Hydraulisches Antriebssystem mit Schwinganker-Kolbenpumpe

Abstract

 Die vorliegende Erfindung beschreibt eine Schwingankerkolbenpumpe mit Magnetantrieb, dadurch gekennzeichnet, dass im Anschluss an eine Dosierkolbenpumpe an deren Gehäuse unmittelbar abdichtend, axial gerichtet eine Zylinderbüchse angeschlossen ist, in der wenigstens ein hydraulisch bewegbarer Arbeitskolben verschiebbar ist, so dass sie zusammen einen durchgehenden Bauteilkörper ausbilden. Das zur Betätigung der Schwingankerkolbenpumpe verwendete Öl wird in einem geschlossenen, luftfreien Kreislauf vorgespannt geführt, so dass immer ein konstanter Volumenstrom gegeben ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Antriebssystem mit einer Schwingankerkolbenpumpe nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

[0002] In einer solchen Schwingankerkolbenpumpe umgreift ein Magnet ein Pumpengehäuse und erzeugt ein axiales Magnetfeld, welches einen im Pumpengehäuse abdichtend, verschiebbar gelagerten Kolben in einem Arbeitsraum bewegt. Der Vorwärtsantrieb des Kolbens erfolgt durch das angelegte Magnetfeld, während die Rückstellung durch eine entsprechende Rückstellfeder erfolgt, die auf den Kolben wirkt.

[0003] Mit dieser bekannten Kolbenpumpe nach dem Schwingankerprinzip ergibt sich der Vorteil eines relativ kleinen Aufbaus, so dass diese bekannte Pumpe beispielsweise als Kraftstoff-Förderpumpe verwendet werden kann. Es ist jedoch nicht bekannt, dass diese Pumpe als hydraulisches Antriebssystem ausgebildet ist, so dass die Pumpe beispielsweise als Stellantrieb mit einem Arbeitskolben zusammen wirkt.

[0004] Nach dem gleichen Prinzip arbeitet im übrigen auch die DE 42 24 057 C2, die als Dosierpumpe mit einem als Saugkolben wirksamen, gegen die Kraft einer Druckfeder durch Erregen eines ihn zentrisch umgebenden Elektromagneten bewegbaren Anker funktioniert.

[0005] Auch bei dieser bekannten Dosierpumpe fehlt die Verbindung zu einem hydraulisch angetriebenen Arbeitskolben.

[0006] Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein komplettes hydraulisches Antriebssystem vorzuschlagen, mit dem es möglich ist, auf engstem Raum einen hydraulischen Stellantrieb zu verwirklichen.

[0007] Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass im Anschluss an die Dosierkolbenpumpe an deren Gehäuse unmittelbar abdichtend, axial gerichtet eine Zylinderbüchse angeschlossen ist, in der ein oder mehrere hydraulisch bewegbare Arbeitskolben verschiebbar sind.

[0008] Ein derartiger hydraulischer Stellantrieb kann in einem weiten Anwendungsbereich verwendet werden. Ein wichtiger Anwendungsbereich ist z.B. die Heizungs- und Klimatechnik. Hier kann das erfindungsgemässe hydraulische Antriebssystem für Heben und Senken von Fensterflügeln oder Türflügeln, das Verschwenken von Klappen, Schiebern und Stellorganen verwendet werden. Ebenso in der Flüssigkeitstechnik bei der Ansteuerung entsprechender linear verstellbarer Stellorgane, wie z. B. Klappen, Schieber und dergleichen mehr für die Steuerung von Wasser und Hydraulikflüssigkeiten.

[0009] Mit der erfindungsgemässen Verbindung der an sich bekannten Schwingankerkolbenpumpe mit einem oder mehreren hydraulischen Arbeitskolben besteht nun der wesentliche Vorteil, dass nun insgesamt ein sehr gedrängter Aufbau bei kleinen Raummassen und hohem Wirkungsgrad erzielt werden kann.

[0010] Die von der Dosierkolbenpumpe erzeugte Druckflüssigkeit wird nun direkt und unmittelbar in axialer Richtung in das vorne angeflanschte Pumpengehäuse eines Arbeitszylinders eingespeist und bewegt dort einen oder mehrere Arbeitskolben.

[0011] Der einfacheren Beschreibung wegen wird in der folgenden Beschreibung nur von einem einzigen Arbeitskolben ausgegangen, obwohl ein oder mehrere Arbeitskolben in einem Pumpengehäuse angeordnet sein können.

[0012] Wichtig ist also der gedrängte Aufbau, weil nun erfindungsgemäss die Druckflüssigkeit unmittelbar in axialer Richtung von der Schwingankerkolbenpumpe abgegeben wird und flüssigkeitsleitend in das Pumpengehäuse des hydraulischen Antriebssystems eingespeist wird. Damit ergeben sich mehrere Möglichkeiten.

[0013] In einer ersten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass das Pumpengehäuse der Schwingankerpumpe und das Zylindergehäuse des Arbeitszylinders ein einziges durchgehendes Teil bilden.

[0014] In einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die beiden Teile modular voneinander getrennt sind. Damit ergibt sich der Vorteil, dass man auf das vorhandene Gehäuse des Pumpensystems ein beliebiges Zylindergehäuse eines Antriebszylinders modular aufsetzen kann. Damit können unterschiedliche Arbeitszylinder mit dem Pumpengehäuse des Schwingankersystems verbunden werden.

[0015] Damit können auch unterschiedliche Anforderungen an die Kräfte im hydraulischen Antriebssystem und an die Hubanforderungen erfüllt werden.

[0016] Ein weiterer wesentlicher Vorteil ergibt sich dadurch, dass erfindungsgemäss auch vorgesehen ist, dass die Magnetspule leicht auswechselbar am Aussenumfang des Pumpengehäuses angeordnet ist. Auf diese Weise ist es nun einfach möglich, unterschiedliche Antriebsleistungen für den Pumpenkolben zu übertragen.

[0017] Der hydraulische Antrieb basiert auf dem Prinzip einer einfach wirkenden Kolbenpumpe. Er besitzt ausserdem ein zusätzliches Rückströmsystem für den Rückwärtslauf des Arbeitskolbens, der gegen eine Rückstellfeder wirkt.

[0018] In der nachfolgenden Erfindungsbeschreibung werden verschiedene Ausführungsformen als erfindungswesentlich beschrieben.

[0019] In einer ersten Ausführungsform wird ein Rückströmsystem beschrieben, welches zwischen dem Pumpenkolben des Pumpensystems und dem Arbeitskolben des hydraulischen Antriebssystems angeordnet ist. Hierbei wird gleichzeitig eine bestimmte Ventilsteuerung als erfindungswesentlich beansprucht.

[0020] In einer zweiten Ausführungsform wird mit einer zweiten Spule statt eines mechanisch bewegten Ventils ein magnetisch bewegtes Ventil beschrieben, welches im Wesentlichen aus einem magnetisch bewegbaren Steuerkolben besteht.

[0021] In der dritten Ausführungsform wird ein magnetisch bewegbarer Steuerschieber beschrieben.

[0022] Nachfolgend werden auch noch einige Varianten der Erfindung in Kurzform beschrieben:

Variante Schiebekolben

Das Kolbenteil ist als Schiebekolben in Funktion eines Wegeventils ausführbar. Dabei können die Kanäle in Förder- und Rückströmrichtung vertauscht werden, so dass der Arbeitskolben hydraulisch doppelwirkend betätigt werden kann.

Variante als reine Förderpumpe

[0023] Der hier vorgestellte Linearantrieb kann getrennt als Förderpumpe eingesetzt werden.

Fördermenge und Druckvariation

[0024] Eine der möglichen Varianten und Vorteil des Systems besteht darin, durch verschiedene Dimensionierung des Ankerkolbens Fördermenge und Druck zu variieren. Die Bauart ermöglicht ein sehr einfaches Auswechseln des Magnetspulenkörpers ohne Eingriffe in den geschlossenen Antriebsteil. Durch den Einsatz verschiedener Spulen können angepasste elektrische Spannungsund Leistungsanforderungen an den Antrieb erreicht werden.

Gestaltungsvariation Arbeitskolben

[0025] Eine Vielfalt von Varianten des Zylinders - und Arbeitskolbenteils in ihrer Abmessung ermöglicht Kräfte und Geschwindigkeiten entsprechend den Erfordernissen anzupassen.

Modularer Aufbau des Gesamtsystems

[0026] Das Gesamtsystem kann modular aufgebaut werden. Sowohl Pumpenteil wie Arbeitszylinderteil sind in sich geschlossene Einheiten und können im Baukastensystem miteinander verbunden werden.

[0027] Der Anwendungsbereich erstreckt sich auf alle Anwendungen, wo eine lineare Bewegung erforderlich ist und jegliche Hub- und Kraftanforderung abgedeckt werden soll.

Ergänzungen:

[0028] Der Ansaugraum kann ein Dehnelement beinhalten (Federbelasteter Kolben, Membrane etc.), das einen ständigen statischen Druck aufbringt und damit einerseits schädliche Luftbildung im Ansaugraum verhindert und andererseits dem Ausdehnungsverhalten Rechnung trägt.

[0029] Der Erfindungsgegenstand der vorliegenden Erfindung ergibt sich nicht nur aus dem Gegenstand der einzelnen Patentansprüche, sondern auch aus der Kombination der einzelnen Patentansprüche untereinander.

[0030] Alle in den Unterlagen, einschließlich der Zusammenfassung offenbarten Angaben und Merkmale, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellte räumliche Ausbildung, werden als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.

[0031] Im Folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich einen Ausführungsweg darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Hierbei gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile der Erfindung hervor.

[0032] Es zeigen:

Figur 1:

Schnitt durch eine erste Ausführungsform eines hydraulischen Antriebssystems,

Figur 2:

Stirnansicht auf die Anordnung nach Figur 1,

Figur 3:

ein Teilschnitt aus der Anordnung der Figur 1 mit einer Abwandlung bei der Überleitung des Druckölstroms in das Antriebssystem,

Figur 4:

eine weitere Variante gegenüber Figur 3 mit einem magnetisch bewegbaren Steuerschieber.

Figur 5:

eine weitere Variante gegenüber Figur 3 mit einem magnetisch bewegbaren Steuerschieber und abgeänderten Pumpenkolben.

[0033] In Figur 1 ist allgemein eine Schwingankerkolbenpumpe dargestellt, deren Pumpengehäuse als Rohrkörper 3 bezeichnet wird. Der magnetische Antrieb erfolgt hierbei über eine Magnetspule 7, die radial am Aussenumfang des Rohrkörpers 3 angeordnet ist. Der Rohrkörper ist etwa im Mittenberich der Magnetspule 7 durch ein unmagnetisches Mittelteil 8 unterbrochen.

[0034] An der einen Seite des Rohrkörpers 3 ist ein federbelastetes Einlassventil 4 angeordnet, welches aus einem an der hinteren Stirnseite angeordneten Ansaugraum 19 das Drucköl ansaugt.

[0035] Der Ansaugraum 19 besteht im Wesentlichen aus einem Verschlussring 51, der innen den Ansaugraum 19 ausbildet, wobei zur Vorspannung des Drucköls in dem Ansaugraum 19 ein verschiebbarer Druckkolben 52 angeordnet ist, der unter der Kraft einer Feder 53 gegen den Ansaugraum 19 verschoben wird. Auf diese Weise wird stets dafür gesorgt, dass das Drucköl aus dem Ansaugraum 19 in Pfeilrichtung 66 vorgespannt wird und über eine zugeordnete Einlassbohrung 29 dem Einlassventil 4 zufliesst.

[0036] Das Einlassventil und eine zugeordnete Querbohrung 25 sind hierbei im übrigen in einem festen Lagerteil 17 im Rohrkörper 3 gelagert. Das über das Einlassventil 4 einströmende Drucköl strömt in den Arbeitsraum 18 hinter dem Kolben 6 ein. Dieser Kolben besteht im Wesentlichen aus einem vorderen Kolbenkopf und einer fest daran ansetzenden Kolbenstange 27, die an ihrem hinteren Ende eine Querbohrung trägt, die in der eingezeichneten Stellung mit einer gehäusefesten Querbohrung 25 im Lagerteil 17 fluchtet.

[0037] Der Kolbenkopf des Kolbens 6 wird mittels einer Rückstellfeder 9 in die eingezeichnete Ruhelage vorgespannt und wirkt in der Arbeitsstellung gegen einen gehäusefesten Anschlag 31, der Teil eines ebenfalls gehäusefesten Lagerteils 30 ist.

[0038] Bei entsprechender magnetischer Beaufschlagung der Magnetspule 7 wird daher der Kolben 6 in der eingezeichneten Pfeilrichtung 67 in den Kolbenraum 20 hinein bewegt und verdichtet das dort befindliche Drucköl gegen ein Druckventil 5, welches dementsprechend geöffnet wird.

[0039] Das Drucköl tritt in die Ventilbohrung 33 des Druckventils 5 ein, überwindet die Ventilfeder und gelangt auf die Hinterseite eines Kolben 11, der als Steuerkolben dient.

[0040] Wichtig hierbei ist, dass der Steuerkolben 11 radial auswärts einen flüssigkeitsleitenden Spalt 22 bildet, so dass das Drucköl durch diesen Spalt 22 axial nach vorne in den vor dem Kolben 11 angeordneten Kolbenraum 21 fliesst.

[0041] Der Kolben 11 wird hierbei durch eine Rückstellfeder 15 in seiner Schliess-Stellung gehalten und wird bei entsprechender Beaufschlagung mit einem Druckstoss in axialer Richtung nach vorne gegen die Kraft der Rückstellfeder 15 bewegt.

[0042] Dieser Kolben 11 ist fest als Einheit mit einem Rohrstück 12 verbunden, welches in eine zugeordnete Führungsbohrung 68 eingreift.

[0043] Ferner trägt der Kolben 11 an seiner Vorderseite einen axial nach vorne gerichteten Ansatz mit einer Rückströmöffnung 13, der eine Gegenbohrung 23 im Rohrkörper 3 zugeordnet ist.

[0044] Der Kolben 11 zusammen mit dem stirnseitigen vorderen Ansatz und dem hinteren Rohrstück 12 wird von einer axialen Bohrung vollständig durchsetzt.

[0045] Bei Auftreffen eines Druckstosses aus dem Druckventil 5 auf die Rückseite des Kolbens 11 wird dieser damit axial nach links gegen die Kraft der Rückstellfeder 15 bewegt und der vordere, stirnseitige Ansatz mit der axialen Durchgangsbohrung taucht damit abdichtend in die gehäusefeste Gegenbohrung 23 und wird dort abgedichtet.

[0046] Damit kann keine Rückströmung mehr in den Ansaugraum über den axialen Kanal und die sich daran anschliessende Querbohrung 32 und 25, sowie 26 erfolgen.

[0047] Vielmehr strömt das Drucköl über die Querbohrung 69 in das Verbindungsstück 34 in die Zylinderbüchse 40 des hydraulischen Antriebssystems hinein.

[0048] Das Drucköl wird von dem Verbindungsstück 34 in Pfeilrichtung 43 in den rückwärtigen Zylinderraum 43 gefördert und wirkt dort auf die Rückseite des Kolbenteils 41, welches abdichtend in dem Zylinderraum 39 geführt ist.

[0049] Damit wird der gesamte Arbeitskolben 1 in Pfeilrichtung 70 nach aussen bewegt und wirkt auf eine nicht näher dargestellte Rückstellfeder 2.

[0050] Aus dem Zylinderraum 39 wird das verdrängte Drucköl über die Querbohrung 71 in den Längskanal 38 gefördert und strömt dort in Pfeilrichtung 44 zurück im Pumpengehäuse 40.

[0051] Über das Verbindungsstück 37 tritt das rücklaufende Drucköl in den Rückströmkanal 36 im Rohrkörper 3 des Pumpengehäuses zurück und fliesst unmittelbar in den Ansaugraum 19.

[0052] Neben dem obig genannten grossen Rückströmkanal gibt es noch den kleinen Rückströmkanal, der im Wesentlichen aus der Querbohrung 32 und dem sich daran anschliessenden Rückströmkanal 24 im Pumpengehäuse der Pumpe ergibt.

[0053] Wenn nämlich bei stillgesetzter Kolbenpumpe der Arbeitskolben 1 in Gegenrichtung zur Pfeilrichtung 70 zurück läuft, muss das sich im Arbeitsraum 42 befindliche Drucköl in Gegenrichtung zur Pfeilrichtung 43 über den dortigen Kanal und das Verbindungsstück 34 in den Sammelraum 19 zurück fliessen. Dies wird dadurch erreicht, dass dieses Drucköl nun über die Querbohrung 69 in den vorderen Kolbenraum 21 fliesst, dort in die Stirnseite der Rückströmöffnung 13 am Kolben 11 eintritt, den Kolben in axialer Richtung durchfliesst und an der Rückseite in die Querbohrung 32 eintritt.

[0054] Von dort aus fliesst das Öl über den besagten Rückströmkanal 24 in den Lagerraum zurück. Hierbei ist jedoch noch eine weitere Ventilsteuerung vorgesehen, die ein Rückströmen nur dann erlaubt, wenn einerseits der Kolben 11 sich in der eingezeichneten Ruhelage befindet und andererseits auch der Kolben 6 sich ebenfalls in der Ruhelage befindet.

[0055] Für diesen Fall verbindet nämlich die gehäusefeste Querbohrung 25 die im bewegbaren Kolben 6 angeordnete Kolbenstange 27, so dass das Öl über die in der Kolbenstange 27 angeordnete Querbohrung in die gehäusefeste Längsbohrung 26 eintritt und von dort aus in den Lagerraum 19 fliesst.

[0056] Dies wäre auch dann der Fall, wenn der Kolben 11 mit dem darin angeordneten Rohrstück 12 an der Arbeitsseite keine Vorrichtung zur Regelung der Sperrzeit für den Rückfluß des Öles über diesen Rücklaufweg aufweisen würde. In diesem Fall wäre der Ölrückfluß während des unteren Totpunktes des Kolbens 6 bzw. dessen Kolbenstange 27 so groß, dass wenigstens ein Teil des gerade geförderten Öles durch diesen Weg wieder zurückfließen würde, und somit kontraproduktiv für den Vorschub des Arbeitskolbens wirken würde. Dies ergibt sich aus dem Schwingsystem bestehend aus der Masse des Kolbens 6 mit seinen einzelnen Teilen, der Federkraft der Rückstellfeder 9 und der Magnetkraft der Magnetspule 7, welche die Antriebsarbeit verrichtet.

[0057] Um dies zu verhindern ist erfindungsgemäß eine Vorrichtung vorgesehen, die eine gewisse, durch entsprechende Dimensionierung der beteiligten Parameter, Federkraft und wirksamer Durchfluß des Öles, regelbare Totzeit für die Freigabe der Rückflußleitung vorsieht. Dadurch kann, unter Berücksichtigung statischer und dynamischer Eigenschaften des Systems, geregelt werden, ob überhaupt, und wenn, wieviel Öl durch die Rückflußleitungen zurückfließen kann. Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass kein Öl während des unteren Totpunktes des Kolbens 6 durch die Querbohrung 25 fließt, da dies ja den Vorschub des Arbeitszylinders 1 beeinträchtigen würde. Dieser würde zum Schwingen angeregt werden. Sollte jedoch ein Schwingverhalten gewünscht werden, so kann der Rückfluß selbstverständlich so geregelt werden, dass der Arbeitskolben 1 zumindest eine überlagerte Schwingung in seiner Antriebsbewegung erfährt.

[0058] Die Regelung dieser Totzeit ist nun in der vorliegenden Erfindung in einer bevorzugten Ausführungsform durch die Ausführung des Kolbens 11 mit den dazugehörigen Bauelementen und Funktionen realisiert.

[0059] Um in der Rückflußleitung des Öles eine entsprechende Totzeitregelung zu realisieren wurde erfindungsgemäß ein Stellglied entwickelt, das in der Form eines Kolbens 11 mit Ventilfunktion ausgebildet ist. Ein großer Teil des pro Arbeitshub der Pumpkolbens 6 zu fördernden Öles wird durch die in dem Kolben 11 angeordnete Durchgangsbohrung 12 (Rohrstück) hindurchgefördert, das auf Grund des wirksamen Querschnittes sich das Öl durch den hier deutlich geringeren Widerstand gegenüber der Spalt 22 hin zum Arbeitskolben 1 sucht. Erst wenn der Kolben 11 mit seiner Rückströmöffnung 13 in die Gegenbohrung 23 eintaucht wird gegebenenfalls noch Öl durch den Spalt 22 weiter in den Raum 21 und von da aus in das Verbindungssück 34 hin zum Arbeitskolben fließen.

[0060] Die hauptsächliche Leitung für den Rückfluß, das Rohrstück 12, ist also unwirksam. Über dies Verbindung kann so lange kein Öl fließen, bis die Rückströmöffnung 13 wieder freigegeben ist. Diese Freigabe kann nun durch die Beeinflussung der betreffenden Parameter geregelt werden. Somit kann genau festgelegt werden, wann das Rohrstück 12 wieder öldurchgängig geschaltet ist.

[0061] Im Weiteren kann durch entsprechende Parametrierung auch der Verschiebeweg der einzelnen Kolben 6, 11, 1 beeinflußt werden, so dass diese beispielsweise nicht den vollständigen Hubweg ausführen, und somit auch nicht an den enstprechenden Stirnseiten mit den zugeordneten Flächen zusammenstoßen. Dadurch ist auch eine enorme Geräuschreduktion möglich, und zwar so weit, dass das gesamte hydraulische Antriebssystem nahezu geräuschlos arbeitet.

[0062] Generell wird noch angeführt, dass die Regelung der Totzeit für die Rückströmung des Öles nicht zwingend durch einen sogenannten Steuerkolben / -zylinder, wie hier dem Kolben 11 erfolgen muß. Es sind dazu auch verschiedene andere Möglichkeiten gegeben. So sind z. B. in einer anderen Ausführungsform der Steuerzylinder 57 in der Figur 4 beschrieben, der ebenfalls in dieser #weise arbeitet. Die Ausführung in der Figur 3 zeigt einen magnetisch betätigten Steuerkolben 56, der ebenfalls diese Funktion ausübt. Weitere, entsprechende Ausführungsformen liegen somit im Umfang der Erfindung.

[0063] Es wird noch darauf hingewiesen, dass, um den Kolben 6 überhaupt magnetisch bewegen zu können, dieser am Aussenumfang mit einem Magnetring 28 versehen ist, der mit dem Magnetfeld der Magnetspule 7 zusammenwirkt.

[0064] Der Magnetring 28 kann zusammen mit dem Kolbenkopf und der Kolbenstange auch einen einheitlichen Körper bilden.

[0065] Es gibt einen weiteren Betriebsfall, bei dem es vorgesehen ist, dass der Kolben 6 entgegen der Kraft der Feder 9 in seiner nach links verschobenen Stellung verharrt, wenn er dementsprechend von der Magnetspule 7 beaufschlagt wird. Um für diesen Betriebsfall eine Rückströmung zu vermeiden, ist es vorgesehen, dass dann die Querbohrung in der Kolbenstange 27 nicht mehr mit der gehäusefesten Querbohrung 25 im Lagerteil 17 fluchtet, und damit ist der Rückstromfluss abgesperrt.

[0066] In der Zeichnung ist lediglich angegeben, dass das vordere, hydraulische Antriebssystem 35 mit dem Arbeitskolben 1 über die besagten Verbindungsstücke 37 und 34 lösbar mit dem Rohrkörper 3 des Pumpengehäuses verbindbar ist. Hierauf ist die Erfindung jedoch nicht beschränkt. Es kann auch vorgesehen sein, dass das vordere, hydraulische Antriebssystem 35 fest und unlösbar mit dem Rohrkörper 3 des sich dahinter anschliessenden Pumpensystems verbunden ist.

[0067] Der modulare Aufbau (die Steckbarkeit) der beiden Teile wird jedoch bevorzugt, weil es ein einfaches Auswechseln des vorderen Antriebssystems 35 ermöglicht. Damit können unterschiedliche Arbeitskolben 1 mit unterschiedlichen Hüben verwendet werden.

[0068] Die Verbindung der beiden Teile erfolgt im übrigen durch eine an der Stirnseite der Zylinderbüchse 40 angesetzten Schraube 49, die in eine zugeordnete Gewindebüchse 50 am Pumpengehäuse des Rohrkörpers 3 einschraubbar ist.

[0069] Der vordere Arbeitskolben 1 ist im übrigen fest mit einem Kolbenansatz 45 verbunden, der abdichtend in der Zylinderbüchse 40 geführt ist.

[0070] Der Kolbenansatz 45 bildet einen Ansatz verringerten Durchmessers aus, indem eine Entlüftungsbohrung 46 vorgesehen ist. Diese Entlüftungsbohrung mündet in die Atmosphäre. Der Anschlag verringerten Durchmessers wirkt mit einem gehäusefesten Anschlag 47 in der Zylinderbüchse 40 zusammen. Der Arbeitskolben 1 ist im übrigen abdichtend in einem stirnseitigen Führungsteil 48 der Zylinderbüches 40 in Längsrichtung verschiebbar geführt.

[0071] Wichtig ist, dass bei der erfindungsgemässen Pumpe beim Ansaugen immer ein konstantes Volumen vorhanden ist, weil durch die Vorspannung mit einem Druckkolben 52 der Ansaugraum 19 und das dort befindliche Hydrauliköl immer unter einer gewissen Vorspannung gehalten wird. Damit besteht kein bewegliches Volumen, und das Öl wird nicht aus einem freien Tank entnommen, sondern unter Verschluss gehalten.

[0072] Unabhängig von diesem konstanten Volumen im Ansaugraum 19, welches unter Federvorspannung gehalten wird, kann sich der Arbeitskolben 1 entsprechend der Arbeitsweise der Dosierkolbenpumpe bewegen und unterschiedliche Flüssigkeiten verdrängen.

[0073] Die Figur 2 zeigt allgemein die Stirnansicht der Anordnung, wo erkennbar ist, dass die Magnetspule 7 zentral eine Innenbohrugn 54 ausbildet, die über den Rohrkörper 3 des Pumpensystems geschoben ist.

[0074] Die Figuren 3 und 4 zeigen nun Abwandlungen des Steuerventilsystems nach Figur 1. Hier wird dargestellt, wie der in Figur 1 dargestellte Kolben 11 durch andere Steuerelemente ersetzt werden kann.

[0075] Die Figur 3 zeigt hierbei einen magnetisch angetriebenen Steuerkolben 56, der von einer eigenen Magnetspule 55 beaufschlagt wird. Hierbei ist im Pumpengehäuse wiederum eine magnetische Trennung 65 angeordnet, um einen Kurzschluss des Magnetfeldes zu vermeiden.

[0076] Entsprechend der Ansteuerung der Magnetspule 55 wird damit der Steuerkolben 56 in axialer Richtung entgegen der Kraft der Rückstellfeder 15 hin und her bewegt.
Der Steuerkolben 56 schlägt dann an eine gehäusefeste Stirnfläche 14 an.

[0077] Der Übersichtlichkeit halber ist noch als weitere Variante der Rücklaufsteuerung das in der Figur 1 bereits schon beschriebene Rohrstück 12 mit der axialen Durchgangsbohrung dargestellt, welches abdichtend- je nach Verschiebelage des Steuerkolbens 56 - in eine zugeordnete Sackbohrung 23 im gehäusefesten Teil eintaucht und damit die axiale Durchgangsbohrung verschliesst.

[0078] Alternativ hierzu ist jedoch eine axiale Durchgangsbohrung 72 im Steuerkolben 56 vorgesehen, dem ein zugeordnetes, federbelastetes Ventil 73 zugeordnet ist.

[0079] Dieses Ventil mündet in eine Durchgangsbohrung 74 und diese wiederum in den vorderen Kolbenraum 20 der Pumpe.

[0080] Fordert nun der nicht näher dargestellte Kolben der Pumpe Drucköl in Pfeilrichtung nach links, tritt dieses Drucköl über die Durchgangsbohrung 74 unter Überwindung des Ventils 73 durch die Durchgangsbohrung 72 im Steuerkolben 56 hindurch und gelangt über den Anschluss-Stift 34 in das Antriebssystem 35.

[0081] Gleichzeitig wird der Rückströmkanal mit dem Rohrstück 12 verschlossen, weil das vordere, stirnseitige Ende in die Sackbohrung 23 eintaucht.

[0082] In der Ruhestellung des Steuerkolbens 56 gilt der umgekehrt Fall. Das Ventil 73 ist geschlossen, und es erfolgt eine Rückströmung über das Verbindungsstück 34 und die nun offene axiale Bohrung im Rohrstück 12 und die Querbohrung 32 in den Ansaugraum 19.

[0083] Die sich einander ventilmässig ergänzenden Querbohrungen 25 im gehäusefesten Lagerteil 18 und die zugeordnete Querbohrung in der Kolbenstange 27 ist dann nicht mehr erforderlich.

[0084] Die Figur 4 zeigt eine weitere Variante einer entsprechenden Kolbensteuerung, wobei ebenfalls ein magnetisch bewegbarer Steuerschieber 57 verwendet wird, der von einer Magnetspule 55 angesteuert wird.

[0085] Vor dem Kolbenraum 20 ist das Lagerteil 30 angeordnet, welches die Ventilbohrung 33 aufweist, durch welches das vom nicht näher dargestellten Kolben erzeugte Drucköl in Pfeilrichtung das Druckventil 5 überwindet.

[0086] Dieses Drucköl tritt zunächst in den Arbeitsraum 75 vor dem Steuerschieber 57 ein, wobei der Steuerschieber mittels einer Rückstellfeder 58 in seiner linken Anschlagseite gehalten wird.

[0087] Ist hingegen der Steuerschieber 57 durch die Magnetspule aktiviert, dann nimmt er seine erste Steuerstellung ein. In dieser Stellung strömt das in dem Arbeitsraum 55 befindliche Drucköl über den Mittenkanal 59 und eine zugeordnete Querbohrung in eine sich daran anschliessende gehäusefeste Querbohrung 76 ein, von wo aus das Drucköl in Pfeilrichtung 77 in das Antriebssystem 35 hinein strömt.

[0088] Auf diese Weise wird das Drucköl in das Antriebssystem 35 eingespeist.

[0089] Der Rücklaufstrom des Öls aus dem Antriebssystem erfolgt über das Verbindungsstück 37, welches über Querbohrungen mit dem Rückströmkanal 36 verbunden ist. Dieser ist nun wiederum flüssigkeitsleitend mit einem Querkanal 60 verbunden, der gehäusefest ist. Diesem gehäusefesten Querkanal 60 liegt eine entsprechende - im Steuerschieber 57 angeordnete - Querbohrung 61 gegenüber, so dass in der aktivierten Stellung des Steuerschiebers 57 ein Rückstromfluss über die Querbohrung 61 in den Steuerschieber 57 hinein erfolgt und über den mittig angeordneten Querkanal 62 im Steuerschieber 57 in einen im Pumpengehäuse gehäusefest angeordneten Längskanal 78 zurück in den Ansaugraum 19 fliesst.

[0090] Vorteil dieser Ausführung ist, dass die im Ausführungsbeispiel in Verbindung mit der Kolbenstange 27 beschriebene Ventilsteuerung entfallen kann und die gesamte Steuerung des Rückflusses bereits schon im Bereich des Steuerschiebers 57 erfolgt.

[0091] Dies ist übrigens auch der Vorteil des Ausführungsbeispiels nach Figur 3.

[0092] Die andere Verschiebelage des Steuerschiebers 57 ermöglicht eine Gegenüberstellung der gehäusefesten Querbohrung 64 zu einer zugeordneten, im Steuerschieber angeordneten, Querbohrung 63.

[0093] Wenn sich also der Steuerschieber 57 in seiner linken Anschlagstellung befindet, kommt damit die Querbohrung 64 in Übereinstimmung mit dem Querkanal 63 und das Drucköl fliesst in axialer Richtung nach links (Pfeilrichtung 79), wobei der Arbeitskolben 1 eine Rückwärtsbewegung ausführt.

[0094] Je nach Stellung des Steuerschiebers 57 kann somit der Arbeitskolben 1 auf seiner Vorderseite oder seiner Rückseite mit Drucköl versorgt werden.

[0095] Es wird im übrigen noch zum Ausführungsbeispiel nach Figur 1 angefügt, dass die in dem Rohrstück 12 des Kolbens 11 angeordnete Bohrung als Führungsbohrung 68 bezeichnet wird.

[0096] Mit dem integrierten Pumpen- und Arbeitskolbensystem in einem Rohrstück ist ein einfaches platzsparendes und daher kostengünstiges Antriebssystem geschaffen worden. Die leichte Austauschbarkeit der Magnetspule ermöglicht ,rasch andere Leistungsspezifikationen zu erfüllen.

[0097] Die Figur 5 zeigt eine weitere Variante der vorliegenden Erfindung, welche gegenüber der Ausführung in Figur 3 mit einem magnetisch bewegbaren Steuerschieber und abgeänderten Pumpenkolben ausgestattet ist.

[0098] In diesem Ausführungsbeispiel mit Steuerschieber 57 befindet sichder Ankerteil mit Kolben27 im Gegensatz zu vorangehend angeführten Ausführungsformen im Ansaugraum 19 und fördert das Öl über das Einlassvenitl 4 in den Druckraum 20 und von dort über das Druckvenitl 5 über den Steuerschieber 57 in einen Arbeitszylinder. Das besondere an dieser Ausführungsform ist, dass dabei der Druckraum 20, das Einlaßventil 4, das Druckventil 5 und den Rückflußkanal 24 in einem Bauteil integriert werden können, und damit aufwändige Rückströmkanäle im Rohrkörper 3 entfallen können.

[0099] Zusammenfassend wird festgehalten, dass das System in einer ersten Ausführungsform vier Kolben aufweist, welche für die Ölführung und Kraftübertragung verantwortlich zeichnen. Diese sind der Kolben 52, der für die permanente Druckbeaufschlagung auf das System verantwortlich ist, und so dafür sorgt, dass das geschlossene Ölsystem nahezu Lufteinschluß arbeitet, der Kolben 6, der für die Komprimierung und Förderung des Öles zuständig ist, dem Kolben 11, der für die Steuerung des Ölflusses zuständig ist, und schlußendlich dem Arbeitskolben 1 mit seinem wirksamen Kolbenteil 41 für die zu erzeugenden, wirksame Linearbewegung.

[0100] Auf Grund der Tatsache, dass das gesamte System in jeder Ausführungsform als geschlossenes Ölsystem ausgebildet ist, besteht bei der vorliegenden technischen Lehre der Vorteil, dass so gut wie keine Blasenbildung und damit unweigerlich einhergehende Probleme durch Lufteinschlüsse im Öl verhindert werden. Somit verhindert der Systemaufbau als Doppeltwirkender Arbeitszylinder 1 die üblicher Weise auftretenden Probleme durch Lufteinschluß beispielsweise in Form von Blasenbildung bedingt durch freies einströmen des rücklaufenden Öls in den Tank bzw. Ansaugraum der Anlage. Somit ergibt sich der Vorteil, das das System einen permanenten Kraftschluß aufweist, wodurch eine kontinuierliche Linearbewegung des Arbeitskolbens gewährleistet wird, und nicht durch Lufteinschlüsse Schwankungen im Fördervolumen hervorgerufen werden, welche schlagartige Bewegungszustände verursachen.

[0101] Ermöglicht wird durch die technische Lehre der vorliegenden Erfindung auch eine gezielte, in ihrer Geschwindigkeit einstellbare Rückstellung des Arbeitskolbens. Die Einstellung erfolgt dabei mittels Dimensionierung des Leitungsquerschnittes des Öls. Durch die Beeinflussung des Querschnittes wird entsprechend der rückfließende Volumenstrom geregelt, wodurch sich schlußendlich die Rückstellgeschwindigkeit beeinflussen läßt.

[0102] Die Ausbildung als doppelt wirkender Zylinder geschieht mittels zweier entsprechend ansteuerbarer Ölführungen in dem als Rohr ausgebildeten System. Das bedeutet, dass der Kolbenteil 41 des Arbeitskolbens 1 auf beiden Seiten von Öl umspült ist. Das Öl im vorderen/äußeren Teil des Zylinders 39 wird, verursacht durch die Auswärtsbewegung des Kolbenteiles 41, durch die Querbohrung 71 in das Rücklaufsystem gepresst und so unmittelbar wieder dem Ansaugraum 19 zugeführt, wodurch der Ölkreislauf lufteinschlußfrei geschlossen ist. Bei der Rückstellung des Arbeitskolbens 1 erfolgt der Ölfluß in umgekehrter Richtung. Dabei besteht jedoch nach der technischen Lehre die Möglichkeit den Volumenstrom zu Steuern um die Rückstellgeschwindigkeit in gewünschter Weise zu beeinflussen.

[0103] Eine Beeinflussung des Vorschubs des Arbeitskolbens 1 ist nach der technischen Lehre der vorliegenden Erfindung ebenfalls vorgesehen. Diese kann mittels Anpassung der magnetischen Spulenkraft auf den das Öl fördernden Kolben 6 erfolgen. Die Steuerung erfolgt dabei in der Weise, dass die maximale Vorschubgeschwindigkeit bei 100 % Förderhub erfolgt, und eine Reduzierung des Förderhubes auf entsprechend weniger als 100 % demgemäß auch eine reduzierte Vorschubbewegung zur Folge hat, wodurch sich auf Grund der bekannten Zusammenhänge auch deren Geschwindigkeit reduziert.

[0104] Die Reduzierung des Förderhubes erfolgt durch den Einsatz einer entsprechend schwächer ausgewählten Magnetspule 7, welche den Kolben 6 nur mehr zum Teil entlang dessen maximalen Arbeitsweg bewegen vermag.

[0105] Die bereits umfangreich beschriebene Ansteuerung des Ölflusses kann nun in verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auf unterschiedlichste Weise erfolgen. Einmal, wie eben nochmals aufgeführt, mittels des durch den Öldruck selbst gesteuerten Kolben 11 in Zusammenwirkung mit den entsprechenden Ventilen, Einlaß- 4 und Auslaß 5, die hier als Rückschlagventile ausgebildet sind. Zusätzlich wirken dabei die Rückstellfeder 15 und Position des das Öl fördernden Kolbens 6 auf diesen ein, so dass lediglich durch die Beeinflussung der Position des Kolbens 6 die Rückstellgeschwindigkeit gesteuert werden kann.

[0106] Die Ansteuerung des Kolbens kann jedoch auch mittels Federkraft und/oder Magnetkraft erfolgen.

[0107] Ein weiteres mal wird die Steuerung mittels eines Zweiwegeventils, hier als Steuerschieber 57 bezeichnet, und den Rückschlagventilen 4, 5 durchgeführt. Dieser Steuerschieber bewirkt die Ölführung für Vorschub, Sperre und Rückstellung des Arbeitskolbens 1. Der Steuerschieber kann mittels Öldruck und/oder Federkraft und/oder Magnetkraft betätigt werden, um die gewünschete Steuerfunktion auszuüben.

Zeichnungslegende

[0108] 

1

Arbeitskolben

2

Rückstellfeder

3

Rohrkörper (Pumpe)

4

Einlassventil

5

Druckventil

6

Kolben

7

Magnetspule

8

Mittelteil

9

Rückstellfeder

10

Rohrstück

11

Kolben

12

Rohrstück

13

Rückströmöffnung

14

Stirnfläche

15

Rückstellfeder

16 17

Lagerteil

18

Arbeitsraum

19

Ansaugraum

20

Kolbenraum (vorne)

21

Kolbenraum (hinten)

22

Spalt (Kolben 11)

23

Gegenbohrung

24

Rückströmkanal

25

Querbohrung

26

Längsbohrung

27

Kolbenstange

28

Magnetring

29

Einlassbohrung

30

Lagerteil

31

Anschlag (Lagerteil 30)

32

Querbohrung

33

Ventilbohrung

34

Verbindungsstück

35

Antriebssystem

36

Rückströmkanal

37

Verbindungsstück

38

Längskanal

39

Zylinderraum

40

Zylinderbüchse

41

Kolbenteil

42

Zylinderraum

43

Pfeilrichtung

44

Pfeilrichtung

45

Kolbenansatz

46

Entlüftungsbohrung

47

Anschlag

48

Führungsteil

49

Schraube

50

Gewindebüchse

51

Verschlussring

52

Druckkolben

53

Feder

54

Innenbohrung

55

Magnetspule

56

Steuerkolben

57

Steuerschieber

58

Rückstellfeder

59

Mittenkanal

60

Querkanal

61

Querbohrung

62

Querkanal

63

Querkanal

64

Querbohrung

65

magn. Trennung

66

Pfeilrichtung

67

Pfeilrichtung

68

Führungsbohrung

69

Querbohrung

70

Pfeilrichtung

71

Querbohrung

72

Durchgangsbohrung

73

Ventil

74

Durchgangsbohrung

75

Arbeitsraum

76

Querbohrung

77

Pfeilrichtung

78

Längskanal

79

Pfeilrichtung

Ansprüche

1. Hydraulisches Antriebssystem mit Schwingankerkolbenpumpe mit Magnetantrieb, dadurch gekennzeichnet, dass im Anschluss an eine Dosierkolbenpumpe (3) an deren Gehäuse unmittelbar abdichtend, axial gerichtet eine Zylinderbüchse (40) angeschlossen ist, in der wenigstens ein hydraulisch bewegbarer Arbeitskolben (1) verschiebbar ist, so dass sie zusammen einen durchgehenden Bauteilkörper ausbilden.

2. Hydraulisches Antriebssystem nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das durch die Dosierkolbenpumpe (3) gepumpte Öl in einem geschlossenen, luftfreien Kreislauf geführt wird.

3. Hydraulisches Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kreislauf für das Öl den Arbeitskolben (1) in einer doppeltwikenden Funktion antreibt.

4. Hydraulisches Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorschub des Arbeitskolbens (1) anhand der Magnetstärke der Magnetspule (7) gesteuert werden kann.

5. Hydraulisches Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstellung des Arbeitskolbens (1) durch die Steuerung des Ölvolumenstromes anhand entsprechender Stellglieder (11; 56; 57) geregelt und/oder blockiert werden kann.

6. Hydraulisches Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (11; 56; 57) mittels Magnet und/oder Öldruck und/oder Federkraft betätigt wird.

7. Hydraulisches Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Hub jedes Förder- bzw. Steuerelementes (6;11;56;57) im System durch entsprechende Parametrierung der wirksamen Komponenten so eingestellt werden kann, dass er stirnseitig nicht an der zugeordneten Komponente anstößt.

8. Hydraulisches Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Vorspannung des Drucköls in dem Ansaugraum (19) ein verschiebbarer Druckkolben (52) angeordnet ist, der unter der Kraft einer Feder (53) gegen den Ansaugraum (19) verschoben wird.

9. Hydraulisches Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zu- und Rückleitungen für das Öl zum Teil in den Wandungen des rohrförmigen Körpers (3) und des Arbreitszylinders (40) geführt sind.

10. Hydraulisches Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckflüssigkeit unmittelbar in axialer Richtung von der Schwingankerkolbenpumpe (3) abgegeben und flüssigkeitsleitend in das Pumpengehäuse (40) des hydraulischen Antriebssystems eingespeist wird.

11. Hydraulisches Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingankerkolbenpumpe modular aufgebaut ist.

12. Hydraulisches Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass auf das Gehäuse des Pumpensystems (3) ein beliebiges Zylindergehäuse (40) eines Antriebszylinders modular aufsetzen werden kann, wodurch unterschiedliche Arbeitszylinder mit dem Pumpengehäuse des Schwingankersystems verbunden werden können.

13. Hydraulisches Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das hydraulische Antriebssystem (35) mit dem Arbeitskolben (1) über Verbindungsstücke (37) und (34) lösbar mit dem Rohrkörper (3) des Pumpengehäuses verbunden ist.

14. Hydraulisches Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetspule (7;55) leicht auswechselbar am Aussenumfang des Pumpengehäuses angeordnet ist, wodurch es einfach möglich ist, unterschiedliche Antriebsleistungen für den Pumpenkolben zu übertragen oder defekte Spulen zu tauschen, ohne dass das System vollständig zerlegt werden muß.

Zeichnung