DE29814040U1 - Kolbenpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kolbenpumpe zur Fluidförderung.

Kolbenpumpen werden in einer Vielzahl von Anwendungen zur Fluidförderung verwendet. Das Zylindergehäuse weist zu der einen Seite des Kolbens eine Pumpkammer mit einem Fluideinlaß und einem Fluidauslaß auf, wobei der Einlaß und der Auslaß jeweils mit Rückschlagventilen versehen sind, wodurch eine Flußrichtung vorgegeben ist. Der Kolben wird in der Regel durch eine Kolbenstange in axialer Richtung hin- und herbewegt, wodurch Fluid durch den Fluideinlaß in die Pumpkammer angesaugt und anschließend durch den Fluidauslaß abgepumpt wird. Der mechanische Antrieb des Kolbens erfordert neben der Kolbenstange häufig weitere mechanische Elemente, wie beispielsweise ein Getriebe oder eine Kupplung, so daß der Kolbenantrieb sehr aufwendig, stör- und verschleißanfällig ist.

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Aufgabe der Erfindung ist des, den Antrieb einer Kolbenpumpe zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Das Zylindergehäuse der Kolbenpumpe weist gemäß der Erfindung eine Steuerkammer mit einem Unterdruckanschluß und einem Belüftungsanschluß auf, wobei der Unterdruckanschluß und der Belüftungsanschluß durch eine Ventilvorrichtung gesteuert werden. Der Kolben der Kolbenpumpe ist in dem Zylindergehäuse frei schwimmend ausgebildet und ist mit einem Federelement in Richtung der Pumpkammer axial vorgespannt. Der Kolben wird also bei Steuerkammer-Unterdruck gegen die Federkraft des Federelementes in Richtung der Steuerkammer bewegt.

Der Antrieb des Kolbens erfolgt in zwei Arbeitstakten: In einem ersten Arbeitstakt wird der Unterdruckanschluß der Steuerkammer durch die Ventilvorrichtung geöffnet, so daß die Steuerkammer mit Unterdruck beaufschlagt wird. Dadurch wird der Kolben entgegen der Federkraft des Federelementes in Richtung der sich verkleinernden Steuerkammer angesaugt, wobei gleichzeitig das Volumen der Pumpkammer vergrößert und dadurch Fluid in die Pumpkammer angesaugt wird. Sobald der Kolben in einer Kolbenendposition mit minimalem Steuerkammevolumen und maximalem Pumpkammervolumen angekommen ist, beginnt der zweite Arbeitstakt: Durch die Ventilvorrichtung wird der Belüftungsanschluß der Steuerkammer geöffnet und ggf. der Unterdruckanschluß der Steuerkammer geschlossen, so daß der Kolben nun durch die Federkraft des Federelementes in Richtung der Pumpkammer bewegt wird,

wobei gleichzeitig das angesaugte Fluid aus der Pumpkairaner durch den Fluidauslaß herausgedrückt wird. Wenn der Kolben die zweite Endposition erreicht hat und damit die Fluid-Pumpkammer leergepumpt ist, wird durch die Ventilvorrichtung der Belüftungsanschluß wieder geschlossen und der Unterdruckanschluß geöffnet, so daß ein weiterer Pumpzyklus beginnen kann. Durch den Unterdruck in der Steuerkammer des Zylindergehäuses wird also sowohl das Fluid über den Kolben in die Pumpkammer angesaugt, als auch das Federelement zur Speicherung von Bewegungsenergie angespannt. Im zweiten Arbeitstakt wird die Steuerkammer mit atmosphärischem Umgebungsdruck beaufschlagt, so daß die in dem angespannten Federelement gespeicherte Energie den Kolben in Richtung der zweiten Endposition zurückdrückt. Dabei wird das in der Pumpkammer angesaugte Fluid wieder aus der Pumpkammer herausgedrückt. ,

Der Antrieb der Kolbenpumpe erfolgt nicht mehr durch mechanische Bauelemente, wie Getriebe, Kupplung, Kolbenstange, etc., sondern ausschließlich durch Unterdruck und Federkraft. Damit ist ein sehr einfacher Antrieb für die Kolbenpumpe geschaffen, der nur einige wenige einfache Bauteile erfordert, so daß eine zuverlässige und preiswert herstellbare Kolbenpumpe realisiert ist.

Vorzugsweise weist der Zylinderkörper einen Kolben-Positionsgeber auf, der an einer Kolben-Endposition durch den Kolben betätigt wird und ein Umschalten der Ventilvorrichtung auslöst. Durch Auslösen des Positionsgebers wird ein Arbeitstakt des Kolbens beendet und ein Umschalten der Ventilvorrichtung zur Einleitung des fol-

genden Arbeitstaktes ausgelöst. Beispielsweise kann der Positionsgeber in der Endposition des Kolbens nach dem Ansaugtakt angeordnet sein, so daß der Positionsgeber bei vollständig angesaugtem Kolben und gespanntem Federelement den Belüftungsanschluß öffnet und damit den Pumptakt der Kolbenpumpe auslöst. Der Pumptakt der Kolbenpumpe wird nach einer vorbestimmten Zeit beendet und der Ansaugtakt wieder begonnen. Der Positionsgeber kann jedoch auch in der anderen Endposition beim Beenden des Pumptaktes betätigt werden und durch Öffnen des Unterdruckanschlusses den Ansaugtakt der Kolbenpumpe auslösen. Vorzugsweise sind zwei Kolben-Positionsgeber an beiden Kolbenendpositionen vorgesehen, die wechselseitig ein Umschalten der Ventilvorrichtung auslösen. Der Positionsgeber kann elektrisch ausgebildet sein, wobei die Auswertung der Positionsgebersignale und die Steuerung der Ventilvorrichtung durch eine Steuervorrichtung erfolgt. Alternativ kann der Positionsgeber auch mechanisch ausgebildet sein und mechanisch derart mit der Ventilvorrichtung gekoppelt sein, daß diese durch den Positionsgeber bei Betätigung durch den Kolben umgeschaltet wird.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Federelement eine Druckfeder in der Steuerkammer zwischen dem Kolben und dem Zylindergehäuse. Vorzugsweise weist der Kolben eine konkave Ausnehmung auf und ist die Druckfeder spiralförmig ausgebildet, so daß die Druckfeder in zusammengedrücktem gespanntem Zustand teilweise die konkave Kolben-Ausnehmung ausfüllt. Dadurch wird eine sehr platzsparende Ausbildung des Federelementes in dem Zylindergehäuse realisiert, mit der der Kolbenhub nicht beeinträchtigt wird.

Vorzugsweise hat der Hubraum des Kolbens ein definiertes Volumen zum Fördern einer definierten Fluidmenge bei einem Kolbenhub. Dadurch kann die Kolbenpumpe auch als Dosiervorrichtung zum genauen Dosieren von Fluidmengen eingesetzt werden.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Pumpe in einem Fahrzeug mit Verbrennungsmotor zum Pumpen von Schmieröl vorgesehen, wobei die Unterdruckleitung mit dem Ansaugtrakt des Motors, der Fluideinlaß mit einem Ölvorratsbehälter und der Fluidauslaß mit einem Ölverbraucher verbunden ist. Auf diese Weise ist eine einfache Nachfüllvorrichtung zum automatischen Nachfüllen von Schmieröl des Motors realisierbar.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. <·

Es zeigen:

Fig. 1 eine im Längsschnitt dargestellte Kolbenpumpe und

Fig. 2 die Kolbenpumpe der Fig. 1 als Schmieröl-Nachfüllvorrichtung eines Fahrzeugmotors.

In den Fign. 1 und 2 ist eine Kolbenpumpe 10 zur Fluidförderung dargestellt, die einen frei schwimmenden Pumpkolben 12 in einem Zylindergehäuse 14 aufweist. Wie in Fig. 1 gezeigt, unterteilt der Pumpkolben 12 den Innenraum des Zylindergehäuses 14 in eine Pumpkammer 16 und eine Steuerkammer 18. Die Stirnwände 24,25 des Zylindergehäuses 14 sind konvex ausgebildet.

Die Zylindergehäuse-Stirnwand 24 der Pumpkammer 16 weist einen Fluideinlaß 22 mit einem in Flußrichtung der Pumpkammer 16 öffnenden ersten Rückschlagventil 23 und einen Fluidauslaß 20 mit einem in Auslaßrichtung öffnenden zweiten Rückschlagventil 21 auf.

Der Kolben 12 ist konvex-konkav ausgebildet, wobei die pumpkammerseitige Stirnseite 15 konvex ausgebildet ist und die Steuerkammerseite des Kolbens eine konkave Ausnehmung 13 aufweist.

Der Kolben 12 ist mit einem als Druckfeder 19 ausgebildeten Federelement, das zwischen der konvexen Kolbenausnehmung 13 und der Steuerkammer-Stirnwand 25 angeordnet ist, in Richtung auf die Pumpkammer 16 axial vorgespannt.

An der Steuerkammer-Stirnwand 25 ist ein Unterdruckanschluß 26 mit einem elektrischen Steuerventil 27 und ein Belüftungsanschluß 28 mit einem elektrischen Steuerventil 29 angeordnet. Der Unterdruckanschluß 26 ist über eine Unterdruckleitung 32 mit dem Ansaugtrakt 52 eines Verbrennungsmotors 50 verbunden. Auf Höhe der beiden Kolbenendpositionen ist an dem Zylindergehäuse 14 jeweils ein Kolben-Positionsgeber 37,38 vorgesehen, der in den jeweiligen Kolbenendpositionen durch den Kolben 12 betätigt wird.

Die elektrischen Steuerventile 27,29 und die Positionsgeber 37,38 sind über Steuerleitungen 3 5 bzw. Signalleitungen 36 mit einer Steuervorrichtung 34 verbunden.

Die Arbeitsweise der Kolbenpumpe 10 gliedert sich im wesentlichen in zwei Arbeitstakte, nämlich den Ansaugtakt und den Pumptakt:

Der Ansaugtakt beginnt mit der Öffnung des Unterdruck-Steuerventiles 27 und dem Schließen des Belüftungsventiles 29 durch die Steuervorrichtung 34. Über die Unterdruckleitung 32 wird die Steuerkammer 18 mit dem Unterdruck aus dem Ansaugtrakt 52 eines Motors 50 beaufschlagt und der Kolben 12 wird dadurch entgegen der Federkraft der Druckfeder 19 in Richtung der Steuerkammer 18 bewegt. Dadurch verkleinert sich das Volumen der Steuerkammer 18 und vergrößert sich das Volumen der Pumpkammer 16. Durch das Vergrößern des Volumens der Pumpkammer 16 wird durch den Fluideinlaß 22 das Fluid in die Pumpkammer 16 gesaugt. Sobald der Kolben 12 die Kolbenendposition erreicht hat, in der die Pumpkammer 16 das maximale Volumen und die Steuerkammer 18 das minimale Volumen erreicht, wird durch den Kolben 12 der erste Kolben-Positionsgeber 37 betätigt, der ein entsprechendes Signal über die Signalleitung 3 6 zur Steuervorrichtung 34 ausgibt.

Der Ansaugtakt wird dadurch beendet, daß die Steuervorrichtung 34 das Unterdruckventil 27 schließt und der Pumptakt dadurch eingeleitet, daß das Belüftungsventil 29 öffnet. Dadurch wird in der Steuerkammer 18 atmosphärischer Druck hergestellt und der Kolben 12 durch die Federkraft der Druckfeder 19 in Richtung Pumpkammer 16 zurückbewegt. Durch die Pumpbewegung des Kolbens 12 wird das Fluid aus der Pumpkammer 16 durch den Fluidauslaß 20 und durch das Rückschlagventil 21 aus der Pumpkammer 16 herausgedrückt. Am Ende des Pumptaktes

wird durch den Kolben 12 der zweite Kolben-Positionsgeber 38 betätigt, der wiederum ein entsprechendes Signal an die Steuervorrichtung 34 gibt. Daraufhin schließt die Steuervorrichtung 34 das Belüftungsventil 2 9 und öffnet das Unterdruckventil 27, womit wieder der Ansaugtakt von vorne beginnt.

In Fig. 2 ist die Kolbenpumpe 10 als Teil einer Schmieröl-Nachfüllvorrichtung eines Fahrzeuges mit Verbrennungsmotor 50 dargestellt. Die Pumpe 10 dient hier zum Fördern von Schmieröl zum Nachfüllen von Öl in den Verbrennungsmotor 50. Das Öl eines niedrig angeordneten Ölvorratsbehälters 54 wird über eine Fluidexnlaßleitung 22 zu der Pumpe 10 geführt und durch den Fluidauslaß 20 über eine Leitung zu einem höhergelegenen Dosierbehälter 56 gepumpt. Wenn von einem Ölniveausensor ein Unterschreiten eines bestimmten Ölmindestniveaus in dem Motor 50 gemeldet wird, wird von der Steuervorrichtung 34 über eine Steuerleitung 57 ein Nachfüllventil 58 geöffnet, so daß das Öl aus dem Dosierbehälter 56 in den Motor 50 fließen kann. Die Pumpe 10 ist in diesem Fall erforderlich, um das Öl aus dem Vorratsbehälter 54 auf das höhere Niveau des Dosierbehälters 56 zu pumpen. Da in Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor am Ansaugtrakt des Motors 50 stets ein Unterdruck von 0,7 bis 0,8 bar zur Verfügung steht, stellt die unterdruckbetriebene Kolbenpumpe 10 in derartigen Fahrzeugen eine sehr einfache Lösung zum Fördern des Öles auf ein höheres Niveau dar.

Claims (7)

1. Kolbenpumpe zur Fluidförderung, mit einem frei schwimmenden Pump-Kolben (12) in einem Zylindergehäuse (14), wobei
das Zylindergehäuse (14) auf einer Seite des Kolbens (12) eine Pumpkammer und auf der anderen Seite des Kolbens (12) eine Steuerkammer (18) aufweist,
die Pumpkammer (16) einen Fluideinlaß (22) mit einem ersten Rückschlagventil (23) und einen Fluidauslaß (20) mit einem zweiten Rückschlagventil (21) aufweist,
die Steuerkammer (18) einen Unterdruckanschluß (26) und einen Belüftungsanschluß (28) aufweist, die beide durch eine Ventilvorrichtung (27, 29) gesteuert werden, und
der Kolben (12) mit einem Federelement (19) in Richtung der Pumpkammer (16) axial vorgespannt ist und bei Steuerkammer-Unterdruck gegen die Federkraft des Federelementes (19) in Richtung der Steuerkammer (18) bewegt wird.

2. Kolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zylindergehäuse einen Kolben-Positionsgeber (37, 38) aufweist, der an einer Kolben- Endposition durch den Kolben (12) betätigt wird und ein Umschalten der Ventilvorrichtung (27, 29) auslöst.

3. Kolbenpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Kolben-Positionsgeber (37, 38) an beiden Kolben-Endpositionen vorgesehen sind, die wechselseitig ein Umschalten der Ventilvorrichtung (27, 29) auslösen.

4. Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (19) eine Druckfeder in der Steuerkammer (18) zwischen dem Kolben (12) und dem Zylindergehäuse (25) ist.

5. Kolbenpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (12) eine konkave Ausnehmung (13) aufweist und die Druckfeder (19) spiralförmig . ausgebildet ist, so daß sie in zusammengedrücktem Zustand teilweise die konkave Kolben-Ausnehmung (13) ausfüllt.

6. Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß der Hubraum des Kolbens (12) ein definiertes Volumen zum Fördern einer definierten Fluidmenge bei einem Kolbenhub hat.

7. Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe in einem Fahrzeug zum Pumpen von Schmieröl vorgesehen ist, wobei die Unterdruckleitung (32) mit dem Ansaugtrakt (52) eines Verbrennungsmotors (50), der Fluideinlaß (22) mit einem Ölvorrat (54) und der Fluidauslaß (20) mit einem Ölverbraucher (56) verbunden ist.