DE2204260C2

DE2204260C2 - Kolbenpumpe

Info

Publication number: DE2204260C2
Application number: DE19722204260
Authority: DE
Inventors: Robert D. Kalamazoo Mich. Vanderlaan
Original assignee: PNEUMO DYNAMICS CORP CLEVELAND OHIO US
Current assignee: PNEUMO DYNAMICS CORP CLEVELAND OHIO US
Priority date: 1972-01-29
Filing date: 1972-01-29
Publication date: 1985-04-04
Also published as: DE2204260A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Kolbenpumpe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Eine Pumpe der eingangs genannten Art ist aus der DE-OS 21 02 591 bekannt. Bei dieser Pumpe ist es nachteilig, daß beim Druckentlasten der der Kolbenstange gegenüberliegenden Rückseite des Arbeitskolbcns eine direkte Verbindung vom Druckmittelanschluß der Pumpe zur Entlüftungsöffnung hergestellt wird. Hierdurch entstehen Druckmittelverluste und eine Geräuschent- - wicklung, die mit besonderen Maßnahmen bekämpft werden müssen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, bei einer

Kolbenpumpe der eingangs genannten Art zu vermeiden, daß die Druckmittelquelle unmittelbar mit der Ent- -lüftung in Verbindung kommen kann.

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbil dungen sind Gegenstand der Ansprüche 2 und 3.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Kolbenpumpe wird verhindert, daß deren Druckkammer beim Entlüften mit der Druckmittelquelle in Verbin dung steht, so daß unerwünschte Druckmittelverluste und damit Energieverluste sowie unzulässige Geräusche wirksam vermieden, werden. Die Verstellung des Ventilschiebers erfolgt in Abhängigkeit von der Stellung des als Steuerschieber ausgebildeten freien Ende des Einlaßrohrs gegenüber dem Arbeitskolben. Da das das Druckmittel zuführende feststehende Einlaßrohr keinen großen Durchmesser aufweisen muß. können die von den im Inneren des Arbeitskolbens erforderlichen Dichtungen ausgeübten Reibungskräfte sehr klein ge hauen werden.

In den Zeichnungen sind zwei Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Kolbenpumpe dargestellt. . und zwar zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung eines hydrauii-

sehen Systems mit einer erfindungsgemäß ausgebildeten Kolbenpumpe,

F i g. 2—5 Längsschnitte durch eine Ausführungsform der Kolbenpumpe, aus denen die verschiedenen Stellungen des Arbeitskolbens, der verschiedenen Durchlaßka- näle für das Druckmittel und des Ventilschiebcrs während eines vollständigen Arbeitszyklus der Kolbenpumpe zu erkennen sind.

Fig.6 einen nur teilweise dargestellten Längsschnitt durch die Kolbenpumpe aus F i g. 2 bis 5. wobei sich der

Ventilschieber in einer mittleren Stellung befindet, und

Fig.7 einen Längsschnitt durch eine abgewandelte Ausführungsform der Kolbenpumpe.

Das in Fig. 1 gezeigte hydraulisch..·System ! hat eine Kolbenpumpe 2 und einen Vorratsbehälter 3. der eine zu fördernde hydraulische Flüssigkeit enthält und über eine Ansaugleitung 5 mit der Kolbenpumpe 2 verbunden ist, welche die hydraulische Flüssigkeit durch eine Druckleitung 6 unter hohem Druck abgibt. In den Leitungen 5 und 6 sind Rückschlagventile 7 bzw. 8 vorgese- hen, um die hydraulische Flüssigkeit in der jeweils gewünschten Richtung anzusaugen und weiterzufördcrn. ohne daß ein Rückstrom möglich ist.

Der Kolbenpumpe 2 wird als Steuermedium ein unter konstantem geringen Druck stehendes Gas durch eine

so Einlaßöffnung 9 zugeführt. Dieses unter geringem Druck stehende Gas erzeugt den hohen Druck der zu fördernden hydraulischen Flüssigkeit aufgrund der Relation der Kolbenfläche, auf welche das Druckgas wirkt, zur Fläche der Kolbenstange bzw. des Teiles des KoI- bens, der auf die hydraulische Flüssigkeil wirkt. Die Kol benpumpe 2 ist mit einem Auslaß 10 versehen, welcher das Pumpengehäuse auf einer oder beiden Seilen des Arbeitskolbens entlüften kann, so daß dieser Arbeitskolben entsprechend der auf seinen beiden Seiten wir kenden unterschiedlichen Steuerdrücke vorgeschoben und aufgrund einer Rückstellfeder oder dergleichen wieder in die Ausgangslage zurückgeschoben, d. h. im

Pumpengehäuse hin- und herbewegt wird. Die Kolbenpumpe 2 ist im einzelnen in Fig. 2 bis b

dargestellt. Sie hat ein Gehäuse II. das eine Zylinderbohrung 12 enthält, in der axial verschiebbar ein Kolben 13 geführt ist. Dieser Kolben 13 ist mit einer Kolbenstange 14 versehen, die sich in eine Kammer 15 er-

streckt, in die durch die Ansaugleitung 5 hydraulische Flüssigkeit aus dem Vorratsbehäiter 3 eingesaugt werden kann und durch die Druckleitung 6 abgegeben wird. Ein auf der Kolbenstange 14 angebrachter Dichtungsring 16 verhindert ein Auslecken oder Durchtreten hydraulischer Flüssigkeit um die Kolbenstange 14 in das hintere Ende 17 der Zylinderbohrung 12, welches ständig durch den Auslaß 10 entlüftet ist

Die Hin- und Herbewegungen des Kolbens 13 werden durch abwechselndes Unterdrucksetzen und Entlüften dps vorderen Endes 18 der Zylinderbohrung 12 in nachstehend im einzelnen beschriebener Weise erzielt. Wenn das vordere Ende 58 der Zylinderbohrung 12 entlüftet ist wird der Kolben 13 durch eine auf das äußere Ende der Kolbenstange 14 wirkende äußere Kraft nach links gedrückt, welche erzielt werden kann, indem man die im Vorratsbehälter 3 befindliche hydraulische Flüssigkeit unter Druck setzt oder indem man eine Druckfeder 19 zwischen dem äußeren Ende der Kolbenstange 14 und dem äußeren Ende der Kammer 15 in der dargestellten Weise anbringt. Eine Bewegung des Kolbens 13 in entgegengesetzter Richtung, d. h. nach rechts, wird dadurch erzeugt, daß man in das vordere Ende 18 der Zylinderbohrung 12 Druckgas einleitet, welches eine auf die große Fläche des Kolbens 13 wirkende Kraft erzeugt die wesentlich größer als die verhältnismäßig geringe Gegenkraft ist, die auf die kleine Stirnseite der Kolbenstange 14 wirkt

Zum abwechselnden Entlüften und Unterdrucksetzen des vorderen Endes 18 der Zylinderbohrung 12 ist ein Ventilschieber 20 vorgesehen, der in einer Bohrung 21 im Kolben 13 untergebracht ist.

Das als Arbeitsmedium verwendete Druckgas wird durch ein Einlaßrohr 22 mit verhältnismäßig geringem Durchmesser eingeleitet, das vom Stirnende der Zylinderbohrung in eine zentrale Längsbohrung 23 des Kolbens 13 ragt. Dieses Einlaßrohr 22 ist feststehend angeordnet und enthält eine axiale Bohrung 24, die durch das Stirnende des Gehäuses 11 in die Einlaßöffnung 9 für das Druckgas mündet Auf der Außenseite des Einlaßrohres 22 sind im Abstand voneinander zwei ringförmige Nuten 25 und 26 angebracht, in denen jeweils ein Dichtungsring 27 bzw. 28 liegt, welche während der Hin- und Herbewegungen des Kolbens 13 stets dichtend in der Lgngsbohrung 23 liegen, ^wischen den Dichtungsringen 27 und 28 ist das Einlaßrohr 22 mit einer sich über eine größere Länge erstreckende Ringnut 29 versehen, in welche eine die axiale Bohrung 24 schneidende Querbohrung 30 mündet, so daß das durch die axial Bohrung 24 herangeführte Druckgas in die Ringnut 29 gelangen kann. Ein im Kolben 13 befindlicher Auslaß 31 stellt eine Verbindung zwischen der Ringnut 29 und der den Ventilschieber 20 aufnehmenden Bohrung 21 in allen Lagen des in der Zylinderbohrung 12 hin- und herschiebbaren Kolbens 13 her.

Der Ventilschieber 20 ist in der dargestellten Weise abgesetzt und hat dementsprechend in seinem mittleren Abschnitt eine Differentialdruckfiäche 32, auf welche das in die Bohrung 21 durch den Auslaß 31 gelangende Druckgas wirkt und somit den Ventilschieber 20 nach rechts drückt. Das linke Ende der Bohrung 21 ist durch einen im Kolben 13 befindlichen Kanal 33 steht entlüftet, da dieser Kanal 33 mit dem hinteren Ende 17 der Zylinderbohrung 12 in Verbindung steht, die, wie oben erwähnt durch den Auslaß IO ständig entlüftet ist. Hingegen wird das rechte Ende der Bohrung 21 in Abhängigkeit von der relativen Lage des Ventilschiebers 20 seccnüber zwei in axialem Abstand voneinander angeordneten Steueröffnungen 34 und 35, die sich zwischen der Bohrung 21 und der Längsbohrung 23 des Kolbens 13, in welche das Einlaßrohr 22 hineinragt erstrecken, abwechselnd unter Druck gesetzt oder entlüftet Wenn das rechte Ende der Bohrung 21 entlüftet ist, wird der Ventilschieber 20 durch das auf seine Differentialdruckfiäche 32 wirkende Druckgas nach rechts geschoben, während er nach links geschoben wird, wenn das rechte ■ Ende der Bohrung 21 unter Druck steht, da die am rech-¹

ίο ten Ende des Ventilschiebers 20 befindliche Stirnfläche, auf weiche der in der Bohrung 21 herrschende Druck wirkt, größer als die Differentialdruckfiäche 32 ist

Befindet sich der Ventilschieber 20 in der äußersten linken Stellung (F i g. 2). so wird das in die Bohrung 21'

is gelangende Druckgas durch eine auf der Außenseite des Ventilschiebers 20 befindliche Nut 36 und eine Reihe von kleinen Auslaßbohrungen 37, die zur Stirnseite oder Vorderseite des Kolbens 13 führen, in das vordere Ende 18 der Zyiinderbohrung 12 weitergeleitet, so daß der Kolben 13 gegen die auf das außer,;-, -iEnde der Kolbenstange 14 wirkende Kraft nach rechts verschoben wird. Gelangt der Kolben 13 in seine am weitesten nach rechts verschobene Lage, die in Fig.2 praktisch erreicht ist geht die erste Steueröffnung 34 über den .

Dichtungsring 27 hinweg, wodurch das rechte Ende der Bohrung 21 durch die Steueröffnung 34, die Längsbohrung 32, Auslaßöffnungen 38 und das hintere Ende 17 der Zylinderbohrung 12 entlüftet wird. Dadurch kann der auf die Differentialdruckfläche 32 wirkende Druck den Ventilschieber 20 nach rechts verschieben, so daß dieser in die in F i g. 3 dargestellte äußerste rechte Stellung gelangt Nunmehr wird der im vorderen Ende 18 der Zylinderbohrung 12 herrschende Druck über die Auslaßbohrungen 37 und den im Kolben 13 befindlichen Kanal 33 in das hintere Ende 17 der Zylinderbohrung 12 abgebaut Die zweite Steueröffnung 35 ist während der Bewegung des Kolbens 13 nach rech'.s schon vor der ersten Steueröffnung 34 mit dem entlüfteten Teil der Längsbohrung 23 verbunden, jedoch kann sie dabei das rchte Ende der Bohrung 21 nicht entlüften, weil sie vom Ventilschieber 20 geschlossen gehalten wird. Wenn der Ventilschieber 20 seine in F i g. 3 dargestellte äußerste rechte Lage erreicht hat. wird das rechte Ende der Bohrung 21 durch im Ventilschieber 20 befindliche Kanäle 39 und 40, weiche mit der zweiten Steueröffnung 35 in Verbindung stehen, entlüftet.

Die Entlüftung des vorderen Endes 18 der Zylinderbohrung 12 bewirkt, daß der Druck dort bald unter einen Wert fällt, bei dem die auf die Kolbenstange 14 ausgeübte Gegenkraft, beispielsweise aufgrund des Vorspanndruckes der hydraulischen Flüssigkeit oder des Druckes der Druckfeder 19, ausreicht, um den Kolben 13 in die in Fig.4 dargestellte äußerste linke Lage zurückzuschieben. Während der Bewegung des KoI-bens 13 nach links geht die Steueröffnung 34 über den am äußeren Ende des Einlaßrohres 22 befindlichen Dichtungsring 27 hinweg und mündet nunmehr in die Ringnut 29, weiche für die Verteilung des Druckgases bestimmt ist. Ein Austreten von Druckgas durch diese Steueröffnung 34 in die Bohrung 21 wird jedoch durch den Ventilschieber 20 verhindert. Wenn der Kolben 13 jedoch die in F i g. 4 dargestellte äußerste linke Lagt erreicht hat, steht auch die zweite Steueröffnung 35 mit der Ringnut 29 in Verbindung, so daß durch diese Steuerö^rfnung 35 das in die Ringnut 29 eingeleitete Druckgas durch die Kanüle 40 und 39 in das rechte Ende der Bohrung 21 gelangt und der Ventilschieber 20 wieder nach links verschoben wird, wie F i g. 5 zeigt. Nachdem

dies geschehen ist, wird wiederum Druckgas in das vordere Ende 18 der Zylinderbohrung 12 durch, die Nut 36 und die Auslaßbohrungen 37 eingeleitet, so daß der Kolben 13 wieder in die in F i g. 2 dargestellte Lage nach rechts zurückgeschoben wird. Diese Arbeitsgänge wiederholen sich immer wieder.

Der Hub des Kolbens 13 ist durch den Abstand der Mündungen der Steueröffnungen 34 und 35 in die Längsbohrung 23 des Kolbens 13 bestimmt. Die Steueröffnungen sind vorzugsweise so angeordnet, daß der Kolben 13 während seiner Hin- und Herbewegungen an keinem Ende der Zylinderbohrung 12 anstößt oder zur Anlage kommt.

Der relative Abstand zwischen den Mündungen der .Steueröffnungen 34 und 35 in die Bohrung 21 und der im Abstand voneinander auf dem Ventilschieber 20 angeordnete Dichtungsringe 41 und 42, welche die Steueröffr.üngcr. 43 und 35 gegeneinander isolieren, ist ebenfalls wichtig, um eine Druckverriegelung des Ventilschiebers 20 und somit einen Stillstand der Pumpe in einem Totpunkt unter allen Betriebsbedingungen zu verhindern. Wie F i g. 6 am besten zeigt, liegen die Mündungen der Steueröffnungen 34 und 35 in der Bohrung 21 etwas weiter auseinander als die auf dem Ventilschieber 20 angeordneten Dichtungsringe 41 und 42, so daß eine kleine Menge Druckgas durch die Steueröffnungen hindurchströmen kann, wenn sich der Ventilschieber 20 in der in F i g. 6 dargestellten mittleren Lage befindet. Zu diesem Zeitpunkt steht das vordere Ende 18 der Zylinderbohrung 12 mit dem für die Entlüftung vorgesehe- nen. in das linke Ende der Bohrung 21 mündenden Kanal 33 in Verbindung, so daß der Kolben 13 durch die auf ihn von außen ausgeübte Gegenkraft nach links verschoben werden kann. Deshalb stehen beide Steueröffnungen 34 und 35 unter Druck, wenn beim Anfahren der Pumpe der Kolben 13 das Ende seines Hubes erreicht und der Ventilschieber 20 sich in einer Lage befindet, bei der ein Druckausgleich gegeben ist und er an sich nicht verschoben werden kann, sondern sich in einem Totpunkt befindet, so daß Druckgas über beide Dichtungs- ringe 41 und 42 in geringen Mengen hinweggeht und das rechte Ende der Bohrung 21 unter Druck setzt. Dadurch wird der Ventilschieber 20 dann doch nach links ver-. schoben. Daraufhin arbeitet die Kolbenpumpe in der oben beschriebenen gewünschten normalen Weise.

Die in F i g. 7 dargestellte abgewandelte Ausführungsform der Kolbenpumpe 2' ist der in F i g. 2 bis 6 dargestellten Ausführungsform weitgehend ähnlich. Der einzige bedeutende Unterschied besteht darin, daß der Ventilschiet^r 20' umgekehrt eingebaut ist und daß so die Steueröffnungen 34' so abgewandelt sind, daß eine ständige direkte Entlüftung des rechten Endes der Bohrung 2Γ in das hintere Ende 17' der Zylinderbohrung 12' gegeben ist. Die übrigen Konstruktionselemente sind im wesentlichen gleich.

Durch Verwendung eines einen kleinen Durchmesser aufweisenden Einlaßrohres 22, das in der oben beschriebenen Weise in eine zentrale Längsbohrung 23 des Kolbens 13 hineinragt, wird die während des Pumpvorganges entwickelte Reibung mit den vorgesehenen Dich- tungen sehr gering. Durch die Verwendung von elastischen Dichtungen an allen Dichtungsstellen werden die Kosten niedrig gehalten und der Wirkungsgrad verbessert, da man ein Obertragen von Druckmittel zwischen . den bewegten Teilen wirksam verhindert

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kolbenpumpe, insbesondere für hydraulische Drucksysteme, mit einem in einer Kammer des Pumpengehäuses hin- und herbewegbaren Tauchkolben, der an der,Kolbenstange eines in der zylindrischen Bohrung des Pumpengehäuses verschiebbar gelagerten Arbeitskolbens größeren Durchmesser angeordnet ist. und mit einem in einer axialen Bohrung des Arbeitskolbens verschiebbar angeordneten Vcntilschieber. der die der Kolbenstange gegenüberliegende Rückseite des Arbeitskolbens druckcntlastet, wenn der Tauchkolben am weitesten in die Kammer des Pumpengehäuses eingefahren ist, und einen Druckaufbau eines zum Verstellen des Arbeitskolbens bestimmten Druckmittels an dieser Rückseite ermöglicht, wenn eine auf den Tauchkolben wirkende Gegenkraft die Kolbenstange am weitesten aus der Kammer des Pumpengehäuses ausgefahren hat, dadurch gekennzeichnet, daß koaxial in der zylindrischen Bohrung (12) des Pumpengehäuses (11) ein der Zufuhr des Druckmittels dienendes Einlaßrohr (22) befestigt ist, das mit seinem als Steuerschieber ausgeredeten freien Ende in eine zentrale Bohrung (23) des Arbeitskolbens (13) hineinragt, und daß der Arbeitskolben (13) in seiner zentralen Bohrung im axialen Abstand voneinander zwei in das eine Ende der den Ventilschieber (20) enthaltender. Bohrung (29) führende Steueröffnungcn (34 und 3S) enthält, durch- '"eiche am Ende jedes Hubes des Arbeitskolbens (13) das eine Ende des Ventilschiebers (20) abvtschs^iod druckentlastet oder mit Druckmittel beaufschlagt wird, um den Ventilschieber zum Umsteuern der Bewegung des Arbeitskolbens zu verschieben.

2. Kolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilschieber (20) im axialen Abstand voneinander zwei Dichtungsringe (41, 42) trägt, welche die beiden Steueröffnungen (34,35) in allen Stellungen des Ventilschiebers gegeneinander isolieren, wobei der gegenseitige Abstand der Mündungen der Steueröffnungen (34,35) in die den Ventilschieber enthaltende Bohrung (21) etwas größer als der gegenseitige Abstand der auf dem Ventilschieber angeordneten Dichtungsringe (41,42) ist.

3. Kolbenstange nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steueröffnungen (34,35) je nach Stellung des Arbeitskolbens (13) auf der druckbcaufschlagten einen oder der entlüfteten anderen Seite des Steuerschrebers in die zentrale Bohrung (23) des Arbeitskolbens (13) münden.