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Pumpe mit hin und her gehendem Kolben Die Erfindung bezieht sich auf
eine Pumpe mit hin und her gehendem Kolben und hat den Zweck, eine solche Pumpe
zu schaffen, die imstande ist, mit Geschwindigkeiten, die größer als 5oo Hinundhergänge
jeMinute sind, und mitDrücken von2z kg/cm2 und darüber wirksam zu arbeiten.
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Nach umfangreichen Versuchen wurde eine Pumpe mit hin und her gehendem
Kolben entwickelt, die einen volumetrischen Wirkungsgrad von über 97 % hat und die
mit Geschwindigkeiten bis zu 1500
Hinundhergängen je Minute und mit Drücken
von 350 kg/cm2 und darüber betrieben werden kann.
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Im Verlauf dieser Versuche wurde gefunden, daß es zur Erlangung des
erforderlichen sehr hohen volumetrischen Wirkungsgrades wesentlich ist, daß die
Pumpenbohrung vor jedem Saughub möglichst vollständig von Flüssigkeit entleert ist,
da ein Verlust im volumetrischen Wirkungsgrad in erster Linie dadurch bedingt wird,
daß Luft oder andere Gase aus der gepumpten Flüssigkeit frei gemacht werden.
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Die Pumpe nach der Erfindung hat zwei wesentliche Merkmale. Erstens
muß ein pilzförmiges Einlaßventil benutzt und am Boden der Pumpenbohrung so angeordnet
werden, daß es dem Ende des Kolbens gegenüberliegt, und zweitens muß ein kugel-oder
pilzförmiges Auslaßventil verwendet und innerhalb einfes Durchgangs angeordnet werden,
der sich durch eine Seitenwandung der Pumpenbohrung hindurch in diese öffnet, und
zwar so dicht wie möglich am Einlaßventil.
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Es wurde gefunden, daß mit einer Pumpe mit diesen zwei Kennzeichen
die besten Ergebnisse erzielt werden, wenn folgende Bedingungen erfüllt sind:
r.
ein im -wesentlichen paralleler Kolben, dessen Ende sich beim Vollenden des Abgabehubes
so dicht, wie es praktisch möglich ist, der Oberfläche des Saugventils nähert, 2.
eine Pumpenbohrung, die über ihre ganze Länge im wesentlichen parallel verläuft
und an ihrem inneren Ende soweit als irgend möglich frei von Taschen ist, in welchen
sich Flüssigkeit ansammeln kann, 3. ein Abgabedurchgang, -der in der Seitenwand
der Pumpenbohrung so angeordnet ist, daß er bei der Vollendung des Abgabehubes von
dem Kolben abgedeckt oder nahezu abgedeckt wird.
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Was die vorstehenden Merkmale z und 2 anbe-@ trifft, so kann der Durchmesser
des Endes des Kolbens und bzw. oder der Bohrung etwas verkleinert oder vergrößert
sein, vorausgesetzt "da;ß die Menge-' der Flüssigkeit in der Bohrung gezwungen wird,
auf ihrem Wege aus dem Abgabedurchgang heraus über die Oberfläche des Kolbens oder
um. den Kopf des Saugventils zu strömen. , Es wurde gefunden, daß die durch den
Kolben bewirkte erhöhte Beschränkung des Abgabedurchgangs während' dies Abgabehubes
(den allgemeinen Wirkungsgrad der Pumpe nicht nennenswert beeinflußt, weil mit der
Verringerung der Fläche des Durchgangs auch die Geschwindigkeit des Kolbens herabgesetzt
wird. Infolgedessen werden keine übermäßigen Flüssigkeitsgeschwindigkeiten erzeugt.
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Es wurde weiterhin gefunden, daß, wenn verhältnismäßig hohe Geschwindigkeiten
über der Kolbenfläche, um das Saugventil herum und in den Abgabedurchgang aufrechterhalten
wurden, alle Gasblasen unmittelbar bei ihrer Bildung weggeführt werden, und dies
ist,einsehr wesentlicher Faktor für das Erreichen des sehr hohen volumetrischen
Wirkungsgrades, der ein so hervortretendes Merkmal -der Pumpen gemäß der Erfindung
ist.
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Durch die vollständige oder fast vollständige Abtrennung des Abgabedurchgangs
von. der Pumpenkammer zu Beginn des Saughubes wird verhindert, daß die Gegenwart
einer Flüssigkeitsmenge in dem Abgabedurchgang irgendeine nachteilige Wirkung auf
den volumetrischen Wirkungsgrad der Pumpe hat. -Allgemein gesprochen besteht die
Erfindung in einer Kolbenpumpe, die imstande ist, mit Geschwindigkeiten; die größer
als 5oo Hinundhergänge je Minute sind, und mit Drücken von 21 kg/cm2 und darüber
wirksam zu arbeiten und die folgende Teile umfaßt: eine Pumpenbohrung, einen Kolben,
der in dieser Pumpenbohrung so verschiebbar ist, daß er diese am inneren Ende seines
Hubes fast vollständig ausfüllt, einen am inneren Ende der Pumpenbohrung und gegenüber
dem Ende des Kolbens liegenden Sitz zur Aufnahme eines pilzförmigen Einlaßventils,
einen in der .Seitenw=and der Pumpenbohrung an deren innerem Ende vorgesehenen Abgabedurchgang,
der in unmittelbarer Nähe des Einlaßventils in die Pumpenbohrung mündet, und eine
Einrichtung, durch welche dem Kolben ein verhältnismäßig kurzer Hub erteilt wird,
wobei die Anordnung im wesentlichen so getroffen ist, daß am Ende eines jeden Abgabehubes
das innere Ende des Kolbens nahezu in Berührung mit der gegenüberliegenden Fläche
des Einlaßventils kommt, wodurch die Pumpenbohrung vor jedem Saughub fast vollständig
von Flüssigkeit entleert wird.
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Der Pumpenkörper für eine Pumpe gemäß der Erfindung besitzt eine neuartige
Form und kann einen Metallblock aufweisen, der mechanisch bearbeitet ist, um mehrere
(gewöhnlich drei) Bohrungen für die Aufnahme einer entsprechenden Anzahl von Kolben,
eine Einlaßöffnung im Boden einer jeden Bohrung, einen die Einlaßöffnung umgebenden
Sitz für das Einläßventil und eine Auslaßöffnung in der Seitenwand einer jeden Bohrung
in unmittelbarer Nähe ihres Bodens zur Aufnahme des Auslaßventils vor--zusehen.-jeder
Kolben der Pumpe wird vorzugsweise über ein Kugel- oder Rollenlager angetrieben,
das unmittelbar auf einem kreisförmigen Exzenter angeordnet .ist, das einen Teil
einer Antriebs- oder Exzenterwelle bildet, wobei die äußeren Enden eines jeden Kolbens
in Berührung mit dem Umfang seines darüberliegenden Kugel- oder Rollenlagers durch
federnde Vorrichtungen gehalten werden, die vorzugsweise außerdem dazu dienen, den
Kolben oder die Kolben bei ihren Saughuben zu betätigen.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielsweise
näher erläutert.
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Fig. z ist ein Teilquerschnitt durch eine mit hoher Geschwindigkeit
arbeitende Pumpe gemäß der Erfindung; Fig. 2 ist eine Teilansicht, welche die Lage
des Einlaßventils in bezug auf den Abgabedurchgang zeigt.
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Die in der Zeichnung als Ausführungsbeispiel dargestellte Pumpe ist
von der Art, die mit einem mit hoher Geschwindigkeit hin und her gehenden Kolben
arbeitet. Sie weist einen Körper a auf, der eine oder mehrere Pumpenbohrungen für
die gleitende Aufnahme einer entsprechenden Anzahl von Kolben b enthält, die über
(nicht dargestellte) Rollenlagerexzenter angetrieben werden, mit deren äußeren Ümfangsringen
sie in unmittelbarer Berührung stehen.
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Bei der Pumpe gemäß der Erfindung fehlt die übliche Pumpenkammer von
verhältnismäßig großem Fassungsvermögen vollkommen; die gepumpte Flüssigkeit strömt
längs der Stirnfläche des Kolbens und um den Kopf des Saugventils herum zu dem Auslaßdürchgang.
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Dadurch, daß die Kolben veranlaßt werden, bei jedem Abgabehub das
innere Ende jeder Bohrung fast vollständig auszufüllen, wird der volumetrische Wirkungsgrad
der Pumpe beträchtlich vergrößert. Um dies zu ermöglichen, ist am Boden jeder Pumpenbohrung
ein selbsttätig arbeitendes pilzförmiges Einlaßventil mit einer ebenen Stirnfläche
h angeördnet, welche in paralleler Beziehung einer entsprecheniden ebenen Stirnflächei
am Ende jedes Kolbens b gegenüberliegt. Die Stirnfläche kann etwas abgeschrägt sein,
wie dies in Fig. 2 in übertriebenem- Maßstab bei d gezeigt ist, jedoch kann gewünschtenfalls
die Abschrägung auch weggelassen werden. Beim Hinundhergehen jedes Kolbens b
wird
dieser veranlaßt, -i Beendigung eines jeden Einwärts- oder Abgabehubes sich dem
Einlaßventil - so weit zu nähern, daß die beiden sich gegenüberliegenden ebenen
Stirnflächen da bzw. i einander fast berühren, wobei sie nur ein geringes
Arbeitsspiel zwischen sieh belassen. Dies führt dazu, daß bei jedem Auswärts- oder
Saughub ein Teilvakuum über der Stirnfläche i, des Einlaßventils g gebildet wird,
wodurch das Öffnen des Ventils wesentlich unterstützt wird. Außerdem führt dies
dazu, daß Flüssigleeit, Luft oder Gas nahezu vollständig aus der Pumpenkammer herausgetrieben
werden, so daß unter normalen Bedingungen die Pumpe sich selbst in Gang bringt.
Dadurch wird weiterhin ermöglicht, daß die Pumpe bei hohen Geschwindigkeiten ohne
Hohlraumbildung und ohne schädliche Stöße oder Erschütterungen arbeitet.
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Der Schaft j des Einlaßventils liegt mit seiner Achse koaxial zu der
Achse des Kolbens und auf der von der Pumpenkammer abgewandten Seite des Ventils.
Der Ventilschaft j arbeitet in einer Führung k, die in bezug auf den Einlaßdurchgang
l so angeordnet ist, daß dieser Durchgang so wenig wie möglich beschränkt wird.
Das Ventil g wird auf seinem Sitz mittels einer schwachen Feder m gehalten, und
der Durchmesser des Ventils ist fast so groß wie der Durchmesser der Pumpenbohrung,
so daß die Beschränlzung des Flüssigkeitsstromes an dem Ventil vorbei noch weiter
vermindert wird. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein im Abgabedurchgang
f liegendes Auslaßventil n im rechten Winkel und so nahe wie möglich am inneren
Ende einer jeden Pumpenbohrung angeordnet, um dadurch den Rauminhalt der Pumpenkammer
auf einen kleinsten Wert herabzusetzen.