DE3530954A1 - Hochdruck-reinigungsgeraet - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Hochdruck-Reingigungsgerät mit einer Abgabedüse, die wahlweise Heißwasser oder Heißdampf, ggf. zusammen mit Reinigungschemikalien, abgibt, mit einem Wasserkasten, der über eine Saug­ leitung an eine Hochdruckpumpe für die Reinigungsflüs­ sigkeit angeschlossen ist, die ggf. auch eine Pumpe für die Reinigungschemikalien antreibt, an deren Druckseite eine Sicherheitsschaltung angeschlossen ist, die ein Umschaltventil enthält, das bei Überschreiten eines zulässigen Drucks an der Druckseite die Reinigungsflüs­ sigkeit zur Saugseite der Pumpe leitet, ferner einen Druckwächter, der einen mit dem Antrieb der Pumpe elektrisch verbundenen Schalter enthält, der von einem druckseitig mit Druck beaufschlagten Kolben betätigt wird, weiterhin ein Sicherheitsventil, das in Schließ­ richtung vom Pumpendruck und in Öffnungsrichtung von dem in der Schaltung herrschenden Druck beaufschlagt ist, und die eine Wassermangelsicherung enthält, die auf die in der Abgabeleitung von der Pumpe zur Düse herrschende Strömung anspricht, in der auch ein Wärmetauscher zum Heizen der Reinigungsflüssigkeit vorgesehen ist.

Ein derartiges Reinigungsgerät ist in seinen wesent­ lichen Merkmalen durch die DE-OS 33 22 959 der Anmel­ derin beschrieben, allerdings nicht in allen Details. Von diesem Stand der Technik geht die Erfindung daher aus.

Dort ist keine Vorsorge dafür getroffen, den sich an der Druckseite des Geräts bei geschlossener Abgabedüse auf­ bauenden Überdruck abzubauen und unschädlich zu machen, wenn beispielsweise das Umschaltventil oder der Druck­ wächter oder das Sicherheitsventil oder auch der Strö­ mungswächter kaputt sind.

Auch ist dort keine Vorsorge dafür getroffen, der Abgabe­ düse nur noch eine fühlbar verringerte Reinigungsflüs­ sigkeitsmenge pro Zeiteinheit zuzuleiten, wenn auf Dampfbetrieb umgeschaltet werden soll. Vielmehr ist das dort beschriebene Gerät nur für Heißwasserbetrieb gedacht.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Hochdruck-Reinigungsgerät der eingangs genannten Art vorzuschlagen, das sehr funktionssicher ist und auch bei Ausfall des Funktionierens des einen oder anderen wesent­ lichen Sicherheits-Bauteils der bekannten Sicherheits­ schaltung zuverlässig abschaltet, ohne daß sich ein unzulässig hoher Überdruck auf der Druckseite der Pumpe bei geschlossener Abgabedüse aufbauen kann. Außerdem soll es möglich sein, das Reinigungsgerät wahlweise mit Heißwasser oder Wasserdampf zu betreiben, ohne daß hier­ für die Abgabeleistung des das Medium erwärmenden Wärme­ tauschers verändert werden muß.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß in der Sicherheitsschaltung ein Sicherheitsventil vorgesehen ist, das einen federbelaste­ ten Steuerkolben enthält, der gegen die Kraft der Feder von dem an der Abgabeseite der Wassermangelsicherung herrschenden Druck beaufschlagt ist und der bei seiner bei Überdruck eintretenden Verschiebung ein Rückschlag­ ventil öffnet, das die Druckseite der Pumpe mit ihrer Saugseite verbindet.

Das erfindungsgemäß vorgesehene, zusätzliche Sicherheits­ ventil dient also gewissermaßen als letzte Sicherheit, wenn die anderen wesentlichen Bauteile der Sicherheits­ schaltung oder auch nur eines dieser Bauteile ausfallen sollte. Zusätzlich fängt das Sicherheitsventil die beim Abschalten immer noch auftretende Nachheizung, bedingt durch die Wärmeträgheit der Heizelemente, auf, und sie fängt gleichzeitig auch die Druckerhöhung auf, die durch das konstruktiv bedingte Nachlaufen der Pumpe entsteht. Das Nachlaufen bedingt nämlich auch nach Abschaltung der Pumpe noch mehrere Umdrehungen des Antriebs der Pumpe bzw. der Pumpe selbst, verbunden mit einer entsprechen­ den Druckerhöhung, die durch das Sicherheitsventil eben­ falls aufgefangen wird.

Es dient einer konstruktiven Vereinfachung, wenn eine Verbindungsleitung zwischen dem Sicherheitsventil und dem Umschaltventil vorgesehen ist, weil der bei den beschriebenen Situationen sich aufbauende und durch das Sicherheitsventil abgebaute Überdruck dann durch die­ jenige Rückleitung zur Saugseite der Pumpe abgebaut werden kann, die ohnedies zwischen dem Umschaltventil und der Saugleitung vorhanden ist.

Eine wichtige Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß in der Verbindungsleitung zwischen dem Umschaltventil und der Saugseite der Pumpe ein Dampfventil mit einstellbarem Strömungsquerschnitt ange­ ordnet ist, das auch an die Druckleitung der Pumpe ange­ schlossen ist. Bei geschlossenem Dampfventil geht die gesamte Fördermenge an Reinigungsflüssigkeit zum Wärme­ tauscher und wird dort zu Warmwasser beheizt, das dann durch die Düse mit hohem Druck abgegeben wird. Soll aber die Reinigung mittels Heißdampf (Hochdruck-Heißdampf) betrieben werden, so wird das Dampfventil geöffnet und der größere Teil der Strömungsmenge an Reinigungsflüssig­ keit strömt zur Saugseite der Pumpe zurück. Nur der ver­ bleibende, kleinere Anteil an Reinigungsflüssigkeit strömt durch den Wärmetauscher und wird dort zu Dampf (Heißdampf) umgewandelt, der dann mit Hochdruck an der Sprühpistole (Düse) abgegeben wird, ohne daß die Düse hierzu notwendigerweise ausgetauscht werden muß.

Für die Merkmale von Patentanspruch 3 wird auch Schutz begehrt ohne die kennzeichnenden Merkmale von Patent­ anspruch 1.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungs­ beispiels näher erläutert, aus dem sich weitere wichtige Merkmale ergeben. Die Figur zeigt ein Schaltschema mit den wesentlichen Bauteilen eines erfindungsgemäßen Hochdruck-Reinigungsgeräts mit wahlweisem Betrieb mit Heißwasser und Heißdampf, ggf. auch mit Zusatz von Reinigungschemikalien.

Reinigungsflüssigkeit ist in einem Wasserkasten 1 vor­ handen. Die Reinigungsflüssigkeit wird über eine Hoch­ druckpumpe 2 und eine Saugleitung 3 aus dem Wasserkasten angesaugt. Die Reinigungsflüssigkeit verläßt dann die Hochdruckpumpe und tritt an ihrer Druckseite in eine als Ganzes mit Pos. 4 bezeichnete Sicherheitsschaltung ein, die im übrigen in einem einzigen Sicherheits- und Steuer­ block untergebracht ist. Hinter der Sicherheitsschaltung 4 verläßt das unter Hochdruck stehende Wasser die Sicherheitsschaltung und tritt in einen Wärmetauscher 5 ein. Von dort gelangt das Wasser bzw. der Heißdampf über eine Pistole 6 zu einer Hochdruck-Abgabedüse 7.

Ggf. kann auch eine Chemikalienpumpe 8 von der Pumpe 2 betrieben werden, die Reinigungschemikalien aus Behältern 9, die umschaltbar sind, ansaugt, ggf. auch aus dem Wasserkasten 1. Über eine Leitung 10, die hinter dem Wärmetauscher 5 in eine Abgabeleitung 11 mündet, kann dem Abgabemedium ggf. auch Reinigungschemikalien zuge­ mischt werden.

Über eine Abgabeleitung 12 tritt also das Wasser druck­ seitig in die Sicherheitsschaltung 4 ein. Sie öffnet hierbei ein Rückschlagventil 13, strömt über eine Leitung 14 in eine Wassermangelsicherung, die im wesentlichen aus einem Permamentmagneten 15 besteht, der über eine Feder 16in einer größeren Durchgangsbohrung gehalten ist. Außerhalb der Durchgangsbohrung ist ein Reedschalter 17 vorgesehen.

Wenn der Magnet, bedingt durch die in seiner Leitung herrschende Strömung, in der Figur nach rechts geschoben wird, so schaltet der Reedschalter 17 ein Magnetventil der Brennstoffzufuhr der Heizung.

Weil die Bohrung der Leitung 14 zu eng ist (Ringspalt), ist eine Hilfsbohrung 18 angebracht, damit das Wasser freieren Durchfluß hat. Das Wasser verläßt dann über eine Leitung 19 den Block mit der Sicherheitsschaltung 4. Es tritt dann in den Wärmetauscher 5 ein.

