DE576619C - Kolbenpumpe, insbesondere fuer den hydraulischen Vorschub an Werkzeugmaschinen - Google Patents

Description

Den Gegenstand der Erfindung bildet eine Kolbenpumpeneinrichtung, insbesondere für Werkzeugmaschinen mit hydraulischem Vorschub, bei der je zwei auf die gleiche Förderleitung arbeitende Pumpenzylinderaggregate in ihrer gegenseitigen Phase verstellbar sind, so daß das eine einen mehr oder minder großen Teil der Förderung des andern in sich aufnehmen kann und dadurch die resultierende. Fördermenge bei gleichbleibendem Hube der Arbeitskolben verändert werden kann.

Nach der Erfindung ist diese Pumpe mit einer auch durch ein Exzenter von derselben Welle angetriebenen Hochdruckpumpe von konstanter Fördermenge zu einem geschlossenen Maschinenaggregat vereinigt.

Dies bietet wiederum die weitere sehr vorteilhafte Möglichkeit und Vereinfachung, daß der Kolben der Pumpe von konstanter Fördermenge

ao gleichzeitig als Steuerventil bzw. Steuerschieber für die Pumpe von veränderlicher Fördermenge ausgenutzt werden kann.

Endlich wird nach der Erfindung die gemeinsame Antriebswelle der beiden vorerwähnten Pumpen auch noch als Träger eines Arbeitsorgans, Pumpzahnrades oder Kapselrades, einer mit dem Aggregat vereinigten Hilfspumpe für konstante Lieferung bei niedrigem Druck ausgenutzt.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt.

Abb. ι stellt einen mittleren Längsschnitt durch eine Pumpe, Abb. 2 einen Schnitt auf Linie 2-2 und Abb. 3 einen solchen auf Linie 3-3 der Abb. I dar» Abb. 4 stellt im einzelnen eine Vorrichtung zur Einstellung bestimmter Lagerscheiben dar. Abb. 5 ist eine beispielsweise, schematische Darstellung der Benutzung der Mehrfachpurnpe.

Die Pumpe enthält einen Gehäusekörper A und Abschlußscheiben-£? und C. Das Gehäuse bildet den Träger für die mit 5 bezeichnete Pumpe veränderlicher Verdrängung und für die mit H bezeichnete Hochdruckpumpe kon^- stanter Verdrängung. An der Scheibe B ist ein Nebengehäuse D angebracht, in welchem die Niederdruckpumpe G von konstantem Fördervermögen und großer Kapazität angebracht ist, welche vorzugsweise aus zwei ineinandergreifenden Getrieben α und b besteht. Innerhalb des Gehäuseteiles A befindet sich die drehbar gelagerte Antriebswelle E, welche mittels einer daran befestigten Scheibe F angetrieben wird. Diese Welle ist vorteilhaft in reibungsarmen Lagern 1 und 2 gelagert, welche sich innerhalb der Scheiben B und C befinden, ferner in einem entsprechenden Lager 3 in der Lagerscheibe X des Nebengehäuses.

Teil .4 bildet einen Zylinderblock, innerhalb dessen ein oder mehrere Paare von sich ergänzenden Zylinderbohrungen c und d vorgesehen sind. Es ist empfehlenswert, fünf solche Zylinderbohrungspaare vorzusehen, welche radial von der Achse der Welle £ ausgehen (Abb. 2).

Die Erfindung soll jedoch nicht auf eine Pumpe mit mehreren Zylinderpaaren beschränkt sein, sondern kann auch mit einem einzigen

Zylinderpaar angewendet werden. Ein Ende jedes dieser Zylinder ist geschlossen, beispielsweise durch Kapselschrauben 4, welche in ihre Außenenden, eingeschrapbt sind. Die Innenenden der Zylinder sind offen und laufen in einer relativ großen Mittelbohrung oder Mittel· kammer 5 innerhalb des Teils A aus. Die äußeren Enden der Zylinder c und d sind durch eine öffnung 6 miteinander verbunden, welche außerdem mit einer kombinierten Ventil- und Pumpenkammer 7 in Verbindung steht, welche noch später erwähnt werden wird. Innerhalb der Zylinder c und d, befinden sich die gleitenden Kolben e und f, deren innere Enden in die Kammer 5 hineinragen, wo sie auf die Exzenter 8 bzw. 9 auftreffen, welche von der Welle E getragen und indirekt angetrieben werden. Die Exzenter 8 und 9 können ein einheitliches Gebilde sein, es ist jedoch empfehlenswert, sie, wie die Abbildungen zeigen, in zwei Teilen auszuführen, deren einer den Exzenter selbst und deren anderer einen den Exzenter umgebenden Abnutzungsring bildet. Der Exzenter 8 besitzt eine drehbar auf der Antriebswelle E befestigte Nabe 8', welche an einem Ende ein Zahnrad 10 trägt. Auf der Nabe 8' ist drehbar die Nabe 9' des Exzenters 9 gelagert, welche ebenfalls mit einem Zahnrad 11 versehen ist. Auf die Welle E ist nahe dem Lager 2 ein Antriebsrad 12 aufgekeilt, welches als erstes Rad einer Übertragung zur Umdrehung der Zahnräder 10 und 11 synchron mit der Antriebswelle dient und dadurch zur Drehung der bezüglichen Exzenter. Innerhalb des Teiles A ist drehbar mittels eines reibungsarmen Lagers 13 ein ziemlich großes Zahnrad 14 mit Innenverzahnung gelagert. Dieses Rad erhält seine Umdrehung von dem Zahnrad 12 aus mittels eines auf einem Bolzen 16 in der Endplatte C getragenen Zwischenzahnrades 15. Von dem Zahnrad 14 wird die Umdrehung auf die Zahnräder 10 und Ii durch Zwischenzahnräder 17 bzw. 18 übertragen, welche auf Bolzen 19 und 20 in den Lagerscheiben 21 und 22 gelagert sind, die in den Gehäuseteilen C und A getragen werden. Diese Scheiben sind im Winkel um die Welle E zu einem später geschilderten Zwecke einstellbar. Die Zahnräder 15, 17 und 18 sind vorzugsweise um die Achse der Welle herum angeordnet, wie Abb. 3 zeigt. In Abb. 1 ist das Zahnrad 13, um die Antriebsverbindungen zwischen dem Zahnrad 14 mit Innenverzahnung und dem Zahnrad 11 klarer hervortreten zu lassen, in einer Stellung gezeigt, welche es eigent-Hch nicht einnimmt.

Aus dem Vorstehenden ist ersichtlich, daß eine Umdrehung der Welle E mittels der erwähnten Zahnräder eine Drehung der Exzenter8 und 9 synchron und in gleicher Richtung wie die Welle bewirken wird, wodurch nacheinander die verschiedenen Kolben e und f nach außen gedrückt werden. Das Zurückziehen der Kolben kann, auf irgendeine geeignete Weise erfolgen. In der abgebildeten Ausführungsform wird zu diesem Zwecke Flüssigkeits- oder Gasdruck verwendet, wie noch näher erläutert werden wird. Es ist klar, daß, wenn die Exzenter so eingestellt sind, daß sie sich decken, ihr Phasenwinkel .Null beträgt, und daß dann die Kolben e und f gleichzeitig ihren Einström- und ihren Auslaßhub erhalten, wodurch die Pumpe mit Höchstförderung arbeitet. Wenn die Exzenter zueinander um die Welle 2? um 180 ° verstellt werden, wird ein Kolben nach außen gehen, um das Druckmittel aus dem Zylinder herauszudrücken, während gleichzeitig der andere seine Innen- oder Einsaugbewegung macht, wodurch ein Ausgleich zwischen den miteinander verbundenen Zylindern c und d erfolgt und die Pumpenförderung auf Null verringert wird. Die Pumpenverdrängung kann also durch Veränderung der Phaseneinstellung zwischen den beiden Exzentern 8 und 9 jeden Zwischenwert zwischen dem Höchstwert und Null annehmen.

Zur Winkeleinstellung der Exzenter sind die Lagerscheiben 21 und 22, welche die Zwischenräder 17 und 18 tragen, für eine Winkelverstellung um die Welle i? in entgegengesetzter Richtung eingerichtet. Die Scheiben 21 und 22 sind mit Zahnradsektoren 21' und 22' (Abb. 3 und 4) nach Art von gegenüberliegenden Zahnstangen versehen, mit welchen Zahnelemente 23 und 24 kämmen, die auf einer von Hand drehbaren, in den Endplatten C gelagerten und mit einem Handhebel 26 ausgerüsteten Welle 25 befestigt sind (Abb. 1). Der Gedrungenheit halber können die Zahnteile 23 und 24 auf diametral gegenüberliegenden Seiten eines einzigen Werkstückes angeordnet sein, doch können auch voneinander unabhängige Teile verwendet werden.

Welle 25 geht durch einen Schlitz in der Scheibe 21, so daß die Scheibe eingestellt werden kann.

In Abb. 3 sind die Teile in ihrer Mittellage dargestellt, so daß der Phasenwinkel zwischen den Exzentern 8 und 9 einen Winkel von 90° bildet und die veränderliche Pumpe auf etwa 5o°/₀igen Wirkungsgrad eingestellt ist. Es ist ersichtlich, daß bei Drehung der Welle 25 und der Zahnradteile 23 und 24 im Uhrzeigersinne tio die Lagerscheibe 21 ebenfalls im Uhrzeigersinne ;edreht wird. Gleichzeitig wird die Scheibe 22 um den gleichen Betrag entgegen dem Uhrzeiger gedreht. Da die von diesen Lagerscheiben getragenen Zahnräder 17 und 18 beide mit dem Innenzahnrad 14 kämmen und jedes bestrebt ist, dies Zahnrad in Richtung der Bewegung seiner Lagerscheibe zu drehen, so wird das Innenzahnrad stationär bleiben, und das Er₇ gebnis wird eine Drehung des Zahnrades 17 gegen den Uhrzeigersinn und eine Drehung des ahnrades 18 im Uhrzeigersinn sein. Diese Um-

drehung wird in den Zahnrädern io und ii umgekehrt, und die Exzenter S und 9 werden jeder um 45 ° um die Achse der Welle E in entgegengesetzter Richtung gedreht, wodurch ein Zusammenfallen der Exzenter oder in anderen Worten eine Verkleinerung des Phasenwinkels zu Null und Höchstleistung der Pumpe bewirkt wird. Andererseits werden bei Drehung der Welle 25 aus der Lage nach Abb. 3 entgegen dem Uhrzeigersinn die Scheibenzahnräder und Exzenter in umgekehrter Richtung bewegt und der Phasenwinkel der Exzenter 8 und 9 von 90 ° auf 180° geändert, wodurch die Pumpenförderung auf Null vermindert wird.

Die Endscheibe B des Pumpengehäuses ist mit einer Einströmkammer oder -öffnung 28 und einer Auslaßkammer oder -öffnung 27 versehen. Die Einströmkammer wird für den Fall der Benutzung der Anlage als übliche Pumpe von veränderlicher Verdrängung mit irgendeiner geeigneten Druckmittelquelle und die Auslaßkammer hydraulisch mit irgendeinem Mechanismus verbunden, zu welchem das Druckmittel abgeleitet werden soll, oder mit irgendeiner Stelle,

as an welcher Arbeit geleistet werden soll. Wird die Pumpe, wie oben erwähnt, als Abmeßvorrichtung benutzt, so wird die Einströmöffnung 28 mit dem Auslaßende des Vorschubzylinders verbunden. Die Einström- und Auslaßkammern sind ringförmig und werden durch Wirkung der sich in Bohrungen innerhalb des Gehäuseteüs A hin und her bewegenden Kolben 29 abwechselnd mit verschiedenen Zylinderpaaren c und d> verbunden. Diese Kolben erfüllen zweierlei Funktionen. Erstens dienen sie als Kolbenelement der Hochdruckpumpe H von konstanter Förderung, welche weiter unten beschrieben werden wird, und zweitens als Steuerventile für die Pumpe S von veränderlicher Verdrängung. Zunächst wird im folgenden ihre Funktion als Steuerventile für die Meßpumpe oder Pumpe veränderlicher Verdrängung geschildert. Jede der Ventilvorrichtungen, von denen je eine für jedes Zylinderpaar vorhanden ist, umfaßt eine zylindrische Bohrung 7 in dem Gehäuseteil A und einen in diese Bohrung eingepaßten hin und her gehenden Kolben 29. Öffnungen 31 und 30 verbinden die Einström- und Auslaßkammern mit der Bohrung 7. Die kombinierten Ventil- und Pumpenkolben 29 besitzen jeder verbreiterte Teile 29° und 29*, welche in die Bohrung 7 passen, und einen verengten Zwischenteil 29^C, welcher einen Druckmitteldurchgang ermöglicht, wenn der Kolben in seiner innersten Stellung die öffnung 31 mit der öffnung 6 verbindet, wodurch die Kolben e und f. während ihres Rückganges das Druckmittel aus der Einströmkammer 28 einsaugen können. Wenn der Ventilkolben sich in seiner äußersten Außenlage befindet, verbindet Teil 29° die öffnung 6 mit der Auslaßkammer 27, und gleichzeitig bewirkt die Außenbewegung der Kolben β und f das Ausströmen des Druckmittels aus den Zylindern c und d. Aus der ringförmigen Kammer 27 wird das ausgestoßene Druckmittel durch einen Zuführungskanal 40 zu einem Steuerventil if geleitet. Ein Rückschlagkugelventil 4o^a in dem Kanal 40 verhindert Rückdruck.

Der kombinierte Ventil- und Pumpenkolben 29 erhält seine hin und her gehende Bewegung durch ein Exzenter 32, welches an der Antriebswelle E befestigt ist und auf das nach innen ragende Ende 20/ des Kolbens wirkt. Irgendein geeignetes Mittel kann angewendet werden, um den Ventilteil 29 nach innen zu drücken, damit sein Ende in Berührung mit dem Exzenter bleibt. Vorzugsweise wird dies durch Flüssigkeits- oder Gasdruck erreicht. Der Phasenwinkel des ventilsteuernden Exzenters wird anfänglich auf 90 ° von dem Phasenwinkel der Exzenter 8 und 9, wenn diese zusammenfallen, eingestellt, und da die letzteren Exzenter um gleiche Beträge in entgegengesetzter Richtung um die Antriebswelle verstellt werden, wird die Phase des Exzenters 32 unter diesem Winkel zu den kombinierten Phasen der Exzenter 8 und 9 erhalten, wodurch eine zeitliche Abstimmung der Bewegung des Ventilkolbens zu der Bewegung der Pumpenkolben e und f zum Bewirken einer Pumpwirkung erzielt wird.

Aus dem Vorangehenden geht hervor, daß die Drehung der Welle E und des darauf befindlichen Exzenters 32 eine beständige Hinundherbewegung der Kolben 29 in den Bohrungen 7 bewirkt. Wie schon gesagt, wirken diese Kolben auch als Pumpe, und der Hinundhergang derselben bewirkt Einströmung des Druckmittels in und Austritt des Druckmittels aus der als Pumpenzylinder dienenden Bohrung 7. In Abb. ι ist der Kolben 29 mit einer mittleren Bohrung 37 ausgerüstet, welche nahe dem unteren Ende des Kolbens endet und durch einen Querkanal 37' mit einem verengten ringförmigen Teil 29^e des Kolbens in Verbindung steht. Dieser verengte Teil wird ständig in Verbindung mit einer Öffnung 36 gehalten, welche mit einer kreisförmigen Kammer 35 in der Endscheibe B in Verbindung steht. Diese Kammer wird mit dem Druckmittel angefüllt gehalten, wobei das Druckmittel in die Kammer 35 durch einen Zuführungskanal 34 eintritt, welcher mit dem Austrittsende der konstant laufenden Zahnradpumpe G verbunden ist. Das Außenende der Bohrung 37 im Kolben 29 ist für gewöhnlich durch ein Kugelrückschlagventil 41 abgeschlossen, welches gestattet, daß das Druckmittel durch die Bohrung nach oben gedrückt wird, doch Rückfluß verhindert. Bei Bewegung des -Kolbens nach innen dringt das Druckmittel 12a aus der Zahnradpumpe durch das Rückschlagventil 41 in das obere oder äußere Ende der

Bohrung 7 ein, welche in irgendeiner geeigneten Weise, beispielsweise durch eine Scheibe 42, verschlossen sein kann. Das Druckmittel, welches durch das Rückschlagventil 41 tritt, wirkt auf das Außenende des Kolbens, drückt ihn nach innen und hält sein inneres Ende 2o,^d in Berührung mit dem Exzenter 32. Eine Auswärtsbewegung des Kolbens 29 unter Einfluß des Exzenters 32 bewirkt, daß das Druckmittel in dem äußeren Ende des Zylinders 7 durch eine öffnung 43, durch ein Kugelrückschlagventil 38 und durch einen Kanal 39 ausgetrieben wird, welcher mit der Austrittsöffnung 40 der Pumpe veränderlicher Verdrängung in Verbindung steht. Auf diese Weise können die Druckleitungen der Pumpen S und H vereinigt werden, trotzdem die Pumpen, verschiedene Druckmittelquellen haben. Doch braucht diese Vereinigung der Auslässe nicht unbedingt zu erfolgen.

Die Erfindung betrifft, wie erwähnt, auch die Kombination einer konstant wirkenden Zahnradpumpe mit der Pumpe S veränderlicher Verdrängung und der Pumpe H von konstantem Fördervermögen. Abb. 5 zeigt schematisch eine Art, in welcher eine derartige Kpmbinationspumpe vorteilhaft gebraucht werden kann. In dieser Abbildung bezeichnet T den Tisch einer Werkzeugmaschine, W das darauf befindliche Werkstück und X ein Schneidwerkzeug, welches bei Bewegung des Tisches T nach links das Werkstück bearbeiten kann. Der Tisch kann hydraulisch bewegt werden, beispielsweise durch Zuführung eines Druckmittels in einen Zylinder Y auf einer Seite eines Kolbens P,. welcher in geeigneter Weise mit dem Arbeitstisch verbunden ist. Bei gewissen Arten von Werkzeugmaschinen ist es sehr wünschenswert, daß die Vorschubgeschwindigkeit während des gesamten Vorschubhubes konstant und der Werktisch davor bewahrt bleibt, sich entweder unter Einwirkung des Vorschubmechanismus oder unter Einwirkung des Werkzeuges auf das Werkstück sprunghaft vorwärts zu bewegen. Die vorliegende Mehrfachpumpe ist sehr geeignet, diesen gleichförmigen Vorschub zu bewirken und eine sprunghafte Bewegung des Arbeitstisches zu verhindern, außerdem auch eine schnelle Verstellung des Tisches hervorzurufen. Die Zahnradpumpe G, deren Antriebsrad α ander WeIIeE angebracht ist, ist so eingerichtet, daß sie beständig Flüssigkeit aus einem geeigneten Behälter R durch einen Einlaß i einzieht und diese durch eine Austrittsöffnung / ausstößt, welche zu bestimmten Zeiten durch Betätigung geeigneter Ventile mit einem Ende des Zylinders Y verbunden ist. Das andere Zylinderende ist dann mit dem Behälter verbunden, und im wesentlichen wird die ganze Fördermenge der Zahnradpumpe dem Zylinder zugeführt, wodurch eine schnelle Bewegung des Kolbens P und dementsprechend eine rasche Verschiebung des Arbeitstisches bewirkt wird. Wenn der Tisch langsam vorwärts geschoben werden soll, beispielsweise nach links in Abb. 5, wird die Pumpe G dadurch unwirksam gemacht, daß ihr Auslaßende ebenfalls mit dem Behälter verbunden wird, wie durch die Pfeile t in Abb, 5 angedeutet ist. Die Pumpe kann dann weiter umlaufen, ohne eine Bewegung des Kolbens P hervorzurufen. Die Hochdruckpumpe H von konstantem Fördervermögen wird dann mit dem rechten Ende des Zylinders Y verbunden, wie durch Pfeile -p angedeutet ist, und führt diesem das Druckmittel zu, welches auf Verschiebung des Kolbens nach links wirkt.

