DE3607419C1 - Pressure-medium-operated cylinder/pump unit - Google Patents
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
- F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F15B15/00—Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
- F15B15/18—Combined units comprising both motor and pump
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Description
Die Erfindung betrifft eine druckmittelbetriebene Zylinder- Pumpen- Baueinheit
nach den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 oder 3.
Eine solche Baueinheit geht z. B. aus der FR 13 11 466 hervor. Außerdem sind Bau
einheiten dieser Art vielfach bekannt, beispielweise durch die DE-AS 11 05 681,
die DE-OS 29 29 442, die DE-OS 29 27 343, die DE-OS 15 50 812, die EP 0 006 045
und die Zeitschrift "ölhydraulik und pneumatik" 22 (1978) Nr. 8, Seite 448.
Bei diesen bekannten elektro-hydraulischen Verstellvorrichtungen treibt jeweils
ein Elektromotor eine gleichachsig angeordnete Druckmittelpumpe, der das Hydrau
liköl aus einem Vorratsbehälter zugeführt wird. Als Pumpen werden üblicherweise
dabei Flügelradpumpen, Außenzahnradpumpen oder Radialkolbenpumpen verwendet.
Im Druckmittelvorratsbehälter besitzt das Öl dabei zum Volumenausgleich eine
freie Oberfläche gegenüber der Atmosphäre oder einem Gas, oder aber der Druck
mittelvorrat ist durch eine bewegliche, elastische Wand in Form einer Membran
begrenzt.
Das von der Pumpe geförderte Drucköl gelangt über Kanäle, gegebenenfalls auch
über ein Steuerventil, zum Arbeitszylinder, der meist zusammen mit dem elektrischen
Antriebsmotor, der Pumpe, dem Ventil und dem Vorratsbehälter in einem gemein
samen Gehäuse untergebracht ist, wobei der Druckmittelvorratsbehälter meist ra
dial als Ringraum um den Arbeitszylinder angeordnet ist. Der Kolben wird zum
Ausfahren der Kolbenstange stirnseitig von Drucköl mit Pumpendruck und in Gegen
richtung von einer äußeren Last und/oder einer mechanischen Druckfederanordnung
beaufschlagt (DE-OS 29 29 442, DE-OS 29 27 343, DE-AS 11 05 681).
Zweiseitig von Drucköl mittels Umsteuerventil gesteuert beaufschlagbar sind die
Arbeitszylinder von Baueinheiten, wie sie beispielsweise aus der DE-OS 15 50 812
der Zeitschrift o + p oder auch EP 0 006 045 bekannt sind.
So sind beispielsweise aus der DE-AS 11 05 681, der DE-OS 29 27 343 und der
DE-OS 29 29 442 jeweils elektro-hydraulische Verstelleinrichtungen mit
Flüglradpumpe bekannt, wobei die Verstelleinrichtungen jeweils spezielle Guß
gehäuse und nur, wenn überhaupt, sehr einfache und in ihrer Zuverlässigkeit oft
nicht voll befriedigende Ventilsteuerungen besitzen. Auch vermögen diese
bekannten Vorrichtungen nur für eine Arbeitsrichtung und oft nur stehend ein
gesetzt zu werden.
Alle diese bekannten druckmittelbetriebenen Baueinheiten bauen radial mit ihrem
Gehäuse, bezogen auf den wirksamen Arbeitskolbendurchmesser, relativ groß. Sie
erfordern darüber hinaus auch ein aufwendiges angepaßtes Gehäuse. Daneben bauen
die bekannten druckmittelbetriebenen Verstellvorrichtungen oft auch in axialer
Richtung bezogen auf den Kolbenhub relativ lang und erfordern viele Einzelteile,
die in Herstellung und Montage zeitaufwendig und teuer sind.
Soweit die bekannten Baueinheiten mit Flügelpumpen arbeiten, stellt ihr ereich
bares Druckniveau und die damit erreichbare Arbeitskraft, ihr Wirkungsgrad und
die Zuverlässigkeit definierte Kolbenstellungen anzufahren und zu halten, die
Erwartungen oft nicht zufrieden.
Schließlich sind viele der bekannten Baueinheiten entweder unkomfortabel und
unzuverlässig hinsichtlich ihrer Ventilsteuerung, oder aber sie sind diesbezüg
lich sehr aufwendig und teuer.
Wegen ihrer konstruktiven Konzeption können viele der bekannten Geräte grund
sätzlich systembedingt auch nur für eine Arbeitsrichtung (ziehend oder drückend)
und zum Teil sogar auch nur stehend eingesetzt werden. Schließlich sind diese
bekannten Konstruktionen dann auch nicht durch Austauschbarkeit von Baugruppen
umrüstbar.
Die Baueinheit nach der DE-OS 15 50 812 baut in Bezug auf die wirksame Kolben
fläche und den Kolbenhub sowohl radial als auch axial groß und erfordert ei
nen erheblichen Herstelllungs- und Montageaufwand u. a. durch das komplizierte
Gehäuse, die aufwendige Druckmittelführung, die Zwichenflansche usw.
Entsprechendes gilt auch für das Verstellgerät aus der Zeitschrift o + p.
Ebenfalls besonders aufwendig, teuer sowie großbauend ist die Vorrichtung nach
der EP 0 006 045.
In anderem Zusammenhang sind jeweils einzeln und unabhängig voneinander u. a.
Innenzahnradpumpen, elektromagnetisch betätigte Sitz- und Schieberventile, Ein
stemmzylinderrohrbefestigungen (DE-OS 27 41 350), Rohre für Druckmittelkanäle
im Zylinder (DE-OS 22 63 000), Zylinderschutzrohre und hohle Arbeitskolbenstan
gen mit Krafterzeugung beispielsweise durch Federanordnung oder darin angeord
netem Tauchkolben an feststehender Kolbenstange (FR 24 57 402) bekannt.
Diese Merkmale sind jedoch nicht in Verbindung mit einer Zylinder- Pumpen- Bau
einheit und auch nicht in entsprechender Zuordnung und Wirkverbindung bekannt,
wie sie hier für den Erfindungsgegenstand angegeben sind.
Gegenüber den bekannten druckmittelbetriebenen Linearantriebs-Baueinheiten
liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine solche
verbesserte Ausführung einer Zylinder- Pumpen- Baueinheit zu schaffen, die bei
möglichst geringem Platzbedarf möglichst große Kräfte zu erzeugen vermag und bei
hohem Wirkungsgrad sicher und zuverlässig arbeitet, dabei mögichst vielseitig
einsetzbar sowie kostengünstig in Herstellung und Montage ist.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung mit den im kennzeichnenden Teil des Pa
tentanspruchs 1 oder des Patentanspruchs 3 angegebenen Merkmalen gelöst.
Durch die besonders kompakte integrale Anordnung und funktionelle Zuordnung der
einzelnen Bauelemente des erfindungsgemäßen Gegenstandes wie der vorzugsweisen
Verwendung des Zylinderrohres als Gehäuse, der Verwendung einer statisch
wirkenden Pumpe wie z. B. einer Zahnradpumpe, die sich z. B. gemeinsam mit dem Ventil beispielsweise auch inner
halb des Zylinderbodens anordnen läßt, besonders aber der Ventilbetätigung durch
Axialverschiebung der Antriebswelle vom Antriebsmotor zur Pumpe, oder der
außermittigen innenliegenden Anordnung der axialen Druckmittelleitungen sowie
der Integration eines Raumes zur Krafterzeugung für die andere Hubbewegung ent
gegen der vom Pumpendruckmittel bewirkten mindestens einen Kolbenhubrichtung,
zum Beispiel innerhalb der hohlen Arbeitskolbenstange ist eine besonders raumsparende,
funktionssichere und preiswerte Lösung gefunden worden.
Dies gilt darüber hinaus auch für die weiteren Ausgestaltungen der Erfindung,
wie sie aus den Unteransprüchen hervorgehen, besonders für die spezielle Führung
der Druckmittelkanäle, die Ausbildung der Zahnradpumpe, die Zylinderrohrbefesti
gung am Zylinderdeckel und Zylinderboden, die elektromagnetisch bewirkte Axial
verschiebung der Antriebswelle zur Ventilbetätigung sowie für die Anordnung und
Ausbildung des Druckmittelvorratsraumes mit seinem Volumenausgleich.
Durch den erfindungsgemäßen Aufbau ist es möglich, den Antriebsteil aus Mo
tor, Pumpe und Ventil am bzw. im Zylinderboden als kompakte, funktionssichere
Baugruppe einfach zu montieren mit dem Arbeitszylinder- und Druckmittelvorrats
teil bzw. auch zu kombinieren mit verschiedenen Arten von Arbeitszylindern wie
einer ziehenden oder einer drückenden Ausführung bis hin zu einer in beiden
Richtungen vom Pumpenarbeitsdruck bewegten Ausführung bei jeweils weitgehend
gleichen Bauteilen. Durch die nach dem Verdrängerprinzip arbeitende, also
statisch wirkende Druckmittelpumpe sind hohe Drücke erreichbar. Das
Druckmittel kann flüssig oder gasförmig sein.
Die streng funktionelle und geometrisch enge Zuordnung aller funktionswesent
lichen Bauelemente primär am Zylinderboden, deren einfache Herstellung und
Montage, sowie die zweckorientierte, einfache Ausführung der einzelnen Elemente
und Baugruppen wie z. B. bei der Pumpe und dem Steuerventil, ermöglicht den
neuen raumsparenden, leistungsstarken und effektiv arbeitenden Gesamtaufbau als
kostengünstige zuverlässige Zylinder- Pumpen- Baueinheit.
So ist es u. a. möglich, die Ventilbetätigung zusammen mit dem Antriebsmotor zu
ist schalten oder auch durch ein im Antriebsmotor selbst gebildetes Magnetfeld vor
zunehmen, aufgrund dessen Wirkung sich die Antriebswelle des Antriebsmotors
axial bewegt und das in unbetätigtem Zustand für den Kurzschlußdruckmittelstrom
zum Vorratsbehälter geöffnete Ventil schließt, so daß der Arbeitskolben ein
seitig druckbeaufschlagt wird.
Weiterhin ist es durch die erfindungsgemäße Konzeption möglich, ein einfaches
und zuverlässiges, beispielsweise mechanisch betätigtes Schieber- oder Sitz
ventil zur Druckmittelsteuerung zu verwenden.
Eine der beiden Hubrichtungen des Arbeitskolbens kann auf sehr einfache Weise
durch eine Federanordnung in Form einer Gasdruck- oder mechanichen Feder in
nerhalb der hohlen Arbeitskolbenstange erreicht werden, während der Pumpendruck
den Gegenhub ermöglicht. Es sind daher auch doppeltwirkende Zylinderformen
möglich.
Der Druckmittelvorratsbehälter ist abgeschlossen und dicht, raumsparend und
funktionsgerecht angeordnet, mit einem Volumenausgleich mittels beweglicher
Trennfläche versehen, so daß auch das Druckmittel im Vorratsraum druckvorge
spannt werden kann.
Der Antriebsmotor kann je nach Ausführung, Typ, Größe und Anforderung stirnsei
tig am Zylinder oder aber auch innerhalb des Zylinderrohres, das die Gehäuse
außenwand bildet, angeordnet und verkapselt werden.
Für eine Positionierung des Kolbens kann z. B. ein Schrittmotor und gegebenen
falls Kolbenhuberfassungssensoren verwendet werden.
Die Zylinderrohrmontage kann für lebensdauerverkapselte Einheiten (Wegwerfein
heit) mit eingestemmten Zylinderrohrenden oder aber für austausch- und wartbare
Einheiten mittels einfacher lösbarer Befestigung (Gewinde, Klemmring, Siche
rungsring usw.) erfolgen, die einen unkomplizierten Baugruppenaustausch, Repa
ratur und Wartung ermöglicht.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachfolgend anhand der Zeichnung näher
erläutert:
Es zeigt Fig. 1 Eine Zylinder- Pumpen- Baueinheit mit der durch Druckmittel
druck eingefahrenen Arbeitskolbenstange im Schnitt.
Fig. 2 Eine entsprechende Baueinheit mit der durch Federkraft ausge
fahrenen Arbeitskolbenstange im Schnitt.
Fig. 3 Eine Zylinder- Pumpen- Baueinheit mit der durch Druckmittel
druck eingefahrenen Arbeitskolbenstange, mit im Zylinderrohr
gekapselt angeordnetem Antriebsmotor und mit Membrantrennwand
als Druckmittelvorratsraumbegrenzung im Schnitt.
Fig. 4 Eine Zylinder- Pumpen- Baueinheit mit durch Federkraft einge
fahrener Arbeitskolbenstange, die durch Druckmitteldruck aus
fahrbar ist, mit begrenzt verschiebbarem Tauchkolben als be
wegliche Trennwand für die Druckmittelvorratsraumbegrenzung
im Schnitt.
Fig. 5 Eine Schnitt- Detailansicht einer Zylinderbodenausführung mit
Pumpe und geschlossenem stößelbetätigbaren Kugelsitzventil.
Fig. 6 Eine entsprechende Zylinderbodenausführung gemäß Fig. 5, eben
falls im Schnitt, mit stößelbetätigtem und dadurch geöffnetem
Kugelsitzventil.
In Fig. 1 sind auf gleicher Achse hintereinander um die Antriebsmotorwelle 15 an
geordnet, der elektrisch betätigbare Hubmagnet 20 für die Ventilbetätigung,
eine Schraubenfeder 19 zur Rückstellung der Antriebsmotorwelle 15 entgegen de
ren Bewegung durch den Hubmagneten, eine Lagerung für die Antriebsmotorwelle 15
und der elektrisch betriebene Antriebsmotor, der die beidseitig aus ihm axial
herausragende Antriebswelle dreht. Die Antriebsmotorwelle 15 ist begrenzt axial
beweglich gelagert, um das Ventil 10 zu schalten. Der Antriebsmotor selbst ist
stirnseitig dicht an das stirnseitige äußere Ende des Zylinderbodens 22 ange
flanscht. Der Zylinderboden 22 ist mit dem Zylinderdeckel 4 am entgegengesetzten
Ende der Baueinheit verbunden durch die Gehäuseaußenwand 7, die gleichzeitig
das Arbeitszylinderrohr bildet. Die Zylinderrohrenden sind dabei jeweils radial
einwärts verformt in radiale Einschnürungen von Zylinderboden und -deckel (ver
stemmt).
Dabei können jeweils eine oder mehrere Endabschnitte 41, 42, 43 pro Ende der Ge
häuseaußenwand 7 radial in entsprechende Nuten als Einschnürungen 44 am Zylin
derboden 22 und Zylinderdeckel 4 eingreifen, um eine ausreichend stabile und
dichte Befestigung zwischen beiden Teilen sicherzustellen. Es kann jedoch am Zy
linderboden 22 auch eine lösbare Verbindung mit der Gehäuseaußenwand 7 bei
spielsweise durch Gewinde, Spannring oder ähnliches vorgesehen werden, je nach
Anwendungsbereich und Zweck der Baueinheit.
Zwischen den gegeneinander anliegenden Flächen vom Zylinderboden 22 gegenüber
der Gehäuseaußenwand 7 bzw. dem Antriebsmotor 17 und zwischen Zylinderdeckel 4
und Gehäuseaußenwand 7 sind jeweils Dichtungen in geeigneter Weise vorgesehen
und angeordnet.
Die zentral und axial vom Antriebsmotor 17 aus stirnseitig in den Zylinderboden
22 ragende Antriebsmotorwelle 15 tritt mittels Dichtring 16 abgedichtet durch
einen axial im Zylinderboden 22 festgelegten Abstützflansch 49, der als Gegen
lager für eine Druckfeder 14 dient, die wiederum ein axialbewegliches stirnsei
tiges Wandteil 45 des Pumpeninnenraumes axial gegen diesen in Richtung auf die
Arbeitskolbenstange 40 vorspannt, um eine beidseitig dichte Anlage der ebenen
Seitenflächen der Pumpenzahnräder 12 und 13 an den ebenen, den Pumpenraum axial
begrenzenden Wandflächen des Zylinderbodens 22 einerseits und des Wandteils 45
andererseits sicherzustellen.
Im Pumpeninnenraum selbst sind radial von außen nach innen angeordnet ein Außen
ring, der das darin angeordnete innenverzahnte Außenzahnrad 13 aufnimmt, das
durch kämmenden Zahneingriff zusammenwirkt mit einem außenverzahnten Innenzahn
rad 12. Dabei kann das Außenzahnrad 13 gegenüber dem zentrisch umlaufenden, von
der Antriebsmotorwelle 15 gedrehte Innenzahnrad 12 feststehend exzentrisch an
geordnet sein.
Durch geringere Zähnezahl des Innenzahnrades 12 gegenüber dem Außenzahnrad 13
bilden sich beim Abrollen der miteinander kämmenden Zahnräder 12, 13 sich erwei
ternde und verengede Räume, wobei die Öffnung zur Pumpendruckleitung 28 im Zy
linderboden 22 im Bereich vor der engsten Verengung in den sich dort zunehemend
verengenden Pumpenräumen und die Öffnung zur Pumpenansaugleitung 29 im Zylinder
boden 22 im Bereich nach der engsten Verengung in den sich dort zunehmend erwei
ternden Pumpenräumen angeordnet sind.
Das zum Zylinderdeckel 4 hin gerichtete, innenliegende Ende der Antriebsmotor
welle 15 ragt axial durch das Innenzahnrad 12 der Zahnradpumpe hindurch in ei
ne zentrische Axialbohrung im Zylinderboden 22 und liegt dort z. B. kraftschlüs
sig axial am Betätigungsende des ebenfalls zentrisch angeordneten axial ausge
richteten Ventilschiebers 52 an.
Der Ventilschieber 52 ist dabei zum Teil in einer Führungsbohrung im Zylinder
boden 22 und zum anderen Teil abgedichtet innerhalb einer Ventilbüchse 53 axial
beweglich gleitend geführt, wobei die Ventilbüchse 53 von der dem Antriebsmotor
17 abgewandten, innenliegenden Stirnseite des Zylinderbodens her abgedichtet im
Zylinderboden 22 mittels Gewinde befestigt ist. Die Ventilbüchse nimmt dabei in
ihrem dem Antriebsmotor 17 abgewandten Teil eine Feder 26 auf, die sich einer
seits an der feststehenden Ventilbüchse 53 abstützt und andererseits stirnseitig
gegen das axiale innenliegende Ende des Ventilschiebers 52 in Richtung zum
Antriebsmotor 17 drückt.
Der Ventilschieber 52 besitzt in seinem axialen Mittelbereich eine radiale Um
fangsnut, die im Falle des eingeschalteten und daher aktivierten Magnetfeldes
im Hubmagnet 20 (bzw. im Antriebsmotor 17) und demzufolge aus dem Zylinderboden
22 axial etwas zurückgezogener Antriebsmotorwelle 15 einerseits und der Druck
wirkung der Feder 26 andererseits dicht abgeschlossen innerhalb der axialen Zy
linderbodenbohrung zu liegen kommt, während die Umfangsnut im Ventilschieber 52
bei ausgeschaltetem Magnetfeld infolge der Feder 19, die die Antriebsmotorwelle
15 axial etwas in den Zylinderboden 22 hinein verschiebt und dadurch auch der
axial anliegende Ventilschieber 52 gegen die Feder 26 weiter in die Ventilbüch
se 53 schiebt, in offene Verbindung mit einer zur Achse der Baueinheit quer
verlaufenden Bohrung 27 innerhalb des Zylinderbodens 22 und der Ventilbüchse 53
kommt. Die Bohrung 27 bildet einen Druckmittelkanal von der Pumpendruckleitung
28 zur Pumpenansaugleitung 29, so daß Druckmittel bei geöffnetem Ventil 10 durch
die Bohrung 27 und die Umfangsnut im Ventilschieber 52 von der Pumpendruckseite
zur Pumpensaugseite gelangen kann. Bei abgeschaltetem Magnetfeld im Hubmagnet 20
steht also das Steuerventil 10 offen, so daß über die Bohrung 27 eine Kurz
schlußverbindung für den Pumpenkreislauf gebildet ist.
Die von der Pumpenstirnseite im Zylinderboden 22 außermittig axial einwärts in
Richtung vom Antriebmotor 17 weg verlaufende Bohrung der Pumpendruckleitung 28
enthält ein in Richtung auf die Zahnradpumpe 12, 13 hin federvorgespanntes Rück
schlagventil 11 mit Kugelschließkörper. Weiter einwärts, von der Zahnradpumpe
12, 13 weg hinter dem Rückschlagventil 11 besitzt die Pumpendruckleitung 28 dann
eine Einmündung der quer zur Achse verlaufenden Bohrung 27 und schließlich
mündet die Pumpendruckleitung 28 noch innerhalb des Zylinderbodens 22 in ein
Rohr 8, das den Druckmittelkanal axial fortsetzt und das axial im Abstand
parallel zur Achse der Baueinheit auf der dem Antriebsmotor 17 abgewandten Seite
des Zylinderbodens 22 in diesen abgedichtet eingesetzt ist und sich axial bis in
den Zylinderdeckel 4 erstreckt.
Parallel zur Pumpendruckleitung 28 verläuft ebenfalls im Zylinderboden 22 eine
Pumpensaugleitung 29, die ohne Rückschlagventil auch von dem Antriebsmotor
17 abgewandten Pumpenstirnseite axial in Richtung Zylinderdeckel 4 über eine
Einmündung der quer zur Achse der Baueinheit verlaufenden Bohrung 27 in ein Rohr
31 mündet, das ebenfalls axial auf den Zylinderdeckel 4 hin gerichtet im Abstand
parallel zur Achse der Baueinheit auf der dem Antriebsmotor 17 abgewandten
Stirnseite des Zylinderbodens 22 abgedichtet in diesen ein Stück weit eingesetzt
und befestigt ist und als Druckmittelkanal der Pumpenansaugseite dient. Dieses
Rohr 31 erstreckt sich vom Zylinderboden 22 bis in den Druckmittelvorratsraum 24
der Baueinheit.
Zentrisch zur Achse der Baueinheit ist in die dem Antriebsmotor 17 abgewandten
Seite des Zylinderbodens 22 eine feststehende Kolbenstange 21 axial eingesetzt
und befestigt, z. B. geschraubt.
Diese Kolbenstange 21 ragt axial zentrisch vom Zylinderboden weggerichtet bis in
den Axialbereich des Zylinderdeckels 4 und trägt an ihrem dortigen Ende starr
befestigt einen Tauchkolben 25 mit gegenüber der Kolbenstange 21 größerem Durch
messer. Der Tauchkolben 25 kann außermittig mit einer ihn durchdringenden Dros
selbohrung versehen sein, durch die eine Verbindung von der Tauchkolbenstangen
seite zur freien Tauchkolbenstirnseite besteht.
Eine axialbewegliche Begrenzungswand 30 in Form einer axial frei fliegenden Kol
benscheibe, die einerseits an ihrem äußeren Umfang abgedichtet in der Gehäuse
außenwand 7 und andererseits radial innen mittels einer Bohrung ebenfalls abge
dichtet am Umfang der Kolbenstange 21 gleitend geführt ist, begrenzt einen Fe
derraum 32, d. h. z. B. ein als Gasfeder wirkendes vorgespanntes Gasvolumen, das
sich axial zwischen der dem Antriebsmotor 17 abgewandten ebenen Zylinderboden
stirnfläche und der dem Antriebsmotor 17 zugewandten ebenen Stirnfläche der frei
fliegenden Kolbenscheibe als Begrenzungswand 30 befindet und radial begrenzt ist
nach außen durch die Gehäuseaußenwand 7 und nach innen durch die Oberfläche der
Kolbenstange 21. Die beiden Rohre 8 und 31 durchqueren axial abgedichtet den
Federraum 32.
Parallel zur axial frei fliegenden Kolbenscheibe als Begrenzungswand 30 ist
dieser in Richtung auf den Zylinderdeckel 4 veränderlich benachbart der Arbeits
kolben 18 angeordnet, der an seinem äußeren Umfang ebenfalls abgedichtet in der
Gehäuseaußenwand 7 gleitend geführt ist.
Der Arbeitskolben 18 wird axial abgedichtet im Abstand parallel zur Achse der
Baueinheit durchquert vom Rohr 8, nicht jedoch vom Rohr 31.
Der Arbeitskolben 18 wird axial außerdem ebenfalls im Abstand parallel zur Achse
der Baueinheit durchsetzt von einer Durchgangsbohrung, in die ein in Richtung
auf den Zylinderdeckel hin vorgespanntes und schließendes Überdruckventil 5 als
federvorgespanntes Kugelrückschlagventil eingesetzt ist.
Schließlich weist der Arbeitskolben 18 eine zentrische Axialbohrung auf, mit der
der Arbeitskolben 18 abgedichtet befestigt bzw. abgedichtet und begrenzt beweg
lich geführt ist auf dem äußeren Umfang der hohlen zylindrischen Arbeitskolben
stange 40
Die Arbeitskolbenstange 40 weist zumindest an ihrem, dem Antriebsmotor zuge
wandten Endbereich einerseits radial nach außen vorstehend einen Anschlag 6 für
den Arbeitskolben 18 auf und andererseits radial nach innen eine Abschlußwand
bis zum Durchmesser der Kolbenstange 21, die den Raum 3 innerhalb der hohlen
Arbeitskolbenstange 40 gegenüber der Kolbenstange 21 bzw. gegenüber dem Druck
mittelvorratsraum 24 mit Dichtring abdichtet.
Axial zwischen der Begrenzungswand 30 und dem Arbeitskolben 18 bzw. der radialen
Abschlußwand der hohlen Arbeitskolbenstange 40 sowie radial zwischen der Gehäu
seaußenwand 7 und der Mantelfläche der Kolbenstange 21 bzw. auch der äußeren
Mantelfläche des inneren Endbereichs der hohlen Arbeitskolbenstange 40 wird so
mit der Druckmittelvorratsraum 24 gebildet.
Dieser steht in offener Verbindung mit dem Innenraum des Rohres 31 und dadurch
mit der Pumpenansaugleitung 29, sowie über das Überdruckventil 5 in vom Druck
raum 23 her öffenbarer Verbindung mit dem Druckraum 23.
Schwankungen und Unterschiede im Volumen des Druckmittelvorratsraumes 24 gegen
über dem darin aufzunehmenden tatsächlichen Druckmittelvolumen werden aufge
fangen und ausgeglichen durch die vorgespannte, bewegliche Begrenzungswand 30
des Druckmittelvorratraumes 24.
Der lichte Innendurchmesser der zylindrisch-hohlen Arbeistkolbenstange 40 ent
spricht etwa dem Außendurchmesser des Tauchkolbens 25, so daß die hohle Arbeits
kolbenstange 40 an ihrer Innenmantelfläche gleitend dicht geführt ist an der
Umfangsfläche des Tauchkolbens 25.
Dadurch entstehen innerhalb der hohlen Arbeitskolbenstange 40 zwei durch den
Tauchkolben 25 getrennte, über dessen Drosselbohrung verbundene Teilräume des
Raumes 3, der zur Erzeugung einer Axialkraft zwischen Tauchkolben 25 und Kolben
stange 21 einerseits und Arbeitskolbenstange 40 andererseits in der Form dienen,
daß der Raum 3 bzw. dessen beide Teilräume innerhalb der Arbeitskolbenstange 40
durch unter Druck stehendes Gas gefüllt ist, so daß damit eine Gasfeder gebildet
ist, die die Arbeitskolbenstange 40 axial in Richtung vom Antriebsmotor 17 weg
zu schieben, d. h. sie auszufahren trachtet.
Sofern dies notwendig oder zweckmäßig erscheint, kann anstatt der Gasfeder
innerhalb der hohlen Arbeitskolbenstange 40 auch eine mechanische oder sonstige
Federanordnung eingebaut werden.
Die Arbeitskolbenstange 40 ist an ihrem Außenumfang abgedichtet gleitend geführt
in einer zentralen Axialbohrung des Zylinderdeckels 4. Der Zylinderdeckel 4 ist
wiederum abgedichtet eingepaßt befestigt in dem dem Zylinderboden 22 abgewandten
Endbereich der Gehäuseaußenwand 7.
Am freien, außerhalb des Zylinderdeckels 4 liegenden Ende der Arbeitskolbenstan
ge 40 ist eine Befestigungsmöglichkeit für die mit der Baueinheit zu bewegende
äußere Last vorgesehen, sowie ein die Gehäuseaußenwand 7 axial zumindest teil
weise übergreifendes und umhüllendes Schutzrohr 1 befestigt.
Schließlich befindet sich im Zylinderdeckel 4 eine radial verlaufende Bohrung
46, die eine offene Verbindung für den Druckmittelfluß herstellt zwischen dem
Ende des Rohres 8 innerhalb des Zylinderdeckels 4 und einem zum Druckraum 23 hin
offenen Ringraum im Zylinderdeckel 4 radial zwischen der Arbeitskolbenstange 40
und dem Zylinderdeckel, der axial nach außen abgedichtet ist in der Führungs
bohrung des Zylinderdeckels 4 für die Arbeitskolbenstange 40. Der Druckraum 23
ist somit axial begrenzt durch die dem Antriebsmotor 17 abgewandte Stirnseite
des Arbeitskolbens 18 (Arbeitskolbenstangenseite) und die dem Antriebsmotor 17
zugewandte Stirnseite des Zylinderdeckels 4. Er ist radial begrenzt durch die
Gehäuseaußenwand 7 in der der Arbeitskolben abgedichtet axial gleitet und die
äußere zylindrische Mantelfläche der Arbeitskolbenstange 40. Der Druckraum 23
wird vom Rohr 8 axial durchquert.
Dieses Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Zylinder- Pumpen- Baueinheit
funktioniert folgendermaßen:
In Ruhestellung bei eingeschaltetem elektrischen Strom dreht sich der
Antriebsmotor 17 und treibt damit über die Antriebsmotorwelle 15 die
Zahnradpumpe 12, 13 an. Gleichzeitig hält das Magnetfeld des Hubmagneten 20 oder
das innerhalb eines entsprechenden Antriebsmotors aufzubauende axialgerichtete
Magnetfeld die Antriebsmotorwelle 15 entgegen der Kraft der Feder 19 axial nach
außen gezogen, so daß das Steuerventil 10 und damit die Bohrung 27 abgeschlossen
ist. Die Zahnradpumpe drückt daher mit ihrem Pumpendruck Druckmittel in die
Pumpendruckleitung 28 über das Rückschlagventil 11 in das Rohr 8 bis zum
Zylinderdeckel 4 und in den Druckraum 23.
Diese Druckwirkung des mit Pumpendruck wirkenden Druckmittels im Druckraum 23
auf die arbeitskolbenstangenseitige Stirnfläche des Arbeitskolbens 18 drückt
diesen in Richtung Antriebsmotor 17, wodurch infolge des Anschlages 6 auch die
Arbeitskolbenstange 40 in ihre eingefahrene Stellung gedrückt wird und dabei die
Feder, beispielsweise als Gasfeder im Raum 3 innerhalb der hohlen Arbeitskolben
stange 40 gespannt ist durch das bei eingefahrener Arbeitskolbenstange 40 ver
kleinerte freie Volumen im Raum 3 gegenüber dem bei ausgefahrener
Arbeitskolbenstange 40.
Der Zahnradpumpe 12, 13 wird dabei saugseitig entspanntes Druckmittel aus dem
Druckmittelvorratsraum 24 über das Rohr 31 und die Pumpenansaugleitung 29 zuge
führt. Bei eingeschaltetem Strom für den Antriebsmotor 17 und den Hubmagneten
20 befindet sich die Zylinder- Pumpen- Baueinheit in ihrer eingefahrenen Ar
beitskolben- und Arbeitskolbenstangen-Stellung gemäß Fig. 1 dann in Ruhestel
lung, die vom aufgebrachten Pumpendruck gehalten wird.
Durch Abschalten der Stromzufuhr entfällt das Magnetfeld im Hubmagneten 20 und
damit dessen Zugkraft auf die Antriebsmotorwelle 15. Gleichzeitig bleibt mit dem
Abschalten der Stromzufuhr auch der Antriebsmotor 17, die Antriebsmotorwelle 15
in Drehrichtung und daher dann auch die Zahnradpumpe 12, 13 stehen. Infolge der
Druckkraft durch die Feder 19 wird deshalb unmittelbar mit Ausfall der Stromzu
fuhr die Antriebsmotorwelle 15 und durch diese wiederum gleichzeitig auch der
Ventilschieber 52 axial einwärts in Richtung auf den Zylinderdeckel 4 gegen die
Kraft der Feder 26 verschoben, so daß das Ventil 10 öffnet, wodurch der Druck in
der Pumpendruckleitung 28, im Rohr 8 und im Druckraum 23 zusammenbricht, d. h.
der Druckmitteldruck auf der Pumpenseite über die Bohrung 27 und die Ringnut im
Ventilschieber 52 zur Pumpensaugseite und dem Druckmittelvorratsraum 24 hin
schlagartig abgebaut wird. Damit schließt auch das Rückschlagventil 11 sofort.
