(19)
(11)EP 3 084 212 B1

(12)EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT

(45)Hinweis auf die Patenterteilung:
10.06.2020  Patentblatt  2020/24

(21)Anmeldenummer: 14833336.2

(22)Anmeldetag:  20.12.2014
(51)Internationale Patentklassifikation (IPC): 
F04B 9/04(2006.01)
F04B 49/08(2006.01)
(86)Internationale Anmeldenummer:
PCT/DE2014/100461
(87)Internationale Veröffentlichungsnummer:
WO 2015/090288 (25.06.2015 Gazette  2015/25)

(54)

FÖRDEREINRICHTUNG FÜR EIN FLUID

CONVEYING DEVICE FOR A FLUID

DISPOSITIF DE REFOULEMENT POUR UN FLUIDE


(84)Benannte Vertragsstaaten:
AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

(30)Priorität: 21.12.2013 DE 102013114749

(43)Veröffentlichungstag der Anmeldung:
26.10.2016  Patentblatt  2016/43

(73)Patentinhaber: Stock, Gerhard
56850 Enkirch (DE)

(72)Erfinder:
  • Stock, Gerhard
    56850 Enkirch (DE)

(74)Vertreter: Müller, Jochen 
Müller & Aue Patentanwälte Schwester-Steimer-Weg 4
55411 Bingen
55411 Bingen (DE)


(56)Entgegenhaltungen: : 
EP-A2- 0 400 507
DE-A1- 4 041 807
DE-A1-102008 045 730
WO-A1-2008/077408
DE-A1-102007 062 031
  
      
    Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen).


    Beschreibung


    [0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Fördereinrichtung für ein Fluid mit einem mit einer Pumpe gekoppelten Motor.

    [0002] Derartige Fördereinrichtungen sind vielfach bekannt und dienen beispielsweise als Ladepumpen, die mit der Umgebung in Verbindung stehen, um einen Ladedruck in einem Motor, zu erhöhen, oder als Förderpumpen, beispielsweise für Wasser, sogenannte Hauswasserpumpen, die Wasser aus einem Brunnen in ein Hauswasserleitungsnetz einspeisen.

    [0003] Die DE 10 2008 045 730 A1 offenbart eine Fördereinrichtung für ein Fluid mit einem mit einer Pumpe gekoppelten Motor. Die Pumpe umfasst einen in einem Zylinder verschiebbar gelagerten Doppelkolben mit einer einseitigen Kolbenstange, die kraftschlüssig mit dem Motor in Verbindung steht, wobei der Zylinder auf der der Kolbenstange zugewandten Ladeseite mit einem Vorrat und auf der der Kolbenstange abgewandten Arbeitsseite über ein Ventil mit einem Arbeitsreislauf gekoppelt ist. Die Kolbenstange ist zur kraftschlüssigen Verbindung mit dem Motor gegenüber dem Zylinder mit einer Feder vorgespannt.
    Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fördereinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei einem geringen Energiebedarf mit geringen Verlusten arbeitet und dabei einen einfachen mechanischen Aufbau sowie eine relativ hohe Sicherheit aufweist.

    [0004] Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs gelöst.

    [0005] Die Unteransprüche stellen vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung dar.

    [0006] Eine Fördereinrichtung für ein Fluid umfasst einen mit einer Pumpe gekoppelten Motor. Die Pumpe
    • umfasst einen in einem Zylinder verschiebbar gelagerten Doppelkolben mit einer einseitigen Kolbenstange, die kraftschlüssig derart lösbar mit dem Motor in Verbindung steht, dass eine Verbindung nur dann gegeben ist, wenn der Ladedruck auf einer Arbeitsseite des Doppelkolbens kleiner als ein Soll-Druck ist,
    • der Zylinder ist auf der der Kolbenstange zugewandten Seite mit einem Vorrat gekoppelt und
    • der Zylinder steht auf der der Kolbenstange abgewandten Seite über Ventile mit der Arbeitsseite und dem Vorrat in Verbindung.


    [0007] Der Vorrat kann unendlich groß sein, beispielsweise die Umgebung, falls das Fluid Luft ist. Selbstverständlich kann der Vorrat bei einem lagerbaren und/oder förderbaren Fluid einen Behälter oder eine Rohrleitung oder einen sonstigen Hohlkörper umfassen.

    [0008] Auf der Arbeitsseite des Doppelkolbens, die der die Kolbenstange aufweisenden Seite, der Ladeseite, gegenüberliegt, kann ein Arbeitskreislauf mit einer Arbeitsmaschine vorgesehen sein. Es ist aber beispielsweise auch die Anordnung einer beliebigen Rohrleitung, in der ein Druck erhöht werden soll, denkbar, beispielsweise eine Hydraulikleitung einer hydraulischen Vorrichtung. Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Arbeitskreislaufs beschrieben, der aber, wie erläutert, lediglich ein Beispiel auf der Arbeitsseite darstellt.

    [0009] Entspricht der Ladedruck im Arbeitskreislauf auf der Arbeitsseite des Doppelkolbens einem Soll-Druck, dann ist die Kolbenstange nicht mehr mit dem Antrieb, insbesondere einem Motor, verbunden und die Pumpe ist nach dem Erreichen des Soll-Drucks abgeschaltet und benötigt keine Energie. Der Antrieb kann selbstverständlich in Betrieb bleiben. Unterschreitet der Druck im Ladekreislauf den Soll-Druck, dann kommt die Kolbenstange wieder in Verbindung mit dem langsam laufenden Motor und die selbstregelnde Pumpe wird zur Druckerhöhung in Betrieb gesetzt. Das Zu- und Abschalten der Pumpe erfolgt rein mechanisch und es werden weder Drucksensoren noch sonstige elektrische Bauteile benötigt. Mit einem steigenden Druck auf der Ausgangsseite des Doppelkolbens geht eine Reduzierung der Energie einher und die Pumpe arbeitet bei einem maximalen Druck mit einer minimalen Kraft. Mit der geräusch- und verschleißarmen Fördereinrichtung, die sowohl für hydraulische als auch für pneumatische Anwendungen geeignet ist, sind nahezu beliebige Drücke erzielbar. Dabei weist die Fördereinrichtung bei niedrigen Herstellkosten einen relativ kleinen Aufbau auf.

    [0010] Bei dem Doppelkolben handelt es sich um einen Kolben, der beidseitig Arbeit verrichten kann, also auf einer Seite ansaugt und auf der anderen Seite verdichtet.

    [0011] Vorzugsweise sind die Ventile als Rückschlagventile ausgebildet und derart angeordnet, dass das in den Arbeitskreislauf eingesetzte erste Rückschlagventil bei einem Druckanstieg in dem Zylinder auf der der Kolbenstange abgewandten Seite des Doppelkolbens geschlossen und das in eine zum Vorrat führende Leitung eingesetzte zweite Rückschlagventil bei einem Druckanstieg in dem Zylinder auf der der Kolbenstange abgewandten Seite des Doppelkolbens geöffnet ist. Bei den Rückschlagventilen handelt es sich um mechanische Bauteile. Bei einem Druckanstieg im Arbeitskreislauf öffnen das erste und das zweite Rückschlagventil entsprechende Strömungsquerschnitte und über die Verbindung des Vorrats sowie des damit gekoppelten Ladekreislaufs mit dem Zylinder auf der der Kolbenstange zugewandten Seite steigt auch der Druck auf dieser Seite des Doppelkolbens, was eine Verlagerung der Kolbenstange zur Folge hat, wodurch die Kraft zur Bewegung der Kolbenstange zur Erhöhung des Drucks auf der der Kolbenstange abgewandten Seite des Doppelkolbens reduziert ist.

    [0012] Zweckmäßigerweise sind die beiderseitigen Flächen des Doppelkolbens derart bemessen, dass der Druck auf der der Kolbenstange abgewandten Seite zu dem Druck auf der der Kolbenstange zugewandten Seite proportional ist und dem Verhältnis des Ladedrucks zu dem Soll-Druck entspricht. Der Soll-Druck im Arbeitskreislauf entspricht dem Druck im Ladekreislauf, der den Vorrat umfasst, also beispielsweise auch an die Umgebung angeschlossen ist, multipliziert mit dem Faktor, der sich der Division der beiden wirksamen Kolbenflächen des Doppelkolbens ergibt, der stets größer 1 ist, da die wirksame Kolbenfläche auf der die Kolbenstange aufweisenden Seite kleiner ist, als die auf der gegenüberliegenden Seite. Da der Soll-Druck durch das Verhältnis der beiden wirksamen Kolbenflächen des Doppelkolbens bestimmt ist, kann der Soll-Druck nicht überschritten werden und es herrscht eine Verhältnismäßig hohe Sicherheit ohne die Anordnung einer Überwachungssensorik und -steuerung.

    [0013] Zur Realisierung eines im Aufbau einfachen Antriebs für die Pumpe ist die Kolbenstange mit ihrer freien Stirnseite einer Exzenterscheibe einer Welle des Motors zugeordnet. Beim Erreichen des Soll-Drucks im Ladekreislauf ist die Kolbenstange nicht in Kontakt mit der Exzenterscheibe und bei einem Druckabfall kommt sie derart in Anlage, dass ihr freies Ende auf dem Umfang der Exzenterscheibe aufliegt und der Kolben verschiebbar ist. Dementsprechend wird die Kolbenstange bei einem Druckabfall derart verschoben, dass ihr freies Ende auf dem Umfang der Exzenterscheibe aufliegt.

    [0014] Um die Fördereinrichtung auch bei einem auf der Ansaugseite herrschenden Druck, der dem Umgebungsdruck entspricht, betreiben zu können, ist der Doppelkolben mit einer in Richtung der Kolbenstange wirksamen Kraft beaufschlagt. Die Kraft kann beispielsweise mittels einer Zugfeder erzeugt werden, die zum einen an der Kolbenstange und zum anderen ortsfest, beispielsweise an einem Gehäuseteil, angeordnet ist. Es ist auch möglich, innerhalb des Zylinders eine den Doppelkolben beaufschlagende Druckfeder anzuordnen.

    [0015] Weiterhin ist zweckmäßigerweise der Vorrat die Umgebung oder als ein Speichertank ausgebildet. Bei dem Speichertank kann es sich um einen mit einer Flüssigkeit gefüllten Behälter handeln. Darüber hinaus befindet sich zumindest in dem Arbeitskreislauf eine Flüssigkeit, insbesondere Öl. Steht der Vorrat mit der Umgebung in Verbindung, ist es erforderlich, den Kolben beispielsweise mittels einer Feder in Richtung der Exzenterscheibe zu belasten. Selbstverständlich kann die Fördereinrichtung mit einem beliebigen Fluid betrieben werden und nicht ausschließlich mit einer Flüssigkeit, insbesondere ist ein Einsatz im Zusammenhang mit Luft möglich.

    [0016] Die Fördereinrichtung kann beispielsweise im Zusammenhang mit einer beliebigen Arbeitsmaschine oder einer Druckluftbremse eines Kraftfahrzeugs eingesetzt werden, wobei bei einer Verwendung im Zusammenhang mit einer Druckluftbremse der Vorrat durch die Umgebung gebildet wird und der Arbeitskreislauf den Bremsleitungen entspricht.

    [0017] Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar sind. Der Rahmen der Erfindung ist nur durch die Ansprüche definiert.

    [0018] Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die zugehörige Zeichnung näher erläutert.

    [0019] Die einzige Fig. der Zeichnung zeigt eine schematische Darstellung einer Fördereinrichtung nach der Erfindung.

    [0020] Die Fördereinrichtung für ein Fluid, insbesondere eine Flüssigkeit, umfasst eine Pumpe 1, die im Wesentlichen aus einem in einem Zylinder 2 verschiebbar gelagerten Doppelkolben 3 mit einer einseitigen Kolbenstange 4 zusammengesetzt ist. Zum Antrieb des Doppelkolbens 3 zum Fördern des Fluides ist das freie Ende der Kolbenstange 4 einer Exzenterscheibe 5 zugeordnet, die mit einem Motor in Verbindung steht. Der Zylinder 2 ist zum einen über eine Rohrleitung 6 mit einem eingesetzten Rückschlagventil 7 mit einem Arbeitskreislauf und zum anderen mit einem Speichertank 8 eines Vorrats 9 verbunden. Der Speichertank 8 ist auf der der Kolbenstange 4 zugewandten Seite des Doppelkolbens 3 über ein Rohr 10 und auf der der Kolbenstange 4 abgewandten Seite über eine Leitung 11 mit einem eingesetzten Rückschlagventil 12 mit dem Zylinder 2 strömungstechnisch gekoppelt.

