DE2713705A1

DE2713705A1 - Ventilanordnung zur begrenzung des drehmoments eines hydraulikmotors einer zentrifuge

Info

Publication number: DE2713705A1
Application number: DE19772713705
Authority: DE
Inventors: Ivan Jaroslav Dipl In Cyphelly
Original assignee: Cyphelly ivan Jaroslav dipl-Ing
Current assignee: Moog GAT GmbH
Priority date: 1976-04-14
Filing date: 1977-03-28
Publication date: 1977-10-27
Also published as: US4113171A; GB1538740A; FR2348529B1; FR2348529A1; DE2713705C2; JPS6123029B2; CH598867A5; JPS52126567A; CH590086A5

Description

Ivan Jaroslav Cyphelly, 8128 Hinteregg (Schweiz)

Ventilanordnung zur Begrenzung des Drehmoments eines Hydraulikmotors einer Zentrifuge

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Ventilanordnung
zur Begrenzung des Drehmoments eines Hydraulikmotors einer Zentrifuge durch Einstellen des von einer Druckquelle geförderten Stromes eines Druckmediums, wobei das Gehäuse des Hydraulikmotors mit einer von einem Hauptantriebsmotor angetriebenen Trommel der Zentrifuge und die Welle des Hydraulikmotors mit einer innerhalb der Trommel angeordneten Schnecke in fester Verbindung steht, um zwischen der Trommel und der Schnecke eine Schlupfdrehzahl zu erzeugen, und wobei das Einstellen des geförderten Stromes des Druckmediums entweder durch direktes Verstellen einer Pumpe oder durch
Verstellen eines der Druckquelle zugeordneten strommessenden Drosselorgans erfolgt. Die Zuführung des Druckmediums zum Hydraulikmotor erfolgt hierbei über Drehdurchführungen, wie dies beispielsweise aus der Schweizer Patentschrift 566 817 bekannt ist.

Um bei einer solchen Zentrifuge die Schlupfdrehzahl automatisieren zu können, muss die Einstellung des von der Druckquelle geför-

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derten Druckmediumstromes, also beispielsweise die Verstellung einer Pumpe, fernsteuerbar sein, zum Beispiel über ein elektromechanisches oder elektrohydraulisches Stellglied. Da eine solche Anordnung jedoch sehr aufwendig ist, verzichtet man oft auf eine feinfühlige Einstellung zugunsten einer behelfsmässigen Zu- bzw. Abschaltung einer oder mehrerer Pumpen mit festem Verdrängervolumen über Elektroventile, so dass eine dem Betriebszustand der Zentrifuge einigermassen angepasste Schlupfdrehzahl mindestens in Stufen eingestellt werden kann.

Erwünscht ist jedoch eine feinfühlige Einstellung des Förderstromes ohne elektrische Stellglieder, da eine ruckartige Verstellung die Zentrifugierung beeinträchtigen kann und elektrische Bauteile die Realisierung eines vollständigen Explosionsschutzes beträchtlich behindern.

Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, eine Ventilanordnung zu schaffen, welche eine kontinuierliche Steuerung der Schlupfdrehzahl bei einer Zentrifuge der eingangs genannten Art ohne Verwendung elektrischer Bauteile ermöglicht. Ferner hat die Erfindung die Aufgabe, eine Ventilanordnung zu schaffen, welche bei drohender Gefahr einer Verstopfung der Zentrifuge eine augenblickliche Erhöhung der Schlupfdrehzahl bewirkt.

Die erfindungsgemässe Ventilanordnung beruht darauf, dass mittels des Druckes des Druckmediums als Mass des Betriebszustandes der Zentrifuge die Einstellung des geförderten Stromes des Druckmediums, also beispielsweise die Pumpenverstellung, beeinflusst wird.

Erfindungsgemäss ist die Ventilanordnung der eingangs genannten Art dadurch gekennzeichnet, dass als Verstellglied ein dem Druck des Druckmediums ausgesetztes und gegen eine Feder abgestütztes Schiebeorgan in einem Ventilgehäuse angeordnet ist, und dass ein einstellbares Hilfsventil vorgesehen ist, welches bei einem be-

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stimmten Schwellendruck des Druckmediums einen Ueberströmkanal für einen Teil des Druckmediums öffnet, derart, dass der geförderte Strom des Druckmediums schlagartig erhöht wird.

Dadurch lässt sich eine progressive, druckabhängige Verstellung mit einem bei drohender Verstopfungsgefahr erwünschten Zuschalteffekt bei höherem Druck kombinieren, ohne dass, wie nachstehend noch beschrieben, auf die manuelle Einstellbarkeit der Schlupfdrehzahl und Zuschaltdrehzahl verzichtet werden müsste.

Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemässen Ventilanordnung zum Verstellen einer mit einem Verstellorgan versehenen Pumpe besteht darin, dass das Schiebeorgan einen axial beweglichen Stellstift, der sich gegen die am Ventilgehäuse anliegende Feder abstützt und dem Druck des geförderten Druckmediums ausgesetzt ist, und einen zum Stellstift koaxialen, mit dem Verstellorgan der Pumpe verbindbaren, dem Druck des Druckmediums ausgesetzten Kolben umfasst, der beidseitig je einen Druckraum aufweist und der mit dem Stellstift mechanisch gekoppelt ist, um eine dem Druck des Druckmediums proportionale Axialbewegung auszuführen, und dass der Kolben einen die beiden Druckräume verbindenden Drosselkanal aufweist, an welchen das Hilfsventil angeschaltet ist, um bei dessen Oeffnen eine schlagartige Bewegung des Kolbens zu bewirken. Hierbei kann vor oder während dem Betrieb der Zentrifuge die Schlupfdrehzahi manuell dadurch verändert werden, dass der Auflagestelle der Feder, auf welche sich der axial bewegliche Stellstift abstützt, auf dem Gehäuse in Richtung des Stellstifts geändert wird. Ferner kann die Zuschaltdrehzahl mittels des einstellbaren Hilfsventils verändert werden. Lediglich die Verstellrate der progressiven druckabhängigen Pumpenverstellung kann nicht während des Betriebs der Zentrifuge verändert werden, da diese von der Steifigkeit der Feder abhängt, auf welche sich der axial bewegliche Stellstift abstützt.

