Kolbenpumpe für Flüssigkeiten. Die Erfindung betrifft eine Kolbenpumpe für Flüssigkeiten.
In manchen Fällen haben Pumpen dieser Art gegen einen ständig zunehmenden Ge gendruck zu arbeiten, bis eine festgesetzte maximale Druckhöhe hinter dem Auslass- ventil, vom Zylinder aus gesehen, erreicht worden ist. Dann muss die Fördermenge der Pumpe entweder abgeleitet oder durch ein Sicherheitsventil abgelassen werden, oder man ist genötigt, die Pumpe stillzulegen.
Unter Hochdruck wird im folgenden ein Druck von 400 kg/em@ und höher, unter Niederdruck ein Druck unter 25<B>kg</B> /cm' ver standen; unter Schnellauf eine Hubzahl von 500 bis ca. 1500/min., unter Langsamlauf eine Hubzahl unter 500 /min.
Die Erfindung bezweckt die Vermeidung der üblichen Ableitung oder eines Sicherheits ventils, in der Weise, dass die Pumpe zwar weiter arbeitet, aber aufhört Flüssigkeit vom Pumpzylinder zu entsenden, wenn der fest gesetzte Maximaldruck hinter dem Auslass ventil erreicht ist. Falls aber beispielsweise der Druck infolge Undichtheit fällt, wird die Pumpe automatisch den Verlust ausgleichen, so dass zum Beispiel im Fall ihrer Anwen dung bei einer hydraulischen Ballenpresse feste Arretierungen am Ende des Pressganges ohne Schaden gebraucht werden können, wo bei die Pumpe den Ballen unter Druck hält, bis er fest umdrahtet ist.
Bei einer bevorzug ten Ausführungsform der Erfindung ist die Pumpe mit hin- und hergehenden Kolben von hoher Geschwindigkeit ausgerüstet, und ihre Fördermenge verändert sich automatisch mit dem Druck, so dass innerhalb eines weiten Druckbereiches der Kraftverbrauch relativ konstant bleibt, indem die eingeschlossene Flüssigkeit bei einem festgesetzten Maximal druck hinter dem Auslassventil in eine Pump kammer gep-resst wird, und der Kolben die eingeschlossene Flüssigkeit komprimiert, ohne dass diese Flüssigkeit gefördert wird.
Die Erreichung des gleichen Zweckes ist bereits versucht worden durch das Anbringen eines Gefässes, das mit Flüssigkeit gefüllt wird und in ständig offener Verbindung mit dem Zylinder einer bekannten hydraulischen Pumpe steht. Dabei war der Rauminhalt des Gefässes so bestimmt, dass die Verdrängung durch den Kolben einen nicht höheren als den zum voraus bestimmten maximalen Druck innerhalb des Zylinders erzeugte.
Bei dieser letzteren Ausführungsform be steht die Verbindung zwischen dem Gefäss und dem Plimpzylinder in einer verhältnis mässig langen und engen Röhre, die in ihrer Längsachse eine rechtwinklige Biegung auf weist.
Aus den Versuchen. die mit Pumpen mit hin- und hergehenden Kolben gemacht wur den, die mit einem derartigen Gefäss versehen -aren, hat sieh ergeben, da.ss diese Anordnung Unbrauchbar ist für eine Pumpe, von der ver langt wird, dass sie eine grössere Menge Flüssigkeit bei niedrigem Druck fördert.
Es wurde gefunden. dass die Luft. die normaler- < < eise in der Flüssigkeit gelöst ist. im Pump- zvlinder frei wird. wenn der Druck sinkt. Die so frei gewordene Luft, findet ihren Weg in den horizontalen Teil des etwas verengten Rohres, das den Pumpzylinder mit dem oben erwähnten Gefäss verbindet.
Wenn nun der Druck, gegen den die Pumpe beim Föderhub zu fördern hat, ansteigt, wird die Flüssigkeit im Pumpzylinder komprimiert und längs des horizontalen Rohres um die reehtwinlrlir;e Biegung in das Gefäss gepresst, wobei die Luft mitgenommen wird. Beim Ansteigen des Druelzes, gegen den die Pumpe zu arbeiten hat, wird diese Luft wieder innerhalb des Gefässes in der Flüssigkeit gelöst, so dass sieh die Kompressibilität des Gefässinhaltes nicht stark verändert, und die Pumpe daher bei hohem Druck zufriedenstellend arbeitet.
So bald aber der Druck, gegen den die Pumpe arbeitet. nachlässt, wird die Luft in dem Ge fäss aus der Flüssigkeit entweichen, sich in der Biegung des verengten Durchgangrohres ansammeln und ein Luftkissen zwischen dem Gefäss und dem Pumpzylinder bilden. Dieses Luftkissen setzt die Fördermenge der Pumpe bei niedrigem Drucke sehr stark herab und die Pumpe wird bei niedrigem Druck relativ wenig fördern, da sich immer mehr Luft in diesem Durchgang ansammelt. Anderseits wird die Pumpe, wenn das Auslassventil voll ständig geschlossen bleibt, genügend Druck in dem Gefäss erzeugen, um die Luft wieder in Lösung zu zwingen.
Also wird eine solche schnellaufende Pumpe zufriedenstellend ar beiten bei Drucken, die dem Maximum nahe stehen, wenn die Fördermenge der Pumpe verhältnismässig unbedeutend ist, aber die Pumpe arbeitet bei niedrigem Druck relativ schlecht.
Es wurde gefunden, dass für eine zufrie- denstellende Leistung einer schnellaufenden Hochdruckkolbenpumpe folgende Bedingun gen eingehalten werden müssen: Das mit dem Zylinder verbundene Gefäss muss in bezug auf das Auslassvent.il der Pumpe so angebracht sein, dass irgendwelche L iifl. die sieh im Gefäss befindet, selbsttätig zum Aiisliissventil getrieben wird, um dort durch die Pumpe ausgetrieben zu werden. Die Luft kann dabei dem Auslassventil in einer der zwei folgenden Arten zugeführt werden.
A. Sie kann nur infolge ihres geringen spezifischen Gewichtes durch die Flüssigkeit in dem Gefäss zum Auslassventil emporsteigen. In diesem Fall muss das Gefäss vertikal oder schräg nach oben und unterhalb des Pump zylinders angebracht sein, wobei die Auslass- öffnung des Gefässes dem Auslassventil am Zylinder gegenüberliegt.
B. Sie kann durch die gepumpte Flüssig keit mitgeseheppt werden, wobei das Auslass- ventil der Pumpe am äussern, d. h. am vom Zylinder abgekehrten Ende des Gefässes an gebracht sein muss. In diesem Fall kann das Gefäss in jeder Neigung zwischen vertikal und horizontal entweder in gleicher Höhe mit dem Pumpzylinder oder ober- oder unter halb des Pumpzylinders angebracht sein.
Um die Fördermenge der Pumpe zu regu lieren, ist die Anwendung einer Zusatzkam- mer, die in Verbindung mit dem Pumpzylin- der steht, bei einer langsam laufenden Pumpe mit hin- und hergenhenden Kolben, d. h. einerPumpe mit einerHubzahl unter 500/min. (also zum Beispiel 50-100 Umdrehungen pro Minute), tatsächlich unmöglich, da bei der grossen Verdrängung solcher Pumpen die Zusatzkammer relativ sehr gross sein müsste.
Im Falle einer schnellaufenden Pumpe mit 1500 Umdrehungen pro Minute zum Beispiel würde die Kolbenverdrängung 1/10 derjeni gen einer äquivalenten (gleicher Leistung) Pumpe betragen, die mit 150 Umdrehungen pro Minute läuft. Infolgedessen würde die schnellaufende Pumpe eine Zusatzkammer von nur 1/"o des Rauminhaltes einer langsam laufenden Pumpe von gleichem Druck be nötigen. Wenn natürlich die langsam lau fende Pumpe bei einem niedrigeren Druck arbeitet, muss die Grösse der Zusatzkammer entsprechend grösser sein.
Vorzugsweise sollte der Kolben den Zy linder beim Entleerungshub fas vollständig ausfüllen.
Gegenstand der Erfindung ist eine Kol benpumpe für Flüssigkeiten, gekennzeichnet durch eine den schädlichen Raum des Zylin ders vergrössernde Kammer, die an den Zy linder angeschlossen ist, und durch eine derar tige Anordnung des. Auslassventils gegenüber der Kammer, dass in der Kammer enthaltene Gase selbsttätig dem Auslassventil zuströmen, wobei durch den vergrösserten schädlichen Raum die Fördermenge reguliert wird und der Kolben bei einem vorbestimmten maxi malen Druck hinter dem Auslassventil die eingeschlossene Flüssigkeit komprimiert, ohne dieselbe zu fördern.
Damit die Erfindung verstanden und rich tig ausgeführt wird, soll im folgenden eine beispielsweise Ausführungsform derselben gezeigt werden, bei der ein Gefäss verwendet wird, das an allen Seiten geschlossen ist mit Ausnahme der Seite, die an dem Zylinder an geschlossen ist, und eine andere beispiels weise Ausführungsform, bei der :die Pumpe durch das Gefäss fördert. Fig. 1 ist ein vertikaler Längsschnitt durch eine schnellaufende Hochdruckpumpe mit hin- und hergehendem Kolben und einem geschlossenen, vertikal angebrachten Gefäss.
Fig. 2 ist ein ähnlicher Schnitt, stellt aber eine Ausführungsform dar, bei der das Auslassventil am äussern Ende des Gefässes angebracht ist, die Kammer also zwischen Pumpzylinder und Auslassventil liegt, so dass das Innere des Gefässes einen Teil des Ausströmungsweges der komprimierbaren Flüssigkeit in der Pumpe darstellt.
Bei beiden Beispielen ist die Pumpe von der Art, wie sie in den Ausführungen der Patentschrift Nr. 205288 beschrieben worden ist, bei der also der Kolben den Pumpenzy linder am Ende jeden Hubes fast vollständig ausfüllt, so dass der Zylinder vor jedem neuen Ansaughub sozusagen vollständig geleert wird.
In den Zeichnungen bedeutet a den eine Zy linderbohrung enthaltenden Pumpblock, b den Kolben, c die Pumpzylinderbohrung, d ein pilzförmiges Einlassventil, das am einen Ende des Pumpzylinders angebracht ist, so dass es dem Kolbenboden gegenüber liegt, feine dem Zylinder angeschlossene Kammer, die hier durch ein abnehmbares Gefäss gebildet ist, K einen geraden und freien Durchlauf bezw. Öffnung, der das Innere des Gefässes f mit der Pumpzylinderbohrung verbindet, h ein Rollen- oder Kugellager,
das direkt auf einer Exzenterscheibe i montiert ist, um den Hin- und Hergang des Kolbens zu bewirken und J Bohrungen zur Aufnahme d .er Federn, die den Kolben bei jedem Ansaughub :heben.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausfüh rungsbeispiel ist das Gefäss f, durch welches der schädliche Raum des Zylinders vergrössert wird, lotrecht unter dem horizontalen Pump zylinder angeordnet, so dass im Gefäss. befind liche Luft automatisch zum Auslassventil strömt, resp. aufsteigt, um durch die Pumpe ausgestossen zu werden.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist das Gefäss f lotrecht über dem horizon talen Pumpzylinder angeordnet und trägt an seinem obern resp. äussern Ende das Auslass- ventil der Pumpe.
Dadurch wird die Flüssig keit innerhalb des Gefässes ständig gewechselt und führt die Gase dem Auslassventil selbst tätig zu, denn das Innere des Gefässes stellt einen Teil des Ausströmungsweges dar, durch den die Pumpe bei jedem Förderhub die Flüs sigkeit hindurchtreibt. Das Verbleiben von Gasen innerhalb des Gefässes von vorbestimm tem Fassungsvermögen oder des etwas ver engten Durchganges g wird so verunmöglicht oder wenigstens auf einen verschwindend geringen Betrag beschränkt.
Eine der Hauptanwendungen der darge stellten Pumpen ist diejenige in Verbindung mit einer hydraulischen Ballenpresse und um den Gebrauch und die Arbeitsweise einer solchen Pumpe zu erklären, wird im folgen den eine solche Anlage beschrieben.
Bei Verwendung dieser Pumpe ist die hy draulische Presse von normaler Bauart, ausser dass das Steuerventil keine Mittelstellun- einnimmt, da die Pumpe, wenn der Ballen vollständig gepresst ist, immer noch weiter läuft, um den Presszylindern Flüssigkeit zu zuführen, wobei feste Anschläge angebracht sind, die ein weiteres Zusammenpressen der Ballen verhindern. Bei der Anwendung der bisher üblichen Pumpe müsste man die ge förderte Flüssigkeit entweder aus der Presse abführen oder durch ein Sicherheitsventil entweichen lassen, oder aber die Pumpe müsste gestoppt. werden.
Die übliche langsamlaufende Pumpe ar beitet mit einem oder mehreren hin- und her gehenden Kolben, wobei jeder Zylinder einen sehr grossen Rauminhalt besitzt, ver- tn <B>0</B> iehen mit demjenigen der dargestellten Pumpe mit dem Zusatzgefäss F. Infolgedessen muss der Kolben, wenn der Druck in den Presszylinder ansteigt, eine. grosse Flüssig keitsmenge im Pumpzylinder zuerst kompri mieren, bevor das Auslassventil geöffnet wird und Flüssigkeit zum Ballenpresszylinder ge fördert wird.
Die Menge der bei jedem Kol- benstoss geförderten Flüssigkeit wird in dem Masse herabgesetzt, wie die Flüssigkeit kom primiert werden muss, um dem Druck im Ballenpresszylinder zu überwinden und das -Auslassventil zu öffnen.
Der vergrösserte schädliche Raum. durch den die Fördermenge reguliert wird, ist bei der dargestellten Pumpe im Verhältnis zur Kolbenverdrängung so ein gestellt, dass wenn der vorbestimmte Maxi maldruck hinter dem Auslassventil erreicht ist, der ganze Hub des Kolbens gerade aus reicht um die eingeschlossene Flüssigkeit auf den festgesetzten Druck zu komprimieren, aber nicht mehr ausreicht, um (las Auslass- ventil der Pumpe gegen den schon erreichten Druck im Ballenpresszylinder zu öffnen.
Es wird also nicht mehr gefördert. Das heisst. wenn der Kolben fortfährt., hin- und herzu gehen. wird die Flüssigkeit im Pumpzylinder und der Kammer entsprechend komprimiert und sich dann wieder ausdehnen, so dass die Energie (mit.
Ausnahme des Reibungsver lustes), die znr komprimierung der Flüssig keit verbraucht wird, beim Rückwärtsgehen des Kolbens zurückgegeben wird. indem sich die Flüssib-keit wieder ausdehnt. Wenn also der Ballen vollständig gepresst ist und der Presstisch wegen der festen Anschläge, nicht mehr weiter pressen kann, so ist der vorbe stimmte Maximaldruck erreicht und die Pumpe fährt fort, bei voller Geschwindigkeit zu laufen, ohne dass irgendwelche Flüssig keit in den Ballenzylinder gefördert wird.
Die Leistung, die jetzt notwendig ist, um die Pumpe bei 1llaximaldruck laufen zu lassen, hat nur den Reibungsverlust zu decken. Da keine weitere Förderung von Flüssigkeit. durch die Pumpe mehr stattfindet, ist also keine I\otwendi;keit vorhanden. ein Sicher heitsventil oder eine andere Art eines Ab flusses anzubringen. Es ist klar, dass die Fördermenge der Pumpe durch den ver grösserten schädlichen Raum in dem Masse abnimmt, d. h. reguliert wird, wie der Druck bis zur Maximalhöhe ansteigt, so dass die notwendige Kraft zum Antrieb der Pumpe über ein weites Druckgebiet praktisch kon stant bleiben kann.
In Fällen, in denen es wünschenswert ist. da.ss die Fördermenge der Pumpe bis zur Er reichung eines beztimmten, unter dem maxi malen Förderdruck liegenden Mitteldruckes konstant bleibt, können Ventile vorgesehen werden, die den Pumpenzylinder von der Zu satzkammer abschliessen, um die volle För- derfähigkeit der Pumpe auszunützen, ohne Förderschwankungen infolge Druckzunahme, bis der oben erwähnte Mitteldruck erreicht ist,
bei welchem das oben erwähnte Ventil die Verbindung zwischen dem Pumpzylinder und der Zusatzkammer herstellt, wobei dieses Ventil zweckmässig automatisch betätigt wird. Ferner kann vorteilhaft der Rauminhalt des Gefässes, durch das der schädliche Raum vergrössert wird. durch passende Mittel vari iert werden, zum Beispiel durch das An bringen eines axial einstellbaren Kolbens, so dass der maximale Druck variiert werden kann, bei dem die Pumpe nichts mehr fördert.