Die Federkraft beispielsweise einer Gasfeder in der hohlen Arbeitskolbenstange
40 drückt nun ohne entsprechende Gegenkraft innerhalb der Baueinheit abgestützt
gegen den Tauchkolben 25 und die Kolbenstange 21 die hohle Arbeitskolbenstange
40 und mit ihr den Arbeitskolben 18 in Richtung weg vom Antriebsmotor 17 in
deren ausgefahrene Stellung, beispielsweise um dadurch eine äußere, am freien
Ende der Arbeitskolbenstange 40 befestigte Last drückend zu bewegen, wobei z. B.
die Gehäuseaußenwand 7 bzw. der Antriebsmotor bzw. das der Arbeitskolbenstange
40 abgewandte Ende der Baueinheit, in dem sich u. a. der Hubmagnet 20 befindet,
in geeigneter Weise z. B. raumfest angelenkt ist (nicht gezeichnet).
Durch die Ausfahrbewegung der Arbeitskolbenstange 40 nähert sich der Arbeitskol
ben 18 dem Zylinderdeckel 4, so daß sich das Volumen des Druckraumes 23 ver
kleinert.
Hierdurch wird das Druckmittel aus dem Druckraum 23 ausgeschoben über den Ring
raum in die Bohrung 46, das Rohr 8, die Pumpendruckleitung 28 und wegen des ge
schlossenen Rückschlagventils 11 weiter über die Bohrung 27, das offene Ventil
10, die Pumpenansaugleitung 29 sowie das Rohr 31 in den Druckmittelvorratsraum
24. Da die für das Druckmittel zur Verfügung stehende freie Querschnittsfläche
im Druckraum 23 aber nicht gleich derjenigen des Druckmittelvorratsraumes 24
ist, erfolgt der Volumenausgleich im Druckmittelvorratsraum 24 automatisch durch
Verschiebung der Begrenzungswand 30, bis sich wieder Druckgleichgewicht zwischen
dem Federraum 32 beispielweise mit abgeschlossenem Gasvolumen als Feder einer
seits und dem Druckmittelvorratsraum 24 andererseits gegenüber der Begrenzungs
wand 30 einstellt.
Wenn die Arbeitskolbenstange 40 voll ausgefahren ist, sie wird dann durch das
Schutzrohr 1 umgeben und geschützt, befindet sich die Zylinder- Pumpen- Bauein
heit bei abgeschalteter Stromzufuhr wieder in Ruhe, siehe Fig. 2.
Wird die Stromzufuhr nun eingeschaltet, so schließt das Ventil 10 wieder infolge
der Hubmagnetwirkung. Der Antriebsmotor 17 treibt die Zahnradpumpe 12, 13 an, so
daß die Pumpe Druckmittel aus dem Druckmittelvorratsraum 24 ansaugt und in die
Pumpendruckleitung 28 drückt und fördert, wodurch sich das Rückschlagventil 11
öffnet und Druckmittel mit dem Pumpendruck über das Rohr 8 in den Druckraum 23
gelangt, dort abgestützt gegen den Zylinderdeckel 4 auf den Arbeitskolben 18
drückt und diesen sowie durch den Anschlag 6 auch die Arbeitskolbenstange 40
einwärts in Richtung zum Antriebsmotor 17 hin bewegt.
Die Arbeitskolbenstange fährt ein (ziehender Hub), wodurch eine beispiels
weise mit dem freien Arbeitskolbenstangenende verbundene äußere Last zur Bau
einheit hin bewegt wird. Gleichzeitig wird durch das Einfahren der Arbeitskol
benstange 40 infolge des Pumpendruckes auch die darin angeordnete Feder bei
spielsweise in Form einer Gasfeder gespannt, bis wieder die in Fig. 1 gezeig
te Ruhe- und Endstellung erreicht ist.
Durch einfache Steuerungsmaßnahmen, beispielsweise durch getrenntes elektrisches
Ansteuern des Hubmagneten 20 einerseits und des Antriebsmotors 17, der auch ein
Schrittmotor sein kann, andererseits, kann das Ventil 10 auch während des Ar
beitskolbenhubes bewußt geschlossen und ebenso auch wieder geöffnet werden, bzw.
auch die Zahnradpumpe 12, 13 stillgesetzt oder zum Fördern angetrieben werden, so
daß durch diese elektrischen Steuerungsmaßnahmen auf sehr einfache Weise auch
Zwischenstellungen innerhalb des gesamten Arbeitskolbenhubs angefahren, einge
nommen und gehalten werden können.
Maßstäbe, Anzeigen und/oder Sensoren zur Erfassung der Arbeitskolbenposition und
andere Steuerhilfsmittel können in bekannter Form eine solche Positionierung und
Ansteuerung von Zwischenstellungen erleichtern und unterstützen bis hin zur
Automation durch elektrische Steuereinheiten.
Andere Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Baueinheit zeigen die Fig. 3
bis 6, wobei diesbezüglich nur noch auf die Unterschiede gegenüber der Aus
führung nach den Fig. 1 und 2 eingegangen werden soll:
Fig. 3 zeigt eine erfindungsgemäße Zylinder- Pumpen- Baueinheit bei der im Un
terschied zum vorstehend besprochenen Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 und 2 der
Antriebsmotor 17 gekapselt innerhalb der über den Zylinderboden 22 hinaus axial
verlängerten Gehäuseaußenwand 7 angeordnet ist. Der beispielsweise mit Schrau
ben 34 über die Zwischenplatte 33 stirnseitig am Zylinderboden 22 befestigte
Antriebsmotor kann durch die Gehäuseaußenwand 7 und den Abschlußdeckel mit Be
festigungsauge 35 beispielsweise wasserdicht und/oder explosionssicher verkap
selt sein. Über entsprechend geschützte elektrische Anschlußleitungen 36 kann
sowohl der Antriebsmotor 17 wie auch der Hubmagnet 20 gesteuert mit Strom ver
sorgt werden.
Weiterhin besitzt das Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Baueinheit nach
Fig. 3 als Begrenzungswand 30 zwischen dem Druckmittelvorratsraum 24 und dem
Federraum 32 eine elastische Membran, die mit entsprechenden Anlagewulsten ver
sehen die beiden Räume 24 und 32 dicht voneinander trennend, innen an der Ge
häuseaußenwand 7 anliegend in geeigneter Weise z. B. durch Kleben, Vulkanisieren
und so weiter daran befestigt ist.
Schließlich zeigt die Fig. 3 auch noch eine etwas andere Befestigung zwischen
dem Arbeitskolben 18 einerseits und der hohlen Arbeitskolbenstange 40 anderer
seits, wobei hier ein axialer, dem Zylinderdeckel 4 zugewandter Ansatz 6 am Ar
beitskolben 18 festgelegt ist, wobei der Ansatz eine Einschnürung aufweist und
formschlüssig und abgedichtet in den arbeitskolbennahen Endbereich der Arbeits
kolbenstange 40 festumschlossen eingeformt ist, in dem der Endbereich der Ar
beitskolbenstange 40 u. a. radial einwärts verformt (z. B. verstemmt) ist.
Die Gehäuseaußenwand 7 ist hier in Fig. 3 beispielsweise über ringförmige, ra
dial einwärts gerichtete Verformung mit dem Zylinderboden 22 verbunden, der
hierfür mit mindestens einer Ringnut ausgeführt ist.
Ansonsten entspricht die Baueinheit gemäß Fig. 3 baulich und auch bezüglich
ihrer Funktion weitgehend derjenigen, wie sie in den Fig. 1 und 2 dargestellt
und diesbezüglich auch beschrieben ist.
Die Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Baueinheit, bei
dem der Arbeitskolben 18 zusammen mit der Arbeitskolbenstange 40 im Gegensatz zu
den bisher beschriebenen Ausführungen nach den Fig. 1 bis 3 vom Pumpendruck
in Richtung weg vom Antriebsmotor 17, d. h. die Arbeitskolbenstange 40 ausgefah
ren wird und durch die Kraft einer in der hohlen Arbeitskolbenstange 40 angeord
neten Feder eingefahren wird, d. h. Arbeitskolben 18 und Arbeitskolbenstange 40
werden in Richtung zum Antriebsmotor 17 hin bewegt.
