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1. Központi Bányászati Fejlesztési Intezet,
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1300 Budapest (Ungarn) 2. Bakonyi Bauxitbánya Vállalat, 8301 Tapolca
(Ungarn) 3. Balassagyarmati Fémipari Vallalat, 2660 Balassagyarmat (Ungarn) Drucksteigernde
Kolbenpumpe Die Erfindung betrifft eine druckstel.gernde Kolbenpumpe, vorzugsweise
zum Füllen und Vorspannen von hydrauliscgen Hochdruck-Einheiten gemäß den Merkmalen
des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Zum Anfüllen und Vorspannen von hydraulischen Hochdruck-Einheiten
(z.B. hydraulischen Grubenstempeln) mit einer hydraulischen Arbeitsflüssigkeit ist
eine drucksteigernde Kolbenpumpe aus der britischen Patentschrift Nr. 1 156 320
bekannt. Diese Pumpe hat einen Niederdruckzylinder und einen sich darin hin und
her bewegenden Kolben. Der Kolben hat an seinem, dem Niederdruckzylinder zugekehrten
Ende ein Rückschlagventil, das die Niederdruck-Zylinderkammer mit der Hochdruck-Zylinderkammer
verbindet und dessen Ventilsitz in der Niederdruck-Zylinderkammer liegt. Bei dieser
bekannten
Pumpenbaurt wird die Hochdruckkammer von dem Kolben und dem zwischen dem Kolben
und der ihn umgebenden Zylinderwand auscgestalteten Ringraum gebildet, der über
die axialen und radialen Bohrungen des Kolbens sowie über das Rückschlagventil mit
der Niederdruck-Zylinderkammer verbunden ist und durch eine auf den Kolben aufgesetzte
hzw. den Kolben umgebende, an der Zylinderinnenflache anliegende Dichtung begrenzt
ist.
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Bei dieser bekannten Lösung erfolgt das Ableiten der Arbeitsflüssigkeit
aus der Hochdruckkammer zur anzufüllenden Einheit hin über die Seitenwand des Zylinders,
so daß das Ausgangsventil besonderen Platz erfordert, zugleich aber auch das Lcingenmaß
des Zylinders vergrößert werden muß, da ansonsten der Abschnitt der Hochdruckkammer
zwischen dem Ventil und dem von der Niederdruckkammer entfernter gelegenen Kolbenende
nicht entleert werden kann. Bin weiterer Mangel hesteht an der bekannten Pumpe.
noch insofern, daß sowohl der Kolben wie auch der Zylinder in seiner ganzen Länge
bearbeitet werden muß, da beim Laufen der Pumpe an der Innenfläche beider Seiten
Reibung auftritt. Zuyleich muß an beiden Enden der Hochdruckkammer für eine zuverlässige
reibungssichere Abdichtung gesorgt werden.
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Ferner ist aus der Offenlegungsschrift der Bundesrepublik Deutschland
Nr. 1 653 574 eine drucksteigernde Kolbenpumpe bekannt, welche von der oben beschriebenen
Pumpe darin abweicht, daß aus der Hochdruckkammer (welche auch hier zwischen dem
Kolbenmantel und der Zylinderinnenwand ausgestaltet ist) die Ableitung der Hochdruc]--Arbeitsflüssigkeit
über einen im inneren des Kolbens hergestellten axialen Kanal über jenes Ende
des
Kolbens erfolgt, das von der Niederdruckkammer weiter entfernt ist. Zu diesem Zweck
ist der Kolben bezogen auf das Pumpengehäuse ortsfest angeordnet, während der Zylinder
eine relative Hin- und Herbe wegung vollführt Durch diese Lösung werden zwar die
Nachteile vermieden die mit der Ausführung des AusgangsVentils aus der Hochdruckkammer
an der Zylinderwand zusammenhängen.
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Ungelöst aber bleibt das Problem, wonach die Innenfläche des Zylinders
und die Außenfläche des Kolbens auf ihre ganze Länge eine Feinbearbeitung erfahren
müssen, und daß beide Enden der Hochdruckkammer mit zuverlässigen Reibungsdichtungen
versehen werden müssen, was bei den stets höheren Druckwerten eine immer anspruchsvollere
und kostspieligere Aufgabe bedeutet.
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Aufgabe der Erfindung ist sornit die Schaffung einer drucksteigernden
Kolbenpumpe, bei welcher der Arbeitsw aufwand für die Bearbeituiig des Kolbens und
des Zylinders wesentlich vermindert werden kann und in der Hochdruckkammer nur an
dem einen Ende eine Reibungsdichtung vorgesehen werden muß.
