DE3007116C2 - Anordnung zur pulsationsfreien Förderung eines flüssigen Mediums - Google Patents

Anordnung zur pulsationsfreien Förderung eines flüssigen Mediums

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Description

des anderen abnimmt Dieses an sich schon seit langem bekannten Prinzip hat allerdings den Nachteil, daß eine echte pulsationsfreie Oberlagerung nur bei atmosphärischem Druck oder allenfalls bei geringen Gegendrükken erreicht wurde. Eine statische Förderung gegen höhere Drücke rief über die Kompression in den stets vorhandenen Totvolumen und über die bei manchen Pumpen bauartbedingten Elastizitäten eine rait dem Gegendruck steigende Restpulsation hervor.
Um diesem Mangel abzuhelfen, sind verschiedene Verfahren vorgeschlagen worden, bei denen das Fördermedium zunächst auf Arbeitsdruck vorkomprimiert wird, bevor dann zum vorgesehenen Zeitpunkt die eigentliche Förderung einsetzt Bei der Vorkompression werden auch sämtliche Elastizitäten des Systems z. B. aus Lufteinschlüssen im Fördermedium, im Pumpenantrieb und dergl. kompensiert. Die Oberlagerung der Teilströme aus den einzelnen Pumpenzylindern ergibt bei exakter Einstellung der Arbeitsdruckkompensation ohne jegüche Dämpfung einen völlig pulsationsfreien Summenstrom. Zum Aufbau der Vorkompre;sion sind verschiedene Möglichkeiten bekanntgeworden.
Beispielsweise kann die Vorkompression durch entsprechende kinematische Veränderung im Pumpenantrieb erreicht werden, oder im Falle von hydraulischer Pumpenantrieben mit den in der Hydraulik zur Verfügung stehenden Möglichkeiten des Einsatzes von Druckspeichern und Drosseln. Alle diese Verfahren haben jedoch den Nachteil, daß in Abhängigkeit vom Arbeitsdruck die Arbeitsdruckkompensation verändert werden muß. Bei häufig wechselnden Arbeitsdrücken muß entsprechend häufig die Arbeitsdruckkompensation neu justiert werden, was lästig ist
Durch die vorliegende Erfindung sollen diese Nachteile vermieden und insbesondere für Straßenmarkiermaschinen die Aufgabe gelöst werden, eine einfache pulsationsfrei statisch arbeitende Pumpe mit oszillierenden Verdrängern mit Vorkompression zu schaffen, bei der der Voie'ang der Vorkompression keinen pulsationsfördernden Einfluß hat
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Straßenmarkiermaschine der eingangs beschriebenen Art vorgeschlagen, die Druckseiten von mindestens zwei Fördereinrichtungen mit einander überdeckenden Bereichen gleicher und zur Antriebsgeschwindigkeit (Antriebsdrehzahl) proportionaler Förderströme in den Oberdeckungsbereichen dieser Förderströme über ein Umschaltorgan nacheinander abwechselnd mit dem Verbraucher oder dem Vorratsbehälter zu verbinden.
Die Fördereinrichtungen sollen vorzugsweise als mit hin- und hergehenden Verdrängern versehene Pumpen ausgebildet sein, wobei zur Betätigung der Verdränger der Pumpen mit einem Antrieb verbundene Kurvenscheiben mit Bereichen gleichmäßiger Steigerungen vorgesehen sein können oder die Verdränger der Pumpen mit Hydraulikzylindern in Verbindung stehen, die vom Flüssigkeitspumpen betätigt werden. Selbstverständlich können auch noch andere geeignete Antriebe an sich bekannter Art zu Verwendung kommen. Um mit beliebig hohen Förderdrücken arbeiten zu können, kann der Antrieb der Verdränger ζ. Β. auch mittels unmittelbar auf die Verdränger der Pumpen wirkende Druckflüssigkeit erfolgen.
Als Pumpen sollen vorzugsweise Balg- oder Membranpumpen zur Anwei.Toing kommen, insbesondere dann, wenn abrasive Medien zu fördern sind, jedoch können auch andere Pumpen mit oszillierend arbeitenden Verdrängern vorgesehen werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung soll in die Rückführleitung zum Vorratsbehälter ein Drosselorgan eingeschaltet werden, dessen Widerstand an den Widerstand des Verbrauchers anpaßbar ist
Das Umschaltorgan soll in der Weise ausgebildet sein, daß während des Umschaltvorganges selbst die Druckseiten der Pumpen gleichzeitig mit dem Verbraucher
ίο und mit dem Vorratsbehälter verbunden sind. Die Betätigung des Umschaltorgans erfolgt während des. Druckhubes beider Verdränger im Bereich der sich überdekkenden Förderung der Verdränger. Die Betätigung des Umschaltorganes wird vorzugsweise vom Antrieb der Verdränger abgeleitet Zur Betätigung kann zweckmäßig ein druckluft- oder flüssigkeitsbcaufschlagter Kolben dienen.
Insbesondere für sehr viskose Materialien sollen die Pumpen sowie das Umschaltorgan r'-./ch eine Wärmeträgerflüssigkeit beheizbar sein.
An Hand der Zeichnungen, auf denen in schematischer Darstellung
F i g. 1 die Anordnung der als Kolbenpumpen ausgeführten Pumpen der erfindungsgemäßen Straßenmarkiermaschine mit zwei unterschiedlichen Schalt- bzw. Arbeitsstellungen der Pumpen und
F i g. 2 die Förderdiagramme der beiden Pumpen zeigen, soll die Erfindung nachfolgend noch näher erläutert werden.
In den Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. So sind in Fig. la und Ib die eine Kolbenpumpe mit ίθ und die andere Kolbenpumpe mit 11 bezeichnet und die dazugehörigen Kolben, die im dargestellten Beispiel als Balgkolben ausgeführt sind, mit denen auch abrasive Medien gefördert werden können, mit 12 und 13. Gesteuert werden die Kolben durch die Kurvenscheiben 14 und 15. Während die Saugseiten der Kolbenpumpen 10 und 11 mit einem Vorratsbehälter 18 in Verbindung stehen, sind die Druckseiten zu einf n Umschaltorgan 16 geführt, durch das die Pumpen abwechselnd auf einen Verbraucher 17, beispielsweise die Spritzpistole einer Straßenmarkiermaschine, oder auf den Vorratsbehälter 18 schaltbar sind.
In der Leitung zum Massebehälter ist ein einstellbares Drosselorgan 19 vorgesehen. Die Betätigung des Umschaltorganes erfolgt im dargestellten Beispiel durch einen Druckluftzylinder 20, der durch einen Nokken 21 gesteuert wird, welcher auf der gleichen Achse sitzt wie die Steuerscheiben 14 und 15, mit der Kolbenbewegung also fest gekoppelt ist
In F i g. 2 sind die Förderdiagramme der beiden KoI-benpunpen I und II dargestellt Man erkennt, daß bei der erfindungsgemäßen Ausbildung der Steuerscheiben 14, 15 mit einander überschneidenden Bereichen konstanter Steigungen und der Anordnung des Umschaltorganes 16 ein vollkommen pulsationsfreier Förderstrom erreichbar ist. Da der Verbraucher des Fördermediums immer nur mit eine.n der Zylinder verbunden ist, erhält er das Fördermedium also niemals als Summenstrom aus zwei oder mehr Zylindern. Die zusätzliche Fördermenge, die im Überschneidungsbereich infolge der gleichzeitigen Förderung zweier Kolben anfällt, wird nicht dem Verbraucher 17 zugeführt, sondern über eine Drossel 19, deren Widerstand genau demjenigen des Verbrauchers entspricht, in den Vorratsbehälter 18 zurückgefördert. Im betreffenden Zylinder baut sich demnach der gleiche Arbeitsdruck auf wie in demjenigen Zylinder, de.· mit dem Verbraucher verbunden ist. Im
Überschneidungsbereich der Förderhübe der beiden Kolben liegen also zwei gleiche Förderströme mit dem gleichen Gegendrücken vor, von denen der eine dem Verbraucher zugeführt und der andere zum Vorratsbehälter zurückgeführt wird.
Im Überschneidungsbereich der beiden Förderhübe wird durch das Umsteuerventil 16 der Verbraucher von dem kurz'vor dem Ende des Förderhubes befindlichen Kolben auf den kurz nach dem Beginn des Förderhubes befindlichen Kolben umgeschaltet. Gleichzeitig wird der Rücklauf zum Vorratsbehälter von dem kurz nach Beginn des Förderhubes befindlichen Kolben umgeschaltet auf den jetzt kurz vor dem Ende des Förderhubes befindlichen Kolben, so daß die Restfördermenge des letzteren in den Vorratsbehälter gefördert wird.
Zur Vermeidung von durch Umschaltung bedingten Druck- und Förderstromschwank jngen, werden während des Umschaltvorganges beide Kolben gleichzeitig sowohl mit dem Verbraucher als auch mit dem Rücklauf zum Vorratsbehälter verbunden. Eine Druck- und Forderstromschwankung tritt dabei deshalb nicht auf, weil während dieses Zeitraumes die beiden gleichgroßen Förderströme als Summenstrom in der doppelten Größe eines der Einzelströme mit einem infolge der Parallelschaltung der Einzelwiderstände halb so großen Ge- samtwiderstand beaufschlagt werden, was nach den Gesetzen der Hydromechanik den gleichen Gegendruck zu Folge hat.
Umschaltventile für derartige Aufgaben lassen sich in bekannter Weise als Schieber- und Sitzventile ausführen. so daß Pumpen mit auf vorstehend beschriebene Art exakt statischer pulsationsfreier Förderung sowohl für schmierende als auch für nichtschmierende, abrasive Feststoffe enthaltende Fördermedien realisiert werden können.
Die vorgeschlagene Anordnung eignet sich demnach für alle bekannten Kolbenpumpenarten mit gleichförmiger Kolbengeschwindigkeit. Das eingangs erwähnte Problem der Vorkompression, die bei bisher bekannten Systemen bei Nichtbeachtung oder nicht exakter Einstellung zu Pulsation führt, ist bei dem vorgeschlagenen System nicht vorhanden, denn der Vorgang der Vorkompression kann mit einem genügend großen Zeitabstand vor dem Zeitpunkt gelegt werden, in welchem mit Hilfe des Umschaltventils der Verbraucher mit dem bereits vorkomprimiert fördernden Zylinder verbunden wird. Besonders günstig wirkt sich dies aus bei Pumpenarten, die im Aufbau verhältnismäßig elastisch sind und ohne Verzicht auf andere geforderte Eigenschaften (z. B. hohe Temperaturbeständigkeit, hermetische Dichtung) nicht steifer ausgeführt werden können, z. B. Balgpumpen.
Ein weiterer Vorteil der vorgeschlagenen Erfindung ist, daß steife aber technisch sehr aufwendige Pumpenkonstruktionen für statisch und pulsationsfreie Förde- rung häufig durch einfache und billigere aber elastischere Konstruktionen ersetzt werden können, weil bei der vorgeschlagenen Anordnung das Problem des störenden Einflusses der Vorkompression ausgeschaltet ist
60
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1 2
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur pulsations-
Patentansprüche: freien Förderung eines Mediums, von einem Vorratsbe
hälter zu einem Verbraucher mittels statisch arbeiten-
1. Anordnung zur pulsationsfreien Förderung ei- der Fördereinrichtungen.
nes flüssigen Mediums von einem Vorratsbehälter 5 Es gibt eine große Anzahl von mittels Pumpen durchzu einem Verbraucher mittels statisch arbeitender zuführender Förderprobleme, bei denen die Förderme-Fördereinrichtungen, dadurch gekenn- dien pulsationsfrei gefördert werden müssen, bfii denen zeichnet, daß die Druckseiten von mindestens aber aus den unterschiedlichsten Gründen nicht die stazwei Fördereinrichtungen (10, 11) mit einander tionäre Strömurgen in den Förderleitungen bewirkenüberdeckenden Bereichen gleicher und zur An- io den Kreiselpumpen zur Verwendung kommen können, triebsgeschwindigkeit (Antriebsdrehzahl) proportio- sondern bei denen die Förderung mit Verdrängerpumnaler Förderströme in den Oberdeckungsbereichen pen mit hin- und hergehenden Verdrängern z. B. Kolben dieser Förderströme über ein Umschaltorgan (16) vorgenommen werden muß. Um in derartigen Fällen die nacheinander abwechselnd mit dem Verbraucher Infolge der üblichen Pleuel- oder Exzenterkinematiken (17) oder dem Vorratsbehälter (18) verbindbar sind. 15 dieser Pumpen stetig an- und abschwellenden Förde-
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- rangen, mit der Folge instationärer, d. h. pulsierender zeichnet, daß die Fördereinrichtungen als mit hin- Strömungen in den Förderleitungen zu vermeiden, sind und hergehenden Verdrängern (12, 13) versehene schon die verschiedensten Maßnahmen und Anordnun-Pumpen (1#, i 1) ausgebildet sind. gen vorgeschlagen und durchgeführt worden.
3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch ge- 2ü So hai man versucht, die Pulsation jedes einzelnen kennz-'chnet, daß zur Betätigung der Verdränger Kolbens wenigstens zu wesentlichen Teilen durch meh-(12,13) der Pumpen (10,11) mit einem Antrieb ver- rere in das gleiche System phasenversetzt arbeitende bundene Kurvenscheiben (14, 15) mit Bereichen Kolben auszugleichen. Man ist so beispielsweise bei eigleichmäßiger Steigungen vorgesehen sind. ner Pumpe mit neun Kolben auf eine Restpulsation von
4. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch ge- 25 nur noch 13% gekommen, mußte diesem jedoch mit eikennzeichnet, daß die Verdränger (12,13) der Pum- ner technisch aufwendigen und teuren Pumpe bezahlen, pen (10, 11) mit Hydraulikzylindern in Verbindung Derartige Pumpen haben sich bisher nur in der Oelhystehen, die von Flüssigkeitspumpen betätigt werden. draulik mit schiebegesteuerten Pumpen durchsetzen
5. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch ge- können.
kennzeichne' daß der Antrieb der Verdränger (12, 30 Bei nicht schmierfähigen Flüssigkeiten werden über-13) mittels unmittelbar auf die Verdränger der Pum- wiegend nach wie vor Kolbenpumpen in klassischer pen (10,11) wirkende Druckflüssigkeit erfolgt Bauweise mit einem Saug- und Druckventil je Kolben
6. Anordnung nach Anspruch '■ bis 5, dadurch ge- verwendet Um auch hierbei die Pulsation, oder Restkennzeichnet, daß die Pumpen (id, 11) als Balgpum- pulsation bei mehreren Kolben auszuschalten, werden pen ausgebildet sind. 35 häufig auf der Druckseite Windkesse! angeordnet Da
7. Anordnung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch ge- die pulsationsdämpfende Wirkung von Windkesseln jekennzeichnet, daß die Pumpen (10, 11) Membran- doch einmal von der Frequenz (Pumpendreh-oder hubpumpen sind. zahl) und zum anderen von den jeweiligen Druckver-
8. Anordnung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch ge- hältnissen abhängt und diese außerdem ein elastisches kennzeichnet, daß in die Rückführleitung zum Vor- 40 Glied auf der Druckseite darstellen, sind Windkessel ratsbehälter (18) ein Drosselorgan (19) eingeschaltet überall dort, wo eine exakt statische Förderung über ist, dessen Widerstand an den Widerstand des Ver- einen großen Drehzahl- und Gegendruckbereich Verbrauchers (17) anpaßbar ist langt wird und dort, wo der Förderstrom abrupt ge-
9. Anordnung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch ge- stoppt und wieder frei gelassen wird, wie das z. B. bei kennzeichnet, daß das Umschaltorgan (16) in der 45 Straßenmarkiermaschinen bei Anbringung von regel-Weise ausgebildet ist, daß während des Umschalt- mäßig unterbrochenen Verkehrsleitlinien mittels Farbvorganges selbst die Druckseiten der Pumpen (10, Spritzpistolen oder d<;rgl. der Fall ist, nicht geeignet
11) gleichzeitig mit dem Verbraucher (17) und mit Um von hin- und herbewegten Kolben einen pulsa-
dem Vorratsbehälter (18) verbunden sind. tionsfreien gegendruckunabhängigen Förderstrom zu
10. Anordnung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch 50 erhalten wurden deshalb völlig anders geartete Kinegekennzeichnet, daß die Betätigung des Umschaltor- maiken entwickelt als sie der Kurbeltrieb darstellt. Ein ganes (16) während des Druckhubes beider Verdrän- Beispiel dafür ist die Betätigung von zwei gegenüberlieger (12,13) im Bereich der sich überdeckenden For- gend angeordneten Kolben durch eine als archimediderung der Verdränger erfolgt. sehe Spirale ausgebildete Kurvenscheibe. Die Steigung
11. Anordnung nach Anspruch 1 bis 10, dadurch 55 der Kurvenscheibe über einen Teil des Umfangs ist kongekennzeichnet, daß die Betätigung des Umschaltor- stant, so daß sich für einen entsprechenden Teil des ganes (16) von dem Antrieb der Verdränger (12,13) Kolbenweges eine gleichförmige Kolbengeschwindigabgeleitet wird. keit ergibt.
12. Anordnung nach Anspruch 1 bis H, dadurch Alle vom Kurbeltrieb abweichenden Kinematiken gekennzeichnet, daß die Betätigung des Umschaltor- 60 zielen darauf hin, die Summe der Geschwindigkeiten gans (16) mittels eines Kolbens (20) erfolgt. sämtlicher an der Förderung beteiligter Kolben kon-
13. Anordnung nach Anspruch 1 bis 12, dadurch stant zu machen. Die Mindestkolbenzahl hierbei ist gekennzeichnet, daß die Pumpen (10, 11) sowie das zwei. Entweder fördert nur einer der beiden Kolben mit Umschaltorgan (16) vorzugsweise durch eine War- gleichförmiger Geschwindigkeit, während der andere meträgerflüssigkeit beheizbar sind. 65 einen Rückstellhub zum Füllen des Zylinders ausführt,
oder es fördern beide Kolben und befinden sich derart
in Überschneidung, daß die Geschwindigkeit des einen
Kolbens in dem Maß zunimmt, wie die Geschwindigkeit
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