DE1107085B - Hochdruck-Sternkolbenpumpe mit Nullhubregelung - Google Patents

Description

• Hochdruck-Sternkolbenpumpe mit Nullhubregelung Die Erfindung betrifft eine Hochdruck-Sternkolbenpumpe mit Nullhubregelung, bei welcher zwei auf die gleiche Druckleitung arbeitende Pumpenzylinderteile so angeordnet sind, daß das eine auf konstanten Kolbenhub fest eingestellt ist und der Kolbenhub des anderen verstellt werden kann, so daß die daraus resultierende Fördermenge veränderlich ist und bis auf Null herabgeregelt werden kann.
• Bei den bekannten Pumpen mit Nullhubregelung, deren Wirkungsweise so ist, daß das Stellglied der Pumpe zur Fördermengenregelung durch einen vom Druck der Arbeitsflüssigkeit beaufschlagten Kolben gegen die Wirkung einer Feder oder ähnliches so verstellt wird, daß bei einem bestimmten Höchstdruck Nullförderung in der Druckleitung eintritt, besteht der Mangel, daß diese Pumpen, wenn sie über eine längere Zeitspanne unter Höchstdruck bei Nullförderungen laufen müssen - wie dies beispielsweise bei Antrieben für hydraulische Pressen der Fall sein kann, wenn im Moment des Andrückens des Werkstückes durch den Tauchkolben dieser kritische Betriebszustand eintritt -, häufig heißlaufen und festfahren. Die Ursache besteht darin, daß bei dem kritischen Betriebszustand nur noch so wenig Arbeitsflüssigkeit von der Pumpe gefördert wird, wie an Leckmenge an den Spalten der Druckräume austritt bzw. wie zur Aufrechterhaltung des Höchstdruckes der Arbeitsflüssigkeit in der Druckleitung erforderlich ist.
• Dieses an den Spalten unter hohem Druck herausgepreßte Lecköl verursacht infolge gegebener Drosselwirkung eine erhebliche örtliche Wärmebildung und die - wie die Erfahrung gezeigt hat - bei längerer Laufzeit solcher Pumpen bei Höchstdruck und Nullförderung nicht beherrscht werden kann, weil die nachgesaugte Frischflüssigkeitsmenge für eine ausreichende Kühlung zu gering ist und wodurch es infolgedessen häufig zum Heißlaufen und Festfressen der Pumpen führt.
• Bei einer anderen bekannten Konstruktion ist es praktisch nur möglich; den Laufzapfen des Mittelzapfens zu kühlen, da nur dessen Saug- und Druckkanäle von der Druckflüssigkeit durchflossen werden, dabei ist zu erkennen, daß diese Anordnung auch keine vollkommene Lösung des Wärmeproblems darstellt.
• Zur Vermeidung dieses Mangels ist bereits vorgeschlagen worden, um. die Erwärmung solcher Pumpen in erträglichen Grenzen zu. halten, durch die Pumpe einen zusätzlichen Kühlflüssigkeitsstrom von einer separaten Hilfspumpe zu leiten. Der erhebliche Kosten- und Platzaufwand für eine solche Hilfspumpe spricht jedoch gegen diese Methode.
• Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine Hochdruck-Sternkolbenpumpe mit Nullhubregelung zu schaffen, die bei Höchstdruck und Nullförderung in der Druckleitung noch selbst ohne nennenswerte zusätzliche Leistungsaufnahme eine so große Frischflüssigkeitsmenge durch sich hindurchpumpt, welche zu Eigenkühlung ausreicht und eine längere Laufzeit der Pumpe beim kritischen Betriebszustand gewährleistet.
• Das wird ermöglicht unter Ausnutzung der bekannten Pumpensysteme mit Nullhubregelung, bei welchen zwei auf die gleiche Druckleitung arbeitende Pumpenteile so angeordnet sind, daß das eine auf konstanten Kolbenhub fest eingestellt ist und das andere in Abhängigkeit vom Druck der Arbeitsflüssigkeit in seiner Phase so verstellbar ist, daß es die vom fest eingestellten Pumpenhub geförderte Arbeitsflüssigkeit in sich aufnehmen kann.
• Erfindungsgemäß ist für jedes der beiden Pumpenteile eine separate Saugleitung vorgesehen. Dadurch wird erreicht, daß bei Eintritt des kritischen Betriebszustandes also bei Höchstdruck und Nullförderung in der Druckleitung die vom fest eingestellten Pumpenteil geförderte und von dem in seiner Phase entgegengesetzt verstellten anderen Pumpenteil geschluckte Arbeitsflüssigkeit über die Saugleitung des letzteren zum Sammelbehälter zurückfließen kann. Vorzugsweise beträgt die dabei zirkulierende Flüssigkeitsmenge nahezu die Hälfte der maximalen Fördermenge der Pumpe. Dabei findet nahezu keine zusätzliche Leistungsaufnahme statt, denn der in seiner Phase bei Höchstdruck und Nullförderung in der Druckleitung verstellte Pumpenteil, der die vom fest eingestellten Pumpenteil geförderte Arbeitsflüssigkeit unter Druck schluckt, wirkt sozusagen als Motorteil und gibt die aufgenommene Energie wieder auf die gekuppelte Antriebswelle ab.
• Es ist also erreicht worden, daß ohne zusätzlichen Aufwand - etwa beispielsweise einer Hilfspumpe -mit derselben Pumpe, welche die Arbeitsflüssigkeit fördert, bei Eintreten des kritischen Betriebszustandes - bei Höchstdruck und Nullförderung in der Druckleitung - noch eine zur Eigenkühlung ausreichende große Frischflüssigkeitsmenge über den Sammelbehälter zirkulierend durch die Pumpe hindurchgepumpt wird und somit eine längere Laufzeit der Pumpe bei hohen Betriebsdrücken und Nullförderung in der Druckleitung gewährleistet.
• Im folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Hochdruck-Sternkolbenpumpe mit Nullhubregelung beschrieben. Die Zeichnung zeigt in Fig. 1 einen Längsschnitt durch - die Hochdruck-Sternkolbenpumpe, Fig. 2 einen Schnitt A-B zu Fig. 1, Fig. 3 einen Schnitt C-D zu Fig. 1, Fig. 4 einen Schnitt E-F zu Fig. 1.
• Die Hochdruck-Sternkolbenpumpe mit Nullhubregelung besteht im wesentlichen aus einem Gehäuse, in welchem die Welle 1 drehbar gelagert ist, die mit den beiden miteinander gekuppelten Pumpensternen 2 und 3, welche drehbar auf dem im Gehäuse festsitzenden gemeinsamen Mittelzapfen 4 angeordnet sind, über eine Kreuzscheibenkupplung 5 in Verbindung steht. In den Pumpensternen befinden sich die radial angeordneten Kolben 6, deren Hubbewegung durch die Trommeln 7 und 8 gegeben ist. Die Trommel 7 wird durch den Steuerkolben 16 und die Feder 9 im Bereich zwischen -f- e2 über 0 bis - e2 bewegt. Der Zylinderraum des Steuerkolbens 16 steht mit der gemeinsamen Druckleitung 10 der geförderten Arbeitsflüssigkeit über die Leitung 11 in Verbindung. Die verstellbare Anschlagschraube 12 begrenzt die Schwenkung der Trommel 7 nach +e2. Die Trommel 8 wird in ihrer Stellung -f- e 1 durch die Schrauben 13 und 14 fest eingestellt. Um den gemeinsamen Zapfen 15 können die Trommeln schwingend bewegt werden. Über die Leitungen 17 und 24 steht die Pumpe mit dem nicht gezeichneten Sammelbehälter in Verbindung, während Leitung 10 die Druckleitung für die von der Pumpe geförderten Arbeitsflüssigkeit also die Leitung zur Verbraucherstelle darstellt. Die Steuerung der Arbeitsflüssigkeit in den Zylinderräumen der beiden Pumpensterne geschieht vermittels des feststehenden Steuerzapfens 4, indem dessen Steuerflächen die Zylinderräume jedes Pumpensternes jeweils in zwei Zonen trennt und wobei die Zu- und Ableitung der Arbeitsflüssigkeit über Längskanäle im Steuerzapfen erfolgt. Beim Pumpenstern 2 stehen die Zylinderräume in der oberen Zone über die Kanäle 22 und 23 mit der Leitung 24 in Verbindung, während die Zylinderräume in der unteren Zone über die Kanäle 21 und 20 mit der Leitung 10 verbunden sind. Beim Pumpenstern 3 stehen die Zylinderräume in der unteren Zone über den Kanal 18 mit der Leitung 17 in Verbindung, während die Zylinderräume in der oberen Zone über den Kanal 19 an die Leitung 10 angeschlossen sind.
