EP0491809A1 - Radialkolbenpumpe. - Google Patents

Radialkolbenpumpe.

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EP0491809A1
EP0491809A1 EP90914061A EP90914061A EP0491809A1 EP 0491809 A1 EP0491809 A1 EP 0491809A1 EP 90914061 A EP90914061 A EP 90914061A EP 90914061 A EP90914061 A EP 90914061A EP 0491809 A1 EP0491809 A1 EP 0491809A1
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EP
European Patent Office
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pump
piston
pressure
cylinder
valve
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Joerg Thurner
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Oekomobil Gesellschaft fur Oekologische Technolog
Original Assignee
Oeamtc-Betriebe GmbH
Technische Hydraulik Geraete GmbH
OEAMTC BETRIEBE GmbH
Tech Hydraulik Geraete Ges M B
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B1/00—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders
    • F04B1/04—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders in star- or fan-arrangement
    • F04B1/06—Control
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B7/00—Piston machines or pumps characterised by having positively-driven valving
    • F04B7/0076—Piston machines or pumps characterised by having positively-driven valving the members being actuated by electro-magnetic means

Definitions

  • the invention relates to a radial piston pump with a plurality of radially arranged cylinder piston arrangements with suction and pressure valves, the piston of which is controlled by an eccentric disk which rotates eccentrically with respect to a housing holding the cylinders.
  • Such devices have a very complicated structure.
  • the problem also arises that the control of such a radial piston pump is mostly digital, but these pumps have an analog behavior. It is therefore necessary to detect the position of the control device assigned to certain partial loads and to reproduce it as accurately as possible, but there is the problem that the positions of the control device corresponding to certain partial flow rates change with the delivery pressure.
  • Another problem also lies in the fact that for many applications of such radial piston pumps a very fine gradation of the partial delivery quantities of e.g. in the size of 2 to 3% of the maximum amount conveyed is required.
  • the aim of the invention is to propose a radial piston pump of the type mentioned at the outset, which is characterized by a simple construction and is suitable for direct digital control for regulating the delivery rate.
  • Individual cylinders could also be shut down by keeping a permanent connection between the suction side of the pump and the pressure side of a piston open. In this case, however, this cylinder would not contribute to the pressure build-up in the pressure line, and when a larger number of cylinders are shut down, there are correspondingly long pauses between the individual pressure surges, which are usually undesirable for the operation of such pumps connected downstream .
  • controllable valve is arranged in a pressure valve on ⁇ , wherein the valve body hollow and is provided with an opening facing the cylinder, which is controlled by a displaceably held control piston which can be controlled independently of the pressure conditions in the associated cylinder.
  • FIG. 1 shows a section through a radial piston pump according to the invention
  • FIG. 2 shows an end view of a radial piston pump according to the invention
  • FIG. 3 shows a section through a cylinder piston arrangement of a radial piston pump according to the invention on an enlarged scale.
  • the radial piston pump has a housing 1, in which a shaft 2 is rotatably mounted in inclined roller bearings 4, which has an eccentric disk 3 arranged eccentrically with respect to the central axis of the shaft 2. On this eccentric disc 3, a ring 6 is supported via a roller bearing 5, in which the pistons 7 are held via ball heads 8.
  • the pistons 7 slide in cylinders 9 which are held in the housing 1 and have openings 10 in their end region facing the shaft 1, which openings 10 connect the interior of the piston 7 with the interior 11 of the pump which is connected to the suction side of the pump sealed housing 1 connects.
  • a suction valve 13 On the end face 12 of the cylinder 9 facing the face of the piston 7, a suction valve 13 is arranged, which is designed as a poppet valve, the valve plate 14 is designed as a mass part and by the spring 15 and the valve rod 16 and the spring plate 17 against the closing position is biased.
  • the cylinder spaces are 'connected via arranged in the end walls of the cylinder 9 with the pressure valves 18 Druckleitun ⁇ gen 19th
  • the pressure valves 18 are controllable, for which purpose a magnet (not shown) is provided.
  • the pressure valve 18 has a hollow valve body 20, in which a control piston 21 is slidably held, which controls the opening 22 of the valve body 20.
  • the valve body 20 is biased against the closed position by means of a relatively weak spring 23.
  • the control piston 21 is guided in the core 24 of the magnet (not shown) and is biased against the closed position by means of a relatively strong spring 25.
  • valve body 20 is held in the closed position by the two springs 23, 25, whereby penetration of pressure fluid into the interior of the valve body 20 is prevented.
  • the cylinders 9 and the pistons 7 of the pump have different diameters. This means that by switching individual cylinders or several cylinders 9 on and off by opening the connection between the interior of the cylinders and the pressure line 19, the delivery capacity of the pump can be varied. For example, in the example shown with five cylinders 9 (FIG. 2) there are 24 different power levels, or 48 power levels with seven cylinders. By correspondingly coordinating the diameters of the individual cylinders and correspondingly controlling their control pistons 21 for producing and preventing a connection between the pressure line 19 and the interior of the cylinder 9, gradations of the delivery capacity with seven cylinders from about 2% to 2% of the full power of the pump are possible.
  • Switching off the cylinders and / or preventing their effectiveness by opening the pressure valve 18 also has the advantage that the pulsation of the delivery volume remains the same as when the delivery rate is full, that is to say when all of the pressure valves 18 are closed. Only the amplitude of the pulsation changes, the smaller the more pressure valves 18 are opened. This facilitates the use of such a pump for applications in which a digital control of the delivery capacity of the pump is provided, since in this case only the corresponding pressure valves 18 have to be actuated, with a very fine-tuned Leis ⁇ with a correspondingly large number of cylinders control is possible.

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Description

Radialkolbenpumpe
Die Erfindung bezieht sich auf eine Radi lkol enpumpe mit einer Vielzahl von radial angeordneten Zylinderkolbenan¬ ordnungen mit Saug- und Druckventilen, deren Kolben von einer Exzenterscheibe gesteuert ist, die gegenüber einem die Zylin¬ der haltenden Gehäuse exzentrisch umläuft.
Bei derartigen bekannten Pumpen besteht das Problem der Regelbarkeit der Fördermenge. Um dieses Problem zu lösen werden meist mechanische Regeleinrichtungen vorgesehen, die im wesentlichen darin bestehen, die Exzentrizi ät der Exzenter¬ scheibe zu variieren, um dadurch den Hub der Kolben zu verän¬ dern .
Derartige Einrichtungen weisen einen sehr komplizier¬ ten Aufbau auf. Dabei ergibt sich auch noch das Problem, daß die Ansteuerung einer solchen Radialkolbenpumpe meist digital erfolgt, diese Pumpen aber ein analoges Verhalten aufweisen. Es ist daher notwendig, die bestimmten Teillasten zugeordnete Stellung der Regeleinrichtung zu erfassen und möglichst genau zu reproduzieren, wobei jedoch das Problem besteht, daß sich die bestimmten Tei 1fördermengen entsprechenden Stellungen der Regeleinrichtung mit dem Förderdruck ändern. Ein weiteres Pro¬ blem besteht auch darin, daß für viele Anwendungen solcher Radialkolbenpumpen eine sehr feine Abstufung der Teilförder¬ mengen von z.B. in der Größe von 2 bis 3% der maximalen För¬ dermenge erforderlich ist.
Daraus ergibt sich ein weiteres Problem, da die mei¬ sten Regeleinrichtungen einen Verstellweg in der Größenordnung von ca. 15mm aufweisen und sich daher bei einer Abstufung der Fördermenge in Stufen von ca. 2% der maximalen Fördermenge Ab¬ stufungen des Verstellweges von näherungsweise 0,3mm ergeben, die entsprechend abgetastet werden müssen, woduch sich ein entsprechend großer Aufwand ergibt .
Ziel der Erfindung ist es eine Radialkolbenpumpe der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, die sich durch einen einfachen Aufbau auszeichnet und sich für eine direkte digi¬ tale Ansteuerung zur Regelung der Fördermenge eignet.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch" erreicht, daß der Raum zwischen den Stirnseiten der Zylinder und den zugehöri¬ gen Kolben über ein steuerbares Ventil mit einer Druckleitung der Pumpe verbindbar ist, wobei die Kolben der Pumpe vorzugs¬ weise unterschiedliche Durchmesser aufweisen.
Auf diese Weise ist es möglich das Fördervolumen der Pumpe durch Öffnen und Schließen der einzelnen willkürlich steuerbaren Ventile zu regeln. Bei einer Pumpe, deren Zylin¬ der, bzw. Kolben bei gleichem Hub verschiedene Durchmesser aufweisen, lassen sich z.B. bei sieben verschiedenen Zylindern 48 verschiedene Stufen erreichen, wodurch sich Abstufungen der Fördermenge in der Größe von ca. 2% ergeben. Dabei erübrigen sich aufwendige Stellungsüberwachungen, wie sie bei den her¬ kömmlichen Radialkolbenpumpen mit mechanischen, die Exzentri¬ zität der die Kolben steuernden Exzenterscheibe beeinflussen¬ den Regeleinrichtungen erforderlich sind, wodurch sich die An¬ steuerung der Radialkolbenpumpe wesentlich vereinfacht.
Durch die im Falle der Öffnung, des willkürlich steu¬ erbaren Ventiles gegebene Verbindung des Inneren des betref¬ fenden Zylinders mit einer Druckleitung ergibt sich der Vor¬ teil, daß de betreffende Zylinder zwar zur Pulsation der se¬ kundlichen Fördermenge beiträgt, doch wird dieses Fördervolu¬ men nicht wirksam, da es nach dem Erreichen des Totpunktes des Zylinders am Ende des Druckhubes beim nachfolgenden Saughub wieder eingesogen. Bedingt ist dies dadurch, daß aufgrund der Verbindung des Zylinderinneren mit der Druckleitung dieses ständig unter Druck gehalten wird, wodurch sich das Saugventil dieses Zylinders nicht öffnen kann. Es ergibt sich daher, daß die sekundliche Fördermenge der Pumpe zwar unabhängig von der Anzahl der geöffneten, willkürlich steuerbaren Ventile pul¬ siert, jedoch die Amplitude dieser Pulsationen mit steigender Anzahl geöffneter, willkürlich steuerbarer Ventile sinkt.
Eine Stillegung einzelner Zylinder wäre auch durch Offenhalten einer ständigen Verbindung zwischen der Saugseite der Pumpe und der Druckseite eines Kolbens möglich. In diesem Falle würde aber dieser Zylinder nichts zum Druckaufbau in der Druckleitung beitragen und bei Stillsetzung einer größeren An¬ zahl von Zylinderen kommt es zu- entsprechend langen Pausen zwischen den einzelnen Druckstößen, die für den Betrieb der solchen Pumpen nachgeschalteten Einrichtungen meist uner¬ wünscht sind.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann vorge¬ sehen sein, daß das steuerbare Ventil in einem Druckventil an¬ geordnet ist, wobei dessen Ventilkörper hohl ausgebildet und mit einer dem Zylinder zugekehrten Öffnung versehen ist, die von einem verschiebbar gehaltenen Steuerkolben gesteuert ist, der unabhängig von den Druckverhältnissen im zugeordneten Zy¬ linder steuerbar ist.
Durch diese Maßnahmen ergibt sich ein einfacher Auf¬ bau einer erfindungsgemäßen Radialkolbenpumpe. Außerdem ist es dadurch auch möglich bestehende Radialkolbenpumpen auf relativ einfache Weise umzurüsten. Dazu ist es lediglich notwendig das vorhandene Druckventil gegen ein in der angegebenen Weise mo¬ difiziertes Druckventil zu ersetzen.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt:
Fig. 1 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Ra¬ dialkolbenpumpe ,
Fig. 2 eine Stirnansicht einer erfindungsgemäßen Ra¬ dialkolbenpumpe, und
Fig. 3 einen Schnitt durch eine Zylinder-Kolbenanord¬ nung einer erfindungsgemäßen Radialkolbenpumpe in vergrößertem Maßstab .
Die Radialkolbenpumpe weist ein Gehäuse 1 auf, in dem eine Welle 2 in Schrägrollenlagern 4 drehbar gelagert ist, die eine gegenüber der Mittelachse der Welle 2 exzentrisch ange¬ ordnete Exzenterscheibe 3 aufweist. Auf dieser Exzenter¬ scheibe 3 ist über ein Rollenlager 5 ein Ring 6 gelagert, in dem die Kolben 7 über Kugelköpfe 8 gehalten sind.
Die Kolben 7 gleiten in Zylindern 9, die im Gehäuse 1 gehalten sind und weisen in deren der Welle 1 zugekehrten End¬ bereich Öffnungen 10 auf, die das Innere des Kolbens 7 mit dem mit der Saugseite der Pumpe in Verbindung stehenden Innen¬ raum 11 des abgedichteten Gehäuses 1 verbindet.
An der der Stirnseite 12 des Zylinders 9 zugekehrten Stirnfläche des Kolbens 7 ist ein Saugventil 13 angeordnet, das als Tellerventil ausgebildet ist, dessen Ventilteller 14 als Masseteil ausgebildet ist und der durch die Feder 15 und die Ventilstange 16 und den Federteller 17 gegen die Schlie߬ stellung vorgespannt ist.
Die Zylinderräume sind' über in den Stirnwänden der Zylinder 9 angeordnete Druckventile 18 mit den Druckleitun¬ gen 19 verbindbar.
Die Druckventile 18 sind steuerbar, wozu je ein nicht dargestellter Magnet vorgesehen ist. Das Druckventil 18 weist einen hohlen Ventilkörper 20 auf, in dem ein Steuerkolben 21 verschiebbar gehalten ist, der die Öffnung 22 des Ventilkörpers 20 steuert.
Der Ventilkörper 20 ist mittels einer relativ schwa¬ chen Feder 23 gegen die Schließstellung vorgespannt. Der Steu¬ erkolben 21 ist im Kern 24 des nicht dargestellten Magneten geführt und mittels einer relativ starken Feder 25 gegen die Schließstellung vorgespannt.
Solange der nicht dargestellte Magent nicht erregt ist, wird der Ventilkörper 20 durch die beiden Federn 23, 25 in der Schließstellung gehalten, wobei ein Eindringen von Druckflüssigkeit in das Innere des Ventilkörpers 20 verhindert ist .
