DE2948346A1

DE2948346A1 - Hydraulic pump with bored casing and smooth piston - has grooves in bore reducing resistance to movement with sufficient lubrication

Info

Publication number: DE2948346A1
Application number: DE19792948346
Authority: DE
Inventors: Rudolf 8011 Baldham Brunner
Original assignee: Heilmeier and Weinlein Fabrik fuer Oel Hydraulik GmbH and Co KG
Current assignee: Heilmeier and Weinlein Fabrik fuer Oel Hydraulik GmbH and Co KG
Priority date: 1979-11-30
Filing date: 1979-11-30
Publication date: 1981-06-04

Abstract

The bore in the casing which leads to, or forms, a compression chamber contains at least one groove (12) which runs peripherally transversely to the piston stroke direction (13). The groove(s) is provided inside the extension of the bore wall, over which moves continuously the smooth sleeve of the piston element (8). One or more grooves mounted in succession in the bore wall act as pressure compensating grooves in the peripheral direction of the piston as well as a type of labyrinth seal resulting in leakage reduced by more than 50% between the piston and the bore. Pressure pockets are avoided and thus the seizing of the piston against the bore wall is prevented.

Description

Beschreibung description

Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Pumpenelement gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a hydraulic pump element according to the preamble of claim 1.

Solche Pumpenelemente finden Verwendung bei hydraulischen Pumpenaggregaten, wo ein Pumpenelement oder mehrere einem zum Beispiel exzentrisch umlaufenden Betätgungselement zugeordnet sind, das bei jedem Umlauf jeweils einen Arbeitshub des Pumpenelements, z.B. den Kompressionshub, bewirkt. Für den Ansaughub wird das Kolbenelement von einer Rückholfeder belastet, die es in konstanter Berührung mit dem Betätigungselement hält. Der Kompressionsraum des Pumpenelements wird zweckmäßigerweise durch ein Saug- und ein Druckventil abgeschlossen, die taktweise geöffnet und geschlossen werden.Such pump elements are used in hydraulic pump units, where one pump element or several one, for example, eccentrically rotating actuating element are assigned that each cycle has one working stroke of the pump element, e.g. the compression stroke. For the intake stroke, the piston element of loaded by a return spring, which is in constant contact with the actuator holds. The compression chamber of the pump element is expediently and a pressure valve completed, which are opened and closed in cycles.

Gefördert werden Druckflüssigkeiten wie Hydrauliköl, wobei der erzeugte Druck bis zu 700 Bar betragen kann. Obwohl auch eine Handbetätigung des Pumpenelementes durch einen ochwinghebel möglich ist, erfolgt hauptsächlich der Antrieb motorisch über eine drehende Welle, auf der ein exzentrisch sitzendes Wälzlager mit seinem Außenring unmittelbar auf das Kolbenele ment einwirkt. Diese Pumpenaggregate werden hauptsächlich für Werkzeugmaschinen zur Druckölversorgung von Klemmeinrichtungen und dgl., für Spannvorrichtungen, für Preßvorrichtungen und ähn2Lche Zwecke verwendet. Auch im Bergbau oder in der Tiefbohrtechnik werden diese Pumpenaggregate verwendet, wobei jedoch dann ölige oder ölhaltige Emulsionen gefördert werden.Pressure fluids such as hydraulic oil are conveyed, whereby the generated Pressure can be up to 700 bar. Although also a manual operation of the pump element is possible with a swing lever, the drive is mainly motorized via a rotating shaft on which an eccentrically seated roller bearing with its Outer ring acts directly on the piston element. These pump units are mainly for machine tools for supplying pressure oil to clamping devices and the like, used for jigs, presses and the like. These pump units are also used in mining or deep drilling technology, however, oily or oil-containing emulsions are then promoted.

Ublicherweise ist das Material des Gehäuses ein anderes, als das des Kolbenelementes. Die in gegenseitiger Berührung stehenden Flächen der Bohrung und des Kolbenelementes werden fein bearbeitet und nach einer sehr engen Herstellungstoleranz miteinander kombiniert. Obwohl sich die Kolbenbetätigungskraft und die notwendige Kraft der Rückholfeder aufgrund der Druckverhältnisse, der Materialpaarung und der Herstellungstoleranz auf rechnerischem Weg vorab ermitteln lassen, zeigt sich in der Praxis, daß diese Pumpenelemente fallweise eine unerwartet große Leckage - am Pumpenelement vorbei - haben und daß außerdem die tatsächlichen Kolbenbetätigungskräfte von dem errechneten Wert abweichen und dann ach die Rückholfeder nicht mehr einwandfrei in der Lage ist, das Kolbenelement in ständiger Antriebsverbindung mit dem Betätigungselement zu halten. Dies rührt vermutlich daher, daß aufgrund des engen Toleranzbereiches zwischen dem glatten Mantel des Kolbenelementes und der Bohrung wand Drucktaschen des komprimierten Mediums entstehen, die zu einem Verkanten und Anpressen des Kolbenelementes quer zur seiner Bewegungsrichtung führen. Dadurch verändert sich die Betätigungskraft des Kolbenelementes. Zudem hat das komprimierte Medium bei einer Verkantung oder einseitigen Anpressung des Kolbenelementes eher die Möglichkeit, zwischen dem Kolbenelement und der Bohrungswand auszutreten. Dies würde auch die vergrößerte Leckage erklären. Diese beiden Effekte, nämlich die in Einzelfällen übergroße Leckage und der vom errechneten Wert abweichende Bewegungswiderstand des Kolbenelements in der Bohrung sind Nachteile, die in verschiedenen Anwendungsfällen des Pumpenelementes bisher in Kauf genommen werden mußten. Insbesondere beim Pumpen von öligen Emulsionen wirkte sich die starke Leckage negativ aus. Dazu trat jedoch in manchen Fällen das Problem, daß infolge der gerade bei ölhaltigen Emulsionen noch stärker ansteigenden Reibung zwischen dem Kolbenelement und der Bohrungswand das Kolbenelement an dem Betätigungselement nicht mehr anlag, sondern diesem verzögert folgte, so daß eine schlagartige Belastung auf das Kolbenelement einwirkte, sobald das Betätigungselement beim neuen Kompressionshub das Kolbenelement wieder in den Kompressionsraum zu drängen versuchte. Da zudem ölhaltige Emulsionen wesentlich inkompressibler sind, als reines Hydrauliköl, wurde das schlagartige Zupacken des Betätigungselementes nicht abgedämpft. Die Folge waren nach längerer Standzeit Beschädigungen am Kolbenelement bzw. dem Betätigungselement.Usually the material of the housing is different from that of the Piston element. The mutually contacting surfaces of the hole and of the piston element become fine edited and after a very tight Manufacturing tolerance combined with each other. Although the piston operating force and the necessary force of the return spring due to the pressure conditions, the material pairing and allow the manufacturing tolerance to be determined in advance by calculation in practice, that these pump elements occasionally an unexpectedly large leakage - past the pump element - and that also the actual piston actuation forces deviate from the calculated value and then the return spring is no longer perfect is able to keep the piston element in constant drive connection with the actuating element to keep. This is presumably due to the fact that due to the narrow tolerance range between the smooth jacket of the piston element and the bore wall pressure pockets of the compressed medium, which lead to tilting and pressing of the piston element run transversely to its direction of movement. This changes the actuation force of the piston element. In addition, the compressed medium has a tilt or one-sided pressing of the piston element rather the possibility between the piston element and exit the bore wall. This would also explain the increased leakage. These two effects, namely the in individual cases oversized leakage and that of the the calculated value deviating resistance to movement of the piston element in the bore are disadvantages that have existed in various applications of the pump element so far had to be accepted. It was particularly effective when pumping oily emulsions the strong leakage is negative. In some cases, however, the problem also occurred that as a result of the friction, which increases even more sharply in the case of oil-containing emulsions between the piston element and the bore wall, the piston element on the actuating element no longer applied, but followed it with a delay, so that a sudden load acted on the piston element as soon as the actuating element on the new compression stroke tried to force the piston element back into the compression space. Since also oily Emulsions are much more incompressible than pure hydraulic oil, the sudden change Grabbing of the actuating element is not dampened. The consequences were after a long time Service life Damage to the piston element or the actuating element.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Pumpenelement der eingangs genannten Art zu schaffen, das sich durch eine geringe und gleichbleibende Leckage zwischen dem Kolbenelement und der Bohrung einerseits und durch einen Bewengsgiderstand des Kolbenelementes auszeichnet, der unter allen Betriebsbedingungen im wesentlichen dem errechneten Wert entspricht.The invention is based on the object of providing a pump element of the initially introduced called type to create that is characterized by a low and constant leakage between the piston element and the bore on the one hand and by a movement resistance of the piston element, which under all operating conditions essentially corresponds to the calculated value.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches angegebenen Merkmale gelöst.The object set is according to the invention by the characterizing Part of the main claim specified features solved.

Eine oder mehrere hintereinander angeordnete Nuten in der Bohrungswand wirken sowohl als Druckausgleichsnuten in Umfangsrichtung des Kolbenelementes als auch nach Art einer Labyrinthdichtung. Dieser Effekt führt zu einer um mehr als 50 % verringerten Leckage zwischen dem Kolbenelement und der Bohrung.One or more grooves arranged one behind the other in the bore wall act both as pressure compensation grooves in the circumferential direction of the piston element also in the manner of a labyrinth seal. This effect leads to more than 50% less leakage between the piston element and the bore.

Gleichzeitig wird durch den Druckausgleich um den Mantel des Kolbenelements die Ausbildung von Drucktaschen vermieden, die eine Verklemmung oder einseitige Anpressung des Kolbenelementes an die Bohrungswand hervorrufen können. Dadurch wird als weiterer Vorteil überraschend erzielt, daß der Bewegungswiderstand für das Kolbenelement in idealer Weise dem errechenbaren Wert gleich ist. Dazu kommt, daß die Kontaktfläche zwischen dem Kolbenelement und der Wand der Bohrung durch die Nuten verringert wird und somit ein grundsätzlich niedrigerer Bewegungswiderstand vorliegt, als bei völlig glatter Bohrungswand.At the same time, the pressure equalization around the jacket of the piston element avoiding the formation of pressure pockets that are jammed or one-sided Can cause the piston element to press against the wall of the bore. This will surprisingly achieved as a further advantage that the resistance to movement for the piston element ideally equals the calculable value. In addition, the contact area between the piston element and the wall of the bore is reduced by the grooves and therefore there is a fundamentally lower resistance to movement than with completely smooth bore wall.

Eine zweckmäßige Ausführungsform der Erfindung geht aus Anspruch 2 hervor. Diese Nuten lassen sich einfach anbringen. Ihre Zahl kann je nach dem Einsatzzweck des Pumpenelementes variiert werden.An expedient embodiment of the invention is based on claim 2 emerged. These grooves are easy to make. Their number can vary depending on the purpose of the pump element can be varied.

Besonders zweckmäßig ist die Verwendung des erfindungsgemäßen Pumpenelementes gemäß der Erfindung zum Pumpen von ölhaltigen Emulsionen, wobei das zylindrisch ausgebildete Kolbenelement an seinem aus der Bohrung ragenden Betätigungsende mit einem Betätigungsglied in Antriebsverbindung steht, das mit einem in Bezug auf die Kolbenlängsachse wandernden Druckpunkt gegen die Kraft einerden kolben in entgegengesetzter Richtung beaufschlagenden Rückholfeder arbeitet. Trotz der niederen Viskosität der öligen Emulsionen - im Vergleich zu reinem Hydrauliköl - und der geringeren Kompressibilität dieser Emulsionen läßt sich eine deutliche Verringerung der Leckage und ein gleichbleibend niedriger Bewegungswiderstand des Kolbenelementes erreichen.The use of the pump element according to the invention is particularly expedient according to the invention for pumping oil-containing emulsions, the cylindrical formed piston element at its actuating end protruding from the bore an actuator is in driving communication with a related to the Piston longitudinal axis migrating pressure point against the force of the piston in the opposite direction Direction acting return spring works. Despite the low viscosity of the oily emulsions - compared to pure hydraulic oil - and the lower compressibility These emulsions can be a significant reduction in leakage and a constant achieve low resistance to movement of the piston element.

Eine Ausführungsform des Anmeldungsgegenstandes wird nachstehend anhand der Zeichnung erläutert.An embodiment of the subject of the application is based on the following the drawing explained.

Es zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Pumpenelement, Fig. 2 und 3 abgeänderte Details aus dem Pumpenelement von Fig. 1, und Fig. 4 die Anordnung von drei Pumpenelementen gemäß Fig. 1 in einem hydraulischen Pumpenaggregat.1 shows a longitudinal section through a pump element according to the invention, FIGS. 2 and 3 modified details from the pump element of FIG. 1, and FIG. 4 the Arrangement of three pump elements according to FIG. 1 in a hydraulic pump unit.

Ein hydraulisches Pumpenelement 1 besitzt ein zylindrisches Gehäuse 2 mit einer abgesetzten Stufe 3. Das Gehäuse 2 wird in Längsrichtung von einer Bohrung 4 durchsetzt, die zu einem Kompressionsraum 5 führt, der nach außen durch ein Saugventil 6 und ein Druckventil 7 verschlossen ist. In der Bohrung 4 ist ein Kolbenelement 8 mit zylindrischem, glattem Mantel abgedichtet geführt, das an seinem aus der Bohrung 4 ragenden Ende einen Druckteller 9 trägt. An der Unterseite des Drucktellers 9 stützt sich über ein Federwiderlager 17 eine Rückholfeder 10 ab, deren anderes Ende an der Schulter 3 ansteht. Gegen die Oberseite des Drucktellers 9 drückt ein Betätigungsglied 11, das das Eolbenelement 8 in eine hin- und hergehende Bewegung (Doppelpfeil 13) versetzt. Das Betätigungsglied wirkt auf den Druckteller 9 mit einem in Bezug auf die Mittellängsachse des Kolbenelementes 8 seitlich auswandernden Druckpunkt 13', 13" ein. Dies bedeutet, daß dem Kolbenelement 8 neben der hin- und hergehenden Bewegung vom Betätigungsglied 11 auch eine Biegebelastung aufgezwungen wird. In der Wand der Bohrung 4 sind in dem Bereich, in dem das Kolbenelement 8 hin- und herverschoben wird, umlaufende Nuten 12, hier vier an der Zahl, eingeformt. Diese wirken als Druckausgleichs und Labyrinth-Dichtungsnuten für die in der Kompressionskammer 5 der Bohrung 4 zu verdichtende Druckflüssigkeit, die entweder Hydrauliköl oder eine ölhaltige Emulsion sein kann.A hydraulic pump element 1 has a cylindrical housing 2 with a step 3. The housing 2 is in the longitudinal direction of a bore 4 penetrated, which leads to a compression chamber 5, which is to the outside through a suction valve 6 and a pressure valve 7 is closed. In the bore 4 is a piston element 8 sealed with a cylindrical, smooth jacket out of the bore 4 protruding end one Pressure plate 9 carries. At the bottom of the Pressure plate 9 is supported by a spring abutment 17 from a return spring 10, the other end of which is on shoulder 3. Against the top of the pressure plate 9 pushes an actuator 11, which the Eolbenelement 8 in a reciprocating Movement (double arrow 13) offset. The actuator acts on the pressure plate 9 with a laterally migrating with respect to the central longitudinal axis of the piston element 8 Pressure point 13 ', 13 ". This means that the piston element 8 in addition to the back and forth Movement of the actuating member 11 also imposes a bending load will. In the wall of the bore 4 are in the area in which the piston element 8 is pushed back and forth, circumferential grooves 12, here four in number, formed. These act as pressure equalization and labyrinth sealing grooves for those in the compression chamber 5 of the bore 4 to be compressed hydraulic fluid, either hydraulic oil or can be an oily emulsion.

Die Nuten 12 sind in Fig. 1 mit rechteckigem bzw. quadratischem Querschnitt dargestellt. Sie können jedoch (Fig. 2, Fig. 3) auch dreieckigen oder halbrunden Querschnitt 12a, 12b besitzen.The grooves 12 are in Fig. 1 with a rectangular or square cross-section shown. However, you can (Fig. 2, Fig. 3) also triangular or semicircular Have cross-section 12a, 12b.

Die Breite B der Nuten 12A entspricht annähernd der Tiefe T und beträgt zwischen 0,2 und 1,2 mm. Der Zwischenabstand A zwischen den Nuten kann zwischen 1,0 und 6 mm betragen.The width B of the grooves 12A corresponds approximately to the depth T and is between 0.2 and 1.2 mm. The spacing A between the grooves can be between 1.0 and 6 mm.

In Fig. 4 ist dargestellt, wie drei Pumpenelemente 1 um jeweils 1200 zueinander versetzt um eine Drehachse 15 einer Welle 14 herum angeordnet sind. Auf der Welle 14 sitzt mit exzentrisch liegendem Mittelpunkt 16 ein Wälzlager als Betätigungsglied 11, das mit seinem Außenring 18 gleichzeitig an allen Eolbenelemsnten der Pumpenelemente 1 anliegt. Bei einer Drehung der Welle werden die Kolbenelemente der drei Pumpenelemente nacheinander in das Gehäuse hineingedrückt (Kompressionshub), wenn der exzentrisch liegende Mittelpunkt 16 des Betätigungsgliedes 11 ihnen zugewandt ist. In allen anderen Stellungen des Mittelpunktes 16 verschieben die Rückholfedern 10 die Pumpenelemente aus der Bohrung 4 heraus (Saughub), so daß ein ständiger Berührung kontakt zwischen dem Außenring 18 und den Kolbenelementen 8 vorliegt. Bei einer Umdrehung der Welle 14 werden drei Kompressionshübe und drei Saughübe ausgeführt. Diese Anordnung wird bei einem hydraulischen Pumpenaggregat durch Befestigen der Pumpenelemente 1 an einer geeigneten Trageplatte verwirklicht.In Fig. 4 it is shown how three pump elements 1 by 1200 each are arranged offset to one another around an axis of rotation 15 of a shaft 14. on the shaft 14 is seated with an eccentric center 16, a roller bearing as an actuating member 11, which with its outer ring 18 simultaneously on all Eolbenelemsnten of the pump elements 1 is present. When the shaft rotates, the piston elements of the three pump elements become pressed one after the other into the housing (compression stroke) when the eccentric lying center point 16 of the actuator 11 faces them. In all other positions of the center 16 move the return springs 10 the pump elements out of the bore 4 (suction stroke), so that constant contact contact between the outer ring 18 and the piston elements 8 is present. At a Rotation of the shaft 14, three compression strokes and three suction strokes are carried out. This arrangement is in a hydraulic pump unit by attaching the Pump elements 1 realized on a suitable support plate.

Selbstverständlich können sowohl weniger als auch mehr Pumpenelemente dem Betätigungsglied zugeordnet werden.Of course, both fewer and more pump elements can be used be assigned to the actuator.

Claims

Hydraulic pump element P a t e n t a n 5 p r üc h e Hydraulic Pump element, with a compression chamber leading or a compression chamber forming the bore having housing and with a back in the bore to a and reciprocating stroke movement drivable, guided sealed on the bore wall Piston element with smooth jacket, which means that in the bore at least one approximately transversely to the piston stroke direction (13) and within the extension of the bore wall continuously swept over by the jacket of the piston element (8) circumferential groove (12) is formed.

2. Hydraulic pump element according to claim 1, characterized g e k e n n z e i c h n e t that every groove (12, a, b) one between 0.2 and 1.2 mm lying groove depth (T) and of the adjacent groove (12, a, b) one distance (A) between 1.0 and 6 mm.

3. Use of the hydraulic pump element according to the claims 1 to 3 for pumping oil-containing emulsions, in which the cylindrical Piston element (8) at its actuating end (9) protruding from the bore (4) an actuator (11) is in driving communication with a related on the piston longitudinal axis migrating pressure point (13, 13 ') against the force of the Piston (9) in the opposite direction acting on the return spring (10) works.