-
Die Erfindung betrifft einen Druckregler für eine Pumpenanlage, durch
den ein aus einem Netz schwankenden Drucks entnommenes Druckmittel verbrauchsunabhängig
auf gleichbleibender Druckhöhe gehalten wird, mit einer Pumpe, die mit einem Antrieb
konstanter Drehzahl über eine hydraulisch gesteuerte Kupplung verbunden ist, wobei
ein Druckfühler zur Steuerung der Kupplung vorgesehen ist.
-
Pumpenanlagen dieser Art können sowohl für flüssige als auch für gasförmige
Strömungsmittel verwendet werden. Ein Beispiel einer mit Flüssigkeit arbeitenden
Anlage ist eine für größere Gebäude bestimmte Wasserverteilungsanlage, die für gewöhnlich
von einem Stadtwasserleitungsnetz versorgt wird, in welchem der Wasserdruck weitgehend
Druckschwankungen unterworfen ist. Die jeweilig einer solchen Anlage von den Verbrauchern
entnommenen Wassermengen schwanken ebenfalls erheblich, und es kommen auch Fälle
vor, in denen beide Faktoren gleichzeitig auftreten.
-
Eine bekannte Ausführung einer Pumpenanlage für ein Gebäude weist
einen sich mit gleichbleibender Drehzahl drehenden, mit einer Kreiselpumpe verbundenen
Motor auf, um den in der zugehörenden Anlage vorhandenen Druck oberhalb des im Stadtwasserleitungsnetz
vorhandenen Druckes zu halten. Sind alle Auslässe dieser Anlage geschlossen, dann
werden diese Auslässe einem Druck unterworfen, der höher als der erforderliche Druck
ist. Wenn auch der Antriebskraftbedarf etwas verringert wird, so erfolgt die Verringerung
nicht so weitgehend, wie es erwünscht wäre.
-
Ein bekanntes anderes Druckregelsystem arbeitet so, daß in die Druckleitung
ein Steuerorgan eingeschaltet ist, das auf die durchströmende Wassermenge reagiert
und eine hydraulische Kupplung derart beeinflußt, daß je nach dem Wasserbedarf eine
größere oder kleinere Drehzahl der Pumpe bei gleichbleibender Drehzahl des Antriebsmotors
erzielt wird.
-
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, einen Druckregler
für eine Pumpenanlage der eingangs erwähnten Art zu schaffen, der unabhängig von
der die Anlage jeweils durchströmenden Druckmittelmenge die Pumpendrehzahl sowohl
bei Schwankungen des Netzdrucks. als auch des Verbraucherdrucks mit großer Genauigkeit
so regeln kann, daß die Druckhöhe der Anlage gleich bleibt.
-
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Kupplung in an
sich bekannter Weise unter dem Druck von Federn stehende Reibeelemente enthält,
die eine Schlupfverbindung zwischen dem Antrieb und der Pumpe herstellen, daß eine
vom Druckmittel der Pumpenanlage betätigte Vorrichtung die Reibeelemente zusätzlich
belastet und das von der Kupplung übertragene Drehmoment erhöht, und daß ein auf
einen vorherbestimmten Strömungsmitteldruck in der Anlage ansprechender Entlastungsschieber
den auf die zusätzliche Belastungsvorrichtung wirkenden Druck aufhebt und hierdurch
die Kupplung auf ihren Schlupfzustand zurückführt.
-
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden Teil der Beschreibung
an Hand der Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen zeigt F i g. 1 einen Teilschnitt
durch den in Ruhestellung befindlichen Druckregler, F i g. 2 eine teilweise geschnittene
Endansicht des Druckreglers, gesehen in Richtung des Pfeiles 2 der F i g.1, F i
g. 3 einen vergrößerten Schnitt nach Linie 3-3 der F i g.1, F i g. 4 eine Draufsicht
auf die Reibfläche einer Kupplungsplatte, gesehen in Richtung des Pfeiles
4
der F i g. 3 und F i g. 5 Kurven, die das Verhältnis zwischen Schlupfdrehmoment
ohne Wasserdruck und dem Drehmomentbedarf bei Wasserdruck zeigen.
-
F i g. 1 zeigt eine mit gleichbleibender Drehzahl umlaufende Kraftquelle
10, z. B. einen Induktionsmotor, der über eine Welle 11 ein ringförmiges Mantelgehäuse
12 treibt, das an seinem in F i g.1 rechten Ende offen ist und dessen Innenfläche
13 eine Reibfläche für die Reibelemente einer Kupplung bildet. An der Fläche
13 liegen sich diametral gegenüberstehende, im folgenden als Kupplungsplatten
bezeichnete Reibelemente 14 mit Reibung an. Jede Kupplungsplatte 14 (F i g. 3) ist
bogenförmig ausgebildet und an ihrem einen Ende 15 auf einer Nabe 16 drehbar gelagert,
die mit dem einen Ende einer Antriebswelle 17 drehfest verbunden ist. Zu Kühlzwecken
weist die Außenfläche jeder Kupplungsplatte 14 vorzugsweise eine Anzahl von
sich gitterartig kreuzenden Nuten 18 und 19 auf, die mit der Gehäusefläche
13
zusammenwirkende Vorsprünge 20 umgeben. Die Kupplungsplatten
14 sind auf der Nabe 16 (F i g. 3) drehbar so angeordnet, daß sie
bei einer im Uhrzeigersinn erfolgenden Drehung der Nabe 16 durch Fliehkraft
an die Gehäusefläche 13 mit einem Druck angelegt werden, der von der Drehgeschwindigkeit
der Nabe 16 abhängt.
-
Jede Kupplungsplatte 14 wird an die Fläche 13
von einer
Schraubenfeder 21 gedrückt, deren entgegengesetzte Enden an der Nabe 16 bzw.
an einem in einer Ausnehmung 23 der Nabe geführten Kolben 22 anliegen, der einen
Auswärtsdruck auf die Kupplungsplatte 14 ausübt. Die Feder 21 und
der Kolben 22 für die eine Kupplungsplatte 14 sind diametral zu den
entsprechenden Teilen der anderen Kupplungsplatte gerichtet. Diese Teile werden
zusammen mit dem Mantelgehäuse 12 und der Nabe 16 nachstehend kollektiv
als Kupplung 24 bezeichnet.
-
Die Antriebswelle 17 ist mit einer üblichen Kreiselpumpe 25 verbunden,
deren Einlaß 26 über eine Rohrleitung 27 mit einer Haupzuführung
28, z. B. mit einer Stadtwasserleitung, verbunden ist. Eine Rohrleitung
29 verbindet die Hauptzuführleitung 28 mit dem Innenraum eines geschlossenen Gehäuses
30, in welchem die Kupplung 24 arbeitet. Das Gehäuse 30
und
das Mantelgehäuse 12 sind daher stets mit Wasser gefüllt, dessen Druck dem jeweils
in der Hauptzuführleitung vorhandenen Druck entspricht. Der Umlauf im Mantelgehäuse
12 wird durch mehrere Bohrungen 31 ermöglicht, die sich in der Endwand 32 des Mantelgehäuses
12 befinden. Die Fördermenge der Pumpe 25 strömt über eine Rohrleitung 33 zu einem
Zapfhahn 34, der die von der Pumpe 25 versorgte Verteilungsanlage darstellt. Druckschwankungen
in dieser Verteilungsanlage werden zum Regeln der Fördermenge der Pumpe 25 verwendet,
so daß ein im wesentlichen gleichbleibender Druck in der Anlage aufrechterhalten
wird.
-
Ein Regelventil 35 (F i g. 1 und 2) in Form eines Schiebers, der durch
einen eingeschnürten Kolbenteil 38 getrennte Kolbenabschnitte 36 und 37 aufweist,
ist in einer radial zur Welle 17 gerichteten Bohrung 39 eines verbreiterten Teils
40 der Gehäuseendwand 41 gleitbar gelagert. Das in der Zeichnung oben
liegende
Ende des Kolbenabschnitts 36 liegt an einer Membran 42 an. Die Membran ist
an ihrem äußeren Umfang zwischen dem Endwandtei140 und einem Deckel 43 eingeklemmt,
der eine vorgespannte Regelfeder 44 enthält. Die Feder 44 belastet
ständig das Regelventil 35 und drückt es . in seine in den F i g. 1 und 2 dargestellte
Haltestellung, in der ein von dem Kolbenabschnitt 37 ausgehender Ansatz 45 an einer
die Welle 17 umgebenden ortsfesten Buchse 46 anliegt.
-
Im verbreiterten Endwandteil40 sind radial gerichtete Durchlässe
47 und 48 vorhanden. Der Durchlaß 47 steht ständig über eine
Bohrung 49 mit dem zwischen den Kolbenabschnitten 36 und 37 liegenden Abschnitt
50 der Bohrung 39 und ferner auch über einen Durchlaß 51 mit dem Abschnitt 52 der
Bohrung 39 in Verbindung, in welchem der Zapfen 45 angeordnet ist. Der Durchlaß
47 ist auch ständig über eine Rohrleitung 53 mit dem Rohr 33 der Verteilungsanlage
(F i g. 1) verbunden. Der Bohrungsabschnitt 50 ist über eine Öffnung 54 mit dem
Durchlaß 48 verbunden, der mit einem in der Buchse 46
vorhandenen Radialdurchlaß
55 in Verbindung steht, der über einen in der Buchse 46 vorhandenen Ringkanal
56 und eine die Welle 17 durchdringende Bohrung mit dem einen Ende einer in der
Welle 17 vorgesehenenAxialbohrung 58 kommuniziert. Das andere Ende der Axialbohrung
58 ist durch einen Stopfen 59 geschlossen. In der Mitte der Bohrung
58 sind, entgegengesetzt angeordnet, radial gerichtete Durchlässe 60 vorhanden,
die die Welle 17 und die Nabe 16 durchsetzen und eine Verbindung zwischen
dem Durchlaß 58 und Kammern 61 herstellen, die von den Wandungen der Nabenausnehmungen
23 und den Innenwänden der Kolben 22 begrenzt sind. Eine Auslaßöffnung 62
verbindet die Bohrung 39 über einen in der Wand der Bohrung befindlichen Ringkanal
63 mit dem Innenraum des Gehäuses 30. In der in den F i g. 1 und 2 dargestellten
Stellung ist der Ringkanal 63 von dem Kolbenabschnitt 36 abgedeckt.
-
Zur Beschreibung der Arbeitsweise des Druckreglers wird zuerst der
Betriebszustand betrachtet, bei dem sich alle Teile in Ruhestellung befinden und
der übliche Druck im Leitungsnetz 28 vorhanden ist. Dieser Druck ist im Gehäuse
30, im Mantelgehäuse 12, in den Durchlässen und Bohrungen der Nabe
16
und der Welle 17, in den Bohrungsabschnitten und Durchlässen des verbreiterten
Teiles 40, in den Kammern 61 und im Einlaß 27 der Pumpe
25 wirksam. Bei diesem Betriebszustand wird das Regelventil 35
von
der Feder 44 gegen den im Bohrungsabschnitt 52 herrschenden Netzdruck in
die Innenstellung oder Haltestellung (F i g. 1 und 2) gedrückt, in der der Kolbenabschnitt
36 die Auslaßöffnung 62 abdeckt. Die Kupplungsplatten 14 werden
in Anlage am Mantelgehäuse von den eine Federcharakteristik aufweisenden Federn
21 und auch von dem in den Kammern 61 herrschenden, dem jeweiligen Wasserdruck
des Leitungsnetzes entsprechenden Wasserdruck gehalten.
-
Der von den Federn 21 und dem Netzdruck erzeugte Anlagedruck der Kupplungsplatten
14 am Mantelgehäuse 12 im Ruhezustand ist so gewählt, daß die Kupplungsplatten
beim Anlassen des Motors 10 schlüpfen, jedoch ein Drehmoment auf die Welle
17 übertragen, das zum Antrieb der Pumpe 25 genügt. Die Federn 21
werden so eingestellt, daß beim Anlassen und bei laufenden Betriebsverhältnissen
der Schlupfzustand der Kupplung 24 so lange besteht, bis der Flüssigkeitsdruck in
der Verteileranlage 34 eine vorher bestimmte Druckgröße erreicht hat. Der Wasserdruck
in der Verteileranlage setzt sich dann aus dem Netzdruck und dem Pumpendruck zusammen.
Ehe der Motor 10 seine volle Drehzahl erreicht oder wenn der Motor
10 seine volle Drehzahl erreicht hat, kann der auf die Kupplungsplatten
14 wirkende Druck so groß sein, daß er die Kupplungsplatten in volle Drehmomentübertragungsanlage
an den Gehäusemantel 12 drückt. Zum Andrücken der Kupplungsplatten
14 tragen auch die an diesen wirksamen Fliehkräfte bei. Der im Bohrungsabschnitt
52 herrschende Wasserdruck drückt auch gegen den Kolbenabschnitt 37 in einer Richtung,
die entgegengesetzt dem von der Regelfeder 44 ausgeübten Druck gerichtet ist.
-
überschreitet der Druck in der Verteileranlage den von der Regelfeder
44 bestimmten Grenzwert, dann bewegt sich das Regelventil 35 nach
oben (gesehen in F i g. 1), bis der Kolbenabschnitt 36 den Ringkanal 63 freigibt.
Der in der Verteileranlage herrschende Druck gleicht sich also dem im Gehäuse
30 herrschenden Druck an, der stets gleich dem Netzdruck ist. Ebenso wird
der Druck in den Kammern 61
verringert. Infolge des verringerten Einkupplungsdruckes
schlüpft die Kupplung 24, und die Förderleistung der Pumpe 25 wird so lange
verringert, bis der Druck in der Verteileranlage 34 unterhalb des von der
Feder 44 geregelten Druckes liegt. Das Regelventil 35 schiebt sich
dann auf die in F i g. 1 dargestellte Stellung, und der Zyklus wird wieder aufgenommen.
-
Durch diese Art der Druckregelung wird ungeachtet von Schwankungen
im Wasserverbrauch ein vorherbestimmter Druck in der Verteileranlage aufrechterhalten.
Der Motor 10 dreht sich mit gleichbleibender Drehzahl, und die Schlupfkupplungsregelung
des auf die Pumpe 25 übertragenen Drehmomentes führt zu einer sicheren Verringerung
des Druckes und des Kraftbedarfes an der Regelstelle.
-
Die im Betrieb erforderlichen Drehmomente sind in F i g. 5 graphisch
an Hand von Kurven 64 und 65
dargestellt, die die Notwendigkeit für
den von der Pumpe 25 zugeführten Druckwasserzusatz zeigen.