EP0005190A1

EP0005190A1 - Radialkolbenpumpe

Info

Publication number: EP0005190A1
Application number: EP79101096A
Authority: EP
Inventors: Jörg Dantlgraber; Horst Kramer; Horst Fischer
Original assignee: Mannesmann Rexroth AG; GL Rexroth GmbH
Current assignee: Bosch Rexroth AG
Priority date: 1978-04-20
Filing date: 1979-04-10
Publication date: 1979-11-14
Also published as: DE2817173A1; AT361301B; US4257750A; ATA233779A; JPS54141405A; EP0005190B1

Abstract

Bei einer Radialkolbenpumpe mit mehreren Pumpenelementen (3) soll, insbesondere bei Einsatz in der Spannhydraulik, mit einfachen Mitteln ein energiesparender Betrieb erzielt werden. Die Druckseiten eines Teils der Pumpenelemente (3) sind über ein Umschaltventil (10, 11, 12, 16; 50) mit zwei Schaltstellungen zum Tank zu leiten, wobei die eine die Verbindung zum Tank unterbrechende Schaltstellung des Umschaltventils von der Vorspannung einer Feder (12) und die andere, die Verbindung zum Tank öffnende Schaltstellung vom Verbraucherdruck festgelegt ist und in der die Verbindung zum Tank unterbrechenden Schaltstellung die Förderflüssigkeit dieses Teils der Pumpenelemente mit der Förderflüssigkeit des restlichen Teils der Pumpenelemente zu vereinigen ist, so daß bis zum Erreichen der Spannstellung der Spannzylinder sämtliche Pumpenelemente in den betreffenden Zylinderraum des Spannzylinders fördern und nach Erreichen der Spannstellung in der Regel nur noch ein Pumpenelemente zur Aufrechterhaltung der Spannkraft in Richtung des Spannzylinders fördert, dessen Fördermenge, soweit sie nicht zur Deckung von Leckverlusten dient, über ein die Spannkraft festlegendes Druckbegrenzungsventil zurück zum Tank abgeführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Radialkolbenpumpe mit wenigstens zwei Pumpenelementen. Werden derartige Radialkolbenpumpen beispielsweise für Spannzwecke im Werkzeugmaschinenbau eingesetzt, muß nach Erreichen der Spannstellung bzw. Arbeitsstellung der Spannzylinder zur Aufrechterhaltung der Spannkraft der gesamte Pumpenförderstrom über ein Druckbegrenzungsventil zum Tank abgeleitet werden. Damit ergibt sich während des Spannvorganges ein unwirtschaftlicher Betrieb der Radialkolbenpumpen. Hinzu kommt, daß durch das Abführen der Arbeitsflüssigkeit über ein die Spannkraft bestimmendes Druckbegrenzungsventil die Arbeitsflüssigkeit entsprechend aufgeheizt wird und deshalb wieder auf die vorgeschriebene Betriebstemperatur abgekühlt werden muß.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Radialkolbenpumpe zu schaffen, die insbesondere im Einsatz für Spannhydraulik mit einfachsten Mitteln einen energiesparenden Betrieb gewährleistet.
Nach der Erfindung wird dies mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 erzielt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche.
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben.

Figur 1 zeigt einen Axialschnitt einer Radialkolbenpumpe gemäß der Erfindung mit einem 3-Wegeventil als Umschaltventil,
Figur 2 zeigt einen Schnitt nach der Linie II-II der Figur 1 und
Figur 3 zeigt einen Axialschnitt einer Radialkolbenpumpe mit einem Zwei-Wegeventil als Umschaltventil.

In den Figuren bezeichnet 1 das Pumpengehäuse und 2 den Pumpengehäusedeckel. In Aussparungen la des Pumpengehäuses sind fünf Druckventileinsätze lbl, 1b2, 1b3, 1b4, 1b5 über den Umfang gleichmäßig verteilt angeordnet. Mit diesen Druckventileinsätzen arbeiten jeweils Pumpenelemente 3 zusammen, deren Zylinderkörper 3a sich am Aufnahmekörper 4 für das nicht näher dargestellte Druckventil dichtend abstützt. Der Kolben eines jeden Pumpenelementes 3 stützt sich mit seinem Fuß 3b an der Lauffläche des Exzenters 4 der Antriebswelle 5 ab, die auf beiden Seiten des Exzenters in Gleitlagern 6, 7 gelagert ist. Das Gleitlager 6 ist in einer Ausnehmung des Pumpengehäuses und das Gleitlager 7 in einer entsprechenden Ausnehmung des Gehäusedeckels 2 angeordnet. Der Gehäuseraum 8 bildet gleichzeitig den Saugraum für die einzelnen Pumpenelemente 3 und steht über den Anschluß 9 mit dem nicht näher dargestellten Tank in Verbindung. In einer Stufenbohrung lo des Gehäusedeckels ist ein Steuerkolben 11 (Figur 1 und 2) sowie eine Druckfeder 12 angeordnet. Die Druckfeder 12 stützt sich mit ihrem einen Ende über den Federteller 13 an dem einen Ende lla des Steuerkolbens 11 (Figuren 1 und 2) ab und mit ihrem anderen Ende an einen Federteller 14, der sich seinerseits über einen Bolzen 15 an einer Anstellschraube 16 abstützt. Die Anstellschraube 16, die die Federspannung der Feder 12 festlegt, wird durch die Kontermutter 17 gegen Verdrehen gesichert. Die beiden Steuerkolbenabschnitte llb, llc des Steuerkolbens 11 (Fig. 1 und 2) schließen in der Stufenbohrung lo einen Steuerraum 18 ein und das Steuerkolbenende lld begrenzt einen mit dem Druckanschluß 2o der Radialkolbenpumpe verbundenen Steuerraum 19. Zum ringförmigen Steuerraum 18 führt ein Kanal 21, der mit einem Sammelkanal 22 verbunden ist, an dem vier Querkanäle 23a, 23b, 24a, 24b angeschlossen sind. Die Querkanäle verbinden über den Sammelkanal 22, die von den Druckventileinsätzen 1b2, 1b5, 1b3, lb4 gebildeten Druckseiten der diesen Druckventileinsätzen zugeordneten vier Pumpenelemente unterist der Sammelkanal 22 einander. Über den Kanal mit dem von den beiden Steuerkolbenabschnitten llb, llc des Steuerkolbens 11 verbunden (Fig. 1 und 2) begrenzenden Steuerraum 18. Der Druckventileinsatz lbl steht über den Kanal 26 im Pumpengehäuse l sowie über den Kanal 27 im Pumpengehäusedeckel 2 mit dem Steuerraum 19 in Verbindung und ist somit von den restlichen vier Druckventileinsätzen getrennt.
Die Steuerkanten llbk, llck der beiden Steuerkolbenabschnitte llb, llc wirken mit Steuerkanälen 29 und 3o zusammen (Fig. 2). Der Steuerkanal 29 mündet in einen Raum 31, der mit dem Tankanschluß 32 in unmittelbarer Verbindung steht. Dieser Raum 31 steht ferner über eine Bohrung 33 mit dem vom Steuerkolbenende lla durchsetzten Ringraum 34 in Verbindung und dieser mit dem Federraum 35. Damit steht der Federraum in dauernder Verbindung mit dem Tankanschluß 32. Der Steuerkanal 3o steht mit einem von einer Verschlußschraube 37 begrenzten Raum 38 in Verbindung. Dieser Raum 38 steht seinerseits über eine Bohrung 39 mit dem Steuerraum 19 in Verbindung, der wiederum in unmittelbarer Verbindung mit dem Druckanschluß 2o der Radialkolbenpumpe steht.
In der gezeigten Schaltstellung nach Fig. 2 befindet sich der Steuerkolben 11 in seiner Ausgangsstellung, in der der Steuerkolbenabschnitt llb mit Steuerkante 11bk die Steuerbohrung 29 geschlossen hält, während der Steuerkolbenabschnitt 11c mit Steuerkante llck die Steuerbohrung 3o freigibt, so daß der Steuerraum 18 über die Steuerbohrung 3₀, den Raum 38 sowie über die Verbindungsbohrung 39 mit dem Steuerraum 19 und damit mit dem Druckanschluß der Pumpe in Verbindung steht. Damit stehen auch über den Kanal 21, der mit dem Steuerraum 18 in Verbindung steht, die von den Druckventileinsätzen lbl, 1b3, 1b4 und 1b5 gebildeten Druckseiten der Pumpenelemente 3 mit dem Druckanschluß 2o in Verbindung. Da außerdem das mit dem Druckventileinsatz 1b1 zusammenwirkende Pumpenelement 3 über die Kanäle 26 und 27 mit dem Druckanschluß 2o in dauernder Verbindung steht, sind sämtliche Pumpenelemente mit dem Druckanschluß 2o verbunden, so daß die gesamte Fördermenge der Radialkolbenpumpe dem nicht näher dargestellten Verbraucher beispielsweise einem Hydrozylinder, der als Spannzylinder eingesetzt ist, zur Verfügung steht. Sobald der Verbraucher beispielsweise ein Spannzylinder seine Endstellung erreicht hat, steigt der Verbraucherdruck an. Da dieser von der Pumpe bewirkte Verbraucherdruck auch an der Stirnfläche lls des Steuerkolbens 11 wirkt, wird letzterer entgegen der Kraft der Feder 12 verschoben, sobald der Verbraucherdruck eine solche Größe erreicht hat, daß die von diesem auf den Steuerkolben bewirkte Kraft größer ist als die in Gegenrichtung auf den Steuerkolben wirkende Kraft der Feder 12. Nimmt der Steuerkolben 11 die in Figur 1 gezeigte Schaltstellung ein, verschließt die Steuerkante llck des Steuerkolbenabschnittes llc die Steuerbohrung 3o und die Steuerkante llbk des Steuerkolbenabschnittes llb gibt die Steuerbohrung 29 frei. Damit ist die Verbindung des Steuerraumes 18 zum Steuerraum 19 unterbrochen und die Verbindung des Steuerraumes 18 mit dem mit dem Tankanschluß 32 in Verbindung stehenden Ringraum 34 hergestellt. Die mit dem Kanal 21 verbundenen Pumpenelemente 3, die mit den Druckventileinsätzen 1b2, 1b3, lb4 und lb5 in Wirkverbindung stehen, fördern nunmehr drucklos zum Tank zurück. Lediglich das dem Druckventil lbl zugeordnete Pumpenelement 3 steht nach wie vor über die Kanäle 26, 27 mit dem Druckanschluß 2o in Verbindung und hält den geforderten Verbraucherdruck aufrecht. Dieser Verbraucherdruck wird durch ein nicht näher dargestelltes Druckbegrenzungsventil festgelegt, das in der Verbindungsleitung zwischen Druckanschluß 2o und dem betreffenden Arbeitsraum des Verbrauchers angeordnet ist. Das Steuerkolbenende lld weist einen etwas größeren Durchmesser auf als der die Steuerkante llck aufweisende Steuerkolbenabschnitt llc. Dadurch wird eine Anschlagfläche llda geschaffen, die die gezeigte Schaltstellung gemäß Fig. 1 festlegt. Die Ausgangsschaltstellung gemäß Figur 2 wird durch den Federteller 13 festgelegt, der sich mit seiner Auflagefläche 13a an die Fläche loa der Stufenbohrung anlegt.
Dadurch, daß das von der Stufenbohrung lo in Verbindung mit den Steuerbohrungen, dem Steuerkolben 11, der Steuerfeder 12 sowie der Anstellschraube 16 gebildete Umschaltventil im Pumpengehäusedeckel 2 integriert ist und die Kanäle 21, 22, 23a, 23b, 24a, 24b die Verbindung der mit den Druckventileinsätzen 1b2, 1b3, lb4 und lb5 in Wirkver- bindung stehenden Pumpenelementen, herstellen ergibt sich eine besonders kompakte Baueinheit, die eine betriebssichere Umschaltfunktion des Umschaltventils auch bei rauhen Betriebsbedingungen gewährleistet. Die Radialkolbenpumpe arbeitet in zwei Druckbereichen, nämlich in einem Niederdruckbereich und in einem Hochdruckbereich. Der Niederdruckbereich ergibt sich bei einer Schaltstellung des Steuerkolbens 11 entsprechend Fig. 2, in der sämtliche Pumpenelemente mit dem Druckanschluß 2o verbunden sind. Der Hochdruckbereich ergibt sich bei einer Schaltstellung des Steuerkolbens 11 entsprechend Fig. 1, in der lediglich noch das den Druckventileinsatz 1b1 zugeordnete Pumpenelement zur Aufrechterhaltung des Verbraucherdruckes beiträgt, während die übrigen Pumpenelemente mit dem Tank in Verbindung stehen. Dadurch ergibt sich ein besonders wirtschaftlicher Betrieb der Radialkolben^püm^pe, zumal auch der Wärmeanfall in geringen Grenzen zu halten ist, nachdem lediglich die Fördermenge eines Pumpenelementes zur Aufrechterhaltung des geforderten Verbraucherdruckes über ein Druckbegrenzungsventil abgeführt werden muß, während die Fördermenge der restlichen Pumpenelemente drucklos zum Tank zurückströmt.
Das Ausführungsbeispiel nach Figur 3 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel nach den Figuren 1 und 2 lediglich durch die Ausbildung des Umschaltventils 5o und durch die zusätzliche Anordnung eines Rückschlagventils 51 zwischen den Kanälen 21 und 27. Das Umschaltventil 5o ist als Zwei-Wege-Sitzventil ausgebildet und wird von dem als Kugel ausgebildeten Ventilsitzkörper 52 gebildet, der mit dem Ventilsitz 53 zusammenwirkt. Der Bohrungsabschnitt 58,der dem Kanalabschnitt 34 nach Figur 2 entspricht, steht ebenfalls über eine Bohrung 33 mit dem Tankanschluß in Verbindung. In der geöffneten Schaltstellung des Ventilsitzkörpers 52 steht somit auch der Steuerraum 18 über den Kanalabschnitt 54 mit dem Tankanschluß in Verbindung und damit auch die mit dem Steuerraum 18 in Verbindung stehenden Druckseiten eines Teils der Pumpenelemente. In Schließrichtung ist der Ventilsitzkörper von der Vorspannung der Druckfeder 12 über den Federteller 13 mit Betätigungsstift 55 belastet. In Öffnungsrichtung ist der Ventilsitzkörper von dem vom im Steuerraum 19 über den Druckanschluß 2o herrschenden Verbraucherdruck beaufschlagten Kraftkolben 56 mit Betätigungsstift 57 belastet. Solange die vom Verbraucherdruck auf den Kraftkolben bewirkte in Öffnungsrichtung des Ventilsitzkörpers gerichtete Kraft kleiner ist als die von der Vorspannung der Druckfeder 12 in Schließrichtung des Ventilsitzkörpers gerichtete Kraft, bleibt die Verbindung des Steuerraumes 18 mit dem Bohrungsabschnitt 58 durch die gezeigte Schließstellung des Ventilsitzkörpers unterbrochen. Die Förderflüssigkeit der über den Kanal 22 mit dem Kanal 21 in Wirkverbindung stehenden Pumpenelemente strömt über das Rückschlagventil 51 in den Kanal 27 und vereinigt sich dort mit der Förderflüssigkeit der mit diesem Kanal in Wirkverbindung stehenden Pumpenelemente. Die gesamte Förderflüssigkeit strömt über den Steuerraum 19 zum Druckanschluß 2o und von dort weiter zum nicht gezeigten Verbraucher, beispielsweise einem Hydromotor. Der Druck dieser zum Verbraucher strömenden Förderflüssigkeit beaufschlagt im Steuerraum 19 den Kraftkolben 56 in Öffnungsrichtung des Ventilsitzkörpers 52. Sobald infolge einer am Verbraucher wirkenden äußeren Last der Druck der Förderflüssigkeit soweit ansteigt, daß der Kraftkolben 56 über den Betätigungsstift 57 den Ventilsitzkörper gegen die Kraft der Druckfeder 12 in Öffnungsrichtung verschiebt und damit eine Verbindung des Steuerraumes 18 zum Bohrungsabschnitt 58 und damit zum Tank herstellt, fällt der Druck der Förderflüssi^gkeit der über den Kanal 21 mit dem Steuerraum 18 verbundenen Pumpenelemente auf den Tankdruck ab, wobei durch das damit sich ergebende Druckgefälle vor und hinter dem Rückschlagventil 51, dieses schließt und somit nur noch die Förderflüssigkeit der mit dem Kanal 27 verbundenen Pumpenelemente dem Verbraucher zugeführt bzw. über ein Druckbegrenzungsventil zum Tank abgeführt wird, falls der Verbraucher gegen einen Anschlag gefahren ist und eine bestimmte Kraft ausüben soll. Sobald der Druck der zum Verbraucher geführten Förderflüssigkeit beispielsweise durch eine Richtungsumkehr des Verbrauchers wieder soweit absinkt, daß die Kraft der Feder 2o überwiegt und den Ventilsitzkörper 52 in Schließstellung bewegt und damit die Tankverbindung der Druckseiten der betreffenden Pumpenelemente unterbricht, baut sich vor dem Rückschlagventil wieder ein so hoher Druck auf, daß dieses in Richtung des Kanals 27 öffnet. Damit können sich wieder beide Flüssigkeitsströme im Kanal 27 vereinigen und gemeinsam dem Verbraucher zugeführt werden. In den Figuren sind für gleiche Teile der Ausführungsbeispiele die gleichen Bezugszeichen verwendet worden.

