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Regelbares Pumpenaggregat Die Erfindung betrifft ein regelbares Pumpenaggregat
mit einer Hochleistungspumpe, deren Förderleistung durch ein bewegliches Steuerorgan
zwischen Null und einem Maximalwert verändert werden kann. Derartige regelbare Pumpenaggregate
sind bereits bekannt, bei denen eine Hochleistungspumpe einer Hilfspumpe mit konstanter
Förderleistung zugeordnet ist, die gemeinsam mit der Hochleistungspumpe angetrieben
wird und bei der die Druckseite der Hilfspumpe mit der Saugseite der Hochleistungspumpe
verbunden ist. Diese bekannten Pumpenaggregate weisen jedoch den Mangel auf, daß
Hochleistungs- und Hilfspumpe ständig durchlaufen müssen und auch ständig gegen
den höchsten Förderdruck zu fördern haben.
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Die Erfindung geht von einem derartigen regelbaren Pumpenaggregat
aus und verbessert es dadurch, daß die Hilfspumpe mit ihrer Saug- und Druckseite
mit dem Saug- bzw. Druckstutzen der Hochleistungspumpe verbunden ist und, solange
die geforderte Förderleistung deren Leistungsfähigkeit nicht überschreitet, im Druckstutzen
einen zuvor festgelegten Druck aufrechterhält und die Hochleistlungspumpe außer
Betrieb setzt und entregt, während die Hochleistungspumpe allein dann in Betrieb
genommen wird, wenn die geforderte Förderleistung die Leistungsfähigkeit der Hilfspumpe
überschreitet und der Druck im Druckstutzen unter den zuvor festgelegten Wert absinkt.
Indem auf die geschilderte Weise die Hochleistungspumpe und die Hilfspumpe parallel
geschaltet werden, wird erreicht, daß die Hochleistungspumpe gegebenenfalls völlig
außer Betrieb gesetzt werden kann, so daß dann die Hilfspumpe allein den erforderlichen
Druck aufrechterhält. Es wird auf diese Weise ein intermittierender Betrieb der
Hochleistungspumpe ermöglicht, wodurch deren Lebensdauer wesentlich vergrößert wird.
Da die ständig angetriebene Hilfspumpe nur ein kleines konstantes Hubvolumen aufweist,
läßt sich diese Pumpe sehr stabil und dauerhaft ausbilden, ohne daß deren Herstellungskosten
wesentlich erhöht werden müßten.
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Bei derartigen Hochleistungspumpen, deren Förderleistung mit einem
beweglichen Steuerorgan zwischen Null und einem Maximalwert verändert werden kann,
sind umlaufende Radialzylinderpumpen bekannt. Diese weisen einen angetriebenen Läufer
oder Rotor auf, der eine Zylinderanordnung trägt, deren darin verschieblich gelagerte
Kolben in Abhängigkeit vom Rotorumlauf mittels eines Führungsringes hin- und herbewegt
werden, welcher zur Veränderung des Kolbenhubes mit veränderlicher Exzentrizität
gegenüber dem Rotor eingestellt werden kann. Hierbei ist es auch bekannt, die Veränderung
der Exzentrizität des Führungsringes mittels zweier radial gerichteter, sich diametral
gegenüberliegender Kolbenanordnungen vorzunehmen, von denen die eine mit dem Druckstutzen
der Pumpe verbunden ist. Eine derartige Kolbenanordnung wird vorzugsweise gemäß
der Erfindung dazu benutzt, um in Abhängigkeit von dem an dem Druckstutzen herrschenden
Druck die Hochleistungspumpe ab- oder einzuschalten.
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Zu diesem Zwecke ist die eine der beiden radial gerichteten, sich
diametral gegenüberliegenden Kolbenanordnungen ständig in an sich bekannter Weise
dem Druck des Pumpendruckstutzens unterworfen und ist bestrebt, den Führungsring
konzentrisch zum Pumpenrotor einzustellen, während die andere Zylinder- und Kolbenanordnung,
die einen größeren Durchmesser als die erstere aufweist, über eine Ventilanordnung
entweder mit dem Saugstutzen oder dem Druckstutzen verbunden wird. Hierbei wird
die Ventilanordnung vom Druck des Druckstutzens so betätigt, daß die Hochleistungspumpe
außer Betrieb gesetzt wird, wenn der Druck in dessen Druckstutzen einen zuvor festgelegten
Grenzwert überschreitet, und erst dann wieder in Betrieb gesetzt wird, wenn der
Druck unter diesen Grenzwert absinkt. Man erreicht auf diese Weise eine sehr einfache
und betriebssichere Ein- und Abschaltung der Hochleistungspumpe.
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Diese Ventilanordnung zur Steuerung des Druckes in derjenigen für
die Verschiebung des Führungsringes vorgesehenen Zylinder- und Kolbenanordnung,
die den größeren Durchmesser hat, besteht erfindungsgemäß aus einem Zylinder, der
an seinen beiden gegenüberliegenden Enden mit den Druck- und Saugstutzen der Hochleistungspumpe
verbunden ist, und einer darin gelagerten Schieberhülse mit einem Abschlußventilkörper,
der dem im Druckstützen herrschenden Druck unterworfen ist und von diesem entgegen
der Einwirkung einer Feder in eine Stellung gebracht wird,
durch
die, sofern die Kraft der Feder überwunden wird, der im Saugstutzen herrschende
Druck dem Zylinder :größeren Durchmessers zugeführt wird, so daß dann der Kolben
des diametral gegenüberliegenden Zylinders den Führungsring in eine konzentrische
Lage bringt, während dieser Ventilkörper dem Zylinder größeren Durchmessers den
im Druckstutzen herrschenden Druck zuführt, wenn der Druck im Druckstutzen geringer
wird als die Kraft der Feder. Dadurch vermag der Kolben größeren Durchmessers den
Führungsring in eine exzentrische Stellung zu bewegen und damit die Förderung durch
die Hochleistungspumpe einzuleiten.
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Weitere Verbesserungen und zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung
sind an Hand der Zeichnung erläutert, in der eine Ausführungsform der Erfindung
vereinfacht dargestellt ist. Es zeigt Fig. 1 eine Pumpe nach der Erfindung in einem
lotrechten Längsschnitt nach der Linie I-I der Fig. 6, Fig. 2 einen Querschnitt
nach der Ebene II-II der Fig. 1, Fig. 3 einen Querschnitt nach der Ebene III-III
der Fig. 1, Fig.4 einen vergrößerten Längsschnitt nach der Ebene IV-IV der Fig.
2, Fidg.5 einen vergrößerten Längsschnitt nach der Ebene V-V der Fig. 3, Fig. 6
einen Querschnitt nach der Linie VI-VI der Fig. 1, Fig.7 einen waagerechten Längsschnitt
nach der Ebene VII-VII der Fig. 6, Fig. 8 einen vergrößerten lotrechten Längsschnitt
nach der Ebene VIII-VIII der Fig. 6, Fig. 9 einem Querschnitt nach der Ebene IX-IX
der Fig. 7 und , Fig. 10 einen Querschnitt nach der Ebene X-X der Fig. 6.
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Die in der Fig. 1 dargestellte Pumpe besteht aus einem zweiteiligen
Gehäuse, von welchem der eine Teil ein Körper 10 ist und der andere einen Deckel
11 bildet, wobei diese beiden Teile durch Schrauben 12 (Fig. 6) miteinander verbunden
sind. Der Körper 10 enthält zwei Wälzlager 13 und 14, durch. welche ein Rotar oder
Läufer 15 drehbar gelagert wird. Dieser Läufer erstreckt sich über das Lager 14
hinaus außerhalb des Gehäuses, um beispielsweise durch ein genutetes Ende 16 mit
einer Kraftquelle verbunden zu werden. Die linke Endfläche 17 des Läufers ist flach
und schließt bündig mit einer ringförmigen Fläche 18 des Deckels 11 ab. Außerdem
paßt sie sich an eine Steuerplatte 19 an. Der größere Teil des Läufers 15 unmittelbar
links des Lagers enthält fünf radiale Pumpenzylinder 20, von denen jeder, wie Fig.
5 zeigt, mit einer Zylinderöffnung 21 verbunden ist, die in der Läuferendfläche
17 endet. jeder Zylinder 20 enthält einen Kolben 22, der an seinem äußeren Ende
eine Büchse aufweist, die zur Aufnahme einer Kugel 23 dient; diese ist mit einem
Schuh 24 verbunden, der sich gegen die innere Fläche eines Ringes 25 anlegt. Der
Ring 25 ist so angeordnet, daß er sich zwischen einer gegenüber dem Läufer 15 konzentrischen
Stellung, in welcher durch die Drehung des Läufers den Kolben keine Bewegung erteilt
wird, .und einer gegenüber dem Läufer exzentrischen Stellung bewegen kann, in welcher
die Kolben eine hin- und hergehende Pumpenbewegung erhalten.
