AT518688B1 - Hubkolbenpumpe und Gerät zur Abgabe von Flüssigkeiten unter hohem Druck - Google Patents

Abstract

Eine Kolbenpumpe zum Ausstoßen eines Hochdruckfluids umfassend einen Exzentermechanismus (2), der aufweist: eine Exzenterwelle (21), ein Exzenterteil (22, einen Kreuzkopf (23), der mit dem Kolben (30) gekoppelt ist, eine Verbindungsstange (24), die den Kreuzkopf (23) mit dem Exzenterteil (22) verbindet, und einen Linearbewegungsführungsmechanismus (4). Dieser umfasst einen Führungshalter (41), der den Kreuzkopf (23) hält, eine Führungsschiene (42), für den Führungshalter (41), eine Radialführung (43), die in der Führungsschiene (42) ausgebildet ist, und eine Linearführungsrolle (44), die im Führungshalter (41) in Gleitkontakt mit der Radialführung (43) angeordnet ist. Der Kreuzkopf umfasst einen Kreuzkopfkörper, der am Führungshalter (41) befestigt ist, und eine Kreuzkopfwelle die im Kreuzkopfkörper angeordnet ist. Die Verbindungsstange umfasst ein Kreuzkopfwellenwälzlager, das in einem Gleitstück zwischen der Kreuzkopfwelle und der Verbindungsstange enthalten ist, und ein Exzenterteilwälzlager das in einem Gleitstück zwischen dem Exzenterteil und der Verbindungsstange enthalten ist, wobei die Kreuzkopfwelle mit der Verbindungsstange in einer drehbaren Weise gekoppelt ist.

Description

1. TECHNISCHES GEBIET [0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kolbenpumpe, die einen Kolben in einem Zylinder hin- und herbewegt.

2. BESCHREIBUNG DES STANDS DER TECHNIK [0002] Kolbenpumpen sind zum Erzeugen von Hochdruckflüssigkeiten (z.B. Hochdruckwasser) geeignet. Kolbenpumpen werden folglich verbreitet in Vorrichtungen zur Zerspanung, zur Reinigung oder zum Entgraten mechanischer Komponenten oder zur Reinigung chemischer Vorrichtungen verwendet.

[0003] Eine Kolbenpumpe enthält typischerweise eine exzentrische Nockenscheibe oder einen Kurbelmechanismus zum Umwandeln der Drehbewegung eines Motors in eine lineare Hin- und Herbewegung. Diese Pumpe enthält Gleitlager in ihrem sich linear hin- und hergehenden Teil, wie einem Kreuzkopf des Kurbelmechanismus, und in einem Gleitstück, das in ihrem Drehmechanismus enthalten ist, wie einer Exzenterwelle.

[0004] Die Kolbenpumpe enthält eine Druckdichtung zwischen jedem Zylinder und ihrer hinund hergehenden Komponente wie einem Kolben zum Ausstößen von Hochdruckwasser. Die Druckdichtung erzeugt unter einer exzentrischen Belastung, die vom Kurbelmechanismus ausgeübt wird, und der Gleitreibung, die durch die Hin- und Herbewegung der hin- und hergehenden Komponente verursacht wird, Wärme und nutzt sich allmählich nach einer Verwendung über eine lange Zeitspanne ab. Wenn sich die Druckdichtung abnutzt, kann das Hochdruckwasser austreten, das zusammengedrückt wird, wenn sich die hin- und hergehende Komponente hin- und herbewegt. Diese setzt die Pumpe außerstande, einen vorgegebenen Druck aufrechtzuerhalten.

[0005] Um die Lebensdauer der Druckdichtung zu verlängern und den vorgegebenen Druck in einer stabilen Weise aufrechtzuerhalten, verwenden Techniken, die in der Technik bekannt sind, ein Kühlmittel, das der Druckdichtung zugeführt wird, um die Druckdichtung zu kühlen und um außerdem das Gleitstück zwischen der Druckdichtung und der hin- und hergehenden Komponente zu schmieren (siehe zum Beispiel, Anspruch 1 und Fig. 1 in der ungeprüften japanischen Patentanmeldungsoffenlegung Nr.. 2015-158151, nachstehend Patentliteratur 1).

KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG [0006] Jedoch kann eine weniger genaue Linearbewegung eines linear hin- und hergehenden Teils, wie eines Kreuzkopfes, selbst bei effizienter Kühlung der Druckdichtung Schwingungen und Klappern verursachen. Solche Schwingungen beeinflussen die Genauigkeit der Linearbewegung der hin- und hergehenden Komponente und beschleunigen den Verschleiß der Druckdichtung.

[0007] Wenn das linear hin- und hergehende Teil ein Gleitlager enthält, benötigt das Gleitstück einen vorgegebenen Spalt (Zwischenraum). Durch diesen Spalt stört die exzentrische Belastung vom Kurbelmechanismus das dynamische Gleichgewicht des linear hin- und hergehenden Teils. Der Spalt für das Gleitstück senkt folglich die Genauigkeit der Linearbewegung des linear hin- und hergehenden Teils und beschleunigt den Verschleiß des Gleitstücks, und bewirkt ferner einen ungleichmäßigen Verschleiß des Gleitstücks. Das Aufrechterhalten einer genauen Linearbewegung über eine lange Zeitspanne ist folglich schwierig.

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Patentamt [0008] Die Genauigkeit, die für die Linearbewegung der linear hin- und hergehenden Komponente angestrebt wird, wird höher, wenn der Druck des aus der Kolbenpumpe ausgestoßenen Hochdruckwassers höher wird. In einem Hochdruck-Bereitschaftszustand der Kolbenpumpe, der den Ausstoßdruck auf einem hohen Druck hält, ist der Kolben gestoppt, während er auf das Hochdruckwasser drückt. Folglich versetzt eine Inbetriebnahme mit voller Belastung aus diesem Hochdruck-Bereitschaftszustand das Gleitstück unter noch härtere Arbeitsbedingungen. In der Kolbenpumpe wird unter Hochdruckbedingungen das Gleitstück für jede Inbetriebnahme der Kolbenpumpe aus dem Bereitschaftszustand und dem Stopp unter harte Arbeitsbedingungen versetzt. Der in jedem Gleitlager enthaltene Schmierfilm kann brechen, was folglich das Gleitstück beschädigt.

[0009] Die in der Patentliteratur 1 beschriebene Kolbenpumpe weist Einschränkungen der Kühlung einer Stopfbüchsenpackung (Druckdichtung) auf. Das Gleitstück kann unter den harten Arbeitsbedingungen bei Drücken von zum Beispiel 300 MPa oder mehr allmählich und kontinuierlich verschleißen. Das Aufrechterhalten der Dichtungsleistung der Stopfbüchsenpackung (Druckdichtung) übereine lange Zeitspanne ist folglich schwierig.

[0010] Die US 2007/0148016 A1 offenbart eine Kolbenpumpe zum Ausstößen eines Hochdruckfluids durch Hin- und Herbewegung eines Kolbens in einem Zylinder.

[0011] Ein oder mehrere Aspekte der vorliegenden Erfindung sind auf eine Kolbenpumpe gerichtet, die den Abgabewirkungsgrad bei hohem Ausstoßdruck verbessert und die Lebensdauer ihrer Druckdichtung verlängert.

KURZE ZUSAMMENFASSUNG [0012] Ein oder mehrere Aspekte der Ausführungsformen sind auf eine Kolbenpumpe zum Ausstößen eines Hochdruckfluids durch Hin- und Herbewegung eines Kolbens in einem Zylinder gerichtet, wobei die Kolbenpumpe aufweist:

einen Exzentermechanismus, der eine Kreisbewegung in eine lineare Hin- und Herbewegung umwandelt, wobei der Exzentermechanismus aufweist:

eine Exzenterwelle, ein Exzenterteil, das sich integral mit der Exzenterwelle dreht, einen Kreuzkopf, der mit dem Kolben gekoppelt ist, eine Verbindungsstange, die den Kreuzkopf mit dem Exzenterteil verbindet, und einen Linearbewegungsführungsmechanismus, der den Kreuzkopf in einer linear beweglichen Weise hält, wobei der Linearbewegungsführungsmechanismus aufweist:

einen Führungshalter, der den Kreuzkopf hält, eine Führungsschiene, die den Führungshalter in einer linear beweglichen

Weise führt, eine Radialführung, die in der Führungsschiene ausgebildet ist und sich in eine Richtung der Linearbewegung erstreckt, um eine radiale Belastung auszuüben, und eine Linearführungsrolle, die im Führungshalter in Gleitkontakt mit der Radialführung angeordnet ist, wobei der Kreuzkopf umfasst:

einen Kreuzkopfkörper, der am Führungshalter (41) befestigt ist, und eine Kreuzkopfwelle die im Kreuzkopfkörper angeordnet ist, und die Verbindungsstange umfasst:

ein Kreuzkopfwellenwälzlager, das in einem Gleitstück zwischen der Kreuzkopfwelle und der Verbindungsstange enthalten ist, und ein Exzenterteilwälzlager das in einem Gleitstück zwischen dem Exzenterteil und der Verbindungsstange enthalten ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kreuzkopfwelle mit der Verbindungsstange in einer drehbaren Weise gekoppelt ist.

[0013] Die Kolbenpumpe gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verbessert den Abgabewirkungsgrad bei hohem Ausstoßdruck und verlängert die Lebensdauer ihrer

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Druckdichtung.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN 1 [0014] Fig.

[0015] Fig. 2A ist eine perspektivische Ansicht, die den Aufbau eines Exzentermechanismus in einer Kolbenpumpe gemäß einer Ausführungsform zeigt.

ist eine perspektivische Ansicht der Hauptkomponenten eines Linearbewegungsführungsmechanismus im Exzentermechanismus gemäß der Ausführungsform.

[0016] Fig. 2B ist eine Querschnittsvorderansicht der Hauptkomponenten des Linearbewegungsführungsmechanismus im Exzentermechanismus gemäß der Ausführungsform.

[0017] Fig. 3 ist eine Querschnittsseitenansicht, die den Aufbau der Kolbenpumpe gemäß der Ausführungsform zeigt.

[0018] Fig. 4 ist eine Teilquerschnittsdraufsicht, die den Aufbau der Kolbenpumpe gemäß der Ausführungsform zeigt.

[0019] Fig. 5 ist ein Schaltplan, der die Hauptschaltungselemente zeigt, die in einer Abrasivschneidvorrichtung gemäß der Ausführungsform enthalten sind.

[0020] Fig. 6 ist eine Querschnittsvorderansicht, die den Aufbau eines Entlastungsventils in der Kolbenpumpe gemäß der Ausführungsform zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG [0021] Es wird nun eine Mehrzylinder- (Dreifachzylinder-) Kolbenpumpe 1 (siehe Figuren 3 und 4) gemäß einer Ausführungsform, die für eine Abrasivschneidvorrichtung 100 (siehe Fig. 5) verwendet werden soll, die eine Hochdruckfluidstrahlpumpe ist, soweit angemessen im Detail unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 6 beschrieben.