    [0021] Wenn der Druck im Arbeitskreislauf steigt, dann steigt er auch in dem Speichertank 8 und beaufschlagt den Doppelkolben 3 auf der Seite mit der Kolbenstange 4. Hierbei wird der Doppelkolben 3 nach oben verlagert und die Kolbenstange 4 liegt nach dem Erreichen eines Soll-Drucks nicht mehr auf der Exzenterscheibe auf. Im vorliegenden Fall beträgt das Verhältnis der beiden Flächen des Doppelkolbens 3 1,6, wobei dieses Verhältnis der Flächen mit und ohne Kolbenstange 4 insbesondere durch den Durchmesser der Kolbenstange 4 zu variieren ist und dem Verhältnis des Soll-Drucks zu dem Ladedruck in dem Arbeitskreislauf entspricht. Bis der Ladedruck im Arbeitskreislauf dem Soll-Druck entspricht, steht die Kolbenstange 4 mit der von dem Motor angetriebenen Exzenterscheibe 5 in Verbindung. Nach dem Erreichen des Soll-Drucks auf der Seite des Doppelkolbens 3 ohne die Kolbenstange 4, also mit dem Erreichen des maximal vorgesehenen Ladedrucks, besteht aufgrund der Druckbeaufschlagung des Doppelkolbens 3 auf der Seite mit der Kolbenstange 4 keine Verbindung zwischen der Kolbenstange 4 und der Exzenterscheibe 5 und demzufolge wird der Druck nicht weiter erhöht, da keine Pumpleistung vorhanden ist. Der Ladedruck auf der Seite des Doppelkolbens 3 mit der Kolbenstange 4 ist zum Erreichen dieser Wirkung im Ausführungsbeispiel 1,6-mal kleiner als der Solldruck.

    [0022] Um mit einem Ladedruck auf der Seite des Doppelkolbens 3 mit der Kolbenstange 4 zu arbeiten, der dem Umgebungsdruck entspricht, wird der Doppelkolben 3 in Richtung des Pfeils 13 mit einer Kraft beaufschlagt, in dem beispielsweise eine Zugfeder an der Kolbenstange 4 oder eine Druckfeder auf der Fläche des Doppelkolbens 3 ohne Kolbenstange 4 angeordnet wird.

    Bezugszeichen



    [0023] 
    1. 1. Pumpe
    2. 2. Zylinder
    3. 3. Doppelkolben
    4. 4. Kolbenstange
    5. 5. Exzenterscheibe
    6. 6. Rohrleitung
    7. 7. Rückschlagventil
    8. 8. Speichertank
    9. 9. Vorrat
    10. 10. Rohr
    11. 11. Leitung
    12. 12. Rückschlagventil
    13. 13. Pfeil



    Ansprüche

    1. Fördereinrichtung für ein Fluid mit einem mit einer Pumpe (1) gekoppelten Motor, wobei die Pumpe (1) einen in einem Zylinder (2) verschiebbar gelagerten Doppelkolben (3) mit einer einseitigen Kolbenstange (4) umfasst, die kraftschlüssig mit dem Motor in Verbindung steht, der Zylinder (2) auf der der Kolbenstange (4) zugewandten Ladeseite mit einem Vorrat (9) und auf der der Kolbenstange (4) abgewandten Arbeitsseite über ein Rückschlagventil (7) mit einem Arbeitskreislauf gekoppelt ist, wobei der Zylinder (2) auf der Arbeitsseite über ein Rückschlagventil (12) mit dem Vorrat (9) in Verbindung steht,
    dadurch gekennzeichnet, dass

    - die Kolbenstange (4) kraftschlüssig derart lösbar mit dem Motor in Verbindung steht, dass eine Verbindung nur dann gegeben ist, wenn der Ladedruck auf der Arbeitsseite des Doppelkolbens (3) kleiner als ein Soll-Druck ist, wobei das Verhältnis der beiden Flächen des Doppelkolbens (3) mit und ohne Kolbenstange (4) dem Verhältnis des Soll-Drucks zu dem Ladedruck in dem Arbeitskreislauf entspricht.


     
    2. Fördereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventile als Rückschlagventile (7, 12) ausgebildet und derart angeordnet sind, dass das in den Arbeitsreislauf eingesetzte erste Rückschlagventil (7) bei einem Druckanstieg in dem Zylinder (2) auf der der Kolbenstange (4) abgewandten Seite des Doppelkolbens (3) geschlossen und das in eine zum Vorrat (9) führende Leitung (11) eingesetzte zweite Rückschlagventil (12) bei einem Druckanstieg in dem Zylinder (2) auf der der Kolbenstange (4) abgewandten Seite des Doppelkolbens (3) geöffnet ist.
     


    Claims

    1. Conveying device for a fluid having a motor coupled to a pump (1), the pump (1) comprising a double piston (3) which is slidably mounted in a cylinder (2) and has a single-ended piston rod (4) which is non-positively connected to the motor, the cylinder (2) being coupled to a supply (9) on the boost side closer to the piston rod (4) and being coupled to a working circuit via a check valve (7) on the working side further away from the piston rod (4), the cylinder (2) being connected to the supply (9) on the working side via a check valve (12), characterized in that

    - the piston rod (4) is non-positively connected to the motor in a detachable manner such that there is a connection only when the boost pressure on the working side of the double piston (3) is less than a target pressure, the ratio of the two surfaces of the double piston (3) with and without the piston rod (4) corresponding to the ratio of the target pressure to the boost pressure in the working circuit.


     
    2. Conveying device according to claim 1, characterized in that the valves are designed as check valves (7, 12) and are arranged such that the first check valve (7) inserted into the working circuit is closed in the event of a pressure increase in the cylinder (2) on the side of the double piston (3) that is further away from the piston rod (4) and the second check valve (12) inserted into a line (11) leading to the supply (9) is open in the event of a pressure increase in the cylinder (2) on the side of the double piston (3) that is further away from the piston rod (4).
     


    Revendications

    1. Dispositif de transport d'un fluide comportant un moteur accouplé à une pompe (1), la pompe (1) comprenant un piston double (3) monté coulissant dans un cylindre (2), le piston double comportant une tige de piston unilatérale (4) qui est reliée à force au moteur, le cylindre (2) étant accouplé, sur le côté de chargement tourné vers la tige de piston (4), à une alimentation (9), et étant accouplé, sur le côté de travail opposé à la tige de piston (4), à un circuit de travail par l'intermédiaire d'un clapet anti-retour (7), le cylindre (2) étant relié, sur le côté de travail, à l'alimentation (9) par l'intermédiaire d'un clapet anti-retour (12), caractérisé en ce que

    - la tige de piston (4) est reliée à force au moteur de façon amovible de telle sorte qu'il n'existe une liaison que lorsque la pression de suralimentation sur le côté de travail du piston double (3) est inférieure à une pression de consigne, le rapport des deux surfaces du piston double (3) avec et sans tige de piston (4) correspondant au rapport de la pression de consigne à la pression de suralimentation dans le circuit de travail.


     
    2. Dispositif de transport selon la revendication 1, caractérisé en ce que les clapets sont conçus comme des clapets anti-retour (7, 12) et sont agencés de telle sorte que le premier clapet anti-retour (7) inséré dans le circuit de travail est fermé lorsque la pression dans le cylindre (2) augmente sur le côté du piston double (3) opposé à la tige de piston (4), et que le second clapet anti-retour (12) inséré dans une conduite (11) menant à l'alimentation (9) est ouvert lorsque la pression dans le cylindre (2) augmente sur le côté du piston double (3) opposé à la tige de piston (4).
     




    Zeichnung








    Angeführte Verweise

    IN DER BESCHREIBUNG AUFGEFÜHRTE DOKUMENTE



    Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde ausschließlich zur Information des Lesers aufgenommen und ist nicht Bestandteil des europäischen Patentdokumentes. Sie wurde mit größter Sorgfalt zusammengestellt; das EPA übernimmt jedoch keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.

    In der Beschreibung aufgeführte Patentdokumente