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Vorrichtung zur selbsttätigen Entlastung von Pumpen Die Erfindung
bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Anordnung zwischen einer Pumpe und ihrem Verbraucherkreis,
um den Druck auf der Förderseite der Pumpe während deren Anlaufphase selbsttätig
so lange niedrig zu halten, als die Förderung unter einem bestimmten Wert liegt.
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Mit Hilfe dieser Entlastungsvorrichtung ist es möglich, die Pumpe
stets leer anlaufen zu lassen, was in der Praxis zahlreiche Vorteile bietet. Es
ist eine bekannte Tatsache, daß die wirtschaftlichsten., normalerweise für den Antrieb
von Pumpen verwendeten Elektromotoren Asynchronmotoren sind; diese haben aber nur
ein sehr geringes Anzugsmoment. Es ist fernerhin geläufig, daß Einzylinderpumpen,
ebenfalls von wirtschaftlichster Bauart, infolge des Umstandes, daß sie ein unregelmäßiges
Widerstandsmoment haben, ein Anlaufdrehmoment erfordern, welches sich auf das Dreifache
des Durchschnittsdrehmoments während des normalen Betriebs der Pumpe belaufen kann.
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Unter bestimmten Betriebsverhältnissen besteht daher die Notwendigkeit,
die Pumpe ständig anzutreiben, während ein wirtschaftlicher Betrieb dagegen das
Abstellen der Pumpe erfordert, wenn der Betriebsdruck erreicht ist.
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Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ermöglicht einen idealen und absolut
wirtschaftlichen Betrieb insofern, als das Abstellen der Pumpe jederzeit, wenn dies
erforderlich wird, erfolgen kann, da ihre Inbetriebsetzung dadurch außerordentlich
erleichtert wird, daß der Druck während der Anlaufphase auf der Förderseite der
Pumpe selbsttätig aufgehoben wird.
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Es sind bereits Vorrichtungen bekanntgeworden, die die Aufgabe haben,
Schläge in hydraulischen Leitungen zu dämpfen. Bei diesen wird ein zwischen zwei
Kammern befindliches Ventil vom Flüssigkeitsdruck in der Verbraucherleitung gesteuert.
Auch weisen die bekannten Vorrichtungen keine Möglichkeit auf, während eines bestimmten
Betriebszustandes ein Kurzschließen der Verbraucherleitung mit einer Rückflußleitung
zu ermöglichen.
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Gegenstand der Erfindung ist eine selbsttätig arbeitende Vorrichtung
zur Entlastung von Pumpen während deren Anlaufphase, die zwischen einer Pumpe und
ihrem Verbraucherkreis angeordnet und mit einer Rückflußleitung verbunden ist; sie
ist dadurch gekennzeichnet, daß, solange die Förderung der Pumpe nicht einen bestimmten
Wert überschreitet, der Druck auf der Förderseite der Pumpe entlastet wird, so daß
die Pumpe stets ohne Gegendruck in Gang gesetzt wird, während, sobald die Förderung
den bestimmten Wert erreicht, die Entlastungsvorrichtung die Rückflußleitung selbsttätig
verschließt.
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Die Entlastungsvorrichtung gemäß der Erfindung besteht aus einem beiderseits
verschlossenen Zylinder, in welchem sich ein axial beweglicher Kolben od. dgl. Trennwand
befindet, durch den der Innenraum des Zylinders in zwei Teilkammern unterteilt wird.
In eine der beiden Teilkammern mündet die Förderleitung der Pumpe, und in die andere
Teilkammer münden die Verbindungsleitung zu den Verbrauchern und die Rückflußleitung
ein. Der axial bewegliche Kolben steht unter der Wirkung einer Feder, die dem Flüssigkeitsdruck
in der mit der Pumpenförderleitung verbundenen Teilkammer entgegenwirkt. Die beiden
Teilkammern sind durch vorzugsweise in dem diese trennenden Kolben angeordnete Flüssigkeitsdurchtrittskanäle
verbunden, von denen der eine einen geringeren Querschnitt gegenüber dem zweiten
mit einem größeren Querschnitt besitzt. In der Teilkammer, in welche die Verbraucher-
und Rückflußleitung einmündet, ist ein Ventil angeordnet, welches bei bestimmten
Betriebszuständen die Mündung der Rückflußleitung verschließt und welches zweckmäßig
als Rückschlagventil ausgebildet ist. Dieses wird als Entlastungsventil bezeichnet.
Vorteilhafterweise ist dieses Ventil mit dem beweglichen Kolben verbunden und wird
von diesem gesteuert. In dem Flüssigkeitsdurchtrittskanal größeren Querschnitts
befindet sich ein Rückschlagventil, welches erst dann geöffnet wird, wenn die Pumpe
eine bestimmte Förderleistung erreicht hat und nachdem die Rückflußleitung verschlossen
worden ist. Die Steuerung dieses Rückschlagventils erfolgt in Abhängigkeit von der
Lage
des Kolbens im Zylinder, d. h. bei Erreichen und oberhalb eines
bestimmten Flüssigkeitsdrucks in der mit der Pumpenförderleitung verbundenen Teilkammer.
Wenn der Kanal größeren Querschnitts im Kolben und das den Rückfluß steuernde Entlastungsventil
koaxial zueinander angeordnet sind, so läßt sich das Rückschlagventil in diesem
Kanal in einfacher Weise dadurch steuern, daß am hinteren Ende des Entlästungsventilkörpers
ein Stößel angeordnet ist, durch den bei einer Relativbewegung des Kolbens gegenüber
dem Entlastungsventilkörper das Rückschlagventil im Flüssigkeitsdurchtrittskanal
geöffnet wird. Die Flüssigkeitsdurchtrittsöffnung mit geringerem Querschnitt zwischen
den beiden Teilkammern wird vorteilhafterweise von mehreren hintereinanderliegenden
Drosselstellen gebildet, die aus Bohrungen in einzelnen in einem bestimmten gleichmäßigen
Abstand voneinander in dem Kanal angeordneten Scheiben bestehen. Die feinen Bohrungen
in den Scheiben sind in axialer Richtung radial gegeneinander versetzt, damit der
durch eine Bohrung austretende Flüssigkeitsstrahl nicht direkt auf die Bohrung in
der benachbarten Scheibe auftrifft und durch diese hindurchgeht.
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Durch eine geeignete Wahl der Abmessungen der Entlastungsvorrichtung
und ihrer Einzelteile kann der zeitliche Ablauf jedes der Arbeitsvorgänge der Anlage
im voraus festgelegt werden.
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Nähere Einzelheiten und weitere Merkmale des Erfindungsgegenstandes
sowie einige Anwendungsbeispiele gehen aus der nachfolgenden Beschreibung zweier
Ausführungsbeispiele hervor, die in den Fig. 1 bis 6 der Zeichnungen dargestellt
sind. Es zeigen Fig. 1, 2 und 3 je einen Axialschnitt durch eine Entlastungsvorrichtung
gemäß der Erfindung, und zwar in Fig. 1 in der Entlastungs-, in Fig. 2 in der Schließ-
und in Fig. 3 in der normalen Förderstellung, Fig. 4 einen Axialschnitt durch. eine
vereinfachte Ausführungsform der Entlastungsvorrichtung, Fig. 5 eine schematische
Darstellung einer hydraulischen Anlage, bei welcher die Entlastungsvorrichtung Anwendung
findet, Fig. 6 eine schematische Darstellung eines hydraulischen Hebewerks als Anwendungsbeispiel
für die Entlastungsvorrichtung gemäß der Erfindung.
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Bei der in Fig. 1, 2 und 3 dargestellten Ausführungsform des Gegenstandes
der Erfindung besteht die Entlastungsvorrichtung aus einem beiderseits verschlossenen
Zylinder 1, in welchem ein gegen die Zylinderwand dichtender Kolben 2, der den Innenraum
des Zylinders 1 in zwei Teilkammern 3 und 4 unterteilt, axial beweglich gelagert
ist. Die Volumina der beiden Teilkammern 3 und 4 verändern sich in Abhängigkeit
von der Stellung des Kolbens 2 im umgekehrten Verhältnis. Die Teilkammer 3 steht
über eine Öffnung 5 mit der Förderleitung der Pumpe in Verbindung, während die Teilkammer
4 einerseits über eine Öffnung 6 mit dem Verbraucherkreis und andererseits über
eine Öffnung 7 mit der Rückflußleitung, beispielsweise mit dem Speisebehälter, in
Verbindung steht. Die Teilkammern 3 und 4 stehen über einen engen Kanal 8 und 25
im Körper des Kolbens 2 ständig miteinander in Verbindung und können außerdem unter
der Steuerung des Rückschlagventils 9, beispielsweise eines Kugelventils, über einen
zweiten Kanal 10, 11, 12 mit größerem Querschnitt miteinander in Verbindung gebracht
werden. In der Bohrung 10 befindet sich eine Schulter 13, die den Sitz für das Ventil
9 bildet. Die Bohrung 12, die koaxial zur Bohrung 10 liegt, dient der Aufnahme eines
Stiftes 21, der einen Schaft 14 durchsetzt, welcher an seinem dem Kolben 2 entgegengesetzten
Ende einen die Mündung 18 der Rückflußleitung steuernden Ventilkörper 15 trägt.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Ventil 15 durch
einen verstärkten Teil 16 des Schaftes 14 in einer axialen Bohrung 17 des Zylinderkopfes
gelagert und in dieser geführt. Die Mündung 18 der Rückflußleitung liegt koaxial
zu der Bohrung 17, die durch Öffnungen mit der Teilkammer 4 in Verbindung steht.
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Der Kolben 2 ist durch eine Feder 19 ständig in Richtung zur Flüssigkeitseintrittsöffnung
5 belastet. Zu diesem Zweck stützt sich die Feder 19 einerseits gegen den die Teilkammer
4 verschließenden Zylinderkopf und andererseits gegen einen Bügel 20 ab, welcher
auf dem Kolben 2 aufliegt. Die Bewegung des Bügels 20 in Richtung zur Öffnung 5
wird durch einen Anschlag 28 an der Zylinderwand begrenzt. Der Bügel 20 weist eine
Axialbohrung 22 auf, in der der Schaft i'4 gelagert ist, und dient zugleich als
Widerlager für den, Stift 21 im Ventilschaft 14.
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Das Entlastungsventil 15 ist in der dem Kolben 2 entgegengesetzten
Richtung durch eine Rückstellfeder 23 belastet, welche das Bestreben hat, den Ventilkörper
15 auf seinem Sitz zu halten, wenn er nicht durch den Bügel 20 und den Stift 21
von diesem abgehoben wird.
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Der Schaft 14 besitzt an seinem hinteren Ende eine im Innern der koaxialen
Bohrungen 12 und 10 liegende Verlängerung 24, durch die das Kugelventil 9 gesteuert
wird, indem bei einer Relativbewegung des Kolbens 2 gegenüber dem Ventil 15 der
Stößel 24 gegen die Kugel des Rückschlagventils 9 drückt und dieses dabei öffnet,
wodurch der Kanal 10, 11, 12 mit dem größeren Querschnitt im Kolben 2 freigegeben
wird.
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Bei dem dargestellten Beispiel wird der enge Kanal 8, der die Bewegung
des Kolbens 2 bewirkt und demzufolge die Arbeitsweise der Entlastungsvorrichtung
in Abhängigkeit von der Förderung der Pumpe gewährleistet, durch eine sich in axialer
Richtung erstreckende Bohrung gebildet, deren Ende durch die Bohrung 25 mit der
Teilkammer 4 in Verbindung steht. In dem Kanal 8 ist eine Anzahl von Scheiben 26
angeordnet, die in axialer Richtung der Bohrung in gleichen Abständen voneinander
liegen und je"eine feine Bohrung 27 aufweisen. Diese Bohrungen 27 sind in axialer
Richtung radial gegeneinander versetzt angeordnet, so daß der aus einer Öffnung
in einet Scheibe austretende Strahl nicht unmittelbar in die Öffnung in der nächsten
Scheibe eintreten kann.
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Die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist folgende: Im
Ruhezustand (Fig. 1) wird der Bügel 20 durch die Feder 19 gegen seinen Anschlag
2'8 gedrückt. Der Schaft 14 des Ventilkörpers 15 wird seinerseits durch die Feder
23 mit seinem Stift 21 in Anlage am Bügel 20 gehalten. Wenn die Pumpe in Gang gesetzt
wird, beliefert sie zuerst die Teilkammer 3 mit einer sehr geringen Fördermenge,
die aus der Teilkammer 3 durch den engen Kanal 8 in die Teilkammer 4 übertritt.
Bei zunehmender Förderung der Pumpe bewirkt die Belastungsverminderung in dem engen
Kana18, wenn die Förderung einen bestimmten Wert erreicht hat, eine Bewegung des
Kolbens 2 entgegen der Wirkung der Feder 19 und damit das Schließen des Ventils
15 (Fig.2). Von diesem Augenblick an kann die in der Teilkammer 4 übertretende Flüssigkeit
nicht mehr durch die Rückflußleitung abfließen. Der Kolben setzt jedoch seine Bewegung
fort, was zur Folge hat, daß der Stößel 24 auf die Kugel 9 auftrifft und diese von
ihrem Sitz 13
abhebt (Fig. 3). Von nun an kann die Flüssigkeit durch
den Kanal großen Querschnitts 11, 10, 12 in die Teilkammer 4 übertreten, von welcher
aus sie durch die Öffnung 6 zum Verbraucherkreis gefördert wird. Dieser Zustand
dauert so lange an, als die Förderung der Pumpe nicht unter einen bestimmten Wert
abfällt.
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Wenn die Förderung unter diesen Wert abfällt, wird der Kolben 2 unter
der Wirkung der Feder 19 in Richtung zur Flüssigkeitseintrittsöffnung 5 bewegt,
wobei der Ventilkörper 15 zunächst noch durch die Feder 23 auf seinem Sitz gehalten
wird, während die Kugel 9 jedoch infolge der Rückbewegung des Kolbens 2 in bezug
auf den Stößel 24 (Fig. 2) wieder gegen ihren Sitz gedrückt wird. Bei der weiteren
Rückbewegung des Kolbens kommt der Stift 21 am Bügel 20 zur Anlage, welcher den
Ventilkörper 15 mitnimmt und dadurch diesen von seinem Sitz abhebt. Dies hat zur
Folge, daß die Teilkammer 4 wieder mit der Rückflußleitung in Verbindung gebracht
wird und die Pumpe leer arbeiten kann. Durch den Abstand zwischen den beiden Stellungen
des Kolbens 2, in welchen das Schließen des Ventils 9 und das Öffnen des Ventils
15 bewirkt wird, wird das unzeitige Öffnen des Ventils 15 vermieden, wenn die Förderung
unregelmäßig ist, was bei Einzylinderpumpen der Fall ist.
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Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform, die beispielsweise
für Pumpen mit größerer Förderleistung bestimmt ist, ist der eng-, Kanal stark vereinfacht
ausgebildet und besteht nur aus einer einzigen Drosselstelle 8a. Der Kanal mit dem
größeren Querschnitt besteht aus einem Ringraum 10a. zwischen der Wandung einer
Axialbohrung im Kolben 2a und der Außenwandung eines Rohres 29, in welchem der Schaft
14a des Ventilkörpers 15a axial beweglich gelagert ist.
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Bei der vereinfachten Ausführungsform ist das Kugelventil 9 durch
eine ringförmige Schulter 30 des Rohres 29 ersetzt, die in der Schließstellung auf
dem Rand der Bohrung 10a aufliegt.
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Die Arbeitsweise dieser modifizierten Ausführungsform ist praktisch
die gleiche wie die der vorbeschriebenen Entlastungsvorrichtung.
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In Fig. 5 ist eine Einrichtung dargestellt, welche dazu bestimmt ist,
den Druck eines Druckspeichers 31 auf einem bestimmten Wert zu halten, bei der beispielsweise
die erfidungsgemäße Vorrichtung Anwendung findet. Zu diesem Zweck wird, sobald der
Druck unter den erwähnten bestimmten Wert abfällt, ein Motor 36 durch selbsttätig
wirkende Mittel in Gang gesetzt, welcher eine Pumpe 32 antreibt, die Flüssigkeit
in den Druckspeicher über eine selbsttätig arbeitende Entlastungsvorrichtung 33
gemäß der Erfindung fördert, wobei ein Rückschlagventil 35 den Austritt von Flüssigkeit
aus dem Druckspeicher 31 in Richtung des Speisebehälters 34. verhindert. Das Ingangsetzen
der Pumpe 32 durch den Motor 36 bietet keine Schwierigkeit, da, solange die Förderung
der Pumpe 32 nicht einen bestimmten Wert erreicht, die selbsttätige Entlastungsvorrichtung
33 jeden Druck auf der Förderseite der Pumpe aufhebt. Nachdem der Betriebsdruck
der Pumpe erreicht worden ist, schließt die Entlastungsvorrichtung 33 die Rückflußleitung
zum Speisebehälter 34 wieder, worauf der Druckspeicher 31 wieder gespeist wird.
Sobald der Druck in diesem Druckspeicher einen zweiten bestimmten Wert, der höher
ist als der erste, erreicht, wird der Motor 36 durch selbsttätige Mittel abgeschaltet
und damit die Pumpe 32 stillgesetzt, was zur Folge hat, daß durch die selbsttätige
Entlastungsvorrichtung 33 die Rückflußleitung wieder geöffnet wird. Dieser Zustand
dauert bis zu dem Zeitpunkt an, in dem der Druck im Druckspeicher 31 von neuem unter
den Wert abfällt, auf dem er gehalten werden soll, wodurch die Pumpe 32 wieder in
Gang gesetzt wird. Die Rohrleitungen 75 und 76 verbinden den Druckspeicher 31 und
den Speisebehälter 34 mit dem Verbraucherkreis.
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In Fig. 6 ist ein zweites Beispiel für die Anwendung der erfindungsgemäßen
Entlastungsvorrichtung, nämlich eine Steuereinrichtung für ein hydraulisches Hebewerk
57 dargestellt, welche die Aufgabe hat, einen Arbeitshub des Hebewerks herbeizuführen,
bei welchem eine Last 58 bewegt wird, um dann, nachdem diese Bewegung ein bestimmtes
Maß erreicht hat, das Hebewerk selbsttätig wieder in seine Ausgangsstellung zurückzuführen.
Diese Einrichtung weist einen Motor auf, beispielsweise einen Elektromotor 59, der
eine Pumpe 60 antreibt, wobei die Ingangsetzung des Motors beispielsweise durch
einen Zeitschalter ausgelöst wird, wodurch die Durchführung aufeinanderfolgender
Bewegungen einer Last mit einer gewünschten Periodizität ermöglicht wird. Wie bei
der zuvor beschriebenen Einrichtung ist zwischen der Pumpe 32a und dem Hebewerk
57 eine selbsttätige Entlastungsvorrichtung 33a gemäß der Erfindung angeordnet.
Die Inbetriebsetzung der Pumpe 32a durch den Motor 59 wird durch das Vorhandensein
der selbsttätigen Entlastungsvorrichtung 33a erleichtert, die den Rückfluß in den
Speisebehälter erst dann unterbricht, wenn die Förderung ihren Betriebsdruck erreicht
hat. Nachdem das Hebewerk 57 einen bestimmten Hub ausgeführt hat, werden durch selbsttätige
Mittel der Motor 59 und damit die Pumpe 32a zum Stillstand gebracht, was zur Folge
hat, daß die Entlastungsvorrichtung 33a die Rückflußleitung automatisch öffnet und
das Hebewerk 57 mit dem Speisebehälter 34a verbindet, so daß die Last 58 das Hebewerk
in seine Ausgangsstellung zurückbringen kann. Dies ist dadurch möglich, weil in
dem Verbraucherkreis kein Rückschlagventil vorgesehen ist.
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Die Erfindung soll nicht allein auf die beschriebenen und dargestellten
Ausführungsbeispiele der Entlastungsvorrichtung beschränkt sein; es sind innerhalb
ihres Rahmens zahlreiche Abänderungen möglich; so kann insbesondere die bewegliche
Trennwand der Kolben 2, der das Entlastungsventil steuert und der einen großen Durchlaßquerschnitt
aufweisende Kanal in jeder beliebigen anderen Weise angeordnet bzw. ausgebildet
werden. Die beiden Kanäle können z. B. auch außerhalb des Zylinders liegen, und
der Kanal mit großem Durchtrittsquerschnitt kann mit einem auf einen bestimmten
Druck eingestellten Ventil versehen sein oder unmittelbar durch die bewegliche Trennwand
gesteuert werden, die seine Öffnung verschließt oder freigibt.
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Die beschriebenen hydraulischen Einrichtungen stellen nur Beispiele
für die Verwendung der Entlastungsvorrichtungen gemäß der Erfindung dar, ohne daß
diese als zum Gegenstand gehörig zu betrachten sind.