Es ist ersichtlich, daß, da das entgegengesetzte Ende des Zylinders Y ebenfalls mit dem Druckmittel gefüllt ist, die Bewegungsgeschwindigkeit des Kolbens P durch diejenige Geschwindigkeit bestimmt wird, mit welcher das Druckmittel von dem linken Ende des Zylinders abströmen kann. Um die Unterschiede zwischen der Förderung der Pumpe H und dem Maße des Entweichens der Flüssigkeit aus dem Zylinder Y auszugleichen, ist eine durch ein Entlastungsventil F geregelte Entlastungsleitung mit dem Austrittskanal der Pumpe H verbunden. Diese Entlastungsleitung führt zu dem Reservoir R zurück und hält einen konstanten Druck im Einlaßende des Zylinders aufrecht. Nunmehr wird die Pumpe S veränderlicher Verdrängung, wie oben erwähnt, mit dem linken Ende des Zylinders verbunden, wie durch die Pfeile υ angedeutet ist, und saugt das Druckmittel aus dem Zylinder in abgemessenen Mengen ab, wodurch die Geschwindigkeit, mit welcher der Werktisch unter Einfluß der Hochdruckpumpe bewegt wird, volumetrisch festgelegt wird. Diese Geschwindigkeit kann durch Veränderung der Pumpenwirkung S verändert werden, nicht jedoch durch irgendwelche Drucksteigerung im rechten Ende des Zylinders. Die Pumpe veränderlicher Verdrängung kann in den Behälter R zurückfördern, wie in punktierten Linien m angedeutet ist, vorzugsweise wird ihre Förderung jedoch in die Auslaßleitung der Hochdruckpumpe H geleitet, wie in Abb. 1 und in ^! Abb. 5 in ausgezogenen Linien angedeutet ist, no Durch diese Verbindung der Auslaßenden der beiden Pumpen kann zur Aufrechterhaltung des vorbestimmten Druckes in dem Zylinder eine konstant fördernde Pumpe von viel geringerer Kapazität verwendet werden. ng

Die Zahnradpumpe G dient ferner zur Leitung des Druckmittels durch die öffnung 33 in eine Kammer 33", von welcher es, wie schon erwähnt, durch Kanal 34 in die Hochdruckpumpe H gelangt.

Ventile, die allgemein mit L und H bezeichnet sind, dienen zur Steuerung und zum Anhalten

der Bewegung des durch die verbesserte Pumpe bewegten Mechanismus, bilden aber keine Teile der vorliegenden Erfindung.

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   i. Kolbenpumpe, insbesondere für den hydraulischen Vorschub an Werkzeugmaschinen, deren Förderung durch Verstellung

   ίο des Antriebsexzenters in der Weise veränderlich ist, daß je zwei auf die gleiche Förderleitung arbeitende Zylinderaggregate in ihrer gegenseitigen Phase verstellbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß diese Pumpe mit einer auch durch ein Exzenter (32) von derselben Welle (E) angetriebenen Hochdruckpumpe (H) von konstanter Fördermenge zu einem geschlossenen Maschinenaggregat (.4, B, C) vereinigt ist.
2. 2. Pumpe nach Anspruch 1,. dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (29) der Pumpe (H) von konstanter Fördermenge gleichzeitig als Steuerventil für die Pumpe (S) von veränderlicher Fördermenge ausgenutzt ist.
3. 3. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsame Antriebswelle (E) der beiden Pumpen (H und S) auch noch als Träger eines Arbeitsorgans (a) einer mit dem Aggregat (A, B, C) vereinigten Hilfspumpe (G) für konstante Lieferung bei niedrigem Druck ausgenutzt ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen