DE1428001C - Selbsttätige Steuerung fur hydraulisch angetriebene Membrankompressoren oder Mem branpumpen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine selbsttätige Steuerung Der Arbeitskolben 8 wird durch einen hydraufür hydraulisch angetriebene Membrankompressoren lischen Antrieb hin- und herbewegt. Dies erfolgt oder Membranpumpen, bei denen der Druck des auf durch einen Antriebskolben 11, indem die Räume die Membran wirkenden hydraulischen Arbeitsmittels über und unter ihm abwechselnd mit Druckflüssigkeit durch einen unter dem Einfluß eines hydraulischen 5 gefüllt werden. Die hierzu erforderliche Einrichtung Treibmittels hin- und herbewegten Arbeitskolben ge- ist für die Erfindung unerheblich und, da an sich besteuert wird, dessen Hubvolumen größer ist als das kannt, in der Zeichnung nicht dargestellt. Sie kann der Membran. beispielsweise aus einem Steuerschieber bestehen, der Es ist eine Membranpumpe bekannt, bei der der durch bekannte und übliche Mittel im oberen und Druck des auf die Membran wirkenden hydraulischen io unteren Ende des Hubes umgesteuert wird.
Arbeitsmittels durch einen von einem Kurbeltrieb Die beim Betrieb einer derartigen Maschine aufhin- und herbewegten Arbeitskolben gesteuert wird. tretenden Drücke sind in Fig. 2 dargestellt, wobei Mit der Rückseite der Membran ist ein Steuer- 12 das untere Ende und 13 das obere Ende des schieber verbunden, der den Raum zwischen Arbeits- Hubes des Arbeitskolbens bedeutet. Die Strecke zwikolben und Membran abwechselnd mit einem den 15 sehen den Linien 12 und 13 entspricht damit dem Abfluß von Arbeitsmittel aus diesem Raum oder den vom Arbeitskolben verdrängten Volumen.
Zufluß von Arbeitsmittel in diesen Raum ermög- Beim Beginn des Druckhubes herrscht im Förderlichenden Rückschlagventil verbindet. Dadurch wird raum 6 und daher ebenfalls im Verdrängungsraum 7 vermieden, daß die Membran beim Druckhub durch der Ansaugdruck 14. Während des Druckhubes wird eine zu große Arbeitsmittelmenge in dem Raum zwi- ao zunächst das im Raum 6 befindliche Gas bis auf den sehen Arbeitskolben und Membran und beim Saug- Druck 15 komprimiert und anschließend durch das hub durch eine zu kleine Arbeitsmittelmcnge in Druckventil ausgeschoben. Nun ist es notwendig, aus diesem Raum beschädigt wird. Die Membranpumps verschiedenen Gründen das Hubvolumen des Arbeits- '■ ist für sehr hohe Drücke, z. B. mehrere tausend kolbens 8 größer zu machen als das Hubvolumen der Atmosphären nicht verwendbar, da dann der Arbeits- 25 Membran 6, die sich nur zwischen den beiden gekolben und die Steuereinrichtiing unzulässig hohen wölbten Begrenzungsflächen im Zylinder 3 und im Beanspruchungen unterliegen würden. Ventilkopf 2 bewegen kann. Die im Verdrängungs-Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine hydraulisch raum 7 befindliche Arbeitsflüssigkeit ist ebenfalls angetriebene Membranpumpe zu schaffen, die für etwas kompressibel, die Wände des Zylinders 3 dehsehr hohe Drücke, z. B. mehrere tausend Atmo- 30 nen sich unter hohem Druck aus, und schließlich Sphären, verwendbar ist. Um dabei die Membran vor kann nicht mit einer vollständigen Dichtheit der Ab-Vcrletzungen zu schützen, muß der am Hubende auf dichtung 9 gerechnet werden. Da zur Kompensation die Membran einwirkende Über- bzw. Unterdruck dieser Einflüsse das Hubvolumen des Arbeitskol-■ des Arbeitsmittels auf ein unschädliches Maß be- bens 8 größer sein muß als das Hubvolumen der schränkt werden. 35 Membran 1, wird sich die Membran an die obere Be-Hicrzu schlägt die Erfindung vor, daß bei der ein- grenzungsfläche im Ventilkopf 2 bereits im Punkt 16 gangs beschriebenen selbständigen Steuerung für hy- anlegen, bevor das Ende des Arbeitskolbenhubes 13 draulisch angetriebene Membrankompressoren oder erreicht ist. Da sich der Arbeitskolben 8 hingegen bis Membranpumpen der Druckhub bzw. der Saughub zum Hübende weiterbewegen will, wird nun eine des Arbeitskolbens vor dem Auftreten eines für die 40 außerordentlich rasche Drucksteigerung im Raum 7 Membran gefährlichen Über- bzw. Unterdruckes da- eintreten.

durch beendet wird, daß der Ausschubdruck bzw. der Während des Kompressionshubes ist die Mem-Rückschubdruck in einem durch die jeweilige Stel- _bran γ _ni_{cht senr star}k beansprucht, da die Drücke lung des Arbeitskolbens bestimmten Zeitintervall ge- _{in den} Rä_umen 6 und 7 praktisch gleich sind. Nachspeichert und der Differenzdruck zwischen dem _{45 dem sich} jedoch die Membran an die obere Begrenspäter auftretenden Über- bzw. Unterdruck des auf zungsfiäche gelegt hat und nachdem im Raum 7 eine die Membran wirkenden hydraulischen Arbeitsmittels _{sehr starke} Drucksteigerung eingetreten ist, kann die und dem gespeicherten Druck zur Unterbrechung des Membran gefährdet werden, da diese Drucksteigerung Druck- bzw. Saughubes des Arbeitskolbcns herange- versucht, die Membran in die Öffnungen der Saugzogen wird. 50 _uncj Druckkanäle hineinzutreiben und gewissermaßen In der Fig. 1 ist ein Membrankompressor nach durchzustanzen. Die Drucksteigerung muß daher auf der Erfindung dargestellt; einen Wert begrenzt werden, welcher für die Mem-Fig. 2 zeigt Diagramme der beim Betrieb des bran noch erträglich ist. Dies geschieht normaler-Membrankompressors auftretenden Drücke. weise durch qin Sicherheitsventil, welches so einge-1 bezeichnet die Membran, die an ihrem äußeren 55 stellt ist, daß bei Erreichen eines unschädlichen Umfang zwischen dem Ventilkopf 2 und dem Zylin- Überdruckes 17 das Treibmittel aus dem Raum 7 der 3 eingespannt ist. im Ventilkopf 2 sind Bohrun- entweichen kann.

gen 4 und 5 für nicht dargestellte Saug- und Druck- Bei außerordentlich hohen Drücken von mehreren

ventile vorgesehen. tausend atm ist diese Einrichtung jedoch nicht mehr

Der Raum 6 über der Membran dient als Koni- 60 verwendbar. Wenn die Maschine mit einem gcringe-

pressionsraum, während der Raum 7 der Membran ren Enddruck 18 betrieben würde, so würde die

mit einer geeigneten Arbeitsflüssigkeit gefüllt ist, die Membran bereits früher, z. B. im Punkt 19, zum An-

durch die Bewegung des Arbcitskolhens oder Plun- liegen an die obere Begrenzungsfiäche kommen, da

ge rs 8 verdrängt wird und dadurch die Membran bei dem geringeren Enddruck die Kompressibilität durchbiegt. Der Arbeilskolben ist durch Dichtungen 9 65 des alsArbeitsflüssigkeit dienenden Öles die elastische

und 10 nach außen abgedichtet. Die Arbeitsflüssig- Ausweitung des Zylinders und die Undichtigkeit der

keit im Raum 7 ist durch die Membran 1 von dem Dichtung 9 keine so große Rolle spielen. Bei der wei-

geförderten Gas im Raum 6 vollkommen getrennt. teren Bewegung des Arbeitskolbens 8 würde dann

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wiederum eine sehr rasche Drucksteigerung folgen, Druck aufgefüllt wird, der während der Zeit 23 bis ■ die erst beendet würde, wenn das Überdruckventil, 24 im Zylinder geherrscht hat.
welches auf den Druck 17 eingestellt ist, das über- Auch während des Abwärtsganges des Kolbens flüssige Verdrängungsmittel abfließen läßt. Die Druck- wird das Entnahmeventil 25 beim Durchlaufen der differenz zwischen den Drücken 17 und 19 kann je- 5 Strecke 23 bis 24 geöffnet. Während dieser Zeit doch leicht mehrere tausend atm betragen und ist da- herrscht aber im Treibzylinder ein geringerer Druck, her für die Membran nicht mehr zulässig. Um zu verhindern, daß der Akkumulator 28 sich ent-Ähnliche Verhältnisse ergeben sich beim Rück- leert, ist ein Absperrschieber 29 vorgesehen, der nur gang des Arbeitskolbens 8. Das im schädlichen Raum während des Aufwärtshubes der Maschine die Veroberhalb der Membran eingeschlossene Gas wird zu- io bindung freigibt, beim Abwärtshub hingegen sich vernächst vom Druck 16 bis auf den Saugdruck 20 ex- schließt. Die Steuerung dieses Absperrschiebers 29 pandieren, welcher gleich dem Anfangsdruck 14 ist. ist in der Fig. 1 nicht dargestellt, da sie für die Er-Beim Arbeiten mit geringerem Enddruck 19 würde findung unerheblich ist. Sie kann in sehr einfacher die Expansion bis zum Punkt 2t gehen. In beiden Weise in Abhängigkeit von der Stellung des ebenfalls Fällen wird sich abschließend das Ansaugdruckventil 15 nicht dargestellten Steuerschiebers erfolgen,
öffnen, und ein Ansaughub wird im Raum 6 über der Gemäß der vorstehend gegebenen Erläuterung des Membran durchgeführt. Da jedoch beim vorher- Erfindungsprinzipes muß nun die gespeicherte Inforgehenden Druckhub durch Undichtigkeit der Pak- mation über den Druck dazu verwendet werden, den kung 9 etwas von der Arbeitsflüssigkeit verloren- Druckhub zu beenden, wobei die Membran 1 an der gegangen ist, wird die Membran 1 bereits im Punkt 20 oberen Begrenzungsfläche anliegt. Dies geschieht 22 an der unteren gewölbten Begrenzungsfläche im durch einen Steuerkolben 30, welcher auf der einen Zylinder 3 zum Anliegen kommen, und beim weite- Endfläche 31 von dem unter dem Treibkolben Il ren Abwärtsgang des Arbeitskolbens 8 wird ein ra- herrschenden Druck beaufschlagt ist, auf der anderen pider Druckabfall eintreten. Wenn mit hohen An- gleich großen Fläche 32 jedoch von dem im Speicher saugedrücken gearbeitet wird, wie dies insbesondere 25 28 herrschenden Druck und von einer Feder 33. Sobei sogenannten Zirkulationspumpen vorkommt, kann lange das Diagramm zwischen den Punkten 15 und auch hier wieder die Membran durch den auftreten- 16 verläuft, herrscht sowohl auf der Fläche 31 wie den Druckunterschied beschädigt werden. Dieser auch auf der Fläche 32 der gleiche Druck, so daß Druckunterschied versucht die Membran 1 in die der Kolben unter der Einwirkung der Feder 33 in die Zylinderbohrung hineinzupressen und durchzu- 30 linke, gezeichnete Stellung gehen muß. Sobald sich stanzen. ■ nach Überschreiten des Punktes 16 die Membran 1 Wie bereits oben dargelegt wurde, hat die Erfm- an der oberen Begrenzungsflächc anlegt, beginnt eine dung zum Ziel, diese Schwierigkeiten zu vermeiden, rapide Drucksteigerung unter dem Kolben 11, weiche indem Mittel und Wege geschaffen werden, die die sofort auf die Fläche 31 des Steuerkolbens 30 wirkt, möglichen Überdrücke am Ende des Druckhubes und 35 Die Fläche 32 steht jedoch nach wie vor unter der am Ende des Saughubes jeweils auf ein unschädliches Einwirkung des gespeicherten Druckes 28. Sobald Maß begrenzen, wobei diese Begrenzung automatisch der Druckanstieg vom Punkt 16 bis 17 die Kraft der den jeweils vorliegenden Saug- und Enddrücken an- Feder 33 übersteigt, geht infolgedessen der Steuergepaßt wird. Dies geschieht wie folgt: kolben 30 in die rechte Endlage.

Da die Drücke im Kompressionsraum 6 außer- 40 Diese Bewegung des Steuerkolbens kann dazu verordentlich hoch sind und daher nur mit komplizier- wendet werden, die Umsteuerung des Kolbens 11 zu ten und empfindlichen Geräten gemessen werden bewirken und damit den Druckhub zu beenden. Die können, werden statt dessen gemäß der Erfindung die hierzu erforderlichen Mittel sind bekannt und für die Treibmittel-Drücke unter dem Kolben 11 gemessen. Erfindung unerheblich und deshalb in Fig. 1 auch Diese Drücke sind im Verhältnis der Querschnitts- 45 nicht dargestellt. Der ebenfalls nicht dargestellte fläche des Plungers 8 und des Kolbens 11 geringer, Hauptsteuerschieber, der die Ölverteilung auf die verlaufen aber grundsätzlich genau gleich wie die in beiden Seiten des Kolbens H bewirkt, könnte z. B. F i g. 2 dargestellteri Diagramme, durch mechanische Mittel oder durch eine bekannte Zur Begrenzung des Überdruckes am Ende des hydraulische Folgesteuerung oder durch eine Kom-Kompressionshubes ist es nach Vorstehendem not- 50 bination von elektrischen Kontakten und Magnetwendig, eine Information darüber zu erhalten, wie ventilen umgesteuert werden.

groß der Treibmitteldruck ist, der dem Gasdruck 15 Es ist ohne weiteres verständlich, daß diese Ein- und 16 entspricht. Dies erfolgt durch ein gesteuertes richtung in vollständig gleicher Weise arbeitet, wenn Entnahmeventil, welches während der kurzen Zeit der Enddruck der Maschine verändert wird.
23 bis 24 die Meßeinrichtung mit dem Zylinder- 55 Wenn z. B. mit dem Enddruck 18/19 gearbeitet inneren in Verbindung bringt. wird, so wird während der kurzen Entnahmeperiode Γη Fig. 1 ist dieses Entnahmeventil mit 25 be- 34/35 dieser Druck im Speicher 28 gespeichert. Nach zeichnet, und es wird durch eine Kurvenbahn 26 ge- Überschreiten des Punktes 19 wird der Steuerschieber steuert, die mit der Kolbenstange in Verbindung 30 durch den auftretenden Überdruck wiederum in steht. Diese Kurvenbahn hat eine Vertiefung ent- 60 die rechte Lage geschoben. Es ist ebenfalls einleuchsprechend der Strecke 23 bis 24, und das Entnahme- tend, daß der auftretende Überdruck 36 bis 19 gleich ventil 25 öffnet sich infolgedessen unter dem Einfluß groß sein muß wie der früher aufgetretene Überdruck der Feder 27 beim Durchlaufen dieser Strecke. 17 bis 36, nämlich wiederum entsprechend der Span-Weiter ist es nach Vorstehendem notwendig, diese nung· der Feder 33. Durch entsprechende Wahl der Information über die Höhe des normalen Druckes 65 Spannung der Feder 33 ist es leicht möglich, diesen bis zum Hubcndc zu speichern. Dies geschieht in Überdruck auf einen Wert zu beschränken, der für einem hydraulischen Akkumulator 28, welcher durch die Membran ungefährlich ist. Damit ist das Ziel, die die beschriebene Einrichtung genau auf denjenigen Membran gegen Überlastung am Ende des Druck-

liubes zu schützen, unabhängig von wechselnden Enddrücken, erreicht.

Sollte es infolge sehr starker Verschiedenheit der Diagramme notwendig werden, die zeitliche Lage der Entnahmeperiode 23/24 oder 34/35 zu ändern (wie dies im Diagramm absichtlich übertrieben dargestellt ist), so kann auch diese zeitliche Änderung leicht erreicht werden, indem das Kurvenstück 26 relativ zur Kolbenstange verschoben werden kann.

In ähnlicher Weise wird die Sicherung der Membran gegen Überlastung am Ende des Ansaughubes erreicht.

Hierfür ist ein weiterer Entnahmeschieber 36 vorgesehen, der in ähnlicher Weise wie vorher durch ein Kurvenstück 37 gesteuert ist und der sich unter der Belastung der Feder 38 kurzzeitig öffnet, um dem Zylinder eine Druckprobe zu entnehmen. Diese Kurvenscheibe ist so angeordnet, daß die Entnahme der Druckprobe zwischen den Punkten 39 und 40 erfolgt.

In ähnlicher Weise wie vorher wird der so entnommene Druck wiederum in einem Speicher 41 gespeichert. In ähnlicher Weise wie vorher ist auch ein Abschlußschieber 42 vorhanden, der nur beim Ansaugehub die Verbindung zum Speicher 41 öffnet, beim Druckhub hingegen sie abschließt und der durch nicht dargestellte Mittel entsprechend gesteuert werden kann. Der im Akkumulator41 herrschende Druck wirkt auf einen Multiplikator, dessen großer Kolben 43 und kleiner Kolben 44 in ähnlichem Verhältnis steht wie der große Kolben 11 und der Plunger 8; da jedoch dem Druck auf den großen Kolben 43 die Kraft der Feder 45 entgegenwirkt, wird der von dem kleinen Kolben 44 erzeugte Druck etwas niedriger sein als der Ansaugedruck 22 der Maschine.

Sobald im Punkt 22 die Membran 1 sich auf die untere Begrenzungsfläche anlegt, beginnt der Druck des Vcrdrängungsmittels rasch zu sinken. Sobald dieser Druck auf die Höhe 46 gesunken ist, wird der Druck über der federbelasteten Packung 9 niedriger als der darunter herrschende Druck. Die Packung 9 wird sich daher von ihrer Unterlage abheben und wird das vom Multiplikator 44 geförderte Treibmittel in den Zylinder eintreten lassen. Der Druck im Zylinder kann daher nicht unter den Druck 46 fallen.

Wie aus dem Vorstehenden hervorgeht, hängt die Höhe des Druckunterschiedes von 22 bis 46 von der Stärke der Feder 45 ab. Durch geeignete Bemessung dieser Feder hat man es daher in der Hand, den Druckunterschied 22 bis 46 so gering zu halten, daß die Membran dadurch nicht gefährdet wird.

Der Multiplikator 44 wird während des Druckhubes nicht benötigt. Daher kann die Verbindung zwischen dem Kolben 43 des Multiplikators und dem Speicher 41 während des Druckhubes durch einen Schieber 47 unterbrochen werden, der statt dessen eine Verbindung ins Freie herstellt. Unter der Wirkung der Feder 45 wird daher der Kolben 43 zurückgehen, und der Multiplikator kann wieder frisch gefüllt werden. Der Scliicber47 kann leicht so gesteuert werden, daß er während des Saughubes die Verbindung zum Akkumulator 41, während des Druckhubes die Verbindung ins Freie darstellt. Die Mittel, um diese Steuerung herbeizuführen, sind bekannt und für die Erfindung unerheblich, weshalb sie in der Fig. 1 nicht dargestellt sind. Diese Steuerung kann z.B. in einfacher Weise von der Bewegung des Hauptschiebers begleitet werden, der die ölverteilung auf beide Seiten des Kolbens 11 regelt.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Selbsttätige Steuerung für hydraulisch angetriebene Membrankompressoren oder Membranpumpen, bei denen der Druck des auf die Membran wirkenden hydraulischen Arbeitsmittels durch einen unter dem Einfluß eines hydraulischen Treibmittels hin- und herbewegten Arbeitskolbens gesteuert wird, dessen Hubvolumen größer ist als das der Membran, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckhub bzw. dei Saughub des Arbeitskolbens (8) vor dem Auftreten eines für die Membran gefährlichen Überbzw. Unterdruckes dadurch beendet wird, daß der Ausschubdruck (15, 16 oder 18, 19) bzw. der Rückschubdruck (20 bis 46 oder 21 bis 46) in / einem durch die jeweilige Stellung des Arbeitskolbens bestimmten Zeitintervall (23, 24 oder 34, 35 oder 39, 40) gespeichert und der Differenzdruck zwischen dem später auftretenden Überbzw. Unterdruck des auf die Membran (1) wirkenden hydraulischen Arbeitsmittels und dem gespeicherten Druck zur Unterbrechung des Druckbzw. Saughubes des Arbeitskolbens herangezogen wird.

2. Selbsttätige Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein dem Ausschubdruck (15, 16 bzw. 18, 19) proportionaler Druck des hydraulischen Treibmittels gespeichert und der Differenzdruck zwischen dem später auftretenden Überdruck des Treibmittels und dem gespeicherten Treibdruck zur Unterbrechung des Druckhubes des Arbeitskolbens (8) herangezogen wird.

3. Selbsttätige Steuerung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Verdrängungsraum (7) des Arbeitskolbens (8) gegen ,-, Ende des Ansaughubes ein Druckmittel zugeführt V wird, indem der Ansaugdruck (20, 22) in einem durch die jeweilige Stellung des Arbeitskolbens

(8) gegebenen Zeitintervall (39/40) gespeichert und vor Absinken des Ansaugdruckes unter die für die Membran aus Festigkeitsgründen nicht mehr zulässige Grenze über einen unter konstanter Vorspannung (45) stehenden Druckmultiplikator (44) in den Verdrängungsraum (7) hineingedrückt wird.

4. Selbsttätige Steuerung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Ansaugedruck (20, 21, 22, 39, 40) proportionale Druck des Treibmittels gespeichert wird.

5. Selbsttätige Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitpunkt der Entnahme des zu speichernden hydraulischen Treibmittels verstellbar ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen