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Pneumatische Druckflüssigkeitspumpe mit mehreren mechanisch unabhängig
voneinander in je einem Zylinder arbeitenden Differentialkolben Eine außerordentlich
wichtige Voraussetzung für die zufriedenstellende Arbeit einer hydraulisch betätigten
Werkzeugmaschine od. dgl. ist, daß die Flüssigkeit, die ja in den meisten Fällen
aus Öl besteht, bei gleichbleibendem Druck, beständiger Temperatur und damit
konstanter Viskosität gehalten wird. Bei bisher verwendeten Pumpenarten müssen gewisse
umständliche Maßnahmen ergriffen werden, um eine beständige Oltemperatur zu erzielen,
z. B. Erwärmung bis zu einer Beharrungstemperatur, bevor die Maschine in Betrieb
gesetzt wird, oder Kühlung des öles während des Betriebes.
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Die Erfindung hat den Zweck, die angegebenen Erschwerungen zu überwinden,
und bezieht sich auf eine pneumatfsche Druckflüssigkeitspumpe mit mehreren mechanisch
unabhängig voneinander in je einem Zylinder arbeitenden Differentialkolben,
die auf ihrer einen Stirnfläche von einem gasförtnigen Druckmittel, insbesondere
Druckluft, beaufschlagt werden und mit der anderen Stirnseite auf eine Flüssigkeit,
z. B. Öl,
einwirken und bei der die Differentialkolben von einem gemeinsamen
Steuerventil oder Ventilsystern gesteuert werden. Man hat bisher bei mechanisch
arbeitenden Kolben solcher Druckflüssigkeitspumpen stets vorausgesetzt, daß diese
Kolben jeder für sich gesteuert werden. müssen. Diese Steuerung hat aber den Nachteil,
daß beim Arbeiten der Pumpe kein völlig gleichmäßiger Lieferungsdruck erzeugt wird,
sondern daß Druckstöße auftreten, die sich aus der Umschaltung der Steuerung ergeben.
Auch bei starrer Anordnung der Arbeitskolben der Druckflüssigkeitspumpe zueinander
ließ sich ein gleichmäßiger Druck nicht erzielen. Obgleich der eine Kolben hierbei
während der Saugperiode des anderen pumpt, tritt bei einem jeden Hubwechsel ein
kurzer Augenblick ein' in dem keiner der Kolben den Druck aufrechterhält, so daß
beim Wechsel der Arbeit der Kolben ein Druckabfall entsteht, der sich nachteilig
auswirkt.
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Gemäß der Erfindung werden die Bewegungen des Steuerventils für die
Druckflüssigkeitspumpe nur von einem der mechanisch unabhängig arbeitenden Differentialkolben
gesteuert, wobei dieser Kolben volle Pumpenhübe ausführt, während der andere Differentialkolben,
nur einen Hub ausführt, der notwendig ist, um den Flüssigkeitsdruck während der
Saugperiode des erstgenannten Kolbens aufrechtzuerhalten. Bei einer derartigen Ausbildung
der Steuerung des Stenerventils ist es möglich, einen völlig konstanten Lieferdruck
zu erzielen, weil nämlich nunmehr der eine Differentialkolben die voll-en Pumpenhübe
ausführt und der andere lediglich dazu dient, während des Rückhubes bzw. der Saugperiode
des steuernden Kolbens den Flüssigkeitsdruck in der Auslaßleitung aufrechtzuerhalten.
Erst wenn die Lieferungen des einen Kolbens nicht ausreichen, setzt der zweite Differentialkolben
zur Hergabe großer Flüssigkeitsmengen ein, wobei dann beide Kolben vollständige
Hübe ausführen können. Der Lieferdruck bleibt in jedem Falle gleichmäßig.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus dem nachstehend an,
Hand der Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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In der Zeichnung ist schematisch ein Ausführungsbeispiel einer Druckflüssigkeitspumpe
nach der Erfindung dargestellt.
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Die Pumpe besteht aus einem Zylinder- und Ventilgehäuse
1, das in einen Flüssigkeits#ehälter 2 eintaucht, der eine Flüssigkeit
3, z. B. Hydrauliköl, enthält. Durch Ventile 4 und 5 kann die Flüssigkeit
in zwei untere Kammern 6 und 7 des Ventilgebäuses 1 einströmen.
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Aus den Kammern 6 und 7 kann die Flüssigkeit zu einer
oberen Kammer 8 durch die beiden Ventile 9
und 10 kommen. Die
Kammer 8 sei durch eine oder mehrere Rohrleitungen z. B. an nicht dargestellte
Betätigungsvorrichtungen für die Maschinenteile angeschlossen, die mit Hilfe des
hydraulischen Druckes Bewegungen ausführen sollen.
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Zwei Differentialkolben 11, 12 sowie 13, 14 stehen mit
ihren kleineren Zylindern in direkter Verbindung mit je einer der Kammern
6 und 7, während die Zylinderräume 15 und 16 der größeren
Kolben 12
und 14 durch Kanäle 17 und 18 sowie ein
Kolbensteuerventil 19 abwechselnd mit einer Druckluf tleitung 20 und der
freien Atmosphäre in Verbindung kommen.
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Zwei Endkammern 21 und 22 des Steuerventils 19
stehen durch
stark gedrosselte Kanäle 23 und 24 mit der Druckluftleitung 20 in Verbindung.
Ein Überdruckventil 34 ist so eingestellt, daß in der Endkammer 21 nur ein reduzierter
Luftdruck vorhanden sein kann-. Der Kolben des Stenerventils 19 steht unter
Einwirkung von zwei Dauerrnagneten 25, 26,
durch die er in einer seiner Endlagen
gehalten wird, wenn in den Endkammern 21, 22 der gleiche Druck herrscht. Die Druckluftleitung
20 für die beiden Ventilkammern 27, 28 des Stenerventils verzweigt sich in
zwei Kanäle 29, 30, deren Mündungen in einem Abstand voneinander liegen,
der größer ist als die Länge des mittleren Kolbenteiles 31 des Steuerventils
19, so daß die beiden Zylinderräume 15 und 16 niemals gleichzeitig
von der Druckluftzufuhr aus der Leitung 20 abgeschlossen sein können.
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Die Differentialkolben 11, 12 und 13, 14 werden von
kleinen, durch Kanäle 43, 46 druckluftbetriebenen Hilfskolben 32, 33 (von
denen mehrere, z. B. drei Stück, bei jedem Differentialkolben vorgesehen werden)
nalch oben gedrückt, sobald der betreffende Zylinderraum15 oder 16 durch
das Steuerventil19 mit der freien Atmosphäre in Verbindung gebracht wird.
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Wenn sich der Kolben 14 des einen Differentialkolbens in der Nähe
seiner unteren En#dlage befindet, wird die Ventilendkammer 22 durch die Kanäle
35, 40, den Zylinderraum 37 und einen Kanal 39 mit der freien
Atmosphäre verbunden. Die unterhalb der Kolben 12 und 14 liegenden Zylinderräume
36 und 37
stehen ständig mit der Atmosphäre durch Kanäle
38
und 39 in Verbindung. Diese Räume bleiben daher drucklos, wodurch
jede Gefahr, daß Luft zwischen die Kolben, 11 und 13 und deren Zylinderwände
eingepreßt werden kann, vermieden wird.
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Die Druckflüssigkeitspumpe arbeitet wie folgt: In der Stellung, die
das Steuerventil 19 in der Zeichnung einnimmt, strömt die Druckluft aus der
Leitung 20 in den Kanal 30 zur Ventilkammer 28 hinunter, weiter durch
den Kanal 18 zum Zylinderraum 16 und drückt hier den Kolben. 14 abwärts.
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Die unter dem Kolben 13 stehende Flüssigkeit unterliegt einem
Druck, der sich nach dem Druck der einströmen#den Luft und dem Verhältnis zwischen
den Kolbenstirnflächen des Differentialkolbens 13, 14 richtet. In dem Maße,
wie Druckflüssigkeit durch die an die Kammer 8 angeschlossenen Rohrleitungen
herausgepreßt wird, strömt die Flüssigkeit aus der Kammer 7 durch das Ventil
10 in die Kammer 8 nach. Wenn der Differentialkolben 13, 14
so weit nach unten gedrückt ist, daß das obere Ende des Hilfskolbens 33
.ein-en
von der Ventilendkammer 22 ausgehenden Kanal 35, 40 freigibt, kommt diese
durch den Zylinderraum 37 und die Öffnung 39 mit der freien
A:in10-sphäre in Verbindung und wird nahezu drucklo#s. Der Kolben des Steuerventils
19 wird dann von der Druckluft in der Ventilendkammer 21 nach rechts gegen
den Dauermagnet 26 hinübergeschoben, wodurch der Zylinderraum 16 durch
Kanal 18, Ventilkaminer 28 und einen Kanal 41 mit der freien Atmosphäre in
Verbindung tritt.
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Durch Wirkung der Druckluft in der Zylinderkammer 42 wird jetzt der
Differentialkolben 13, 14 mittels der Hilfskolben 33 nach oben geschoben.
Gleichzeitig schließt sich auf Grund seiner eigenen Schwere das Ventil
10, und das Ventil 5 öffnet sich teils durch den statischen Druck
der Flüssigkeitsmenge 3 im Flüssigkeitsbehälter 2, teils durch den Unterdruck,
der in der Kammer7 bei Aufwärtsbewegung des Kolbens 13 entsteht.
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Bei der eben beschriebenen Rechtsbewegung des Kolbens vom Steuerventil
19 kommt der Zylinderraum 15 durch Kanal 29, Ventilkammer
27 und Kanal 17 mit der Druckluftleitung 20 in Verbindung. Bevor der
Kanal 30 durch den Kolbenteil 31 abgeschlossen wird, sind beide Zylinderräume
15 und 16 an die Druckluftleitung 20 angeschlossen. Hierdurch wird
ein Druckabfall im Flüssigkeitsvolumen der Kammer 8
beim Verschieben des Kolbens
des Steuerventils 19
von der einen Endlage zur anderen verhindert, auch wenn
gleichzeitig leine Flüssigkeitsabnahme stattfindet. Erreicht wird dies dadurch,
daß durch, die Druckluft in dem Zylinderraum 15 der Kolben 11, 12
hinuntergedrückt wird und die unter dem Kolben 11
stehende Flüssigkeit demselben
Druck ausgesetzt wird, der bereits in der Kammer 8 herrscht. In dem Maße,
wie Flüssigkeit aus der Kammer 8 zu den an diese Kammer angeschlossenen Maschinenteile
strömt, wird der Differentialkelben 11, 12 nach unten gesenkt und dabei Flüssigkeit
aus der Kammer 6 durch das Ventil 9 zur Kammer 8 gedrückt.
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Ein Abwärtsbewegen des Differentialkolbens 11, 12, oder in
dem Fall, wo keine Flüssigkeit aus der Kammer 8 abgeht, beim statischen Druck
gegen die Flüssigkeit im Hohlraum 6, erfolgt nur während der Zeit, die der
Differentialkolben 13, 14 braucht, um seine oberste Endlage zu erreichen
und seinen nächsten Pumphub zu beginnen. Dies trifft ein, wenn der Hilfskolben
33 so hoch gekommen ist, daß eine an ihm vorgesehene Nut 47 den Kanal 40
freigibt und die Druckluft vom Zvlinder 42 durch die Nut 47 und die Kanäle 40,
35 zu# Ventilendkammer 22 geht und dort den Kolben des Ventils
19 in seine linke Endlage infolge des reduzierten Druckes, der durch Wirkung
des überdruckventils 34 immer in der Endkammer 21 vorhanden ist, drückt. Der Differentialkolben
13,14 führt also immer, ob eine große oder kleine Flüssigkeitsmenge aus der Kammer
8 herausgedrückt wird, einen vollen Pumphub aus. Der Differentialkolben
11, 12 dagegen erhält nur den Druck in der Kammer 8 in der Zeit aufrecht,
die der Differentialkolben 13, 14 zum Rückgang braucht.
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Geht keine Flüssigkeitsmenge während des Rückganges des Differentialkolbens
13, 14 ab, dann macht der Differentialkolben 11, 12 während dieser
Zeit so gut wie gar keine Bewegung.
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Sollten beide Differentialkolben abwechselnd volle Pumphübe ausführen,
könnte beim Ausströmen einer großen Flüssigkeitsmenge aus der Kammer 8 der
Fall eintreten, daß der Pumphub des einen Differentialkolbens in kürzerer Zeit erfolgt
als der Rückhub des anderen, wodurch sowohl der Rückhub als auch der Pumphub der
Kolben kürzer und kürzer werden würde, bis schließlich eine Totstellung eintreten
würde und die Pumpe mit beiden Differentialkolben in den untersten Stellungen stehenbleiben
würde.
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Der Kolben des Ventils 19 hat aber nun die vorher beschriebene
linke Lage eingenommen, und der Differentialkolben 13, 14 bewegt sich wieder
nach unten oder hält auf jeden Fall den Druck in den Kammern 7
und
8 aufrecht.
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Durch die linke Lage des Kolbens des Ventils 19
ist der Zylinderraum
15 durch Kanal 17 ' Ventilkammer 27 und Kanal 44 mit der freien
Atmosphäre in Verbindung gekommen. Die durch die Druckluft über die Leitung 43 in
Bewegung gesetzten Hilfskolben
32 schieben den Differentialkolben
11, 12 in seine oberste Endlage, wo er stehenbleibt, bis der Differentialkolben
13, 14 seinen Pumphub vollendet hat und der Kolben des Ventils
19 dadurch wieder in der beschriebenen Weise verschoben wird.
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Solange also ein Flüssigkeitsabgang aus der Kammer 8 erfolgt,
ist die Pumpe mit einer Geschwindigkeit in Betrieb, die erforderlich ist, um den
Druck in der Kammer 8 zu halten, der dem Druck der zugeführten Druckluft
und dem Verhältnis der Stirnflächen der Differentialkolben entspricht. Sobald keine
Flüssigkeit aus der Kammer 8 abgeht, steht die Pumpe still, wobei mindestens
ein Kolben auf die eingeschlossene Flüssigkeit drückt, so daß der konstante Druck
erhalten bleibt, auf den die Pumpe eingestellt ist. Bei jedem Flüssigkeitsabgang
aus der Kammer 8
führt einer der Kolben 13, 14 oder 11, 12 eine
entsprechende Bewegung aus. Durch Einstellung des Luftdru.,ckes, der einem gewissen
Flüssigkeitsdruck entspricht, mit Hilfe eines Druckminderventiles 45 in der Druckluftleitung
20, kann jede gewünschte Bedingung erfüllt werden.