Hierzu sind im Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 folgende gegenständliche Ände
rungen gegenüber der Ausführung nach Fig. 1 festgelegt:
Die Begrenzungswand 30 ist innerhalb der Arbeitskolbenstange 40 als der Tauch
kolben 25 ohne Drosselbohrung ausgebildet. Der Raum axial zwischen dem Zylinder
boden 22 und dem Arbeitskolben 18 einerseits, sowie radial zwischen der Gehäuse
außenwand 7 und der hohlen Arbeitskolbenstange 40 bzw. auch der Kolbenstange 21
wird dabei der Druckraum 23, dem das mit Pumpendruck von der Zahnradpumpe 12, 13
her geförderte Druckmittel über die Pumpendruckleitung 28 und das Rückschlag
ventil 11 direkt aus dem Zylinderboden 22 austretend, also ohne Rohr zugeführt
wird.
Das Überdruckventil 5 im Arbeitskolben 18 öffnet wieder vom Druckraum 23 zum
Druckmittelvorratsraum 24, d. h. also im vorliegenden Fall, daß es in Richtung
weg vom Antriebsmotor 17 öffnet. Der Arbeitskolben 18 ist in diesem Fall beid
seitig mit einem Anschlag 6 axial unbeweglich auf der Arbeitskolbenstange 40
befestigt. Auf der dem Antriebsmotor 17 abgewandten Seite des Arbeitskolbens 18,
das heißt zwischen Arbeitskolben 18 und Zylinderdeckel 4 befindet sich nun der Druck
mittelvorratsraum 24, der (wie nach Fig. 1 der Druckraum 23) nun als Druck
mittelvorratsraum 24 mit der Saugseite der Zahnradpumpe 12, 13 verbunden ist
über den Ringraum im Zylinderdeckel 4, die Querbohrung 46, das Rohr 8 und die
Pumpenansaugleitung 29.
Schließlich ist innerhalb der hohlen Arbeitskolbenstange 40 im Raum 3 nun eine
mechanische Druckfeder 50 angeordnet, die sich einerseits an ihrem, dem Zylin
derdeckel 4 zugewandten Ende feststehend abstützt an einer Federplatte, die wie
derum feststehend an der feststehenden Kolbenstange 21 abgestützt ist, bei
spielsweise durch einen Haltering. An ihrem, dem Zylinderboden 22 zugewandten
Ende drückt die Druckfeder 50 gegen einen Federteller, der sich selbst innen am
Endbereich der hohlen Arbeitskolbenstange 40 abstützt, so daß die Druckfeder 50
die Arbeitskolbenstange 40 in deren eingefahrene Stellung drückt, während die
angetriebene Zahnradpumpe 12, 13 bei geschlossenem Ventil 10 durch den erzeugten
Druckmitteldruck im Druckraum 23 über den Arbeitskolben 18 die Arbeitskolben
stange 40 gegen die Kraft der Druckfeder 50 in deren ausgefahrene Stellung zu
bringen vermag.
Hinsichtlich der Anordnung, Betätigung und Funktion des Ventils 10 hat sich ge
genüber der Ausführung nach Fig. 1 nichts geändert. Der Druckmittelvorratsraum
24 schließt infolge mindestens einer Öffnung nahe dem Arbeitkolben 18 in der
Arbeitskolbenstange 40 auch noch den hohlen Teil der Arbeitskolbenstage 40
(Raum 3) bis zum abgedichtet gleitend geführten Tauchkolben 25 (= Begrenzungs
wand 30) ein, in dem die Druckfeder 50 angeordnet ist und der axial durchquert
ist von der Kolbenstange 21.
Der Tauchkolben 25 (= Begrenzungswand 30) selbst ist durch Anschläge begrenzt
auf der Kolbenstange 21 abgedichtet axial verschiebbar angeordnet, so daß inner
halb der hohlen Arbeitskolbenstange 40 zwischen dem verschiebbaren Tauchkolben
(= Begrenzungswand 30) einerseits und dem hohlen, freien Ende der Arbeitskolben
stange 40 eine weiterer, abgedichteter Raum gebildet ist, der als der Federraum
32 beispielsweise mit einem eingeschlossenen Gasvolumen wiederum dazu dient, ei
nen Volumenausgleich gegenüber dem bzw. in dem Druckmittelvorratsraum 24 durch
axial Verschiebung des Tauchkolbens 25 als der Begrenzungswand 30 sicherzu
stellen.
Die Funktion dieser Baueinheit nach Fig. 4 entspricht bis auf die Vertauschung
von Einfahr- und Ausfahrbewegung der Arbeitskolbenstange 40 im wesentlichen der
jenigen von der Baueinheitsausführung nach Fig. 1.
Die Fig. 5 und 6 zeigen in vergrößerter Darstellung einen Ausschnitt einer
Ausführung des erfindungsgemäßen Zylinderbodens 22 mit dem Ventil 10 als stößel
betätigtes Kugelsitzventil. Nach der Erfindung kann das mechanisch von der elek
tromagnetisch axial bewegten Antriebsmotorwelle 15 betätigte Ventil 10 sowohl
als Schieberventil als auch als stößelbetätigtes Sitzventil ausgebildet sein.
Bei letzterem kann der mechanisch von der Antriebsmotorwelle 15 in Ventilöff
nungsrichtung betätigte Ventilstößel 62 auf einen beispielsweise kugelförmig
oder prismatisch ausgebildeten Ventilschließkörper 61 in Ventilöffnungsrichtung
gegen die Kraftwirkung einer Ventilschließfeder einwirken.
Die Kraftangriffsrichtung am Ventilschließkörper 61 einer Sitzventilausbildung
durch den öffnenden, den Ventilschließkörper 61 vom Ventilsitz abhebenden
Ventilstößel 62 kann dabei auf den Ventilschließkörper 61 axial und fluchtend
entgegengesetzt zu derjenigen der Feder 26 vorgesehen sein. Die Stößelkraft am
Ventilschließkörper 61 kann aber beispielsweise auch in geeigneter Weise schräg
oder quer zu derjenigen der Feder 26 angreifen, solange ein einwandfreies Öffnen
und Schließen des Ventils 10 immer sichergestellt ist. Die Ausgestaltung des
Ventilschließkörpers als Kugel oder als prismatischem Körper beispielweise auch
mit ebener Sitzfläche einerseits und des Ventilsitzes beispielsweise durch eine
Sitzfläche einer Ventilbuchse 60 andererseits, ist in vielfältiger Form,
Anordnung und Ausbildung möglich.
Eine der möglichen Ausgestaltungen eines Sitzventils in einer Baueinheit im
Rahmen der Erfindung zeigt die Fig. 5 mit geschlossenem Ventil 10 und Fig. 6
mit geöffnetem Ventil 10:
Eine Ventilbuchse 60 ist hier quer zur Achse der Baueinheit in den Zylinderboden
22 abgedichtet eingeschraubt und trägt an ihrem innenliegenden Ende den Ventil
sitz als z. B. sich stumpfkegelig vertiefende Ringfläche um eine von dort in die
Ventilbuchse 60 führende zentrale Sackbohrung, die in eine die Ventilbuchse 60
durchdringende Querbohrung, die beidseitig mit der Pumpenansaugleitung 29 inner
halb des Zylinderbodens 22 in offener Verbindung steht, mündet.
In Ventilschließstellung ruht auf dem Ventilsitz durch die zur Ventilbuchse 60
axial fluchtend angeordnete Feder 26 kraftschlüssig angedrückt eine Kugel als
Ventilschließkörper 61, wobei um die Feder 26 und den Ventilschließkörper 61 ein
freigebohrter Raum im Zylinderboden 22 vorgesehen ist.
Der Ventilstößel 62 ist axial zwischen der Antriebsmotorwelle 15 und dem Ventil
schließkörper 61 angeordnet und abgedichtet axialbeweglich gleitend geführt im
Zylinderboden 22 und einem Führungs-/ Halte- und Anschlagring 63.
Der Ventilstößel 62 selbst besitzt z. B. eine gehärtete kegelig ausgebildete,
abgerundete Spitze, die am Ventilschließkörper 61 anliegt und eine Anschlag
fläche am Führungsschaft, die mit dem Anschlagring 63 zusammenwirkt, wenn das
Ventil 10 in die Schließstellung geht.
Wirkt die Antriebsmotorwelle 15 nun zur Öffnung des Ventils 10 axial gegen den
Ventilstößel 62, so drückt dieser die Kugel außermittig nahe dem Ventilsitz an
greifend quer zur Achse der Ventilbuchse 60 von ihrer Ventilringsitzfläche weg,
bis die Kugel wieder eine stabile Ventilöffnungslage erreicht.
Diese stabile Ventilöffnungslage für die Kugel als Ventilschließkörper 61 ist
dadurch gebildet, daß die Kugel außerhalb der Achse der Ventilbuchse 60 ein
gespannt ist zwischen der dann etwas quer zu ihrer Achse ausgelenkten Feder 26
und der sich stumpfkegelig vertiefenden Ringfläche als innenliegende Stirnfläche
der Ventilbuchse 60 einerseits, sowie der abgerundeten Spitze des Ventilstößels
62 und einer durch die im Zylinderboden 22 zur Bildung des Ventilraumes ange
ordneten sich kreuzenden Bohrungen entstandene Verschneidungskante des Zylinder
bodens andererseits.
Wird die Antriebsmotorwelle 15 durch Einschalten der Stromzufuhr zum Hubmagneten
20 aus dem Zylinderboden 22 teilweise zurückgezogen, so bewegt sich der Ventil
schließkörper 61 in Form der Kugel unter der Kraft der Feder 26 begünstigt durch
die stumpfkegelig ausgebildete Ringflächenvertiefung der innenliegenden Ventil
buchsenstirnseite wieder in seine Schließstellung zentral auf der Achse der Ven
tilbuchse 60, an dieser fest anliegend. Bei der Bewegung des Ventilschließkörpers 61
in seine stabile Ventilschließlage bewegt er auch den Ventilstößel 62 zurück in
Anlage seiner Anschlagfläche gegen den Anschlagring 63.
Diese mögliche Sitzventilausbildung gemäß den Fig. 5 und 6 hat u. a. den Vor
teil, daß zur Öffnung des Ventils 10 nicht die volle Kraft der Feder 26 über
wunden werden muß, sondern nur ein Bruchteil davon.
Im Rahmen der Erfindung sind noch zahlreiche weitere, zu den gezeigten
Ausgestaltungen äquivalente Ausführungen der Zylinder- Pumpen- Baueinheit
denkbar und möglich. So z. B. unter anderem auch hinsichtlich deren Befestigung
eine erste Anlenkung der Baueinheit durch geeignete Mittel längs oder endseitig
der Gehäuseaußenwand gegenüber der zweiten Anlenkung am freien, äußeren Arbeits
kolbenstangenende.
Claims (45)
1. Druckmittelbetriebene Zylinder- Pumpen- Baueinheit, bei der, vorzugsweise
axial, ein Antriebsmotor und von der axialen Gehäuseaußenwand umgeben eine
statisch wirkende Druckmittelpumpe, eine Steuerventileinrichtung, ein Druckmit
telvorrats- und Ausgleichsvolumen und ein Arbeistkolben mit Arbeitskolben
stange angeordnet sind, wobei der von der Druckmittelpumpe erzeugte Druck
mindestens eine Hubrichtung des Arbeitskolbens ermöglicht und wobei mindestens
eine Druckmittelleitung z. B. als Rohr ausgebildet vom Zylinderboden axial ver
laufend mindestens ein Fluidvolumen im Arbeitszylinderrohr und mindestens den
Arbeitskolben abgedichtet durchdringt,
dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens eine axial verlaufende Druckmittelleitung z. B. als Rohr (8, 31)
außermittig im Arbeitszylinderrohr verläuft und zumindest teilweise die axial
hintereinander angeordneten Fluidvolumen (23, 24, 32) und deren Trennflächen
(18, 30 ) durchdringt, daß in der Baueinheit ein Raum (3) zur Erzeugung einer
Axialkraft entgegen der mindestens einen vom Pumpendruck bewirkbaren Hubrich
tung des Arbeitskolbens (18) angeordnet ist, daß vorzugsweise eine der Druck
mittelleitungen z. B. als Rohr (8) den Zylinderboden (22) mit dem Zylinder
deckel (4) verbindet und daß vorzugsweise die axiale Gehäuseaußenwand (7)
vom Arbeitszylinderrohr gebildet ist.
2. Baueinheit nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Antriebsmotorwelle (15) axial verschiebbar gelagert ist und dadurch
das Ventil (10) der Steuerventileinrichtung betätigt.
3. Druckmittelbetriebene Zylinder- Pumpen- Baueinheit, bei der, vorzugsweise
axial, ein Antriebsmotor und von der axialen Gehäuseaußenwand umgeben eine
statisch wirkende Druckmittelpumpe, eine Steuerventileinrichtung, ein Druckmit
telvorrats- und Ausgleichsvolumen und ein Arbeitskolben mit Arbeitskolben
stange angeordnet sind, wobei der von der Druckmittelpumpe erzeugte Druck
mindestens eine Hubrichtung des Arbeitskolbens ermöglicht,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Antriebsmotorwelle (15) axial verschiebbar gelagert ist und durch
Axialverschiebung das Ventil (10) der Steuerventileinrichtung betätigt, daß
in der Baueinheit ein Raum (3) zur Erzeugung einer Axialkraft entgegen der
mindestens einen vom Pumpendruck bewirkbaren Hubrichtung des Arbeitskolbens
(18) angeordnet ist und daß vorzugsweise die axiale Gehäuseaußenwand (7)
vom Arbeitszylinderrohr gebildet ist.
4. Baueinheit nach Anspruch 3, wobei mindestens eine Druckmittelleitung, z. B. als
Rohr ausgebildet, vom Zylinderboden axial verlaufend mindestens ein
Fluidvolumen im Arbeitszylinderrohr und mindestens den Arbeitskolben
abgedichtet durchdringt,
dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens eine axial verlaufende Druckmittelleitung, z. B. als Rohr (8, 31)
augebildet, außermittig im Arbeitszylinderrohr verläuft und zumindest teil
weise die axial hintereinander angeordneten Fluidvolumen (23, 24, 32) und de
ren Trennflächen (18, 30) durchdringt.
5. Baueinheit nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens eine der axialen Druckmittelleitungen den Zylinderboden (22)
mit dem Zylinderdeckel (4) verbindet.
6. Baueinheit nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Antriebsmotorwelle (15 ) durch einen Hubmagneten (20) axial verschieb
bar ist.
7. Baueinheit nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Hubmagnet (20) elektrisch betätigbar ist und die Antriebsmotorwelle
(15) bei Betätigung in Schließrichtung des Ventils (10) bewegt.
8. Baueinheit nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Hubmagnet (20) am arbeitskolbenstangenabgewandten Ende der Baueinheit
angeordnet ist.
9. Baueinheit nach einem der übrigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Antriebsmotorwelle (15) durch eine Feder (19) in Öffnungsrichtung des
Ventils (10) beaufschlagt ist.
10. Baueinheit nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Hubmagnet (20) in Verbindung mit dem Antriebsmotor (17) elektrisch
ein- und ausschaltbar ist.
11. Baueinheit nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Antriebsmotorwelle (15) durch ein Magnetfeld im Antriebsmotor (17)
axial in Schließrichtung des Ventils (10) verschiebbar ist.
12. Baueinheit nach einem der übrigen Ansprüche, wobei der Antriebsmotor stirn
seitig dicht anliegend befestigt ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Antriebsmotor (17) am Zylinderboden (22) anliegend befestigt ist.
13. Baueinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Antriebsmotor (17) axial außenliegend innerhalb des Zylinderbodens
(22) angeordnet ist.
14. Baueinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Antriebsmotor (17) axial außerhalb des Zylinderbodens (22) innerhalb
der Gehäuseaußenwand (7) angeordnet ist.
15. Baueinheit mit elektrischem Antriebsmotor nach einem der übrigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Antriebsmotor (17) ein Schrittmotor ist.
16. Baueinheit nach einem der übrigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Baueinheit mit dem Antriebsmotor (17) wasser- und/oder exgeschützt
verkapselt ist.
17. Baueinheit nach einem der übrigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Druckmittelpumpe (12, 13) im Zylinderboden (22) angeordnet ist.
18. Baueinheit nach einem der übrigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Druckmittelpumpe (12, 13) eine Innenzahnradpumpe oder aber eine Flügel
zellen-, oder eine Radialkolbenpumpe ist.
19. Baueinheit nach einem der übrigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Stirnwand des Pumpeninnenraumes bei der als Zahnrad- oder Flügel
zellenpumpe ausgebildeten Druckmittelpumpe (12, 13) feststehend, beispielswei
se vom Zylinderboden (22), die andere Stirnwand des Pumpeninnenraumes axial
beweglich abgedichtet gegen die feststehende Stirnwand vorgespannt beispiels
weise durch ein im Zylinderboden (22) geführtes Wandteil (45) gebildet ist.
20. Baueinheit nach einem der übrigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Arbeitskolben (18) die Arbeitskolbenstange (40) abgedichtet umgibt
und daß der Arbeitskolben (18) gegenüber der Arbeitskolbenstange (40), durch
mindestens einen Anschlag (6) der Arbeitskolbenstange (40) begrenzt, axial
verschiebbar ist.
21. Baueinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 20,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Arbeitskolben (18) axial zwischen dem Druckraum (23) und dem Druck
mittelvorratsraum (24) liegt.
22. Baueinheit nach einem der übrigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Arbeitskolben (18) ein vom Druckraum (23) zum Druckmittelvorratsraum
(24) hin öffnendes Überdruckventil ( 5) enthält.
23. Baueinheit nach einem der übrigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuerventileinrichtung (9, 10, 26) im Zylinderboden ( 22) angeordnet ist.
24. Baueinheit nach einem der übrigen Ansprüche, wobei mindestens eine Druckmit
telleitung durch Bohrungen im Zylinderboden und zumindest eine axiale Druckmittel
leitung z. B. durch ein Rohr gebildet ist, wobei das mindestens eine Rohr
axial zum Teil durch mindestens ein abgedichtetes Fluidvolumen und mindestens
eine Trennfläche verläuft,
dadurch gekennzeichnet,
daß die in Axialrichtung der Baueinheit verlaufenden Druckmittelleitungen
( 8, 28, 29, 31) durch Bohrungen (28, 29) im Zylinderboden (22), mindestens eine
Bohrung im Zylinderdeckel (4), sowie durch mindestens ein außermittig neben
der Arbeitskolbenstange (40) innerhalb der Gehäuse-Außenwand (7) (=Arbeitszy
linderrohr) angeordnete Leitung z. B. als Rohr (8, 31) gebildet sind, wobei die
mindestens eine Leitung z. B. als Rohr (8) bzw. als Rohre (8 und 31) mindestens
zum Teil durch die mehreren axial hintereinander liegenden und gegeneinander
abgedichteten Fluidräume (23, 24, 32) bzw. Fluidvolumen und deren Trennwände
(18, 30) bzw. Trennflächen verlaufen.
25. Baueinheit nach einem der übrigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die radialverlaufenden Druckmittelleitungen (27, 46) im Zylinderdeckel (4)
beziehungsweise im Zylinderboden (22) angeordnet sind.
26. Baueinheit nach einem der übrigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Volumenausgleich durch eine federnd vorgespannte bewegliche dichte
Begrenzungswand (30) des Druckmittelvorratsraumes (24) ermöglicht wird.
27. Baueinheit nach Anspruch 26,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Begrenzungswand (30) durch einen zumindest zwischen Begrenzungen in
die BAxialrichtung der Baueinheit freibeweglich geführten (fliegend gelagerten)
Trennkolben, eine Membran, einen Faltenbalg, eine Blase, oder ähnliches ge
bildet wird.
28. Baueinheit nach Anspruch 26 oder 27,
dadurch gekennzeichnet,
daß die federnde Vorspannung auf die bewegliche Begrenzungswand (30) durch
eine mechanische Feder oder ein unter Druck stehendes Gasvolumen (32) erzeugt
wird.
29. Baueinheit nach einem der übrigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß in der Pumpenansaugleitung (29) ein Druckmittelfilter vorgesehen ist.
30. Baueinheit nach einem der übrigen Ansprüche, mit einer hohlen Arbeistkolben
stange,
dadurch gekennzeichnet,
daß die hohle Arbeitskolbenstange (40) zur Bildung des Raumes (3) zur
Erzeugung einer Axialkraft dient.
31. Baueinheit nach Anspruch 30,
dadurch gekennzeichnet,
daß axial vom Zylinderboden (22) aus eine daran befestigte Kolbenstange (21)
abgedichtet in die hohle Arbeitskolbenstange (40) ragt und an ihrem freien
Ende einen Tauchkolben (25) trägt, der abgedichtet an der Innenwand der
hohlen Arbeitskolbenstange (40) gleitet.
32. Baueinheit nach Anspruch 31,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Tauchkolben (25) eine ihn axial durchsetzende Drosselbohrung aufweist,
sofern er nicht gleichzeitig die Begrenzungswand (30) bildet.
33. Baueinheit nach Anspruch 31,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kolbenstange (21) und der Tauchkolben (25) axial durch eine gegenüber
der Arbeitskolbenstange (40) abgestützte Kraft beaufschlagt sind.
34. Baueinheit nach Anspruch 33,
dadurch gekennzeichnet,
daß die axiale Kraft zwischen Tauchkolben (25) bzw. Kolbenstange (21) und der
Arbeitskolbenstange (40) durch eine mechanische Feder (50) oder ein unter
Druck stehendes Gasvolumen (3) innerhalb der Arbeitskolbenstange (40) erzeugt
wird.
35. Baueinheit nach einem der übrigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Begrenzungswand (30) zwischen dem Arbeitskolben (18) und dem Zylinder
boden (22) angeordnet ist und die federnde Vorspannung der Begrenzungswand gegen den Druckmit
telvorratsraum (24) im Federraum (32) zwischen der Begrenzungswand (30) und
dem Zylinderboden (22) erzeugt wird.
36. Baueinheit nach Anspruch 35,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Begrenzungswand (30) durch den Tauchkolben (25) gebildet ist und de
ren federnde Vorspannung im Federraum (32), der im äußeren Endbereich in der hohlen
Kolbenstange (40) liegt und durch den Tauchkolben (25) begrenzt ist, erzeugt wird.
37. Baueinheit nach einem der übrigen Ansprüche, wobei das Ventil als mit einer
Feder vorgespanntes Ventil ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Ventil (10) durch die Feder (26) in Schließrichtung vorgespannt ist.
38. Baueinheit nach Anspruch 37 mit dem Ventil als Schieberventil,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Ventil (10) in Axialrichtung der Baueinheit betätigbar ist.
39. Baueinheit nach Anspruch 37,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Ventil (10) ein stößelbetätigtes Sitzventil ist.
40. Baueinheit nach Anspruch 37,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ventilsteuerkanten bzw. der Ventilsitz durch eine in dem Zylinder
boden (22) befestigte Ventilbüchse (53) gebildet wird.
41. Baueinheit nach Anspruch 40,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ventilbüchse (53) eine Querbohrung und der Ventilschieber (52) eine
radiale Umfangsnut aufweist und die Umfangsnut in Ventilöffnungsstellung im
ale UBereich der Querbohrung liegt.
42. Baueinheit nach Anspruch 39,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Ventilkörper des stößelbetätigten Sitzventils ein Kugelkörper ist, oder ein
prismatischer Körper mit ebener Anlagefläche an der Ringsitzfläche ist und der
Ventilstößel quer zur Zentralachse des Ventilsitzes öffnend auf den Ventil
körper einwirken kann, vorzugsweise außermittig nahe dem Ventilsitz z. B. am Kugel
körper angreifend.
43. Baueinheit nach einem der übrigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Arbeitszylinderrohr mit im wesentlichen gleichbleibendem Durchmesser
im wesentlichen auch den größten Außendurchmesser der Baueinheit bestimmt.
44. Baueinheit nach einem der übrigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß am außenliegenden Arbeitskolbenstangenendbereich ein die axiale Gehäuse
außenwand (7) übergreifendes Schutzrohr (1) befestigt ist.
45. Baueinheit nach einem der übrigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die axiale Gehäuseaußenwand (7) zur Befestigung mit dem Zylinderdeckel (4)
und dem Zylinderboden (22) jeweils radial nach innen bleibend verformt ist,
wobei am Umfang vom Zylinderdeckel (4) und vom Zylinderboden (22) jeweils min
destens eine radiale Einschnürung (44) vorgesehen ist, in die die radiale
Verformung der Gehäuseaußenwand (7) eingreift.
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---|---|---|---|
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DE19863607419 DE3607419C1 (en) | 1986-03-06 | 1986-03-06 | Pressure-medium-operated cylinder/pump unit |
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