• Die Wirkungsweise der Hockdruck-Sternkolbenpumpe mit Nullhubregelung ist folgende: Werden durch Rotation der Welle 1 über die Kreuzscheibenkupplung 5 die gekuppelten Pumpensterne 2 und 3 in Umdrehung versetzt, so wird infolge Fliehkraftwirkung der Kolben 6 zunächst von jedem der beiden Pumpensterne 2 und 3 gesondert Arbeitsflüssigkeit angesaugt, und zwar vom Pumpenstern 2 über die Kanäle 22, 23 und 24 und vom Pumpenstern 3 über die Kanäle 17 und 18, und diese sodann vom Pumpenstern 2 über die Kanäle 20 und 21 und vom Pumpenstern 3 über den Kanal 19 in die gemeinsame Druckleitung 10 gedrückt. Dieser einer bestimmten Fördermenge entsprechende Zustand dauert aber nur so lange, wie der vom Druck der Arbeitsflüssigkeit aus Leitung 10 über Leitung 11 beaufschlagte Steuerkolben 16 nicht imstande ist, die Kraft der Feder 9 zu überwinden. Steigt aber der Druck der Arbeitsflüssigkeit in Leitung 10 über ein bestimmtes Maß an, so erfolgt dann infolge der Arbeitscharakteristik der Feder 9 nahezu proportionale Verstellung der Trommel 7 zum steigenden Druck von +e2 über Nullexzentrizität nach --e2:- Dadurch nimmt auch die nutzbare Fördermenge in der Druckleitung 10 nahezu proportional zum steigenden Arbeitsdruck ab und erreicht im konkreten Arbeitsfalle, wenn in der Druckleitung 10 keine Arbeitsflüssigkeit mehr fließen kann (etwa wenn z. B. bei einer angetriebenen hydraulischen Presse der Pressenstempel auf das Werkstück aufsetzt), bei einem bestimmten Höchstdruck den Wert Null. Sobald nämlich die Trommel 7 über ihre Nullage hinaus nach -e2 verstellt wird, ändert der Pumpenstern 2 seine Förderrichtung und nimmt demgemäß vom Pumpenstern 3 geförderte Arbeitsflüssigkeit über die Kanäle 20 und 21 in sich auf, so daß er also im geschilderten konkreten Falle nahezu die gesamte vom Pumpenstern 3 mit der fest eingestellten Trommel 8 geförderte Arbeitsflüssigkeit schluckt. Eine geringe Menge der Druckflüssigkeit tritt an den Spalten der Druckräume als Leckagen aus. Die vom Pumpenstern 2 geschluckte Arbeitsflüssigkeit, welche nahezu 5001o der maximalen Fördermenge der Hochdruck-Sternkolbenpumpe beträgt, wird jetzt von diesem über die zuerst zum Saugen dienenden Kanäle 22, 23 und 24 drucklos zum Sammelbehälter zurückgepumpt. Damit ist erreicht worden, daß beim kritischen Betriebszustand, nämlich bei Höchstdruck und Nullförderung in der Druckleitung 10, eine ausreichend große Frischflüssigkeitsmenge durch die die Wärmebildung der Pumpe ausgesetzten Teile wie Mittelzapfen und Pumpenstern 2 und 3 hindurchgeleitet wird, was erheblich zur Ableitung der Wärme bzw. zur Kühlung der Pumpe beiträgt.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Hochdruck-Sternkolbenpumpe mit Nullhubregelung, bei welcher zwei auf die gleiche Druckleitung fördernde gleichartige Pumpenteile so angeordnet sind, daß der eine auf konstanten Kolbenhub fest eingestellt ist und der Kolbenhub des anderen verstellt werden kann, so daß die daraus resultierende Fördermenge veränderlich ist und bis auf Null in Abhängigkeit vom Druck der Arbeitsflüssigkeit herabgeregelt werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß zwei an sich bekannte separate Saugleitungen (17, 24) vorhanden sind, von denen die eine (17) dem Pumpenteil (P 1) mit konstantem Kolbenhub ständig als Saugleitung und die andere (24) dem Pumpenteil (P2) mit verstellbarem Kolbenhub in an sich bekannter Weise wechselweise als Saugleitung oder als Rückförderleitung zum Sammelbehälter zugeordnet ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 859 993, 576 619; USA.-Patentschrift Nr. 2 369 867.