Wird jedoch eine im Betrieb einstellbare Verstellrate verlangt, so

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muss man auf eine förderstromgeregelte Verstellpumpe mit Förderstromregelung durch eine strommessende Einstelldrosselung in der Förderleitung zurückgreifen. Eine druckabhängige Einstelldrosselung erlaubt dann, nebst allen Funktionen der direkten Pumpeneinstellung, auch noch der Forderung nach Einstellbarkeit der Verstellrate gerecht zu werden.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemässen Ventilanordnung, welche ein zu verstellendes, strommessendes Drosselorgan enthält, besteht darin, dass das strommessende Drosselorgan einen Einlass und einen Auslass zum Anschluss des geförderten Stromes des Druckmediums aufweist, dass das in einem Gehäuse des Drosselorgans angeordnete Schiebeorgan einen in einer Hülse axial beweglichen Schieber umfasst, der sich gegen eine am Gehäuse anliegende Feder abstützt und der dem Druck des Druckmediums am Einlass ausgesetzt ist, dass ein erster, zwischen dem Einlass und dem Auslass liegender Drosselweg als Drosselöffnung eine Ausnehmung im Schieber und eine der Ausnehmung zugeordnete Blendenöffnung in der Hülse enthält, derart, dass sich der Strom des Druckmediums im ersten Drosselweg in Abhängigkeit vom Druck des Druckmediums am Einlass verändert, und dass ein zweiter, zwischen dem Einlass und dem Auslass liegender Drosselweg eine bei einer bestimmten Stellung des Schiebers durch diesen freigegebene Drosselöffnung enthält, derart, dass sich bei Freigabe dieser Drosselöffnung der Strom des Druckmediums zwischen dem Einlass und dem Auslass schlagartig erhöht. Bei dieser Ausführungsform kann der Schieber in der Hülse drehbar angeordnet sein, derart, dass durch Drehen des Schiebers in der Hülse die Breite der durch die Ausnehmung im Schieber und die Blendenöffnung in der Hülse gebildeten Drosselöffnung des ersten Drosselpfades einstellbar ist und damit über die axiale Schieberbewegung eine beliebige Verstellrate des Förderstromes in Abhängigkeit vom Druck entsteht. Durch die hydraulische Parallelschaltung dieser druckabhängigen Drosselöffnung mit einer einstellbaren, jedoch nur ab einem gewissen Druck vom

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manometrischen Schieber freigegebenen Drossel und mit einer einstellbaren Hauptdrosselung ergibt sich eine dem Zentrifugenbetrieb sehr gut angepasste Einstelldrossel, die ihrerseits den Pumpenstrom über Verdrängervolumenverstellung oder über Stromventilverstellung gemäss den Hauptparametern Schlupfdrehzahl, Verstellrate und Zuschaltdrehzahl in Abhängigkeit des Betriebsdruckes festlegt.

Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Ventilanordnung und ihr Betriebsverhalten werden nachstehend anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 und 2 zwei verschiedene, bei einer Zentrifuge erforderliche Verläufe der Schlupfdrehzahl in Funktion des Betriebsdruckes ,

Fig. 3 einen Schnitt durch ein Stellventil zur direkten Ankoppelung an den Verstellmechanismus einer Förderpumpe ,

Fig. 4 und 5 zwei verschiedene Schaltmöglichkeiten einer druckabhängigen Einstelldrossel als Steuerdrossel für eine Verstellpumpe (Fig. 4) und als Steuerdrossel eines Stromregelventils (Fig. 5),

Fig. 6 einen Schnitt durch eine druckabhängige Einstelldrossel ,

Fig. 7 einen Schnitt längs der Linie VII der Fig. 6,

Fig. 8a,b,c drei verschiedene Drehstellungen des manometrischen Schiebers bezüglich der Schlitzblende im Schnitt gemäss Linie VIII der Fig. 6,

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Fig. 9 einen Schnitt durch ein weiteres Stellventil zur direkten Ankoppelung an den Verstellmechanismus einer Förderpumpe,

Fig. 10 den Verlauf der Schlupfdrehzahl in Funktion des Betriebsdruckes beim Stellventil der Fig. 9.

Der in Fig. 1 dargestellte Verlauf der Schlupfdrehzahl η in Abhängigkeit vom Betriebsdruck ρ entspricht den üblichen Anforderungen an die Drehzahlsteuerungen: Die im Leerlauf eingestellte Schlupfdrehzahl η soll unter steigender Belastung mit einer dem Winkel «-<- entsprechenden Rate bis nahe an das Verstopfdrehmoment, das dem Druck ρ proportional ist, automatisch verstellt werden können. Als Sicherung soll bei ρ eine wählbare Zusatzdrehzahl Δ η zugeschaltet werden, welche die Zentrifuge freifährt. Der weitere Kurvenverlauf wird nur im Störungsfalle durchgefahren, nämlich dann, wenn nach dem Freifahren das Drehmoment zwischen Schnecke und Trommel wider Erwarten nicht sinkt. Nach einem weiteren Ansteigen der Drehzahl mit dem Druck wird die durch die Linie a dargestellte Fördergrenze der Pumpe erreicht und der Druck steigt dann infolge leicht abnehmender Drehzahl rasch an; die Maschine muss in diesem Zustand sofort abgeschaltet werden.

Wie in Fig. 2 dargestellt, kann bei schlechter Sedimentation in der Zentrifuge in der Phase steigender Drehmomentbelastung dem Druck ρ eine variable Verstellrate zugeordnet werden, derart, dass ein allmähliches Uebergehen von Schlupfdrehzahlsteuerung zum Freifahren ermöglicht wird (Fig. 2). Dem Trennprozess wird eine allzu brutale Erschütterung auf diese Weise erspart.

In Fig. 3 ist zusammen mit einer Zentrifuge und einer Verstellpumpe ein Stellventil dargestellt, welches den anhand der Fig. 1 beschriebenen Verlauf der Sehlupfdrehzahl in Funktion des Betriebsdruckes aufweist.

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In an sich bekannter Weise ist eine aus einer Trommel 1 und einer in dieser angeordneten Schnecke 2 bestehende Zentrifuge mit einem Hauptantrieb 3 für die Trommel 1 und einem schematisch dargestellten Hydraulikmotor 4 zur Erzeugung einer Schlupfdrehzahl zwischen der Trommel 1 und der Schnecke 2 versehen, wobei das Gehäuse des Hydraulikmotors 4 mit der Trommel 1 und seine Welle mit der Schnecke 2 fest verbunden ist. Das Hydraulikmedium wird dem Hydraulikmotor 4 über schematisch dargestellte Drehdurchführungen 5 zugeführt bzw. von diesem abgeleitet. Eine Zuführleitung 6 wird von einer schematisch dargestellten Verstellpumpe 7 gespeist, welche das Hydraulikmedium aus einem Vorratsbehälter 8 ansaugt. Der Verstellmechanismus der Verstellpumpe 7 ist schematisch als drehbares Verstellorgan dargestellt. Die Rückführung des Hydraulikmediums vom Hydraulikmotor 4 zum Vorratsbehälter 8 erfolgt über eine Leitung 10.

Ueber eine Stichleitung 11 ist an die Verstellpumpe 7 ein Stellventil 12 angeschlossen, das ein Gehäuse 13 aufweist. In einer Bohrung 14 des Gehäuses 13 ist ein Anschlagkolben 15 angeordnet, der als Hohlkolben ausgebildet ist und einen eine Gehäuseöffnung 16 durchdringenden Ansatz 17 aufweist, welcher in bloss schematisch angedeuteter Weise mit dem Verstellorgan 9 der Verstellpumpe 7 gekoppelt ist. Eine axiale Bewegung des Anschlagkolbens 15 bewirkt demnach eine Verstellung der Verstellpumpe 7. Der Innenraum 18 des Anschlagkolbens 15 ist mit dem Druckraum 19 der Bohrung 14 über eine Kapillare 20 verbunden.

An dem der Anschlussstelle der Stichleitung 11 gegenüberliegenden Ende des Gehäuses 13 ist in die Bohrung 14 ein Stopfen 21 geschraubt, der zudem ein Aussengewinde aufweist, auf welches eine Kappe 22 geschraubt ist. In einer koaxialen Bohrung des Stopfens ist ein manometrischer Stellstift 23 axial verschiebbar angeordnet und in der Stopfenbohrung durch einen elastischen Dichtring 24 abgedichtet. Im Innern des Stopfens 21 und der Kappe 22 ist eine den Stellstift 23 umschliessende Druckfeder 25 angeordnet, welche

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sich einerseits auf den Boden der Kappe 22 und andererseits auf eine auf dem Stellstift 23 fixierte Rosette 26 abstützt. Da der Stellstift 23 zudem durch eine Bohrung in der Kappe 22 geführt ist und bezüglich seiner einen axialen Bewegungsrichtung mittels eines Sicherungsrings 27 an der Stirnfläche der Kappe 22 anliegt, kann die axiale Lage des Stellstifts 23 durch Drehen der Kappe 22 eingestellt werden.

Der Stellstift 23 weist eine durchgehende Längsbohrung auf, in welcher ein durch eine Dichtung 28 abgedichteter Anschlagstift 29 angeordnet ist, der mit seinem einen Endteil in den Innenraum 18 des Anschlagkolbens 15 ragt und an seinem anderen Ende an eine im Stellstift 23 befindliche Schraubenanordnung 30 anliegt.

Der Stellstift 23 weist zudem eine Schulter 31 auf, gegen welche der Anschlagkolben 15 mittels einer Feder 32 gedrückt wird.

Das Gehäuse 13 ist mit einem Ueberdruckventil 33 versehen, das eine mit dem zwischen dem Anschlagkolben 15 und dem Zapfen 21 befindlichen Raum 34 verbundene Bohrung 35 aufweist, die mit einem Kegelverschluss 36 versehen ist. Der Kegelverschluss ist der Wirkung einer Feder 37 ausgesetzt, die sich auf eine Einstellschraube 38 abstützt, welche eine zum Vorratsbehälter 8 führende Bohrung 39 aufweist.

Die Funktionsweise des dargestellten Stellventils ist die folgende :

Ueber die Stichleitung 11 wird der Bohrung 14 des Gehäuses 13 der am Hydraulikmotor 4 durch das Drehmoment zwischen der Schnecke 2 und der Trommel 1 hervorgerufene Druck ρ (Fig. 1) zugeführt. Da das Ueberdruckventil 33 geschlossen ist, dringt der Druck ρ über die Kapillare 20 auch auf die Seite des Anschlagkolbens 15 mit der Feder 32, d.h. in den Innenraum 18. Somit ist der Anschlagkolben 15 keiner hydraulischen Kraft ausgesetzt.

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Dementsprechend wird der Anschlagkolben 15 durch die Feder 32 gegen die Schulter 31 des manometrischen Stellstiftes 23 gedrückt und macht also dessen axiale Bewegungen mit.

Eine axiale Bewegung des Stellstiftes 23 wird einerseits durch Drehen der Kappe 22 auf dem Aussengewinde des Stopfens 21 hervorgerufen. Die axiale Lage der Kappe 22 legt also über den Stellstift 23 die axiale Lage des Anschlagkolbens 15 und damit über das Verstellorgan 9 der Verstellpumpe 7 die lastlose Schlupfdrehzahl n_o (Fig. 1) fest.

Andererseits erfolgt eine axiale Bewegung des Stellstiftes 23 und damit des Anschlagkolbens 15, wenn die Feder 25 durch den Druck ρ der Verstellpumpe 7 bzw. des Hydraulikmotors 4, der auf den Stellstift 23 wirkt, komprimiert wird. Bei einem Anstieg des Druckes ρ sorgt die Feder 25 demnach für eine dem Druck ρ proportionale Bewegung des Stellstiftes 23, und somit über den Anschlagkolben 15 und das Verstellorgan 9 für eine entsprechende Verstellung der Verstellpumpe 7. Die Verstellrate (WinkeloC in Fig. 1) ist hierbei durch die Steifigkeit der Feder 25 festgelegt und kann im Betrieb nicht verändert werden.

Wird jedoch der mittels der Einstellschraube 38 eingestellte Schwellendruck ρ des Ueberdruckventils 33 erreicht, so ruft der nun über das offene Ueberdruckventil 33 zum Vorratsbehälter 8 fliessende Strom des Hydraulikmediums über der Kapillare 20 des Anschlagkolbens 15 einen Druckabfall hervor. Dieser Druckabfall überwindet die Kraft der Feder 32, so dass der Anschlagkolben 15 schlagartig gegen den Anschlagstift 29 springt und die Verstellpumpe 7 ebenso schlagartig verstellt. Dadurch entsteht der in Fig. 1 dargestellte Schlupfdrehzahlsprung Δη, dessen Grosse durch die mittels der Schraubenanordnung 30 einstellbare axiale Lage des Anschlagstiftes 29 bezüglich des Stellstiftes 31 vorgegeben ist.

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Es sei noch erwähnt, dass der Anschlagkolben 15 auch ein Ventil zum Einstellen des von einer Druckquelle zum Hydraulikmotor 4 geförderten Stromes des Druckmediums steuern kann, insbesondere aber auch eine Einstelldrossel, die ihrerseits als strommessende Einstelldrosselung eine förderstromgeregelte Verstellpumpe oder eine Druckwaage eines Stromreglers in an sich bekannter Weise steuert. Die beiden letztgenannten Varianten lassen sich aber durch die nachfolgend beschriebene und in Fig. 6 dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemässen Ventilanordnung ohne Umweg in direkter und vorteilhafter Weise realisieren, wobei zudem durch diese weitere Ausführungsform eine im Betrieb einstellbare bzw. veränderliche Verstellrate gemäss Fig. 2 ermöglicht wird.

Das bekannte Prinzip, dass eine Einstelldrossel entweder als Strommessstelle für eine Pumpenverstellung oder als Strommessstelle für eine Stromregulierung über eine Druckwaage eingesetzt werden kann, wird anhand der Fig. 4 und 5 kurz erläutert.

Gemäss Fig. 4 wird der Förderstrom der Pumpe 7 direkt vom Eingang X zum Ausgang Y einer Einstelldrossel 41 geleitet, bevor er über die Drehdurchführungen 5 und den Hydraulikmotor 4 die Schnecke 2 gegenüber der Trommel 1 der Zentrifuge in der bereits beschriebenen Weise antreibt. Zwischen dem Eingang X und dem Ausgang Y der Einstelldrossel 41 wird auch der jeweilige Druckabfall an der Einstelldrossel abgegriffen und einem manometrischen Kolben 42 der Pumpe 7 zugeführt, der die Pumpe entsprechend der Vorgabe der Einstelldrossel 41 steuert.

Gemäss Fig. 5 verläuft der Förderstrom aus einer Druckquelle 42 zuerst über eine Druckwaage 43, die von der Einstelldrossel 41 gesteuert ist, und hierauf über den Eingang X und Ausgang Y der Einstelldrossel 41. Dank diesem Mechanismus treibt ein durch die Einstelldrossel 41 bestimmter Strom des Hydraulikmediums über den

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Hydraulikmotor 4 die Schnecke 2 gegenüber der Trommel 1 der Zentrifuge an. Eine solche Anordnung wird vorzugsweise bei der Speisung mehrerer Zentrifugen aus der gleichen Druckquelle angewendet.

Die in Fig. 6 dargestellte Einstelldrossel 41 weist ein Gehäuse mit einem Schraubeinlass 46 und einem Schraubauslass 47 auf, wobei der Einlass 46 dem Eingang X in Fig. 4 und 5 und der Auslass 47 dem Ausgang Y in Fig. 4 und 5 für das Druckmedium entspricht. Auf den Einlass 46 folgt eine erste Querbohrung 48, die über eine einstellbare Drossel 49 in eine Längssammelbohrung 50 mündet. Die einstellbare Drossel 49 wird durch einen Schraubzapfen 51 gebildet. Eine zweite Querbohrung 52, die ebenfalls in die Sammelbohrung 50 mündet, führt zum Auslass 47.

In Längsrichtung ist in einer entsprechenden Bohrung eine Hülse angeordnet, in welcher ein stiftförmiger, manometrischer Schieber 54 liegt, welcher die beiden Querbohrungen 48 und 52 durchdringt. Die Hülse 53 ist mittels einer Halterung 55 mit Deckel 56 und Schrauben 57 am Gehäuse 45 befestigt. Der Schieber 54 ist der Kraft einer innerhalb der Halterung 55 angeordneten Feder 58 ausgesetzt, die sich einerseits auf den Deckel 56 und andererseits auf eine innerhalb der Halterung 55 drehsteif geführten Rosette 59 abstützt. Die Rosette 59 weist eine hülsenförmige, den Deckel 56 durchdringende und den Schieber 54 umschliessende Verlängerung 60 auf, wobei zum Einstellen der Federvorspannung auf das mit einem Gewinde versehene Endteil des Schiebers 54 eine Mutter 61 geschraubt ist, welche den Schieber 54 fest an die Rosette 59 presst. Das Ende des Schieber 54 ist als Vierkant 62 ausgebildet. Die Fig. 7 zeigt in einem Schnitt längs der Linie VII in Fig. 6 die Führung der Rosette 59 zwischen der Halterung 55.

Der Schieber 54 ist mit einer sich in seiner Längsrichtung erstreckenden Einfräsung 63 versehen, welche einerseits einen Durchgang für das Druckmedium vom Einlass 46 in die Hülse 53 erlaubt

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und andererseits zusammen mit einer in der Hülse 53 vorgesehenen Schlitzblende 64 eine ürosselöffnung 65 bildet, die über die Querbohrung 52 mit dem Auslass 47 in Verbindung steht.

Der innere Endteil des Schiebers 54 liegt bei der dargestellten Lage des Schiebers 54 in einer weiteren Hülse 66, die in das Gehäuse 45 geschraubt ist, so dass ihre axiale Lage einstellbar ist. Die Hülse 66 weist eine Querbohrung 67 auf, welche innerhalb einer dritten Gehäuse-Querbohrung 68 liegt. Die Querbohrung 68 mündet über eine weitere einstellbare Drossel 69 in die Längs-Sammelbohrung 50, wobei die einstellbare Drossel 69 wiederum durch einen Schraubzapfen 70 gebildet wird.

Wenn sich bei einem bestimmten Betriebsdruck der Schieber 54 gegen die Kraft der Feder 58 nach unten bewegt, wird durch die Kante des inneren Endes des Schiebers 54 für das Hydraulikmedium ein angedeuteter Zulauf 71 vom Einlass 46 über die Querbohrung 63 zur Bohrung der Hülse 66 freigegeben, so dass das Hydraulikmedium über die Drossel 69 zum Auslass 47 gelangen kann.

Mehrere Dichtungsringe 72 verhindern das Austreten des Hydraulikmediums aus dem Gehäuse 45.

Die vorliegende Einstelldrossel 41 weist demnach die hydraulische Parallelschaltung von drei Einzeldrosselwegen zwischen dem Einlass 46 und dem Auslass 47 auf, nämlich:

- eine druckunabhängige einstellbare Drossel 49 zur Festlegung der lastlosen Schlupfdrehzahl η (Fig. 2),

- die mit der druckabhängigen Bewegung des manometrischen Schiebers 54 progressiv freigegebene Drosselöffnung 65, die für die Verstellrate c<_ verantwortlich ist (Fig. 2), und

- die vom manometrischen Schieber 54 bei einem bestimmten Druck freigegebene Drossel 69 für den Drehzahlsprung An (Fig. 2).

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Die durch die Kolbenwirkung des unter Druck gesetzten manometrischen Schiebers 54 entstehende Kraft wird von der Feder 58 aufgefangen. Die sich dadurch ergebende axiale Bewegung des Schiebers 54 wird zur graduellen Freigabe der Drosselöffnung 65 verwendet, die durch die Einfräsung 63 im Schieber 54 und die Schlitzblende 64 in der Abdeckhülse 53 gebildet wird.

Die Grosse der Drosselöffnung 65, die bei gegebenem Schieberhub gebildet wird, hängt von der Verdrehung des Schiebers 54 gegenüber der Abdeckhülse 53 ab. Diese Verdrehung kann im Betrieb nach dem Lösen der Mutter 61 an dem Vierkant 62 eingestellt werden. In den Fig. 8a, 8b und 8c sind drei verschiedene Drehstellungen des Schiebers 54 gegenüber der Schlitzblende 64 dargestellt, die für verschiedene Verstellrateneinstellungen verantwortlich sind. Weitet sich die Schlitzblende 64 gegen unten auf, so wird die Drosselöffnung 65 bei grösserem Schieberhub, d.h. bei höherem Betriebsdruck überproportional wachsen, was eine der Fig. 2 entsprechende variable Verstellrate erzeugt. Dies entspricht im Grenzfall, wenn °^ gegen 90 läuft, der Druck- bzw. Drehmomentregelung durch Erhöhung der Schlupfdrehzahl, findet diese doch bei jedem Betriebszustand der Maschine diejenige Schlupfdrehzahl, die das vorgegebene Drehmoment erzeugt: Das druckabhängige Stellventil wird zur Vollastregelung, die den wirtschaftlichsten Betrieb der Zentrifuge sicherstellt.

Die axiale Bewegung des Schiebers 54 wird andererseits am inneren, druckseitigen Ende des Schiebers zur Abdeckung bzw. Freilegung des Zulaufs 71 zur einstellbaren Drossel 69 verwendet, wobei der Abdeckungsdruck ρ durch axiales Einstellen der Hülse 66 eingestellt wird. Diese Abdeckung bzw. Freilegung bewirkt dann den Drehzahlsprung An gemäss Fig. 2.

Anhand der Fig. 3 ist eine Ventilanordnung beschrieben worden, bei welcher ein mit der Pumpeneinstellung direkt gekoppeltes Stellglied

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aus einer mechanischen Ueberlagerung eines manometrischen Stellstiftes mit einem durch ein Ueberdruckventil vorgesteuerten Anschlagkolben besteht.

In vielen Anwendungen kommt aus verfahrenstechnischen Gründen nur der manometrische Betriebszustand in Frage, d.h. ein Zustand, bei welchem der vorgesteuerte Anschlagkolben immer an den manometrischen Stellstift angepresst bleibt. In diesen Fällen ist es sinnvoll, auf die Vorsteuerung zu verzichten, ohne jedoch dessen dämpfende Wirkung zu verlieren. Auch soll selbstverständlich die erfindungsgemässe Massnahme erhalten bleiben, dass nebst der druckabhängigen, progressiven Verstellung bei drohender Verstopfungsgefahr ein Zuschalteffekt bei höherem Druck vorliegt.

Die nachstehend anhand der Fig. 9 beschriebene Ausführungsform der erfindungsgemässen Ventilanordnung soll demnach ohne Vorsteuerung eines die Pumpenverstellung bewirkenden Kolbens, d.h. also ohne Verluste, ein gedämpftes Nachregeln der Drehzahl zwischen der Schnecke und der Trommel der Zentrifuge in Funktion des Betriebsdruckes bzw. des Drehmoments des Hydraulikmotors ermöglichen. Dies kann dadurch erreicht werden, dass das mit dem Verstellorgan der Verstellpumpe direkt gekoppelte Stellglied bzw. Schiebeorgan einen manometrischen Differentialkolben umfasst, dessen beide Druckkammern mit dem Betriebsdruck des Hydraulikmediums beaufschlagt sind, und zwar die eine direkt und die andere über eine Parallelschaltung eines Drosselkanals und eines einstellbaren Ueberdruckventils. Es handelt sich hierbei im wesentlichen um ein gedämpftes, manometrisches Stellglied mit einer Ausschaltung der Dämpfung bei einem bestimmten Ueberdruck, wobei Nullage und Federvorspannung einstellbar sind. Diese Ausführungsform geht im wesentlichen aus derjenigen der Fig. 3 dadurch hervor, dass der Stellstift 31 und der Anschlagkolben 15 der Fig. 3 einstückig ausgebildet werden.

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In der Fig. 9 sind diejenigen Teile, die mit der Fig. 3 übereinstimmen, mit gleichen Bezugszeichen versehen, während diejenigen Teile, die eine abweichende Form haben, aber die gleiche Funktion ausüben, mit einem Beistrich versehen sind.

Gemäss Fig. 9 ist beim dargestellten Stellventil 12' in der Bohrung 14 eines zylindrischen Gehäuses 13' ein Differentialkolben 15' angeordnet, welcher den Ansatz 17 zur Kopplung mit dem Verstellorgan 9 der Verstellpumpe 7 aufweist. Der Differentialkolben 15' weist einen Stift 23' auf, der durch den in das Gehäuse 13' geschraubten Stopfen 21 geführt ist und mittels der Rosette 26 auf die Feder abgestützt ist, die auf der auf den Stopfen 21 geschraubten Kappe 22 aufliegt. Auf den über die Kappe 22 herausragenden Endteil des Stiftes 23' ist eine Federvorspannmutter 27' geschraubt.

An den einen Druckraum 19 des Kolbens 15' ist die Stichleitung 11 der Verstellpumpe 7 bzw. des Hydraulikmotors 4 angeschlossen. Der andere Druckraum 34 ist mit dem erstgenannten Druckraum 19 über eine im Kolben 15' liegende Drossel 20' verbunden. Parallel zur Drossel 20' ist im Kolben 15' ein Ueberdruckventil 33' angeordnet, das eine in den Druckraum 34 mündende Bohrung 35', den Kegelverschluss 36 entsprechend Fig. 3 und eine in den Druckraum 19 mündende Bohrung 39' aufweist, wobei ebenfalls entsprechend Fig. 3 der Kegelverschluss 36 dem Druck der Feder 37 ausgesetzt ist, die sich auf die Einstellschraube 38 abstützt, welche mit der Bohrung 39' versehen ist.

Die Funktionsweise der dargestellten Ventilanordnung ist die folgende :

Die den Hydraulikmotor 4 speisende Verstellpumpe 7 wird durch den Differentialkolben 15' in der Bohrung 14 des Gehäuses 13' angesteuert. Der Bohrung 14 wird der am Hydraulikmotor 4 durch das Drehmoment zwischen der Schnecke 2 und der Trommel 1 hervorgerufene Druck ρ über die Stichleitung 11 zugeführt, wobei dieser Druck

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über die Drossel 20' in den Druckraum 34 des Kolbens 15' dringt und infolge des Flächenunterschiedes eine Kraft auf die vorgespannte Feder 25 ausübt. In diesem Zustand macht also der Kolben 15¹ über den Kolbenstift 23' die axiale Bewegung mit, die durch die Drehung der Einstellkappe 22 auf dem Gewinde des Stopfens 21 hervorgerufen wird: Dies entspricht der Einstellung der Minimaldrehzahl η . Steigt die Druckkraft über die Vorspannung der Feder 25, so beginnt der eigentliche Regelvorgang, wobei die im Druckraum 34 vorhandene Flüssigkeit durch die Bewegung des Kolbens 15' nach links über die Drossel 20' gepresst werden muss, was die Schlupfdrehzahlverstellgeschwindigkeit beschränkt. Verlangt jedoch der Betriebszustand der Zentrifuge eine rasche Zunahme der Schlupfdrehzahl, d.h. eine ungehemmte Bewegung des Kolbens 15' nach links,

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so wird durch das Oeffnen des Ueberdruckventils ,bestehend aus Einstellschraube 38, Belastungsfeder 39 und Kegelverschluss 36, die hemmende Drossel 20* kurzgeschlossen. Der Kolben 15 schiebt das Verstellorgan 9 der Pumpe 7 auf volle Förderung, wodurch ein drohendes Festfahren oder Verstopfen der Zentrifuge vermieden wird.

Bei der Ventilanordnung nach Fig. 9 weicht der Verlauf der Schlupfdrehzahl η in Abhängigkeit vom Betriebsdruck ρ ab von demjenigen des Ausführungsbeispiels nach Fig. 3, dargestellt in Fig. 1. In Fig. 10 ist dieser abweichende Verlauf für die Ventilanordnung der Fig. 9 dargestellt.

Die eingestellte Drehzahl η wird mit steigendem Druck beibehalten, bis die Feder beim Druck ρ vom Anschlag abhebt und eine progressive Zunahme der Drehzahl bei leicht steigendem Druck erfolgt. Begrenzt wird die Drehzahlzunahme durch die Fördergrenze a der verstellbaren Pumpe, wobei die Verstellrate oC_ (Zunahme der Drehzahl im Verhältnis zur Drucksteigerung) von der Federsteifigkeit abhängt Die Zunahme der Drehzahl hinkt der Drucksteigerung infolge der Dämpfung nach, solange dieses Nachhinken eine kleinere Druckdiffe-

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Air

renz als der Druck ρ hervorruft. Sobald jedoch bei beginnender Verstopfung oder Klemmen der Druck ρ erreicht wird, schnellt die Drehzahl schlagartig bis auf den durch die Fördergrenze vorgegebenen Wert, was in Fig. 10 durch den mit Pfeilen versehenen Verlauf dargestellt ist.

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Claims

Patentansprüche

1. Ventilanordnung zur Begrenzung des Drehmoments eines Hydraulikmotors einer Zentrifuge durch Einstellen des von einer Druckquelle geförderten Stromes eines Druckmediums, wobei das Gehäuse des Hydraulikmotors mit einer von einem Hauptantriebsmotor angetriebenen Trommel der Zentrifuge und die Welle des Hydraulikmotors mit einer innerhalb der Trommel angeordneten Schnecke in
fester Verbindung steht, um zwischen der Trommel und der Schnecke eine Schlupfdrehzahl zu erzeugen, und wobei das Einstellen des
geförderten Stromes des Druckmediums entweder durch direktes Verstellen einer Pumpe oder durch Verstellen eines der Druckquelle zugeordneten strommessenden Drosselorgans erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass als Verstellglied ein dem Druck des Druckmediums ausgesetztes und gegen eine Feder (25;58) abgestütztes Schiebeorgan (23;54;23^f) in einem Ventilgehäuse (13 ;45 ; 13') angeordnet ist, und dass ein einstellbares Hilfsventil (33 ; 54 ,66,71;33')
vorgesehen ist, welches bei einem bestimmten Schwellendruck des Druckmediums einen überströmkanal (35 ,39 ;67 ,50 ,52 ;35 ' ,39 ') für einen Teil des Druckmediums öffnet, derart, dass der geförderte Strom des Druckmediums schlagartig erhöht wird.

2. Ventilanordnung nach Anspruch 1, zum direkten Verstellen eines
Verstellorgans, dadurch gekennzeichnet, dass das Schiebeorgan
einen axial beweglichen Stellstift (23,23'), der sich gegen die am Ventilgehäuse (13;13') anliegende Feder (25) abstützt und dem Druck des geförderten Druckmediums ausgesetzt ist, und einen zum Stellstift (23;23·) koaxialen, mit dem Verstellorgan (9) verbindbaren, dem Druck des Druckmediums ausgesetzten Kolben (15 ; 15 ' )
umfasst, der beidseitig je einen Druckraum (19,34) aufweist und der mit dem Stellstift (23;23') mechanisch gekoppelt ist, um eine dem Druck des Druckmediums proportionale Axialbewegung auszufüh-

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ren, und dass der Kolben (15;15') einen die beiden Druckräume (19,34) verbindenden Drosselkanal (20;20^f) aufweist, an welchen das Hilfsventil (33;33') angeschaltet ist, um bei dessen Oeffnen eine schlagartige Bewegung des Kolbens (15;15·) zu bewirken.

3. Ventilanordnung nach Anspruch 1, mit einem zu verstellenden, strommessenden Drosselorgan, dadurch gekennzeichnet, dass das strommessende Drosselorgan (41) einen Einlass (46) und einen Auslass (47) zum Anschluss des geförderten Stromes des Druckmediums aufweist, dass das in einem Gehäuse (45) des Drosselorgans (41) angeordnete Schiebeorgan einen in einer Hülse (53) axial beweglichen Schieber (54) umfasst, der sich gegen eine am Gehäuse

(45) anliegende Feder (58) abstützt und der dem Druck des Druckmediums am Einlass (46) ausgesetzt ist, dass ein erster, zwischen dem Einlass (46) und dem Auslass (47) liegender Drosselweg als Drosselöffnung (65) eine Ausnehmung (63) im Schieber (54) und eine der Ausnehmung (63) zugeordnete Blendenöffnung (64) in der Hülse (53) enthält, derart, dass sich der Strom des Druckmediums im ersten Drosselweg in Abhängigkeit vom Druck des Druckmediums am Einlass verändert, und dass ein zweiter, zwischen dem Einlass

(46) und dem Auslass (47) liegender Drosselweg eine bei einer bestimmten Stellung des Schiebers (54) durch diesen freigegebene Drosselöffnung (71) enthält, derart, dass sich bei Freigabe dieser Drosselöffnung der Strom des Druckmediums zwischen dem Einlass und dem Auslass schlagartig erhöht.

4. Ventilanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (15 ; 15') einen eine Oeffnung (16) des Ventilgehäuses (13; 13') durchdringenden Ansatz (17) zur Verbindung mit dem Verstellorgan (9) aufweist.

5. Ventilanordnung nach den Ansprüchen 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (15) als Hohlkolben ausgebildet ist, dessen Stirnwand zusammen mit Wandteilen des Ventilgehäuses (13) einen

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ersten Druckraum (19) begrenzt, welcher eine Oeffnung zur Zuführung des geförderten Druckmediums aufweist, und dessen Hohlraum (18) Teil eines zweiten Druckraumes (34) ist, in welchem das eine Ende des axial beweglichen Stellstiftes (23) liegt, wobei der Stellstift (23) am genannten Ende mit einer Schulter (31) versehen ist, gegen welchen das Ende der offenen Seite des Kolbens (15) mittels einer im Hohlraum (18) des Kolbens (15) angeordneten Feder (32) gedrückt wird, und wobei der erste Druckraum (19) mit dem Hohlraum (18) des Kolbens (15) und damit dem zweiten Druckraum (34) über eine die Stirnwand des Kolbens (15) durchsetzende Kapillarbohrung (20) verbunden ist.

6. Ventilanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die den Stellstift (23) abstützende Feder (25) an der Innenseite einer auf das Ventilgehäuse (13) geschraubten, einstellbaren Kappe (22) anliegt.

7. Ventilanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Druckraum (34) mit einem einstellbaren Ueberdruckventil (33) verbunden ist, welches in einen drucklosen Vorratsbehälter (8) für das Druckmedium mündet.

8. Ventilanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellstift (23) eine axiale Bohrung aufweist, in welcher ein in den Hohlraum (18) des Kolbens (15) ragender Anschlagstift

(29) zur Begrenzung der axialen Bewegung des Kolbens (15) angeordnet ist, wobei die axiale Lage des Anschlagstiftes (29) innerhalb des Stellstiftes (23) einstellbar ist.

9. Ventilanordnung nach den Ansprüchen 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (15¹) mit dem Stellstift (23') fest verbunden ist und mit seinen Stirnseiten je einen der beiden Druckräume (19,34) begrenzt, von welchen der erste Druckraum (19) eine Oeffnung zur Zuführung des geförderten Druckmediums aufweist und der zweite Druckraum (34) mit dem ersten (19) durch

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eine axiale Drosselbohrung (20¹) im Kolben (15') verbunden ist.

10. Ventilanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zur axialen Drosselbohrung (20") im Innern des Kolbens (15¹) ein einstellbares, die beiden Druckräume (19,34) verbindendes Ueberdruckventil (33¹) angeordnet ist.

11. Ventilanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die den Stellstift (23¹) abstützende Feder (25) an der Innenseite einer auf das Ventilgehäuse (13') geschraubten, einstellbaren Kappe (22) anliegt.

12. Ventilanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein dritter, zwischen dem Einlass (46) und dem Auslass (47) liegender Drosselweg eine druckunabhängige, einstellbare Drossel (49,51) zur Festlegung der lastlosen Schlupfdrehzahl enthält.

13. Ventilanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schieber (54) in der Hülse (53) drehbar angeordnet und bezüglich seiner Drehlage fest einstellbar ist, derart, dass sich im ersten Drosselweg eine für eine bestimmte axiale Lage des Schiebers (54) einstellbare Drosselöffnung (65) ergibt, welcher eine bestimmte Steilheit der Veränderung des Druckmediumstromes im ersten Drosselweg in Abhängigkeit von der axialen Lage des Schiebers (54) entspricht.

14. Ventilanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Drosselweg eine weitere Hülse (66) enthält, in deren einem Endbereich ein freies Ende des Schiebers (54) liegt und deren axiale Lage bezüglich der axialen Ruhelage des Schiebers (54) einstellbar ist, und dass im zweiten Drosselweg eine weitere druckunabhängige, einstellbare Drossel (69,70) angeordnet ist.

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15. Ventilanordnung nach den Ansprüchen 12 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass die druckunabhängigen, einstellbaren Drosseln (49,51;69,70) einen in einer Gehäusebohrung (48;68) des Drosselorgans (41) angeordneten, eine Drosselöffnung (49;69) bildenden Schraubzapfen (51;70) enthalten.

16. Ventilanordnung nach den Ansprüchen 3 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselwege in im Gehäuse (45) des Drosselorgans (41) vorgesehenen, miteinander entsprechend in Verbindung stehenden Längs- und Querbohrungen (48,50,52,68) in Parallelschaltung zwischen dem Einlass (46) und dem Auslass (47) angeordnet sind.

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