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Um die Tragfläche zwischen den Kolben und dem Läufer zu vergrößern,
ist letzterer in der mittleren Kolbenebene mit einem sich auswärts erstreckenden
unterbrochenen Flansch 27 versehen. Die Schuhe 24 sind an ihren Enden geschlitzt,
wie bei 24a gezeigt, um den Flansch 27 freizulegen, wenn sich die Kolben und Schuhe
in ihren innersten Stellungen befinden.
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Wenn der Ring 25 gegenüber dem Läufer 15 exzentrisch liegt, so wird
jeder Kolben durch die Fliehkraft während einer halben Umdrehung aus seinem Zylinder
heraus- und während der anderen halben Umdrehung in seinen Zylinder hineinbewegt.
Die Steuerplatte 19 verbindet jede Öffnung 21 mit einer Einlaßbohrung während einer
halben Umdrehung, und zwar während der Zeit, in welcher sich ein Kolben im Saughub
befindet, und verbindet jede Öffnung 21 mit einer Auslaßbohrung während des restlichen
Teils der Umdrehung, wenn sich der Kolben im Druckhub. befindet.
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In Fig. 3 ist der Ring 25 so angeordnet, daß er gegenüber dem Läufer
aus einer konzentrischen Stellung um einen Stift 60 in eine exzentrische Stellung
verschwenkt werden kann. Der Stift 60 ruht in im wesentlichen halbzylindrischen,
im Körper 10 bzw. im Ring 25 vorgesehenen Nuten 61 und 62. An der diametral gegenüberliegenden
Seite stützt sich der Ring an einer Fläche 66 eines Stiftes 64 ab, der in einer
im wesentlichen halbzylindrischen, im Körper 10 vorgesehenen Nut 65 angeordnet ist.
Die Krümmung der Fläche 66 entspricht der Fläche des Ringes 25. Die miteinander
im Eingriff stehenden Flächen 66 des Stiftes 64 und des Ringes 25 sind so gekrümmt,
daß ihre Krümmungsmittelpunkte auf dem Stift 60 liegen. Die beschriebene Anordnung
ermöglicht die notwendige beschränkte Verschwenkung des Ringes 25 um den Stift 60
zwischen einer konzentrischen und einer exzentrischen Läuferstellung. Fig.3 zeigt
den Ring 25 in der maximal exzentrischen Stellung mit größter Pumpwirkung.
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Der Ring 25 wird in Abhängigkeit vom Druck am Druckstutzen 49 (Fig.
7) der Pumpe zwischen der konzentrischen und der exzentrischen Stellung selbsttätig
verschoben. Zu diesem Zweck ist der Körper 10 (Fig.3) mit zwei radialen, diametral
angeordneten Zylindern 68 bzw. 69 versehen, die gegenüber dem Stift 60 im wesentlichen
um 90° versetzt sind. Der Zylinder 68 drückt mit seinem Kolben 70 ,den Ring 25 in
die konzentrische Lage und der Zylinder 69 mit seinen Kolben 71 in die exzentrische
Lage. Wie Fig. 1 zeigt, ist :das äußere Ende des Zylinders 68 über im Körper 10
und im Deckel 11 vorgesehene, miteinander in Verbindung stehende Leitungen 80 mit
einem Überlastventilzylinder 81 verbunden. Dieser Zylinder (Fig. 6) ist über eine
Leitung 82 mit dem Druckstutzen 49 verbunden. Hierdurch wird der Förderdruck der
Pumpe jederzeit dem Zylinder 68 zugeführt, um mit dem Kolben 70 den Ring 25 gegenüber
dem Läufer in die konzentrische (nicht pumpende) Lage zu drücken.
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Der Zylinder 69 (Fig. 1 und 3) hat einen größeren Durchmesser als
der Zylinder 68, so daß der Kolben 71 bei Beaufschlagung durch den Auslaßdruck die
Wirkung des Kolbens 70 überwinden und den Ring 25 in seine exzentrische Stellung
bringen könnte. Der Auslaßdruck wird jedoch dem Zylinder 69 nicht unmittelbar, sondern
über ein Drosselventil zugeführt. Der Zylinder 69 ist über eine Bohrung 72 (Fig.
1) in Körper 10 und Deckel 11 mit einer Bohrung 73 (Fig. 6 und 8) verbunden, die
in einer Muffe 74 eines Zylinders 75 im Deckel 11 vorgesehen ist. Das linke Ende
des Zylinders 75 ist über einen Kanal 76 mit dem im Deckel 11 vorgesehenen Druckstutzen
49 verbunden. Das rechte Ende des Zylinders 75 ist über einen Kanal 77 mit
dem Ansaugraum 41 verbunden.
Die Muffe 74 enthält einen Ventilschieber
79 mit paßgerechten zylindrischen Endteilen 79a und 79b und einem dazwischenliegenden
vieleckförmigen Führungsteil 79c. Der Ventilschieber 79 wird durch eine über einen
Stößel 85 wirkende Schraubendruckfeder 84 nach links gedrückt, wie es Fig. 6 zeigt.
In der äußersten linken Stellung des Ventilschiebers 79 sind die Bohrungen 73 durch
den zylindrischen Teil 79b auf dem rechten Ende des Schiebers vom Einlaßkanal 77
getrennt. Die Bohrungen 73 sind aber durch den Schieber 79 mit dem linken Ende des
Zylinders 75 und über den Kanal 76 mit dem Druckstutzen der Pumpe verbunden, so
daß der Förderdruck der Pumpe dem Zylinder 69 (Fig. 3) zugeführt wird. Dieser Zustand.
herrscht stets, wenn der Auslaßdruck geringer ist als der vorbestimmte Höchstwert.
Wenn der Auslaßdruck zunimmt, wird die auf den Ventilschieber 79 (Fig. 6) wirkende
Kraft der Feder 84 überwunden und der Ventilschieber nach rechts bewegt, so daß
der zylindrische Teil 79a des Ventilschiebers mit der Muffe 74 abschließt und' verhindert,
daß der Auslaßdruck die Bohrung 73 beaufschlagen kann. Gleichzeitig wird der andere
zylindrische Endteil 79b des Ventilschiebers aus der Muffe 74 herausbewegt und die
Bohrung 73 mit dem Einlaßraum 41 verbunden.
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Wenn der durch die Pumpe entwickelte oder in der Leitung herrschende
Druck einen gewünschten Wert erreicht, wird somit der Druck im Zylinder 69 (Fig.1)
auf einen geringen Wert ermäßigt, so daß der Kolben 70 den Ring 25 in die konzentrische
Stellung zurückführen und die Pumpwirkung völlig unterbrechen kann.
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Um den Ring 25 in seiner exzentrischen Stellung zu halten, wenn die
Pumpe in Betrieb gesetzt wird und kein Druck darin herrscht, dient eine schwache
Schraubendruckfeder 87 hinter dem Kolben 71. Die Kraft dieser Feder 87 ist gegenüber
den Druckkräften, die während des normalen Arbeitens der Pumpe vorhanden sind, ohne
Bedeutung.
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Der Überlastventilzylinder 81 (Fig. 6) enthält eine Muffe 88, deren
rechtes Ende einen Ventilsitz für ein Kopfventil 89 bildet, das am rechten Ende
eines Ventilschaftes 90 angeordnet ist. Das linke Ende des Ventilschaftes ist mit
einem Pufferkolben 91 verbunden. Eine zwischen der Muffe 88 und dem Kolben 91 angeordnete
Schraubendruckfeder 92 drückt das Ventil 89 gegen seinen Sitz. Das rechte Ende des
Zylinders 81 ist über einen Kanal 94 mit dem Ansaugraum 41 verbunden, so daß der
im Zylinder 81 auf der linken Seite 88 herrschende Förderdruck das Ventil 89 in
öffnender Richtung beaufschlagt. Ein Öffnen erfolgt, wenn der Förderdruck die Kraft
der Feder 92 überwindet. Das Überlastventil ist so eingestellt, daß es bei einem
Druck öffnet, der wesentlich höher liegt als der Betätigungsdruck des Steuerschiebers
79 beim Abschalten der Hauptpumpe. Wenn die Hauptpumpe außer Betrieb ist und für
sie kein Bedarf besteht, arbeitet eine kleine, nachstehend beschriebene Hilfspumpe,
um den Druck im Druckstutzen aufrechtzuerhalten.
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Die Hilfspumpe ist in den Fig. 1, 2 und 4 gezeigt. Sie besteht aus
drei kleinen, radial gerichteten Pumpenzylindern 100 in Bohrungen des Körpers 10,
welcher eine Exzenterscheibe 101 auf dem Pumpenläufer 15 umschließt. Jeder Pumpenzylinder
100 ist mit einem Plunger 102 versehen, der mit einem Schuh 103 am unteren Ende
durch eine Schraubendruckfeder 104 gegen die Exzenterscheibe 101 gedrückt wird.
