DE3142715A1 - Verstellbare radialkolbenpumpe - Google Patents

Description

• Verstellbare Radialkolbenpumt
• Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einer Radialkolbenpumpe nach der Gattung des Hauptanspruchs. Derartige bekannte Pumpen haben den Nachteil, daß Druck- und/oder Mengensteuerung des Druckmittels, insbesondere Nullhubregelung, komplizierte Regeleinrichtungen mit mehreren Ventilen erfordern.
• Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Radialkolbenpumpe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß sie für sehr hohe Förderdrücke geeignet ist und auf verhältnismäßig einfache Weise steuer- bzw.
• regelbar ist.
• Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Merkmale möglich.
• Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 einen Längsschnitt durch eine Radialkolbenpumpe, Figur 2 einen Schnitt längs II-II nach Figur 1, Figur 3 eine Abregelstellung, Figur 4 eine erste Folgekolbensteuerung, Figur 5 eine zweite Folgekolbensteuerung, Figuren 6 und 7 eine Variante der Nullhubsteuerung in Längsschnitt und Querschnitt, Figur 8 einen Längs schnitt durch eine Radialkolbenpumpe mit Saugdrosselregelung, Figuren 9 und 10 eine weitere Variante einer Saugdrosselregelung.
• Beschreibung des Ausführungsbeispieles In den Figuren 1 und 2 ist mit 10 das Gehäuse einer Radialkolbenpumpe bezeichnet, die auf der einen Seite durch einen Deckel 11 verschlossen ist, auf der anderen Seite durch einen Deckel 12. Am Deckel 11 ist eine Lagerkonsole 13 im Halbschnitt dargestellt, in der ein Wellenzapfen 14 gelagert ist, der über eine Kupplung 15 zum Antrieb des Rotors 16 der Radialkolbenmaschine dient. Im Rotor 16 sind mehrere radial verlaufende Bohrungen 1 in zwei nebeneinanderliegenden Ebenen ausgebildet, in denen Förderkolben 19, 20 gleitend angeordnet sind, die sich über Rollen 22 an der Hubkurve 23 eines Nockenrings 24 abstützen. Die Hubkurve weist Sechskantprofil auf mit å jeweils zwischen diesen liegenden Zonen 25, welche Kreisbogenform aufweisen. In diesen Bereichen führen ule Kolben somit keinen Hub auf, sondern lediglich im Bereich der dazwischenliegetiden Sehnen 26.
• Am unteren Teil des Nockenrings ist eine Ausnehmung 28 ausgebildet, in welche der Kopf 29 eines Bolzens 30 eingreift, der in der Bohrung 31 eines Schubkolbens 32 angeordnet ist. Der in einer quer zur Längsachse des Rotors 16 und unterhalb dieser liegenden Gehäusebohrung 33 liegende Schubkolben 32 ist auf beiden Seiten hohlzylindrisch ausgebildet, wodurch sich einander diametral gegenüberliegende Räume 34, 35 ergeben; im Raum 35 ist eine auf dem Schubkolben einwirkende Druckfeder 36 angeordnet.
• Der Rotor 16 weist einen zylindrischen Steuerzpafen 38 auf, der in einer Steuerhülse 39 dicht gleitend gelagert ist, die selbst wiederum im Gehäuse 10 fest angeordnet ist. Zwischen dem Deckel 12 und dem dieser zugewandten Stirnseite des Steuerzapfens 38 ist eine Vorförderpumpe 40 angeordnet.