[0022] Wie in Fig. 5 gezeigt, schneidet die Abrasivschneidvorrichtung 100 ein (nicht gezeigtes) Werkstück durch Ausstößen eines Abrasivwasserstrahls AWJ auf das Werkstück, der durch Zufügen eines Schleifmittels G zu Hochdruckwasser Q erzeugt wird. Das Hochdruckwasser Q ist ein Hochdruckfluid, das von der Kolbenpumpe 1 mit hohen Drücken von 200 MPa oder mehr zugeführt wird.

[0023] Die Abrasivschneidvorrichtung 100 weist die Kolbenpumpe 1, einen Düsenkopf 101, ein Schaltventil 102, einen Luftsteuereinheit 103, einen numerische Steuer- (NC) Einheit 104 und eine mit der Düse zusammenhängende Rotationssteuereinrichtung 104a auf. Die Kolbenpumpe 1 erzeugt und stößt das Hochdruckwasser Q aus. Der Düsenkopf 101 stößt den Abrasivwasserstrahl AWJ aus. Das Schaltventil 102 steuert das Ein-/Ausschalten des aus dem Düsenkopf 101 ausgestoßenen Abrasivwasserstrahls AWJ. Der Abrasivwasserstrahl AWJ wird ausgestoßen, wenn das Schaltventil 102 eingeschaltet ist, und wird gestoppt, wenn das Schaltventil 102 ausgeschaltet ist. Die Luftsteuereinheit 103 steuert das Schaltventil 102. Beruhend auf dem Schalten des Schaltventils 102, steuert die mit der Düse zusammenhängende Rotationssteuereinrichtung 104a die Drehzahl eines Servomotors M1 zum Antreiben der Kolbenpumpe 1. Der Servomotor M1 ist ein Motor mit veränderlicher Drehzahl.

[0024] Der Vorgang zum Bearbeiten eines (nicht gezeigten) Werkstücks wird durch die NCEinheit 104 programmiert, die das Schaltventil 102 in einerWeise steuert, um den Abrasivwasserstrahl AWJ auf einen Abschnitt des Werkstücks auszustoßen, der geschnitten werden soll, und das Ausstößen des Abrasivwasserstrahls AWJ auf einen Abschnitt des Werkstücks zu stoppen, der nicht geschnitten werden soll.

[0025] Die mit der Düse zusammenhängende Rotationssteuereinrichtung 104a ermittelt den Einschaltzustand oder den Ausschaltzustand des Schaltventils 102 und überträgt das Ermittlungssignal zu einer Pumpensteuereinrichtung 8, die den Betrieb der Kolbenpumpe 1 steuert.

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Patentamt [0026] Wenn das Schaltventil 102 eingeschaltet ist, treibt die mit der Düse zusammenhängende Rotationssteuereinrichtung 104a den Servomotor M1 an, um mit einer vorgegebenen hohen Drehzahl zum Schneiden zu arbeiten. Wenn das Schaltventil 102 ausgeschaltet ist, bewirkt die mit der Düse zusammenhängende Rotationssteuereinrichtung 104a entweder, dass der Servomotor M1 mit einer vorgegebenen niedrigen Drehzahl in Bereitschaft arbeitet, oder stoppt den Servomotor M1.

[0027] Auf diese Weise arbeitet der Servomotor M1 mit einer geeigneten Drehzahl in Zusammenarbeit mit dem Ein-/Ausschalten des Abrasivwasserstrahls AWJ, um einen unbeabsichtigten Druckanstieg und übermäßigen Ausstoß zu verhindern. Dies erhöht den Gesamtwirkungsgrad der Kolbenpumpe 1.

[0028] Wie in Figuren 3 und 5 gezeigt, umfasst die Kolbenpumpe 1 eine Basis 10, einen Exzentermechanismus 2, eine Zylindereinheit 3, einen Druckspeicher 5, einen Drucksensor 51, ein Entlastungsventil 6 und die Pumpensteuereinrichtung 8. Der Exzentermechanismus 2 ist in der Basis 10 enthalten, und wandelt die Kreisbewegung in eine lineare Hin- und Herbewegung um. In der Zylindereinheit 3 werden Kolben 30 (30, 30, 30) durch den Exzentermechanismus 2 hinund herbewegt, um Hochdruckwasser Q zu erzeugen. Der Druckspeicher 5 reguliert den Druck des aus der Zylindereinheit 3 ausgestoßenen Hochdruckwassers Q, um den Druckimpuls zu reduzieren. Der Drucksensor 51 ermittelt den Druck des durch den Druckspeicher 5 regulierten Hochdruckwassers Q.

[0029] Die Kolbenpumpe 1 ist eine Mehrzylinder- (Dreifachzylinder-) Pumpe, die die drei Kolben 30 (30, 30, 30) enthält, die nebeneinander angeordnet sind (siehe Fig. 4). Die Kolben 30 (30, 30, 30) weisen denselben Aufbau auf und werden folglich durch den Kolben 30 repräsentiert, es sei denn, sie sollen voneinander unterschieden werden.

[0030] Wie in Fig. 1 gezeigt, umfasst der Exzentermechanismus 2 eine Exzenterwelle 21, exzentrische Nockenscheiben 22 (22, 22, 22), Kreuzköpfe 23 (23, 23, 23), Verbindungsstangen 24 (24, 24, 24) und Linearbewegungsführungsmechanismen 4 (4, 4, 4). Die Exzenterwelle 21 wird durch den Servomotor M1 angetrieben (siehe Fig. 5), der ein Antriebsmotor ist. Die exzentrischen Nockenscheiben 22 (22, 22, 22) drehen sich integral mit der Exzenterwelle 21. Die Kreuzköpfe 23 (23, 23, 23) sind mit den Kolben 30 (30, 30, 30) gekoppelt. Die Verbindungsstangen 24 (24, 24, 24) verbinden die Kreuzköpfe 23 mit den exzentrischen Nockenscheiben 22. Die Linearbewegungsführungsmechanismen 4 (4, 4, 4) halten die Kreuzköpfe 23 in einer linear beweglichen Weise.

[0031] Die Exzenterwelle 21 entspricht einem Kurbelzapfen und dreht sich (dreht sich auf ihrer Achse) um einen Mittelpunkt 21a der Exzenterwelle 21.

[0032] Wie in Fig. 3 gezeigt, weist jede exzentrische Nockenscheibe 22 eine Scheibenform mit einem großen Durchmesser auf, und entspricht einem Pleuelzapfen. Die exzentrische Nockenscheibe 22 weist einen Mittelpunkt 22a auf, der von der Exzenterwelle 21 um einen Exzenterradius δ abweicht. Die exzentrische Nockenscheibe 22 dreht sich (kreist) um den Mittelpunkt 21a der Exzenterwelle 21 (Nockenscheibenachse). Die drei exzentrischen Nockenscheiben 22 (22, 22, 22) weisen bezüglich der Exzenterwelle 21 eine Phasendifferenz von 120 Grad zwischen sich auf.

[0033] Die Kolbenpumpe 1, die die drei gekoppelten Kolben 30 und die exzentrischen Nockenscheiben 22 aufweist, die eine Phasendifferenz von 120 Grad aufweisen, reduziert einen unstetigen oder ungleichmäßigen Ausstoß und reduziert wirksam die Pulsation.

[0034] Obwohl die in der vorliegenden Ausführungsform beschriebene Kolbenpumpe 1 eine Dreizylinder-Kolbenpumpe ist, um den Aufbau zu vereinfachen und die Pulsation wirksam zu reduzieren, braucht die Kolbenpumpe 1 keine Dreizylinder-Kolbenpumpe sein. Die Pumpe 1 kann eine Zweizylinder-Kolbenpumpe sein, oder kann eine Mehrzylinder-Kolbenpumpe sein, die vier oder mehr Kolben 30 aufweist, die miteinander gekoppelt sind. Die Pumpe 1 kann auch eine Einzylinder-Kolbenpumpe sein, die einen einzigen Kolben 30 umfasst.

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Patentamt [0035] Was den Exzenterradius δ angeht, kann der Hub, der das Doppelte des Exzenterradius δ beträgt, mindestens das Sechsfache des Durchmessers des Kolbens 30 betragen.

[0036] Eine Erhöhung des Hubs des Kolbens 30 erhöht die spezifische Oberfläche des Kolbens 30 beim selben Verschiebungsvolumen, und verbessert die Kühlwirkung des Kolbens 30. Dies erhöht die Kühlwirkung einer Druckdichtung 31b, die sich mit dem Kolben 30 in Kontakt befindet, und verlängert folglich die Lebensdauer der Druckdichtung 31b.

[0037] Für die drei Kolben 30 weist der Exzentermechanismus 2 die drei Kreuzköpfe 23, die mit den Kolben 30 gekoppelt sind, die drei Verbindungsstangen 24 und die drei Linearbewegungsführungsmechanismen 4 auf. Diese Komponenten mit denselben Bezugsziffern weisen denselben Aufbau auf, und werden nicht redundant beschrieben.

[0038] Die Kreuzköpfe 23 (23, 23, 23) werden durch den Kreuzkopf 23 repräsentiert, es sei denn, sie sollen voneinander unterschieden werden. Dasselbe gilt für die Verbindungsstangen 24 und die Linearbewegungsführungsmechanismen 4.

[0039] Wie in Fig. 3 gezeigt, bewegt der Kreuzkopf 23 den Kolben 30 mit hoher Genauigkeit linear hin und her. Der Kreuzkopf 23 umfasst einen Kreuzkopfkörper 23a und eine Kreuzkopfwelle 23b. Der Kreuzkopfkörper 23a ist mit dem Kolben 30 gekoppelt. Die Kreuzkopfwelle 23b ist im Kreuzkopfkörper 23a angeordnet, und ist in einer drehbaren Weise mit der Verbindungsstange 24 gekoppelt.

[0040] Die Verbindungsstange 24 weist ein (nicht gezeigtes) kleines Ende, das mit der Kreuzkopfwelle 23b gekoppelt ist, und ein (nicht gezeigtes) großes Ende auf, das mit der exzentrischen Nockenscheibe 22 gekoppelt ist.

[0041] Am kleinen Ende ist eine Kreuzkopfwellenwälzlager 24a im Gleitstück mit der Kreuzkopfwelle 23b angeordnet. Am großen Ende ist ein Exzenterteilwälzlager 24b im Gleitstück mit der exzentrischen Nockenscheibe 22 angeordnet.

[0042] Das Kreuzkopfwellenwälzlager 24a und das Exzenterteilwälzlager 24b halten den Linearbewegungsführungsmechanismus 4, der in den Exzentermechanismus 2 eingebaut ist, und den Drehmechanismus der Verbindungsstange 24. Dies ermöglicht ein reibungsloses Gleiten durch Reduzieren des Reibungswiderstands des Gleitstücks im Drehmechanismus und ermöglicht es auch, dass die Exzenterwelle 21 unter einer Belastung aus dem Bereitschaftszustand reibungslos anläuft. Außerdem wird eine vorgegebene Vorbelastung ausgeübt, um den Gleitstückspalt zu eliminieren und um die Haltkraft des Drehmechanismus zu erhöhen. Dies verbessert die Genauigkeit der Linearbewegung des Kreuzkopfes 23.

[0043] Unter harten Arbeitsbedingungen, wie einer Inbetriebnahme unter voller Belastung aus dem Hochdruck-Bereitschaftszustand, in dem die Kolbenpumpe 1 gestoppt ist, wobei der Ausstoßdruck hoch gehalten wird, reduzieren die Wälzlager, die niedrige Gleitstückreibungswiderstände aufweisen, die Belastung auf dem Motor zum Antreiben der Kolbenpumpe 1.

[0044] Wie in den Figuren 2A und 2B gezeigt, umfasst der Linearbewegungsführungsmechanismus 4 einen Führungshalter 41, eine Führungsschiene 42, eine Radialführung 43 und eine Linearführungsrolle 44. Der Führungshalter 41 hält den Kreuzkopf 23. Die Führungsschiene 42 führt den Führungshalter 41 in einer linear beweglichen Weise. Die Radialführung 43 ist in der Führungsschiene 42 ausgebildet und erstreckt sich in die Richtung der Linearbewegung, um eine radiale Belastung auszuüben. Die Linearführungsrolle 44 ist im Führungshalter 41 in Gleitkontakt mit der Radialführung 43 angeordnet.

[0045] Der Führungshalter 41 umfasst eine Öffnungsaussparung 41a, eine Haltenut 41b und eine Halterung 41c. Die Öffnungsaussparung 41a erstreckt sich über die Breite der Führungsschiene 42. Die Haltenut 41b ist innerhalb der Öffnungsaussparung 41a ausgebildet und hält die Linearführungsrolle 44 in einen rollbaren Weise. Die Halterung 41c befestigt den Kreuzkopf 23 (siehe Fig. 3). Der Kreuzkopf 23 ist an der Haltefläche des Führungshalters 41 befestigt.

[0046] Die Führungsschiene 42 ist an der Basis 10 befestigt (siehe Fig. 3) und führt den Führungshalter 41 in einen linear beweglichen Weise längs der Radialführung 43.

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Patentamt [0047] Die Radialführung 43 ist entweder eine ebene Fläche oder eine Nut. Die Linearführungsrolle 44 rollt auf der Radialführung 43 in die Hin- und Herbewegungsrichtung.

[0048] Die Linearführungsrolle 44 umfasst viele Kugeln B, die sich bewegen und umlaufen, während sie längs der Radialführung 43 unter einer vorgegebenen Vorbelastung rollen.

[0049] Obwohl die Linearführungsrolle 44 in der vorliegenden Ausführungsform viele Kugeln B aufweist, braucht die Linearführungsrolle 44 nicht viele Kugeln zu enthalten, sondern kann viele Rollen umfassen. Die Linearführungsrolle 44 kann geringfügige Spalte zwischen solchen Komponenten aufweisen, anstatt solche Komponenten unter eine vorgegebene Vorbelastung zu versetzen.

[0050] Die Zylindereinheit 3 umfasst Zylinderkörper 31 (31, 31, 31), die Zylinderkammern 31a (31a, 31a, 31a) begrenzen, Ventilgehäuse 32 (32, 32, 32), die an den distalen Enden der Zylinderkörper 31 (31, 31, 31) angebracht sind, und einen Wasserzufuhreinheit 33, um dem Zylinderkörper 31 (31, 31, 31) Wasser W zuzuführen.

[0051] Die Zylinderkörper 31 (31, 31, 31) weisen denselben Aufbau auf und werden durch den Zylinderkörper 31 repräsentiert. Die Ventilgehäuse 32 (32, 32, 32) weisen denselben Aufbau auf und werden durch das Ventilgehäuse 32 repräsentiert. Diese Komponenten mit denselben Bezugsziffern werden nicht redundant im Detail beschrieben.

[0052] Der Zylinderkörper 31 ist am vorderen Ende der Basis 10 angebracht. Die Zylinderkammer 31a umfasst eine Druckdichtung 31b. Die Druckdichtung 31b, die den Kolben 30 in einen hin- und herbeweglichen Weise enthält, dichtet den Spalt zwischen der Zylinderkammer 31a und dem Kolben 30 ab. Die Druckdichtung 31b kann aus jeder Dichtung bestehen, die es dem Kolben 30 ermöglicht, sich hin- und herzubewegen, während sie den Spalt zwischen der Zylinderkammer 31a und dem Kolben 30 abdichtet, und wird nicht im Detail beschrieben.

[0053] Das Ventilgehäuse 32 umfasst eine Ansaugöffnung 32a, ein Rückschlagventil 32b, eine Ausstoßöffnung 32c und ein Rückschlagventil 32d. Die Ansaugöffnung 32a saugt Wasser W an. Das Rückschlagventil 32b verhindert den Rückfluss des angesaugten Wassers W. Die Ausstoßöffnung 32c stößt Hochdruckwasser Q aus. Das Rückschlagventil 32d verhindert den Rückfluss des ausgestoßenen Hochdruckwassers Q.

