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Die
Erfindung betrifft eine Ventilanordnung für Kolbenmaschinen wie Pumpen
oder Verdichter.
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Eine
Kolbenmaschine oder ein Hubkolbenantrieb hat üblicherweise für jeden
Kolben ein Zufuhrventil und ein Ausstoßventil, welche nachfolgend
als Einlassventil und Auslassventil bezeichnet werden. Normalerweise
werden federgespannte Einwegventile verwendet, wobei eine Feder
das Ventil durch Anpressen eines Ventilkörpers gegen einen Ventilsitz schließt. Zur
Durchströmung
kann ein Ventil entweder mittels mechanischer Einwirkung oder mittels Druck
eines im nachfolgenden als Fluid bezeichneten Arbeitsmediums der
Kolbenmaschine geöffnet werden,
welches auf den Ventilkörper
einwirkt, um eine der Federkraft direkt entgegengesetzt wirkende Kraft
zu erzeugen.
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Falls
die fraglichen Ventile (wie z. B. in der US-A-3 715 863) so angeordnet
sind, dass die Strömungsrichtung
durch das Ventil parallel zur Zylinderachse der Kolbenmaschine ist,
ragen die Ventile und die zugehörige
Verrohrung relativ weit vom Zylinderkopf der Kolbenmaschine heraus.
Deshalb ist es wünschenswert,
die Ventile so zu befestigen, dass das Fluid außerhalb des Zylinderkopfs unmittelbar entlang
der Zylinderachse strömt.
Falls das Fluid zu und vom Zylinder parallel zur Zylinderachse strömt, muss
sich die Strömungsrichtung
des Fluids im Zusammenhang mit der Ventilanordnung ändern. Solch eine
Richtungsänderung
resultiert in lateralen Strömungskräften, die
auf den Ventilkörper
wirken und dessen Fehlausrichtung verursachen. Das Ergebnis ist
eine verzerrte oder ungleichmäßige Abnützung am
Ventilkörper
und dem Ventilsitz, was bei geschlossenem Ventil eine Leckage verursacht.
Im Fall einer solchen Leckage muss das fragliche Ventil ersetzt
oder ausgebaut und die abgenutzten Teile ersetzt werden. Das Auswechseln
von Ventilen oder abgenutzten Ventilkomponenten ist zeitaufwändig, insbesondere
im Falle großer
Kolbenmaschinen wie Kolbenpumpen für Bohrfluide für die Verwendung beim
Bohren von Erdölbohrlöchern.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, eine Ventilanordnung für Kolbenmaschinen
bereitzustellen, bei der die Strömungskräfte geringe
oder keine Fehlausrichtungen des Ventilkörpers bewirken.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, den mit dem Austausch von
Ventilen einhergehenden Aufwand zu vereinfachen.
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Die
Aufgaben werden durch die in der nachfolgenden Beschreibung und
den beigefügten
Ansprüchen
angegebenen Merkmale gelöst.
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Gemäß der Erfindung
werden zwei an sich bekannte federgespannte Einwegventile, ein Einlass- und
ein Auslassventil, in einer voneinander beabstandeten Weise in einer
rohrförmigen
Hülse befestigt,
so dass die axiale Strömungsrichtung
bei beiden Ventilen die gleiche ist. Das Einlassventil ist am ersten,
das Einlassende der Hülse
bildenden Ende der Hülse
angeordnet. Das Auslassventil ist in der Hülse an deren zweiten Ende,
dem Auslassende, angeordnet.
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Die
Ventile teilen die Hülse
in drei Kammern auf: eine Einlasskammer zwischen dem ersten Ende der
Hülse und
dem Ventilsitz des Einlassventils, eine Arbeitskammer zwischen dem
Ventilsitz des Einlassventils und dem Ventilsitz des Auslassventils
und eine Auslasskammer zwischen dem Ventilsitz des Auslassventils
und dem zweiten Ende der Hülse.
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In
der Arbeitskammer ist die Hülsenwand
mit einem ersten perforierten Bereich ausgestattet, der Durchgangsöffnungen
für das
Fluid zum radialen Strömen
in die oder aus der Hülse
hat. In der Auslasskammer ist die Hülsenwand mit einem zweiten perforierten
Bereich ausgestattet, um ebenfalls dem Fluid die radiale Strömung aus
der Hülse
zu ermöglichen.
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Die
Hülse mit
den Ventilen ist zum Einbau in eine Bohrung im Zylinderkopf einer
Kolbenmaschine oder in ein Gehäuse,
das mit einem Zylinderkopf verbunden ist oder ein Teil desselben
bildet, ausgebildet. Eine außen
liegende ringförmige
Dichtung an jedem Ende der Hülse
und eine gleichartige Zwischendichtung definieren zwei Ringräume zwischen
der Hülse und
der Bohrung, wobei sich der Durchmesser der Bohrung zwischen Dichtflächen, mit
welchen besagte Dichtungen eine Abdichtung bilden, vergrößert. Hierdurch
wird ein Arbeitsringraum zwischen einer Dichtung am ersten Ende
der Hülse
und der Zwischendichtung definiert. Gleichermaßen wird ein Auslassringraum
zwischen einer Dichtung am zweiten Ende der Hülse und der Zwischendichtung
definiert. Vorteilhafterweise hat die Hülse zwischen den Dichtungen
einen kleineren Außendurchmesser,
was den Einbau und den Ausbau der Hülse erleichtert. Dies dient
ebenso der Vergrößerung des
Querschnittsbereichs der Ringräume.
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Ein
erster Durchgang im Gehäuse
(oder im Zylinderkopf) bildet einen Einlass für Fluid und führt zum
ersten Ende der Bohrung, d. h. zum Einlassende der Hülse, wenn
die Hülse
in der Bohrung eingesetzt ist. Vorteilhafterweise verläuft der
Durchgang axial in Bezug auf die Hülse und die Bohrung. Ein zweiter Durchgang
im Gehäuse
bildet einen Arbeitsdurchgang und verbindet diesen ersten Ringraum,
also den Arbeitsringraum, mit dem Zylinder der Kolbenmaschine. Der
Arbeitsdurchgang verläuft
typischerweise rechtwinklig oder fast rechtwinklig zur Längsachse
der Bohrung. Ein dritter Durchgang im Gehäuse bildet den Auslass für Fluid
aus dem zweiten Ringraum, also dem Auslassringraum. Der Auslass
verläuft
typischerweise rechtwinklig oder fast rechtwinklig zur Längsachse
der Bohrung. Folglich sind der Arbeitsdurchgang und der Arbeitsauslass
radial in Bezug auf die Bohrung orientiert, und der Arbeitsdurchgang
und der Arbeitsauslass können
unterschiedliche radiale Orientierungen aufweisen.
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Der
Arbeitsringraum ist in Bezug auf die Achse der Bohrung exzentrisch
positioniert. Der Abstand zwischen der Hülse und dem Umfang des Arbeitsringraums
ist dort am größten, wo
der Arbeitsdurchgang endet, und am kleinsten auf der dem Arbeitsdurchgang
diametral gegenüberliegenden
Seite.
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Der
Auslassringraum weist eine korrespondierende Exzentrizität in Bezug
auf die Achse der Bohrung auf. Der Abstand zwischen der Hülse und dem
Umfang des Auslassringraums ist dort am größten, wo der Auslass in das
Werkstück
eintritt, und am kleinsten auf der dem Auslass diametral gegenüberliegenden
Seite.
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Die
Hülse wird
in die Bohrung durch Einsetzen in die Bohrung durch deren zweites
Ende eingebaut, bis sie an einer Stufe in der Bohrung oder an dem
Boden der Bohrung am ersten Ende der Bohrung anschlägt, worauf
das zweite Ende der Bohrung mit einer Abdeckung versiegelt wird.
Die Abdeckung kann mit einem Anschlag versehen sein, der in die Bohrung
ragt und gegen das zweite Ende der Hülse drückt, was die Hülse fest
in der Bohrung hält.
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Fluid
strömt
radial zwischen der Arbeitskammer der Hülse und dem außenseitigen
Arbeitsringraum. Die Fluidströmung
ist gleichmäßig verteilt,
so dass keine lateralen Kräfte auftreten,
welche den Ventilkörper
des Einlassventils versetzen können. Gleichermaßen strömt Fluid
aus der Auslasskammer zum Auslassringraum in radialer und gleichförmig verteilter
Weise.
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Durch
die beschriebene Anordnung können die
Ventile einer Kolbenmaschine einfach durch Abnehmen der Abdeckung,
Herausziehen der Hülse
mit den Ventilen, Einbauen einer neuen Hülse mit Ventilen und abschließenden Aufsetzen
der Abdeckung ausgetauscht werden. Es ist ebenso einfach, Ventile auf
den Stelldruck und Dichteffekt in einer Testanlage außerhalb
der Kolbenmaschine zu testen, da die Hülse in einer Bohrung eines
Gehäuses
angeordnet werden kann, in dem der Einlassdurchgang und der Arbeitsdurchgang
mit einer Druckquelle verbunden sind.
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Wenn
eine erfindungsgemäße Ventilanordnung
in einer Kolbenmaschine verwendet wird, bei der ein Kolben zyklisch
einen Zufuhrhub gefolgt von einem Arbeitshub ausführt, wird
Fluid auf Grund des Zufuhrhubs über
den Gehäuseeinlass
zum ersten Ende der Hülse, über das
Einlassventil in die Hülse und
radial aus dem Gehäuse
zum Arbeitsdurchgang und zum Zylinder der Kolbenmaschine strömen. Beim
nachfolgenden Arbeitshub wird Fluid vom Zylinder über den
Arbeitsdurchgang zum Arbeitsringraum und dann radial durch den ersten
perforierten Bereich der Hülse
und in die Hülse
strömen,
worauf das Fluid dann axial durch das Auslassventil und dann radial aus
der Hülse über die Öffnungen
im zweiten perforierten Bereich zum Auslassringraum und von dort zum
Auslass weiter strömt.
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Die
Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiel detaillierter
beschrieben, wobei Bezug auf die beigefügten Zeichnung genommen wird. Diese
zeigen:
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1 einen
seitlichen Schnitt eines Teils einer Kolbenmaschine mit einer daran
montierten Ventilanordnung;
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2 einen
seitlichen Schnitt einer Hülse
in der Ventilanordnung, wie auch einen seitlichen Schnitt eines
Stutzrings, eines Einlassventils mit einem Ventilsitz und eines
Auslassventils mit einem Ventilsitz;
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2A zwei
Querschnitte der Hülse
aus 2;
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3 einen
seitlichen Schnitt des Gehäuses der
Ventilanordnung;
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4 einen
Querschnitt des Gehäuses
aus 3;
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5 einen
anderen Querschnitt des Gehäuses
aus 3; und
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6 eine
seitliche Ansicht einer Abdeckung für das Gehäuse.
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In 1 bezeichnet
Bezugsziffer 1 eine Ventilanordnung, die an einer Kolbenpumpe 2 angebracht
und mit deren Zylinder 3 verbunden ist, in welchem ein
Hubkolben 4 in bekannter Weise angeordnet ist. Eine Montageplatte 5 bildet
eine Verlängerung eines
Flanschs 6 des Zylinders 3. Die Montageplatte 5 und
die Ventilanordnung 1 sind am Flansch 6 und damit
am Zylinder 3 durch Verwendung von Schrauben 7 angebracht.
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Die
Ventilanordnung 1 umfasst ein Gehäuse 8, in dem eine
an einem Ende 10 des Gehäuses 8 offene Bohrung 9 in
dem Gehäuse 8 endet
und einen am anderen und entgegengesetzten Ende des Gehäuses 8 offenen
Einlass 11 verbindet. Eine Abdeckung 13 ist ausgebildet,
um die Bohrung 9 am ersten Ende 10 des Gehäuses 8 abzudecken.
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Ein
Arbeitsdurchgang 14 in dem Gehäuse 8 bildet eine
Verlängerung
des Zylinders 3, um eine Kommunikation mit der Bohrung 9 zu
ermöglichen. Ein
von der Bohrung und vom Gehäuse
nach außen führender
Auslass 15 ist in 1 gestrichelt
gezeigt. Der Einlass 11 und der Auslass 15 sind
ausgebildet, um an ein Rohrsystem (nicht gezeigt) für eingehendes
bzw. ausgehendes Fluid angeschlossen zu werden.
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In
der Bohrung 9 ist eine Hülse 16 angeordnet,
deren erstes Ende an einem Stützring 17 ruht, welcher
selber auf dem Boden der Bohrung 9 ruht. Ein Einlassventil 18 ist
am ersten Ende der Hülse 16 eingebaut,
und am zweiten Ende der Hülse 16 ist
ein Auslassventil 19 eingebaut. Sowohl das Einlassventil 18 als
auch das Auslassventil 19 sind federgespannte Einwegventile,
welche so angebracht sind, dass sie bei einer in Richtung vom ersten
Ende der Hülse 16 zum
zweiten Ende der Hülse 16 wirkenden
vorgegebenen Druckdifferenz öffnen.
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Es
wird nun Bezug auf 2 genommen, welche die Komponenten
des Gehäuses 8,
der Hülse 16,
des Stützrings 17,
des Einlassventils 18 und des Auslassventils 19 in
auseinander genommenem Zustand und fertig für den Zusammenbau zeigt. Ebenso wird
Bezug auf 3 genommen, welche das Gehäuse 8 zeigt.
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Die
Hülse 16 ist
im Wesentlichen rohrförmig mit
kreisförmigen
Querschnitt und einer Anzahl von inneren Schultern für Teile,
die Teile des Einlassventils 18 und des Auslassventils 19 bilden,
welche beide bekannt sind.
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Das
Einlassventil 18 umfasst einen Ventilsitz 20 und
einen zur Bewegung in einer Ventilführung 22 ausgebildeten
Ventilkörper 21.
Der Ventilkörper 21 ist mit
einem Dichtelement 23 ausgestattet. Eine zwischen dem Ventilkörper 21 und
der Ventilführung 22 wirkende
Ventilfeder 24 ist ausgebildet, um den Ventilkörper 21 mit
dem Dichtelement 23 gegen den Ventilsitz 20 zu
drücken.
Der Ventilsitz 20 ist ausgebildet, um in bekannter Weise
am Ventilköper 21 einen
zentrischen Stift 25 aufzunehmen, welcher zur Führung des
Ventilkörpers 21 dient.
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Das
Auslassventil umfasst in gleicher Weise einen Ventilsitz 26 und
einen zur Bewegung in einer Ventilführung 28 ausgebildeten
Ventilkörper 27.
Der Ventilkörper 27 ist
mit einem Dichtelement 29 ausgestattet. Eine zwischen dem
Ventilkörper 27 und
der Ventilführung 28 wirkende
Ventilfeder 30 ist ausgebildet, um den Ventilkörper 27 mit
dem Dichtelement 29 gegen den Ventilsitz 26 zu
drücken.
Der Ventilsitz 26 ist ausgebildet, um in bekannter Weise
am Ventilkörper 27 einen
zentrischen Stift 31 aufzunehmen, welcher zur Führung des
Ventilkörpers 27 dient.
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Ungefähr auf halbem
Weg zwischen dem ersten Ende 32 und dem zweiten Ende 33 ist
die Hülse 16 mit
einer inneren Schulter 34 versehen, wobei eine erste ringförmige Anschlagfläche 35 auf
einer Seite der Schulter 34 dem ersten Ende 32 der
Hülse 16 und
eine zweite Anschlagfläche 36 auf
der entgegengesetzten Seite der Schulter 34 dem zweiten Ende 33 der
Hülse 16 zugewandt
ist.
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Die
erste Anschlagfläche 35 ist
ausgebildet, um die Ventilführung 22 des
Einlassventils 18 zu halten. Die zweite Anschlagfläche 36 ist
ausgebildet, um den Ventilsitz 26 des Auslassventils 19 zu
halten, wobei dieser Sitz mit einem äußeren Kragen 37 ausgebildet
ist, der zur Anlage gegen die zweite Anschlagfläche 36 angeordnet
ist.
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Eine
dritte ringförmige
Anschlagfläche 38 in der
Hülse 16 ist
ausgebildet, um den Ventilsitz 20 des Einlassventils 18 zu
halten. Die dritte Anschlagfläche 38 weist
in die gleiche Richtung wie die erste Anschlagfläche 35 und ist zwischen
der ersten Anschlagfläche 35 und
dem ersten Ende 32 der Hülse 16 angeordnet.
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Zwischen
dem ersten Ende 32 und der dritten Anschlagfläche 38 ist
die Hülse 16 mit
einem zylindrischen Abschnitt gebildet, der zur Aufnahme des Ventilssitz 20 des
Einlassventils 18 ausgebildet ist, und dessen Wand die
Dichtfläche
für eine
in einer Nut in dem äußeren Umfang
des Ventilsitz 20 angeordnete erste ringförmige Dichtung 40 bildet.
An der dritten Anschlagfläche 38 zwischen
dem zweiten Ende 33 der Hülse 16 und der Schulter 34 ist
ein zweiter innerer zylindrischer Abschnitt 41 gebildet,
der zur Aufnahme des Ventilsitz 26 des Auslassventils 19 ausgebildet
ist, und bei dem die Wand die Dichtfläche für eine in einer Nut in dem äußeren Umfang
des Ventilsitz 26 angeordnete zweite ringförmige Dichtung 42 bildet.
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Ein
dritter innerer zylindrischer Abschnitt 43 ist am zweiten
Ende 33 der Hülse
angeordnet, wobei der Abschnitt 43 zur Aufnahme eines von
der Abdeckung 13 hervorstehenden zylindrischen Stopfens 44 ausgebildet
ist, und wobei die Wand des ersteren die Dichtfläche für eine in eine Nut des Stopfens 44 eingesetzte
ringförmige
dritte Dichtung 45 bildet. Die Abdeckung 13 mit
der Dichtung 45 ist in 6 gezeigt.
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Ein
vierter innerer zylindrischer Abschnitt 46 an der ersten
Anschlagfläche 35 ist
ausgebildet, um die Ventilführung 22 des
Einlassventils 18 zu zentrieren.
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Ein
fünfter
innerer zylindrischer Abschnitt 47 nächst dem dritten zylindrischen
Abschnitt 43 für
die Abdeckung 13 ist ausgebildet, um die Ventilführung 28 des
Auslassventils 19 zu zentrieren.
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Der
Bereich zwischen der ersten und dritten Anschlagfläche 35, 38 der
Hülse 16 bildet
eine erste Hülsenkammer 48,
wobei die Wand der Hülse 16 durch
einen Satz von Löchern 50 perforiert
ist. Der Bereich zwischen dem zweiten und dritten zylindrischen
Abschnitt 47, 43 der Hülse 16 bildet eine
zweite Hülsenkammer 49,
wobei die Wand der Hülse 16 mit
einem zweiten Satz von Löchern 51 perforiert
ist. 2A zeigt einen Schnitt durch die perforierte Wand
der Hülse 16 an
der ersten und zweiten Hülsenkammer 48, 49.
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Bezug
wird nun auf 1 und 2 genommen.
Eine vierte ringförmige
Dichtung 52 ist in einer äußeren Nut 53 am ersten
Ende der Hülse 16 angeordnet.
Eine fünfte
ringförmige
Dichtung 54 ist in einer äußeren Nut 55 an der
Hülse 16 in
einem Bereich zwischen dem ersten Satz von Löchern 50 und dem zweiten
Satz von Löchern 51 angeordnet.
Eine sechste ringförmige
Dichtung 56 ist in einer äußeren Nut 57 an der
Hülse 16 in
einem Bereich ihres zweiten Endes angeordnet.
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3 zeigt
einen Schnitt durch das Gehäuse 8 mit
der Bohrung 9 mit der Achse 58. Die Bohrung 9 besteht
aus Bereichen mit unterschiedlichen Querschnitten. Am Boden ist
die Bohrung 9 mit einem ersten zylindrischen Bohrungsabschnitt 59 versehen, der
in Bezug auf die Achse 58 zentriert angeordnet ist, und
die Wand der Bohrung 9 bildet eine Dichtfläche für die Dichtung 52 am
ersten Ende der Hülse 16, siehe 2.
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Ein
zweiter zylindrischer Bohrungsabschnitt 60 ist in Bezug
auf die Achse 58 exzentrisch und derart positioniert, dass
der Bohrungsabschnitt 60 zum Arbeitsdurchgang 14,
der in dem Bohrungsabschnitt 60 endet, versetzt ist.
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Ein
dritter zylindrischer Bohrungsabschnitt 61 ist in Bezug
auf die Achse 58 zentriert positioniert, und die Wand der
Bohrung 9 bildet die Dichtfläche für die Dichtung 54 der
Hülse 16,
siehe 2.
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Ein
vierter zylindrischer Bohrungsabschnitt 62 ist in Bezug
auf die Achse 58 exzentrisch und derart positioniert, dass
der Bohrungsabschnitt 62 zum Auslass 15, der in
dem Bohrungsabschnitt 62 endet, versetzt ist.
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Ein
fünfter
zylindrischer Bohrungsabschnitt 63 am freien Ende der Bohrung 9 ist
in Bezug auf die Achse 58 zentriert positioniert, und die
Wand der Bohrung bildet die Dichtfläche für die Dichtung 56 der Hülse 16,
siehe 2.
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4 zeigt
einen Querschnitt des Gehäuses 8 in
einer in 3 mit dem Buchstaben A markierten Ebene,
und 5 zeigt einen Querschnitt in einer in 3 mit
dem Buchstabe B markierten Ebene.
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Das
Gehäuse 8 ist
mit Gewindelöchern 64 zum
Befestigen des Gehäuses 8 am
Zylinder 3 und an der Montageplatte 5 mit Schrauben 7 versehen. Darüber hinaus
ist das Gehäuse 8 mit
Gewindelöchern 65 zur
Verbindung eines Einlassrohrs (nicht gezeigt) mit dem Gehäuse 8 versehen,
um hierdurch dem Einlassrohr die Kommunikation mit dem Einlass 11 zu
ermöglichen.
Gleichermaßen
ist das Gehäuse 8 mit
Gewindelöchern
(nicht gezeigt) zur Verbindung eines Auslassrohrs (nicht gezeigt)
mit dem Gehäuse 8 versehen,
um dem Auslassrohr die Kommunikation mit dem Auslass 15 zu
ermöglichen.
Am freien Ende der Bohrung 9 ist das Gehäuse 8 mit
Gewindelöchern 65 zur
Befestigung der Abdeckung 13 mit Schrauben 66 versehen.
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Um
den Einbau der Hülse 16 in
der Bohrung 9 zu vereinfachen und Beschädigungen der Dichtungen und
Dichtflächen
zu vermeiden, sollte der erste zylindrische Abschnitt 59 der
Bohrung 9 einen kleineren Durchmesser als der dritte zylindrische
Abschnitt 61 der Bohrung aufweisen, der wiederum einen
kleineren Durchmesser als der fünfte
zylindrische Abschnitt 63 der Bohrung 9 haben
sollte.
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Der
Stützring 17 und
die Hülse 16 mit
den Ventilen 18, 19 werden in die Bohrung 9 wie
in 1 gezeigt eingesetzt, und die Abdeckung 13 wird
auf das Gehäuse 8 gesetzt,
um das freie Ende der Bohrung 9 abzudecken. Der Stopfen 44 an
der Abdeckung 13 reicht in die Bohrung 9 und in
die Hülse 16, wo
er an die Ventilführung 28 des
Auslassventils 19 und das zweite Ende 33 der Hülse 16 anschlägt. Folglich
drückt
die Abdeckung 13 die Hülse 16 gegen den
Stützring 17,
welcher am Boden der Bohrung 9 anliegt. Der Ventilsitz 20 des
Einlassventils 18 wird hierdurch gegen den Einlassventilkörper 21 gedrückt, um
hierdurch die Feder 24 zu spannen. Zugleich drückt die
Abdeckung 13 die Ventilführung 28 des Auslassventils 19 in
die Hülse 16,
so dass die Ventilfeder 30 gegen den Ventilkörper 27 gespannt wird.
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Wenn
die Hülse 16 mit
dem Einlassventil 18 und dem Auslassventil 19 in
der Bohrung 9 im Gehäuse 8 eingebaut
ist, wie in 1 gezeigt, bilden die exzentrisch
positionierten Bohrungsabschnitte 60, 62 exzentrische
Ringräume
außerhalb
der Hülse 16. Der
größte Querschnitt
der Ringräume
befindet sich auf der dem Arbeitsdurchgang 14 bzw. dem
Auslass 15 zugewandten Seite und der kleinste Querschnitt befindet
sich auf den diesen Durchgängen
diametral gegenüberliegenden
Seiten.
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Wenn
die Kolbenpumpe in Betrieb ist, wird Fluid am Einlass über die
Ventilanordnung 1 und den Zylinder 3 zum Auslass 15 transportiert,
wo das Fluid mit einem höheren
Druck als dem am Einlass 11 angeliefert wird. Der Zufuhrhub
des Kolbens 4 reduziert den Druck im Zylinder 3 und
hierdurch ebenso den Druck in der ersten Hülsenkammer 48, wodurch
es der Druckdifferenz über
dem Ventilkörper 21 des
Einlassventils 18 ermöglicht
wird, die Kraft der Ventilfeder 24 zu überwinden und den Ventilkörper 21 vom Ventilsitz 20 wegzudrücken. Das
Auslassventil 19 wird geschlossen. Fluid strömt vom Einlass 11 hinter den
Ventilsitz 20 in die erste Hülsenkammer 48 und dann
radial aus der Hülsenkammer 48 über die
Löcher 51 zum
Zylinder 3.
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Wenn
der Kolben dann einen Arbeitshub ausführt, schließt das Einlassventil 18 und
der Fluiddruck im Zylinder 3 steigt, bis die Druckdifferenz über dem
Ventilkörper 27 des
Auslassventils 19 die Kraft der Ventilfeder 30 überwindet,
wodurch der Ventilkörper 27 vom
Ventilsitz 26 weggedrückt
und das Auslassventil 19 geöffnet wird. Fluid strömt vom Zylinder 3 über die
Löcher 50 radial
in die erste Hülsenkammer 48,
hinter den Ventilsitz 26 des Auslassventils 19 zur
zweiten Hülsenkammer 49 und
radial von dieser über
die Löcher 51 zum
Auslass 15.
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Auf
Grund der Hubkolbenbewegung des Kolbens 4 werden das Gehäuse 8 und
die Hülse 16 variierenden
Drücken
und hierdurch variierender Belastung ausgesetzt.
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Folglich
kann festgestellt werden, dass auf den Arbeitshub des Kolbens 4 hin
die Hülse 16 einer ersten
axialen Kraft gegen einen ersten ringförmigen Bereich, welcher durch
den Durchmesser der Dichtflächen
der erste Dichtung 40 und der vierten Dichtung 52 definiert
wird, und einer zweiten, entgegengesetzt gerichteten axialen Kraft
gegen einen zweiten ringförmigen
Bereich, welcher durch den Durchmesser der Dichtflächen der
dritten Dichtung 45 und der sechsten Dichtung 56 definiert
wird, ausgesetzt wird. Die Hülse 16 wird
hierdurch einer axialen Zugkraft zwischen diesen ringförmigen Bereichen
ausgesetzt. Die Dimensionen sollten so ausgewählt werden, dass die Netto-Kraft,
d. h. die Differenz zwischen den numerischen Werten der ersten und
zweiten axialen Kraft, das erste Ende 32 der Hülse 16 gegen
den Stützring 17 drückt. Der
Bereich am ersten Ende 32 der Hülse 16 wird dann einer
der Netto-Kraft entsprechenden Kompressionskraft unterworfen.
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Auf
den Zuführhub
des Kolbens 4 wird nur der Bereich zwischen der zweiten
Dichtung 42 und der dritten/sechsten Dichtung 45, 46 dem
Betriebsdruck der Pumpe 2 ausgesetzt. Wenn die Kraft gegen den
Ventilkörper 27 des
Auslassventils 19 durch die Hülse 16 aufgenommen
wird, wird der Bereich zwischen der zweiten Dichtung 42 und
der dritten Dichtung 45 einem Zug ausgesetzt. Der Bereich
zwischen der zweiten Dichtung 42 und dem ersten Ende 32 der Hülse 16 wird
einer Kompressionskraft ausgesetzt, die durch den Betriebsdruck
und den Durchmesser der Bohrung 9 an der Dichtfläche der
zweiten Dichtung 42 bestimmt wird.
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Der
Bereich zwischen der zweiten und dritten Dichtung 42, 45 wird
hierdurch einer variierenden Zugkraft ausgesetzt. Der Bereich zwischen
der ersten und zweiten Dichtung 40, 42 wechselt
zwischen Zug- und Kompressionskraft. Der Bereich zwischen der ersten
Dichtung 40 und dem ersten Ende 32 der Hülse 16 wird
einer variierenden Kompressionskraft ausgesetzt. Ein Fachmann wird
auf Grund dieser Angaben in der Lage sein, die Dimensionen des Gehäuses 8,
des Stützrings 8 und
der Hülse 16 so
auszulegen, so dass sie den variierenden Belastungen widerstehen.