DE10029226C2 - Regelsicherheitsblock mit Schwingungsdämpfer für Hochdruckreiniger - Google Patents
Regelsicherheitsblock mit Schwingungsdämpfer für HochdruckreinigerInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Regelsicherheitsblock mit Schwingungsdämpfer für
Hochdruckreiniger nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Bei Hochdruckreinigern, wie beispielsweise mit der DE-299 00 463 U1 offenbart, ist
es bekannt, am Hochdruckauslaß der Hochdruckpumpe einen sogenannten
Regelsicherheitsblock anzuordnen, der dazu dient, dass bei Abschaltung der
Hochdruckpistole die Pumpe nicht überlastet wird und in einen drucklosen Umlauf
geschaltet wird. Hierbei wird bei der Auslegung und Abstimmung derartiger
Regelsicherheitsblöcke für Hochdruckreiniger darauf geachtet, dass ein sehr
geringer Differenzdruck zwischen dem Arbeitsdruck und dem Ansprechdruck
(Umschaltdruck) vorliegt.
Dies bedeutet, dass beim Abschalten der Hochdruckpistole möglichst schnell die
Pumpe entlastet wird und in einen drucklosen Umlaufbetrieb oder Bypass-Betrieb
geschaltet wird.
Dieser relativ geringe Differenzdruck, der im übrigen am Regelsicherheitsblock
einstellbar ist, hat jedoch den Nachteil (speziell bei Kolben/Plunger-Pumpen), dass
durch die pulsierende Förderung dieser Pumpen es im spezifischen Teillastbereich
(niedrigerer Druck und Volumenstrom) zu starken Schwingungen (in der Frequenz
der Kolbenpumpe) im Hochdruckzweig kommt.
Diese Schwingungen im Hochdruckzweig führen jedoch in kürzester Zeit zum
Totalausfall der kompletten Dichtungen des Regelsicherheitsblocks.
Um dies zu vermeiden hat man bisher sogenannte hydropneumatische
Schwingungsdämpfer (Hydrospeicher) verwendet, die im Hochdruckzweig
angeordnet waren und die mit ihrem Ausgleichsvolumen flüssigkeitsleitende
Verbindung mit dem Hochdruckzweig hatten.
Derartige Hydrospeicher sind jedoch teure und technisch aufwendige Bauteile, die
auf Grund der hohen wirkenden Druckbelastungen den einschlägigen Vorschriften
(Geräte-Richtlinien) entsprechen müssen und geprüft sein müssen.
Ein derartiger Hydrospeicher kostet etwa DM 25,00 bis DM 28,00 bei der Herstellung
derartiger Hochdruckreiniger.
Die Anordnung eines derartigen bekannten Hydrospeichers hat im übrigen den
weiteren Nachteil, dass er relativ viel Platz beansprucht, und daher kann das
entsprechende Gehäuse des Hochdruckreinigers nicht in gewünschter Weise
verkleinert werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde einen Regelsicherheitsblock mit
Schwingungsdämpfer der eingangs genannten Art so weiter zu bilden, dass bei
wesentlich geringerem Platzbedarf und geringeren Herstellungskosten eine gleiche
Dämpfungsleistung erreicht wird.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass
etwa in axialer Verlängerung mit dem Steuerkolben des Regelsicherheitsblockes ein
Dämpfungskolben verbunden ist, welcher Dämpfungskolben mit seinem
Dämpfungsglied dichtend in eine Dämpfungsbohrung eingreift, welche auf ihrer
einen Stirnseite in den Rücklauf mündet und auf ihrer anderen Stirnseite mit der
Atmosphäre insbesondere über eine Ent-/Belüftungsbohrung verbunden ist oder
einem weiteren Raum verbunden ist.
Mit der gegebenen technischen Lehre ergibt sich nun der wesentliche Vorteil, dass
die Schwingungen des Steuerkolbens des Regelsicherheitsblockes nun
erfindungsgemäß dadurch gedämpft werden, in dem der Steuerkolben in axialer
Verlängerung mit einem entsprechenden Dämpfungskolben verbunden ist.
Allgemein ausgedrückt wird in der vorliegenden Erfindung beansprucht, dass die
axiale Bewegung des Steuerkolbens des Regelsicherheitsblockes durch eine
fluidische und/oder mechanische Dämpfung gedämpft ist.
Damit besteht der wesentliche Vorteil, dass nun auf den vorher erwähnten
Hydrospeicher verzichtet werden kann, weil Schwingungen des Steuerkolbens durch
die erfindungsgemäße Dämpfungseinrichtung vermieden werden. Man greift also
direkt mit der Erfindung an der Wurzel des Übels an, nämlich man dämpft direkt die
Schwingungen des Steuerkolbens, der ja auf Grund seiner Schwingungen die mit
ihm verbundenen Dichtungen zerstören kann, und es kann daher die
hydropneumatische Dämpfung mit einem Hydrospeicher nach dem Stand der
Technik entfallen, welcher eine nur unzureichende Dämpfung des Steuerkolbens
bewirkt.
Die technische Lehre nach der vorliegenden Erfindung schlägt sich in mehreren
Ausführungsbeispielen nieder, die nachfolgend beschrieben werden. Der
Dämpfungskolben kann hierbei einstückig ausgebildet sein oder aber aus zwei oder
mehreren Teilen zusammengesetzt sein.
In einer ersten Ausführungsform wird es bevorzugt, wenn direkt in axialer
Verlängerung des Dichtkegels des Steuerkolbens ein entsprechender
Dämpfungskolben mit diesem Dichtkegel verbunden ist. Es handelt sich hierbei um
eine starre Verbindung, so dass also der Dämpfungskolben über den Dichtkegel in
axialer Verlängerung des Steuerkolbens fest mit diesem verbunden ist.
In einer anderen Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass der Dämpfungskolben
zweiteilig ausgebildet ist und hierbei im wesentlichen aus einer mit dem Dichtkegel
verbindbaren Gewindestange besteht, an deren vorderen, freien Ende das
Dämpfungsglied angeordnet ist, welches in der Dämpfungsbohrung axial
verschiebbar angeordnet ist.
Bei dieser Ausführung mit einer Gewindestange, an deren freien, vorderen Ende das
Dämpfungsglied angeordnet ist, handelt es sich um eine pendelnde Befestigung des
Dämpfungskolbens an dem Dichtkegel des Steuerkolbens. Eine derartige pendelnde
Befestigung hat den Vorteil, dass Fertigungsfehler, insbesondere Fluchtungsfehler
der miteinander fluchtenden Bohrungen ausgeglichen werden können, weil der
Dämpfungskolben sich nun in gewissen Toleranzbereichen frei in der zugeordneten
Dämpfungsbohrung im Vergleich zu der Ausrichtung des Steuerkolbens in der
Steuerkolben-Bohrung ausrichten kann.
In einer dritten Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass ebenfalls eine
zweiteilige Ausbildung des Dämpfungskolbens vorgesehen ist, wobei allerdings der
Dämpfungskolben auf einem Gewindeeinsatz des Dichtkegels des Steuerkolbens
aufgeschraubt ist und insofern eine im wesentlichen starre Verbindung zwischen
dem Dichtkegel des Steuerkolbens und dem Dämpfungskolben besteht.
Allen drei Ausführungen ist gemeinsam, dass nun direkt und unmittelbar die axialen
Verschiebungen des Steuerkolbens des Regelsicherheitsblockes mit einem
entsprechenden Dämpfungsglied eines Dämpfungskolbens gedämpft werden.
Insgesamt trennt der Dichtkegel des Steuerkolbens die Hochdruckseite des
Regelsicherheitsblockes zu einer unter Niederdruck stehenden Rücklaufseite.
Es werden alle Schwingungen auf Grund des Dämpfungskolbens gedämpft, die auf
der Niederdruckseite im Fluid stattfinden.
Auf der anderen Seite entstehen natürlich auch auf der Hochdruckseite
entsprechende Schwingungen der Hochdruckkolbenpumpe, die lediglich auf der
Hochdruckseite wirken. Nachdem aber der Hochdruckteil und der Ansaugteil der
Hochdruckpumpe über die entsprechenden Bohrungen miteinander in Verbindung
stehen, setzen sich diese Schwingungen auch in dem Niederdruckteil fort. Es
handelt sich also um sich gegenseitig überlagernde Schwingungen im Hochdruck-
und Niederdruckteil, wobei der erfindungsgemäß vorgesehene Dämpfungskolben
insbesondere im Niederdruckteil dämpft.
Damit besteht der wesentliche Vorteil, dass die Dämpfungseigenschaften des
Dämpfungskolbens insgesamt nur auf den Niederdruck ausgelegt werden müssen,
wodurch ein sehr kostengünstiges Bauteil hergestellt werden kann. Ein derartiges
Dämpfungsglied kann ohne zusätzlichen Platzbedarf im Regelsicherheitsblock
eingebaut werden und - nachdem er lediglich mit Niederdruck (maximal 10 Bar)
beaufschlagt wird - bedarf es hierzu keiner besonderen bauartbedingten
Zulassungen.
Bei der vorliegenden Erfindung wird also in der Rücklaufleitung vom
Regelsicherheitsblock als Gegenkomponente ein weiterer Kolben als
Dämpfungskolben in der Verlängerung des Hauptkolbens (Steuerkolben) eingebaut.
Dieser Dämpfungskolben verhindert ein zyklisches Öffnen und Schließen des
Steuerkolbens mit hoher Frequenz.
Vorraussetzung für die Entfaltung der Dämpfungseigenschaften ist, dass der
Dämpfungskolben entweder mit der Atmosphäre insbesondere durch eine Ent-
/Belüftungsbohrung verbunden ist oder in einer anderen Ausgestaltung kann es
jedoch vorgesehen sein, dass statt der Ent-/Belüftungsbohrung - die in die
Atmosphäre mündet - auch eine an sich bekannte hydropneumatische Dämpfung
vorliegt, die im wesentlichen aus einem Druckfluid besteht, welches über
entsprechende Drosselbohrungen von einem Raum in den anderen geleitet wird.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von mehrere Ausführungswege
darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Hierbei gehen aus den Zeichnungen und
ihrer Beschreibung weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile der
Erfindung hervor.
Es zeigen:
Fig. 1 schematisiert einen Schnitt durch einen Regelsicherheitsblock
in einer ersten Ausführungsform des Dämpfungskolbens,
Fig. 2 eine vergrößerte Schnittansicht durch den Regelsicherheitsblock mit einer
zweiten Ausführungsform des Dämpfungskolbens,
Fig. 3 einen Schnitt durch eine dritte Ausführungsform eines Dämpfungskolbens
und
Fig. 4 schematisiert einen weiteren Schnitt durch den Teil des
Regelsicherheitsblockes mit einer weiteren Ausführungsform des
Dämpfungskolbens.
Insgesamt weist der Regelsicherheitsblock 1 ein Gehäuse 2 auf, an dem in einem
Ansatz 3 eine Druckfeder 4 angeordnet ist, welche einen Steuerkolben 5 in
Schließrichtung federbelastet beaufschlagt.
In an sich bekannter Weise kann die Federkraft der Druckfeder 4 über eine
mechanische Einstelleinrichtung eingestellt werden.
Der Steuerkolben 5 ist an seiner Vorderseite mit einem Dichtkegel 32 verbunden,
welcher auf einem Dichtsitz in Arbeitsstellung der geöffneten Hochdruckpistole
aufsitzt.
Von einem Medienzulauf 24 ausgehend wird das Medium über die Saugleitung 25
der Ansaugseite einer Hochdruckpumpe 26 zugeführt, welche das Medium über eine
HD-Leitung 27 in den HD-Einlaß 6 des Regelsicherheitsblocks 1 einleitet.
Der HD-Einlaß 6 ist mit einem Kanal 7 verbunden.
In der normalen Betriebsweise des Regelsicherheitsblockes 1 wird angenommen,
dass die Hochdruckpistole geöffnet ist, und das Hochdruckmedium fließt dann durch
das geöffnete Rückschlagventil 9 und einen fakultativ vorhandenen
Strömungswächter 17 über den HD-Auslaß 41 in einen nicht näher dargestellten
Wärmetauscher oder direkt in den HD-Schlauch der Spritzeinrichtung.
Wird hingegen die Hochdruckpistole geschlossen, dann entsteht im Kanal 7 ein
relativ hoher Druck, der über den Steuerkanal 15 auf einen Druckraum 16 oberhalb
des Dichtkegels 32 geleitet wird. Hierbei schließt das Rückschlagventil 9 und schließt
die Verbindung zum Hochdruckeinlass 6. Dieser im Druckraum 16 anstehende
Hochdruck öffnet nun entgegen der Kraft der Druckfeder 4 den Steuerkolben 5 und
öffnet damit den Dichtkegel 32, in dem er diesen vom Dichtsitz 43 abhebt.
Das Hochdruckmedium fließt dann in Pfeilrichtung 8 lediglich mit geringem Druck
über den Kanal 7 und den geöffneten Dichtsitz über den Bypass-Kanal 14 in
Pfeilrichtung 42 in den Rücklaufkanal 12, wo das Medium den Rücklauf 13 verlässt
und über den Bypass 23 wieder der Saugleitung 25 eingespeist wird.
Als zusätzliches Bauteil ist ein Sicherheitsventil 11 im Hochdruckzweig vorhanden
welches dafür sorgt, dass auch bei Versagen des Steuerkolbens 5 ein Bypass-
Rückfluss zur Hockdruckpumpe 26 gewährleistet wird.
Das Sicherheitsventil 11 steht hierbei über den Auslasskanal 10 mit dem
Hochdruckzweig in Verbindung.
Selbstverständlich gehört dieses Sicherheitsventil 11 nicht zur standardmäßigen
Ausgestaltung des Regelsicherheitsblocks 1; es kann deshalb auch entfallen.
Anhand der Fig. 2 werden nun die weiteren Einzelheiten eines erfindungsgemäßen
Dämpfungskolbens erläutert.
In Fig. 2 ist erkennbar, dass der Dichtkegel 32, der auf dem Dichtsitz 43 aufsitzt, in
axialer Verlängerung einen Gewindeansatz mit einem Gewinde 33 aufweist, auf dem
das Vorderteil 31 des Dämpfungskolbens 30 aufgeschraubt ist. Es handelt sich also
um eine starre Gewindeverbindung. Das Vorderteil 31 des Dämpfungskolbens 30
greift hierbei mit hohem, radialen Spiel durch den Bypass-Kanal 14 hindurch und
mündet an der Vorderseite in einem Dämpfungsglied 34, welches axial verschiebbar
und abdichtend in einer Dämpfungsbohrung 21 angeordnet ist.
Die Dämpfungswirkung wird dadurch erreicht, dass am Dämpfungsglied 34 radial
nach außen gerichtete Rippen 35 angeordnet sind, die zwischen sich ringförmige
Einschnitte geringeren Durchmessers aufweisen, wobei zu Abdichtungszwecken ein
O-Ring 36 vorhanden ist, welcher die Dämpfungsbohrung 21 gegenüber der
Atmosphäre abdichtet. An der linken Seite der Dämpfungsbohrung 21 ist daher eine
Belüftungsbohrung 22 angeordnet, welche in die Atmosphäre mündet.
Es wurde nun festgestellt, dass die Ringfläche des Dichtkegels 32 und des
Dichtsitzes 43 in dem Rücklaufkanal 12 etwa der Ringfläche des Dämpfungsgliedes
34 in der Dämpfungsbohrung 21 entspricht. Nachdem diese beiden einander
gegenüberliegenden Flächen etwa gleich groß ausgebildet sind, führt eine
entsprechende axiale Bewegung des Dichtkegels 32 in Öffnungsrichtung (in Fig. 2
nach rechts) zu einer entsprechenden Bewegung des starr mit dem Dichtkegel 32
verbundenen Dämpfungsgliedes 34, welches gegen den im Rücklaufkanal 12
herrschenden Druck wirkt, so dass es zu der gewünschten Dämpfung kommt.
Wenn also in dem Kanal 7, welcher unter dem Hochdruckeinfluss steht,
Schwingungen entstehen, welche versuchen den Dichtkegel 32 abzuheben, dann
wirkt das Dämpfungsglied 34 dem entgegen und führt den Dichtkegel 32 auf seinen
Dichtsitz 43 zurück.
Die Dämpfungswirkung kommt also durch die einander zugeordneten
Druckverhältnisse in den Druckräumen 18, 19 zustande.
Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte Dämpfungskolben 30 ist als einteiliges Teil
ausgebildet, in dem ein entsprechendes Vorderteil 31 mit einem Gewindeansatz mit
Innengewinde 33 auf einen zugeordneten Gewindeansatz mit Außengewinde 33 des
Dichtkegels 32 aufgeschraubt ist und dieses Vorderteil 31 nun unmittelbar mit dem
Dämpfungsglied 34 verbunden ist.
In den Fig. 1 und 2 sind gleiche Ausführungsformen dargestellt, wobei die vorher
in Fig. 2 beschriebene Gewindeverbindung über die Gewinde 33 näher
beschrieben wurde.
Die Fig. 3 zeigt im Gegensatz zu den Fig. 1 und 2 keinen mehrteiligen, sondern
einen einteiligen Dämpfungskolben 30, bei dem erkennbar ist, dass der Dichtkegel
32 werkstoffeinstückig mit dem Vorderteil 31 und dieses wiederum
werkstoffeinstückig mit dem Dämpfungsglied 34 verbunden ist.
In Fig. 4 ist eine pendelnde Lagerung eines Dämpfungskolbens 40 dargestellt, wo
erkennbar ist, dass das Vorderteil lediglich als Gewindestange 37 ausgebildet ist,
welche Gewindestange über eine Gleitbohrung 38 mit dem Dichtkegel 32 verbunden
ist, wobei diese Gleitbohrung 38 eine axiale Verschiebung verhindern soll, aber eine
pendelnde Bewegung ermöglichen soll.
An der gegenüberliegenden Seite ist die Gewindestange 37 in das Dämpfungsglied
34 eingeschraubt, welches in der vorher beschriebenen Weise axial verschiebbar in
der Dämpfungsbohrung 21 angeordnet ist.
1
Regelsicherheitsblock
2
Gehäuse
3
Ansatz
4
Druckfeder
5
Steuerkolben
6
HD-Einlaß
7
Kanal
8
Pfeilrichtung
9
Rückschlagventil
10
Auslasskanal
11
Sicherheitsventil
12
Rücklaufkanal
13
Rücklauf
14
Bypass-Kanal
15
Steuerkanal
16
Druckraum
17
Strömungswächter
18
Druckraum
19
Druckraum
20
-
21
Dämpfungsbohrung
22
Belüftungsbohrung
23
Bypass
24
Medienzulauf
25
Saugleitung
26
HD-Pumpe
27
HD-Leitung
28
-
29
-
30
Dämpfungskolben
31
Vorderteil
32
Dichtkegel
33
Gewinde
34
Dämpfungsglied
35
Rippe
36
O-Ring
37
Gewindestange
38
Gleitbohrung
39
-
40
Dämpfungskolben
41
HD-Auslaß
42
Pfeilrichtung
43
Dichtsitz
Claims (9)
1. Regelsicherheitsblock (1) mit Schwingungsdämpfer (30, 40) für
Hochdruckreiniger, welcher Regelsicherheitsblock (1) derartig mit einer HD-
Pumpe (26) des Hochdruckreinigers gekoppelt ist, dass in seinem
Betriebszustand bei geöffneter Hochdruckpistole das Medium hochdruckseitig
über einen HD-Einlaß (6) und anschließend einen HD-Auslaß (41) des
Regelsicherheitsblocks (1) zur Hochdruckpistole gelangt, und dass in seinem
Bypass-Zustand bei geschlossener Hochdruckpistole das Medium vom HD-Einlaß
(6) über entsprechende Kanäle (7, 14, 12) und einen Rücklauf (13) des
Regelsicherheitsblocks (1) zu den niederdruckseitigen Kanälen (23, 25) der HD-
Pumpe (26) des Hochdruckreinigers gelangt, wobei sich zwischen dem HD-Einlaß
(6) und dem niederdruckseitigen Rücklauf (13) ein Dichtkegel (32) zur
Volumenstromregulierung des Mediums befindet, welcher Dichtkegel (32) im
Betriebszustand mittels eines kraftbelasteten Steuerkolbens (5) auf einen Dichtsitz
(43) gepresst wird, wodurch die Verbindung zwischen HD-Einlaß (6) und dem
niederdruckseitigen Rücklauf (13) gesperrt wird, und welcher Dichtkegel (32) im
Bypass-Zustand mittels des Steuerkolbens (5) vom Dichtsitz (43) abgehoben wird
durch den entstehenden Überdruck des Mediums in einem Druckraum (16) an der
der Kraftbeaufschlagung entgegengesetzten Stirnseite des Steuerkolbens
(5), dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungsdämpfer in Form eines
Dämpfungskolbens (30, 40) etwa in axialer Verlängerung mit dem Steuerkolben
(5) des Regelsicherheitsblockes (1) verbunden ist, welcher Dämpfungskolben (30,
40) mit seinem Dämpfungsglied (34) in eine Dämpfungsbohrung (21) dichtend
eingreift, welche im Bereich ihrer einen Stirnseite in den Rücklauf (13) mündet und
im Bereich ihrer anderen Stirnseite mit der Atmosphäre oder mit einem weiteren
Raum verbunden ist.
2. Regelsicherheitsblock (1) mit Schwingungsdämpfer (30, 40) für Hochdruckreiniger
nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der am Steuerkolben (5)
befestigte Dichtkegel (32) und der Dämpfungskolben (30, 40) einstückig
miteinander verbunden sind.
3. Regelsicherheitsblock (1) mit Schwingungsdämpfer (30, 40) für Hochdruckreiniger
nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtkegel (32) und der
Dämpfungskolben (30, 40) über eine lösbare Verbindung miteinander verbunden
sind.
4. Regelsicherheitsblock (1) mit Schwingungsdämpfer (30, 40) für Hochdruckreiniger
nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die lösbare Verbindung eine
Schraubverbindung ist.
5. Regelsicherheitsblock (1) mit Schwingungsdämpfer (30, 40) für Hochdruckreiniger
nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der
Dämpfungskolben (30, 40) aus mindestens zwei Teilen besteht.
6. Regelsicherheitsblock (1) mit Schwingungsdämpfer (30, 40) für Hochdruckreiniger
nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der
Steuerkolben (5) und/oder der Dichtkegel (32) gegenüber dem Dämpfungskolben
(30, 40) ein im wesentlichen radiales Spiel aufweist.
7. Regelsicherheitsblock (1) mit Schwingungsdämpfer (30, 40) für Hochdruckreiniger
nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die
Dämpfungsbohrung (21) auf ihrer einen Stirnseite in den Rücklauf (13) mündet
und auf ihrer anderen Stirnseite über eine Ent-/Belüftungsbohrung (22) mit der
Atmosphäre verbunden ist.
8. Regelsicherheitsblock (1) mit Schwingungsdämpfer (30, 40) für Hochdruckreiniger
nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die
Dämpfungsbohrung (21) auf ihrer einen Stirnseite in den Rücklauf (13) mündet
und auf ihrer anderen Stirnseite über eine Drosselbohrung mit einem
hydropneumatischen Dämpfungselement verbunden ist.
9. Regelsicherheitsblock (1) mit Schwingungsdämpfer (30, 40) für Hochdruckreiniger
nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die
Dämpfungsbohrung (21) auf ihrer einen Stirnseite in den Rücklauf (13) mündet
und auf ihrer anderen Stirnseite mit einem Raum unterschiedlichen Druckes, im
Vergleich zum Hochdruck im Kanal (7) vor dem Dichtkegel (32) und im Vergleich
zum Niederdruck im Rücklaufkanal (12) hinter dem Dichtkegel (32), verbunden ist.
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