DE3545019A1 - Hochdruckpumpe mit spueleinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochdruckpumpe, insbesondere Radi­ alkolbenpumpe, mit einer Spüleinrichtung für den Pumpen-Innen­ raum nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Energieumsetzende Aggregate in Hydraulikkreisläufen, also Hoch­ druckpumpen und -motoren, unterliegen während des Betriebs einer erheblichen Erwärmung. Diese entsteht einerseits durch Reibungsverluste der unter hohem Flächendruck stehenden Verzah­ nungen oder anderen gleitenden Bauteilen, andererseits durch Panschverluste, Strömungsverluste der Flüssigkeit in Rohrlei­ tungen und Ventilen oder durch Wandreibung. Diese Erwärmung tritt bei einer Pumpe mit variablem Förderstrom auch dann auf, wenn diese zwar bei hoher Drehzahl, aber geringem Druck oder bei Förderstrom Null arbeitet. Obgleich die unter Hochdruck stehenden Bauteile sehr genau und mit hoher Dichtheit bearbei­ tet sind, treten durch Verformung und unvermeidbarem Verschleiß Leckagen zwischen den zueinander beweglichen Teilen auf. Die dabei anfallende Leckölmenge reicht bei normalem Betrieb in der Regel aus, um die z.B. in umlaufenden Teilen einer Pumpe ent­ stehende Wärme durch einen meist vorhandenen Leckölabfluß in den Ölbehälter oder Kühler abzuführen. In einem Betriebszu­ stand, bei dem die Pumpe relativ geringe Drücke entwickeln muß, fällt keine oder nur ungenügende Leckölmenge an, die den Ab­ transport von Wärme bewirken könnte. Es müssen daher Maßnahmen getroffen werden, damit sich die Pumpe trotz geringer Leistung nicht unzulässig erwärmt.

Bei Einsatz der Pumpe in geschlossenem Kreislauf wird hierzu der Spülölstrom aus dem hydraulischen Kreislauf, oder wenn nicht vorhanden, der überschüssige Einspeiseölstrom, durch das Pumpengehäuse geführt. Beim Einsatz der Pumpe im offenen Kreis­ lauf fehlen diese Ölströme, und es hat sich als notwendig er­ wiesen, für diesen Fall eine separate Spülpumpe im Hydraulik­ kreislauf anzuordnen, die bei besonderen Betriebszuständen eine zusätzliche Flüssigkeitsmenge, nämlich die sogenannte Spülöl­ menge, durch den Pumpeninnenraum fördert. Bekannt ist eine sol­ che Einrichtung aus der Voith-Druckschrift "Vorschriften für Einbau und Inbetriebnahme von Voith-Radialkolben-Pumpen Typ RKP Nr. 4921A/1". Zumeist ist mit der Verwendung einer solchen ex­ ternen Spüleinrichtung außer einer sogar gesteuert zu- und abschaltbaren Spülpumpe ein erheblicher Aufwand an Ventilen und Leitungen verbunden sowie zusätzlicher Energiebedarf verbunden.

Die Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer selbsttätigen Einrichtung zur Spülung von Hochdruckpumpen mit einfachen Mit­ teln, um die Temperatur der Pumpe bei ungünstigen Betriebsbe­ dingungen, insbesondere geringem Druck und hoher Drehzahl, kon­ stant zu halten.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des An­ spruches 1 gelöst. Es wurde erkannt, daß eine Temperaturerhö­ hung in der Pumpe vor allem dann eintritt, wenn keine Ölförde­ rung zustande kommt. Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, von der Druckseite der Pumpe eine bestimmte Ölmenge, nämlich den Spülölstrom, zu entnehmen und unter Zwischenschaltung eines Ventils in den drucklosen Innenraum der Pumpe und zum Lecköl­ auslaß zu leiten. Auf dem Weg dort hin nimmt das Spülöl so viel Wärme von den heißen Innenteilen der Pumpe auf, daß keine ge­ fährliche Temperaturerhöhung der Pumpe zustande kommt. Die Pum­ pe ist zu diesem Zweck auf die Förderung einer kleinen Restöl­ menge auf der Druckseite eingestellt, so daß zur Spülung ein ausreichender Ölstrom zur Verfügung steht. Ferner ist das Ven­ til in der Verbindungsleitung zwischen dem Druckkanal und dem Pumpeninnenraum, nämlich das sogenannte Spülventil, so beschaf­ fen, daß es von dem im Druckkanal herrschenden Druck ab einem bestimmten Wert geschlossen ist, so daß kein Spülölstrom von der Druckseite zum Pumpeninnenraum zustande kommt. Sinkt der Druck unter einen bestimmten festgelegten Wert, so öffnet das Ventil selbsttätig, so daß der angestrebte Spüleffekt des Pum­ peninnenraums zustande kommt. Der Druck zum Schließen bzw. Öff­ nen des Spülventils kann in der Größenordnung von ca. 50 bar liegen bei einem maximalen Betriebsdruck von z.B. 400 bar.

In den Unteransprüchen sind zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung angegeben, die darin bestehen, daß zwischen einem beweglich im Spülventil gelagerten Ventilkörper und dem Ventil­ gehäuse ein Spalt vorgesehen ist, der zusammen mit einem nach­ folgenden Drosselquerschnitt so abgestimmt ist, daß in der Of­ fen-Stellung des Ventils gerade ein solcher Durchflußwiderstand entsteht, der bei dem herrschenden Druck das Zustandekommen eines Spülölstromes ermöglicht. Der Ventilkörper des Spülven­ tils kann als eine unter Federkraft stehende Kugel ausgebildet sein. Ferner kann das Spülventil vorteilhaft als eine ein­ schraubbare selbständige Patrone ausgebildet sein, die ohne zusätzlichen Platzbedarf innerhalb der Pumpe selbst unterge­ bracht werden kann.

Die Erfindung eignet sich insbesondere für den Einsatz in Ra­ dialkolbenpumpen, ist aber gleichermaßen auch für den Einbau in Flügelzellenpumpen und Axialkolbenpumpen geeignet.

Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin ist im einzelnen folgendes dargestellt.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Radialkolbenpumpe mit dem erfindungsgemäßen Spülventil in schematischer Darstellung;

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Spülventilanordnung;

Fig. 3 einen Längsschnitt durch das erfindungsgemäße Spülven­ til.

In Fig. 1 ist eine Pumpe dargestellt, deren Gehäuse 2 einen Saugkanal 3 sowie einen Druckkanal 4 aufweist. Der Innenraum 5 der Pumpe ist im wesentlichen drucklos und nimmt die an den beweglichen Teilen der Pumpe anfallende Leckölmenge auf, welche durch einen Leckölanschluß 6 in einen in Fig. 2 dargestellten Behälter 10 zurückfließt. Innerhalb der Pumpe befindet sich zwischen dem Druckstutzen 4 und dem Innenraum 5 ein Kanal 11, in dem ein Spülventil 12 angeordnet ist.

In Fig. 2 ist das Spülventil 12 in symbolischer Darstellung näher veranschaulicht. Die Pumpe 1 weist am Saugkanal 3 eine Ansaugleitung 6 auf, die in den Flüssigkeitsbehälter mündet. Der Druckkanal 4 ist mit einer Druckleitung 7 verbunden, die zum Verbraucher führt. Am Druckkanal 4 ist ferner ein Kanal 11 angeordnet, der zum Spülventil 12 führt. Dieses Ventil weist zwei Stellungen auf, nämlich eine Offen-Stellung und eine Schließ-Stellung. In der dargestellten, von einer Feder 16 ge­ haltenen Offen-Stellung kann Flüssigkeit aus dem Druckstutzen 4 durch den Kanal 11 und das Ventil strömen, welches eine aus einem Spalt 15 und einer Drossel 19 bestehende Drosselstrecke aufweist. Nach dem Passieren des Spülventils 12 erreicht das Öl den Innenraum 5 der Pumpe, von wo es nach Aufnahme einer gewis­ sen Wärmemenge durch den mit dem Pumpeninnenraum verbundenen Leckölauslaß 8 und eine Leckölleitung 9 zum Flüssigkeitsbehäl­ ter 10 zurückströmt. Die Pumpe 1 ist dabei so eingestellt, daß das Fördervolumen gerade ausreicht, um einen genügend hohen Spülölstrom durch das Spülventil 12 und den Pumpeninnenraum 5 aufrechtzuerhalten.

Ändern sich nun die Betriebsbedingungen, d.h. wird von der Pum­ pe 1 vom Verbraucher ein höherer Druck gefördert, so wird durch den Druckaufbau im Kanal 11 der Ventilkörper 14 gegen den Druck der Feder 16 in die Schließ-Stellung gebracht. Dadurch wird der Spülölstrom durch das Ventil und den Pumpeninnenraum unterbro­ chen, da nunmehr durch eine genügend hohe Leckölmenge die inne­ re Kühlung der Pumpe sichergestellt ist. Die Spülung des sich im Hydraulikkreislauf befindlichen Öles erfolgt ab diesem Au­ genblick in der üblichen Weise durch Entnahme, Kühlung, Filte­ rung und Wiedereinspeisung in den Kreislauf, wobei die Pumpe selbst durch inneres Lecköl gespült wird.

Die Fig. 3 zeigt das erfindungsgemäße Spülventil, welches sich als eine selbständige einschraubbare Patrone ausbilden läßt. Dargestellt ist ein Teil des Pumpengehäuses 2, welches einen vom Druckkanal ausgehenden Kanal 11 aufweist, von dem aus in Pfeilrichtung das Spülöl auf das Ventil trifft. Das Spülventil 12 besteht aus einem Gehäuse 13 mit einem Ventilsitz 17 für einen als Kugel 14 ausgebildeten Ventilkörper. Eine Feder 16 mit vorbestimmter Federkraft hebt die Kugel 14 von ihrem Sitz ab. Die Bohrung im Gehäuse 13 für die Kugel 14 ist so bemessen, daß zwischen der Kugel ein exakt festgelegter Spalt 15 ent­ steht, durch den das vom Druckkanal 4 stammende und durch den Kanal 11 strömende Spülöl hindurchtreten kann, wobei es den Innenraum 18 des Ventils und eine weitere Drosselstelle 19 pas­ siert, bevor es den Inneraum der Pumpe erreicht. Der im Spalt 15, im Kanal 18 und im Drosselquerschnitt 19 auftretende Strö­ mungswiderstand für das Spülöl ist durch Feinabstimmung des Spaltes 15 und des Querschnitts 19 so festgelegt, daß eine ge­ rade ausreichende Spülölmenge zur Verfügung steht. Ferner ist die Gegenkraft der Feder 16 so gewählt, daß das Ventil 12 bei einem bestimmten Druck im Druckkanal 4 geschlossen wird. Das ganze Ventil 12 kann mittels eines Schraubstutzens 20 an geeig­ neter Stelle vom Innenraum 5 aus in einer Bohrung des Gehäuses 2 befestigt werden.

Mit dem erfindungsgemäßen Ventil wurde eine Spüleinrichtung für eine Hochdruckpumpe geschaffen, die ohne zusätzlichen Platzbe­ darf innerhalb der Pumpe untergebracht werden kann und keinen weiteren Aufwand an extern angeordneten Ventilen, Leitungen oder einer separaten Spülpumpe erfordert.

Claims (4)

1. Hydrostatische Hochdruckpumpe mit einem Saug- und einem Druckkanal sowie einem mit dem Innenraum der Pumpe verbun­ denen Auslaßstutzen für Lecköl, gekennzeichnet durch fol­ gende Merkmale

• a) in einem Verbindungskanal (11) zwischen dem Druckkanal (4) und dem Innenraum (5) der Pumpe (1) ist ein Spül­ ventil (12) angeordnet;
• b) das Spülventil (12) weist zwei Stellungen auf, nämlich eine den Verbindungskanal (11) schließende erste Stel­ lung, die von einem Druck im Druckkanal (4) oberhalb einem festgelegten Wert herbeigeführt ist und eine zweite geöffnete Stellung, sobald der Druck im Druck­ kanal unter den festgelegten Wert gesunken ist;
• c) die Pumpe ist bei einer Druckentlastung auf der Druck­ seite auf die Förderung einer kleinen Restölmenge ein­ gestellt, welche in diesem Betriebszustand durch das Spülventil 12 in den Innenraum der Pumpe (1) und von dort zum Leckölauslaß (8) strömt.

2. Hydrostatische Hochdruckpumpe gemäß Anspruch 1, gekenn­ zeichnet durch einen im Gehäuse (13) des Spülventils (12) beweglich gelagerten Ventilkörper (14), sowie einem Spalt (15) zwischen Ventilkörper (14) und der Innenwand des Ven­ tilgehäuses (13), der mit einem nachfolgenden Drosselquer­ schnitt (19) gemeinsam so abgestimmt ist, daß in der Of­ fen-Stellung des Spülventils (12) unterhalb eines festge­ legten Druckes am Druckkanal (4) die von der Pumpe (1) ge­ förderte Restölmenge durch das Ventil (12) passierbar ist.

3. Hydrostatische Hochdruckpumpe nach Anspruch 1 und 2, da­ durch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (14) des Spül­ ventils (12) als eine federbelastete Kugel ausgebildet ist.

4. Hydrostatische Hochdruckpumpe nach Anspruch 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß das Spülventil (12) als selbstän­ dige in das Pumpengehäuse (2) einschraubbare Patrone ausge­ bildet ist.