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Überströmventil mit selbsttätiger Druckausgleichvorrichtung für umlaufende
Pumpen Die Erfindung betrifft ein überströmventil mit selbsttätiger Druckausgleichvorrichtung
auf der Saugseite und in dem Ventilkörper eingebautem federbelastetem Umgehungsventil,
insbesondere für eine umlaufende Pumpe zum Fördern flüssigen Brennstoffes, die mit
einer weiteren Pumpe in Reihe geschaltet ist. Wenn die erstgenannte Pumpe z. B.
bei Störung außer Betrieb ist, kann unter Umgehung dieser Pumpe die Flüssigkeit
mittels der zweiten Pumpe, die als Handpumpe ausgebildet sein kann, vom Behälter
unmittelbar nach der Verbrauchsstelle gefördert werden. Da die Pumpen, beispielsweise
in Anlagen zur Förderung des Brennstoffes vom Vorratsbehälter nach dem Vergaser
eines Verbrennungsmotors, bekanntlich so reichlich bemessen werden, daß sie eine
größere Flüssigkeitsmenge als die für die Höchstbelastung benötigte bewältigen können,
muß ein Rücklauf- oder überströmventil das Zurückfließen des Flüssigkeitsüberschusses
von der Ausgangs-' nach der Eingangsseite der Pumpe ermöglichen, damit der Ausgangsdruck
einen bestimmten Höchstwert nicht überschreitet. Es hat sich herausgestellt, daß
zu verschiedenen Zeiten, bei wechselnder Belastung und, z. B. wenn die Anlage auf
Flugzeugen eingebaut ist, bei verschiedener Neigung des Flugzeuges die erforderliche
Saugkraft erheblich sich ändert. Unter dem so veränderlichen Druck an der Eingangsseite
der Pumpe steht notwendigerweise auch die wirksame Fläche des Rücklaufventils, dessen
Arbeiten hierdurch wesentlich beeinflußt wird.
Es ist aber namentlich
auf Flugzeugen wichtig, daß dem Vergaser der Brennstoff konstant und gleichmäßig
zufließt, unabhängig von dem zufälligen Höhenunterschied der genannten Teile und
unabhängig von dem jeweiligen Brennstoffbedarf. Um die genannten Einflüsse auszuschalten,
hat man bereits auf der Saugseite eine selbsttätige Druckausgleichvorrichtung in
Form einer Balgmembran vorgesehen. Im praktischen Betriebe zeigt sich jedoch hierbei,
daß das Rücklaufventil leicht flattert und vibriert als Folge der.kleinen Schwankungen
des Ausgangsdruckes. Diese Vibration des Ventils hat eine Ermüdung und Kristallisation
des Werkstoffes und damit ein Unbrauchbarwerden der metallischen Balgeinrichtung
zur Folge, durch die auf der Eingangsseite des Ventils dem Saugdruck das Gleichgewicht
gehalten wird: Bei Flüssigkeitsförderanlagen, in denen die angetriebene, umlaufende
Pumpe mit der von Hand betriebenen in Reihe geschaltet ist, hat man bereits das
Rücklaufventil mit dem Umgehungsventil und der angetriebenen Pumpe zusammen in einem
Gehäuse vereinigt. Gegenstand der Erfindung ist nun eine besondere Ausführungsform,
bei der das Überströmventil und das mit ihm zusammengebaute Umgehungsventil - in
einer durchgehenden Bohrung des Gehäuses der umlaufenden Pumpe untergebracht sind.
Die Erfindung besteht darin, daß der bewegliche Teil des in einer durchgehenden
Bohrung des Gehäuses der umlaufenden Pumpe zwischen deren Saug- und Druckseite liegenden
Ventils einerseits auf der Saugseite mit einer Balgmembran verbunden ist; die von
dem benachbarten Gehäuseverschlußteil getragen und von ihm abgeschlossen ist und
die in ihrer Spannung regelbare Ventilschließfeder umgibt und so angeordnet und
bemessen ist, daß der auf ihr lastende Flüssigkeitsdruck den auf die Ventilfläche
wirkenden gerade aufhebt, und andererseits auf der Druckseite mit einer aus einem
Kolben und einem im benachbarten Gehäüseverschlußteil gelagerten Zylinder bestehenden
Vorrichtung zum Dämpfen der Ventilschwingungen in Verbindung steht. Auf diese Weise
ergibt sich eine einfache, gedrängte Bauart; bei der die Ventile leicht zugänglich
sind. Macht man die beiden Gehäuseverschlußteile und die beiderseitigen Einsatzöffnungen
im Durchmesser einander gleich und den Ventilsitz symmetrisch, so kann das ganz
aus Druckausgleichvorrichtüng, Überströmventil und Dämpfungsvorrichtung bestehende
System von der einen oder anderen Seite her in die Bohrung des Pumpengehäuses eingesetzt
werden, was den Vorteil bietet, daß die Richtung des durch die Pumpe gehenden Flüssigkeitsstromes
umgekehrt werden kann. Außerdem wird dadurch das Kalibrieren der Pumpe erleichert.
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Es ist nämlich beobachtet worden, daß die Einrichtung und Anordnung
im Pumpengehäuse und demjenigen Gehäuse, das das Überströmventil enthält, von Einfluß
auf die Empfindlichkeit und somit auf die Überwachung des Ausgangsdruckes der Pumpe
sind. Von der Gestalt und der Anordnung der inneren Teile des Pumpengehäuses, mit
denen die durch die Pumpe strömende Flüssigkeit in Berührung kommt, wird die Größe
des Ausgangsdruckes bei den verschiedenen Fördergeschwindigkeiten ausschlaggebend
bestimmt. Es ist daher ein weiterer Gegenstand der Erfindung, eine Pumpenbauart
zu wählen, bei der die inneren Teile entsprechend geformt und so abgeglichen sind,
daß über einen verhältnismäßig großen Bereich der Leistung ein gleichbleibender
Ausgangsdruck aufrechterhalten wird. Zur Durchführung dieses allgemeinen Gedankens
wird er-Endungsgemäß das Pumpengehäuse symmetrisch ausgebildet, und es werden Hemmungsflachen
darin vorgesehen, die mehr oder wen=-ger weggearbeitet werden, um die Pumpe zu kalibrieren,
d. h. auf die im besonderen verlangte höchste Arbeitsgenauigkeit zu bringen.
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Es ist offenbar wünschenswert, bei Flüssigkeitsförderanlagen der geschilderten
Art so genau als möglich einen gleichbleibenden Ausgangsdruck an der Pumpe aufrechtzuerhalten,
unabhängig von dem jeweiligen Flüssigkeitsbedarf und unabhängig von dem Höhenunterschied
zwischen Brennstoffbehälter und Vergaser oder irgendeiner anderen Stelle, wohin
die Flüssigkeit geliefert wird. Nach der vorliegenden Erfindung wird der in das
Pumpengehäuse eingebaute Ventilmechanismus in der Hauptsache -symmetrisch ausgeführt;
er kann daher vermöge der ebenfalls symmetrischen Ausbildung des Pumpengehäuses
von der einen oder anderen Seite in dieses eingesetzt werden, so daß je nach Bedarf
die Pumpe in der einen oder anderen Richtung betrieben =werden kann.
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`Die besondere Bauart nach der Erfindung, wie sie aus der nachfolgenden
Beschreibung und den Zeichnungen zu erkennen ist, stellt eine Brennstofförderanlage
dar für Zuführung des Öles zum Vergaser eines Verbrennungsmotors in einem Flugzeug.
Doch soll dies nur die Anwendung der Erfindung an einem Ausführungsbeispiel unter
vielen möglichen versinnbildlichen. Weitere Einzelheiten der oben dargelegten Erfindung
ergeben sich aus den Zeichnungen. In diesen ist Fig. z eine Seitenansicht des Flugzeuges
mit der neuen Flüssigkeitsfördereinrichtung,
Fig.2 eine Seitenansicht
einer von Hand betätigten Pumpe mit ihren Anschlüssen an "den Brennstoffbehälter
und der angetriebenen, umlaufenden Pumpe, Fig.3 ein Querschnitt durch die ängetriebene
Pumpe, gesehen in Richtung der Pfeile 3-3 in Fig. 2, Fig.4 ein Längsschnitt der
Pumpe mit Überströmventil nach derLinie 4-4 der Fig. 3, Fig. 5 ein Querschnitt nach
Linie 5-5 der Fig.4 mit den Mitteln zur Sicherung der Ventileinstellung, Fig. 6
ein Schnitt nach Linie 6-6 der Fig. 4 mit Darstellung der Einrichtung zum Dämpfen
der Vibrationen des Überströmventils.
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In dem in der Zeichnung dargestellter. Ausführungsbeispiel bedeutet
i einen Flüssigkeitsbehälter, der im Flugzeugkörper hinter dem Führerraum angeordnet
ist (Fig. i). Eine Rohrleitung 2 verbindet den Behälter mit der einen Seite der
angetriebenen, umlaufenden Pumpe. An einer geeigneten Stelle nahe dein Führerraum
ist in der Leitung 2 ein Rückschlagventil3 üblicher Bauart eingeschaltet, welches
nur das Strömen der Flüssigkeit in einer Richtung zuläßt. Von jeder Seite des Rückschlagventils
zweigen Rohre 4 und 5 nach der Handpumpe 6 ab. Die Pumpe 6 bekannter Bauart enthält
einen Zylinder 7 für einen Kolben 8, der mittels des Handhebels 9 hin und her bewegt
werden kann. Ventile io und i i am Ende des Zylinders 7 vermitteln das Aus- und
Einströmen der Flüssigkeit. Es ist klar, daß beim Handhaben des Hebes 9, der zweckmäßig
aufwärts in den Führerraum ragt, Flüssigkeit durch die Pumpe und die Leitung 2 getrieben
wird.
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Die angetriebene, umlaufende Hauptpumpe weist ein Gehäuse 15 auf,
welches in der Längsrichtung symmetrisch ausgebildet ist und aus einem einzigen
Aluminiumgußstück besteht. Im mittleren Teile des Gehäuses liegt in der Längsrichtung
eine zylindrische Pumpenkammer 16 mit dem außermittig gelagerten Pumpenläufer
17. Die Pumpenkammer 16 ist zweckmäßig mit einem schwer abnutzbaren Baustoff,
z. B. mit Gußeisenauskleidungen 18, versehen. Der Pumpenläufer enthält ein paar
radial verschiebbare Schieber i9, die durch eine Schraubendruckfeder 2o (Fig.3)
radial nach außen gedrückt werden bis zum Anliegen an der Auskleidung der Pumpenkammer.
Eine Eingangsöffnung 21 und eine Austrittsöffnung 22 liegen symmetrisch an entgegengesetzten
Seiten der Pumpenkalmner und gestatten das Durchströmen der Flüssigkeit beim Arbeiten
der Plattenschieber i9. Das Gehäuse 15 weist eine mit Schraubengewinde versehene
Öffnung 23 in der Nähe der einen Eintrittsöffnung 21 auf für den Anschluß der vom
Behälter i kommenden Leitung 2. An der entgegengesetzten Längsseite befindet sich
im Gehäuse die Austrittsöffnung 24 für den Anschluß der Leitung nach dem Vergaser
oder einer anderen Verbraucherstelle für die gepumpte Flüssigkeit. Die Pumpenkammer
16 ist an ihrem einen Axialende durch eine in das Gehäuse 15 eingeschraubte
Deckelplatte 25 geschlossen. Dieser Deckel gestattet den Einbau des Läufers und
der Teile der Ausfütterung in die Pumpenkammer. Der Läufer wird mittels eines in
einem Lager 27 gelagerten Wellenstückes 2,6 angetrieben; das Entweichen von Flüssigkeit
aus der Pumpenkammer längs der Antriebswelle 26 wird durch eine nachgiebige, im
ganzen mit 28 bezeichnete Dichtung verhindert.
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Die Pumpenwelle 26 ist durch Universalgelenk mit einer Antriebswelle
30 verbunden. Unmittelbar unter der Pumpenkammer 16 ist am Gehäuse 15 ein
Gehäuse für das Überströmventil angeordnet. Dieses Ventilgehäuse besteht aus einem
Stück mit dem Pumpengehäuse 15 und enthält im Innern einen feststehenden zylindrischen
Einsatz 36, der an seinen Enden zunächst abgeschrägt ist, um ein verhältnismäßig
sanftes Strömen der Flüssigkeit durch das Ventil zu gewährleisten; für das Überströmventil
sind in dem Einsatz ferner konische, ringförmige Ventilsitze an entgegengesetzten-
Seiten vorgesehen. Der Einsatz für die Ventilsitze ist symmetrisch gebaut und liegt
in dem mittleren Längsteil des Ventilgehäuses.
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Ein in der Achsrichtung verschiebbares Ventil 38 arbeitet mit dem
Ventilsitz 36 zusammen, so daß das Gberströmventil geschlossen und geöffnet werden
kann. Der Schaft 39 des Ventils 38 trägt an seinem nach der Saugseite liegenden
Ende eine Scheibe 40, welche das eine Ende einer Balgmeinbran 41 verschließt. Das
-andere Ende der Membran ist an einer Ringscheibe 42 befestigt, deren äußerer Umfang
sich gegen einen. Vorsprung 43 der Gehäusewand 15
stützt. Die Ringscheibe
42 wird in ihrer Lage durch ein ringförmiges Verschlußstück 44. gehalten, welches
in die Gehäusewandung eingeschraubt ist. Axial in dem Verschlußstück 44 ist ein
Gewinde für eine Regelschraube 46 vorgesehen. Diese weist am Umfange eine Mehrzahl
von in der Achsenrichtung eingeschnittenen Nuten 47 auf. Ein Feststellglied, bestehend
aus einer Kugel 48, einer Schraubenfeder 49 und Regelschraube 5o, liegt radial in
dem Verschlußstück 44 und greift in eine der axialen Nuten 47 der Stellschraube
46 ein (Fig.4 und 5). Sie hält so diese Schraube in der genau eingestellten Lage.
Eine Druckfeder 52 stützt sich
innerhalb der Balgmembran 41 mit
dem einen Ende gegen die Stellschraube 46 und mit dem anderen gegen die Endscheibe
4o am Ventilschaft 39.
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Die Feder 52 sucht somit das Ventil 38 in Berührung mit seinem Sitz
in dem Einsatz 36 zu bringen. Der Druck, reit dem dies geschieht, wird genau eingeregelt
mit Hilfe der Justierschraube 46; es ist ersichtlich, daß, nachdem einmal justiert
worden ist, diese Einstellung dauernd erhalten bleibt vermöge der Sperrwirkung der
unter Federdruck stehenden Kugel.
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Die Balgmembran 41 hat einen mittleren Durchmesser von im wesentlichen
gleicher Größe wie das Ventil 38, derart, däß ihre dem Druck ausgesetzte wirksame
Fläche dieselbe ist wie bei dem Ventil. Die Balgmembran 41 und- das Ventil
38 sind- in -einer Einlaßkammer 55 untergebracht, welche mit der Eintrittsseite
der Pumpe durch den Durchlaß 56 in Verbindung steht. Wenn nun die Pumpe in der Richtung
des eingezeichneten Pfeiles arbeitet, so erzeugt sie einen bestimmten Saugdruck
an der Eintrittsseite, der die Flüssigkeit aus dem Behälter z durch die Leitung
2 in die Pumpe zieht. Der gleiche Saugdruck überträgt sich auch auf das Ventil 38
und würde bestrebt sein, das Ventil von seinem Sitz zu ziehen, wenn nicht gleichzeitig
ein ebenso großer Druck in entgegengesetzter Richtung auf die Balgmembran 41 ausgeübt
wird; die sich auszudehnen sucht und der auf das Ventil wirkenden Kraft das Gleichgewicht
hält. Hieraus ergibt sich, daß irgendwelche Druckschwankungen an der Eintrittsseite
der Pumpe, die das Arbeiten des Ventils beeinflussen könnten, durch die Balgmembran
41 ausgeglichen werden. An der Austrittsseite der Pumpe ist eine Kammer 6o vorgesehen,
die hinsichtlich ihrer Größe und Form mit der eben beschriebenen Kammer 55 übereinstimmt
und mit der Austrittsseite der Pumpe über den Durchlaß 61 in Verbindung steht, der
seinerseits in Größe und Form dem Durchlaß 56 auf der Eingangsseite entspricht.
Das Ventil 38, 39 hat eine axiale Bohrung. In dieser sitzt eine Stange 65 fest,
welche an ihrem nach der Ausgangsseite der Pumpe liegenden Ende einen Kolben 66
trägt. Dieser Kolben gleitet in einem Zylinder 67 des Gußkörpers 68, welcher in
das Pumpengehäuse 15 eingeschraubt ist. In die Umfläche des Kolbens 66 ist eine
Axialnut 69 vorgesehen, die einen Durchlaß bildet, durch den das Zylinderinnere
mit der Kammer 6o an der Ausgangsseite der Pumpe in Verbindung steht.
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Wie zu erkennen ist; ragen das Gußstück 68 und der Zylinder 67 in
die Ausgangskammer 6o in der gleichen Weise hinein wie die Balgmembran 41 in den
mit der Eingangsseite verbundenen Hohlraum 55. Die Bauart ist also symmetrisch.
Diese Anordnung ermöglicht, wie später dargelegt wird, ein genaues Kalibrieren der
Pumpe.
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Das Ventil 38 ist mit einer Mehrzahl von axialen Durchbrechungen
70 versehen. Diese Durchbrechungen 70 werden für 'gewöhnlich geschlossen
gehalten mit Hilfe einer biegsamen Scheibe 71, die die Stange 65 ringförmig umgibt
und in ihrer Läge durch einen Metallring 72 und einer Druckfeder 73 gei halten wird,
indem. ein Ende der Feder gegen den Ring 72 und das andere Ende gegen die Seitenfläche
des Kolbens 66 drückt.
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Aus Vorstehendem ergibt sich, daß, sobald die Pumpe in Betrieb ist,
Flüssigkeit auch den Zylinder 67 im Gußstück 68 füllt, und daß, weil der Kolben
66 starr mit dem Ventil 38 verbunden ist, Flüssigkeit in den Zylinder ein- oder
aus ihm ausströmt, je nachdem, wie das Ventil bewegt wird. Aber wegen der verhältnismäßig
geringen Abmessungen der Nut 69 wirken Zylinder und Kolben als Dämpfungsenrichtung
gegen Flattern oder Vibrieren des Ventils 38. Das biegsame Verschlußglied 74 welches
die Durchbrechungen 7o des Ventilkörpers verschließt, ist für gewöhnlich nicht in
Tätigkeit. Wenn jedoch die Pumpe versagen sollte, wird mit Hilfe der Handpumpe durch
Hinundherbewegen des Hebels 9 Flüssigkeit aus der Leitung 2 in die Eingangsseite
der Pumpe gedrückt, so daß das nachgiebige Glied 71 sich von seinem Sitz hebt und
die Flüssigkeit durch die Durchbrechungen 7o des überströmventils in die Ausgangsseite
der Pumpe und von da zum Vergaser der Maschine oder einer anderen Verbraucherstelle
gelangt.
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Wenn der Ventilverschlußdeckel 44 herausgeschraubt .wird, ist
es möglich, die Balgmembran 41, das mit ihr verbundene Ventil 38 und auch den Kolben
66, seine Tragstange 65 und die vollständige Hilfsventileinrichtung 71, 72
und 73 aus dem Gehäuse herauszuziehen. Ferner kann auch das den Zylinder 67 tragende
Stück 68 nach der anderen Seite herausgeschraubt werden. Man kann dann die gesamte
Ventileinrichtung gegenüber dem Gehäuse vollständig umkehren, derart, daß das Ventil
38 nunmehr auf der entgegengesetzten Seite des die Ventilsitze enthaltenden, beim
Umbau in dem Ventilgehäuse verbleibenden Einsatzstückes 36 sitzt.
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Es hat sich ergeben, daß die Größe und Form der Durchlässe 56 und
61 der Kammern 55 und 6o die Genauigkeit der mit einer solchen Pumpe erreichbaren
Ergebnisse stark beeinflussen. Um die Pumpe genau auf Leistung und Wirkungsweise
einzurichten, zu kalibrieren, werden die Teile zunächst, wie
gezeichnet,
eingesetzt, die Pumpe dann mit einer Flüssigkeitsquelle verbunden und auf der Austrittsseite
der Pumpe auf Druck ansprechende Vorrichtungen angeschlossen, damit der Ausgangsdruck
genau gemessen werden kann. Man läßt die Pumpe in der Richtung des eingezeichneten
Pfeiles mit innerhalb weiter Grenzen verschiedener Geschwindigkeit laufen, wobei
die Änderung des Drukkes gemessen wird. Dann wird von der den Ventilsitz 36 überragenden
Kante der Gehäusewand etwas weggenommen, derart, daß der Durchlaß 61 erweitert wird,
und dieses wird so lange fortgesetzt, bis bei allen Umlaufszahlen der Pumpe ein
gleichbleibender Ausgangsdruck sich ergibt. Nun wird die ganze Ventileinrichtung
herausgenommen und umgekehrt wieder eingesetzt, so daß das Ventil 38 auf die andere
Seite des Ventilsitzes 36 kommt und der Dämpfungszylinder auf der linken Seite der
Pumpe anstatt auf der rechten Seite, wie in Fig. q. gezeichnet, liegt. Die Pumpe
wird nun in der umgekehrten Richtung betrieben und bezüglich des -,elusgangsdruckes
wieder kalibriert. Wie ersichtlich, muß, wenn die Ventileinrichtung umgekehrt liegt,
der Ausgangsdruck an der früheren Eingangsseite der Pumpe bestimmt werden. Die Wandung
des Ventilsitzgehäuses, die den Durchlaß 56 begrenzt, wird dann so weit weggearbeitet,
bis auch bei dieser Drehrichtung ein gleichbleibender Ausgangsdruck bei allen Arbeitsgeschwindigkeiten
der Pumpe erreicht ist.
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Diese Art des Einregelns der Pumpe ist nur dadurch möglich, daß das
Pumpengehäuse, die Ventileinrichtung und die verschiedenen Durchlässe symmetrisch
ausgeführt sind. Das Nacharbeiten des Ventilsitzgehäuses zwecks Vergrößerung der
Durchlässe auf eine ganz bestimmte Weite hat sich als ein sehr wirksames und genaues
Mittel zum Kalibrieren der Pumpe erwiesen. Es ergibt sich also, daß eine neue und
eigenartige Pumpenbauart geschaffen worden ist, unter Benutzung von Mitteln, die
einen genauen, gleichbleibenden Austrittsdruck gewährleisten unter in weitem Maße
wechselnden Bedingungen, denen die Pumpe während ihres Betriebes unterworfen ist.
Die beschriebene Überströmventilei.nrichtung gestattet es, Flüssigkeit durch die
Hauptpumpe im Falle ihres Versagens mittels einer Hilfspumpe zu fördern. Ferner
sind Mittel für das Kompensieren der Saugwirkung vorgesehen, um das Flattern des
Ventils und damit das Schadhaftwerden der metallischen Membran zu verhüten und so
deren Lebensdauer zu verlängern. Hervorzuheben ist dabei, daß eine solche Bauart
gewählt ist, bei der das Dämpfen möglich ist, ohne in irgendeiner Weise die Empfindlichkeit
des Ansprechens des Überströmventils bei kleineren Druckschwankungen zu beeinträchtigen.
Bei der gewählten Bauart des genannten Ventils kann sich der Saugdruck an der Eingangsseite
in weiten Grenzen ändern, ohne daß sich das Ventil öffnet.
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Die besondere Ausführungsform der Erfindung ist nicht auf die Förderung
von Brennstoff beschränkt; sie läßt sich ohne weiteres auch auf die Förderung von
anderen Flüssigkeiten anwenden.