DE1653512A1

DE1653512A1 - Hydraulisch betaetigte Pumpe mit magnetischer Foerderstromregelung

Info

Publication number: DE1653512A1
Application number: DE19661653512
Authority: DE
Inventors: Josef Benken; Vetter Dipl-Ing Gerhard
Original assignee: Lewa Herbert Ott GmbH and Co KG
Current assignee: Lewa Herbert Ott GmbH and Co KG
Priority date: 1966-10-04
Filing date: 1966-10-04
Publication date: 1970-08-27
Also published as: GB1186258A

Description

Dipl. phys. Gerhard Liedl

Mönchen 22, Steinsdorfstr. 21-22 1653512

Ecke Zweibrückensir., Tel. 298462

D 2985

Firma LEWA, Herbert Ott, Leonberg bei Stuttgart

Ulmer Straße 10

Hydraulisch betätigte Pumpe mit magnetischer Förderstromregelung.

Die Erfindung betrifft eine hydraulisch betätigte Pumpe mit Förderstromregelung, bei der eine Membrane oder ein anderes Trennelement zur Abgrenzung eines Förderraumes von einer Druckkammer vorgesehen ist, die über ein Schnüffelventil zur Ergänzung von Druckflüssigkeit und durch ein Überlastventil zur Begrenzung des in der Druckkammer von einem Verdrängungskolben erzeugten Druckes mit einem Vorratsbehälter für Druckflüssigkeit verbunden ist.

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Bekanntlich wird zur Regelung des Förderstromes von oszillierenden Pumpen entweder die Hubhöhe verstellt oder die Hubfrequenz bzw. die Antriebsdrehzahl verändert.'

Zur mengenproportionalen Regelung des Förderstromes von mechanisch oder hydraulisch betätigten Pumpen wird ein Durchflußmesser, ein Regler mit Brückenschaltung und ein Stellantrieb zur Hub- oder Drehzahlverstellung benötigt. Die erforderliche Schaltleistung ist beachtlich.

Beim Einsatz von magnetischen Membran- oder Kolbenpu mpen ist die Mengenproportionalkopplung einfacher, da die Magnetpumpe über eine geeignete Steuerung im Takt der mengenproportionalen Impulsfolge eines Durchflußmessers betätigt werden kann. Die Nachteile solcher Magnetpumpen sind folgende:

Wegen der verhältnismäßig großen Ankermassen ist die Hubfrequenz beschränkt; die Magnetpumpe stellt ein eigenes Triebwerk dar und ist deshalb nicht wie eine mechanisch oder hydraulisch betätigte Pumpe an Triebwerke oder Antriebe mit rotierender Bewegung anzuschließen; zur Steuerung ist eine beachtliche Schaltleistung erforderlich; die Magnetpumpe ist in ihrer Leistung beschränkt.

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Aufgabe der Erfindung ist es, den Förderstrom einer oszillierenden Pumpe ohne Verstellung der Hubhöhe und ohne Änderung der Hubfrequenz bzw. der Antriebsdrehzahl s-λ zu regeln, daß die Fördermenge proprotional der Durc hflußmengt? in einem Bezugsstrom ist. Dies wird dadurch erreicht, daß zur Verminderung der Fördermenge ein Ventil durch eine Steuerungseinrichtung während eines Drucktaktes des Verdrängungskolbens so geschaltet ist, daß entweder der Grenzdruck in der Druckflüssigkeit unter den Förderdruck abgesenkt oder der Förderdruck über den Grenzdruck erhöht wird In beiden Fällen strömt aus der Druckkammer Flüssigkeit ohne Förderungsleistung in den Vorratsbehälter über, so daß die Pumpe einen Leerhub ausführt· Das Ventil, zu dessen Betätigung ein Elektromagnet vorgesehen ist, kann in einen Überströmkanal eingebaut sein, der eine zusätzliche Verbindung zwischen der Druckkammer und dem Vorratsbehälter herstellt, Es ist jedoch auch möglich, das Schnüffelventil bzw. das Überlastventil als steuerbares Magnetventil auszubilden.

Im Falle der Förderdruckerhöhung über Grenzdruck ist druckseitig in die Förderleitung ein Magnetventil eingebaut. Ist dieses Ventil geschlossen, so strömt bei Überschreiten des Grenzdruckes Flüssigkeit durch das Überlasfcventil von der Druckkammer in den Vorratsbehälter über.

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Eine Dosierpumpe nach der Erfindung eignet sich besonders gut zur Einordnung in eine Mehrfachpumpe mit Förderstromregelung durch voneinander unabhängige Steuerungseinrichtungen für einzelne Pumpen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand des für die beiliegenden Zeichnungen gewählten Ausführungsbeispiels ausführlich beschrieben.

Dabei zeigen:

Figur la den Förderverlauf einer hydraulischen Membranpumpe ohne Förderstromregelung bei gleichbleibendem Hub und unveränderter Hubfrequenz bzw. Antriebsdrehzahl;

Figur Ib die Förderung einer magnetgesteuerten hydraulisch betätigten Membranpumpe nach der Erfindung im Vollastbetrieb;

Figur Ic den Förderverlauf einer magnetgesteuerten hydraulisch betätigten Membranpumpe nach der Erfindung unter Teillast, hier speziell Dreiviertellast; infolge mengenproportionaler Förderstromregelung fällt jede vierte Förderung aus, der entsprechende Hub wird zum Leerhub.

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Am Triebwerk der Pumpe ist schlupffrei ein Kontaktgeber angeschlossen, der zwei um einen kleinen, einstellbaren Winkel α vernetzte Kontakte trägt. Sein Stator ist gegenüber Antrieb verdrehbar, wodurch sich der Kontaktzeitpunkt des "Ein"-Kontakt$s etwa auf den Totpunkt zwischen Saug- und Drucktakt des Verdrängungskolbens einstellen läßt, fe Der "Aus"-Kontakt folgt nach einem Drehwinkel (360° - _α ), wodurch

die Pumpe nach jedem Förderhub einen Saughub ausführt.

Zur Steuerung des Schaltmagneten ist eine elektronische Steuerungseinrichtung aus bekannten Bauelementen zusammengesetzt, nämlich aus einem Impulsgeber mit mengenproportionaler Impulsfolge, einem Impulsformer, einemSpeicher, einemlmpulsgenerator und einer thyristorgesteuerten Brücke.

Ein vom Impulsgeber gelieferter Impuls gelangt über den Impulsformer auf den Speicher. Dort wird er durch den "Ein"-Kontakt des obenbeschriebenen Kontaktgebers abgerufen und schaltet über den Impulsformer und die thyristorierte Brücke den Magnet am Ventil so, daß die Pumpe einen Förderhub ausführt.

Ist in der Zeit zwischen dem "Aus"-Kontakt und dem "Ein"-Kontakt kein Impuls vom Speicher abrufbar, so schaltet die Steuerungseinrichtung den Magneten am Ventil auf Leerhubstellung.

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Figur 2 den Längsschnitt durch eine als Ausführungsbeispiel gewählte hydraulisch betätigte Membranpumpe mit magnetgesteuertem Überströmventil zur Förderstromregelung nach einer ersten Methode;

Figur 3 die gleiche Membranpumpe wie Figur 2> jedoch mit einem magnetgesteuerten Absperrventil zur Förderstromregelung nach einer zweiten Methode;

Figur 4 schematisch die Einordnung einer Mengendosierpumpe nach der Erfindung in eine Betriebsanlage;

Figur 5 den schematischen Aufbau der elektronischen Steuerungseinrichtung zur Förderstromregelung;

Figur 6 als Beispiel einer Mehrfachpumpe mit Förderstromregelung einzelner Pumpen das Schema einer Sechsfachpumpe mit voneinander unabhängiger mengenproportionaler Regelung des Förderstroms zweier Pumpen.

lh einem Antriebsteil 1 einer hydraulisch betätigten Membranpumpe wird die konstante Antriebsdrehzahl in gleichfrequente Hubbewegungeines

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Verdrängungskolbens 2 umgewandelt. Der Pumpenkopf 4 enthält einen Förderraum 10, der durch eine Membran von einer Druckkammer 7 getrennt ist, ein Überlastventil 6, welches der Begrenzung des Druckes in der Druckkammer 7 dient und ein Schnüffelventil 5, durch das eventuelle Leck- und Überströmverluste an Druckflüssigkeit in der Kammer 7 ergänzt werden. Ih der Pumpe ist ein Vorratsbehälter 3 für Druckflüssigkeit so untergebracht, daß durch das Schnüffelventil 5 bzw. das Überlastventil 6 jederzeit Druckausgleich innerhalb der eingestellten Grenzen für Förder- und Saughub erfolgen kann. Von der Druckkammer 7 führt eine Rohrleitung bzw. ein Überströmkanal 8 über ein steuerbares Magnetventil 9 in den Vorratsbehälter 3, der unter atmosphärischem Druck oder zumindest unter niedrigerem als Förderdruck steht. Bei einer hydraulisch betätigten Pumpe erfolgt die Förderung gegen einen bestimmten Druck nur dann, wenn das Drucksystem unter höheren Druck als Förderdruck gesetzt wird. Diese erste Methode der Förderstromregelung wird bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung dadurch erreicht, daß ein Steuerungsmechanismus das Magnetventil 9 geöffnet hält, während der Verdrängungskolben 2 seinen Drucktakt ausführt. Anstatt einen Förderhub auszuführen, drückt dann der Kolben 2 Flüssigkeit aus der Kammer 7 durch die Überströmleitung 8 in den Vorratsbehälter 3. Die Pumpe führt einen Leerhub aus (vgl. Fig. Ic). Infolge des Unterdruckes bei der Rückbewegung

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des Verdräjigungskolbens 2 wird die Druckkammer 7 wieder mit Flüssigkeit aufgefüllt. Ist das Ventil 9 während eines Drucktaktes geschlossen, so führt die Pumpe einen normalen Förderhub aus. Zweckmäßigerweise wird die Steuerung der Pumpe so betrieben, daß sie nach jedem Förderhub zwangsweise einen Saughub ausführt.

Die gleiche Art der Förderstromsteuerung ist auch zu erreichen, wenn anstelle des Magnetventils 9 entweder das Schnüffelventil 5 oder das Überlastventil 6 so gesteuert wird, daß während bestimmter Drucktakte des Verdrängungskolbens 2 der Grenzdruck in der Druckflüssigkeit unter den Förderdruck abgesenkt wird, indem Flüssigkeit aus der Kammer 7 durch das geöffnete Schnüffelventil 5 oder das Überlastventil 6 in den Vorratsbehälter 3 überströmt. Die Überströmleitung 8 kann dabei eingespart werden.

Eine weitere Methode zur Regelung des Förderstroms nach der Erfindung wird in Fig. 3 gezeigt. Hier wird eine von der Pumpe kommende Förderdruckleitung durch ein Magnetventil 11 abgesperrt wenn ein Leerhub erfolgen soll. Bei geschlossenem Ventil 11 wird durch einen Verdrängungskolben 2 in einer Druckkammer 7 der Druck so lange erhöht, bis ein Überlastventil 6 anspricht und durch dieses Druckflüssigkeit in einen Vorratsbehälter 3 überströmt. Während des anschließenden Saugtaktes

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des Verdrängungskolbens 2 wird die verdrängte Flüssigkeitsmenge in der Kammer 7 wieder ergänzt.

In Fig. 4 ist schematisch die Einordnung einer Mengendosierungspumpe nach der Erfindung in eine Betriebsanlage gezeigt, lh einem Hauptstrom liegt ein Durchflußmesser 13 in bekannter Bauart (z. B. ein Wasserzähler mit Impulsgeber), der eine mengenproportionale Impulsfolge gibt. Eine mit einem Kontaktgeber 14, einem Antriebsmotor 15 und dem obengenannten magnetisch gesteuerten Ventil 5, 6, 9 oder 11 ausgerüstete Pumpe 1 bis 10 fördert über eine Leitung 16 Flüssigkeit aus einem Vorratsbehälter 17 in den Hauptstrom 12. Der Kontaktgeber 14 besitzt in seinem Stator zwei, um einen kleinen Winkel α versetzte Kontakte (vorzugsweise Schutzgaskontakte). Der Winkel α zwischen den Kontakten ist einstellbar. Der Stator des Kontaktgebers ist relativ zur Exenterwellßdes Pumpenantriebs verdrehbar, wodurch die Impulszeiten gegenüber Förderperiode einzustellen sind. Der Rotor des Kontaktgebers trägt einen Magneten zur Betätigung der Kontakte.

Die aus bekannten Bauelementen bestehende Steuerungseinrichtung 18 ist in Fig. 5 schematisch dargestellt. Sie besteht aus einem Impulsformer 19, einem Speicher 20, einem Impulsgenerator 21 und einer thyristorgeßteuerten Brückenschaltung 22. Die einzelnen Elemente sind so mitein-

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ander verbunden, daß ein Impuls des Durchflußmessers 13 über den Impulsformer 19 den Speicher 20 erreicht. Der "Ein"-Kontakt des an der Pumpe befindlichen Kontaktgebers 14, der etwa im Totpunkt zwischen Saug- und Drucktakt des Verdrängungskolbens 2 erfolgt, ruft diesen Impuls vom Speicher 20 ab, der sofort wieder aufnahmebereit geschaltet wird. Der vom Speicher 20 abgerufene Impuls betätigt über den Impulsgenerator 21 den Steuermagneten, der das Magnetventil 9 bzw. das Ventil 5 oder 6 (Fig. 2) schließt, oder das Magnetventil 11 (Fig. 3) öffnet. Der "Aus"-Kontakt des Kontaktgebers 14 erfolgt nach einem Drehwinkel (360° - α ). Während der Zeit, die dem Kurbelwinkel (360° - α ) entspricht, bleibt das Magnetventil 9, bzw. das magnetisch steuerbare Schnüffelventil 5 oder Überströmventil 6 geschlossen, oder das Magnetventil 11 (Fig. 3) geöffnet, so daß die Pumpe arbeitet. Ist von dem Speicher 20 nach einem "Aus"-Kontakt innerhalb der Zeit, die dem Drehwinkel α entspricht, durch den "Ein"-Kontakt kein Impuls abrufbar, wird der Steuermagnet so geschaltet, daß das Magnetventil 9 bzw. das Ventil 5 oder 6 geöffnet, oder das Magnetventil 11 geschlossen wird. Dadurch fällt der folgende Förderhub aus, die Pumpe macht einen Leerhub (vgl. Fig. Ic).

Da der "Aus"-Kontakt erst gegen Ende des Saugtaktes des Verdrängungskolbens 2, nämlich mit dem Winkel cc vor dem Totpunkt zwischen Saug-

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und Drucktakt, kommt, muß die Pumpe stets nach ihrem Förderhub auch einen Saughub ausführen.

Die nach der Erfindung geschaffene Pumpe eignet sich besonders zur Einordnung in eine Mehrfachpumpe mit Förderstromregelung. Das sche-

M matische Beispiel einer Sechsfachpumpe mit unabhängiger mengenpro- ^

portionaler Steuerung zweier Pumpenköpfe durch zwei Stoff ströme wird in Fig. 6 gezeigt, lh den beiden Strömen 12*, 12* * liegen je ein Durchflußmesser 13', 13* ' mit mengenproportionalem Impulsgeber. Ein Motor 15 treibt die sechs Pumpen und einen gemeinsamen Kontaktgeber Die gesteuerten Pumpen tragen Magnetventile 9', 9" (bzw. 5', 5", 6', 6" oder 11*, 11* *), die durch zwei unabhängige Steuerungseinrichtungen 18', 18*' betätigt werden. Die Funktion dieser Steuerungseinrichtungen 18*, 18'' ist die gleiche wie oben anhand Fig. 5 beschrieben. M Sind die Ventüe 9% 9*' (bzw. 5', 5" oder 6', 6" ) geschlossen oder bei Verwendung von Pumpen nach Fig. 3 die Ventile 11', 11'' geöffnet, so fördern alle Pumpen, ist eines der Ventile geöffnet bzw. geschlossen, so fördern die übrigen fünf Pumpen, sind beide Ventile 9', 9'' (bzw. 5», 5" oder 6*, 6") offen bzw. 11', 11'' geschlossen, so fördern nur noch vier Pumpen Flüssigkeit durch eine Leitung 16 aus dem Flüssigkeitsbehälter 17. Natürlich lassen sich auch mehrere Pumpen gemeinsam' durch eine Steuerungseinrichtung regeln.

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Die Vorteile einer hydraulisch betätigten Pumpe nach vorliegender Erfindung gegenüber den bekannten hub- oder drehzahl- bzw. hubfrequenzregelbaren Pumpen ergeben sich daraus, daß die Hubfrequenz infolge
der kleinen Massen fast unbegrenzt ist, daß weder die Hubfrequenz noch der Hub verstellbar sein müssen, so daß eine einfache Standardpumpenausführung mit geringen Änderungen verwendet werden kann, daß bei
Mehrfachpumpenanordnung beliebig ein oder mehrere Pumpen unabhängig voneinander in mengenproportionale Regelkreise eingeordnet werden können.

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Claims

Patentansprüche

' l/Hydraulisch betätigte Pumpe mit Förderstromregelung, bei der eine Membrane oder ein anderes Trennelement zur Abgrenzung eines Förderraumes von einer Druckkammer vorgesehen ist, die über ein Schnüffelventil zur Ergänzung von Druckflüssigkeit und durch ein Überlastventil zur Begrenzung des in der Druckkammer von einem Verdrängungskolben erzeugten Druckes mit einem unter atmosphärischem Druck stehenden Vorratsbehälter für Druckflüssigkeit verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verminderung der Fördermenge ein Ventil durch eine Steuerungseinrichtung während eines Drucktaktes des Verdrängungskolbens (2) so geschaltet ist, daß der Grenzdruck in der Druckflüssigkeit unter den Förderdruck abgesenkt oder der Förderdruck über den Grenzdruck erhöht wird, wodurch aus der Druckkammer (7) Flüssigkeit ohne Förderungsleistung in den Vorratsbehälter (3) überströmt, die Pumpe also einen Leerhub ausführt.

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2. Hydraulisch betätigte Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Betätigung des Ventils ein Elektromagnet vorgesehen ist.
3. Hydraulisch betätigte Pumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß von der Druckkammer (7) in den Vorratsbehälter (3) ein Überströmkanal (8) mit einem eingebauten Magnetventil (9) führt, das zur Erzielung eines Leerhubes während des entsprechenden Drucktaktes des Verdrängungskolbens (2) geöffnet ist.
4. Hydraulisch betätigte Pumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schnüffelventil (5) oder das Überlastventil (6), die beide eine Verbindung zwischen der Druckkammer (7) und dem Vorratsbehälter (3) herstellen, als Magnetventil ausgebildet ist, das zur Erzielung eines Leerhubes während des entsprechenden Drucktaktes des Verdrängungskolbens (2) geöffnet ist.
5. Hydraulisch betätigte Pumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß druckseitig in den Förderstrom (10) ein Magnetventil (11) eingebaut ist, das zur Erzielung eines Leerhubes während des entsprechenden Drucktaktes des Verdrängungskolbens (2) geschlossen ist, wodurch zwangsweise aus der Druckkammer (7) Flüssigkeit durch das Überlastventil (6) in den Vorratsbehälter (3) verdrängt wird.

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6. Hydraulisch betätigte Pumpe nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß am Pumpenantrieb (1) schlupffrei ein Kontaktgeber (14) angeschlossen ist, der zwei um einen kleinen, einstellbaren Winkel α versetzte Kontakte trägt und dessen Stator gegenüber Pumpenantrieb einstellbar ist, wodurch sich der Kontaktzeitpunkt so einstellen läßt, daß. ein "Ein"~Kontakt etwa im Totpunkt zwischen Saug- und Drucktakt des Verdrängungskolbens (2) kommt, und ein "Aus"~Kon-

o ^die

takt nach dem Drehwinkel (360 - α ) folgt, so daß/Pumpe zwangsläufig nach jedem Förderhub einen Saughub ausführt.
7. Hydraulisch betätigte Pumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur mengenproportionalen Regelung des Förderstroms ein Steuerungsmechanismus (18) vorgesehen ist, der aus einem Impulsgeber (13) mit mengenproportionaler Impulsfolge, einem Impulsformer (19), einem Speicher (20), einem Impulsgenerator (21) und einer thyristor ge steuerten Brücke (22) zusammengesetzt ist, so daß ein vom Impulsgeber (13) gelieferter Impuls über den Impulsformer (19) auf den Speicher (20) gebracht wird, dieser Impuls durch den "Ein"-Kontakt des Kontaktgebers (14) vom Speicher (20) abgerufen wird und über den Impulsgenerator (21) und die thyristorierte Brücke (22) den Steuermagneten am Ventil so schaltet, daß die Pumpe einen Förderhub ausführt.

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8. Hydraulisch betätigte Pumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungseinrichtung den Magneten am Regelventil auf Leerhubstellung schaltet, wenn bis zum "Ein"-Kontakt, der mit dem Winkel α auf den "Aus"-Kontakt folgt, vom Speicher (20) kein Impuls des Impulsgebers (13) abrufbar ist.
9. Hydraulisch betätigte Pumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie in eine Mehrfachpumpe eingeordnet ist, bei der für alle Pumpen zusammen nur ein Motor (15) und ein Kontaktgeber (14) vorgesehen sind und in welcher bei beliebig vielen Pumpen unabhängig
voneinander durch eigene Steuerungseinrichtungen der Fö rderstrom geregelt wird.

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