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Zweistufiges Pumpenaggregat, insbesondere für hydraulische Pressen
Bei hydraulischen Pressen, die nicht von Akkumulatoren gespeist werden, sondern
bei denen das Druckmittel von eigenen Preßpumpen gefördert wird, besteht der große
Nachteil, daß das von einer Hochdruckpumpe geförderte Druckmittel, in der Regel
C51, ungenutzt durch ein Sicherheitsventil abfließt, sobald der eingestellte Höchstdruck
erreicht ist. Der dabei eintretende Energieverlust wird um so größer, je länger
der Zeitaufwand für ein einzelnes mit der betreffenden Presse durchzuführendes Arbeitsspiel
dauert. Das ist z. B. der Fall bei der Herstellung von dickwandigen Werkstücken
aus Kunstharzen, die stets eine lange Preßzeit erfordern.
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Um solche Pumpen derart zu regeln, daß Verluste tunlichst vermieden
werden, sind bereits Vorkehrungen getroffen worden, durch welche die der Hochdruckpumpe
zugeführte Flüssigkeitsmenge dem sich ändernden Druckmittelbedarf angepaßt wird.
Es handelt sich dabei in der Regel um zweistufige Pumpenaggregate zum Betrieb von
hydraulischen Pressen, bestehend aus einer Niederdruck-und einer Hochdruckpumpe,
von denen die Niederdruckpumpe einerseits unmittelbar in die Hauptdruckleitung fördert
und andererseits beim Beginn des Preßvorganges von dieser getrennt und als Füllpumpe
für die Hochdruckpumpe benutzt wird, das Ganze mit einer Regelvorrichtung, die nach
Abtrennung der Niederdruckpumpe von der Hauptdruckleitung den über die Höchstfüllmenge
der Hochdruckpumpe überschießenden Teil der Niederdruckfördermenge und bei Erreichen
des Solldrucks in der Hauptleitung die gesamte Niederdruckfördermenge ins Freie
entläßt, und zwar mit Hilfe eines in den von der Niederdruckpumpe ins Freie führenden
Auslaßkanal liegenden Ventils.
Bei der bekannten Ausführung schließt
dieses Ventil den Auslaß in allen Betriebslagen mit dem dem Fülldruck der Hochdruckpumpe
entsprechenden Druck ab, auch wenn diese bei erreichtem Solldruck der Presse überhaupt
nicht mehr fördert und nicht gefüllt zu werden braucht. Das bedeutet während der
oft sehr langen Betriebszustände dieser Art einen unnötigen Energieaufwand. Die
Erfindung sieht demgemäß vor, daß dieses Ventil leim Erreichen des Solldrucks in
der Hauptleitung den Auslaßquerschnitt völlig freigibt.
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Ein weiterer Mangel der bekannten Einrichtung bestellt darin, daß
dort der Versuch gemacht wird, die der Hochdruckpumpe zugeführte Füllmenge über
den ganzen Bereich des Intervalls zwischen der Höchstmenge bei eben erreichtem Preßdruck
bis herab zur Füllmenge Null beim Solldruck in der Preßleitung allen Zwischenzuständen
entsprechend stetig zu variieren. Dies ist nach einer Erkenntnis, auf der ein weiterer
Teil der Erfindung fußt, nicht nur unnötig, sondern macht die ganze Regeleinrichtung
auch viel zu labil. Darin mag mit ein Grund dafür liegen, daß der bekannte Vorschlag
bisher keinen Eingang in die Praxis hat finden können.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird aus diesen Erwägungen
heraus vorgesehen, die Hochdruckpumpe ventillos an die Niederdruckpumpe anzuschließen.
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Gegenstand der Erfindung ist weiterhin die mit zusätzlichen Vorteilen
verbundene konstruktive Gestaltung der zur Lösung der erwähnten Aufgaben angewandten
Mittel. Einzelheiten hierüber ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung der
in der Zeichnung beispielsweise dargestellten Ausführungsformen der neuen Vorrichtung.
