DE1453491C - Kolbenpumpe - Google Patents

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 Mediums 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 zugrunde, für den Zylinder einer Kolbenpumpe und für die über den Kolbenhub verteilten, die Zylinderwandung radial durchdringenden Zuführungskanäle eine möglichst einfach herzustellende Ausbildung zu schaffen.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß der Zylinder aus mehreren axial aneinandergereihten, von Spannmitteln, z. B. einem Käfig, zusammengehaltenen Zylinderringen besteht, welche Zuströmkanäle aufweisen, die durch vom geförderten Medium beaufschlagte, zwischen den Zylinderringen angeordnete Steuermittel abschließbar sind.

Eine solche Kolbenpumpe hat den Vorteil geringer Herstellungskosten, da zum Gießen einer Vielzahl von Zylinderringen nur eine einzige Form von geringem Ausmaß benötigt wird. Soll die Pumpe mit einem größeren Hub arbeiten und so eine größere Menge des Mediums fördern, so braucht man nur einen oder mehrere Ringe an den vorhandenen Zylinderblock anzusetzen und die Kolbenstange zu verlängern. Die Vergrößerung des Zylinderraumes erfordert also nur einen geringen Aufwand, so daß insbesondere bei der Serienfertigung von Zylindern verschiedener Größen erhebliche Ersparnisse erzielt werden können. ·

In weiterer Ausbildung der Erfindung sind die Zylinderringe mit ihren Zuströmkanälen einstückig ausgebildet, und sie können vorzugsweise aus Kunststoff bestehen, wodurch die Fertigungs- und Lagerungskosten weiterhin eingeschränkt werden können und die Verwendung des Kunststoffes außerdem eine Gewichtsersparnis mit sich bringt. Bei schnellaufenden

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, ζ. Β. 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, ζ. Β. 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 Steuermitte! auf einfache, zeit- und gewichtsparende Weise eingebaut werden können.

Die Steuermittel können durch Anordnung von einem oder mehreren Gummi- oder Kunststoffringen, 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 besteht, die an einer Grundplatte befestigt sind.

Statt eines aus elastischem Material bestehenden Steuerringes kann auch ein Steuerring bzw. ein Steuerringsegment 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 zyiinderförmige 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 Blättfeder 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,

Fig. 2 einen Ausschnitt aus Fig. 1 in vergrößertem Maßstab, wobei die Steuermittel an ihren Befestigungsstellen starr angeordnet sind,

F i g. 3 eine andere Anordnung der Steuermittel, Fig.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,

Fig.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,

F i g. 10 eine andere Anordnung eines axial verschiebbaren Steuerringes,

F i g. 11 einen Längsschnitt durch eine Pumpe, bei der die eine Stirnwand des Zylinders stufenförmig ausgebildet ist,

Fig. 12 eine Draufsicht in Richtung des PfeilesA auf die F i g. 1.

F i g. 1 zeigt schematisch den Aufbau eines von einem Gehäuse i 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 zyiinderförmige Verlängerung auf, in die eine ebenfalls zyiinderförmige Kolbenverlängerung hineinragt, so daß eine im Querschnitt ringförmige 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 (F i g. 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 Steuerringsektoreri 15 können zu einem einzigen Steuerring vereint sein, was eine weitere Vereinfachung der Herstellurigs- und der Lagerkosten zur Folge hat.

In der Fig.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 Fig.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 besteht. 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 Steuerringanordnüng dargestellt, bei der ein Steuerring 27 auf Bolzen 28 verschiebbar gelagert ist und unter dem Einfluß einer Feder 29 steht. Während bei dem Ausführungsbeispief gemäß F i g. 2 bis 6 der

ao Steuerring 15 mit Augen 15 α versehen ist, in deren Bohrungen die Befestigungsschrauben 25 geführt werden, weiche 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 Umfangsrich-

tung des Zylinders verlaufende Kanäle 3 a 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, weiche durch Steuerorgane 35* 36 und 37 bzw. 35 α, 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 a, ein Stab oder ein ähnliches Begrenzungselement vorgesehen sein. In der Fig. 12 sind zwecks besserer Übersicht die Begrenzungsplatten 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 α, 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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

309 616/124

Claims (13)

Patentansprüche:

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 bis5, 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 i 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 feststehenden 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 α) versehen sind, welche beim Druckhub das Medium in axialer Strömungsrichtung austreten lassen.