Claims

1. Radialkolbenpumpe mit wenigstens zwei Pumpenelemente, dadurch gekennzeichnet , daß die Druckseiten eines Teils der Pumpenelemente (3) über ein Umschaltventil (lo, 11, 12, 16; 5₀) mit zwei Schaltstellungen zum Tank zu leiten sind, wobei die eine die Verbindung zum Tank unterbrechende Schaltstellung des Umschaltventils von der Vorspannung einer Feder (12) und die andere, die Verbindung zum Tank öffnende Schaltstellung vom Verbraucherdruck festgelegt ist und in der die Verbindung zum Tank unterbrechenden Schaltstellung die Förderflüssigkeit dieses Teils der Pumpenelemente mit der Förderflüssigkeit des restlichen Teils der Pumpenelemente zu vereinigen ist.

2. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Umschaltventil als 3-Wegeventil (lo, 11, 12, 16) ausgebildet ist, das in der einen Schaltstellung die Verbindung der Druckseiten eines Teils der Pumpenelemente mit dem Tank und in der anderen Schaltstellung mit den Druckseiten des restlichen Teils der Pumpenelemente verbindet.

3. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Umschaltventil als Zwei-Wegeventil (5o) ausgebildet ist und die Druckseiten der beiden Teile der Pumpenelemente über ein Rückschlagventil (51) verbindbar sind.

4. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß das als Zwei-Wegeventil (5o) ausgebildete Umschaltventil als Sitzventil (52, 53) ausgebildet ist, dessen Ventilsitzkörper (52) von dem Betätigungsstift (57) eines vom Verbraucherdruck beaufschlagten Kraftkolbens (56) in Öffnungsrichtung gegen die Federkraft (12) zu verschieben ist.

5. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Vorspannung der Feder (12) einstellbar ist.

6. Radialkolbenpumpe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß das Umschaltventil ein integrierender Bestandteil des Pumpendeckels (2) ist.

7. Radialkolbenpumpe nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Umschaltventil als Kolbenventil (11) ausgebildet ist und die eine Stirnseite (lla) dessen Steuerkolben in Richtung der die Druckseite sämtlicher Pumpenelemente miteinander verbindenden Schaltstellung unmittelbar über einen Federteller (13) von der Kraft einer Feder beaufschlagt ist und die andere gegenüberliegende Stirnseite (lld) unmittelbar vom Verbraucherdruck.

8. Radialkolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckseiten jedes der beiden Teile der Pumpenelemente, die durch die Wirkung des Umschaltventils voneinander zu trennen sind, über im Pumpengehäusedeckel verlaufende Kanäle (21, 22, 23, 24) unter sich in Verbindung stehen und über jeweils einen Kanal (21, 27) im Pumpengehäusedeckel mit den betreffenden Steuerräumen (18, 19) des Umschaltventils verbunden sind.