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Vorrichtung zum Ausgleich von Druckverlusten
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ausgleich von bei der
Förderung dickflüssiger Median durch Leitungen zwischen einer Förderpumpe und einer
Austragsöffnung entstehenden Druckverlusten, insbesondere bei Versiegelungsvorrichtungen
für Isolierverglasungen.
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Bekanntlich entstehen bei der Förderung dickflüssiger (viskoser) Medien
durch Leitungen hohe Druckverluste. Dies sei anhand Fig. 1 erläutert. Gemäß Fig.
1 wird von einer Pumpe 1 ein viskoses Medium über eine Leitung 2 zu einem Austragsende
3 gefördert, wobei sich kurz vor dem Austragsende ein Sperrventil 4 befindet. Zur
Vereinfachung wird angenommen, daß der Leitungsquerschnitt über die gesamte Leitung
2 von der Pumpe 1 bis zum Austrittsende 3 konstant ist. Somit stellen sich abhängig
von der Fließgeschwindigkeit des Mediums unterschiedliche Druckgefälle zwischen
Pumpe 1 und Austragsende 3 ein. Dies ist in dem Diagramm in Fig. 1 durch die in
Vollinien dargestellten Kennlinien für verschiedene Förderleistungen Q1 bzw. Q2
wiedergegeben. Bei Messung des Druckes in der Mitte der Längserstreckung der Leitung
2 sowohl während der Förderung (dynamischer Zustand), als auch nach Abschalten der
Förderpumpe 1 und Schließen des Sperrventils 4 ergibt sich, daß der Druck im dynamischen
und im statischen Betriebszustand
jeweils der gleiche ist. Dem statischen
Betriebszustand entsprechen die in Strichlinien dargestellten Kennlinien p02 bzw.
Po1, die durch waagerechte Geraden gebildet sind.
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Es kann davon ausaecrangen werden, -daß einerseits das zu fördernde
Medium kompressibel ist und daß sich andererseits das schematisch durch die Leitung
2 dargestellte Leitungssystem infolge der Druckänderungen elastisch verformt, so
daß das gesamte Leitungssystem einen Akkumulator bildet, der entsprechend den mittleren
Drücken Po2 bzw.
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Pol unterschiedliche Materialmengen akkumuliert. Andererseits ist
es erwünscht, am Austrittsende 3 eine Ausflussleistung zu erhalten, die der Leistung
der Förderpumpe 1 genau entspricht (Sollwert), wobei außerdem die Ausströmleistung
nach einem bestimmten vorgegebenen Profil ablaufen soll.
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Es zeigt sich jedoch, wie das aus Fig. 1 ohne weiteres verständlich
ist, daß wegen der Akkumulation sich die Ausflußmengenänderung am Austragsende 3
gegenüber einer Fördermengenänderung an der Pumpe 1 mit einer Verzögerung einstellt.
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Insbesondere stellt sich bei Verringerung der Pumpenfördermenge und
sinkendem mittleren Druck am Austragsende 3 kurzzeitig ein zu hoher Ausfluß und
bei Erhöhung der Pumpenfördermenge und steigendem mittleren Druck kurzzeitig ein
zu niedriger Ausfluß ein. Dies ist bei zahlreichen Anwendungsfällen unerwünscht.
Insbesondere wirkt sich dies bei der automatischen Versiegelung von Isolierverglasungen,
bei denen ein Hohlraum zwischen zwei im wesentlichen parallel angeordneten Glasscheiben
und einem die Glasscheiben auf Abstand haltenden zwischen diese eingelegten Abstandsrahmen
mittels eines geigneten
Klebers nachteilig in einer Überfüllung
bzw.
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einer Unterfüllung des auszufüllenden Hohlraums aus.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung anzugeben, mit der
ein Ausgleich der entstehenden Druckverluste erreichbar ist.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein automatisch verstellbares
Drosselventil nahe der Austrittsöffnung zur Erzeugung einer zusätzlichen Druckerhöhung
im Sinne der Aufrechterhaltung eines gleichbleibenden statischen Druckes in der
Leitung erreicht.
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Die Erfindung wird durch die Merkmale der Unteransprüche weiter gebildet.
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Mittels der Erfindung wird in der Leitung eine zusätzliche künstliche
Druckerhöhuna erzeugt,die zur Anhebung der geringeren Durchflüssen zugeordneten
Kennlinie in Richtung auf den mittleren Druck der zu größeren Durchflußmengen gehörenden
Kennlinie dient, so daß gleiche mittlere Drücke erreicht werden, daß also die Druck-Kennlinien
für den statischen Zustand zur Deckung kommen. Dadurch wird eine für alle Betriebszustände
konstante Akkumulierung in der Leitung bzw. in dem Leitungssystem erreicht. Das
Drosselventil kann in diesem Zusammenhang auch als Gegendruckventil bezeichnet werden.
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Die Erfindung wird anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 die Verhältnisse bei einer bisher ausgebildeten
Leitung, Fig. 2 die Verhältnisse bei einer erfindungsgemäß ausgebildeten Leitung
Fig.
3 ein Ausführungsbeispiel eines mit einem Sperrventil integrierten Drosselventils.
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Die Fig. 1 wurde bereits erläutert.
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Fig. 2 zeigt die Verhältnisse bei einer mit einem erfindungsgemäßen
Drosselventil 5 neben dem Sperrventil 4 nahe dem Austragsende 3 versehenen Leitung
2. Auch hier ist beispielhaft der Leitungsquerschnitt über die gesamte Längsausdehnung
der Leitung 2 zwischen der Pumpe 1 und dem Austragsende 3 als konstant angenommen.
Durch das automatisch verstellbare Drosselventil 5, das in Abhänigkeit von der gewünschten
Fördermenge einstellbar ist, wird in der Leitung 2 ein Gegendruck aufgebaut. Die
Einstellung des Drosselventils erfolgt dabei so, daß sich die Kennlinien für unterschiedliche
Durchflußmengen (dynamische Drücke) und bei abgeschalteter Vorrichtung (statische
Drücke) bei s/2 schneiden, so daß bei einer Druckmessung in der Mitte der Leitung
2 sowohl die mittleren dynamischen Drucke p = f(Q1) bzw. p = f(Q2) als auch die
statischen Drücke p01 bzw.P02 (bei gesperrtem Sperrventil 4 and abgeschalteter Pumpe
1) gleich bzw. konstant sind. Daraus ergibt sich, daß eine für alle Betriebszustände,
d.h. für alle Förderleistungen konstante Akkumulierung in der Leitung 2 bzw. in
dem gesamten Leitungssystem erreichbar ist.
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Das Drosselventil 5 wird erfindungsgemäß automatisch und stetig, und
zwar abhängig von der Soll-Fördermenge, verstellt.
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Ein Ausführungsbeispiel eines solchen Drosselventils 5, das mit dem
Sperrventil 4 integriert ausgebildet ist, wird anhand Fig. 3 näher erläutert.
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In einem gemeinsamen Gehäuse für Drosselventil 5 und Sperrventil 4
sind längs einer gemeinsamen Achse 7 Kolbenstangen 23, 24 axial verschieblich gelagert.
Die Kolbenstange 23 trägt eine die Drosselung des Drosselventils 5 verstellenden
Regelkolben 8 und die Kolbenstange 24 trägt einen das Öffnen und Schliessen des
Sperrventils 4 erreichenden Steuerkolben 9. Steuerkolben 9 und Regelkolben 8 sind
somit koaxial angeordnet. Das Gehäuse 6 weist entsprechend geformte, einerseits
dem Regelkolben 8 und andererseits dem Steuerkolben 9 zugeordnete Räume 10 bzw.
11 auf.
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In den Raum 11 des Sperrventils 4 mündet die Leitung 2 von der Pumpe
1 (nicht dargestellt), während die Austrittsöffnung 12 des Raums 10 des Drosselventils
5 entweder das Austragsende 3 direkt bildet oder mit einer entsprechenden Einrichtung
wie einer Düse für den Kleber zur Versiegelung bei einer Isolierverglasung (mit
möglichst kurzer Länge) verbunden ist. Die Räume 10 und 11 sind über einen durch
den Regelkolben 8 und/oder den Steuerkolben 9 verschließbaren Kanal 25 miteinander
verbunden. Die Kolbenstange 23 des Regelkolbens 8 ist nach außen geführt und mit
einem Kolben 13 eines Hydraulikzylinders 14 verbunden, wobei der Kolben 13 beidseitig
beaufschlagbar ist. An der Kolbenstange 23 ist weiter ein Vorsprung 15 befestigt,
der zur Verstellung eines Weggebers 16 wirkt. Der Regelkolben 8 ist somit durch
Einwirken auf den Kolben 13 axial bewegbar, wodurch der Druck in dem Raum 11 so
verändert wird, daß der mittlere Druck am Meßpunkt in der Mitte der Leitung bzw.
der statische Druck nach Abschalten des Ventils 4 bei jeder Durchflußmenge etwa
gleich ist. Die Lage des Vorsprungs15 gibt dabei den Ist-Wert der eingestellten
Durchflußmenge wieder.
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Der Ist-Wert wird einem Regler 17 zugeführt, der auch als Sollwert
einen der Soll-Fördermenge proportionalen Wert erhält.
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Abhängig von einem Ist/Soll-Wert-Vergleich und unter Berücksichtigung
der Viskosität des jeweiligen Fördermediums wird vom Regler 17 ein Steuersignal
an ein als Steuerglied wirkendes Servoventil 18 abgegeben, wobei je nach Größe und
Vorzeichen dieses Steuersignals über das Servoventil 19 der Kolben 13 in die entsprechende
Richtung hydraulisch oder pneumatisch bewegbar ist. Beispielsweise wird von einer
Quelle 19 eine Hydraulikflüssigkeit je nach Stellung des Servoventils 18 entweder
keinerder Kammern des Hydraulikzylinders bei Erreichen der Soll-Lage oder einer
der beiden Kammern des Hydraulikzylinders 14 zur Verstellung des Kolbens 13 zugeführte,
wenn eine Abweichung zwischen Soll-Lage und Ist-Lage vorliegt. Der Regler ist vorzugsweise
so einstellbar ausgebildet, daß die jeweilige Viskosität des Fördermediums und damit
die Steilheit der Hubkennlinie, die eine Funktion der Fördermenge ist, berücksichtigt
werden kann.
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Die Kolbenstange 24 des Steuerkolbens 9 des Sperrventils 4 ist ebenfalls
mit einem Stellkolben 20 verbunden, der in einem Hydraulikzylinder 21 beidseitig
beaufschlagbar bewegbar ist. Der Steuerkreis zur axialen Bewegung des Kolbens 20
ist mit einem (nicht dargestellten) Ein-und Ausschaltmechanismus verbunden, der
auf ein vorgespanntes Schaltventil 22 einwirkt. Die Vorspannung des Schaltventils
22 ist dabei so gewählt, daß bei entregtem Schaltventil 22 der Steuerkolben 9 in
Schließstellung bewegt wird. Wird bei der Wiedereinschaltung eine andere Fördermenge
gewünscht als die vor der Abschaltung eingestellte, wird der der gewünschten Fördermenge
entsprechende Sollwert dem Regler 17 zugeführt. Durch den Soll/Ist-Vergleich wird
die Lage des Kolbens 8 entsprechend der gewünschten Fördermenge verstellt, bevor
das Sperrventil 9 geöffnet wird. Infolgedessen ist sofort beim Einschalten bereits
der der neuen Fördermenge entsprechende mittlere Gegendruck vorhanden. Gegebenenfalls
kann auch der Stellkolben 20 des Steuerkolbens 9 in entsprechender Weise unter Vorspannung
stehen.
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Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Regelkolben 8 kegelförmig
ausgebildet und schließt in der in Fig. 3 rechtsseitigen Endlage mit dem Gehäuse
6 bzw. der Innenwand des Raums 10 dicht ab. Der Steuerkolben 9 seinerseits schließt
in seiner linksseitigen Endlage mit dem Gehäuse 6 bzw. der Innenwand des Raums 11
dicht ab.
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Selbstverständlich kann der Hydraulikzylinder 14 zur Verstellung des
Regelkolbens 8 mit dem Gehäuse 6 einstückig ausgebildet sein, wenn eine andere Möglichkeit
zur Feststellung der Ist-Größe der Ausflußmenge oder der Ist-Lage des Regelkolbens
8 verwendet ist. Weiter können sowohl der Hydraulikzylinder 14 als auch der Hydraulikzylinder
21 durch eine entsprechend wirkende, beispielsweise elektromotorische Einrichtung,ersetzt
sein. Wesentlich ist, daß eine der Soll-Fördermenge Q proportionale Verstellung
des Regelkolbens 8 erfolgt, derart, daß eine zusätzliche künstliche Druckerhöhung
in der Leitung 2 erzeugt wird.
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Vorzugsweise und wie dargestellt ist die Verstelleinrichtung für den
Regelkolben 8 so ausgebildet, daß der Regelkolben 8 bei Abschalten der Förderung
in seiner zuletzt erreichten Lage verbleibt. Im gleichen Fall wird der Steuerkolben
9 zwangsweise zum Verschliessen des Kanals 25 nach links bewegt, wodurch der Druck
in der Leitung 2, d.h. im Leitungssystem, aufrecht erhalten bleibt.