[0054] Die Wasserzufuhreinheit 33 umfasst einen Speisewassertank 33a und eine Speisewasserpumpe 33b. Der Speisewassertank 33a speichert Wasser W, das durch die Zylindereinheit 3 als ein Abrasivwasserstrahl AWJ ausgestoßen werden soll (siehe Fig. 5). Die Speisewasserpumpe 33b liefert Wasser W aus dem Speisewassertank 33a an die Zylindereinheit 3.

[0055] Der Exzentermechanismus 2 zum Umwandeln der Kreisbewegung in eine lineare Hinund Herbewegung bewegt den Kolben 30 in den Zylinderkammern 31a hin- und her. Jede Umdrehung der Exzenterwelle 21 bewirkt, dass jeder Kolben 30 das Hochdruckwasser Q durch seine Ausstoßöffnung 32c mit einer Phasendifferenz von 120 Grad ausstößt.

[0056] Insbesondere wenn der Servomotor M1 (siehe Fig. 5) die Exzenterwelle 21 antreibt, drehen sich die die exzentrischen Nockenscheiben 22 (22, 22, 22) mit der Exzenterwelle 21 jeweils mit einer Phasendifferenz von 120 Grad. Die Drehung jeder exzentrischen Nockenscheibe 22 bewirkt die lineare Hin- und Herbewegung des entsprechenden Kreuzkopfes 23 mit der Verbindungsstange 24, die dann den Kolben 30 linear hin- und herbewegt.

[0057] Die Rückwärtsbewegung des Kolbens 30 erzeugt einen negativen Druck in der Zylinderkammer 31a, um der Zylinderkammer 31a durch die Ansaugöffnung 32a mit der Speisewasserpumpe 33b Wasser W zuzuführen.

[0058] Der Druckspeicher 5 speichert den Druck des aus der Ausstoßöffnung 32c ausgestoßenen Hochdruckwassers Q und setzt den Druck geeignet frei. Der Druckspeicher 5 reduziert auch die Pulsation der Dreizylinderpumpe, die die drei gekoppelten Kolben 30 enthält. Der Druckspeicher 5 ist nicht auch eine bestimmte Vorrichtung beschränkt.

[0059] Der Drucksensor 51 ermittelt den Druck des durch den Druckspeicher 5 regulierten

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Hochdruckwassers Q.

[0060] Wie in Fig. 6 gezeigt, umfasst das Entlastungsventil 6 einen Einlass 61, einen Auslass 62, einen Ventilsitz 63, ein Ventil 64 und einen Zylinderkolbenmechanismus 65. Der Einlass 61 nimmt das Hochdruckwasser Q auf. Der Auslass 62 gibt das durch den Einlass 61 aufgenommene Hochdruckwasser Q ab. Der Ventilsitz 63 steht mit dem Auslass 62 und dem Einlass 61 in Verbindung. Das Ventil 64 ist relativ zum Ventilsitz 63 vorwärts und rückwärts beweglich, um den Auslass 62 zu schließen oder zu öffnen. Der Zylinderkolbenmechanismus 65 bewegt das Ventil 64 rückwärts oder vorwärts mit Druckluft A1 hin- und her, die von einer von einer Luftquelle A geliefert wird, um den Auslass 62 zu schließen oder zu öffnen.

[0061] Wenn der Auslass 62 geschlossen ist, kann eine Rotationssteuereinrichtung 81 für den Servomotor M1 den Druck des Hochdruckfluids auf einen vorgegebenen Solldruckwert regeln. Der Auslass 62 wird schnell geöffnet, wenn der Vorgang endet oder wenn sich der Druck eines Hochdruckfluids infolge zum Beispiel einer Düsenverstopfung übermäßig erhöht. Der Zylinderkolbenmechanismus 65 umfasst einen festen Zylinder 65a, einen Kolben 65b, eine Rückholfeder 65c, ein Druckregelventil 65d und einen Luftzufuhranschluss 65e. Der Zylinder 65a ist am Ventilsitz 63 befestigt. Der Kolben 65b ist im Zylinder 65a in einer hin- und herbeweglichen Weise angeordnet. Die Rückholfeder 65c spannt den Kolben 65b rückwärts vor. Das Druckregelventil 65d regelt den Druck der Druckluft A1. Der Luftzufuhranschluss 65e ermöglicht eine Vorwärtsbewegung des Kolbens 65b. Das Ventil 64 ist am distalen Ende des Kolbens 65b angeordnet. Die Druckluft A1 wird zugeführt, um den Kolben 65b rückwärts und vorwärts zu bewegen, und um folglich das Ventil 64 rückwärts und vorwärts zu bewegen.

[0062] Das Druckregelventil 65d kann den eingestellten Druck regeln, was es dem Entlastungsventil 6 ermöglicht, als ein Sicherheitsventil zu dienen.

[0063] Der Zylinderkolbenmechanismus 65 nimmt Druckluft A1 auf, die durch die Pumpensteuereinrichtung 8 durch den Luftzufuhranschluss 65e zugeführt wird, und speist die Druckluft A1 in den Zylinder 65a ein, um den Kolben 65b vorwärts zu bewegen. Wenn die Druckluft A1 aus dem Zylinder 65a freigesetzt wird, bewegt die Rückholfeder 65c den Kolben 65b rückwärts. Der Kolben 65b wird vorwärts bewegt, um den Auslass 62 zu schließen. Der Kolben 65b wird rückwärts bewegt, um den Auslass 62 zu öffnen (siehe Fig. 6). Das Hochdruckwasser Q wird ausgestoßen. Das Entlastungsventil 6 dient folglich als ein Ablassventil.

[0064] Wenn die Aufwärtskraft des Hochdruckwassers Q die Schubkraft des Ventils 64 überschreitet, die durch den eingestellten Luftdruck verursacht wird, fließt das Hochdruckwasser Q durch den Auslass 62 heraus. Das Entlastungsventil 6 dient folglich als ein Sicherheitsventil. Das Einstellen eines geeigneten Luftdrucks der Druckluft ermöglicht es, dass das Entlastungsventil 6 als ein Sicherheitsventil dient. Diese schützt die Kolbenpumpe und die Abrasivschneidvorrichtung vor einem übermäßigen Druck.

[0065] Die Pumpensteuereinrichtung 8 umfasst eine Rotationssteuereinrichtung 81 zum Steuern des Betriebs der Kolbenpumpe 1 und der Drehzahl des Servomotors M1.

[0066] Die Rotationssteuereinrichtung 81 vergleicht den durch den Drucksensor 51 ermittelten Druck des Hochdruckwassers Q mit dem vorgegebenen Solldruckwert, und steuert die Drehzahl des Servomotor M1 durch eine Rückkopplungsregelung.

[0067] Die Rückkopplungsregelung der Drehzahl des Servomotor M1 ermöglicht eine präzise Kontrolle zum Erzielen der Drehzahl, die für die Durchflussgeschwindigkeit des Hochdruckwassers Q geeignet ist, während sie den Solldruck aufrechterhält.

[0068] Die vorteilhaften Effekte der Abrasivschneidvorrichtung 100, die die Kolbenpumpe 1 mit dem Aufbau gemäß der vorliegenden Ausführungsform aufweist, werden nun hauptsächlich unter Bezugnahme auf Fig. 5 beschrieben.

[0069] Die Abrasivschneidvorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird durch die mit der Düse zusammenhängende Rotationssteuereinrichtung 104a gesteuert, um den Servomotor M1 mit einer vorgegebenen hohen Drehzahl für einen Abschnitt eines Werk7/17

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Stücks zu betreiben, der geschnitten werden soll, und um den Servomotor M1 für einen Abschnitt des Werkstücks, der nicht geschnitten werden soll, entweder zu stoppen oder mit einer vorgegebenen niedrigen Drehzahl zu betreiben. Diese Steuerung ermöglicht es, dass das Hochdruckwasser Q einen ausreichend hohen Druck für den Werkstückabschnitt aufweist, der geschnitten werden soll, und verhindert einen überflüssigen Druckanstieg oder übermäßigen Ausstoß für den Werkstückabschnitt, der nicht geschnitten werden soll. Dies reduziert die Belastung der Kolbenpumpe 1 und erhöht ihren Gesamtwirkungsgrad.

[0070] Die Linearführungsrolle 44 ist im Führungshalter 41 in Gleitkontakt mit der Radialführung 43 angeordnet. Der Führungshalter 41 wird folglich auf der Führungsschiene 42 mit dem Wälzlager gehalten. Das Wälzlager optimiert den Gleitstückspalt und hält den Kreuzkopf 23 genauer in einer linear beweglichen Weise, als wenn der Kreuzkopf 23 durch ein Gleitlager gehalten wird.

[0071] Obwohl zum Beispiel das Gleitlager einen vorgegebenen Spalt für sein Gleitstück benötigt, eliminiert die Linearführungsrolle 44 den Spalt durch Reduzieren des Gleitreibungswiderstands, während sie ein reibungsloses Gleiten aufrechterhält, oder verbessert die Genauigkeit der Linearbewegung des Kreuzkopfes 23 durch Ausüben einer vorgegebenen Vorbelastung, um die Haltkraft zu erhöhen und die Stabilität zu verbessern.

[0072] Wenn sich die Radialführung 43 in Gleitkontakt mit der Linearführungsrolle 44 befindet, unterstützt die Radialführung 43 vertikale, horizontale und insbesondere radiale unsymmetrische Belastungen auf den Kreuzkopf 23. Diese hält die Genauigkeit der Linearbewegung des Kreuzkopfes 23 in einer stabilen Weise aufrecht.

[0073] Auf diese Weise verbessert die Kolbenpumpe 1 in der vorliegenden Ausführungsform die Genauigkeit der Linearbewegung des Kreuzkopfes 23 und ermöglicht es folglich, dass sich der Kolben 30 linear mit Präzision hin- und herbewegt. Dies verbessert den Abgabewirkungsgrad der Pumpe, verlängert die Lebensdauer der Druckdichtung 31b erhöht den Ausstoßdruck.

[0074] Obwohl die Erfindung beruhend auf den Ausführungsformen beschrieben worden sind, können Ausführungsformen verschiedenartig modifiziert werden.

[0075] Obwohl zum Beispiel die Kolbenpumpe 1 in der Abrasivschneidvorrichtung 100 in der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird, kann die Kolbenpumpe 1 in verschiedenen Vorrichtungen verwendet werden, um das Hochdruckwasser Q zur Reinigung oder zum Entgraten auszustoßen.

BEZUGSZEICHENLISTE

Kolbenpumpe

Exzentermechanismus

Zylindereinheit

Linearbewegungsführungsmechanismus

Druckspeicher

Entlastungsventil

Pumpensteuereinrichtung

Exzenterwelle exzentrische Nockenscheibe (Exzenterteil)

Kreuzkopf

24a Kreuzkopfwellenwälzlager

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24b	Exzenterteilwälzlager
30	Kolben
31a	Zylinderkammer
31b	Druckdichtung
32	Ventilgehäuse
32a	Ansaugöffnung
32c	Ausstoßöffnung
41	Führungshalter
42	Führungsschiene
43	Radialführung
44	Linearführungsrolle
51	Drucksensor
61	Einlass
62	Auslass
63	Ventilsitz
64	Ventil
65	Zylinderkolbenmechanismus
65a	Zylinder
65b	Kolben
65d	Druckregelventil
65e	Luftzufuhranschluss
81	Rotationssteuereinrichtung
100	Abrasivschneidvorrichtung
101	Düsenkopf
102	Schaltventil
103	Luftsteuereinheit
104	NC-Einheit
104a	Mit der Düse zusammenhängende Rotationssteuereinrichtung
A1	Druckluft
M1	Servomotor
Q	Hochdruckwasser
W	Wasser

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Claims (7)

1. Kolbenpumpe zum Ausstößen eines Hochdruckfluids durch Hin- und Herbewegung eines Kolbens (30) in einem Zylinder (3), wobei die Kolbenpumpe aufweist:

einen Exzentermechanismus (2), der eine Kreisbewegung in eine lineare Hin- und Herbewegung umwandelt, wobei der Exzentermechanismus (2) aufweist eine Exzenterwelle (21), ein Exzenterteil (22), das sich integral mit der Exzenterwelle (21) dreht, einen Kreuzkopf (23), der mit dem Kolben (30) gekoppelt ist, eine Verbindungsstange (24), die den Kreuzkopf (23) mit dem Exzenterteil (22) verbindet, und einen Linearbewegungsführungsmechanismus (4), der den Kreuzkopf (23) in einer linear beweglichen Weise hält, wobei der Linearbewegungsführungsmechanismus (4) aufweist:

einen Führungshalter (41), der den Kreuzkopf hält (23), eine Führungsschiene (42), die den Führungshalter (41) in einer linear beweglichen Weise führt, eine Radialführung (43), die in der Führungsschiene (42) ausgebildet ist und sich in eine Richtung der Linearbewegung erstreckt, um eine radiale Belastung auszuüben, und eine Linearführungsrolle (44), die im Führungshalter (41) in Gleitkontakt mit der Radialführung (43) angeordnet ist, wobei der Kreuzkopf (23) umfasst:

einen Kreuzkopfkörper (23a), der am Führungshalter (41) befestigt ist, und eine Kreuzkopfwelle (23b), die im Kreuzkopfkörper (23a) angeordnet ist, und die Verbindungsstange (24) umfasst:

ein Kreuzkopfwellenwälzlager (24a), das in einem Gleitstück zwischen der Kreuzkopfwelle (23b) und der Verbindungsstange (24) enthalten ist, und

Exzenterteilwälzlager (24b), das in einem Gleitstück zwischen dem Exzenterteil (22) und der Verbindungsstange (24) enthalten ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kreuzkopfwelle (23b) mit der Verbindungsstange (24) in einer drehbaren Weise gekoppelt ist.

2. Kolbenpumpe nach Anspruch 1, wobei die Kreuzkopfwelle (23b) mit der Verbindungsstange (24) innerhalb des Kreuzkopfkörpers (23a) in einer drehbaren Weise gekoppelt ist.

3. Kolbenpumpe nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei der Kolben (30) einen Hub aufweist, der mindestens das Sechsfache eines Durchmessers des Kolbens (30) beträgt.

4. Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, die ferner aufweist:

einen Servomotor (M1), der die Exzenterwelle (21) antreibt;

einen Drucksensor (51), der einen Druck eines Hochdruckfluids ermittelt, das der Kolben (30) ausstößt; und eine Rotationssteuereinrichtung (81), die den durch den Drucksensor (51) ermittelten Druck des Hochdruckfluids mit einem vorgegebenen Solldruckwert vergleicht, um den Servomotor (M1) durch eine Rückkopplungsregelung auf dem Solldruckwert zu betreiben.

5. Kolbenpumpe nach Anspruch 4, die ferner aufweist ein Entlastungsventil (6), das einen Druck eines Hochdruckfluids regelt, das aus dem Zylinder (3) ausgestoßen wird, wobei das Entlastungsventil (6) umfasst:

einen Einlass (61), der das Hochdruckfluid aufnimmt;

einen Auslass (62), der das durch den Einlass (61) aufgenommene Hochdruckfluid abgibt;

einen Ventilsitz (63) in Verbindung mit dem Auslass (62) und dem Einlass (61); ein Ventil (64), das relativ zum Ventilsitz (63) vorwärts und rückwärts beweglich

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Patentamt ist, um den Auslass (62) zu schließen oder zu öffnen; und einen Zylinderkolbenmechanismus (65), der das Ventil (64) rückwärts und vorwärts mit Druckluft hin- und her bewegt, um den Auslass (62) zu schließen oder zu öffnen.

6. Kolbenpumpe nach Anspruch 5, wobei das Entlastungsventil (6) als ein Sicherheitsventil mit einem eingestellten Luftdruck der Druckluft dient.

7. Hochdruckfluidausstoßvorrichtung, die aufweist:

einen Düsenkopf (101), der einen Wasserstrahl ausstößt;

die Kolbenpumpe (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die Kolbenpumpe (1) den Düsenkopf (101) mit dem Hochdruckfluid versorgt;

ein Schaltventil (102), das das Ein-/Ausschalten des Wasserstrahls steuert, das aus dem Düsenkopf (101) ausströmt; und eine mit der Düse zusammenhängende Rotationssteuereinrichtung (104a), die eine Drehzahl des Servomotors (M1) beruhend auf einem Betrieb des Schaltventils (102) steuert.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen