DE2505400A1 - Radialkolbenpumpe - Google Patents

Description

Patentanwälte d:pl.-ing. ALEX STENGER

D-4000 DÜSSELDORF 1 DIPL.-ING. WOLFRAM WATZKE

Malkastenstraße2 DIPL.-ING. HEINZ J. RING

Unser ZdAen: 15 558 Datum: 7. Februar 1975

Maschinenfabrik Hilma GmbH., 5912 Hilchenbach, Dammstrasse 214-216 Radi a.l kolbenpumpe

Die Erfindung betrifft eine Radialkolbenpumpe mit einer Mehrzahl von durch eine Exzenterwelle betätigten Kolben,die jeweils einlaß- und auslaßseitig über je ein Rückschlagventil an einen gemeinsamen Ansaugkanal bzw. Druckkanal angeschlossen sind.

Derartige Radialkolbenpumpen sind bekannt.Sie besitzen einen niedrigen Wirkungsgrad, da die einlaßseitigen Rückschlagventile erst nach einem gewissen Kolbenweg durch den hierdurch entstehenden Unterdruck aufgesaugt werden, vrodurch sich ein schlechter Füllungsgrad ergibt. Durch das Aufsaugen der Rückschlagventile entstehen weiterhin laute Ansauggeräusche,die sich beim Betrieb der Radialkolbenpumpen störend bemerkbar machen.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, den Wirkungsgrad einer Radialkolbenpumpe der eingangs beschriebenen Art zu verbessern und deren Betriebsgeräusche erheblich herabzusetzen.

Die Lösung dieser Aufgabenstellung durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ansaugkanal und dem Verdichtungsraum der Kolben mindestens ein Niederdruckkolben angeordnet ist, dessen maximales Verdrängungsvolumen größer als das maximale Fördervolumen der als Hochdruckkolben wirkenden Kolben ist und der über ein Rückschlagventil mit einem Ringkanal verbunden ist,welcher über jeweils ein Rückschlagventil mit dem Verdichtungsraum der Hochdruckkolben verbunden ist.

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ORIGINAL INSPECTED

Telefon (0211) KOSH · TelcgrunxttdKSK: Dafapattnt ■ Fostsdieikonto Köln 227610 .^

Durch die Vorspannung des den Radialkolben zugeführten Druckmittels durch mindestens einen Niederdruckkolben ergibt sich nicht nur eine vollständige Füllung des Verdichtungsraumes der Kolben und damit eine Verbesserung des Wirkungsgrades,sondern auch die Möglichkeit, die erfindungsgemäße Radialkolbenpumpe mit geringstmöglicher Fördermenge zu betreiben. Dies wird dadurch ermöglicht, daß die .einlaßseitigen Rückschlagventile der Radialkolben bei der erfindungsgemäßen Ausbildung durch das vom Niederdruckkolben vorgespannte Druckmittel aufgeschoben werden, so daß auch bei einem geringen Hub der Radialkolben eine vollständige Füllung des Verdichtungsraumes erzielt wird, die bei einem Aufsaugen der einlaßseitigen Rückschlagventile bei den bekannten Radialkolbenpumpen unterhalb eines Mindesthubes der Kolben nicht möglich war. Durch die Möglichkeit, die erfindungsgemäße Radialkolbenpumpe mit kleinsten Fördermengen zu betreiben, können somit extrem hohe Drücke unter Einhaltung der vorgegebenen Fördermenge erreicht werden. Durch das Aufschieben der einlaßseitigen Rückschlagventile entfallen schließlich die bei den bekannten Radialkolbenpumpen störenden Ansauggeräusche, so daß die erfindungsgemäße Ausführung sehr geräuscharm arbeitet.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung kann der Ringkanal über ein Ventil mit dem Druckmittelvorratsbehälter verbunden werden. Hierdurch wird erreicht, daß die Fördermenge schlagartig von der Maximalmenge auf Null und umgekehrt verändert werden kann, da bei geöffnetem Ventil der Ringkanal mit dem Druckmittelvorratsbehälter verbunden wird, so daß der Niederdruckkolben drucklos in den Druckmittelvorratsbehälter fördert und die Hochdruckkolben kein Druckmittel erhalten. Sobald dieses Ventil geschlossen wird,steht sofort die maximale Fördermenge der Radialkolbenpumpe zur Verfügung.

Um eine stufenlose Veränderung der Fördermenge zwischen Null und der maximalen Leistung zu erzielen,wird in Weiterentwicklung der Erfindung der Ringkanal über eine Drossel mit der Kurbelkammer des Niederdruckkolbens und die Kurbelkammer über ein Regelventil

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mit dem Druckmittelvorratsbehälter verbunden. Durch Einstellen des Regelventils wird auf diese Weise der Druck in der Kurbelkammer verändert. Da der in der Kurbelkammer herrschende Druck den Hub des Niederdruckkolbens bestimmt, ergibt sich mit einer Druckveränderung eine Veränderung der Fördermenge des Niederdruckkolbens, die wiederum abzüglich des über die Kurbelkammer in den Druckmittelvorratsbehälter fließenden Nebenstromes der Fördermenge der Hochdruckkolben und damit der Gesamtfördermenge der Radialkolbenpumpe entspricht.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird für den Niederdcuckkolben und die Hochdruckkolben eine gemeinsame Kurbelkammer verwendet. Diese erfindungsgemäße Weiterentwicklung besitzt den Vorteil, daß für die Hochdruckkolben die bei den bekannten Radialkolbenpumpen notwendigen Kolbenfedern entfallen,die nicht nur mechanische Geräusche verursachten,sondern eine in verschiedenen Betriebszuständen nur eine ungünstige Dämpfung der Kolbenbewegungen ergeben konnten. Durch die gemeinsame, mit Druckmittel beaufschlagte Kurbelkammer wird eine hydraulische Dämpfung der Bewegungen der Hochdruckkolben erreicht,wodurch sich im Verdichtungsraum der Hochdruckkolben zugleich ein optimaler Vorspanndruck ergibt.

Mit der Erfindung wird schließlich vorgeschlagen,die Exzenterwelle mit zwei unterschiedlichen Exzentrizitäten für den Niederdruckkolben bzw. für die Hochdruckkolben zu versehen. Auf diese Weise wird es möglich, die Hochdruckkolben mit geringstem Hub zur Erzielung extrem hoher Drücke zu betreiben, ohne hierdurch die Verhältnisse bezüglich des Niederdruckkolbens zu verändern. Bei den bekannten Radialkolbenpumpen ist der erzielbare Druck durch die mechanische Beanspruchung der Radialkolben begrenzt, insbesondere durch die auf die Kolben wirkenden Querkräfte,welche die mechanische Haltbarkeit der Kolben bzw. Kolbenlagerung beeinflussen.

Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Radialkolbenpumpe in einem Längsschnitt dargestellt.

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Die Radialkolbenpumpe besitzt ein Gehäusemittelteil 1,welches stirnseitig durch einen vorderen Gehäusedeckel 2 bzw. einen hinteren Gehäusedeckel 3 verschlossen ist. Auf dem Umfang des Gehäusemittelteiles 1 ist ein Gehäusering 4 angeordnet. In den mittels Schrauben am Gehäusemittelteil 1 befestigten Gehäusedeckeln 2 und 3 ist eine Pumpenwelle 5 drehbar gelagert, die zwei Exzenter 5a und 5b aufweist. Auf jedem dieser Exzenter 5a und 5b ist ein Exzenterring 6 bzw. 7 gelagert. Die Pumpenwelle 5 wird durch einen nicht dargestellten Motor angetrieben.

Durch den auf dem Gehäusemittelteil 1 angeordneten Gehäusering 4 wird ein ringförmiger Ansaugkanal 8 gebildet, der über eine Saugleitung 9 mit einem Druckmittelvorratsbehalter Io in Verbindung steht. An diesen Ansaugkanal 8 ist über ein Rückschlagventil 11 der Arbeitsraum 12 eines Niederdruckkolbens IJ angeschlossen.Dieser Niederdruckkolben 13 ist durch eine Feder 14 belastet, die ihn an den Exzenterring 7 drückt. Der Arbeitsraum 12 des Niederdruckkolbens 13 steht über ein Rückschlagventil 15 mit einem Ringkanal 16 in Verbindung, der innerhalb des hinteren Gehäusedeckels 3 ausgebildet ist.

An diesen Ringkanal 16 sind über jeweils ein Rückschlagventil 17 mehrere Hochdruckkolben 19 angeschlossen. In der Schnittdarstellung ist lediglich ein Hochdruckkolben 19 zu erkennen. Die anderen Hochdruckkolben sind gleichmäßig über den Umfang verteilt im Gehäusemittelteil 1 angeordnet. Jeder Hochdruckkolben 19 ist in einer Lagerbüchse 2o geführt,welche auf diese V/eise den Verdichtungsraum 18 des Hochdruckkolbens 19 bildet und die in eine radiale Bohrung des Gehäusemittelteils 1 eingesetzt ist. Der Verdichtungsraum 18 der Hochdruckkolben 19 steht schließlich über ein Rückschlagventil 21 mit einem Druckkanal 22 in Verbindung, der wiederum allen Hochdruckkolben 19 gemeinsam ist.

Zwischen dem Ringkanal 16 und dem Druckmittelvorratsbehalter Io verläuft eine Leitung 23, in der ein Ventil 24 angeordnet ist,

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welches beim dargestellten Ausführungsbeispiel als Mehrwegeventil ausgeführt ist. Über eine im hinteren Gehäusedeckel 3 ausgebildete Bohrung 3a steht der Ringkanal 16 weiterhin mit der Kurbelkammer 26 der Radialkolbenpumpe in Verbindung, wobei in der Bohrung 3a eine Drossel 25 angeordnet ist. Die Kurbelkammer 26 ist weiterhin über eine im vorderen Gehäusedeckel 2 angeordnete Bohrung 2a und eine ein Regelventil 27 enthaltende Leitung 28 mit dem Druckmittelvorratsbehälter Io verbunden.

An den Druckkanal 22 ist eine Druckleitung 29 angeschlossen, die ein Wegeventil 30 enthält. Von diesem Wegeventil 3o führt eine Versorgungsleitung 31 zu einem Verbraucher 52, der als Arbeitszylinder dargestellt ist. Zwischen dem Wegeventil 3o und dem Druckmittelvorratsbehälter Io verläuft schließlich eine Rücklaufleitung 33·

Wenn die Pumpenwelle 5 in Umdrehungen versetzt wird, bewirkt der auf dem Exzenter 5b gelagerte Exzenterring 7 pro Umdrehung der Pumpenwelle 5 eine Hubbewegung des Niederdruckkl>lbens 13» Bei der radial nach innen gerichteten Ansaugbewegung saugt dieser Niederdruckkolben 13 Druckmittel über den Ansaugkanal 8 und die Saugleitung 9 aus dem Druckmittelvorratsbehälter Io an. Bei diesem Ansaugvorgang wird das Rückschlagventil 11 geöffnet. Sobald sich die Bewegungsrichtung des Niederdruckkolbens 13 umkehrt, steigt der Druck im Arbeitsraum 12, da das Rückschlagventil 11 schließt und das Rückschlagventil 15 noch nicht geöffnet ist. Erreicht der Druck im Arbeitsraum den durch die Ventilfeder des Rückschlagventils I5 vorgegebenen Wert, öffnet sich das Rückschlagventil I5 und das Druckmittel strömt aus dem Arbeitsraum 12 in den Ringkanal l6. Bei einer erneuten Richtungsumkehr des Niederdruckkolbens 13 schließt das Rückschlagventil 15, während das Rückschlagventil 11 wieder öffnet. Ein Zurücksaugen des mit erhöhtem Druck in den Ringkanal l6 geförderten Druckmittels wird somit verhindert.

Aus dem Ringkanal l6 gelangt das vorgespannte Druckmittel über die Rückschlagventile 17 in den Verdichtungsraum l8 der Hochdruckkolben ■ 19. Diese verdichten das vorgespannte Druckmittel auf einen höheren

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Druck, wobei der Druckanstieg dem Verhältnis des Verdrängungsvolumens des Niederdruckkolbens 13 zum Pördervolumen der Hochdruckkolben 19 entspricht. Das maximale Verdrängungsvolumen des Niederdruckkolbens 13 ist größer als das maximale Pördervolumen der Hochdruckkolben 19. Bei der Verdichtung des Druckmittels in dem Verdichtungsraum 18 der Hochdruckkolben 19 v/erden die Rückschlagventile 17 und 21 abwechselnd geöffnet und geschlossen, so daß ausschließlich Druckmittel vom Ringkanal l6 in den Druckkanal 22 gefördert wird« Vom Druckkanal 22 gelangt das hochverdichtete Druckmittel über die Druckleitung und die Versorgungsleitung J51 zum Verbraucher 32, der durch das Wegeventil 30 entweder mit der Radialkolbenpumpe oder mit dem DruckmittelT vorratsbehälter Io verbunden oder abgeschlossen werden kann.

Um die Fördermenge der Radialkolbenpumpe schlagartig auf Null absenken zu können, muß lediglich die Leitung 23 durch Betätigen des Ventils 2Ά- geöffnet werden. In diesem Fall gelangt die vom Niederöruckkolben 13 geförderte Druckmittelmenge unmittelbar in den Druckmittelvorratsbehälter Io zurück, so daß die Hochdruckkolben 19 nicht mit Druckmittel versorgt werden. Hierdurch steht im Druckkanal 22 Kein Druckmittel an; die Fördermenge der Radialkolbenpumpe beträgt Null, »/enn durch Betätigen des Ventils 2.K die Leitung 23 verschlossen wird,steht schlagartig die maximale Förderleistung der Radialkolbenpumpe zur Verfügung, da die gesamte Fördermenge des Niederdruckkolbens 13 den Hochdruckkolben 19 zugeführt wird, welche das Druckmittel in den Druckkanal 22 fördern.

Durch die mit der Drossel 25 versehene Bohrung 3a steht der Ringkanal 16 ständig mit der Kurbelkammer 26 in Verbindung. In der Kurbelkammer 26 befindet; sich somit ständig Druckmittel eines bestimmten Druckes. Dieser Druck kann durch Verstellung des in der Leitung 28 angeordneten Regelventils 27 verändert werden, und zwar in Abhängigkeit von der durch die Drossel 25 erzielten Drosselung. Das in der Kurbelkammer 26 befindliche Druckmittel bewirkt eine hydraulische Dämpfung der Hochdruckkolben 19, so daß die Anordnung von Federn für diese Hochdruckkolben 19 entfallen kann. Wenn der-Druck in der Kurbelkammer 26 auf den Niederdruckkolben 13 eine

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Kraft ausübt, die die der Feder l4 übersteigt, wird der Hub des Niederdruckkolbens 15 entsprechend diesen Kraftverhältnissen verändert, da'der Niederdruckkolben Ij5 nicht mehr in seine unterste Endlage zurückkehrt. Auf diese Weise kann durch Verstellen des Regelventils 27 die vom Niederdruckkolben I^ an den Ringkanal l6 abgegebene Fördermenge stufenlos zwischen Null und der maximalen Förderleistung verändert werden. Zieht man von der vom Niederdruckkolben 18 an den Ringkanal 16 gelieferten jeweiligen Fördermenge die im Nebenstrom durch die Bohrung Ja und die Leitung 28 in den Druckmittelvorratsbehälter Io strömende Teilmenge ab,erhält man die den Hochdruckkolben 19 zugeführte Druckmittelmenge, die der jeweiligen Fördermenge der Radialkolbenpumpe entspricht.

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Pumpenwelle 5 mit unterschiedlichen Exzentern 5a und 5b für den Niederdruckkolben 1J> bzw. für die Hochdruckkolben 19 versehen, so daß durch einen kleinen Hub der Hochdruckkolben 19 extrem hohe Drücke mit der Radialkolbenpumpe erzielt werden können. Die Rückschlagventile 11, 15, 17 und 21 sind bei der dargestellten Ausführungsform als federbelastete Tellerventile ausgebildet,wie sie handelsüblich sind.

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Claims (5)

1. 2505A00

   - ο Patentansprüche :

   J 1J Radialkolbenpumpe mit einer Mehrzahl von durch eine Exzenterwelle betätigten Kolben, die jeweils einlaß- und auslaßseitig über je ein Rückschlagventil an einen gemeinsamen Ansaugkanal bzw. Druckkanal angeschlossen sind,
   dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ansaugkanal (8) und dem Verdichtungsraum (18) der Kolben (19) mindestens ein Niederdruckkolben (13) angeordnet ist, dessen maximales Verdrangungsvolumen größer als das maximale Fördervolumen der als Hochdruckkolben wirkenden Kolben (19) ist und der über ein Rückschlagventil (15) mit einem Ringkanal (l6) verbunden ist, welcher über jeweils ein Rückschlagventil (17) mit dem Verdichtungsraum (l8) der Hochdruckkolben (19) verbunden ist.
2. 2. Radialkolbenpunpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkanal (16) über ein Ventil (24) mit dem Druckmittelvorratsbehälter (lo) verbindbar ist.
3. 3» Radialkolbenpumpe nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkanal (l6) über eine Drossel (25) mit der Kurbelkammer (26) des Niederdruckkolbens (13) und die Kurbelkammer (26) über ein Regelventil (27) mit dem Druckmittelvorratsbehälter (lo) verbunden ist.
4. 4. Radialkolbenpumpe nach den Ansprüchen 1 bis 3*gekennzeichnet durch eine für den Niederdruckkolben (13) und die Hochdruckkolben (19) gemeinsame Kurbelkammer (26).
5. 5. Radialkolbenpumpe nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpenwelle (5) zwei unterschiedliche Exzentrizitäten für den Niederdruckkolben (13) bzw. für die Hochdruckkolben (19) aufweist.

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