-
Kolbenpumpe für Flüssigkeiten mit zwangsläufig bewegtem Steuerschieber
Die Erfindung bezieht sich auf Kolbenpumpen für Flüssigkeiten mit zwangläufig bewegtem
Steuerschieber für Saug- und Druckkanäle, insbesondere Pumpen mit rohrförmigem,
zum Arbeitskolben konzentrischem Steuerschieber. Die bekannten Pumpen dieser Art
haben den Nachteil, daß beim Hubwechsel leicht störende Druckstöße auftreten.
-
Um die am Ende des Druckhubes beim Schließen des Druckraumes und öffnen
des Saugraumes auftretenden Druckstöße zu vermeiden bzw. zu mildern, hat man einen
Ausweichkanal vorgesehen der am Ende des Druckhubes eine Verbindung zwischen Hubraum
und Saugraum herstellt. Dadurch lassen- sich zwar solche Druckstöße vermeiden, die
auftreten können, wenn am Ende des Druckhubes der Pumpenkolben - noch Flüssigkeit
fördert, während der Hubraum schon vom Druckraum getrennt, aber noch nicht unmittelbar
mit dem Saugraum verbunden ist. Diese bekannte Anordnung vermeidet jedoch nicht
die insbesondere bei schnell laufenden Maschinen außerordentlich
heftigen
Druckstöße, die auftreten, wenn bei Beendigung des Saughubes der Saugkanal.geschlossen
und ungefähr gleichzeitig der Druckkanal geöffnet wird.
-
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die starken Druckstöße
bei Beginn des Druckhubes dadurch begründet sind, daß bei der bisherigen Bauart
Eröffnung des Druckraumes und Schließen des Saugraumes zeitlich zusammenfallen.
Das hat nämlich zur Folge, daß der Druck im Hubraum bei Eröffnung des Druckraumes
dem Saugdruck entspricht. Da aber der Steuerschieber mit hoher Geschwindigkeit einen
großen Querschnitt der Druckschlitze freilegt, während dagegen der Pumpenkolben
mit nur ganz geringer Geschwindigkeit den Förderhub einleitet, findet ein so, plötzlicher
Druckausgleich vom Druckraum in den vollen; auf Saugdruck liegenden Hubraum ;statt,
daß heftige Druckstöße auftreten, die insbesondere die Verwendung der Pumpen für
hohe Drehzahlen und Förderdrücke ausschließen.
-
Ausgehend von .dieser Erkenntnis wird erfindungsgemäß die Pumpe so
ausgebildet, daß der Druckraum durch den Steuerschieber erst dann eröffnet wird,
wenn im Hubraum durch den beginnenden Druckhub des Kolbens bereits- ein gewisser
Überdruck entstanden ist. Uri diesen überdruck im Hubraum zu erzeugen, kann grundsätzlich
die wenn auch geringe Kompressibilltät der zu fördernden Flüssigkeit ausgenutzt
werden, da die vom Kolben kurz nach der Totlage verdrängten Flüssigkeitsmengen noch
sehr gering sind und der gesamte Flüssigkeitsinhalt des Pumpenzylinders ein Vielfaches
dieses Hubvolumens beträgt. Man kann daher den gewünschten Überdruck dadurch erzeugen,
daß man den Steuerschieber mit einer bestimmten Überdeckung an der Druckkanalsteuerkante
versieht und den - Kolben unter Ausnutzung der Kompressibilität der Flüssigkeit
eine der Größe der Überdeckung entsprechende Vorverdichtung ausführen läßt, bevor
der Druckraum mit dem Hubraum verbunden wird. Da die Kompressibilität von der Art
des Fördermittels abhängig ist und es im allgemeinen anzustreben sein wird, den
bis zum öffnen der Druckschlitze durch Vorverdichtung erzeugten Druck etwa gleich
dem Druck im Druckraum zu machen, ist zusätzlich ein Ausweichorgan vorgesehen; das
bei einem bestimmten Vorverdichtungsdruck anspricht. Vorzugsweise besteht . das
Ausweichorgan aus einem federbelasteten Speicherkolben, der durch Veränderung der
Federvorspannung gestattet, den Vorverdichtungsdruck in. weiten Grenzen nach Wunsch
einzustellen.
-
Erzeugt man den Vorverdichtungsdruck durch Nachöffnung der Druckschlitze
zu Beginn des Druckhubes, so hat das bei Verwendung des gleichen Schiebers für Druck-
und Saugkanal zur Folge, daß am Ende des Druckhubes die. Druckschlitze bereits geschlossen
sind, bevor die Saugschlitze öffnen. Man kann die zwischen diesen beiden Zeitpunkten
vom Kolben noch geförderte Flüssigkeit mit Hilfe des zum Ansaugen meist ohnehin
vorhandenen Hilfsschiebers ableiten oder ebenfalls durch das Speicherorgan vorübergehend
aufnehmen lassen.
-
Die Erfindung sei an einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht.
-
Abb. i . zeigt eine Pumpe nach .der Erfrndrnrsg irr schematischer
Darstellung bei Beginn des Druckhubes auf der einen Kolbenseite, Abb. z die Pumpe
bei Beginn des Saughubes. Bei Erörterung der Wirkungsweise der irr den Abb. i und
? dargestellten Pumpe werden nur die Vorgänge auf der Deckelseite des doppelt wirkenden
Kolbens betrachtet.
-
Die Steuerung der Säug- und Druckkanäle erfolgt durch einen rohrförmigen,
den Kolben 3 kcirrzentrisch umschließenden Schieber 4. Der Steuerschieber ist so
ausgebildet, daß er an den. Druckkanalsteuerkanten i mit einer Überdeckungarbeitet.
Dadurch wird der Pumpenkolben 3 ge= zwangen, bei Druckbeginn zunächst gegen den
geschlossenen Schieber q. zu laufen und im Hubraum 7 eine Vorverdichtung herbeizuführen,
so daß beim öffnen des Druckkanals 5_ etwa der Druck im Druckraum 6 erreicht ist.
Auf diese Weise wird jeder Druckstoß beim Eröffnen des Druckraumes 6 ausgeschlossen.
Abb.i veranschaulicht in ausgezogenen. Linien den Augenblick, in dem der Saugraum
geschlossen-wird und in strichpunktierten Linien den Augenblick, in dem der Druckraum
eröffnet, d. h. mit dem Hubraum vef banden wird. Durch die zwischen diesen -beiden
Zeitpunkten erfolgende Druckhubbewegung des Kolbens wird im Hubraum die gewünschte
Drucksteigerung bis etwa auf den Druck im Druckraum 6 herbeigeführt.
-
Um den Enddruck der Vorverdichtung auch bei wechselnder Kompressibilität
der Förderflüssigkeit zu beherrschen, ist ein Ausweichorgan 8 vorgesehen, wie es
in seiner Art als Füllregulierorgan bekannt ist. Im vorliegenden Fall besteht dieses
Ausweichorgan aus einer -Ausweichkammer 9 und einem federbelasteten Speicherkolben
ii. Durch eine Druckschraube 1a kann die Spannung der Feder io und damit der gewünschte
Enddruck der Vorverdichtung eingestellt werden. Die vom Pumpenkolben 3 während der
Vorverdichtung geförderte Flüssigkeit wird bei der Drucksteigerung zum Teil elastisch
vom Flüssigkeitsvolumen des Raumes 7 und zum Teil von. dem Ausweichorgan aufgenommen.
Dieses Ausweichorgan spricht an, sobald der gewünschte Enddruck der Vorverdichtung
überschritten wird. Die Überschußmenge der während der Vorverdichtung vom Kolben
3 geförderten Flüssigkeit wird dann von dem Ausweichraum 9 aufgenommen.
-
In dem Augenblick, in dem der Schieber 4. den Kanal zum Druckraum
frei gibt, schiebt die Federspannung, die auf den Druk des Druckraumes eingestellt
ist, den Kolben wieder vor und drückt die gespeicherte Flüssigkeit in den Hubraum
zurück. Es tritt also kein Verlust ein, wie das der Fall ist, wenn die Ausweichflüssigkeit
in den Saugraum zurückgeleitet . wird.
Bei Beendigung des Druckhubes
tritt das Ausweichorgan 8, wie aus Abb. 2 ersichtlich ist, wiederum, jedoch diesmal
in entgegengesetztem Sinne in Tätigkeit, weil in dieser Totlage die Schieberüberdeckung
2 abermals den Druckkanal 5 überlaufen muß, bevor der Saugkanal 13 geöffnet wird.
-
Für die Kurbelseite der doppelt wirkenden Pumpe gelten die gleichen
Verhältnisse, wie sie oben für die Deckelseite beschrieben sind.
-
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Beispiel beschränkt,
vielmehr sind noch mancherlei Abänderungen und auch andere Ausführungsformen möglich,
insbesondere kann die Vorverdichtung vor dem Öffnen des Druckkanals auf andere Weise
erfolgen, beispielsweise durch Verbindung des Raumes mit einer geeigneten Druckquelle
durch ein Hilfssteuerorgan oder durch Verbindung des Hubraumes mit dem Druckraum
über einen vom Kolben selbst kurz vor seiner Totlage zu öffnenden engen Ausgleichskanal.
An Stelle der Überdeckung kann zum Zwecke der Vorverdichtung auch eine Doppelschieberanordnung
verwendet werden, wobei durch den einen Schieber der Saugkanal und durch den anderen
der Druckkanal gesteuert wird. Das Ausweichorgan zur Begrenzung bzw. Regelung des
Vorverdichtungsdruckes kann auch aus einem zwischen Hub- und Druckraum angeordneten
Rückschlagventil bestehen. mit rohrförmigem, zum Arbeitskolben konzentrischem Steuerschieber,
dadurch gekennzeichnet, daß der Druckraum (6) durch den Steuerschieber (4) erst
dann eröffnet wird, wenn im Taubraum (7) durch den beginnenden Druckhub des Kolbens
(3) bereits ein gewisser, etwa dem Druck im Druckraum entsprechender Überdruck entstanden
ist.
-
2. Pumpe nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerschieber
(4) mit einer bestimmten Überdeckung (2) an der Druckkanalsteuerkante (i) arbeitet
und der Kolben unter Ausnutzung der Kompressibilität der Flüssigkeit einen der Größe
der Überdeckung entsprechenden Vorverdichtungshub ausführt, bevor der Druckraum
mit dem Hubraum verbunden wird.
-
3. Pumpe nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hubraum
mit einem Ausweichorgan (8) verbunden ist, das bei einem bestimmten Vorverdichtungsdruck
anspricht.
-
4. Pumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausweichorgan
ein federbelasteter Speicherkolben (ii) vorgesehen ist, der durch Veränderung der
Federvorspannung gestattet, den Vorverdichtungsdruck in weiten Grenzen nach Wunsch
einzustellen.