DE1553215C - Druckflüssigkeits-Pumpenaggregat - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Druckflüssigkeits-Pumpenaggregat mit einem mit der Saugleitung einer Verdrängerpumpe verbundenen Behälter und einem flüssigkeitsdruckbetätigten Ventil in der Druckleitung der Pumpe, welches beim Überschreiten eines vorbestimmten Druckes anspricht und die Flüssigkeit aus der Druckleitung in den Behälter zurückführt.

Ein Druckflüssigkeits-Pumpenaggregat dieser Art ist bereits in der deutschen Patentschrift 717 944 näher beschrieben. Dieses an sich bekannte Pumpenaggregat arbeitet insofern über längere Zeiträume hinweg nicht zufriedenstellend, als sich die Flüssigkeit auf einen Wert erwärmt, der von der Praxis her nicht akzeptabel ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, einDruckflüssigkeits-Pumpenaggregat der eingangs genannten Art zu schaffen, welches über längere Zeitabschnitte hinweg ohne unzulässige Erwärmung der Flüssigkeit arbeiten kann, und welches gleichwohl baulich gedrungen ist und keiner großen Menge Kühlmittel bedarf.

Auch ist eine konstante Temperatur der Druckflüssigkeit wünschenswert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einem luftgekühlten Aggregat, dessen Behälter einen Teil des Aggregats bildet, der mit der Verdrängerpumpe gekoppelte Motor auf dem Behälter gelagert ist und mit einem Lüfter gekoppelt ist, der stirnseitig innerhalb eines Gehäuses angeordnet ist, wobei das Gehäuse zum Teil noch den Motor mit Abstand umgibt, und daß an dem Motorgehäuse eine ringförmige Kühlkammer angeordnet ist, die mit dem druckflüssigkeitsbetätigten Ventil über einen Kanal verbunden ist, der an einer relativ tief liegenden Stelle in die Kühlkammer mündet und mit dem Behälter über einen Kanal, der von einer relativ hoch liegenden Stelle in der Kühlkammer ausgeht.

Nach der USA.-Patentschrift 1 854 318 ist es bei Verdrängerpumpen bereits bekannt, die Druckflüssigkeit durch eine ringförmige, den Pumpenmotor umgebende Kühlkammer zu leiten, welche am Umfang vom Luftstrom eines Lüfters beaufschlagt wird. Da der Kompressor Teil eines Kühlsystems ist und ein kontinuierlicher Betrieb verlangt wird, führt der Vorschlag nach dieser Entgegenhaltung nicht zur Lösung des erfindungsgemäßen Problems.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung bilden die benachbarten Flächen des Gehäuses und die Kühlkammer einen konvergierenden Ringkanal für die Kühlluft.

Zweckmäßig sind an dem Durchtrittsöffnungen für die Motorkühlluft aufweisenden lüfterseitigen Motor-Lagerschild radiale Speichen angeordnet, die an ihren Außenenden durch einen Ring verbunden sind, auf welchem sich das Gehäuse abstützt.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Druckflüssigkeits-Pumpenaggregates ist nachstehend an Hand der Zeichnung noch etwas näher ererläutert. In dieser zeigt in rein schematischer Weise

F i g. 1 einen senkrechten Schnitt durch das erfindungsgemäße Druckflüssigkeits-Pumpenaggregat,

Fig. 2 einen Teilschnitt längs der Linie H-II in Fig. 1,

Fig. 3 einen Teilschnitt längs der Linie III-III in Fig. 2,

F i g. 4 einen waagerechten Schnitt längs der Linie IV-IV in Fig. 1,

Fig. 5 einen senkrechten Schnitt längs der Linie V-V in F i g. 4,

F i g. 6 eine Draufsicht auf die Lagerung des Lüfters des erfindungsgemäßen Druckflüssigkeits-Pumpenaggregates,

Fig. 7 einen waagerechten Schnitt in vergrößertem Maßstab längs der Linie VII-VII in F i g. 1,

F i g. 8 einen Teilschnitt in vergrößertem Maßstab des flüssigkeitsdruckbetätigten Ventils des erfindungsgemäßen Druckflüssigkeits-Pumpenaggregates.

Das erfindungsgemäße Druckflüssigkeits-Pumpenaggregat 10 besitzt einen Flüssigkeitsbehälter 12, der als Unterlage für die Deckelplatte 14 mit an deren Unterseite angeordneter Verdrängerpumpe 16 dient.

Es ist ferner ein Kühler 18 vorgesehen, der ein Gehäuse für den zum Antrieb sowohl der Verdrängerpumpe 16 als auch eines Lüfters 22 vorgesehenen Motor 20 bildet. Ferner ist ein mittels eines Stützringes 26 an dem Kühleroberteil befestigtes Gehäuse 24 angeordnet. Der Teil 12 hat die Form eines oben offenen Hohlzylinders, wobei der Behälter 28 eine Einfüllöffnung 30, eine Öffnung 32 zum Anschließen der Auslaßleitung 34 und eine Öffnung zum Anschließen einer zu einem Thermometer führenden Verbindungsleitung 36 aufweist. In die Einfüllöffnung 30 ist ein mit einem Verschlußstopfen 42 versehener Rohrkrümmer 40 eingesetzt.

Die. Oberkante der Seitenwand des Behälters 12 ist mit einem Innenflansch 44 versehen, an dem die Deckelplatte 14 befestigt ist. Die Deckelplatte 14 trägt an ihrer Unterseite die Verdrängerpumpe 16 und bildet außerdem ein Gehäuse für den unteren Teil sowohl des Flüssigkeitskanals 46 als auch des Überströmkanals 48. Der Behälter 12 ist wenigstens bis zu einer der Ansaugbohrung 50 der Pumpe entsprechenden Höhe mit einer Flüssigkeit gefüllt.

Die Deckelplatte 14 besitzt eine muldenartige Ausnehmung 52 in der Mitte und eine zentrisch in der Bodenwand 56 angeordnete Bohrung 54 zur Aufnähme einer Welle 58 der Verdrängerpumpe 16. Der Kühler 18 ist seinerseits mit der Deckelplatte 14 verschraubt, wobei zur Zentrierung miteinander in Eingriff kommende Ringrippen 60, 62 dienen. Ein an den Außenmantel der muldenartigen Ausnehmung 52 in der Deckelplatte 14 angeformter Ansatz 64 enthält sowohl den Flüssigkeitskanal 46 als auch den Überströmkanal 48.

Die Ansaugbohrung 50 mündet an der von einem Filter 66 eingefaßten Unterseite der Verdrängerpumpe 16 ein. Die in die Ansaugbohrung 50 eintretende Flüssigkeit gelangt zu den ineinander kämmenden Zahnrädern 68, 70, die innerhalb der Ausnehmung 72 gelagert sind. Das Zahnrad 70 sitzt fest auf einer Blindwelle 74, während das Zahnrad 68 auf der mit der Motorwelle 76 gekuppelten Welle 58 angebracht ist. Die Verdrängerpumpe 16 ist daher exzentrisch an der unteren Bodenfläche 57 der Ausnehmung 52 angeordnet, um die Welle 58 in gleichachsige Ausrichtung zu der zentrisch durchgeführten Motorwelle 76 zu bringen.

Durch Verdrehen der Zahnräder 68, 70 in Pfeilrichtung gemäß Fig. 7 wird Flüssigkeit aus der Ansaugbohrung 50 mitgerissen und unter Druck in den in dem angeformten Ansatz 64 an der Deckelplatte 14 vorgesehenen Flüssigkeitskanal 46 gefördert.

Der Aufbau des Kühlers 18 geht am deutlichsten aus Fig. 1, 4 und 5 hervor. Wie bereits oben erwähnt, sind zur Zentrierung ineinandergreifende Ringrippen

60, 62 am Unterteil 78 des Kühlers 18 und an der Oberkante der Deckelplatte 14 vorgesehen, während Befestigungsmittel 80 die Verbindung übernehmen. Das Unterteil 78 des Kühlers 18 weist eine zentrische Bohrung 82 auf, durch welche die Motorwelle 76 hindurchgeführt ist, welche über eine Kupplung 84 mit der Welle 58 der Pumpe verbunden ist. Ein Ring 86 umschließt dabei die Bohrung 82 und ist mit einer Ringschulter 88 zur Aufnahme des Wellenlagers 90 versehen.

Von dem Unterteil 78 des Kühlers 18 führt ein Motorgehäuse 92 nach oben, das den Motor 20 aufnimmt. Bei der gezeichneten Ausführungsform liegen die die Feldwicklung bzw. die Spule 96 tragenden feststehenden Feldpole 94 des Motors 20 auf einer am Innenmantel des Motorgehäuses 92 vorgesehenen Ringschulter 100 auf. Die Motorwelle 76 stüzt sich über eine Schulter 102 gegen den inneren Laufring des Drucklagers 90 für den innerhalb der Feldwicklung umlaufenden Anker 104 ab. An der Stoßstelle des Motorgehäuses 92 und dem Unterteil 78 des Kühlers 18 sind mehrere Kanäle 106 zum Ableiten der von dem Motor 20 erzeugten Wärme vorgesehen. Ein am oberen Ende der Welle 76 angebrachter Lüfter 22 bewegt den Luftstrom durch die Öffnungen 107 in dem motorseitigen Lagerschild 26 hindurch und über den Motor 20, wodurch die Wärme über die Öffnungen 106 zwangläufig abgeführt wird.

Das Motorgehäuse 92 wird von einer ringförmigen Kühlkammer 108 umschlossen. Die Kühlkammer 108 besteht aus einem Flansch 110, einem Flansch 112 und einer Verbindungswand 114. Die Flanschen 110, 112 sind an dem Motorgehäuse 92 angeformt. Die Kühlkammer 108 hat im wesentlichen trapezförmigen Querschnitt, wobei sich der Flansch 112 unmittelbar in dem Strömungsweg der von dem Außenumfang des Lüfters 22 nach unten durch die Öffnungen 116 in dem lüfterseitigen Motorlagerschild 26 und den sich verengenden freien Raum zwischen dem Außenmantel des Kühlers 18 und dem Innenmantel der Ringwand 118 des Gehäuses 24 fließenden Luft befindet. Die auf den Flansch 112 und die Verbindungswand 114 des Kühlers 18 auftreffende Luft ergibt eine Primärkühlung der in der Kühlkammer 108 umgewälzten Flüssigkeit, da sie die Wärme durch den Ringspalt 120 zwischen den einander zugekehrten Flächen des Kühlers 18 und des Gehäuses 24 abführt. Eine gewisse Sekundärkühlung entsteht auch aus der von dem Lüfter 22 an dem hohlzylindrischen Wandungsteil entlang und an dem Flansch 110 ins Freie geförderten Luft, wenn diese auch in erster Linie zum Ableiten der Motorwärme in Vorbeugung einer stärkeren Wärmeeinwirkung auf die Flüssigkeit in der angrenzenden Kühlkammer 108 dient.

Ein Ansatz 122 ragt in die Kühlkammer 108 hinein und nimmt den Flüssigkeitskanal 46, den Überströmkanal 48, eine nach der hydraulisch gesteuerten und von der Pumpeneinheit aus betätigten Werkzeugmaschine od. dgl. führende Verbindungsbohrung 124 das druckflüssigkeitsbetätigte Ventil 126 zusammen mit der dazugehörigen Gehäuseausnehmung 128 und einen Kanal 130 zwischen der Ausnehmung 128 und der Kühlkammer 108 auf.

Die Bezugsziffer 132 bedeutet Kernlöcher, während 136 ein abnehmbarer Gewindestopfen ist.

Die Fig. 1 und 6 verdeutlichen die Ausführung des lüfterseitigen Motorlagerschildes 26. Dieser besitzt in der Mitte einen nabenartigen Teil 137 zur Aufnahme des Lagers 138 für die Motorwelle 76, eine Anzahl speichenartiger Teile 140, die zu dem Ring 142 führen, und einen angeformten Innenring 144 als Verbindungsglied der speichenartigen Teile 140 untereinander. Die feinen Räume bilden die Durchtrittsöffnungen 116 und 107 des Motorlagerschildes 26. Der Innenring 144 liegt auf der Oberkante des Motorgehäuses 92. Der Ring 142 stützt sich gegen die Unterkante einer am Innenmantel der Ringwand 118 im Gehäuse 24 vorgesehenen Schulter 146 ab.

Das Gehäuse 24 ist an der Oberseite offen und durch ein als Schutz für den Lüfter 22 dienendes Gitter 148 abgedeckt. Die Ringwand 118 hält das Gitter 148 im Abstand über dem Motorlagerschild 26 und schafft dadurch einen von dem Lüfter 22 bestrichenen freien Raum 150. Die Ringwand 118 erstreckt sich nach unten zu über den Motorlagerschild 26 hinaus und lenkt den Luftstrom auf den Flansch 112 des Kühlers 18. Es ist eine Öffnung 152 vorgesehen, um das druckflüssigkeitsbetätigte Ventil 126 ausbauen und überholen zu können.

Gewöhnlich arbeitet die an das erfindungsgemäße Pumpenaggregat angeschlossene hydraulische Servoeinrichtung einer Werkzeugmaschine od. dgl. nur intermittierend und verbraucht bedeutend weniger als die von der Pumpe zur Verfügung gestellte Fördermenge. Es ist daher ein leistungsfähiger Druckregler unbedingt erforderlich, um die Flüssigkeit, die dabei zur Einhaltung einer konstanten Temperatur gekühlt wird, ständig umzuwälzen. In diesem Zusammenhang sei erwähnt, daß sich die Flüssigkeit beim Umwälzen weit stärker erwärmt als beim Austritt in die Servoeinrichtung in dem Arbeitsstromkreis, wobei sich der höchste Temperaturanstieg beim Durchströmen durch das druckgesteuerte Ventil des Druckreglers ergibt. Weiterhin besteht der Zwang, die Flüssigkeit in dem Druckregler unter einem Druck von mindestens gleich dem maximalen Betriebsdruck des Arbeitsstromkreises zu halten, da die Flüssigkeit andernfalls ständig im Nebenstrom fließen würde und für den Einsatz in dem unter höherem Druck stehenden Arbeitskreis nicht verfügbar wäre. Dementsprechend hat das Pumpenaggregat die Aufgabe, einen Überschuß von Hochdruckflüssigkeit bei verhältnismäßig konstanter Temperatur jederzeit zur Verfügung zu stellen und damit die von der Servoeinrichtung gestellten Forderungen zu erfüllen.

Die aus der Pumpe unter Druck austretende Flüssigkeit gelangt in den Flüssigkeitskanal 46 in dem Ansatz 64 an der Deckelplatte 14 des Behälters und in dem Teil 122 an der Innenseite der ringförmigen Kühlkammer 108 in dem Kühler 18, worauf sie nach Lösen des druckflüssigkeitsbetätigten Ventils 126 von seinem Sitz durch den Kanal 130 in die Kühlkammer 108 fließt. Beim Eintritt in die Kühlkammer 108 und beim Umlaufen in dieser unterliegt sie der Kühlwirkung der von dem Lüfter 22 bewegten Luft, die die Wärme abführt. Nach Ansteigen des Flüssigkeitsspiegels in der Kühlkammer 108 auf die Höhe der oberen Mündung des Überströmkanals 48 (Fig. 2 und 3) strömt die Flüssigkeit nach unten und durch den Kühler 18 in den Behälter 28 zurück.

Die Leistungsfähigkeit des Pumpenaggregates gemaß der Erfindung läßt sich am besten an Hand folgender Angaben ermessen:

Mit einer Pumpe von etwas weniger als 3,78 l/min Förderleistung bei einem Förderdruck von 35 atü

blieb die Flüssigkeitstemperatur bei einem Wert von etwa 20° über der Umgebungstemperatur verhältnismäßig konstant, obwohl die gesamte Flüssigkeitsmenge über eine Zeitdauer von acht Stunden im Nebenschluß ständig umgewälzt wurde.

Der Arbeitskreis des Pumpenaggregates umfaßt nur die vor dem druckflüssigkeitsbetätigten Ventil 126 von dem Flüssigkeitskanal 46 abgehende Verbindungsbohrung 124 in dem Ansatz 122 des Kühlers 18 und die in den Behälter 28 mündende Auslaßleitung 34. Die Verbindungsbohrung 124 ist ausgangsseitig an die zu der hydraulisch betätigten Servoeinrichtung führende Leitung 154 angeschlossen, während die Auslaßleitung 34 die aus der Servoeinrichtung austretende Flüssigkeit aufnimmt und in den Behälter 28 zurückführt.

Das druckflüssigkeitsbetätigte Ventil 126 ist in den Fig. 1 und 8 im einzelnen dargestellt. Die Gehäuseausnehmung 128 steht mit dem Innenraum des Ansatzes 122 am Kühler 18 in Verbindung und verläuft im wesentlichen in radialer Richtung einwärts, wobei sie sowohl den Kanal 130 als auch den Flüssigkeitskanal 46 schneidet. Der Innenteil der Gehäuseausnehmung 128 verjüngt sich und bildet eine kegelstumpfförmige Dichtfläche 156 vor dem Ansaugende des Kanals 130. Ein kegelstumpfförmiges Ventilglied 158 legt sich gegen die Dichtfläche 156 an und bildet mit dieser als Ventilsitz in der Schließstellung unter der Wirkung einer Druckfeder 160 in der Ausnehmung 128 zwischen dem Ventilglied 158 und dem Stopfen 162 einen druckdichten Abschluß. Der Mittelteil der Ausnehmung 128 ist vorzugsweise mit einem Innengewinde versehen, um den Gewindeteil 164 des Stopfens aufzunehmen. Am Außenende ist die Ausnehmung 128 glatt durchgehend ausgebildet, so daß sich mit dem in eine Ringnut 168 am äußeren Stopfende 162 eingelegten Rundschnurring 166 eine flüssigkeitsdichte Abdichtung ergibt. Durch mehr oder weniger tiefes Einschrauben des Stopfens in die Ausnehmung 128 ändert sich die Vorspannung der Feder 160 und damit der zum Lösen des Ventilgliedes 158 von seinem Sitz erforderliche Flüssigkeitsdruck.

Das Ventilglied 158 ist mit einer die kegelige Mantelfläche an diametral einander gegenüberliegenden Punkten durchbrechenden Querbohrung 170 und mit einer diese an den Flüssigkeitskanal 46 anschließenden Längsbohrung 172 versehen. In der Schließstellung (Fig. 1 und 8) sind die Mündungen der Querbohrung 170 natürlich durch die kegelstumpfförmige Mantelfläche des Ventilsitzes 156 abgeschlossen, so daß ein Einströmen der Flüssigkeit in den Kanal 130 unterbunden ist. Sobald jedoch der Flüssigkeitsdruck in den Flüssigkeitskanal 46 die entgegengerichtete Kraft der Feder 160 überwindet, löst sich das Ventilglied 158 von seinem Sitz und läßt Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitskanal 46 in den Kanal 130 überströmen.

Ohne die Bohrungen 170 und 172 würde das Ventilglied 158 praktisch genauso wie ein druckgesteuertes Kugelrückschlagventil arbeiten. Die Verwendung von Kugelrückschlagventilen in Einrichtungen mit derartig hohen Flüssigkeitsdrücken könnte in der Praxis jedoch nicht befriedigen, weil sie bei bestimmten kritischen Flüssigkeitsdrücken Ventilbrummen entwickeln und dadurch Anlaß zu Steuerfehlern auf Grund von Druckschwankungen in der nach der

ίο Servoeinrichtung führenden Leitung geben. Demgegenüber wird mit der beschriebenen Ventilausbildung das Geräuschproblem durch die Anordnung der Bohrungen 170 und 172 überwunden. Die kegelstumpfförmige Gestalt des Ventilgliedes 158 ist erforderlich, um die Längsbohrung 172 mit dem Flüssigkeitskanal 46 ständig in Verbindung zu halten. Dies wäre bei einem kugelförmig ausgebildeten Ventilglied nicht möglich.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Druckflüssigkeits-Pumpenaggregat mit einem mit der Saugleitung einer Verdrängerpumpe verbundenen Behälter und einem flüssigkeitsdruckbetätigten Ventil in der Druckleitung der Pumpe, welches beim Überschreiten eines vorbestimmten Druckes anspricht, und die Flüssigkeit aus der Druckleitung in den Behälter zurückführt, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem luftgekühlten Aggregat, dessen Behälter (28) einen Teil des Aggregats bildet, der mit der Verdrängerpumpe (16) gekoppelte Motor (20) auf dem Behälter (28) gelagert ist und mit einem Lüfter (22) gekoppelt ist, der stirnseitig innerhalb eines Gehäuses (24) angeordnet ist, wobei das Gehäuse (24) zum Teil noch den Motor (20) mit Abstand umgibt, und daß an dem Motorgehäuse (92) eine ringförmige Kühlkammer (108) angeordnet ist, die mit dem druckflüssigkeitsbetätigten Ventil (126) über einen Kanal (130) verbunden ist, der an einer relativ tief liegenden Stelle in die Kühlkammer (108) mündet und mit dem Behälter (28) über einen Kanal (48), der von einer relativ hoch liegenden Stelle in der Kühlkammer (108) ausgeht.

2. Pumpenaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die benachbarten Flächen des Gehäuses (24) und die Kühlkammer (108) einen konvergierenden Ringkanal für die Kühlluft bilden.

3. Pumpenaggregat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Durchtrittsöffnungen für die Motorkühlluft aufweisenden lüfterseitigen Motorlagerschild (26) radiale Speichen angeordnet sind, die an ihren Außenenden durch einen Ring (142) verbunden sind, auf welchem sich das Gehäuse (24) abstützt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen