[0001] Die Erfindung betrifft eine Radialkolbenpumpe mit wenigstens zwei Pumpenelementen.
Werden derartige Radialkolbenpumpen beispielsweise für Spannzwecke im Werkzeugmaschinenbau
eingesetzt, muß nach Erreichen der Spannstellung bzw. Arbeitsstellung der Spannzylinder
zur Aufrechterhaltung der Spannkraft der gesamte Pumpenförderstrom über ein Druckbegrenzungsventil
zum Tank abgeleitet werden. Damit ergibt sich während des Spannvorganges ein unwirtschaftlicher
Betrieb der Radialkolbenpumpen. Hinzu kommt, daß durch das Abführen der Arbeitsflüssigkeit
über ein die Spannkraft bestimmendes Druckbegrenzungsventil die Arbeitsflüssigkeit
entsprechend aufgeheizt wird und deshalb wieder auf die vorgeschriebene Betriebstemperatur
abgekühlt werden muß.
[0002] Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Radialkolbenpumpe zu schaffen, die
insbesondere im Einsatz für Spannhydraulik mit einfachsten Mitteln einen energiesparenden
Betrieb gewährleistet.
[0003] Nach der Erfindung wird dies mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 erzielt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche.
[0004] Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben.
[0005]
Figur 1 zeigt einen Axialschnitt einer Radialkolbenpumpe gemäß der Erfindung mit einem
3-Wegeventil als Umschaltventil,
Figur 2 zeigt einen Schnitt nach der Linie II-II der Figur 1 und
Figur 3 zeigt einen Axialschnitt einer Radialkolbenpumpe mit einem Zwei-Wegeventil
als Umschaltventil.
[0006] In den Figuren bezeichnet 1 das Pumpengehäuse und 2 den Pumpengehäusedeckel. In Aussparungen
la des Pumpengehäuses sind fünf Druckventileinsätze lbl, 1b2, 1b3, 1b4, 1b5 über den
Umfang gleichmäßig verteilt angeordnet. Mit diesen Druckventileinsätzen arbeiten jeweils
Pumpenelemente 3 zusammen, deren Zylinderkörper 3a sich am Aufnahmekörper 4 für das
nicht näher dargestellte Druckventil dichtend abstützt. Der Kolben eines jeden Pumpenelementes
3 stützt sich mit seinem Fuß 3b an der Lauffläche des Exzenters 4 der Antriebswelle
5 ab, die auf beiden Seiten des Exzenters in Gleitlagern 6, 7 gelagert ist. Das Gleitlager
6 ist in einer Ausnehmung des Pumpengehäuses und das Gleitlager 7 in einer entsprechenden
Ausnehmung des Gehäusedeckels 2 angeordnet. Der Gehäuseraum 8 bildet gleichzeitig
den Saugraum für die einzelnen Pumpenelemente 3 und steht über den Anschluß 9 mit
dem nicht näher dargestellten Tank in Verbindung. In einer Stufenbohrung lo des Gehäusedeckels
ist ein Steuerkolben 11 (Figur 1 und 2) sowie eine Druckfeder 12 angeordnet. Die Druckfeder
12 stützt sich mit ihrem einen Ende über den Federteller 13 an dem einen Ende lla
des Steuerkolbens 11 (Figuren 1 und 2) ab und mit ihrem anderen Ende an einen Federteller
14, der sich seinerseits über einen Bolzen 15 an einer Anstellschraube 16 abstützt.
Die Anstellschraube 16, die die Federspannung der Feder 12 festlegt, wird durch die
Kontermutter 17 gegen Verdrehen gesichert. Die beiden Steuerkolbenabschnitte llb,
llc des Steuerkolbens 11 (Fig. 1 und 2) schließen in der Stufenbohrung lo einen Steuerraum
18 ein und das Steuerkolbenende lld begrenzt einen mit dem Druckanschluß 2o der Radialkolbenpumpe
verbundenen Steuerraum 19. Zum ringförmigen Steuerraum 18 führt ein Kanal 21, der
mit einem Sammelkanal 22 verbunden ist, an dem vier Querkanäle 23a, 23b, 24a, 24b
angeschlossen sind. Die Querkanäle verbinden über den Sammelkanal 22, die von den
Druckventileinsätzen 1b2, 1b5, 1b3, lb4 gebildeten Druckseiten der diesen Druckventileinsätzen
zugeordneten vier Pumpenelemente unterist der Sammelkanal 22 einander. Über den Kanal
mit dem von den beiden Steuerkolbenabschnitten llb, llc des Steuerkolbens 11 verbunden
(Fig. 1 und 2) begrenzenden Steuerraum 18. Der Druckventileinsatz lbl steht über den
Kanal 26 im Pumpengehäuse l sowie über den Kanal 27 im Pumpengehäusedeckel 2 mit dem
Steuerraum 19 in Verbindung und ist somit von den restlichen vier Druckventileinsätzen
getrennt.
[0007] Die Steuerkanten llbk, llck der beiden Steuerkolbenabschnitte llb, llc wirken mit
Steuerkanälen 29 und 3o zusammen (Fig. 2). Der Steuerkanal 29 mündet in einen Raum
31, der mit dem Tankanschluß 32 in unmittelbarer Verbindung steht. Dieser Raum 31
steht ferner über eine Bohrung 33 mit dem vom Steuerkolbenende lla durchsetzten Ringraum
34 in Verbindung und dieser mit dem Federraum 35. Damit steht der Federraum in dauernder
Verbindung mit dem Tankanschluß 32. Der Steuerkanal 3o steht mit einem von einer Verschlußschraube
37 begrenzten Raum 38 in Verbindung. Dieser Raum 38 steht seinerseits über eine Bohrung
39 mit dem Steuerraum 19 in Verbindung, der wiederum in unmittelbarer Verbindung mit
dem Druckanschluß 2o der Radialkolbenpumpe steht.
[0008] In der gezeigten Schaltstellung nach Fig. 2 befindet sich der Steuerkolben 11 in
seiner Ausgangsstellung, in der der Steuerkolbenabschnitt llb mit Steuerkante 11bk
die Steuerbohrung 29 geschlossen hält, während der Steuerkolbenabschnitt 11c mit Steuerkante
llck die Steuerbohrung 3o freigibt, so daß der Steuerraum 18 über die Steuerbohrung
3
0, den Raum 38 sowie über die Verbindungsbohrung 39 mit dem Steuerraum 19 und damit
mit dem Druckanschluß der Pumpe in Verbindung steht. Damit stehen auch über den Kanal
21, der mit dem Steuerraum 18 in Verbindung steht, die von den Druckventileinsätzen
lbl, 1b3, 1b4 und 1b5 gebildeten Druckseiten der Pumpenelemente 3 mit dem Druckanschluß
2o in Verbindung. Da außerdem das mit dem Druckventileinsatz 1b1 zusammenwirkende
Pumpenelement 3 über die Kanäle 26 und 27 mit dem Druckanschluß 2o in dauernder Verbindung
steht, sind sämtliche Pumpenelemente mit dem Druckanschluß 2o verbunden, so daß die
gesamte Fördermenge der Radialkolbenpumpe dem nicht näher dargestellten Verbraucher
beispielsweise einem Hydrozylinder, der als Spannzylinder eingesetzt ist, zur Verfügung
steht. Sobald der Verbraucher beispielsweise ein Spannzylinder seine Endstellung erreicht
hat, steigt der Verbraucherdruck an. Da dieser von der Pumpe bewirkte Verbraucherdruck
auch an der Stirnfläche lls des Steuerkolbens 11 wirkt, wird letzterer entgegen der
Kraft der Feder 12 verschoben, sobald der Verbraucherdruck eine solche Größe erreicht
hat, daß die von diesem auf den Steuerkolben bewirkte Kraft größer ist als die in
Gegenrichtung auf den Steuerkolben wirkende Kraft der Feder 12. Nimmt der Steuerkolben
11 die in Figur 1 gezeigte Schaltstellung ein, verschließt die Steuerkante llck des
Steuerkolbenabschnittes llc die Steuerbohrung 3o und die Steuerkante llbk des Steuerkolbenabschnittes
llb gibt die Steuerbohrung 29 frei. Damit ist die Verbindung des Steuerraumes 18 zum
Steuerraum 19 unterbrochen und die Verbindung des Steuerraumes 18 mit dem mit dem
Tankanschluß 32 in Verbindung stehenden Ringraum 34 hergestellt. Die mit dem Kanal
21 verbundenen Pumpenelemente 3, die mit den Druckventileinsätzen 1b2, 1b3, lb4 und
lb5 in Wirkverbindung stehen, fördern nunmehr drucklos zum Tank zurück. Lediglich
das dem Druckventil lbl zugeordnete Pumpenelement 3 steht nach wie vor über die Kanäle
26, 27 mit dem Druckanschluß 2o in Verbindung und hält den geforderten Verbraucherdruck
aufrecht. Dieser Verbraucherdruck wird durch ein nicht näher dargestelltes Druckbegrenzungsventil
festgelegt, das in der Verbindungsleitung zwischen Druckanschluß 2o und dem betreffenden
Arbeitsraum des Verbrauchers angeordnet ist. Das Steuerkolbenende lld weist einen
etwas größeren Durchmesser auf als der die Steuerkante llck aufweisende Steuerkolbenabschnitt
llc. Dadurch wird eine Anschlagfläche llda geschaffen, die die gezeigte Schaltstellung
gemäß Fig. 1 festlegt. Die Ausgangsschaltstellung gemäß Figur 2 wird durch den Federteller
13 festgelegt, der sich mit seiner Auflagefläche 13a an die Fläche loa der Stufenbohrung
anlegt.
[0009] Dadurch, daß das von der Stufenbohrung lo in Verbindung mit den Steuerbohrungen,
dem Steuerkolben 11, der Steuerfeder 12 sowie der Anstellschraube 16 gebildete Umschaltventil
im Pumpengehäusedeckel 2 integriert ist und die Kanäle 21, 22, 23a, 23b, 24a, 24b
die Verbindung der mit den Druckventileinsätzen 1b2, 1b3, lb4 und lb5 in Wirkver-
bindung stehenden Pumpenelementen, herstellen ergibt sich eine besonders kompakte
Baueinheit, die eine betriebssichere Umschaltfunktion des Umschaltventils auch bei
rauhen Betriebsbedingungen gewährleistet. Die Radialkolbenpumpe arbeitet in zwei Druckbereichen,
nämlich in einem Niederdruckbereich und in einem Hochdruckbereich. Der Niederdruckbereich
ergibt sich bei einer Schaltstellung des Steuerkolbens 11 entsprechend Fig. 2, in
der sämtliche Pumpenelemente mit dem Druckanschluß 2o verbunden sind. Der Hochdruckbereich
ergibt sich bei einer Schaltstellung des Steuerkolbens 11 entsprechend Fig. 1, in
der lediglich noch das den Druckventileinsatz 1b1 zugeordnete Pumpenelement zur Aufrechterhaltung
des Verbraucherdruckes beiträgt, während die übrigen Pumpenelemente mit dem Tank in
Verbindung stehen. Dadurch ergibt sich ein besonders wirtschaftlicher Betrieb der
Radialkolben
püm
pe, zumal auch der Wärmeanfall in geringen Grenzen zu halten ist, nachdem lediglich
die Fördermenge eines Pumpenelementes zur Aufrechterhaltung des geforderten Verbraucherdruckes
über ein Druckbegrenzungsventil abgeführt werden muß, während die Fördermenge der
restlichen Pumpenelemente drucklos zum Tank zurückströmt.
[0010] Das Ausführungsbeispiel nach Figur 3 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel
nach den Figuren 1 und 2 lediglich durch die Ausbildung des Umschaltventils 5o und
durch die zusätzliche Anordnung eines Rückschlagventils 51 zwischen den Kanälen 21
und 27. Das Umschaltventil 5o ist als Zwei-Wege-Sitzventil ausgebildet und wird von
dem als Kugel ausgebildeten Ventilsitzkörper 52 gebildet, der mit dem Ventilsitz 53
zusammenwirkt. Der Bohrungsabschnitt 58,der dem Kanalabschnitt 34 nach Figur 2 entspricht,
steht ebenfalls über eine Bohrung 33 mit dem Tankanschluß in Verbindung. In der geöffneten
Schaltstellung des Ventilsitzkörpers 52 steht somit auch der Steuerraum 18 über den
Kanalabschnitt 54 mit dem Tankanschluß in Verbindung und damit auch die mit dem Steuerraum
18 in Verbindung stehenden Druckseiten eines Teils der Pumpenelemente. In Schließrichtung
ist der Ventilsitzkörper von der Vorspannung der Druckfeder 12 über den Federteller
13 mit Betätigungsstift 55 belastet. In Öffnungsrichtung ist der Ventilsitzkörper
von dem vom im Steuerraum 19 über den Druckanschluß 2o herrschenden Verbraucherdruck
beaufschlagten Kraftkolben 56 mit Betätigungsstift 57 belastet. Solange die vom Verbraucherdruck
auf den Kraftkolben bewirkte in Öffnungsrichtung des Ventilsitzkörpers gerichtete
Kraft kleiner ist als die von der Vorspannung der Druckfeder 12 in Schließrichtung
des Ventilsitzkörpers gerichtete Kraft, bleibt die Verbindung des Steuerraumes 18
mit dem Bohrungsabschnitt 58 durch die gezeigte Schließstellung des Ventilsitzkörpers
unterbrochen. Die Förderflüssigkeit der über den Kanal 22 mit dem Kanal 21 in Wirkverbindung
stehenden Pumpenelemente strömt über das Rückschlagventil 51 in den Kanal 27 und vereinigt
sich dort mit der Förderflüssigkeit der mit diesem Kanal in Wirkverbindung stehenden
Pumpenelemente. Die gesamte Förderflüssigkeit strömt über den Steuerraum 19 zum Druckanschluß
2o und von dort weiter zum nicht gezeigten Verbraucher, beispielsweise einem Hydromotor.
Der Druck dieser zum Verbraucher strömenden Förderflüssigkeit beaufschlagt im Steuerraum
19 den Kraftkolben 56 in Öffnungsrichtung des Ventilsitzkörpers 52. Sobald infolge
einer am Verbraucher wirkenden äußeren Last der Druck der Förderflüssigkeit soweit
ansteigt, daß der Kraftkolben 56 über den Betätigungsstift 57 den Ventilsitzkörper
gegen die Kraft der Druckfeder 12 in Öffnungsrichtung verschiebt und damit eine Verbindung
des Steuerraumes 18 zum Bohrungsabschnitt 58 und damit zum Tank herstellt, fällt der
Druck der Förderflüssi
gkeit der über den Kanal 21 mit dem Steuerraum 18 verbundenen Pumpenelemente auf den
Tankdruck ab, wobei durch das damit sich ergebende Druckgefälle vor und hinter dem
Rückschlagventil 51, dieses schließt und somit nur noch die Förderflüssigkeit der
mit dem Kanal 27 verbundenen Pumpenelemente dem Verbraucher zugeführt bzw. über ein
Druckbegrenzungsventil zum Tank abgeführt wird, falls der Verbraucher gegen einen
Anschlag gefahren ist und eine bestimmte Kraft ausüben soll. Sobald der Druck der
zum Verbraucher geführten Förderflüssigkeit beispielsweise durch eine Richtungsumkehr
des Verbrauchers wieder soweit absinkt, daß die Kraft der Feder 2o überwiegt und den
Ventilsitzkörper 52 in Schließstellung bewegt und damit die Tankverbindung der Druckseiten
der betreffenden Pumpenelemente unterbricht, baut sich vor dem Rückschlagventil wieder
ein so hoher Druck auf, daß dieses in Richtung des Kanals 27 öffnet. Damit können
sich wieder beide Flüssigkeitsströme im Kanal 27 vereinigen und gemeinsam dem Verbraucher
zugeführt werden. In den Figuren sind für gleiche Teile der Ausführungsbeispiele die
gleichen Bezugszeichen verwendet worden.
1. Radialkolbenpumpe mit wenigstens zwei Pumpenelemente, dadurch gekennzeichnet ,
daß die Druckseiten eines Teils der Pumpenelemente (3) über ein Umschaltventil (lo,
11, 12, 16; 50) mit zwei Schaltstellungen zum Tank zu leiten sind, wobei die eine die Verbindung
zum Tank unterbrechende Schaltstellung des Umschaltventils von der Vorspannung einer
Feder (12) und die andere, die Verbindung zum Tank öffnende Schaltstellung vom Verbraucherdruck
festgelegt ist und in der die Verbindung zum Tank unterbrechenden Schaltstellung die
Förderflüssigkeit dieses Teils der Pumpenelemente mit der Förderflüssigkeit des restlichen
Teils der Pumpenelemente zu vereinigen ist.
2. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Umschaltventil
als 3-Wegeventil (lo, 11, 12, 16) ausgebildet ist, das in der einen Schaltstellung
die Verbindung der Druckseiten eines Teils der Pumpenelemente mit dem Tank und in
der anderen Schaltstellung mit den Druckseiten des restlichen Teils der Pumpenelemente
verbindet.
3. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Umschaltventil
als Zwei-Wegeventil (5o) ausgebildet ist und die Druckseiten der beiden Teile der
Pumpenelemente über ein Rückschlagventil (51) verbindbar sind.
4. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß das als Zwei-Wegeventil
(5o) ausgebildete Umschaltventil als Sitzventil (52, 53) ausgebildet ist, dessen Ventilsitzkörper
(52) von dem Betätigungsstift (57) eines vom Verbraucherdruck beaufschlagten Kraftkolbens
(56) in Öffnungsrichtung gegen die Federkraft (12) zu verschieben ist.
5. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Vorspannung
der Feder (12) einstellbar ist.
6. Radialkolbenpumpe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet , daß das Umschaltventil ein integrierender Bestandteil des Pumpendeckels
(2) ist.
7. Radialkolbenpumpe nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß das
Umschaltventil als Kolbenventil (11) ausgebildet ist und die eine Stirnseite (lla)
dessen Steuerkolben in Richtung der die Druckseite sämtlicher Pumpenelemente miteinander
verbindenden Schaltstellung unmittelbar über einen Federteller (13) von der Kraft
einer Feder beaufschlagt ist und die andere gegenüberliegende Stirnseite (lld) unmittelbar
vom Verbraucherdruck.
8. Radialkolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Druckseiten jedes der beiden Teile der Pumpenelemente, die durch die Wirkung
des Umschaltventils voneinander zu trennen sind, über im Pumpengehäusedeckel verlaufende
Kanäle (21, 22, 23, 24) unter sich in Verbindung stehen und über jeweils einen Kanal
(21, 27) im Pumpengehäusedeckel mit den betreffenden Steuerräumen (18, 19) des Umschaltventils
verbunden sind.