DE3737105A1 - Druckuebersetzer mit zwei getrennten druckmittelkreisen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckübersetzer mit zwei Druckmittel­ kreisen nach dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 2.

Derartige Druckübersetzer übersetzen den Druck eines Druckmittel­ kreises in einen anderen Druck eines zweiten Druckmittelkreises, wobei die hydraulische Leistung beider Druckmittelkreise gleich bleibt und besitzen deshalb einen motorseitigen Primär-Druckmittel­ kreis und einen pumpenseitigen Sekundär-Druckmittelkreis.

Ein Druckübersetzer der angegebenen Bauart ist beispielsweise in der DE-OS 30 14 552 A1 beschrieben.

Hier handelt es sich um einen Druckübersetzer mit zwei getrennten Druckmittelkreisen, dessen Motorkolben bei ihren Hüben über eine Taumelscheibe einen Drehschieber drehend antreiben, der seinerseits den Primär-Druckmittelzufluß und -abfluß zu den Stirnseiten der Motorkolben funktionsgerecht steuert als den motorseitigen Primär- Druckmittelkreis.

An die Motorkolben in Längsrichtung angekoppelte Pumpkolben pumpen das sekundärseitige Druckmittel durch Zufluß- und Abfluß-Rückschlag­ ventile vom Zuflußanschluß zum Abflußanschluß als den Sekundär- Druckmittelkreis.

Ein solcher Druckübersetzer, dessen Primär-Druckmittel Hydrauliköl ist und dessen Sekundär-Druckmittel Wasser sein kann, dient bei entsprechender Ausführung beispielsweise zur Erzeugung eines sekun­ därseitigen Druckwasserdruckes von 2500 bar, wie dieser zum Schneiden von Kunststoffen erforderlich ist.

Ein Nachteil dieses Druckübersetzers besteht in seiner begrenzten Kolbenhubzahl in der Zeiteinheit und in der fertigungstechnisch aufwendigen Ausführung für an beiden Enden gelagerten Motorkolben, die durch die Konstruktion gegeben ist.

Weiterhin besteht ein Nachteil darin, daß bei einem durch Verun­ reinigung nicht dichtenden Ausfluß-Rückschlagventiles des Sekundär- Druckmittelkreises durch die dabei entstehenden Hubkräfte auf den betreffenden Motorkolben beim Rückhub eine Störung der funktions­ gerechten Steuerung und deshalb eine Zerstörung der Taumelscheibe erfolgen kann.

Außerdem stellt die Fertigung eines Drehschiebers für größere hydraulische Leistungen hohe Fertigungsanforderungen und ist deshalb kostenträchtig.

Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung einen Druckübersetzer der im Oberbegriff der Ansprüche 1 und 2 angegebenen Art so auszu­ bilden, daß bei geringem baulichen Aufwand eine Zerstörung der motorseitigen Primär-Druckmittelsteuerung durch nicht dichtende Ausfluß-Rückschlagventile des Sekundär-Druckmittelkreises vermie­ den wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen erfindungsgemäß die im Kennzeichen des Anspruches 1 oder des Anspruches 2 angegebenen Merkmale.

Der Druckübersetzer nach der Erfindung besitzt aufgrund seiner Ausführung den Vorteil, daß jeder Motorkolben nur eine Lagerung aufweist und seine eigene Druckmittel-Schiebersteuerung durch eine Steuerhülse besitzt, die im motorseitigen Gehäuse nur je eine Lagerung besitzend dem zugehörigen Motorkolben als Lagerung dient oder auf einem dazugehörenden Steuerkolben gelagert ist. Dabei setzen die Längsbewegungen der Motorkolben eine Kolbenhub- Kurvenscheibe in Drehungen, die über eine Welle und eine Steuerhub- Kurvenscheibe entsprechende Längsbewegungen auf die Steuerhülsen im Sinne einer funktionsgerechten Steuerung übertragen.

Ist dabei ein Auslaß-Rückschlagventil des Sekundär-Druckmittel­ kreises undicht, verursacht die dabei entstehende Rückhubkraft des zugehörenden Motorkolbens durch das Zusammendrücken einer Druckfeder die Primär-Druckmittelumsteuerung durch die zugehörende Steuerhülse und damit die Erzeugung einer Gegenkraft, so daß eine Zerstörung der Motorhub-Kurvenscheibe vermieden wird oder die entsprechend kräftig ausgeführte Motorhub-Kurvenscheibe diese Kräfte aufnehmen kann.

Ein weiterer Vorteil besteht in der spiellosen Längskuppelung eines jeden Motorkolbens mit einem Pumpenkolben, die durch Primär-Druck­ mittel gesteuert und eine radiale Einstellung zueinander gestattet.

Weiterhin bietet ein leichtes Auswechseln des Pumpenteiles zur Änderung der Druckübersetzung oder zum Austausch beim Dichtungs­ verschleiß, ohne eines der beiden Roheanschlüsse des Sekundär- Druckmittelkreises zu lösen, einen weiteren Vorteil.

Ein nach den bisherigen Ausführungen nach der Erfindung ausgeführ­ ter Druckübersetzer besitzt dank seiner höheren zulässigen Motor­ kolbenhubzahl in der Zeiteinheit und seiner kompakten Bauart einen günstigen Gewichtsanteil je Leistungseinheit, was sich auch in den Fertigungskosten günstig niederschlägt und ist dank seines leicht auswechselbaren Pumpenteiles universell einsetzbar, so daß mit günstigen Fertigungsserien gerechnet werden kann.

Deshalb dürfte sein Einsatz im gesamten Gebiet der Wasserhydraulik ihren Platz gleichermaßen finden, wie zum Schneiden von Kunststoff mit 2500 bar Druckwasser.

Im folgenden Teil der Beschreibung werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 zum Teil den Schnitt durch einen Druckübersetzer mit zwei getrennten Druckmittelkreisen, dessen ein Motorkolben in der eingeschobenen Endstellung im Schnitt und dessen anderer Motorkolben in der ausgeschobenen Endstellung in der Ansicht dargestellt sind, wobei sich deren Steuerbuchsen in Mittel­ stellung befinden,

Fig. 2 zum Teil den Schnitt des gleichen Druckübersetzers wie Fig. 1, dessen ein Motorkolben in Pfeilrichtung nach innen schiebt und dessen anderer Motorkolben in Pfeilrichtung nach außen schiebt, mir den dazugehörenden Steuerstellungen der jewei­ ligen Steuerbuchse,

Fig. 3 den Hubverlauf eines Motorkolbens zur zugehörenden Steuer­ buchse eines Druckübersetzers nach Fig. 1 und Fig. 2,

Fig. 4 zum Teil den Schnitt durch eine weitere Ausführung eines Druckübersetzers, dessen ein Motorkolben in der eingescho­ benen Endstellung und dessen anderer Motorkolben in Pfeil­ richtung nach außen schiebt, mit den dazugehörenden Steuer­ stellungen der jeweiligen Steuerbuchse.

Der in Fig. 1 teilweise im Schnitt dargestellte Druckübersetzer mit drei Motor- und Pumpenkolben ist im einzelnen wie folgt aufgebaut. Ein dreiteiliges Gehäuse, bestehend aus dem Gehäuse-Tragteil 5, dem Gehäuse-Mittelteil 6 und dem Gehäuse-Endteil 7 dient einerseits zur Aufnahme des primärdruckmittelseitigen Motorteiles mit dem Primär- Druckmittelzufluß 1, dem Primär-Druckmittelabfluß 2, dem Sekundär- Druckmittelzufluß 3, dem Sekundär-Druckmittelabfluß 4 und dem Pumpenteil 8 mit der Befestigungsmutter 28.

Der Motorteil besteht aus den im Gehäuse-Mittelteil 6 druckmittel­ dicht gelagerten Steuerbuchsen 19 mit den darin druckmitteldicht gelagerten Motorkolben 22 und den am Gehäuse-Endteil 7 abstützen­ den Stützkolben 12.

Dabei besitzt jeder Motorkolben 22 ein an der Motorkolbenhub-Kurven­ scheibe 11 abstützendes Axiallager 21, an einem Ende die vom Kanal 29 ausgehenden Steueröffnungen 14 und 17 und am anderen Ende die aus der Kupplungshülse 23 und der Kupplungskappe 24 bestehende, vom Druck­ mittel aus dem Kanal 19 betätigte, axial spielfreie Ankoppelung der Pumpenkolben 25.

Die Steuerbuchsen 19 besitzen radiale Steueröffnungen 15 und 16 und ein an der Steuerhub-Kurvenscheibe 9 abstützendes Axiallager 13. Die Druckfeder 20 zwischen dem einen Ende der Steuerhülse 19 und dem Axiallager 21 sorgt für eine stetige Anlage des Axiallagers 13 an die Steuerhub-Kurvenscheibe 9 und des Axiallagers 21 an die Motor­ kolbenhub-Kurvenscheibe 11 und ist so kräftig bemessen, daß ein Ab­ heben durch Beschleunigungs- und Verzögerungskräfte bis zu einer bestimmten Drehzahl der Welle 10 nicht erfolgt.

Im Pumpenteil 8 sorgen Rückschlagventile für das funktionsgerechte Pumpen des Sekundär-Druckmittles aus dem Sekundär-Druckmittel­ zufluß 3 zum Sekundär-Druckmittelabfluß 4.

Das Gehäuse-Tragteil ist an einem Ende so ausgebildet, daß der Pumpenteil 8 nach dem Entfernen der Mutter 28 agezogen und aus­ getauscht werden kann, ohne daß dabei eines der Sekundär-Druckmittel- Rohranschlüsse 3 oder 4 gelöst werden muß.

Die Funktionen dieses Druckübersetzers sind folgende:

Ein Drehen der Motorkolbenhub-Kurvenscheibe 11, die über die Welle 10 mit der Steuerhub-Kurvenscheibe drehfest verbunden ist, verursacht Längshübe der im Kreis um 120° versetzt und parallel zur Welle 10 angeordneten drei Motorkolben 22, so daß durch gesteuertes Primär- Druckmittel erzeugte Längshübe der Motorkolben 22 Drehungen der Motorkolbenhub-Kurvenscheibe 11 mit der Welle 10 und der Steuerhub- Kurvenscheibe 9 verursachen.

Da diese Längshübe der Motorkolben 22 spielfrei auf die Pumpkolben 25 übertragen werden, sorgen letztere für das Pumpen im Sekundär- Druckmittelkreis.

Zur Druckmittelsteuerung im Primär-Druckmittelkreis verursacht nach Fig. 3 die Steuerhub-Kurvenscheibe 9 einen größeren Hub auf die Steuerbuchsen 19 als die Motorkolbenhub-Kurvenscheibe 11 auf die Motorkolben 22.

Durch um a° verdrehte Anordnung der Steuerhub-Kurvenscheibe 9 zur Motorkolbenhub-Kurvenscheibe 11 auf der Welle 10 sind an den Hub­ enden der Motorkolben 22 die Steueröffnungen 14, 15, 16 und 17 verschlossen, wie dieses in Fig. 1 dargestellt ist, so daß das primärseitige Druckmittel in diesen Steuerstellungen wirkungslos ist.

In Fig. 2 schiebt der Motorkolben 22 a in Pfeilrichtung ein und der Motorkolben 22 b in Pfeilrichtung aus.

Dazu öffnet die Steuerbuchse 19 a den Primär-Druckmittelfluß aus dem Kanal 29 a durch die Steueröffnungen 14 a und 15 a zum Primär- Druckmittelabfluß 2 und die Steuerbuchse 19 b öffnet den Primär- Druckmittelfluß vom Primär-Druckmittelzufluß 1 durch die Steuer­ öffnungen 16 b und 17 b und den Kanal 29 b in die Betätigungskammer 30 b. Dabei ist die Größe der Steueröffnung das Maß S nach Fig. 3.

In Fig. 4 teilweise im Schnitt dargestellte Ausführung eines weiteren Druckübersetzers mit drei Motorkolben 41 unterscheidet sich von dem in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten dadurch, daß die Motorkolben 41 nicht in den Steuerbuchsen gelagert sind, sondern im Gehäuse-Mittel­ teil 54 und die Steuerbuchsen 59 auf Steuerkolben 36.

Die Motorkolben 41 besitzen keine Steueröffnungen, wohl aber Axial­ lager 42, die sich in der Mantelkurvennut der Motorkolbenhub-Kur­ venscheibe 49 abwälzen und durch ihre Höhe drehend antreiben.

Die Steuerhülsen 39, die mit ihrer inneren Ausdrehung auf dem mit Steueröffnungen 37 und 38 und den Kanälen 51 und 52 versehenen Steuerkolben 36 gelagert sind, werden axial beidseitig von der Mantelkurvennut der sich mit der Motorkolbenhub-Kurvenscheibe 49 und der Welle 47 drehenden Steuerhub-Kurvenscheibe 48 in einem bestimmten Steuerhub hin und her geschoben.

Da die Mitte der Mantelkurvennut von der Motorkolbenhub-Kurven­ scheibe 49 zur Mantelkurvennut der Steuerhub-Kurvenscheibe 48 um 90 Winkelgrad auf der Welle 47 gedreht befestigt ist, werden in der dargestellten eingeschobenen Endlage des Motorkolbens 41 die Steuer­ öffnungen 38 verschlossen und in der in Pfeilrichtung ausschiebenden Hublage des Motorkolbens 41 a die Steueröffnungen 38 a geöffnet. Dabei bleiben die Steueröffnungen 37 immer geöffnet.

Bezugszeichen

1 Primär-Druckmittelzufluß
2 Primär-Druckmittelabfluß
3 Sekundär-Druckmittelzufluß
4 Sekundär-Druckmittelabfluß
5 Gehäuse-Tragteil
6 Gehäuse-Mittelteil
7 Gehäuse-Endteil
8 Pumpenteil
9 Steuerhub-Kurvenscheibe
10 Welle
11 Motorkolbenhub-Kurvenscheibe
12 Stützkolben
13 Axiallager
14 Steueröffnungen
15 Steueröffnungen
16 Steueröffnungen
17 Steueröffnungen
18
19, 19 a, 19 b Steuerhülse
20 Druckfeder
21 Axiallager
22, 22 a, 22 b Motorkolben
23 Kupplungshülse
24 Kupplungskappe
25 Pumpkolben
26
27
28 Befestigungsmutter
29, 29 a, 29 b Kanal
30, 30 b Betätigungskammer
31 Primär-Druckmittelzufluß
32 Primär-Druckmittelabfluß
33 Sekundär-Druckmittelzufluß
34 Sekundär-Druckmittelabfluß
35 Dichtbuchse
36 Steuerkolben
37 Steueröffnungen
38, 38 a Steueröffnungen
39 Steuerhülse
40 Betätigungskammer
41, 41 a Motorkolben
42 Axiallager
43
44 Pumpkolben
45 Pumpenteil
46 Befestigungsmutter
47 Welle
48 Steuerhub-Kurvenscheibe
49 Motorkolbenhub-Kurvenscheibe
50 Kanal
51 Kanal
52 Kanal
53 Gehäuse-Endteil
54 Gehäuse-Mittelteil
55 Gehäuse-Tragteil

Claims (10)

1. Druckübersetzer mit zwei getrennten Druckmittelkreisen, min­ destens drei kreisförmig und hintereinander angeordnete durch Kupplungen verbundene Motorkolben und Pumpenkolben, die in einem Gehäuse untergebracht sind, welches mit einem Primär-Druckmittel­ zufluß, einem Primär-Druckmittelabfluß, einem Sekundär-Druckmittel­ zufluß und einem Sekundär-Druckmittelabfluß versehen ist, wobei in diesem Gehäuse eine Primär-Druckmittelsteuerung vorhanden ist, die aus einer von den Motorkolben drehend angetriebenen Taumel­ scheibe besteht, die über eine Welle mit einem Drehschieber dreh­ fest verbunden den Primär-Druckmittelzufluß und den Primär-Druck­ mittelabfluß zu den Betätigungsstirnseiten der Motorkolben funktions­ gerecht steuert und daß die Pumpenkolben das Sekundär-Druckmittel aus dem Sekundär-Druckmittelzufluß über Rückschlagventile zum Sekundär-Druckmittelabfluß pumpt, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jeder Motorkolben (22) ein Axiallager (21) aufweist, wovon das eine Motorkolbenende abgedichtet aus dem Gehäuse-Tragteil (5) ragt und das andere Ende mit einem Kanal (29) und radialen Steueröffnungen (14 und 15) versehen sich in einer im Gehäuse-Mittelteil (6) druckmitteldicht gelagerten Steuerhülse (19) befindet, die mit radialen Steueröffnungen (15 und 16) versehen sich längsseitig einerseits über ein Axiallager (13) auf der Steuer­ kurvenscheibe (9) und andererseits sich über eine Druckfeder (20) und das Axiallager (21) auf der Motorhub-Kurvenscheibe (11) abstützt, wobei die von den Motorkolben (22) drehend angetriebenen, mit einer Welle (10) drehfest verbundenen Kurvenscheiben (9 und 11) bei ihrer Drehung die Axiallage der Steuerhülse (19) auf dem Motorkolben (21) derart verändert, daß das primärseitige Druckmittel aus dem Primär- Druckmittelzufluß (1) und zum Primär-Druckmittelabfluß (2) im Sinne einer funktionsgerechten Steuerung abwechselnd zur Betätigungskammer (30) zu- oder abfließt, die ihrerseits durch den am Gehäuse-Endteil (7) abgestützten Stützkolben (12) und das zugewandte Ende des Motor­ kolbens (22) gebildet wird, wobei eine am anderen Ende des Motor­ kolbens (22) wirkende äußere Kraft eine Umsteuerung des in Richtung Betätigungskammer (30) schiebenden Motorkolbens (22) durch eine Druck­ mittelflußrichtungsumkehr des von der Betätigungskammer (30) nach dem Primär-Druckmittelabfluß (2) fließenden Druckmittels von dem Primär-Druckmittelzufluß (1) zur Betätigungskammer (30) verursacht.

2. Druckübersetzer mit zwei getrennten Druckmittelkreisen, min­ destens drei kreisförmig und hintereinander angeordnete durch Kupplungen verbundene Motorkolben und Pumpenkolben, die in einem Gehäuse untergebracht sind, welches mit einem Primär-Druckmittel­ zufluß, einem Primär-Druckmittelabfluß, einem Sekundär-Druckmittel­ zufluß und einem Sekundär-Druckmittelabfluß versehen ist, wobei in diesem Gehäuse eine Primär-Druckmittelsteuerung vorhanden ist, die aus einer von den Motorkolben drehend angetriebenen Taumel­ scheibe besteht, die über eine Welle drehfest mit einem Drehschieber verbunden den Primär-Druckmittelzufluß und den Primär-Druckmittel­ abfluß zu den Betätigungsstirnseiten der Motorkolben funktions­ gerecht steuert und daß die Pumpenkolben das Sekundär-Druckmittel aus dem Sekundär-Druckmittelzufluß über Rückschlagventile zum Sekundär-Druckmittelabfluß pumpt, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jeder Motorkolben (41) ein Axiallager (42) aufweist, wovon das eine Motorkolbenende abgedichtet aus dem Gehäuse-Tragteil (55) ragt und das andere Ende in einer Bohrung längsbeweglich und druckmitteldicht gelagert mit seiner Stirnseite in einer durch eine Stirnseite eines Steuerkolbens (36) gebildeten Betätigungskammer (40) endet, daß Längsbewegungen eines Motorkolbens (41) über das in einer Motorkolbenhub-Kurvenscheibe (49) sich abrollende Axiallager (42) die Motorkolbenhub-Kurvenscheibe (49) mit der durch eine Welle (47) drehfest verbundenen Steuerhülsen­ hub-Kurvenscheibe (48) drehend antreibt, so daß die Steuerhülsen­ hub-Kurvenscheibe (48) eine auf den Steuerkolben (36) schiebend zugeordnete und mit einer Innenausdrehung versehene Steuerhülse (39) hin und her schiebt, so daß die Steueröffnungen (37 und 38) des Steuerkolbens (36) im Sinne einer funktionsgerechten Steuerung Druckmittel aus dem Primär-Druckmittelzufluß (31) durch die Kanäle (50, 51, 38, 52) und die Steueröffnungen (37, 38) zur Betätigungs­ kammer (40) oder von dieser durch den Kanal (52), die Steueröff­ nungen (38) und das Gehäuse-Endteil (53) zum Primär-Druckmittel­ abfluß (32) fließen läßt, daß weiterhin eine Dichtbuchse (35) für eine abgedichtete Druckmittelzufuhr vom Kanal (50) zum Kanal (51) und damit zu einem Ene des Steuerkolbens (36) sorgt.

3. Druckübersetzer mit zwei getrennten Druckmittelkreisen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerhub-Kurvenscheibe (9) einen größeren Hub der Steuerhülsen (19) verursacht als die Motorkolbenhub-Kurvenscheibe (11) auf die Motorkolben (22) und daß die Kurvenmitten zueinander mit einem bestimmten Drehwinkel versetzt sind.

4. Druckübersetzer mit zwei getrennten Druckmittelkreisen nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Motorkolben (22, 41) am aus dem Gehäuse-Mittelteil (5, 55) herausragenden Ende zur spielfreien axialen Ankuppelung der Pumpkolben (25, 44) Kupp­ lungshülsen (23) und vom Primärdruckmittel aus den Betätigungs­ kammern (30, 40) über den Kanal (29) betätigte Kupplungskappen (24) besitzen.

5. Druckübersetzer mit zwei getrennten Druckmittelkreisen nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Motorkolben (22, 41) verschiedene Durchmesser an ihren Enden aufweisen können.

6. Druckübersetzer mit zwei getrennten Druckmittelkreisen nach Anspruch 1, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß Druckfedern (20) zwischen den Steuerhülsen (19) und den Axiallagern (21) so bemessen sind, daß sich weder die Axiallager (13) von der Steuerhub-Kurven­ scheibe (9) noch die Axiallager (21) von der Motorhub-Kurvenscheibe (11) infolge auftretender axialer Beschleunigungs- oder Verzögerungs­ kräfte abheben können.

7. Druckübersetzer mit zwei getrennten Druckmittelkreisen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Sekundär-Druckmittel vom Sekundär-Druckmittelzufluß (33) zum Sekundär-Druckmittelabfluß (34) auch gasförmige Medien gepumpt werden können.

8. Druckübersetzer mit zwei getrennten Druckmittelkreisen nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpenteil (8, 45) mit den Pumpenkolben (25, 44) als auf das Gehäuse-Tragteil auf­ steckbares Aggregat ausgebildet geschoben und nur mit mindestens einer Mutter (28, 46) befestigt wird, wobei weder ein Lösen des Sekundär-Druckmittelzuflußanschlusses (3, 33) noch des Sekundär- Druckmittelabflußanschlusses (4, 34) erforderlich ist.

9. Druckübersetzer mit zwei getrennten Druckmittelkreisen nach Anspruch 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die kreisförmige Anordnung der Steuerkolben (36) in einem anderen Kreisdurchmesser erfolgen kann als die der Motorkolben (41) und daß deren eigene Durchmesser unterschiedlich sein können.

10. Druckübersetzer mit zwei getrennten Druckmittelkreisen nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß Motorkolben (22, 41) zwischen dem Axiallager (21, 42) und dem aus dem Gehäuse-Tragteil (5, 55) abgedichtet herausragenden Ende geteilt und mit einem bekannten Kugelgelenk versehen werden, so daß das herausragende Ende radial bewegbar ist.