DE3233438C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur pulsationsfreien För­ derung eines flüssigen Mediums von einem Vorratsbehälter zu einem Verbraucher mittels mindestens zwei durch unmittelbar auf die Verdränger der Pumpen wirkende Druckflüssigkeit angetriebene Balgpumpen mit einander überdeckenden Bereichen gleicher För­ derströme, deren Druckseiten über ein Umschaltorgan abwechselnd mit dem Verbraucher oder dem Vorratsbehälter verbindbar sind, wobei in die Rückführleitung zum Vorratsbehälter ein Drossel­ organ eingeschaltet ist, dessen Widerstand an den Widerstand des Verbrauchers anpaßbar ist.

Eine derartige Vorrichtung ist bei einer Straßenmarkiermaschine mit Verdrängerpumpen zur Förderung des Markiermaterials bekannt (DE-OS 30 07 116). Dabei werden die Verdrängerpumpen, deren Stahl­ bälge ja für Pumpzwecke flexibel sein müssen, mechanisch angetrie­ ben, also nur auf einer Seite vom Flüssigkeitsdruck belastet. Diese Pumpen sind nur für Drücke bis maximal etwa 50 bar einsetz­ bar, da mit zunehmender nur auf einer Kolbenseite erfolgender Druck­ belastung die Lastspielhäufigkeit und damit die Lebensdauer der Balgen abnimmt, abgesehen davon, daß die bei hohen Drücken durch die dabei auftretenden hohen Kräfte erforderliche kräftige Aus­ führung der mechanischen Antriebselemente wirtschaftlich nicht mehr vertretbar ist.

Durch die vorliegende Erfindung soll deshalb vor allem die Aufgabe gelöst werden, bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art, eine praktische Lösung für einen Antrieb der Verdränger der Balgpumpen durch auf die Verdränger wirkende Druckflüssigkeit zu schaffen, um die Anordnung auch für höhere Drücke der zu för­ dernden Flüssigkeit etwa bis zu 300 bar und mehr, wie sie bei­ spielsweise in der Hochdruck-Spritztechnik üblich sind, einsetz­ bar zu machen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, den Druck- oder Förderhub mittels einer Druckflüssigkeit zu be­ wirken, wobei zur Zuführung der Druckflüssigkeit zu den Verdrän­ gern der Balgpumpen auf der Seite der Verdränger, die nicht dem Fördermedium beaufschlagt ist, zwischen den als Kurvenscheiben mit Förderhubnocken ausgebildeten Antrieb für die Verdränger und die Verdränger Servoventile angeordnet sind, mit denen die aus dem Hilfskreislauf entnommene Druckflüssigkeit so geregelt wird, daß die Hubgeschwindigkeit der Verdränger der Hubgeschwindigkeit der Schieber der Servoventile entspricht und daß der Rück- oder Saughub durch mechanische Kraftübertragung erfolgt, wobei die Rückhubkraft von auf den Kurvenscheiben angeordneten Rückhubnocken für die Kur­ venrolle der Schieber der Servoventile auf die Schieber und von dort auf die mit den Verdrängern verbundenen Ventilgehäuse der Servo­ ventile übertragen wird.

Verallgemeinert wirkt der mechanische Antrieb also auf einen Regler, mit dem eine Hilfsenergie geregelt wird, die eine Hub­ bewegung des Pumpenverdrängers bewirkt. Die Stellung des Verdrän­ gers wird auf den Regler zurückgeführt und die Hilfsenergie und damit die Stellung des Verdrängers solange geregelt, bis die Soll- Ist-Differenz am Regler Null ist und der Verdränger die der Stellung des Antriebes entsprechende Stellung einnimmt.

Besteht der Verbraucher beispielsweise aus einer Spritzpistole, die nach dem Innenmischsystem arbeitet, bei der also das von dem Pumpensystem geförderte Spritzgut mit Hilfe von Druckluft zer­ stäubt wird, so muß die Drossel in der Rücklaufleitung eben­ falls aus einem Spritzsystem gebildet werden, das in bezug auf die Erzeugung des Gegendruckes die gleichen Eigenschaften auf­ weist, wie die Verbraucher-Spritzpistole. Da bei Spritzpistolen, die nach dem Innenmischsystem arbeiten, der Gegendruck in der Zufuhrleitung abhängt, ist auch von dem Druck der in die Misch­ kammer der Spritzpistole eingespeisten Druckluft und weil der Druck der Druckluft in Abhängigkeit von der Viskosität und vom Spritzbild vom Bedienungspersonal häufig geändert wird, muß es sich auch bei dem in der Rücklaufleitung verwendetem Spritzsystem um ein solches mit Innenmischung handeln und die zur Zerstäubung verwendete Druckluft sollte mit der Druckluft der Verbraucher- Spritzpistole gekoppelt sein, so daß stets bei beiden Spritzsyste­ men die Druckluft gleichen Druck aufweist. Wird ferner die Düsen­ größe in der Verbraucher-Spritzpistole geändert, so muß auch die Düsengröße in dem in der Rücklaufleitung eingesetzten Spritzsysteme im gleichen Sinne geändert werden. Nur durch diese Maßnahme läßt sich erreichen, daß sowohl in der Verbraucher­ leitung als auch in der Rücklaufleitung zum Vorratsbehälter stets die gleichen Druckverhältnisse herrschen.

Abgesehen davon, daß die Verspritzung von Spritzgut über die Rücklaufleitung in den Vorratsbehälter zurück aus vielerlei Gründen - beispielsweise wegen der Austrocknung des Spritzgutes - zu beanstanden, tritt noch folgender negative Effekt auf:

Da der Durchlaßquerschnitt des in der Rücklaufleitung als Drossel eingesetzten Spritzsystems gleich dem Durchlaßquerschnitt der Verbraucher-Spritzpistole ist, erfolgt mit dem langsam an­ schwellenden Rückförderstrom jeweils bei Beginn des Förderhubes der einzelnen Zylinder auch ein entsprechend langsames Anschwel­ len des Druckes bis zur vollen Größe. Ursache hierfür ist nicht nur die mehr oder weniger starke Kompressibilität des Förder­ mediums und die Elastizität des gesamten Systems, sondern auch die geöffnete Drossel, durch die während des Einsetzens der Strömung und dem damit einhergehenden Druckaufbau bereits Fördermedium hindurchfließt. Je langsamer jedoch der Druckanstieg pro Drehwin­ keleinheit der Antriebswelle, um so größer ist der bis zum Aufbau des Enddruckes erforderliche Gesamtdrehwinkel der Antriebswelle. Da jedoch nur ein bestimmter Drehwinkel im Überschneidungsbereich für den Druckaufbau in der Rücklaufleitung zur Verfügung steht, bedeutet dies, daß das Fördermedium weniger kompressibel sein darf als bei einem System, bei dem der Druckaufbau gegen eine geschlos­ sene Drossel erfolgen würde. Bei dem bisher bekannten System mit offener Drossel ist die zulässige Kompressibilität des Förder­ mediums bei im Hinblick auf Pulsationsfreiheit einwandfreier Funktion des Pumpensystems geringer als bei einem Pumpensystem bei dem der Druckaufbau gegen eine anfangs geschlossene Drossel erfolgen würde.

Zur Vermeidung dieser Nachteile wird in weiterer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ein Drosselsystem vorgeschlagen, bei dem das in die Rückführungsleitung zum Vorratsbehälter eingeschaltete an den Widerstand des Verbrauchers anpaßbare Drosselorgan als vom Gegendruck in der Verbraucherleitung gesteuerter Druckregler ausgebildet ist.

Der Druckregler soll dabei eine durch einen elastischen Balg oder eine Membrane in zwei voneinander getrennte Räume unter­ teilte Kammer aufweisen, von denen die eine Kammer mit dem Ver­ braucher und dem Pumpendruckanschluß verbunden ist und die an­ dere Kammer mit dem Vorratsbehälter und dem Pumpenrücklaufanschluß und daß mit dem elastischen Balg oder der Membrane ein Stellglied in Verbindung steht, durch das der Rücklauf des flüssigen Medi­ ums in den Vorratsbehälter geregelt wird. Dabei kann das Stell­ glied ein Ventilkegel sein, der in Wirkverbindung mit der Zulauf­ öffnung der Rückführungsleitung zu Vorratsbehälter steht.

Es wird also erfindungsgemäß eine verstellbare Drossel vorge­ schlagen, deren Verstellung und damit Einstellung des Druckes abgeleitet wird vom Gegendruck in der Leitung zum Verbraucher. Die Drossel ist mit einer Vorrichtung gekoppelt, in welcher beide Gegendrücke verglichen werden und die bei Vorhandensein einer Druckdifferenz die Drossel in dem Sinne verstellt, daß die Abweichung des Gegendruckes in der Rücklaufleitung vom Gegendruck in der Verbraucherleitung abgebaut wird. Kommt nach Beendigung des Überschneidungsbereiches der beiden Förderströme aus den beiden Zylindern des Pumpensystems der Rücklaufstrom in der Rück­ laufleitung zum Erliegen, dann wird die Drossel unter Wirkung des Gegendruckes in der Verbraucherleitung ganz geschlossen. Jeweils bei Beginn der Förderhube der einzelnen Zylinder - also jeweils bei Beginn des Überschneidungsbereiches der beiden Förderströme - erfolgt dann ein Druckaufbau in der Rücklaufleitung gegen die geschlossene Drossel.

Anhand der beiliegenden Zeichnungen, auf denen in schematischer Darstellung

Fig. 1 die erfindungsgemäße Anordnung bei einer Straßenmarkier­ maschine,

Fig. 2 den Antrieb der Balgen durch eine Druckflüssigkeit mittels Servoventilen und

Fig. 3 das Drosselsystem
zeigen soll, soll die Erfindung nachfolgend noch erläutert werden.

In der Prinzipskizze der Fig. 1 mit einer Auftragseinrichtung für eine Straßenmarkiermaschine gemäß der erfindungsgemäßen An­ ordnung, werden durch ein auf der Fahrbahn abrollendes Rad 1 Förderhubnocken 10 angetrieben, durch die über Servoventile 13 Balgpumpen 2, 3 betätigt werden, die zum Antrieb mit Druckflüssig­ keit beaufschlagt werden. Die Pumpen saugen aus einem Material­ behälter 4 das Markierungsmaterial an und fördern dieses über ein Umschaltorgan 5 abwechselnd zur Spritzpistole 6. Zwischen Umschaltorgan und Spritzpistole bzw. Rückführungsleitung zum Vorratsbehälter ist ein an den Widerstand des Verbrauchers an­ paßbares Drosselorgan 7 eingeschaltet, welches als vom Gegendruck in der Verbraucherleitung gesteuerter Druckregler ausgebildet ist. Dieses in Fig. 1 ganz allgemein noch mit II gekennzeichnete Drosselorgan ist in Fig. 3 noch gesondert dargestellt.

Das Antriebssystem für die Pumpen, welches in Fig. 1 mit I gekennzeichnet ist, ist in Fig. 2 in seinen Einzelheiten darge­ stellt. Man erkennt, daß die Hubbewegung der Fördernocke 10 über eine Kurvenrolle 11 auf den Schieber 12 eines Zwei-Kanten- Servoventils 13 übertragen wird. Das Gehäuse 14 ist direkt oder über eine Kolbenstange 15 oder über andere Verbindungs­ elemente mit der Bodenplatte 16 des Balges 17 verbunden, der den Verdränger im Pumpenzylinder 18 bildet. Über den Anschluß 19 wird dem Ringraum 20 im Gehäuse 14 des Servoventils Druckmedium zugeführt. Der durch die Einschnürung des Steuerschiebers 12 und des Gehäuses 14 gebildete Ringraum 23 ist über den Anschluß 21 und die Leitung 22 mit dem Innenraum 24 des Balges verbunden. Ein weiterer Ringraum 25 im Gehäuse 14 ist über den Anschluß 26 mit dem drucklosen Vorratsbehälter des Druckmediums verbunden. Je nach axialer Stellung des Schiebers 12 im Gehäuse 14 steht der Ringraum 20 über einen von der Steuerkantenpaarung 27 gebildeten Ringspalt mit Ringraum 23 in Verbindung und Ringraum 23 mit über einen von der Steuerkantenpaarung 28 gebildeten Ringspalt mit Ringraum 25. Die Ringspalte werden hierbei nicht nur durch die axialen Abstände der Steuerkante gebildet, sondern auch durch die stets vorhandenen Durchmesserunterschiede von Schieber und Gehäusebohrung. Eine vollkommene Dichtheit bei positiver Über­ deckung der Steuerkanten wird nicht vorausgesetzt und ist ins­ besondere bei Verschleiß auch nicht gegeben.

In der Neutralstellung des Schiebers 12 relativ zum Gehäuse 14 ist die aus dem Raum 20 durch die Steuerkantenpaarung 27 in den Raum 23 einströmende Druckmediummenge äquivalent zur Menge des aus Raum 23 über die Steuerkantenpaarung 28 in den Raum 25 aus­ strömenden Druckmediums. In den Balgraum 24 strömt kein Medium, d. h. der Balgboden 16 steht still. Der Steuerschieber 12 wird in­ folge Drehung der Förderhubnocke 10 in Richtung des ausgezoge­ nen Pfeiles relativ zum Gehäuse 14 verschoben, so daß der Spalt­ querschnitt bei 27 größer und der Spaltquerschnitt bei 28 kleiner wird. Dadurch wird auch der Druckmediumstrom bei 27 größer und der bei 28 kleiner, so daß die Differenz beider Ströme über die Leitung 22 zum Balg 24 strömt. Balgboden und Kolbenstange 15 mit Gehäuse 14 setzen sich in Pfeilrichtung in Bewegung und "folgen" dem Schieber 12, um wieder die relative Neutralstellung zu erreichen.

Da beim Rückhub bzw. Saughub des Balges in Richtung des ge­ strichelten Pfeiles im Vergleich zum Förderhub nur sehr geringe Kräfte auftreten, ist für den Rückhub keine Unterstützung durch eine Hilfsenergie erforderlich. Der Rückhub erfolgt deshalb zweckmäßig direkt durch die Rückhubnocke 29, die über die Kur­ venrolle 11 den Steuerschieber 12 gegen den Anschlag 30 des Gehäuses 14 und dann das Gehäuse mit Kolbenstange 15 und Balg­ boden 16 in Richtung des gestrichelten Pfeiles in die Ausgangs­ stellung zieht und auf diese Weise den Rück- bzw. Saughub aus­ führt. Dabei führt zunächst der Schieber 12 unter der Wirkung der Rückhubnocke 29 eine Bewegung in Richtung des gestrichelten Pfeiles allein aus bis zum Anschlag 30 im Gehäuse. Der Weg zwischen Neutralstellung des Schiebers und dem Anschlag 30 muß dabei so bemessen sein, daß der Ringspalt bei 27 so weit verrin­ gert und der Ringspalt bei 28 so weit vergrößert wird, daß die Summe des weiterhin durch den Ringspalt bei 27 hindurchströmenden Druckmediums und des beim Saughub aus dem Balgraum 24 über die Leitung 22 herausgedrückten Mediums ohne Schwierigkeiten durch den Ringspalt bei 28 in die Rückleitung 26 zum Vorratsbehälter gelangen kann. Selbstverständlich kann der Anschlag 30 und die Übertragung der Zugkraft von der Rückhubnocke 29 auf die Kolbenstange 15 auch anders realisiert werden als dargestellt, da es in der Praxis oft nicht vorteilhaft sein dürfte, mechanische Kräfte, wobei Querkräfte auftreten können, über Schieber und Gehäuse eines Servoventils zu übertragen.

Um die vorgeschlagene für höchste Drücke geeignete Pumpenausfüh­ rung verwendbar zu machen auch für derart hohe Fördermittel-Tem­ peraturen, für die herkömmliche Arbeitsmedien wie Hydrauliköl nicht mehr einsetzbar sind, empfiehlt sich die Verwendung eines Sperrmediums, das für die infrage kommenden Temperaturen geeig­ net ist. Und zwar soll dann das im Servoventil 13 geregelte Druckmedium einem vor unschädlichen Temperaturen geschützten Zwischenbehälter zugeführt werden, in dem der Druck und die Ver­ drängung auf ein temperaturbeständiges Medium übertragen wird, das auch den Balgraum 24 ausfüllt und mit diesem in Verbindung steht, und das von dem über das Servoventil geregelte Arbeits­ medium im Zwischenbehälter 31 durch einen Kolben 32 oder eine Membrane getrennt ist. Eine Anordnung mit einem derartigen Zwischen­ behälter hat ferner ganz allgemein den Vorteil, daß bei einer Beschädigung des Balges 17 das durch das Servoventil 13 geregeltes Arbeitsmedium, das sich ständig um Umlauf durch den Arbeits­ kreislauf befindet, nicht durch eindringendes evtl. mit abrasiven Partikeln durchsetztes Fördermedium verunreinigt werden kann.

Damit in den Räumen 33 und 43 vor und hinter dem Schieber in­ folge von Leckage vom Arbeitsmedium am Schieber vorbei kein Druckaufbau erfolgen kann, der die Funktion des Servoventils verhindern würde, stehen diese Räume über Leckagebohrungen mit der drucklosen Rückleitung 26 in Verbindung.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Drosselorgan wird ein in einer Kammer untergebrachter elastischer Balg 34 oder eine Membran von der einen Seite mit dem Gegendruck der Verbraucherleitung beaufschlagt und von der anderen Seite von dem Gegendruck in der Rücklaufleitung zum Vorratsbehälter. Der durch den Balg oder die Membran abgegrenzte Raum 35 kann von dem Fördermedium auf dem Weg von der Pumpe zum Verbraucher durchströmt werden oder aber ist mit einer Verbindungsleitung mit der Leitung von der Pumpe zum Verbraucher verbunden. In den anderen von dem Balg oder der Membran abgegrenzten Raum 36 mündet die Rücklaufleitung des Pumpensystems. In diesem Raum 36 ist auch die eigentliche Drossel 37 untergebracht. Die Drossel besteht aus der Öffnung 38 zur Rücklaufleitung 39, die zum Vorratsbehälter führt, und dem Stellglied 40, das mit der Membran bzw. dem Boden des Balges verbunden ist. Auf die Fläche 41 wirkt der Gegendruck des Förder­ mediums in der Leitung zum Verbraucher. Zwischen den beiden Über­ schneidungsbereichen der beiden Förderströme findet kein Rückfluß des Fördermediums von der Pumpe zum Vorratsbehälter statt. Dann bewegt sich das Stellglied 40 unter der Wirkung des Druckes auf die Fläche 41 gegen die Öffnung 38 und verschließt diese. Setzt bei Beginn des Überschneidungsbereiches der beiden Förder­ ströme der Rückfluß zum Vorratsbehälter ein, erfolgt ein Druck­ anstieg in Raum 36 und damit an der Membran- oder Balgfläche 42. Da das in den Raum 36 eindringende Fördermedium nicht über die geschlossene Drossel entweichen kann, wird der Druck auf die Fläche 42 schließlich größer als der Druck auf die Fläche 41. Infolge der Druckdifferenz bewegt sich die Membran bzw. der Boden des Balges zusammen mit dem Stellglied 40 weg von der Öff­ nung 38, so daß sich diese öffnet, und einen Durchlaß zur Leitung 39 zum Vorratsbehälter freigibt. Die Drossel 37 wird jedoch nur so weit geöffnet, daß durch die Drosselung des durch die Drossel hindurchströmenden Mediums ein Druck in Kammer 36 entsteht, der dem Druck in Kammer 35 gleich ist. Bei einer Druckschwankung in der Leitung zum Verbraucher stellt sich über die Druckdifferenz an der Membran bzw. den Balgflächen 41, 42 sofort eine neue Drosselstellung ein, die für den gleichen Gegendruck in der Rück­ laufleitung zum Vorratsbehälter sorgt.

Besteht der Verbraucher, wie eingangs beschrieben, aus einer druckluftbetriebenen Spritzpistole mit Innenmischung, so besteht bei dem vorgeschlagenen Drosselsystem keine Notwendigkeit mehr, in der Rücklaufleitung ein gleichartiges Spritzsystem mit all den erwähnten Nachteilen einzusetzen. Ändert sich der Druck in der Verbraucherleitung z. B. durch Erhöhung des Luftdruckes in der Spritzpistole, so wird in der Drossel die gleiche Druckän­ derung in der Rücklaufleitung zum Vorratsbehälter vollzogen.

Dadurch, daß der Druckaufbau in der Rückförderleitung zum Vor­ ratsbehälter bei Beginn eines jeden einzelnen Förderhubes der Pumpenzylinder gegen eine geschlossene Drossel erfolgt, ist der Druck­ aufbau wesentlich rascher als bei einer geöffneten Drossel wie bei dem bekannten Pumpensystem. Eine mit einem derartigen Drossel­ system ausgerüstete Pumpe eignet sich demnach wegen des nur be­ grenzt zur Verfügung stehenden sogenannten Vorkompressionshubes der einzelnen Zylinder für Fördermedien mit wesentlich höherer Kompressibilität, als es bei der bisher bekannten Pumpe mit geöffneter Drossel der Fall ist.

Claims (3)

1. Vorrichtung zur pulsationsfreien Förderung eines flüssigen Mediums von einem Vorratsbehälter zu einem Verbraucher mit­ tels mindesens zwei durch unmittelbar auf die Verdränger der Pumpe wirkende Druckflüssigkeit angetriebene Balgpumpen mit einander überdeckenden Bereichen gleicher Förderströme, deren Druckseiten über ein Umschaltorgan abwechselnd mit dem Verbraucher oder dem Vorratsbehälter verbindbar sind, wobei in die Rückführleitung zum Vorratsbehälter ein Dros­ selorgan eingeschaltet ist, dessen Widerstand an den Wider­ stand des Verbrauchers anpaßbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck- oder Förderhub mittels einer Druckflüssigkeit erfolgt, wobei zur Zuführung der Druckflüssigkeit zu den Verdrängern (16, 17) der Balgpumpen auf der Seite (24) der Verdränger, die nicht mit dem Fördermedium beaufschlagt ist, zwischen den als Kurvenscheiben (10) mit Förderhubnocken ausgebildeten Antrieb für die Verdränger und die Verdränger Servoventile (13) angeordnet sind, mit denen die aus dem Hilfskreislauf entnommene Druckflüssigkeit so geregelt wird, daß die Hubgeschwindigkeit der Verdränger (16, 17) der Hubge­ schwindigkeit der Schieber (12) der Servoventile (13) ent­ spricht und daß der Rück- oder Saughub durch mechanische Kraftübertragung erfolgt, wobei die Rückhubkraft von auf den Kurvenscheiben (10) angeordnete Rückhubnocken (29) für die Kurvenrolle (11) der Schieber (12) der Servoventile (13) auf die Schieber und von dort auf die mit den Ver­ drängern (16, 17) verbundenen Ventilgehäuse (14) oder Servoventile (13) übertragen wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das in die Rückführleitung zum Vorratsbehälter eingeschaltete an den Widerstand des Verbrauchers anpaßbare Drosselorgan als vom Gegendruck in der Verbraucherleitung gesteuerter Druckregler ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckregler eine durch einen elastischen Balg (34) oder eine Membrane in zwei voneinander getrennten Räumen (35, 36) unterteilten Kammer aufweist, von denen die eine Kammer (35) mit dem Verbraucher und dem Pumpendruckanschluß verbun­ den ist und die andere Kammer (36) mit dem Vorratsbehälter und dem Pumpenrücklaufanschluß und daß mit dem elastischen Balg (34) oder der Membrane ein Stellglied (40) in Verbindung steht, durch das der Rücklauf des flüssigen Mediums in den Vorratsbehälter geregelt wird.