EP0071655B1 - Pneumatisch betätigte Hydraulikpumpe - Google Patents
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- EP0071655B1 EP0071655B1 EP81106100A EP81106100A EP0071655B1 EP 0071655 B1 EP0071655 B1 EP 0071655B1 EP 81106100 A EP81106100 A EP 81106100A EP 81106100 A EP81106100 A EP 81106100A EP 0071655 B1 EP0071655 B1 EP 0071655B1
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Classifications
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
- F01L25/00—Drive, or adjustment during the operation, or distribution or expansion valves by non-mechanical means
- F01L25/02—Drive, or adjustment during the operation, or distribution or expansion valves by non-mechanical means by fluid means
- F01L25/04—Drive, or adjustment during the operation, or distribution or expansion valves by non-mechanical means by fluid means by working-fluid of machine or engine, e.g. free-piston machine
- F01L25/06—Arrangements with main and auxiliary valves, at least one of them being fluid-driven
- F01L25/066—Arrangements with main and auxiliary valves, at least one of them being fluid-driven piston or piston-rod being used as auxiliary valve
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B9/00—Piston machines or pumps characterised by the driving or driven means to or from their working members
- F04B9/08—Piston machines or pumps characterised by the driving or driven means to or from their working members the means being fluid
- F04B9/12—Piston machines or pumps characterised by the driving or driven means to or from their working members the means being fluid the fluid being elastic, e.g. steam or air
- F04B9/129—Piston machines or pumps characterised by the driving or driven means to or from their working members the means being fluid the fluid being elastic, e.g. steam or air having plural pumping chambers
Definitions
- the invention relates to a pneumatically operated hydraulic pump, with a double-acting working piston, which can be acted upon alternately via a directional control valve, for actuating hydraulic pump elements, with a spool valve in the directional control valve, which is derived from the pressurization of the working piston and can be displaced between two working positions Connects compressed air connection and another supply connection with a return connection, the return connections being located in approximately the same radial planes - with respect to the longitudinal piston axis - as the supply connections.
- the two ends of the spool are used in the directional control valve for the pilot pressure.
- the pilot pressure effective area corresponds to the cross-sectional area of the spool.
- a circumferential annular groove is formed in the piston valve for connecting a supply connection to the associated return connection.
- the pilot pressure is derived from the pressure on one side of the working piston and is guided to one end of the spool so that it moves to its other working position, in which it applied the pressure to the previous one Side of the working piston and creates a passage from the pressure supply to the other side of the working piston.
- the pilot pressure is reduced after the spool has moved to its new working position above the spool.
- the invention has for its object to improve a pneumatically operated hydraulic pump of the type mentioned in such a way that it starts reliably again when its piston remains motionless for a long time in the state of equilibrium.
- the piston slide is assigned a coaxial auxiliary piston of smaller diameter on the end face, which is guided in a displaceably sealed manner in the directional control valve housing and can be acted upon with pilot pressure at its end facing away from the piston slide, that between the sealing guides for the auxiliary piston and one of two annular chambers is arranged at the respective end face of the piston valve, whereby the compressed air can leak into these annular chambers and a throttled ventilation channel is formed between the front end of the piston valve which blocks the connection from the compressed air connection to the associated return connection and the return connection.
- the piston slide immediately gives up its previously explained intermediate position even after a long standstill with simultaneous standstill of the working piston when the back pressure on the working piston decreases and the state of equilibrium is released.
- the spool is reliably moved from this intermediate position to the new working position because the compressed air from the previously loaded side of the working piston can leak through the spool and builds up in front of the front end of the spool, since it prevents free flow through the return port, which has not yet been released becomes.
- auxiliary pistons are formed in one piece with the piston slide or are attached to the front ends of the piston slide.
- an embodiment is favorable in which the auxiliary pistons are formed separately from the piston slide and can be alternately placed against the respective end face at pilot pressure.
- the last-mentioned embodiment is cheaper in terms of production technology and with regard to the mounting of the directional control valve.
- each auxiliary piston can be displaced in a through bore of a guide sleeve fixed in the piston slide bore, which separates a pilot pressure chamber from the aforementioned chamber, which is delimited by the respective end face and the guide sleeve.
- a cylindrical through piston slide bore can be provided in the housing of the directional control valve, into which the two guide sleeves are screwed after the piston slide has been inserted, before the auxiliary pistons are to be inserted into the through holes of the guide sleeves.
- each venting channel is formed by at least one worn-off jacket area of the piston valve, which extends in the longitudinal direction from the free front end of the piston valve to the jacket area which is in a working position in front of the return connection. To do this, it is sufficient to grind or mill off the piston valve casing in the specified longitudinal extent range.
- each ventilation duct can also be designed as a housing bore leading from the annular chamber to the return connection. It is only important that the venting channel vents the chamber when this ring chamber itself is shut off from the return port by the position of the piston valve.
- a pneumatically operated hydraulic pump 1 is arranged in a trough-shaped container 2. It is surrounded on all sides by hydraulic fluid 4. The container is closed with a lid 3.
- a compressed air supply line 5 leads to the pneumatic part of the pump, while a return line 6 leads away from it and out of the container.
- a hydraulic pressure line leads from the hydraulic part of the pump 1 to a consumer, not shown, e.g. a hydraulic accumulator.
- the hydraulic pump 1 consists of a cylinder liner 18, which is closed at both ends by cylinder bottoms 7, so that a closed cylinder space 8 is created therein. Between the cylinder bottoms 7, a double-acting pneumatic working piston 9 is slidably mounted, which is equipped with ring seals 10 on the circumference. A transverse bore 11 passes through the working piston 9.
- the working piston 9 also has a continuous piston rod 12 or two piston rod stubs which are sealed by the cylinder bottoms 7 and seals 13 and project displaceably outwards.
- a directional control valve 14 is placed astride the cylinder liner 18; Via the directional control valve 14, compressed air is fed from the compressed air supply line 5 alternately via supply connections 20 and 21 to a piston side of the working piston 9. The used compressed air is led to the return line 6 via return connections 28, 29 which can be seen in detail from FIGS. 2 to 4.
- Small flow channels 23 in the cylinder liner 18 serve to tap pilot pressure.
- the directional control valve 14 is actuated with this pilot pressure.
- the flow channels 23 are run over by the ring seals 10 of the working piston 9 in such a way that its position causes the directional control valve to be reversed and the partial cylinders to be acted upon properly.
- a support part 27 is fastened with clamping screws, to each of which a hydraulic pump element 19 is fastened.
- Each pump element 19 has a pressure valve, not shown, and a suction valve, as well as a plunger 34, which is provided with a collar 35 at the free end and is thus pressed by a spring 33 against the free end of the piston rod 12, designated 22.
- the hydraulic pump 1 works as follows:
- the compressed air comes from the supply line 5 and the supply connection 21 to the left side of the working piston 9 and shifts it to the right.
- the compressed air located on the right side of the piston is pressed through the supply connection 20 and the directional control valve into the return line 6.
- the working piston 9 caused an ejection stroke for hydraulic fluid via the piston rod 12 in the right pump element 19.
- the spring 33 has brought about a suction stroke and tracked the plunger 34 of the movement of the piston rod 12.
- the directional control valve 14 has a cuboid housing 15, which is attached directly to the cylinder liner 18 via an intermediate layer 16.
- the housing 15 is penetrated in the longitudinal direction by a cylindrical piston slide bore 17.
- Supply connections 25 and 26 are assigned opposite the compressed air connection 24, but offset laterally thereto, to which the supply connections 20 and 21 connect to the respective piston sides.
- paired return connections 28 and 29, which lead to the return line 6 in a manner not shown.
- the return connections 28 and 29 cut the piston slide bore on the outside (see FIGS. 3 and 4).
- the piston slide 30 is guided so as to be longitudinally displaceable and has a vertically continuous elongated hole 31 and flat end faces 32.
- the ends of the housing bore 17 are sealed by locking screws 36 which delimit pilot pressure chambers 37 inside the housing.
- the pilot pressure chambers 37 are on the other hand delimited by guide sleeves 38, each of which is provided with a seal 40 and fixed in the piston slide bore 17.
- An annular chamber 39 is formed between the inner end face of each guide sleeve 38 and the end face 32 of the piston valve facing it.
- auxiliary piston 41 In each guide sleeve 38, an auxiliary piston 41 is guided in a sealed, displaceable manner, the outer end of which protrudes into the pilot pressure chamber 37, while its inner end can be placed against an end 32 of the piston slide 30.
- a pin 42 In the housing 15, a pin 42 is also provided, which protrudes into the elongated hole 31 and both secures the piston slide 30 and causes a stroke limitation.
- Housing bores 43 and 44 lead from the flow channels 23 to the pilot pressure chambers 37. Plugs 45 close auxiliary bores in the housing, which are not highlighted, and which belong to the feed connections 25 and 26.
- a throttled ventilation duct 46 From each annular chamber 39, a throttled ventilation duct 46 leads to a return connection 28, 29.
- These ventilation ducts 46 (FIG. 2, 3) are formed by lateral abrasion on the jacket of the piston slide 30, these removals extending from the respective front end of the piston valve to the jacket region extend with which the spool 30 is in a
- FIG 4 shows a variant in the formation of a ventilation channel 46 ', this being designed as a housing bore from the annular chamber 39 to the return connection 28 (indicated by dashed lines).
- the supply connection 25 is first shut off and at the same time the supply connection 26 is separated from the return connections 29. Subsequently, the left end 32 of the piston slide releases the connection from the supply connection 25 to the annular chamber 39 and from this to the return connections. At the same time, a connection is established from the compressed air connection 24 via the elongated hole 31 to the supply connection 26.
- the working piston 9 is reversed. As long as the back pressure from the pump elements 19 is still lower than the force generated by the working piston depending on the level of the pressure of the compressed air, the working piston moves back and forth in cycles.
- the pump With increasing back pressure of the hydraulic pump elements, the pump approaches an equilibrium state in which the force of the working piston is finally canceled by the counterforce of a pump element. When this equilibrium state is approached, the reciprocating movement of the working piston slows down until it finally stops. The last work cycle of the working piston runs at a speed that is almost imperceptible to the human eye.
- the state of equilibrium can occur when the working piston is in a position, and this is often the case in which the left-hand ring seal 10 (see FIG. 2) has not yet passed over the flow channel 23. Accordingly, sufficient pilot pressure cannot build up in the pilot pressure chamber 37 and would be able to move the piston slide fully into its right-hand working position via the auxiliary piston 41.
- This effect of the pressure pulse in the annular chambers 39 also occurs reliably when the auxiliary pistons are formed in one piece with the piston slide. It is only important that the cross-sectional area of the auxiliary pistons is smaller than the effective area of the piston slide in the annular chamber 39, and that a throttled ventilation line leads out of the annular chambers 39, which breaks down the air cushions, which have the desired effect of the relatively weak pressure pulses or that of them could compensate pressure impulses on the spool.
- the front ends 32 of the piston slide release the feed ports 25, 26 in advance of the return ports.
- small bevels are provided at the mouths of the feed connections, or a small offset is provided between each feed connection and its opposite return connection - with respect to the longitudinal axis of the slide.
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Description
- Die Erfindung betrifft eine pneumatisch betätigte Hydraulikpumpe, mit einem doppelt wirkenden, über ein Wegesteuerventil wechselseitig beaufschlagbaren Arbeitskolben zum Betätigen hydraulischer Pumpelemente, mit einem durch von der Druckbeaufschlagung des Arbeitskolbens abgeleiteten Vorsteuerdruck zwischen zwei Arbeitsstellungen verschiebbaren Kolbenschieber im Wegesteuerventil, der in jeder Arbeitsstellung einen Zuführanschluss mit einem Druckluftanschluss und einen anderen Zuführanschluss mit einem Rücklaufanschluss verbindet, wobei die Rücklaufanschlüsse in annähernd denselben Radialebenen - bezogen auf die Kolbenschieberlängsachse - wie die Zuführanschlüsse liegen.
- Bei einer bekannten, pneumatisch betätigten Hydraulikpumpe (DE-U 7919602 und DE-A 2915096) werden die beiden Stirnenden des Kolbenschiebers im Wegesteuerventil für die Vorsteuerdruckbeaufschlagung benutzt. Die Vorsteuerdruck-Wirkfläche entspricht der Querschnittsfläche des Kolbenschiebers. Zur Verbindung jeweils eines Zuführanschlusses mit dem zugehörigen Rücklaufanschluss ist im Kolbenschieber eine umlaufende Ringnut ausgebildet. Wenn die Druckluft vom Arbeitskolben in den Rücklaufanschluss abgelassen wird, beaufschlagt sie die beiden Flanken der Ringnut mit dem jeweils herrschenden Druck. Da die Flankenflächen einander gleich gross sind, ergibt sich keine Reaktionskraft für den Kolbenschieber. Zum Umsteuern des Kolbenschiebers von der einen Arbeitsstellung in die andere Arbeitsstellung wird der Vorsteuerdruck vom Druck auf einer Seite des Arbeitskolbens abgeleitet und auf das eine Stirnende des Kolbenschiebers geführt, so dass dieser in seine andere Arbeitsstellung fährt, in der er den Druck auf der zuvor beaufschlagten Seite des Arbeitskolbens ablässt und einen Durchgang von der Druckversorgung zur anderen Seite des Arbeitskolbens herstellt. Der Vorsteuerdruck wird jeweils nach der Verschiebung des Kolbenschiebers in seine neue Arbeitsstellung über den Arbeitskolben abgebaut. Es hat sich nun in der Praxis gezeigt, dass, insbesondere wenn die pneumatisch betätigte Hydraulikpumpe gegen einen hydraulischen Druckspeicher arbeitet, allmählich ein Gleichgewichtszustand zwischen dem pneumatisch beaufschlagten Arbeitskolben und dem gerade fördernden hydraulischen Pumpelement erreicht wird. Die hin- und hergehende Bewegung des Arbeitskolbens verlangsamt sich bei Annäherung an diesen Gleichgewichtszustand immer stärker, bis der Arbeitskolben schliesslich zum Stillstand kommt. Häufig steht der Arbeitskolben in der Gleichgewichtsstellung von einer Endstellung, und der Kolbenschieber schleicht dann sozusagen aus der einen Arbeitsstellung in Richtung auf die andere Arbeitsstellung. Es hat sich nun erwiesen, dass der Kolbenschieber dabei nicht vollständig in die neue Arbeitsstellung gelangt, sondern kurz vorher in einer Zwischenstellung hängenbleibt, in der die Verbindung zwischen dem noch druckbeaufschlagten Arbeitsraum an einer Seite des Arbeitskolbens zum Rücklaufanschluss noch nicht hergestellt ist. Wenn dann der Gegendruck am hydraulischen Pumpelement nachlässt, da beispielsweise Druckmittel aus dem Druckspeicher abgezogen wird, müsste der Kolbenschieber nun vollends in seine neue Arbeitsstellung fahren, um die anstehende Druckluft von der einen Seite des Arbeitskolbens abzulassen und die andere Seite mit Druck zu beaufschlagen. Der Kolbenschieber bleibt aber in dieser Zwischenstellung hängen und verlässt sie auch dann nicht mehr, wenn der Gegendruck des hydraulischen Pumpelements vollständig abgebaut wird. Es liegt auf der Hand, dass eine solche Pumpe dann nicht verwendet werden kann, wenn es auf eine zuverlässige Förderung ankommt, zum Beispiel beim Geschlossenhalten einer hydraulischen Presse oder dergleichen.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine pneumatisch betätigte Hydraulikpumpe der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass sie zuverlässig auch dann wieder anläuft, wenn ihr Arbeitskolben über längere Zeit im Gleichgewichtszustand bewegungslos verharrte.
- Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass dem Kolbenschieber stirnseitig je ein koaxialer Hilfskolben kleineren Durchmessers zugeordnet ist, der im Wegesteuerventil-Gehäuse abgedichtet verschieblich geführt und an seinem dem Kolbenschieber abgewandten Ende mit Vorsteuerdruck beaufschlagbar ist, dass zwischen den abdichtenden Führungen für die Hilfskolben und dem jeweiligen Stirnende des Kolbenschiebers jeweils eine von zwei Ringkammern angeordnet ist, wobei die Druckluft in diese Ringkammern hineinlecken kann und wobei ein gedrosselter Entlüftungskanal zwischen dem jeweils die Verbindung vom Druckluftanschluss zum zugehörigen Rücklaufanschluss absperrenden Stirnende des Kolbenschiebers und dem Rücklaufanschluss ausgebildet ist.
- Es hat sich überraschend gezeigt, dass bei einer solchen Ausbildung der pneumatisch betätigten Hydraulikpumpe der Kolbenschieber auch nach längerem Stillstand bei gleichzeitigem Stillstand des Arbeitskolbens seine zuvor erläuterte Zwischenstellung sofort aufgibt, wenn der Gegendruck am Arbeitskolben nachlässt und der Gleichgewichtszustand aufgehoben ist. Der Kolbenschieber wird aus dieser Zwischenstellung deswegen zuverlässig in die neue Arbeitsstellung verschoben, weil die Druckluft von der zuvor beaufschlagten Seite des Arbeitskolbens am Kolbenschieber durchlecken kann und sich vor dem Stirnende des Kolbenschiebers staut, da sie gegen ein freies Durchströmen in den noch nicht freigegebenen Rücklaufanschluss gehindert wird. In der Ringkammer zwischen der abdichtenden Führung für den Hilfskolben und dem Stirnende des Kolbenschiebers drückt diese durchleckende Druckluft auf das Stirnende des Kolbenschiebers mit einer Wirkfläche, die der Flächendifferenz zwischen dem Querschnitt des Kolbenschiebers und dem Querschnitt des Hilfskolbens entspricht. Es entsteht eine Kraft, die den Kolbenschieber geringfügig in Richtung auf seine neue Arbeitsstellung zu verschiebt, so dass schlagartig ein kleiner Durchgang vom Zuführanschluss in diese Ringkammer und gleichzeitig von der Ringkammer zum Rücklaufanschluss frei wird. Die Druckluft strömt dann rasch ein und expandiert in der Ringkammer, wobei ein neuer Kraftimpuls für den Kolbenschieber entsteht, der ihn schliesslich vollständig in seine neue Arbeitsstellung drückt. Da natürlich am gegenüberliegenden Stirnende des Kolbenschiebers eine gleichartige Ringkammer mit Druckluft gefüllt ist, welche ein Luftpolster bildet, das der Kolbenschieberbewegung zunächst noch entgegenstünde, sind die gedrosselten Entlüftungskanäle vorgesehen, die dieses Luftpolster in den Rücklaufanschluss hinein abbauen.
- Es ist vorteilhaft, wenn die Hilfskolben mit dem Kolbenschieber einstückig ausgebildet oder an den Stirnenden des Kolbenschiebers befestigt sind. Alternativ dazu ist jedoch eine Ausführungsform günstig, bei der die Hilfskolben vom Kolbenschieber getrennt ausgebildet und bei Vorsteuerdruck wechselseitig gegen das jeweilige Stirnende anlegbar sind. Die letztgenannte Ausführungsform ist herstellungstechnisch und im Hinblick auf die Montage des Wegesteuerventils günstiger.
- Wichtig ist ferner ein weiteres Merkmal, gemäss dem jeder Hilfskolben in einer Durchgangsbohrung einer in der Kolbenschieberbohrung festgelegten Führungshülse verschiebbar ist, die einen Vorsteuerdruckraum von der vorerwähnten Kammer trennt, die vom jeweiligen Stirnende und der Führungshülse begrenzt wird. Im Gehäuse des Wegesteuerventils kann eine zylindrische durchgehende Kolbenschieberbohrung vorgesehen werden, in die nach Einsetzen des Kolbenschiebers die beiden Führungshülsen eingeschraubt werden, ehe die Hilfskolben in die Durchgangsbohrungen der Führungshülsen einzustecken sind. Dies erbringt ebenfalls Vorteile in bezug auf die Herstellung und die Montage.
- Damit die Ausbildung eines schädlichen Druckpolsters in jeweils einer der Ringkammern vermieden wird, ist weiterhin wichtig, dass die Entlüftungskanäle im Kolbenschieber ausgebildet sind. Es entfallen dadurch auch Bohrungsarbeiten im Gehäsue des Wegesteuerventils.
- Eine besonders zweckmässige Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes zeichnet sich dadurch aus, dass jeder Entlüftungskanal von mindestens einem abgetragenen Mantelbereich des Kolbenschiebers gebildet wird, der sich vom freien Stirnende des Kolbenschiebers in Längsrichtung bis zu dem Mantelbereich erstreckt, der in einer Arbeitsstellung vor dem Rücklaufanschluss steht. Es genügt hierzu, den Kolbenschiebermantel in dem angegebenen Längserstrekkungsbereich abzuschleifen oder abzufräsen.
- Alternativ dazu kann jeder Entlüftungskanal auch als von der Ringkammer zum Rücklaufanschluss führende Gehäusebohrung ausgebildet sein. Wichtig ist nur, dass der Entlüftungskanal die Kammer entlüftet, wenn durch die Stellung des Kolbenschiebers diese Ringkammer an sich gegenüber dem Rücklaufanschluss abgesperrt ist.
- Schliesslich ist noch wichtig, dass - bezogen auf die Kolbenschieberlängsachse - die Zuführanschlüsse vom Stirnende des Kolbenschiebers jeweils geringfügig voreilend zum zugehörigen Rücklaufanschluss freigebbar sind. Diese Massnahme führt zu dem Effekt, dass das bewusste Durchlecken der Druckluft vom Zuführanschluss in die Ringkammer und der damit verbundene Druckimpuls für den Kolbenschieber gezielt herbeigeführt werden. Bewerkstelligen lässt sich dies entweder durch eine geringfügige Versetzung der Mündung jedes Zuführanschlusses gegenüber der Mündung des zugehörigen Rücklaufanschlusses oder durch übliche Abschrägungen oder Kerben am Kolbenschieber oder im Bereich des Zuführanschlusses.
- Nachstehend wird eine Ausführungsform der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert.
- Es zeigen:
- Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer pneumatisch betätigten Hydraulikpumpe in einem Hydraulikbehälter,
- Fig. 2 einen Axialschnitt durch das in Fig. 1 als Block dargestellte Wegesteuerventil,
- Fig. 3 einen um 90° gedrehten Schnitt der Ebene 111-111 von Fig. 2, und
- Fig. 4 einen um 90° nach unten gedrehten Horizontalschnitt durch das Wegesteuerventil von Fig. 2, und zwar in einer die Kolbenschieberlängsachse aufweisenden Horizontalebene.
- Bei dem in Fig. 1 dargestellten Aggregat ist in einem wannenförmigen Behälter 2 eine pneumatisch betätigte Hydraulikpumpe 1 angeordnet. Sie wird an allen Seiten von Hydraulikflüssigkeit 4 umgeben. Der Behälter ist mit einem Deckel 3 verschlossen. Zum pneumatischen Teil der Pumpe führt eine Druckluftzuleitung 5, während eine Rücklaufleitung 6 davon weg und aus dem Behälter herausgeführt ist. Vom hydraulischen Teil der Pumpe 1 führt eine Hydraulik-Druckleitung zu einem nicht dargestellten Verbraucher, z.B. einem Hydraulikspeicher.
- Die Hydraulikpumpe 1 besteht aus einer Zylinderbuchse 18, die an beiden Enden durch Zylinderböden 7 verschlossen wird, so dass darin ein abgeschlossener Zylinderraum 8 entsteht. Zwischen den Zylinderböden 7 ist ein doppelseitig beaufschlagbarer, pneumatischer Arbeitskolben 9 verschieblich gelagert, der am Umfang mit Ringdichtungen 10 ausgestattet ist. Eine Querbohrung 11 durchsetzt den Arbeitskolben 9. Der Arbeitskolben 9 besitzt ferner eine durchgehende Kolbenstange 12 oder zwei Kolbenstangenstummeln, die durch die Zylinderböden 7 und Dichtungen 13 abgedichtet sind und verschieblich nach aussen ragen.
- Zur Beaufschlagung des Arbeitskolbens ist ein Wegesteuerventil 14 rittlings auf die Zylinderbuchse 18 aufgesetzt; über das Wegesteuerventil 14 wird von der Durckluftzuleitung 5 jeweils wechselseitig über Zuführanschlüsse 20 und 21 einer Kolbenseite des Arbeitskolbens 9 Druckluft zugeführt. Über im Detail aus den Fig. 2 bis 4 erkennbare Rücklaufanschlüsse 28, 29 wird die verbrauchte Druckluft zur Rücklaufleitung 6 geführt. Im Querschnitt kleine Strömungskanäle 23 in der Zylinderbuchse 18 dienen zum Abzapfen von Vorsteuerdruck. Mit diesem Vorsteuerdruck wird das Wegesteuerventil 14 betätigt. Die Strömungskanäle 23 werden von den Ringdichtungen 10 des Arbeitskolbens 9 derart überfahren, dass dieser durch seine Stellung jeweils die Umsteuerung des Wegesteuerventils und die ordnungsgemässe Beaufschlagung der Zylinderteilräume veranlasst.
- An der Aussenseite der Zylinderböden 7 ist je ein Trägerteil 27 mit Spannschrauben befestigt, an dem jeweils ein hydraulisches Pumpelement 19 befestigt ist. Jedes Pumpelement 19 besitzt ein nicht dargestelltes Druckventil und ein Saugventil sowie einen Tauchkolben 34, der am freien Ende mit einem Bund 35 versehen ist und damit von einer Feder 33 gegen das mit 22 bezeichnete, freie Ende der Kolbenstange 12 gedrückt wird.
- Die Hydraulikpumpe 1 arbeitet wie folgt:
- In der in Fig. 1 gezeigten Stellung gelangt die Druckluft aus der Zuführleitung 5 und den Zuführanschluss 21 auf die linke Seite des Arbeitskolbens 9 und verschiebt diesen nach rechts. Die auf der rechten Seite des Kolbens befindliche Druckluft wird durch den Zuführanschluss 20 und das Wegesteuerventil in die Rücklaufleitung 6 gepresst. Bei seiner Bewegung nach rechts hat der Arbeitskolben 9 über die Kolbenstange 12 im rechten Pumpelement 19 einen Ausstosstakt für Hydraulikflüssigkeit bewirkt. In dem linken Pumpelement 19 hat hingegen die Feder 33 einen Saughub bewirkt und den Tauchkolben 34 der Bewegung der Kolbenstange 12 nachgeführt.
- Wenn der Arbeitskolben 9 in seiner äussersten rechten Stellung angelangt ist, überfährt seine linke Ringdichtung 10 den Strömungskanal, so dass durch diesen Vorsteuerdruck in das Wegesteuerventil 14 gelangt. Im Wegesteuerventil 14 wird nun ein Kolbenschieber 30 so umgesteuert, dass der Zuführanschluss 20 an die Druckluftleitung 5 angeschlossen wird. Daraufhin wird der Arbeitskolben 9 wieder nach links verschoben. Dann arbeitet das in Fig. 1 rechte Pumpelement im Saugtakt, während das linke Pumpelement im Drucktakt arbeitet.
- Das Wegesteuerventil 14 besitzt ein quaderförmiges Gehäuse 15, das über eine Zwischenlage 16 unmittelbar auf der Zylinderbuchse 18 befestigt ist. Das Gehäuse 15 wird in Längsrichtung von einer zylindrischen Kolbenschieberbohrung 17 durchsetzt. Zur Kolbenschieberbohrung 17 führt in der Mittelsymmetrieebene des Gehäuses 15 ein Druckluftanschluss 24, der mit der Druckluftzuleitung 5 verbunden ist. Dem Druckluftanschluss 24 gegenüberliegend, jedoch seitlich dazu versetzt, sind Zuführanschlüsse 25 und 26 zugeordnet, an die sich die Zuführanschlüsse 20 und 21 zu den jeweiligen Kolbenseiten anschliessen. In denselben Radialebenen wie die Zuführanschlüsse 25, 26 befinden sich jeweils paarweise angeordnete Rücklaufanschlüsse 28 und 29, die in nicht näher dargestellter Weise zu der Rücklaufleitung 6 führen. Die Rücklaufanschlüsse 28 und 29 schneiden die Kolbenschieberbohrung jeweils aussenseitig (siehe Fig. 3 und 4). In der Kolbenschieberbohrung 17 ist der Kolbenschieber 30 längsverschieblich abgedichtet geführt, der ein vertikal durchgehendes Langloch 31 und ebene Stirnenden 32 besitzt. Die Enden der Gehäusebohrung 17 werden durch Verschlusschrauben 36 abgedichtet, die im Gehäuseinneren Vorsteuerdruckkammern 37 begrenzen. Die Vorsteuerdruckkammern 37 werden andererseits durch Führungshülsen 38 begrenzt, die mit jeweils einer Dichtung 40 versehen und in der Kolbenschieberbohrung 17 festgelegt sind. Zwischen dem jeweils inneren Stirnende jeder Führungshülse 38 und dem dieser zugewandten Stirnende 32 des Kolbenschiebers ist eine Ringkammer 39 ausgebildet. In jeder Führungshülse 38 ist ein Hilfskolben 41 abgedichtet verschieblich geführt, dessen aussenliegendes Stirnende in die Vorsteuerdruckkammer 37 ragt, während sein inneres Ende gegen ein Stirnende 32 des Kolbenschiebers 30 anlegbar ist. Im Gehäuse 15 ist ferner ein Stift 42 vorgesehen, der in das Langloch 31 ragt und sowohl eine Verdrehsicherung des Kolbenschiebers 30 als auch eine Hubbegrenzung bewirkt. Von den Strömungskanälen 23 führen Gehäusebohrungen 43 und 44 zu den Vorsteuerdruckkammern 37. Stopfen 45 schliessen nicht näher hervorgehobene Hilfsbohrungen im Gehäuse nach aussen hin ab, die den Zuführanschlüssen 25 und 26 angehören. Aus jeder Ringkammer 39 führt ein gedrosselter Entlüftungskanal 46 zu einem Rücklaufanschluss 28, 29. Diese Entlüftungskanäle 46 werden (Fig. 2,3) durch seitliche Abtragungen am Mantel des Kolbenschiebers 30 gebildet, wobei sich diese Abtragungen vom jeweiligen Stirnende des Kolbenschiebers bis zu dem Mantelbereich erstrecken, mit dem der Kolbenschieber 30 in jeweils einer Arbeitsstellung vor den Rücklaufanschlüssen 28, 29 steht.
- In Fig.4 ist eine Variante bei der Ausbildung eines Entlüftungskanals 46' gezeigt, wobei dieser als Gehäusebohrung von der Ringkammer 39 zum Rücklaufanschluss 28 (strichliert angedeutet) ausgebildet ist.
- Das Wegeventil arbeitet wie folgt:
- Der Arbeitskolben 9 hat mit seiner Ringdichtung 10 soeben den Strömungskanal 23 überfahren. Zuvor hat die in Fig. rechte Ringdichtung den rechten Strömungskanal 23 überfahren, so dass die bis dahin mit Vorsteuerdruck beaufschlagte, rechte Vorsteuerdruckkammer 37 in die Querbohrung 11 hinein entlüftet wurde. Über das Langloch 31 steht der Druckluftanschluss 24 unmittelbar mit dem Zuführanschluss 25 in Verbindung. Gleichzeitig steht der Zuführanschluss 26 über Ringkammer 39 mit den Rücklaufanschlüssen 29 in Verbindung. Da die Druckluft von der linken Seite des Arbeitskolbens 9 über den Strömungskanal 23 nun in die Vorsteuerdruckkammer 37 gelangt, wird der Hilfskolben 41 nach rechts verschoben, wobei er den Kolbenschieber 30 aus der dargestellten linken Arbeitsstellung nach rechts verschiebt. Sobald das rechte Stirnende 32 den Zuführanschluss 26 abgedeckt hat, wird das dann in der Ringkammer 39 entstehende Luftpolster über den rechten, gedrosselten Entlüftungskanal 46 weiterhin in die Rücklaufanschlüsse 29 abgebaut. Der Kolbenschieber kann bis in seine rechte Arbeitsstellung verfahren, wo er durch den Stift 42 abgefangen wird.
- Bei dieser Verschiebebewegung des Kolbenschiebers wird zunächst der Zuführanschluss 25 abgesperrt und gleichzeitig der Zuführanschluss 26 von den Rücklaufanschlüssen 29 getrennt. In weiterer Folge gibt das linke Stirnende 32 des Kolbenschiebers die Verbindung vom Zuführanschluss 25 zur Ringkammer 39 und von dieser zu den Rücklaufanschlüssen frei. Gleichzeitig wird eine Verbindung vom Druckluftanschluss 24 über das Langloch 31 zum Zuführanschluss 26 hergestellt. Der Arbeitskolben 9 wird umgesteuert. Solange der Gegendruck von den Pumpelementen 19 noch geringer ist als die durch den Arbeitskolben in Abhängigkeit von der Höhe des Drucks der Druckluft erzeugte Kraft, bewegt sich der Arbeitskolben taktweise hin und her.
- Mit zunehmendem Gegendruck der hydraulischen Pumpelemente nähert sich die Pumpe einem Gleichgewichtszustand, in dem schliesslich die Kraft des Arbeitskolbens von der Gegenkraft eines Pumpelementes aufgehoben wird. Bei der Annäherung an diesen Gleichgewichtszustand verlangsamt sich die hin- und hergehende Bewegung des Arbeitskolbens, bis dieser schliesslich stehenbleibt. Der letzte Arbeitstakt des Arbeitskolbens läuft mit einer mit dem menschlichen Auge nahezu nicht mehr wahrnehmbaren Geschwindigkeit ab. Der Gleichgewichtszustand kann bei einer Stellung des Arbeitskolbens eintreten, und dies ist sogar häufig der Fall, bei der dieser (siehe Fig. 2) mit seiner linken Ringdichtung 10 den Strömungskanal 23 gerade noch nicht überfahren hat. In der Vorsteuerdruckkammer 37 kann sich demzufolge kein ausreichender Vorsteuerdruck aufbauen, der in der Lage wäre, über den Hilfskolben 41 den Kolbenschieber voll in seine rechte Arbeitsstellung zu verschieben. Vielmehr zeigt sich, dass der Strömungskanal 23 nur mit ganz geringem Druck beaufschlagt wird, welcher Druck dann nur dazu führt, dass der Kolbenschieber nach rechts verschoben wird, bis er schliesslich in einer Zwischenstellung stehenbleibt, in der sein linkes Stirnende 32 den Zuführanschluss 25 gerade noch nicht freigibt. Der Arbeitskolben und der Kolbenschieber 30 verharren nun in diesen Stellungen, solange der Gleichgewichtszustand andauert. Dabei lässt sich nicht vermeiden, dass die an der linken Seite des Arbeitskolbens 9 anstehende Druckluft in die linke Ringkammer 39 hinein durchzulecken beginnt. Infolge eines Druckaufbaus in der linken Ringkammer 39 ergibt sich an der Stirnfläche 32 eine Kraftkomponente, die den Kolbenschieber 30 nur ganz geringfügig in Richtung auf seine neue Arbeitsstellung zu verschiebt. Dadurch wird die Strömungsverbindung vom Zuführanschluss 25 zur linken Ringkammer 39 noch vergrössert, wobei gleichzeitig auch der gedrosselte Entlüftungskanal 46 und ein kleiner Durchlass zu dem Rücklaufanschluss 28 frei wird. Die in die Ringkammer 39 dann verstärkt einströmende Druckluft expandiert jedoch nach der gedrosselten Einströmung, ehe sie in den Rücklaufanschluss 28 abströmt. Diese geringfügige Expansion reicht aus, den Kolbenschieber 30 aus seiner Zwischenstellung vollends in die neue Arbeitsstellung zu drängen. Die rechte Seite des Arbeitskolbens 9 ist dann mit der Druckluftzuleitung 5 verbunden, während die linke Seite voll mit der Rücklaufleitung in Verbindung steht. Wenn dann der Gleichgewichtszustand noch andauert, findet zwar keine weitere Bewegung des Arbeitskolbens 9 statt, jedoch steht der Kolbenschieber in der richtigen Arbeitsstellung, in der bei Nachlassen des hydraulischen Gegendrucks am Arbeitskolben das Wegesteuerventil wieder mit seiner richtigen Funktion in Tätigkeit tritt.
- Dieser Effekt des Druckimpulses in den Ringkammern 39 tritt auch dann zuverlässig auf, wenn die Hilfskolben einstückig mit dem Kolbenschieber ausgebildet sind. Wichtig ist nur, dass die Querschnittsfläche der Hilfskolben kleiner ist als die Wirkfläche des Kolbenschiebers in der Ringkammer 39, und dass eine gedrosselte Entlüftungsleitung aus den Ringkammern 39 herausführt, die die Luftpolster abbaut, die die gewünschte Wirkung der verhältnismässig schwachen Druckimpulse bzw. der durch diese Druckimpulse ausgeübten Kräfte am Kolbenschieber kompensieren könnten.
- Schliesslich ist noch darauf hinzuweisen, dass die Stirnenden 32 des Kolbenschiebers die Zuführanschlüsse 25, 26 voreilend zu den Rücklaufanschlüssen freigeben. Zu diesem Zweck sind entweder an den Einmündungen der Zuführanschlüsse kleine Abschrägungen vorgesehen, oder es wird eine kleine Versetzung zwischen jedem Zuführanschluss und seinem gegenüberliegenden Rücklaufanschluss - bezogen auf die Schieberlängsachse - vorgesehen.
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