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Dokumentenidentifikation DE3111065C2 28.02.1991
Titel Hydraulikpumpe
Anmelder Owatonna Tool Co., Owatonna, Minn., US
Erfinder Landrum, Michael Terrance, Elysian, Minn., US;
Anderson, Terrance Marvin, Owatonna, Minn., US
Vertreter Weickmann, H., Dipl.-Ing.; Fincke, K., Dipl.-Phys. Dr.; Weickmann, F., Dipl.-Ing.; Huber, B., Dipl.-Chem.; Liska, H., Dipl.-Ing. Dr.-Ing., Pat.-Anwälte, 8000 München
DE-Anmeldedatum 20.03.1981
DE-Aktenzeichen 3111065
Offenlegungstag 04.03.1982
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 28.02.1991
Veröffentlichungstag im Patentblatt 28.02.1991
IPC-Hauptklasse F04B 9/12

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Hydraulikpumpe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der US 34 48 658 ist eine Hydraulikpumpe mit einem von einem pneumatisch angetriebenen Motor hin- und herbewegbaren Pumpelement bekannt, bei welcher der Motor einen in dem Zylinder zwischen einer eingezogenen Endstellung und einer ausgefahrenen Endstellung verschiebbaren, mit dem Pumpelement gekuppelten Kolben aufweist. Der Kolben ist durch Druckgas, welches auf der Seite der eingezogenen Endstellung in einen Druckraum des Zylinders einführbar ist, in die ausgefahrene Endstellung bewegbar und von einer Rückholfeder wieder in die eingezogene Endstellung zurückbewegbar. Der Kolben enthält ein wechselweise zwischen einer geschlossenen Endstellung und einer geöffneten Stellung umschaltbares Steuerventil mit einem Ventilelement, das den Druckraum in der geschlossenen Stellung sperrt und in der geöffneten Stellung durch den Kolben hindurch mit einem Druckgasauslaß verbindet. Eine Steuereinrichtung schaltet bei Annäherung des Kolbens an die eingezogene Endstellung das Steuerventil durch Anschlagen des Steuerventils an einen Aufpralldämpfer an einer Stirnwand des Zylinders in die geschlossene Stellung um. Der Aufpralldämpfer wirkt auch auf den Kolben in dessen eingefahrener Stellung. In der ausgefahrenen Endstellung schaltet die einen Bypass-Kanal in dem Kolben aufweisende Steuereinrichtung das Steuerventil in die geöffnete Stellung um und hält das Steuerventil während der Bewegung von der ausgefahrenen Endstellung zur eingezogenen Endstellung zwangsweise in der geöffneten Stellung. Jedoch kann es während der letztgenannten Bewegung vorkommen, daß das Steuerventil durch Zurückprellen entgegen der Wirkung der Steuereinrichtung in die geschlossene Stellung kommt und die Pumpe stehenbleibt.

Der Aufpralldämpfer dämpft den Aufprall des Kolbens und des Steuerventils bei der Bewegung in die eingefahrene Endstellung und hält das Steuerventil bei Annäherung des Kolbens an die eingezogene Stellung sowie bei Beginn der aus der eingezogenen Stellung herausführenden Bewegung des Kolbens geschlossen.

Aus der DE-OS 21 02 591 ist ebenfalls eine Hydraulikpumpe der genannten Art, jedoch ohne Aufpralldämpfer bekannt. Diese Hydraulikpumpe kann stehenbleiben, wenn der Kolben bei Berührung der Stirnwand zurückprallt, sich dadurch das Steuerventil öffnet und es zu einem unbeabsichtigten Druckverlust in dem Druckraum kommt, wie dies in der Figurenbeschreibung näher erläutert ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Hydraulikpumpe der genannten Art anzugeben, bei der sowohl ein unbeabsichtigtes Schließen des Steuerventils während der Bewegung des Kolbens von der ausgefahrenen in die eingefahrene Endstellung verhindert wird, als auch ein unbeabsichtigtes Öffnen des Steuerventils bei Beginn der aus der eingezogenen Endstellung herausführenden Bewegung verhindert wird.

Die Lösung der Aufgabe ist im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegeben.

Durch das erste Federelement wird erreicht, daß während der Bewegung des Kolbens von der ausgefahrenen in die eingefahrene Endstellung das Steuerventil sicher geöffnet bleibt, wodurch ein Pumpenstillstand verhindert wird. Bei Beginn der aus der eingezogenen Endstellung herausführenden Bewegung des Kolbens muß, um den Arbeitshub des Motors einzuleiten, das Steuerventil entgegen der Wirkung des ersten Federelements sicher und ohne zu prellen wieder geschlossen werden. Hierzu ist zwischen der Stirnwand und dem Ventilelement des Steuerventils ein zweites Federelement vorgesehen, das das Steuerventil gegen die Kraft des ersten Federelements geschlossen hält.

Eine bevorzugte Ausführung des zweiten Federelements ist in Anspruch 2 angegeben.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine mittig geschnittene Ansicht von einer erfindungsgemäß aufgebauten Hydraulikpumpe mit Darstellung der Lage der Teile zu Beginn des Pumphubes, und

Fig. 2 eine geschnittene Teilansicht ähnlich Fig. 1 mit Darstellung der Pumpe nach Bewegung des Kolbens über eine kurze Wegstrecke beim Krafthub.

Die Hydraulikpumpe umfaßt ein allgemein mit 10bezeichnetes Gehäuse, in dem ein Fluidmotor und insbesondere ein mit 12 bezeichneter Luftmotor sowie eine allgemein mit 14 bezeichnete Hydraulikpumpe angeordnet sind. Die Hydraulikpumpe 14 hat ein Gußstück 16 mit einer Gewindebohrung 18, die ein Rückschlagventil mit einem kugelförmigen Ventilelement 20 aufnimmt, das den Zutritt des Hydraulikfluides zur Pumpe 14 über eine Passage 22 von einem Sammelbehälter im Gehäuse während des Rückzughubes des Motors 12 erlaubt. Das kugelförmige Ventilelement 20 verhindert jedoch eine Rückströmung des Hydraulikfluides in den Sammelbehälter während des Pumphubes des Motors.

Das Gußstück 16 enthält ferner eine in der Passage 25 befindliche Bohrung 24 mit einem Kugelrückschlagventil 26, das während des Pumphubes einen Durchtritt des Hydraulikfluides ermöglicht, jedoch eine Rückströmung verhindert. Das Kugelrückschlagventil 26 wird durch eine Feder 27, die auf einen Stößel 28 wirkt, in die Schließstellung gedrückt. Der Stößel 28 hat einen viereckigen Querschnitt, während die Passage 25 zylindrisch ausgebildet ist, so daß das Fluid über ein zwischenliegendes Einsatzstück 31, das durch eine Feder 32 in die gezeigte Stellung vorgespannt ist, zu einem auslaßseitigen Anschlußstück 30 strömen kann.

Die Pumpe 14 hat ein Pumpelement 35 in Form eines in einer Pumpkammer 36 beweglichen Stempels. Die Kammer 36 ist zum Teil in dem Gußstück 16 und zum Teil in einem Führungselement 37 ausgebildet, das in das Gußstück 16 eingeschraubt ist und eine zylindrische Bohrung aufweist, in der sich das Pumpelement 35 hin- und herbewegt. Das Führungselement 37 weist eine bei 38 allgemein angedeutete geeignete Abdichtungsanordnung auf, die die Pumpkammer gegenüber dem Luftmotor 12 abdichtet.

Der Luftmotor 12 hat einen Zylinder, der durch eine ringförmige Wand 40 und Stirnwände gebildet ist, wobei eine Stirnwand von einem Ende 41 des Gußstückes 16 gebildet wird und die andere Stirnwand das Bezugszeichen 42 trägt. Ein Kolben 45 ist in dem Zylinder hin- und herbewegbar und mit dem Pumpelement 35 durch eine Befestigungseinrichtung 46 verbunden. Eine Rückholfeder 47 wirkt zwischen dem Gußstück 16 und dem Kolben 45 und drückt diesen beim Rückzughub in die in Fig. 1 gezeigte eingezogene Stellung.

Die Stirnwand 42 des Zylinders ist mit Druckluftpassagen versehen, die die Druckluft von einer Quelle zu einem Ende des Zylinders und insbesondere zu dessen linksseitigem Ende in Fig. 1 leiten. Die Druckluft wird über eine Leitung 50 zugeführt, und die Passagen in der Stirnwand umfassen eine Passage 51, die mit einer Querpassage 52 verbunden ist, welche zum Zylinder führt, und eine Bohrung 53, die sich mittig in ein Ende des Zylinders öffnet.

Der Luftmotor bewegt sich ständig hin und her, solange Druckluft in die Leitung 50 eingeführt wird.

Der Kolben hat ein Steuerventil in Gestalt einer bei 60 allgemein angedeuteten Ventileinrichtung, die beweglich mit dem Kolben 45 verbunden ist. Die Ventileinrichtung umfaßt ein Ventilelement 61 und einen Betätigungskolben 62. Das Ventilelement 61 ist in Fig. 1 in der Schließstellung gezeigt, bei der es an einem Ventilsitz 63 anliegt. Wenn das Ventilelement 61 die geöffnete Stellung einnimmt, d.h. in Abstand vom Ventilsitz 63 steht, ergibt sich ein Luftströmungsweg zwischen den gegenüberliegenden Seiten des Kolbens 45 über Kolbenpassagen 64 und 65. Bei Lage der Teile gemäß Fig. 1 wirkt die zum linksseitigen Ende des Zylinders 40 geleitete Druckluft auf die Seite des Kolbens, die der Stirnwand 42 zugewandt ist, um den Kolben gegen die Kraft der Feder 47 nach rechts zu bewegen. Wie in der DE-OS 21 02 591 beschrieben, kommt nach Bewegung einer Umfangsdichtung 70 am Kolben 45 über einen Bypass-Kanal 71 hinaus, der an der Innenseite der Zylinderwand 40 ausgebildet ist, die Druckluft über eine Passage 76 in Verbindung mit einer Kammer 75 im Kolben, die den Betätigungskolben 62 aufnimmt, so daß sich der Betätigungskolben in Fig. 1 nach links bewegt und das Ventilelement 61 in die geöffnete Stellung verschoben wird. Infolgedessen kann die Druckluft durch die Kolbenpassagen 64 und 65 strömen und den Druckunterschied über dem Kolben beseitigen, so daß die Feder 47 den Kolben 45 in Fig. 1 nach links drücken kann. Die durch den Kolben 45 strömende Luft kann am rechten Ende des Zylinders 40 durch eine Passage 80 und dann zur Atmosphäre über einen allgemein bei 81 angedeuteten Schalldämpfer entweichen.

Wenn sich der Kolben 45 bei seinem Rückzughub in die in Fig. 1 gezeigte eingezogene Endstellung bewegt, berührt das Ventilelement 61 die Stirnwand 42 des Zylinders, wodurch das Ventilelement in die Schließstellung kommt. Während des Rückzughubes des Kolbens wurde das Ventilelement 61 durch die in der Kolbenkammer 75 eingeschlossene Luft offengehalten. Kurz vor Erreichen der eingezogenen Endstellung hat sich die Kolbendichtung 85 in eine Stellung bewegt, bei der die Bypass-Kanäle 71 die Kolbenpassage 76 mit dem Druckluftauslaß 80 verbinden, so daß sich der Betätigungskolben frei nach rechts bewegen kann, wenn das Ventilelement 61 in die Schließstellung bewegt ist. Bei weiterer Zufuhr von Druckluft über die Leitung 50 wiederholt sich der Arbeitszyklus von Motor und Pumpe.

Der vorbeschriebene Aufbau und dessen Arbeitsweise entspricht im wesentlichen der DE-OS 21 02 591 entsprechend der US-Patentschrift 35 97 121. Zur Unterstützung des Ventilelementes 61 hinsichtlich der Beibehaltung der geöffneten Stellung bei der Bewegung des Kolbens 45 von der ausgefahrenen in die eingezogene Stellung ist ein Federelement 86 in der Kolbenkammer 75 angeordnet. Dieses Federelement 86 drückt federnd den Betätigungskolben 62 in eine Stellung, bei der das Ventilelement 61 die geöffnete Position beibehält.

Bei der vorbeschriebenen im Einsatz befindlichen Anordnung wurde festgestellt, daß die Hydraulikpumpe anfällig für Fehlfunktionen infolge eines Rückpralles des Kolbens 45 ist, wenn dieser die Stirnwand 42 des Zylinders während seines Rückzughubes berührt. Der Rückprall bewirkt einen momentanen Druckabfall im Zylinder nahe der Stirnwand 42 zu Beginn des Pumphubes und einer Bewegung des Kolbens 45 in die ausgefahrene Stellung. Wenn der Druck auf einen ausreichend niedrigen Wert abfällt, ergeben sich Kräfte, die das Ventilelement 61 zur Öffnung bringen können. Diese Kräfte stammen aus der in der Kolbenkammer 75 eingeschlossenen Restdruckluft, aus Trägheitsmomenten, aus der Kraft der Feder 86 und der Freigabe der gespeicherten Energie im Ventilelement 61, das aus einem Material mit einer gewissen Federeigenschaft gebildet ist. Falls diese Kräfte das Ventilelement 61 in eine geöffnete Stellung bewegen, die nicht mit der voll geöffneten Stellung übereinstimmt, wirkt das Ventilelement wie eine Drosselbohrung, indem sich eine Strömung durch die Kolbenpassagen 64 und 65 zum Auslaß ergibt. Dies könnte dazu führen, daß der Kolben 45 aus dem Gleichgewicht kommt, da der auf das linke Ende des Kolbens wirkende Luftdruck nicht durch die Rückholfeder 47 und durch die in Verbindung mit dem Kolben 45 vorliegenden Reibungskräfte überwunden werden kann. Des weiteren kann die Rückholfeder 47den Luftdruck und die Reibungskräfte bei der Rückzugbewegung des Kolbens 45 in eine Richtung nicht überwinden, bei der das Ventilelement 61 wieder in Anlage am Ventilsitz kommt. Infolgedessen kann der Kolben 45 in einer zwischenliegenden Stellung zum Stillstand kommen.

Um eine solche mögliche Fehlfunktion zu vermeiden, sind Einrichtungen vorgesehen, die das Ventilelement 61 in Schließstellung halten, wenn der Kolben 45 mit seiner Bewegung beim Pumphub beginnt oder während eines möglichen Rückpralles des Kolbens am Ende des Rückzughubes. Diese Einrichtung umfaßt ein Federelement in Form von einer Schraubenfeder 90, die in der Bohrung 53 der Stirnwand 42 angeordnet und mit einem an der Basis der Bohrung liegenden Ende an der Stirnwand durch ein Befestigungselement 91 befestigt ist. Wenn sich die Schraubenfeder 90 in der inaktiven Stellung befindet, erstreckt sie sich über die Stirnwand 42 hinaus. In der in Fig. 1 gezeigten Lage wird sie im wesentlichen vollständig durch die Berührung mit dem Ventilelement 61 zusammengedrückt.

Wenn sich der Kolben 45 in die eingezogene Stellung bewegt, kommt das Ventilelement 61 in Berührung mit der Schraubenfeder 90, so daß diese zusammengedrückt wird und gegen das Ventilelement 61 eine Kraft ausübt, die das Ventilelement 61 in Schließstellung hält, wenn sich der Kolben 45 beim Pumphub von der eingezogenen Stellung wegbewegt. Die Schraubenfeder 90 ist steifer als die Feder 86 in der Kolbenkammer 75 und übt daher eine größere Kraft aus, so daß die Schraubenfeder 90 das Ventilelement 61 während der Anfangsphase des Pumphubes des Kolbens 45 geschlossen hält und damit die Möglichkeit ausschaltet, daß sich das Ventilelement 61 bei einem Rückprall des Kolbens 45 unbeabsichtigt öffnet.


Anspruch[de]
  1. 1. Hydraulikpumpe mit einem von einem pneumatisch angetriebenen Motor (12) hin- und herbewegbaren Pumpelement (35), bei welcher der Motor (12) einen in einem Zylinder (40) zwischen einer eingezogenen Endstellung und einer ausgefahrenen Endstellung verschiebbaren, mit dem Pumpelement (35) gekuppelten Kolben (45) aufweist, der durch Druckgas, welches auf der Seite der eingezogenen Endstellung in einen Druckraum des Zylinders (40) einführbar ist, in die ausgefahrene Endstellung bewegbar ist und von einer Rückholfeder (47) wieder in die eingezogene Endstellung zurückbewegbar ist,

    wobei der Kolben (45) ein wechselweise zwischen einer geschlossenen Stellung und einer geöffneten Stellung umschaltbares Steuerventil (60) mit einem federnden Ventilelement (61) enthält, das den Druckraum in der geschlossenen Stellung sperrt und in der geöffneten Stellung durch den Kolben (45) hindurch mit einem Druckgasauslaß (80) verbindet, und eine Steuereinrichtung (62, 71, 76) bei Annäherung des Kolbens (45) an die eingezogene Endstellung das Steuerventil (60) durch Anschlagen des federnden Ventilelements (61) an eine Stirnwand (42) des Zylinders (40) in die geschlossene Stellung und in der ausgefahrenen Endstellung in die geöffnete Stellung umschaltet,

    wobei die einen Bypasskanal (71) in der Wand des Zylinders (40) aufweisende Steuereinrichtung (62, 71, 76) das Steuerventil (60) während der Bewegung von der ausgefahrenen Endstellung zur eingezogenen Endstellung zwangsweise in der geöffneten Stellung hält,

    dadurch gekennzeichnet,

    daß in dem Kolben (45) ein in Eingriff mit dem Steuerventil (60) stehendes erstes Federelement (86) angeordnet ist, welches das Steuerventil (60) auf die geöffnete Stellung zu drückt, und

    daß ein zwischen der Stirnwand (42), an die das federnde Ventilelement (61) in der zurückgezogenen Endstellung anschlägt, und dem Ventilelement (61) wirksames zweites Federelement (80) vorgesehen ist, das das Steuerventil (60) bei Beginn der aus der eingezogenen Endstellung herausführenden Bewegung gegen die Kraft des ersten Federelementes (86) geschlossen hält.
  2. 2. Hydraulikpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Federelement als in einer Bohrung (53) einer Stirnwand (42) des Zylinders (40) angeordnete Schraubenfeder (80) ausgebildet ist.






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