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Fig. i ist eine schematische Gesamtdarstellung der Anlage; Fig.2 gibt
die Schiebernadel eines Steuerorgans in perspektivischer Darstellung wieder; Fig.
3 zeigt eine vereinfachte Ausführungsform. Die als Ganzes mit A bezeichnete Niederdruckpumpe,
bestehend aus dem Gehäuse i, dem Rotor 2 und den Schiebern 3, saugt die Druckflüssigkeit,
in der Regel 01, durch das Saugrohr 4 aus dem Ölsumpf 5 und fördert sie mit
niederem Druck durch Leitungen 6 und 7 über ein Rückschlagventil 8 in die Hauptleitung
9. Letztere führt zu dem nicht dargestellten Arbeitskolben einer hydraulischen Presse.
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Ein Teil der Druckflüssigkeit fließt durch eine Leitung io in einen
im Gehäuse i i einer als Ganzes mit 13 bezeichneten Hochdruckpumpe vorgesehenen
Ringkanal 12. Die Druckflüssigkeit dringt aus dem Ringkanal 12 über Ventile 14,
die am Ende von Bohrungen 13 vorgesehen sind, in sternförmig gruppierte Zylinderräume
15 vor und drückt die in den Zylindern geführten Kolben 16 gegen einen Exzenter
17, der auf einer umlaufenden Welle 18 angeordnet ist. Beim Hub der Kolben 16 nach
außen schließen sich die Ventile 14, während weitere Ventile i9 geöffnet werden.
Dadurch wird der Druckflüssigkeit der Weg über die Verbindungskanäle 20 in einen
zweiten Ringkanal 21 freigegeben. Vom Ringkanal 21 aus gelangt diese aus der Hochdruckpumpe
73 kommende Druckflüssigkeit in eine Leitung 22 und vereinigt sich in der
Hauptleitung 9 mit der über die Leitung 7 von der Niederdruckpumpe A kommenden Druckflüssigkeif.
Über die Hauptleitung 9 wird die Druckflüssigkeit dem Arbeitskolben einer hydraulischen
Presse zugeführt. Sobald die von dieser Presse bewegten Werkzeuge zum Aufsetzen
kommen, schlägt das Rückschlagventi18 zu. Nunmehr fördert nur noch die Hochdruckpumpe
ß in die Leitung 9. Sie kann dabei nur einen geringen Teil der von der weiterlaufenden
Niederdruckpumpe .4 geförderten Druckflüssigkeit verarbeiten. Das von der Niederdruckpumpe
A im Vberschuß geförderte Ö1 muß über die Leitung 23 nach Überwindung des als Ganzes
mit C bezeichneten :'#,uslaßventils in den Ölsumpf 5 zurückfließen. Die bisher geschilderte
Ausbildung und :Arbeitsweise zweier hintereinandergeschalteter Pumpen hat als bekannt
zu gelten.
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Das Auslaßventil C ist mit einem mit einer Kappe 26 abgeschlossenen
Gehäuse 25 versehen, in welchem ein mit einer Schulter versehener Ventilkörper (Schulterventil)
24 angeordnet ist. Die Belastung des Ventils erfolgt durch eine Feder 27 und eine
zweite stärkere Feder 28. Letztere drückt nicht direkt auf das Schulterventil, sondern
auf einen Schulterkolben 29, der sich auf das Schulterventil 24 auflegt. Beide Teile
und das Gehäuse sind so abgestuft, daß sich zwei Ringkanäle 30 und 31 bilden.
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Der Ringkanal 30 stellt durch eine Leitung 32 mit einem als
Ganzes mit D bezeichneten Steuerventil in Verbindung. In dessen Gehäuse 33 steht
eine Schiebernadel34 unter der Wirkung einer Druckfeder 35, die zwischen einem Gewindeteller
36 und einem auf der Schiebernadel 34 aufliegenden Federteller 37 angeordnet ist.
In der Ruhestellung verschließt die Schiebernadel eine zur Leitung 7 führende Verbindungsleitung
38. Eine dünne Ablaßleitung 39 führt zum Ölsumpf 5.
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Von dem Ringkanal 31 des Auslaßventils C führt eine Leitung 40 zu
einem als Ganzes mit E bezeichneten Steuerventil, das in seinem Aufbau dem Ventil
D gleicht. In dem Gehäuse 4i steht eine Schiebernadel42 unter dem Einfluß einer
Druckfeder 43, die zwischen losen Federtellern 44 und 45 gehalten ist. Der Teller
44 sitzt auf der Nadel 42 auf. In dem Abschlußdeckel 46 sitzt eine Regelschraube
47 mit einem Handrad 48. In der Ruhestellung verschließt die Schiebernade142 die
Leitung 49, die zur Hauptleitung 9 führt. Eine dünne Abflußleitung 5o stellt die
Verbindung mit dem Ölsumpf 5 her. Mit dem Handrad 48 kann die Feder 43 so weit vorgespannt
werden, daß der Federdruck dem Solldruck im Arbeitszylinder der Presse bzw. in der
Hauptleitung 9 entspricht.
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Die Wirkungsweise der Einrichtung ist folgende: Nachdem die Niederdruckpumpe
A ihre erste Funktion, nämlich das Vorschieben des Arbeitskolbens der hydraulischen
Presse im Leerweg und die Erzeugung des ersten Preßdruckes, beendet hat,
was
beispielsweise 12 Atm. Druck erfordert, wird nach Schließen des Rückschlagventils
8 nur noch ein geringer Teil der von der Niederdruckpumpe geförderten Flüssigkeit
zum Speisen der Hochdruckpumpe B benötigt. Diese Speisung erfordert einen wesentlich
geringeren Druck, beispielsweise nur etwa 2 Atm.
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Entsprechend diesen Druckunterschieden ist der auf das Schulterventil
24 ausgeübte Federdruck auf die zwei verschieden starken Federn 27 und 28 aufgeteilt,
nämlich auf die innere Feder 27 für etwa 2 Atm. und auf die äußere 28 für etwa io
Atm. Die Wirkung der äußeren Feder 28 auf das Schulterventil 24 -,wird aufgehoben
durch den Druck der sich von der Hauptleitung 9 über die Leitung 7 und 38 ausbreitenden
Flüssigkeit, die nach dem Passieren des Steuerventils D durch die Leitung 32 in
den Ringkanal 30 gelangt, um den Schulterkolben 29 vom Schulterventil 24
abzuheben.
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In dem Steuerventil D mußte aber erst der Weg für die Flüssigkeit
freigemacht werden, und zwar durch Hochheben der Schiebernadel34 in die oberste
Stellung, entgegen der Wirkung der Feder 35, die durch den Gewindeteller so beeinflußt
werden kann, daß bei 12 Atm. der Bund 34 (Fig. 2) an einer Gehäuseschulter zur Anlage
kommt. Die in dem Bund 34 vorgesehenen Aussparungen 34' lassen in dieser Stellung
der Flüssigkeit noch genügend Durchlauf.
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Während nun der Druck in der Hauptleitung 9 durch das Weiterarbeiten
der Hochdruckpumpe B eine Steigerung erfährt, kann das von der Niederdruckpumpe
A geförderte überschußöl mit dem geringen Widerstand @on nur etwa 2 Atm. über die
Leitung 23 in den Ölsumpf 5 zurückfließen.
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Nach Erreichen des Höchstdruckes wiederholt sich ein gleicher Vorgang
über die Leitung 49, das Steuerventil E und die Leitung 40. Die Druckflüssigkeit
gelangt dabei in den Ringkanal 31 und schiebt das Schulterventil 24 nach links.
Dadurch kann das von der Niederdruckpumpe A geförderte 01 frei in den Ölsumpf
5 zurückfließen. Da es nicht mehr gespannt ist, hört es auf, die Hochdruckpumpe
zu speisen. Damit ist die Hubbewegung der Kolben 16 beendet, und die Hochdruckpumpe
kann nicht mehr fördern.
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Wenn nun der Druck in den Arbeitskolben der hydraulischen Presse nach
einiger Zeit durch Undichtheiten in der Gesamtanlage absinkt, so wandert die Schiebernadel
42 des Steuerventils E ganz in die Ausgangsstellung zurück, und die Druckfeder 27
des Auslaßventils C drückt das Schulterventil 24 wieder auf seinen Sitz, d. h. die
Abflußleitung 23 wird gesperrt. Die Erzeugung eines Widerstandes im Ringkanal 31
wird dabei durch eine Entlüftungsleitung 5o vermieden. Die bis dahin leerlaufende
Hochdruckpumpe B fördert nunmehr für kurze Zeit wieder, bis der Druckverlust wieder
ausgeglichen ist.
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Beim Umsteuern der hydraulischen Presse fallen alle beweglichen Organe
der beiden Steuerventile D und B und des Auslaßventils C in die Ausgangsstellung
zurück. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig.3 ist wiederum eine Niederdruckpumpe A
und eine Hochdruckpumpe B zu erkennen sowie ein mit A
vereinigtes Auslaßventil
C. Steuerventile fallen bei dieser Ausführungsform fort.
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Soweit Übereinstimmung mit Fig. i herrscht, sind die gleichen Bezugsziffern
gewählt. Eine Einzelbeschreibung erübrigt sich hierzu.
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Die Unterschiede sind folgende: Die Austrittsleitung 6 aus der Niederdruckpumpe
A gabelt sich in Fig. 3 in die Arme 107 und i io, wobei das Rückschlagventil io8
bei dieser Ausführungsform an der Einmündung des Armes 107 in. die Hauptdruckleitung
9 liegt. Im übrigen ist die Hochdruckpumpe B ganz in Übereinstimmung mit derjenigen
nach Fig. i. Das Auslaßventil C ist in Fig. 3 an eine aus der Hochdruckkammer 21
kommende Leitung 136 angeschlossen. Sein Zylinder ioi besteht aus einem Stück mit
dem Gehäuse i der Pumpe A. Er ist abgestuft und enthält einen darin geführten, ebenfalls
abgestuften Ventilkörper 125. Zwischen den Schultern des Zylinders ioi und des Ventilkörpers
125 bildet sich eine Ringkammer 134, in welche das Rohr 136 einmündet. Das konisch
eingezogene rechte Ende des Ventilkörpers wirkt mit einer entsprechend kegeligen
Sitzfläche des Gehäuses i zusammen und reicht in den aus zwei rechtwinkelig zueinander
liegenden Teilstücken 124 und 123 bestehenden Auslaßkanal.
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Der Ventilkörper 125 weist eine Stirnöffnung 135 und seitliche öffnungen
126 auf. Die Verbindung zwischen beiden ist gesperrt durch eine Kugel 127. Diese
steht unter der Belastung einer im engeren Teil des Ventilkörpers 125 untergebrachten
Schraubenfeder 128, die mittels eines in diesen eingeschraubten Tellers 129 einstellbar
ist. Sie ist auf den Höchstfülldruck eingestellt und läßt, nachdem dieser in der
Niederdruckleitung 6 erreicht ist, überschüssige Flüssigkeit durch die Öffnungen
135 und 126 abfließen.
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Im weiten Teil des Ventilkörpers 125 ist eine stärkere Feder 130 untergebracht,
die von einer in der Abschlußkappe 132 geführten Stellschraube 133 über ein Druckstück
131 einstellbar ist. Sie ist auf den Solldruck in der Leitung 9 bzw. Kammer 21 eingestellt.
Ist dieser erreicht, so wird der ganze Ventilkörper 125 nach links verschoben und
der Niederdruckflüssigkeit ein unmittelbarer Ausfluß geboten. Das konische Ende
des Ventilkörpers bildet also sowohl mit seiner Innen- als auch mit der Außenfläche
eine Ventilfläche für jeweils ein anderes Ventil.