• Diese saugt Druckmittel über einen Gehäusekanal 41, 42 aus einem Vorratsraum 43 an. Im Steuerzapfen 38 ist eine durchgehende Längsbohrung 44 ausgebildet, die Verbindung hat zu einem Raum 45, der von den die Kolben aufnehmenden Bohrungen 17 in deren Schnittpunkt gebildet ist und der sowohl Nieder- als auch Hochdruckraum ist. Die Längsbohrung 44 geht in einen erweiterten Teil 46 über; die hierdurch gebildete Schulter bildet einen Ventilsitz 47 für ein Druckventil 48, das von einer im hinteren Teil. des Steuerzapfens angeordneten Feder 50 belastet ist, die sich an einer Verschlußschraube 51 abstützt. Von der Längsbohrung 44 im Steuerzapfen gehen mehrere schräg verlaufende Bohrungen 52 aus, die zwischen dem Rotor und dem Ventilsitz 47 liegen. Sie gehen in bogenförmige Ausnehmungen 53 über, die Verbindung haben zu in der Steuerhülse 39 ausgebildeten Radialbohrungen 55, welche selbst wieder in eine außenliegende Ringnut 56 der Steuerhülse münden. Diese Ringnut hat Verbindung zu einem Gehäusekanal 57, welcher in eine Gehäusebohrung 58 mündet, in der ein Ventil 59 angeordnet ist. Dieses weist einen Ventilkörper 60 auf, der durch einen Elektromagneten 61 steuerbar ist. Der Ventilkörper legt sich auf den Rand einer Bohrung 62, über welche Verbindung herstellbar ist vom Kanal 57 zu einer Bohrung 63, die Verbindung hat zum Raum 34 am Schubkolben 32. om entil 58 führt eine Entlastungsbohrung 64 zum drucklosen Innenteil der Radialkolbenpumpe. Hinter dem Ventilsitz 7 sind im Steuerzapfen mehrere Schrägbohrungen 66 ausgebildet, die in eine am Außenumfang desselben ausgebildete Ringnut 67 münden. Diese hat Verbindung zu einer in der Steuerhülse 39 ausgebildeten Bohrung 68, die selbst wiederum verbunden ist zur Auslaßbohrung 69, die zu den Verbrauchern führt.
• Wenn die Pumpe im Betrieb ist, saugt die Vorförderpumpe 40 Druckmittel aus dem Vorratsraum 43 an und fördert es unter niedrigem Druck über eine im Gehäuse 10 ausgebildete Bohrung 70 in den Kanal 57, und von hier gelangt es über die Radialbohrung 55 der Steuerhülse zu den Schrägbohrungen 52 im Steuerzapfen 38. Wenn die Kolben 20 sich in den Bohrungen 17 nach außen bewegen, wird Druckmittel über die Längsbohrung 44 im Steuerzapfen in den Niederdruckraum 45 angesaugt. Die Schrägbohrungen 52 stehen dann mit der Einlaßseite in Verbindung. Wenn die Kolben sich im Druckhub nach innen bewegen, sind die Schrägbohrungen 52 aus dem Bereich der Radialbohrungen 55 gelangt, so daß das nun in den Hochdruckraum 45 verdrängte Druckmittel wieder in die Längsbohrung 44 zurückfließt und bei Erreichen des Ansprecndrucks des Druckventils 48 in die Schrägbohrungen 66 gelangt, von wo es dem Verbraucher zufließt. Danach schließt das Druckventil 8 und es beginnt ein neuer Zyklus.
• Mit Hilfe des Elektromagnetventils 59 ist eine Nullhubsteuerung möglich. Hierbei wird der Ventilkörper 60 von seinem Sitz abgehoben, so daß von der Vorförderpumpe gefördertes Druckmittel in den Raum 34 eindringen kann und den Schubkolben 31 entgegen der Kraft der Druckfeder 36 bewegt. Der Nockenring wird dadurch im Uhrzeigersinn verdreht. Das hat zur Folge, daß die sehnenförmigen Abschnitte 26 und die Zonen 25 gegenüber den Radialbohrungen 52 um den Winkel ol - siehe Figur 3 - verdreht sind, was zur Folge hat, daß im Druckhubbereich das angesaugte Druckmittel unmittelbar wieder zur Saugseite zurückfließt, da die Schrägbohrungen 52 nicht wie beim normalen Betrieb aus dem Bereich der Radialbohrungen 55 gelangt sind.
• Wird das Elektromagnetventil so gesteuert, daß Verbindung hergestellt wird zur Entlastungsbohrung 64, so kann Druckmittel aus dem Raum 34 drucklos abströmen, und die Feder 36 bringt den Nockenring wieder in seine vorherige Stellung.
• Das Ausführungsbeispiel nach der Figur 4 zeigt eine andere Art der Verstellung des Nockenrings 24, nämlich eine sogenannte Folgekolbensteuerung 75, die durch einen Elektromagnet 76 betätigt wird. Die Hilfspumpe 40 ist hier symbolisch dargestellt. Der Folgekolben 77 wird mit Hilfe eines Steuerschiebers 78, welcher am Stößel 79 des Elektromagneten 76 anliegt, in eine bestimmte gewünschte Lage gesteuert. Die Folgesteuerung als solche ist an sich bekannt, und deshalb nicht weiter beschrieben. Die Absteuerung von Druckmitteln zum Zurückstellen des Folgekolbens 77 erfolgt über eine Bohrung 80, die zum Inneren der Pumpe, d.h. einem drucklosen Raum führt. Das für die Folgesteuerung notwendige Druckmittel stammt von der Hochdruckseite 81 der Pumpe selbst und gelangt über eine Gehäusebohrung 82 in die Folgesteuerung, wo je nach Stellung des Steuerschiebers 78 Druckräume 83, 84 beaufschlagt, bzw. entlastet werden.
• Eine weitere Variante einer Folgekolbensteuerung zeigt das Ausführungsbeispiel nach Figur 5. Sie arbeitet im Prinzip genauso wie das vorherige Ausführungsbeispiel, unterscheidet sich jedoch durch die Ausbildung des Folgekolbens, der nun mit 86 bezeichnet ist. Die Änderung ergibt sich lediglich aus einer anderen Verstellmimik für den Nockenring 24. Dieser weist nunian seinem AuMenumfang eine Verzahnung 87 auf, die mit einer Längsverzahnung 88 an der Oberfläche des Folgekolbens 86 zusammenwirkt.
• Infolge dieser konstruktiven Änderung ist der Steuerschieber 89 nun etwas einfacher ausgebildet als beim anderen Ausführungsbeispiel. Im Prinzip funktioniert diese Folgekolbensteuerung aber genauso, wie die zuvor beschriebene und ist prinzipiell bekannt.
• Während bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen die Dtullhubsteuerung durch Verdrehen des Nockenringes erfolgt, ist die beim Ausführungsbeispiel nach den Figuren 6 und 7 beschriebene gänzlich anders ausgebildet. Sie besteht darin, daß auf dem Steuerzapfen 38' zwischen der Steuerhülse 39 und dem Rotor 16 ein verdrehbarer Ringschieber 90 angeordnet ist, der zwei einander diametral gegenüberliegende Radialbohrungen 91 aufweist.
• Im Steuerzapfen 38' sind drei sich kreuzende Radialbohrungen 92 bis 94 ausgebildet, die alle die Längsbohrung 44 durchdringen. Die Nullhubsteuerung erfolgt durch Verdrehen des Ringschiebers 90 wiederum mit Hilfe eines Schubkolbens 95, wie er im Ausführungsbeispiel nach Figur 7 dargestellt ist. In diesem Fall ist der Nockenring jedoch fest im Gehäuse angeordnet. Die Nullhubregelung erfolgt also nicht durch Verdrehen des Nockenrings, sondern durch eine analoge Verdrehung des Ringschiebers 90.
• Das Ausführungsbeispiel nach Figur 8 zeigt eine ähnliche, wie bisher beschriebene Radialkolbenpumpe, jedoch wieder mit nicht verdrehbarem Nockenring, aber einer Saugdrosselregelung 100. Diese besteht aus einem Steuerschieber 101, der in einer quer zur Rotorachse ausgebildeten Gehäusebohrung 102 geführt ist. Er weist eine Ringnut 103 auf, mit anschließender kegeliger Zone 104 und einer mittigen Sackbohrung 105, von der eine Drosselbohrung 105' nach außen verläuft. Auf ihn wirkt eine Druckfeder 106 ein, die ihn in einen Raum 107 hineinzieht, welcher über eine Bohrung 108 mit dem Elektromagnetventil 61 nach dem Ausführungsbeispiel der Figur 1 in Verbindung steht. An der Gehäusebohrung 102 sind zwei Ringnuten 109, 110 ausgebildet, die vom Steuerschieber gesteuert werden. Die Ringnut 109 steht mit einem Kanal 111 in Verbindung, der wieder mit der Ringnut 56 in Verbindung steht. An der Steuerhülse 39 ist ferner eine Ringnut 113 ausgebildet, die mit einer Ausnehmung 114 in Verbindung steht, von der ein Kanal 115 zur Einlaßseite des Elektromagnetventils führt. Diese Teile sind mit der Einlaßbohrung 1 verbunden. Von der Ringnut 110 führt ein Kanal 116 zur Druckseite der Vorförderpumpe 40.
• Ist der Raum 107 durch Schließen des Magnetventils 61 über die Drossel 105' mit der Druckseite der orförderpumpe 40 verbunden, so wird der Steuerschieber 101 entgegen der Kraft der Feder 106 nach oben gedrückt und drosselt mit seiner kegeligen Zone 104 mehr oder weniger stark die Verbindung vom Kanal 116 zum Kanal 111 an, wodurch weniger Druckmittel zur Saugseite der Radialkolbenpumpe fließt.
• Ist der Raum 107 entlastet, so wird der Steuerschieber 100, 101 ganz nach unten gedrückt, und es besteht volle Verbindung von der Vorförderpumpe zur Niederdruckseite der Radialkolbenpumpe. Die Fördermenge erreicht dann ihren Maximalwert.
• Das Elektromagnetventil 61 kann in jeder beliebigen und gewünschten Weise, r.B. von einer Elektronik, angesteuert werden. Es kann z.B. derart getaktet werden, daß die Nullhubregelung, die Folgesteuerung oder die Saugdrosselregelung mehr oder weniger schnell in Aktion tritt.
• Das Ausführungsbeispiel nach den Figuren 9 und 10 zeigt wiederum eine Saugdrosselregelung, jedoch gegenüber dem vorhergehenden-Ausführungsbeispiel mit dem Unterschied, daß hier kein Längssteuerschieber, sondern ein Drehschieber 118 vorgesehen ist, der über ein Drehmagnetstellwerk 119 verdreht wird. Der Drehschieber hat mehrere Radialbohrungen 120, die mit einer Gehäusebohrung 121 in Verbindung gebracht werden können, und zwar mehr oder weniger überdeckend je nach Stellung des Drehschiebers 118. Die Gehäusebohrung 121 steht mit der Druckseite der Vorförderpumpe in Verbindung. Das Drehwerk 119 weist eine Rückstellfeder 122 auf, d.h. wenn der Elektromagnet 123 nicht erregt ist, bringt die Feder 122 den Drosselschieber in Stellung volle Öffnung.
• In gleicher Weise kann die Betätigung der Saugdrossel 105 (Figur 8) auch durch einen Hubmagneten erfolgen.

Claims (5)

1. Ansprüche In ihrer Fördermenge steuerbare Radialkolbenpumpe, deren Förderelemente in etwa radial verlaufende Bohrungen eines Rotors angeordnet sind und mit ihren aus diesem herausragenden Enden an einem Nockenring gleiten und der Rotor mit einem zylindrischen Steuerzapfen ausgestattet ist, indem sich Kanäle für die Druckmittelzu- und -abfuhr befinden, sowie mit einer Vorförderpumpe, die aus einem Vorratsraum stets Druckmittel unter relativ niedrigem Druck in den Niederdruckkanal der Radialkolbenpumpe fördert, dadurch gekennzeichnet, daß in dem im Rotor (16) ausgebildeten gemeinsamen Hochdruck- und Niederdruckkanal (44, 45) ein Drucksteuerventil (48) angeordnet ist, das erst bei Erreichen des Förderdrucks eine Verbindung von diesem Kanal zur Verbraucherseite herstellt, und daß die Steuerung der Fördermenge stets bei konstantem Hub der Förderelemente erfolgt.
2. 2. Pumpe nach Anspruch 1 mit einer N-ullhubregelung, dadurch gekennzeichnet, daß die Nullhubregelung durch Verdrehen des Nockenrings (24) erfolgt, wobei das von der Vorförderpumpe zum Rotor geförderte Druckmittel wiederum mittelbar der Niederdruckseite zugeleitet wird.
3. 3. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nullhubregelung mit Hilfe eines auf dem Verteiler verdrehbar angeordneten Steuerrings (90) erfolgt.
4. 4. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Nocken- bzw. Steuerring hydraulisch mit Hilfe einer Folgesteuereinrichtung (75, 86) betätigbar ist, die elektromagnetisch angesteuert wird, insbesondere mit Hilfe eines Elektromagnetventils (61), das z.B. elektronisch gesteuert wird.
5. 5. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch.gekennzeichnet, daß diese mit einer Saugdrosselregelung (100, 118) ausgestattet ist, die z.B. aus einem von einer Feder belasteten Längs- oder Drehschieber (101, 118) besteht, der über ein Magnetventil (61) oder über ein magnetisches Drehwerk (111), oder über einen Hubmagneten betätigbar ist.

   o. Pumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der als Längsschieber (101) ausgebildete Steuerschieber in einem Druckraum (107) ragt, der vom Elektromagnetventil (oil) be- oder entlastbar ist.