DE3935185A1 - Pumpe fuer drucke bis ueber tausend bar - Google Patents

Description

Beim Bau von Aggregaten nach dem Hauptpatent und nach seinen Zusatz­ patenten wurde beoachtet, daß nach den Druckhüben der Kolben kurz­ zeitige Überströmungen durch Überdruckventile auftreten, die die Förder­ gleichförmigkeit teilweise wesentlich beeinträchtigen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, diese Förderungleich­ heiten zu verhindern und Aggregate mit hoher Fördergleichförmigkeit zu schaffen.

Diese Aufgabe wird in der Technik des Gattungsbegriffs des Patent­ anspruchs 1 nach dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausbildungen ergeben sich nach den Unteransprüchen 2 bis 7.

Fig. 1 bis 2 sind Längsschnitte durch Teile von Aggregaten der Erfindung.

Fig. 1 entspricht im Wesentlichen der Fig. 6 der Hauptanmeldung P 39 29 844.2 vom 3. September 1989. Soweit diese Figur bereits in der Hauptan­ meldung beschrieben ist, wird die Beschreibung hier nicht noch einmal wiederholt.

Beim praktischen Einsatz des Aggregates der Fig. 6 wurde gefunden, daß das Rotorventil 17 gelegentlich voreilt, weil im Treibfluid Luft eingeschlossen ist. Die Gleichmäßigkeit des Laufes des Aggregates ist dann gestört. Daher wird nach der gegenwärtigen Erfin­ dung die Pumpe 96 als Bremsmotor ausgebildet, um den zu schnellen Lauf oder zeitweilig zu schnellen Lauf des Rotorventils 17 zu verhindern. Dieser Effekt wird dadurch erreicht, daß in die Leitung 305 ein starkes Druckven­ til 424 mit entsprechender Belastung (Feder) 425) eingebaut wird. Die durch das Ventil erreicht Spannung des Fluids verhindert das Voreilen oder den zu schnellen Umlauf der rotierenden Steuerung 17.

Ferner wurde bei der praktischen Erprobung erkannt, daß die Pumpe 19 zu Druckspitzen vor dem Steuerventil 17 führt. Es kommt sogar vor, daß das Steuerventil 17 stehen bleibt oder mit nur einem Teil der erfor­ derlichen Drehzahl umläuft. Dann sind die Druckspitzen in der Leitung 408 oft lange anhaltend, wenn man die Zeit mit einem vollen Steuerkörperumlauf vergleicht. Diese Erscheinung ist sehr schädlich und verhindert die gleich­ mäßige Arbeit des Aggregates. Die Ursachen der Erscheinung sind noch nicht voll erkannt. Doch wird dieser Nachteil durch die gegenwärtige Erfin­ dung erheblich eingeschränkt, indem die Ablaufleitung 412 des Überdruck­ ventils 409 der Pumpe 19 mit der Zulaufleitung 313 zum Drehventiltreibmotor 97 verbunden wird. Die Leitung von der Pumpe 19 (die durch die Antriebs­ maschine 401 getrieben sein mag) zum Einlaß 91 in die Steuerwelle 17 ist also mit einem Überdruckventil 409 versehen, das mit dem Spannmittel (Feder) 410 auf einen bestimmten Druck eingestellt ist. Das über das Ventil 409 entweichende Fluid fließt also durch die Leitungen 412, 301, 313 in den Motor 97, statt vom Überdruckventil 409 in den Tank zurück zu fließen. Alles von der Pumpe 19 gelieferte Fluid wird so zum Antrieb des Steuerwel­ lenmotors 97 gezwungen und Rücklauf in den Tank, ohne daß alles dieses Fluid durch den Treibmotor 97 floß, wird verhindert. Der Motor 97 erhält so seine gesollte volle Drehzahl und die Steuerwelle 17 ist gezwungen, mit der gesollten Drehzahl umzulaufen. Ein Leitungsanschluß 411 kann an dem Ventilüberlauf angeordnet sein.

Ferner wurde bei dem Einsetzen des Aggregates beobachtet, daß etwas Leckage entlang der Kolben 8 und 15 in die Mittelkammer(n) 44, 45, 46 strömt. Diese Leckage ist zwar sehr klein, aber diese kleine Fluidmenge ging bisher dem Antrieb des Steuerwellen Treibmotors 97 verloren. Der Motor 97 und somit die Steuerwelle 17, hatten also noch nicht genau die gesollte Drehzahl. Zwar ist der Unterschied nur klein, doch verhindert er einen vollen gleichmäßigen Betrieb des Aggregates. Daher ist die Mittelkammer 44-46 mit einem Überdruckventil 414 versehen und jenseits des Überdruckventils 414, das mit der Feder 415 gespannt sein kann, wird die beschriebene Leckage durch Leitung 416 zum Eingang des Steuerwellen Treibmotors 97 geleitet. Das kann geschehen, indem man Leitung 416 mit Anschluß 411 verbindet.

Diese Maßnahme erfolgt unter der Voraussetzung, daß die Pumpe 96 genau die richtige Füllungsmenge in der Mittelkammer 44-46 aufrecht erhält. Ferner unter der Annahme, die meistens der Fall ist, daß die Leckage entlang der Kolben 5, 6 geringer, als die entlang der Kolben 8, 15 ist. Wenn aber die Pumpe 96 zu viel fördert oder die Leckage entlang der Kolben 5, 6 größer, als die entlang der Kolben 8, 15 ist, dann muß das zu viele Fluid aus der Mittelkammer 44-46 über die Leitung 413 und das Überdruckventil 414 abgeleitet werden. Dann ist die Leitung 416 nicht mit dem Anschluß 411 verbunden, sondern sie führt zurück zum Fluid Tank.

Im Rahmen der Erfindung wird auch erkannt, daß die Pumpe 96 nur bei einer bestimmten Drehzahl der Steuerwelle 17 die Leckagen genau ersetzen kann. Bei anderen Drehzahlen fördert sie entweder zu wenig oder zu viel Fluid. Dann benutzt man sie lediglich als Bremsmotor mit dem Ventil 424 und leitet die Leitung 305 nicht zur Mittelkammer 44-46, sondern zurück zum Tank. Stattdessen wird dann die Pumpe 403 mittels Anschluß 406 zur Mittelkammer 44-46 verbunden.

Bisher wurden die Zylinder 11, 12 und die Mittelkammer 44-46 durch die Pumpe 96 auf voller Füllung gehalten. Auch das führte beim Einsatz des Aggregates zu Störungen. Daher werden erfindungsgemäß die Zylinder 11 und 12 mittels einer separierten Pumpe 404 unter richtiger Füllung gehal­ ten. Die Pumpe 404 ist dann durch ihren Abfluß 407 zu den Einlässen 422 und 423 der Zylinder 12 und 11 verbunden. Entsprechend kann man jetzt unterschiedliche Vordrucke für die Zylinder 11, 12 einerseits und die Mittelkammer 44-46 andererseits erreichen und so auch unterschiedliche Fluidmengen, weil man separierte, kleine, Pumpen 403 und 404 verwendet.

Eine weitere bei den Erprobungen erkannte Störung der vollen Förde­ rung des Aggregates ist, daß in den Zylindern 11, 12 höherer Druck herr­ schen kann, als der Vordruck des Einlasses zu den Innenkammern 37 des Hochdruckteils ist. Dann werden die Membranen 58 nicht voll durchgedrückt und das Aggregat erreicht keine volle Fördermenge. Daher ist es richtig, entsprechend der gegenwärtigen Erfindung, eine "RATIO-VENTIL" nach Fig. 10 zwischen den Hochdruck Zylindern 11, 12 und den Einlässen zu den Hochdruck Innenkammern 37 anzuordnen. Das geschieht beispielsweise so, daß man den Anschluß 428 des Ratio Ventils 426 (Fig. 2) mit den Anschlüssen 422, 423 der Zylinder 12, 11 (Fig. 1) und den Anschluß 431 des Ratio Ventils mit dem Einlaß 417 der Innenkammern 37 der Hochdruck­ stufe verbindet. Im Ratio Ventil ist die Innenkammer 427 als Differentialzy­ linder mit einem kleinem Durchmesser 430 und einem größerem Durchmesser 429 ausgebildet und in ihr ist der Differentialkolben mit seinen darin pas­ senden dicken und dünnen Teilen 433, 432 axial beweglich. Der Differential­ kolben hat eine Längs- und Quer-Bohrung 434, 436 und das Gehäuse hat einen Auslaß 435. Dadurch wird erreicht, daß der Druck der Einlaßleitung zur Innenkammer 37 den Kolben in Fig. 10 nach rechts drückt und die Kolbenbohrung verschließt. Nähert sich der Druck in den Zylindern dem der Innenkammer 37 Einlässe an, dann bewirkt dieser etwas geringere Druck auf den größeren Kolbendurchmesser 433 eine Bewegung des Differentialkol­ bens in Fig. 2 nach links und dabei wird die Bohrung 434, 436 mit dem Auslaß 435 verbunden. Es fließt also etwas Fluid aus den Zylindern 11, 12 durch den Auslaß 435 des Ratio Ventils ab, so lange, bis das richtige Druckverhältnis zwischen den Zylindern und den Innenkammern beim Einlaß­ hub wieder hergestellt ist. Der Druck in den Zylindern 11, 12 bleibt so immer etwas unter dem Einlaßdruck der Innenkammern 37 der Hochdruckstufe. Die Membranen 58 werden jetzt voll durchgedrückt und das Aggregat er­ reicht die gewollte volle Fördermenge. Der Nachteil des Aggregates der Hauptanmeldung ist überwunden.

Bei Erprobung der Aggregate der Hauptanmeldung wurde ferner erkannt, daß die Dichtung zwischen den einzel­ nen Platten 81 bis 86 so gut ist, daß die bei Montage in den Innen- und Außen-Kammern 37 und 35 vorhandene Luft aus diesen Kammern nicht voll zu entweichen scheint. So sammelt sich in ihren oberen Bereichen und dort komprimiert und expandiert sie periodisch, was zu Förderverlusten des Aggregates führt. Daher werden zu den oberen Bereichen der Innen- und Außen-Kammern 37 und 35 Entlüftungs-Anordnungen nach der gegen­ wärtigen Erfindung gesetzt und eine ist beispielhaft in Fig. 1 eingezeichnet.

Entsprechend sieht man in Fig. 1 oben rechts eine durchgehend durch die Platte 86 glatte Bohrung, die in den oberen Teil der Innenkammer 37 mündet. Eingesetzt in diese Bohrung ist eine Welle, die an ihrer Spitze mit einer Radialdifferenz von unter 0,5 mm in die Bohrung eingesetzt ist. In einem Abstand von der Mündung kann die Welle verdünnt sein und an ihrem rückwärtigen Ende hat sie eine Durchmesser-Erweiterung (Kopf) die in eine Ausweitung der Bohrung eingesetzt ist und mittels einem Deckel gehalten ist. Die Planflächen der Erweiterung und des genannten Kopfes der Welle verhindern zusammen mit dem Deckel eine achsiale Bewegung der Welle 419. Die genannte enge Durchmessertoleranz der Wellenspitze in der Mündung der Bohrung ist mit 418 bezeichnet, die Erweiterungen, der Kopf, mit 420 und der Deckel mit 421. Die genannte Bohrung ist mit einer Leitung 437 versehen, die mittels Bolzen geöffnet und verschlossen werden kann. Durch Öffnung des Bolzens läßt man die Luft aus der betreffenden Kammer, z. B. 35 oder 37, des Aggregates heraus. Erfindungsgemäß wichtig ist einmal, daß die genannte Bohrung, mit der Welle 419 in ihr, in die höchste Stelle der betreffenden Kammer mündet, daß die Stirnfläche der Welle 419 genau mit der Form der Kammerwand fluchtet und daß die Durchmesser Differenz zwischen Bohrungsmündung und Wellenspitze, also die Passung 418, so eng ist, daß die Membrane 58 nicht teilweise in die Passung herein­ gequetscht werden kann. Bei 2000 bar Druck und 0,3 mm Dicke der Membrane soll die Radialdifferenz (Passung) 0,3 mm nicht übersteigen. Genauere Daten kann man aus den einschlägigen RER Berichten entnehmen.

Claims (7)

1. Aggregat, zum Beispiel Pumpe mit mehreren Förderkammern, insbe­ sondere für hohe Drucke und nicht schmierendes Fluid, bei der zwischen den die Hochdruck-Kolben treibenden Mitteldruck-Kolben und einer Mitteldruck-Pumpe ein Steuerungsmittel angeordnet ist, das dem betreffenden Mitteldruck-Kolben periodisch einen Mitteldruckstrom zuführt, während zwischen den Hochdruck- und den Mitteldruck-Kolben eine den Rückzug der Kolben bewirkende Mittelkammer angeordnet ist, nach dem Hauptpatent (Anmeldung) P 39 29 844.2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Mittel zur Verbesserung der betrieblichen Arbeits­ weise des Aggregates angeordnet ist.

2. Aggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel als Leitung 412 vom Überdruckventil 409 der Mittel­ druckpumpe 19 zum Eingang 313 des die rotierende Steuerwelle 17 treibenden Fluidmotors 97 angeordnet ist.

3. Aggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Leitung 413 von der Mittelkammer 44-46 zum Eingang 313 des die rotierende Steuerwelle 17 treibenden Fluidmotors 97 angeordnet ist.

4. Aggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei voneinander separierte Hilfspumpen 403, 404 mit voneinander räumlich getrennten Förderströmen 406, 407 angeordnet sind und einer der Förderströme zum Eingang 305 der Mittelkammer 44-46 geleitet ist, während der andere der Förderströme zu den Eingängen 422, 423 der Hochdruck-Zylinder 12, 11 verbunden ist.

5. Aggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Innenkammern 37 und den Hochdruck-Zylindern 11, 12 mindestens ein "Ratio-Ventil", zum Beispiel nach Fig. 10, ange­ ordnet ist, das den Druck in den Hochdruck-Zylindern beim Einlaßhub unter dem Druck der Außenkammern 37 bei deren Einlaßhub hält.

6. Aggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein "Ratio-Ventil" nach Fig. 10 zwischen der Mittelkammer 44-46 und der Leitung 301 zum Fluidmotor 97 angeordnet ist, das den Druck in der genannten Leitung 301, 313 zu allen Zeiten unter dem Druck der Mittelkammer 44-46 haltend, ausgebildet ist.

7. Aggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Entlüftungsleitung, deren Mündung aus einem Ringspalt 418 zwischen einer Wand einer Bohrung und dem Außendurchmesser einer Welle gebildet ist, der baulich höchst gelegenen Stelle der betreffenden Innenkammer 37 oder Außenkammer 35 der Hochdruck­ stufe des Aggregates zugeordnet ist.