weite verbunden
sein kann.
Wie Fig.4 zeigt, können mehrere einzelne Blättchen
13 zu einem Steuerringsektor 15 einstückig verbunden sein, wobei die einzelnen Blättchen 13 durch
Schlitze 16 in dem Steuerringsektor 15 gebildet werden, um ein besseres Abbiegen der einzelnen Steuermittel
beim Beaufschlagen durch das Medium zu erzielen. Mehrere Steuerringsektoren 15 können zu
einem einzigen Steuerring vereint sein, was eine weitere Vereinfachung der Herstellungs- und der Lagerkosten
zur Folge hat.
In der F i g. 5 ist dargestellt, daß ein Steuerring 15 durch zwei einander gegenüberliegende Kunststoffringe
17 aus vorzugsweise elastischem Material gehalten wird, die ihrerseits in an den Planseiten der Zylinderringe
2 angeordneten Aussparungen liegen. Eine solche elastische Anordnung der Steuerringe 15 hat den
Vorteil, daß die Steuerringe 15 beim Einströmen des Mediums eine etwas schräge Lage einnehmen können.
Zweckmäßig ist es hierbei, die Auflagestellen der Steuerringe 15 an den Kunststoffringen 17 fingerartig
zu gestalten, was ein leichteres Abbiegen der Steuerringe 15 ermöglicht. Die in der F i g. 4 angezeigten
Schlitze 16 können bei einer Ausführung gemäß F i g. 5 in Fortfall gelangen. In dieser Figur sind die
Kunststoffringe 17 strichpunktiert angedeutet, während die strichpunktierte Linie in F i g. 3 die Verformung
des Steuerringes 15 beim Einströmen des Mediums zeigt.
In der F i g. 7 sind die Zylinderringe 2 in einem Käfig angeordnet, der aus kreuzweise übereinanderliegenden
Blechbändern 18 und 19 sowie einer Grundplatte 20 bestellt. Die Blechbänder 18 und 19 und die
Grundplatte 20 sind durch eine Schraubverbindung 21 miteinander verbunden. Zwischen den Stirnseiten
5 und 22 des Zylinders können Abstandsringe 23 angeordnet sein.
In der F i g. 8 ist dargestellt, daß die Zylinderringe 2
mittels durchgehender Schrauben 25 zusammengehalten sind. Es ist nicht erforderlich, daß alle Zylinderringe
mit Zuströmkanälen versehen sind. Einer oder einige der Zylinderringe benötigen keine Zuströmkanäle,
da die Anzahl der Zuströmkanäle abhängig ist
ίο von der Größe des Zuströmvolumens und von der zulässigen
Ansauggeschwindigkeit in den Kanälen. Zwischen Zylinderringen mit Zuströmkanälen 3 kann ein
oder können einige Zylinderringe angeordnet sein, die keine Zuströmkanäle besitzen.
In den F i g. 9 und 10 ist eine andere Ausführungsart der Steuerringanordnung dargestellt, bei der ein
Steuerring 27 auf Bolzen 28 verschiebbar gelagert ist und unter dem Einfluß einer Feder 29 steht. Während
bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 2 bis 6 der Steuerring 15 mit Augen 15 α versehen ist, in deren
Bohrungen die Befestigungsschrauben 25 geführt werden, welche gleichzeitig zum Zusammenhalten der
Ringe 2 dienen, kann beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 9 und 10 dieses Auge entfallen und der-
as Durchmesser des Steuerringes 27 kleiner sein. Weiterhin
können bei einem Steuerring 27 die in dem vorerwähnten Ausführungsbeispiel vorgesehenen Schlitze
16 entfallen, da der Steuerring 27 beim Einströmen des Mediums nicht verformt werden muß. Der Steuerring
27 wird beim Einströmen des Mediums gegen die Feder 29 geschoben, während er im Druckraum des
Zylinders durch die Federn 29 gegen die Auflagefläche der Zuströmöffnung gedrückt wird und diese
verschließt. Diese Ausführungsart kommt vor allem beim Pumpen mit hohen Drücken in Frage, da bei solchen
Pumpen die Steuerringe aus stärkerem Material gefertigt werden müssen, was die Verformung der
Steuerringe erschwert oder sogar unmöglich macht. Die Zuströmkanäle 3 können durch in Umfangsrichrung
des Zylinders verlaufende Kanäle 3 α miteinander in Verbindung stehen.
In den Fig. 11 und 12 wird gezeigt, daß die am Ausströmende des Zylinder angeordnete kegelförmige
Stirnwand 5 eine zylinderförmige Laufbuchse 31 aufweist, die ihrerseits durch eine weitere kegelförmige
Stirnwand 32 abgeschlossen ist. Beide kegelförmigen Stirnwände 5 und 32 weisen Ausflußkanäle 33 und 34
auf, welche durch Steuerorgane 35, 36 und 37 bzw. 35 a, 36 α und 37 α abgedeckt sind, die z. B. aus mehreren
übereinanderstehenden Klappen bestehen können.
Die auf der Klappe 35 aufliegenden Klappen 36 und 37 sind kürzer als die darunterliegenden Klappen
ausgebildet. Diese Ausbildung der Klappen hat den
Vorteil, daß ein übermäßiges Abbiegen der Klappen und damit eine mögliche Bruchgefahr vermieden
wird. Statt mehreren übereinander angeordneten Blattfedern kann auch eine einstückige Blattfeder angeordnet
sein, die sich von ihrer Einspannstelle ab in
ihrer Dicke verjüngt. Zur Begrenzung des Ausschlags der Klappen 35, 36, 37 bzw. 35 a, 36 a, 37 α kann eine
feststehende Platte 38 bzw. 38 λ, ein Stab oder ein
ähnliches Begrenzungselement vorgesehen sein. In der Fig. 12 sind zwecks besserer Übersicht die Begren-
zungsplatten 38, 38 α nicht dargestellt.
Die vorbeschriebene Anordnung der Klappen ist dann angebracht, wenn der Zylinder von einem
Druckraum 39 umgeben ist. Die als Ventile wirkenden
Klappen 35, 36, 37 bzw. 35 α, 36 a, 37 α erlauben den
Durchstrom einer großen Menge Mediums ohne Strömungsumkehr.
Die Auflageflächen 40, 40 α für die Klappen 35 und 35 α können an den kegelförmigen Stirnwänden 5 und
32 des Zylinders ebenflächig gestaltet sein. Die Her-
stellung der ebenen Auflageflächen kann beim Druckgußverfahren durch entsprechende Ausbildung der
Gußform erzielt werden.
Kolbenpumpen gemäß der Erfindung eignen sich sowohl für die Förderung von Flüssigkeiten als auch
von Gasen.
209 540/52
Claims (13)
1. Kolbenpumpe mit einem in einem Zylinder oszillierenden doppeltwirkenden trichterförmigen
Hohlkolben und in der Zylinderwand vorgesehenen, der Zuführung des Mediums dienenden, im
wesentlichen radial durchströmten Zuführungskanälen, die abwechselnd offen oder verschlossen
sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder aus mehreren axial aneinandergereihten,
von Spannmitteln, z. B. einem Käfig, zusammengehaltenen Zylinderringen (2) besteht, welche Zuströmkanäle
(3) aufweisen, die durch vom geförderten Medium beaufschlagte, zwischen den Zylinderringen
angeordnete Steuermittel (13, 15,27) abschließbar sind.
2. Kolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderringe (2) mit ihren
Zuströmkanälen (3) einstückig sind und vorzugsweise aus Kunststoff bestehen.
3. Kolbenpumpe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuermittel (13,
15,27) aus elastischem Werkstoff bestehen.
4. Kolbenpumpe nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuermittel aus
Blattfederstahl bestehen und mit elastischem Kunststoff umgössen sind.
5. Kolbenpumpe nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Steuermittel
(13) zu einem Ringsegment (15) und/oder mehrere Ringsegmente zu einem einstückigen Ring
(Membran) vereint sind, der radial angeordnete Schlitze (16) aufweist.
6. Kolbenpumpe nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerringe bzw. Steuerringsegmente
(15) durch Klemmwirkung von zwei nebeneinander angeordneten Zylinderringen (2) gehalten sind.
7. Kolbenpumpe nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuermittel (13,
15) durch Anordnung von einem oder mehreren Gummi- oder Kunststoffringen (17), die ihrerseits
in Aussparungen zweier nebeneinander angeordneter Zylinderringe (2) liegen, elastisch aufgehängt
sind.
8. Kolbenpumpe nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Käfig, der die Zylinderringe
(2) zusammenhalt, aus kreuzweise angeordneten Blechbändern (18, 19) besteht, die an
einer Grundplatte (20) befestigt sind (F i g. 7).
9. Kolbenpumpe nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die als Steuermittel
dienenden Steuerringe bzw. Steuerringsegmente (15) zwischen je zwei Zylinderringen (2) axial verschiebbar
angeordnet sind.
10. Kolbenpumpe nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerringe (15)
auf an den Zylinderringen (2) befestigten Bolzen (28) verschiebbar angeordnet sind und unter dem
Einfluß von Federn stehen.
11. Kolbenpumpe nach Anspruch 1 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, daß die Steuermittel als Einlauf- und Auslauforgane ausgebildet sind.
12. Kolbenpumpe nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (4) mit
einer zylindrischen feststehenden Ausflußdüse (8) versehen und diese in einer zylindrischen festste-
henden Laufbuchse (31) oszillierend angeordnet ist, wodurch ein innerer Ausflußkanal (34) und ein
äußerer Ausfluß-Ringkanal (33) zum Durchtritt des Mediums entstehen.
13. Kolbenpumpe nach Anspruch 1 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Ausflußkanal
(34) und der äußere Ausfluß-Ringkanal (33) mit Steuerorganen (35,38 und 35 α bis 38 a) versehen
sind, welche beim Druckhub das Medium in , axialer Strömungsrichtung austreten lassen. ■■
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