Jeder Pumpenzylinder 100 ruht mit einem an seinem oberen Ende vorgesehenen erweiterten
Kopf 105 in einer im ; Gehäuse vorgesehenen Ausbohrung 106, deren äußeres Ende durch
einen Stopfen 107 verschlossen ist. Der Stopfen ist mit einem Dichtungsring 108
abgedichtet und durch einen Haltering 109 gesichert. Jeder Pumpenzylinder 100 besitzt
mehrere radiale Einlaßöffnungen 111, die mit einer kleinen, im Körper 10 vorgesehenen
Bohrung 112 verbunden sind. Die Bohrung 112 steht über Kanäle 121 mit einem Ringkanal
113 in Verbindung, der durch eine im Körper 10 vorgesehene Nut und den äußeren Laufring
des Lagers 13 begrenzt wird. Dieser ringförmige Kanal 113 ist über den Kanal 114
(Fig. 6 und. 10), der sich durch das Gehäuse 10 und den Deckel 11 erstreckt, mit
dem rechten Ende des Zylinders 75 verbunden. Wie bereits beschrieben, ist das rechte
Ende des Zylinders 75 über den Kanal 77 mit dem Ansaugstutzen verbunden.
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Aus Fig. 4 ersieht man, daß die Plunger 102 bei jedem Saughub die
Einlaßöffnungen 111 freigeben und Druckmittel aus dem Ansaugstutzen über den oben
beschriebenen Weg ansaugen. Bei jedem Druckhub der Plunger 102 werden zunächst die
Einlaßöffnungen 111 überdeckt und verschlossen, worauf das im Zylinder befindliche
Druckmittel durch die Auslaßrückschlagventile 115 in die Ausbohrungen 106 unterhalb
der Stopfen 107 gedrückt wird. Alle drei Ausbohrungen sind, wie Fig.2 zeigt, durch
Kanäle 117 miteinander verbunden und die oberste Ausbohrung über einen Kanal 118,
wie Fig. 1 zeigt, an den Zylinder 68 angeschlossen, der, wie oben beschrieben, durch
den Überlastventilzylinder 81 jederzeit mit dem Druckstutzen verbunden ist.
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Die Abmessungen der Hilfspumpe werden so gewählt, daß deren Leistung
gegenüber der Höchstleistung der Hauptpumpe sehr gering ist. Die volumetrische Leistung
der Hilfspumpe ist etwas größer als die Undichtigkeitsverluste in der durch die
Pumpe gespeisten Einrichtung, so daß die Hilfspumpe, wenn kein Bedarf vorhanden
ist, in dieser Einrichtung den Maximaldruck aufrechterhält und nur ein geringer
Druckmittelüberfluß durch das Entlastungsventil ständig abgeführt wird. Fließt eine
nennenswerte Druckmittelmenge aus der Pumpe ab, so sinkt der Druck so weit, daß
die Feder 84 (Fig. 6) den Ventilschieber 79 nach links bewegen kann. In dieser Stellung
wird dem Zylinder 69 (Fig. 1) Druckmittel zugeführt und dadurch der Ring 25 in die
exzentrische Lage gebracht und die Hauptpumpe in Betrieb gesetzt.
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Wie bereits angegeben, besteht ein wichtiges Merkmal der Erfindung
darin, die Hauptpumpe vollständig zu entlasten und die Reibung auf einen sehr geringen
Wert herabzusetzen, wenn die geforderte Pumpenleistung geringer als die von der
Hilfspumpe gelieferte Leistung ist. Wenn der Ring 25 in seine neutrale Stellung
zurückkehrt, hört die Pumpe auf zu fördern, und das Rückschlagventi148 (Fig. 7)
verhindert jede Rückkehr des von der Hilfspumpe geförderten Druckmittels zu der
Hauptpumpe. Ein etwaiger in der Hauptpumpe verbleibender Restdruck wird bald durch
die unvermeidliche Undichtigkeit aufgehoben, so daß die Schuhe 24 nur durch die
in den Kolben und Schuhen durch deren Drehung erzeugte Fliehkraft gegen den Ring
25 gedrückt werden. Um die Entlastung der Hauptpumpe zu gewährleisten, kann der
Ring 25 so angeordnet sein, daß er sich etwas über die konzentrische, neutrale Stellung
hinaus bewegen kann.