Während des Druckhubes des Kolbens 7 wird der Ventil¬ körper 20 von seinem Sitz abgehoben und die Druckflüssigkeit strömt in die Druckleitungen 19. Beim Erreichen des Totpunktes am Ende des Druckhubes schließt das Druckventil 18. Wird je¬ doch der nicht dargestellte Magnet erregt, so wird der Steuer¬ kolben 21 zurückgezogen, wodurch eine Verbindung zwischen der Druckleitung 19 und dem Inneren des Zylinders 9 hergestellt wird. 9
Dies bewirkt, daß beim Betrieb der Pumpe das Fördei— volumen jenes Zylinders bzw. Kolbens, dessen Druckventil 18 geöffnet ist, lediglich ausgeschoben und während des nachfol¬ genden Saughubes von der Druckleitung 19 her wieder eingescho¬ ben wird, sodaß dieses nicht wirksam wird. Dabei wird durch den auf den Ventilteller 14 des Saugventiles 13 von der Druck¬ leitung 19 her hinwirkenden Druck ein Öffnen des Saugventi¬ les 13 sicher verhindert, sodaß es zu keinen Leckverlusten über das Saugventil 13 kommen kann.
Die Zylinder 9, bzw. die Kolben 7 der Pumpe weisen unterschiedliche Durchmesser auf. Dies bewirkt, daß durch Zu- und Wegschalten einzelner oder mehrerer Zylinder 9 durch öff¬ nen der Verbindung zwischen dem Inneren der Zylinder und der Druckleitung 19 die Förderleistung der Pumpe variiert werden kann. Dabei ergeben sich z.B. bei dem dargestellten Beispiel mit fünf Zylindern 9 (Fig. 2) 24 verschiedene Leistungsstu¬ fen, oder bei sieben Zylindern 48 Leistungsstufen. Durch ent¬ sprechende Abstimmung der Durchmesser der einzelnen Zylinder und entsprechender Ansteuerung deren Steuerkolben 21 zum Her¬ stellen und Unterbinden einer Verbindung zwischen der Druck- leitung 19 und dem Inneren des Zylinders 9, sind Abstufungen der Förderleistung bei sieben Zylindern von ca. 2% zu 2% der Volleistung der Pumpe möglich.
Durch die Abschaltung der Zylinder, bzw. der Unter¬ bindung deren Wirksamkeit durch das öffnen des Druckventi- les 18 ergibt sich auch der Vorteil, daß die Pulsation des Fördervolumens gleich, wie bei voller Förderleistung, also wenn alle Druckventile 18 geschlossen sind, bleibt. Es ändert sich dabei lediglich die Amplitude der Pulsation, die umso kleiner wird, je mehr Druckventile 18 geöffnet sind. Dies er¬ leichtert den Einsatz einer solchen Pumpe für Anwendungen, bei denen eine digitale Steuerung der Förderleistung der Pumpe vorgesehen ist, da in diesem Falle lediglich die entsprechen¬ den Druckventile 18 angesteuert werden müssen, wobei bei einer entsprechend großen Zylinderzahl eine sehr feinstufige Leis¬ tungssteuerung möglich ist.
Patentansprüche:

Claims

Patentansprüche
1. Radialkolbenpumpe mit einer Vielzahl von radial an¬ geordneten Zylinderkolbenanordnungen mit Saug- und Druckventi¬ len, deren Kolben von einer Exzenterscheibe gesteuert ist, die gegenüber einem die Zylinder haltenden Gehäuse exzentrisch um¬ läuft, dadurch gekennzeichne t , daß der Raum zwischen den Stirnseiten (12) der Zylinder (9) und den zugehörigen Kol¬ ben (7) über ein willkürlich steuerbares Ventil (21, 22) mit einer Druckleitung (19) der Pumpe verbindbar ist, wobei die Kolben (7) der Pumpe vorzugsweise unterschiedliche Durchmesser aufweisen .
2. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das steuerbare Ventil (21, 22) in einem Druckventil (18) angeordnet ist, wobei dessen Ventilkörper (20) hohl ausgebil¬ det und mit einer dem Zylinder (9) zugekehrten Öffnung (22) versehen ist, die von einem verschiebbar gehaltenen Steuerkol¬ ben (21) gesteuert ist, der unabhängig .von den Druck¬ verhältnissen im zugeordneten Zylinder (9) steuerbar ist.
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