-
PULSATOR FÜR OSZILLIEREND WIRKENDE HYDRAULIKANTRIEBE Die vorliegende
Erfindung betrifft das Gebiet des Pumpenbaus, insbesondere Pulsatoren von oszillierend
wirkenden Hydraulikantrieben.
-
Diese Erfindung kann beSm Bau von Membranpumpen mit Hydraulikantrieb
der Membran sowie bei Hydraulikantrieben zur Erzielung von genauen li:n und Hergängen
am erfolgreichsten angewendet werden.
-
Konstruktionen von Pulsatoren für oszillierend wirkende Hydraulikantriebe
sind an sich bekannt. Die oszillierend wirkenden Pulsatoren werden von den Blrmen
"Lapp" USA und "Lewa" BRD für den Hydraulikantrieb der Membran bei Membranpumpen
verwendet.
-
Die bekannten Pulsatorkunstruktionen enthalten ein
Gehäuse
mit einem Hohlraum, der mit Flüssigkeit gefüllt und mSt dem Innenraum eines an das
Gehauses angrenzenden LylLnders verbunden ist In welchem ein federbelasteter Kolben
untergebracht tst, der durch einen an der im Gehäusehohlraum befindlichen Antriebswelle
des Pulsators befestigten Exzenter in hin- und hergehende Bewegung gesetzt wd, wobei
der kurbelseitige Zylinderraum mit der Kammer eines Stellwerkes, die eine Einrichtung
zum Ausgleich von Flüssigkeitsverlusten und zum Drucküberlastungsschutz aufweist,
in hydraulischer Verbindung steht.
-
Bei den bekannten Pulsatorkonstruktionen stellt das System der Aufrechterhaltung
von konstanter Flüssigkeitsmenge und deren gleichbleibendem Druck in der Kammer
des Stellwwrkes zwei federbelastete Ventlle dar: ein Zuspeise-oder Ausgleichventil
und ein Sicherheitsventil. Diese Ventlle werden ausgelöst, wenn an ihnen ein gewisses
Druckgefalle entsteht. Die Große dieses Druckgefälles wird durch Einrichten ihrer
Federn eingestellt. Dieser Arbeitsgang erfordert hohe Qualifikation des Bodienungspersonals
und ist und Betriebsbedingungen schwer durchführbar.
-
Ventile sind weiterhin nie vollständig hermetisch, d.h. sie lassen
gewisse lecken von Flüssigkeit zu. Jedes der erwähnten Ventile stellt daher eine
Verluststelle bezüglich der Flüssigkeitsmenge in der Kammer des Stellwerkes dar,
wodurch Wirtschaftlichkeit
und Betriebssicherheit der Pulsatorkonstruktion
sowie Genauigkeit der Aufrechterhaltung der vorgegebenen pulsierenden Flüssigkeitsmenge
beeinträchtigt werden.
-
Der ERfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Pulsator zu schaffen,
der eine konstante Flüssigkeitsmenge in der hammer des Stellwerkes genau aufrechtzuerhalten,
betriebssicher zu sein und einen verhältnismäßig geringen Raumbedarf zu haben vermag.
-
Diese Aufgabe wird durch einen Pulsator für oszillierend wirkende
Hydraulikantriebe gelöst, der ein Gehäuse mit einem Hohlraum enthält, der mit Flüssigkeit
gefüllt und mit dem Innenraum eines an das Gehause angrenzenden Zylinders, verbunden
ist, in welchem ein federbelasteter Kolben untergebracht ist, der durch einen an
der im Gehausehohlraum befindlichen Antriebswelle des Pulsators befestigten Exzenter
in hin- und hergehende Bewegung gesetzt wird, wobei der Zylinderarbeitsraum mit
der Kammer eines Stellwerkes, die eine Einrichtung zum Ausgleich von Flüssigkeitsverlusten
und zum Druckuberlastungsschutz aufweist, in hydraulischer Verbindung steht.
-
Erfindungsgemäß stellt die Einrichtung zum Ausgleich von Flüssigkeitsverlusten
und zum Druckuberlastungsschutz der Kammer des Stellwerkes ein federbelastetes Ventil
dar, welches in eine im Kolben ausgebildete axiale Öffnung eingebaut
ist,
während des Arbettshubes des Kolbens mit letzterem in Beruhrung kommt, wobei die
Wirkfläche des Kolbens gegenüber der durch seine Berührungslinie mit dem Ventil
begrenzten Fläche geringer ist, und welches beim Ausgloich von Flüssigkeitsverlusten
aus der Kammer des Stellwerkes sowie bei elner Drucksteigerung in dieser Kammer
einen Spalt mit dem Kolben zum Durchtritt von Flüssigkeit bildet.
-
Das federbelastete Ventil dlent somit zugleich als Sicherheits- und
Ausgleichventil.
-
Es ist vorteilhaft, wenn das Verhaltnis der Wirkflache des Kolbens
zu der Fläche, die durch seine Beruhrungslinie mit dem Ventil begrenzt ist, in einem
Bereich von 0,99 bis 0,66 liegt.
-
Eine weitere Erhöhung des Unterschieden zwischen den Flächen des
Kolbens und des federbelasteten Ventils führt eine Zunahme der Ungleichförmigkeit
der Belastung des Triebwerkes herbei.
-
Es ist ebenfalls vorteilhaft, wenn das federbelastete Ventil einen
Fänger zur Begrenzung seiner Verschiebung in bezug auf den Kolben aufweist, der
in Form eines Bolzens ausgebildet ist, welcher in der Ventiloffnung senkrecht zur
Längsachse des Ventils angeordnet und in Nuten, die in den Wänden des Kolbens nach
dessen Mantellinien eingearbeitet sind, verschiebbar geführt wird.
-
In der vorliegenden Konstruiftion erfüllt das federbelastete Ventil
gleichzeitig die Funktion des Ausgleichers und des Sicherheitsventils, wodurch die
Flüssigkeitsverluste aus der Kammer des Stellwerkes vermindert und die Betriebssicherheit
der Pulsatorkonstruktion insgesamt erhöht werden.
-
Nachstehend wird die Pulsatorkonstruktion und deren Wirkungsweise
unter Hinweis auf die beigefUgten Zeichnungen naher erläutert; es zeigen Fig. 1
Gesamtansicht des Pulsators des oszillierend wirkenden Hydraulikantriebes, Längsschnitt,
Fig. 2 dito, Draufsicht, anderen Fig. 3 Gesamtansicht eine Ausführungsmöglichkeit
des Pulsators des oszillierend wirkenden Hydraulik antriebes, Längsschnitt.
-
Bei dem efrfindungsgemäßen Pulsator stellt das Gehäuse 1 (Fig. 1)
ein Gußteil dar, das einen Innenraum aufweist, der durch die Wände des Gehäuses
1 begrenzt ist.
-
In der Seitenwand des Gehäuses 1 ist eine Öffnung zum Durchgang der
Antriebswelle 2 ausgebildet, die in Traglagern 3, welches in Ausbohrungen der Seitenwände
des Gehäuses 1 angeordnet sind, gelagert ist.
-
Auf der Antriebswelle 2 ist auf der Außenseite des Gehäuses 1 eine
(nicht dargestellte) Kupplung angeordnet, Drehung über die die 9 eines (nicht dargestellten)
Motors auf die
Antriebswelle 2 übertragen wird.
-
Innerhalb des Gehäuses 1 ist auf der Antriebswelle 2 ein Exzenter
4 angeordnet, der gegen Drehung in bezug auf die Antriebswelle 2 durch einen Keil
5 gesichert ist.
-
In der (gemäß der Zeichnung) linken Wand des Gehäuses 1 ist eine
zylindrische Ausbohrung ausgebildet, deren Achse senkrecht auf der Achse der Antriebswelle
2 steht.
-
In dieser Bohrung ist ein Zylinder 6 fixiert, der von augen her mit
Hilfe von Stiftschrauben und Muttern an dem Gehäuse 1 befestigt ist. Der Zylinder
6 besltzt einen Innenraum, in dem sich ein Kolben 7 befindet. Der (linke) Arbeitsraum
des Zylinders 6 steht über einen Nippel 8 mit der Überwurfmutter 9 und über eine
Rohrleitung 10 mit der Kammer 11 eines Stellwerkes 12 in Verbindung.
-
Als solches Stellwerk kann z.B. der Kraftzylinderkolben einer hydraullschen
Presse, die Membran einer Liembranpumpe usw. dienen.
-
In dem Hohlraum des Gehäuses 1 ist eine Zwischenwand 13 ausgebildet,
die eine zylindrische Ausbohrung aufweist, welche mlt dem Innenraum des Zylinders
6 fluchtet und eine Führung für den Kolben 7 bildet.
-
Der Kolben 7 ist in Form eines Stufenzylinders ausgekleinsten führt.
Auf dem # Durchmesser, der in den Hohlraum des Zylinders 6 eintritt, sind ringförmige
Eindrehungen ausgebildet, die Dichtungsringe 14 aufnehmen, durch die der Hohl
raum
des Zylinders 6 hermetisiert wird.
-
Der mittlere Durchmesser des Kolbens 7 stellt die Führung für eine
Feder 15 dar, die sich mit dem einen Ende gegen die Wand des Zylinders 6 und mit
dem zweiten Ende gegen einen Absatz am Kolben 7 abstützt, der solch beim Ubergang
von dem mittleren zu dem Größtdurchmesser bildet.
-
Die Feder 15 ist zur Rückstellung des Kolbens 7 bestimmt.
-
Die Oberfläche des Größtdurchmessers des Kolbens 7 befindet sich
in einer in der Zwischenwand 13 des Gehauses 1 ausgebildeten zylindrischen Ausbohrung.
-
Der Kolben 7 weist eine stufige zylindrische Durchgangsbohrung auf.
In der Bohrung mit dem größeren Durchmesser ist im Kolben 7 ein Ventil 16 angeordnet,
das einen Zylinder darstellt.
-
Im Körper des Ventils 16 ist quer zu seiner Achse gine Durchgangsbohrung
ausgebildet, die einen Bolzen 17 ufnimmt, der als Achse einer Rolle 18 dient, für
die im Körper des Ventils 16 eine Nut eingearbeitet ist.
-
Die Länge des Bolzens 17 ist grober als der Durchmesser des Ventils
16 und die Enden des Bolzens 17 greifen in die Nuten ein, die in der Wand des Kolbens
7 parallel zu seiner Mantellinie verlaufen. Die Länge der Nuten ist gleich dem Durchmesser
des Bolzens 17 plus dem Hub des Ventils 16. Der in den Nuten des Kolbens 7 verschiebbar
geführte Bolzen 17 dient somit als
Hubbegrenzer des Ventils 16.
-
Die (gemäß der Zeichnung) linke Stirnfläche des Ventils 16 ist hermetlslerend.
Zu diesem Zweck ist daran ein rtngformiger Dichtungsbund ausgebildet.
-
Die Stirnfläche des Ventils 16, die durch den Dichtungsbund begrenzt
ist, wird größer als die Wirkfläche des Kolbens 7 gewählt, Gegen die Stirnfläche
des Ventils 16, auf dor der Dichtungsbund ausgebildet ist, stutzt sich die Feder
19 ab, die sich mit dem zweiten Ende gegen die Ebene des Ueberganges der zylindrischen
Durchgangsbohrung im Kolben 7 von dem kleinsten zu dem mittleren Durchmesser abstutzt.
-
In der Wand des Kolbens 7, auf dem Abschnitt, wo er den größtdurchmesser
besitzt, sind durchgehende Nuten zum Durchtritt der Antriebswelle 2 und des Exzenters
4 eingearbeitet.
-
Falls geringe pulsierende Förderströme erzeugt werden müssen, ist
der Durchmesser des Kolbens 7 verhältnismäßig klein. Es ist daher schwierig, eine
stufige Durchgangsbohrung darin auszubilden. Der Kolben 7 (Fig. 3) ist dann in Form
eines Stufenkolbens ausgeführt. Der Hohlraum des Zylinders 6 ist ebenfalls abgestuft
ausgeführt und weist eine Bohrung 20 auf, die den Hohlraum des Zylinders 6 mit dem
den Gehauses 1 verbindet.
-
Dabei steht die Kammer 11 des Stellwerkes 12 über die
Rohrleitung
10 mit dem Hohlraum in Verbindung, der durch den Mindestdurchmesser des Kolbens
7 und die Seitenwände des Zylinders 6 begrenzt ist.
-
Die Wirkungsweise des Pulsators ist wie folgt.
-
Vor Arbeitsbeginn werden der Hohlraum des Gehäuses 1 und der damit
in Verbindung stehende Hohlraum des Zylinders 6 mit Flüssigkeit z. B. Mineralöl
gefüllt.
-
Über die Kupplung wird die Antriebswelle 2 von einem beliebigen Motortyp
in Drehung gesetzt.' Der auf der Antriebswelle 2 befindliche Exzenter 4 dreht sich1
kommt mit der an dem Bolzen 17, der mit dem Ventil 16 starr verbunden ist, angeordneten
Rolle 18 in Beruhrung und verschiebt das Ventil 16 in bezug auf den Kolben 7, wobei
er die Feder 19 zusammendrückt.
-
Das Ventil 16 bewegt sich solange, bis der Dichtungsbund auf seiner
Stirnfläche die Übergangsebene der Durchmesser im Kolben 7 berührt und die axiale
Öffnung in jihm absperrt, worauf die gemeinsame Bewegung des Ventils 16 und des
Kolbens 7 beginnt, bei der die Feder 15 zusammengedrückt wird.
-
Beim Absperren der Öffnung im Kolben 7 durch das Ventil 16 wird der
Hohlraum des Zylinders 6 abgedichtet und die Bewegung des Kolbens 7 über die den
Hohlraum des tylLnders 6 ausfüllende Flüssigkeit auf das Stellwerk 12 übertragen.
-
Den Rückgang führt der Kolben 7 unter der Wirkung der Feder 15 aus.
Der Kolben 7 bewegt sich gemeinsam mit dem Ventil 16 solange, bis sich der Kolben
7 gegen die dem ZylLnder 6 entgegengesetzte Wand des hohlraumes des Gehäuses 1 abstutzt.
Danach bleibt der Kolben 7 stehen und das Ventil 16 setzt seine Bewegung unter der
Wirkung der Feder 9 fort.
-
Dabei entsteht zwischen der Stirnfläche des Ventils 16 und dem Kolben
7 ein Spalt, der den Hohlraum des Gehäuses 1 mit dem des Zylinders 6 verbindet,
Wenn bei dem Arbeitshub des Kolbens 7 ein Flüssigkeitsverlust aus dem Hohlraum des
ZylLnders 6 durch die Dichtungsringe 14 oder das Ventil 16 erfolgt, so strömt die
Flüssigkeit im Augenblick der Bildung des Spaltes zwischen dem Kolben 7 und dem
Ventil 16 aus dem Hohlraum des Gehäuses 1 in den des Zylinders 6 ein und die Flüssigkeitsverluste
werden ausgeglichen.
-
Falls die Drucksteigerung der Flüssigkeit in der Kammer 11 des Stellwerkes
12 einen vorgegebenen inert überschreitet, wird die Feder 15 zusammengedrückt und
zwischen dem Ventil 16 und dem Kolben 7 entsteht ein Spalt, durch den die Flüssigkeit
aus dem Hohlraum des Zylinders 6 in den des Gehäuses 1 einstromt.
-
Das Prinzip der Druckbegrenzung wird durch folgende Brwagungen erläutert.
-
Beim Betrachten des Gleichgewichts der Kräfte, die auf
den
Kolben 7 seitens der Flüssigkeit in dem Arbeitsraum des Zylinders 6 einwirken, ergibt
sich: P1 = F1 + f1 . P2 , wobei bedeuten P1 Kraft die der Flüssigkeitsdruck seitens
des Arbeitsraumes des Zylinders 6 auf den Kolben 7 ausübt, F1 Kraft der Feder 15,
f1 Wirkfläche des Kolbens 7, P2 Flüssigkeitsdruck im Hohlraum des Zylinders 6.
-
P3 = F2 + f2. P2 , wobei bedeuten P3 Kraft, die der Flüssigkeitsdruck
seitens des Ventils 16 auf den Kolben 7 ausübt, Kraft der Feder 19.
-
9 Fläche des Ventils 16, di durch seine Berührungslinie mit dem Kolben
7 begrenzt ist.
-
Bei P1 > P3 wird das Käftegleichgewicht aufgrund elner mechanischen
Kraft auf den Kolben 7 seitens des Ventils 16 wiederhergestellt, das durch den Exzenter
4 in Bewegung gesetzt wird.
-
BeS P1 < P3 wird das Käftegleichgewicht gestört und der Kolben
7 beschleunigt seine Bewegung unter Einwirkung des Kräfteunterschiedes, indem er
von dem Ventil 16 abhebt.
-
Zwischen ihnen entsteht ein Spalt, durch den die Flüssigkeit aus dem
Hohlraum des Zylinders 6 Sn den des Gehäuses 1 einströmt.
-
Dieser Effekt ist nur mit f2 > f1 möglich, denn mit
dem
Anstieg des Druckes P2 im Hohlraum des Zylinders 6 wächst die Kraft P3, die seitens
des Ventils 16 auf den Kolben 7 einwirkt, nur unter dieser Bedingung schneller als
die seitens des Hohlraumes des Zylinders 6 auf den Kolben einwirkende Kraft 21.
-
Der Wert des Fltissigkeitsdruckes P2 im Hohlraum des Zylinders 6,
der bei einem gewissen Verhältnis zwischen den Flächen f1 des Kolbens und f2 des
Ventils 16 und der Kraft F2 der Feder 19 dem Öffnen des Ventils 16 entspricht, wird
durch die Kraft F1 der Feder 15 bestimmt.
-
Zur Gewährleistung des Normalbetriebes des Pulsators ist es erforderlich,
daß Kolben 7 seine Bewegung nach Schließen des Ventils 16 beginnt. Die Kraft F1
der Feder 15 muß daher großer als die Kraft F2 der Feder 19 so in.
-
Mit Rücksicht darauf, daß die Erhöhung des Unterschiedes zwlschen
den Flachen f1 des Kolbens 7 und f2 des Ventils 16 einen Zuwachs der Kraft der Feder
15 und somit der Leistungsaufnahme und der Ungleichförmigkeit der Belastung des
Exzenters und der Antriebswelle 2 bewirkt, ist es zweckmäßig, das Verhältnis zwischen
den erwähnten Flächen auf einen Bereich von 0,99 bis 0,66 zu begrenzen.
-
Bei dem vorliegenden Pulsator erfullt das Ventil 16 gleichzeitig
die Funktion des Ausgleichers von Leckströmen und des Sicherheitsventils, wodurch
der Raumbedarf des Pulsators erheblich vermlndert und selne Betriebssicherheit erhöht
werden.