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Diese Aufgabe wird bei einer drucksteigernden Kolbenpumpe der vorausgesetzten
Art dadurch yelöst, daß die Hochdruckzylinderkammer im Innern des ersten Kolbens
ausgestaltet ist und in diese IIochdruck-zylinderkarxner ein gegenüber dem Zylinder
fixierter, zu ersterem parallel axialer zweiter Kolben, abgedichtet von dem entfernteren
Ende der Niederdruckkammer des ersten Kolbens her eingeführt ist, wobei beide Kolben
als Tauchkolben ausgebildet sind.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Pumpe gemäß der Erfindung
ist an dem vom ersten Kolben der Niederdruck-Zylinderkammer entfernteren Ende in
Betriebsstellung eine mi.t dem Anfüllorgan der zu füllenden Jydraulischen Einheit
verbundene Entleerungsöffnung vorgesehen.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist an dem von der
Niederdruckkammer des ersten Kolbens entfernteren Ende in einem doppeltwirkenden
Betätigungszylinder - zweckmäßig in einem pneumatischen Arbeitszylinder - ein dritter
Kolben befestigt, als dessen Kolbenstange der erste Kolben dient.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das von der Niederdruckkammer
des zweiten Kolbens entferntere Ende an dem auf dieser Seite gelegenen Deckel des
Betätigungszylinders befestigt.
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Bei der erfindungsgemäßen Kolbenpumpe muß nur an dem einen Ende der
Hochdruckzylinderkammer eine Reibungsdichtung vorgesehen werden, da es an dem anderen
Ende keine aufeinander gleitende Flächen gibt. Damit kann einerseits eine Spezialdxchtung
eingespart werden, was sich als ein umso größerer Vorteil erweist, je größer der
Betriebsdruck ist; andererseits wird. auch die ganze Vorrichtung zuverlässiger,
da sie gerade von den fehleranfälligsten Elementen eines weniger besitzt.
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Weiter ist von Vorteil, daß der Hochdruckzylinder (Innenfläche des
ersten Kolbens) nur auf einer kurzen Strecke eine Feinbearbeitung erhalten muß,
da der zweitc Kolben in ihn wie ein Tauchkolben eingeführt ist.
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Die Kolbenpumpe gemäß der Erfindung verrichtet bei beiden Hüben des
ersten Kolbens Nutzarbeit. Bei dem einen Hub führt sie eine große Menge Niederdruck-Arbeitsflüssigkeit
und bei dem zweiten Hub eine kleine Menge Hochdruck-Arbeitsflüssigkeit in die zu
füllendc hydraulische Einheit ein. Aus diesem Grunde eignet sie sich besonders gut
z.B. zum Betätigen von hydraulischen Grubenstempeln. Bei diesen ist nämlich zum
Anfüllen (belastungsloser Ausschub) bei relativ niedrigem Druck eine große Flüssigkeitsmenge,
danach aber zum Vorspannen (im Wesen bei minimalem Ausschub) nur eine kleine Flüssigkeitsmenge,
jedoch bei hohem Druck, erforderlich (da das Vorspannen schon unter Belastung erfolgt).
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Die Erfindung wird nun in einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung
näher erläutert, wobei die Zeichnung'die drucksteigernde Kolbenpumpe gemäß der Erfindung
im Längsschnitt darstellt.
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Die dargestellte Pumpe umfaßt einen an dem einen Ende offenen Zylinder
10 und einen in diesen vom offenen Ende her abgedichtet eingeführten, sich hin und
h bewegenden ersten Kolben 12, welcher im Zylinder 10 eine Niederdruck-Zylinderkarmner
30 von variablem Volumen zusammen mit einem ersten Deckel 20 bildet, welcher den
Zylinder 10 an dem dem offenen Ende gegenüberliegenden, anderen Ende abschließt.
Das offene Ende des Zylinders 10 hat eine axiale Bohrung 22, welche dem Mantel des
als Tauchkolben von konstantem Querschnitt ausgestalteten Kolben 12 ange-.
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paßt ist, während in der Bohrung 22 Ringnuten zum Einsetzen der Reibungsdichtungen
14,.16 ausgearbeitet sind.
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In dem ersten Deckel 20 des Zylinders 10 ist eine mit einer Entleerungsöffnung
42 sowie einem Rückschlagventil 32 verschene Einströmöffnung 28 vorgesehen. In Betriebsstellung
wird die Einströmöffnung 28 an einen (nicht dargestellten) Arbe its f lüssigkeitsbehälter
angeschlossen, während die Einströmöffnung 28 selbst mit dem Füllorgan der zu füllenden
hydraulischen Einheit in Verbindung steht.
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Im Inneren des ersten Kolbens 12 ist eine Hochdruck-Zylinderkammer
18 ausgebildet, welche über ein Rückschlagventil 24 mit der Niederdruck-Zylinderkammer
30 verbunden ist. Auf das offene Ende des Zylinders 10 ist eine ringförmige Scheibe
34 aufgezogen, die den einen Deckel des Betätigungszylinders M bildet. Der Betätigungszylinder
M ist zweckmäßig ein pneumatischer Arbeitszylinder, welcher mit einem weiteren Deckel
38 sowie mit Anschlußelementen A und B für die Zu- und Ableitung der betätigenden
Preßluft versehen ist.
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In die Hochdruck-Zylinderkammer 18 im Innern des ersten Kolbens 12
ist vom entgegengesetzten Ende des Rückschlagventils 24 her ein mit einer axialen
Bohrung 44 versehener zweiter Kolben 46 eingeführt. In der Bohrung 44 ist eine Ringnut
zum Einsetzen der Dichtung 48 ausgespart. Der zweite Kolben 46 ist als Tauchkolben
von konstantem Querschnitt ausgestaltet, dessen vom Rückschlagventil 24 entfernteres
Ende am Deckel 38 des.Betc.4tiguncjszylinders M befestigt ist. In der Längsachse
des zweiten Kolbens 46 ist ein axialer Ableitungskanal 36 vorhanden, dessen eines
Ende in die Hochdruck-Zylinderkammer 18 mündet, während sein anderes Ende über das
Anschlußelement in Betriebsstellung mit der zu füllenden Einheit verbunden ist.
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Der erste Kolben 12 dient zuglcich als Kolbenstange des Betätigungszylinders,
dessen vom Rückschlagventil ferner gelegenes Ende an einem dritten Kolben 50 befestigt
ist. Der Kolben 50 ist im Betätigungszylinder M abgedichtet geführt Die Arbeitsweise
der oben besch.riehenen drucksteigernden Kolbenpumpe ist folgende: Wird über das
Anschlußelement A Preßluft in die Arbeitskammer zwischen dem Kolben 50 und dem Deckel
38 des Betätigungszylinders M eingelassen, so bewegt sich der Kolben 50 in der Richtung
zur Niederdruck-Zylinderkammer 30 hin. Dabei dringt der als Kolbenstange des Kolbens
50 dienende Kolben 12 in die Niederdruck-Zylinderkammer 30 ein, vermindert ihr Volumen
und drückt die darin befindliche Arbeitsflüssigkeit teils über die Entleerungsöffnung
(zeichnerisch nicht dargestellt) in die anzufüllende hydraulische Einheit, teils
in den Hochdruckzylinder 18 über das Rückschlagventil 24.
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Sobald der Kolben 50 (gemäß der Zeichnung) seine rechtsseitige Endstellung
erreicht hat, wird die Preßluft auf das Anschlußelement B umgeschaltet, Dadurch
wird die Arbeitskammer zwischen dem Kolben 50 und der Scheibe 34 angefüllt; der
Kolben 5O bewegt sich in entgegengesetzter Richtung als vorher, seine Kolbenstange,
der Kolben 12, bewegt sich nach außen und vergrößert dadurch das Volumen der Niederdruck-Zylinderkammer
30 bzw. verkleinert die Hochdruck-Zylinderkammer 18, in welcher je nach den Oberflachenverhältnissen
ein größerer Druck als in der Zylinderkammer 30 entsteht. Infolge der in der Niederdruck-Zylinderkammcr
30 entstandenen Druckerniedrigung strömt nun über das
Rückschlagventil
32 jene Arbeitsflüssigkeit in das System ein, die dn im nächsten Arbeitstakt zum
Abfördern gelangt. Der in das Innere des sich zum Deckel 38 hin bewegenden Kolbens
12 eindringende Kolben 46 vermindert den Hochdruck-Zylinderraum 18, demzufolge darin
der Druck ansteigt, das Rückschlagventil schließt und die Arbeitsflüssigkeit über
den Kanal 36 und das Anschlußelement F mit Hochdruck in die (nicht eingezeichnete)
anzufüllende hydraulische Einheit strömt.