Wird die Pistole 6 geschlossen, so läuft die Pumpe noch kurze Zeit weiter. Sie hat den Befehl zum Abschalten jetzt noch nicht erhalten. Es wird daher weiterhin Wasser aus dem Wärmekasten 1 angesaugt. Das Wasser kann aber druckseitig nicht abfließen. Es entsteht also ein Über­ druck, auch von der Chemikalienpumpe 8 her. Der Überdruck bringt ein Umschaltventil 20 in Funktion. Dieses arbeit wie folgt.

Der Überdruck in einer Zweigleitung 21 schiebt einen Kolben 22, der von einer Feder 23 gehalten wird, in der Zeichnung nach links. Der Kolben 22 hat die Aufgabe, eine Kugel 24 eines Rückschlagventils 25 nach links zu schieben, so daß das Rückschlagventil öffnet. In diesem Moment fällt der Systemdruck zusammen, weil das Druck­ wasser jetzt über eine Leitung 26 zur Saugseite der Pumpe 2 gelangen kann. Die Leitung 26 ist nämlich an die Saugleitung 3 angeschlossen.

Jetzt schließt das Rückschlagventil 13. Zwischen dem Rückschlagventil 13 und der geschlossenen Pistole 6 bleibt demzufolge der aufgebaute Überdruck bestehen. Dieser Überdruck überwindet mit Hilfe des Kolbens 22 die Kraft der gespannten Feder 23 und hält damit das Rück­ schlagventil 25 offen. Somit herrscht in der Pumpe über das Rückschlagventil 25 und die Leitung 26 ein Druck von Null bar.

In dem Moment, in dem sich die Feder 23 beim Aufbau des Überdrucks zusammenzieht (die Feder macht naturgemäß einen gewissen Federweg), wird diese Bewegung ausgenutzt, um über eine Stellschraube 27 des Umschaltventils 20 einen Mikroschalter 28 zu betätigen, der den Pumpenmotor abschaltet.

Sobald das Rückschlagventil 13 schließt, hört die Strömung zwischen dem Rückschlagventil und der geschlossenen Pistole auf. Jetzt spricht die Wassermangelsicherung an, die im wesentlichen aus dem Magneten 15 und dem Reed­ schalter 17 besteht. Dies beruht darauf, daß der Magnet 15 von seiner Feder 16 jetzt wieder in seine Ausgangslage zurückgeschoben wird. In diesem Moment schaltet der Reedschalter das Magnetventil, das seinerseis den Brenner außer Betrieb setzt. Dies ist also die Funktionsweise der Wassermangelsicherung.

Auch die Chemikalienpumpe 8 läuft nicht mehr, weil diese von der Pumpe 2 angetrieben wird. Zwischen der Pistole und dem Pumpendruckventil für die Chemikalien besteht ebenfalls der gleiche Überdruck wie im übrigen System.

Jetzt wird der Spritzvorgang wieder aufgenommen und die Pistole 6 geöffnet. Es fällt dann der Überdruck (Haltedruck) zwischen dem Rückschlagventil 13 und der Pistole zusammen. Die Feder 23 geht in die Ausgangsstel­ lung zurück, die Stellschraube 27 gibt den Mikroschalter 28 frei, die Kugel 24 schließt das Rückschlagventil 25, weil der Kolben 22 sich jetzt verschoben hat. Gegen einen Druck von Null bar läuft jetzt die Pumpe 2 an und das gepumpte Wasser öffnet das Rückschlagventil 13. Der Magnet 15 verschiebt sich und setzt den Brenner über den Reedschalter 17 wieder in Betrieb. Das Gerät ist jetzt wieder betriebsbereit.

Um Dampf herstellen zu können, muß eine gewisse, kleine Menge an Wasser durch den Wärmetauscher 5 gebracht werden, welche bei normaler Brennerleistung sich dann derart erhitzt, daß sie verdampft. Es darf also von der gesamten Förderleistung der Pumpe 2 nur ein Teilbetrag zur Düse gebracht werden. Der größere Teil des Wassers muß zurück in den Pumpenansaug.

Dies wird durch ein Dampfventil 29 erreicht, das einen Drehknopf 30 hat. Durch Drehen des Drehknopfes 30 macht ein mit dem Drehknopf verbundener Bolzen 31 ein Rück­ schlagventil 32 frei, welches sich unter der Kraft einer Feder 33 über eine Nadel 34 sofort öffnet. Die Nadel ist so ausgebildet, daß zwischen der Nadel und der Bohrung des Ventils ein genau definierter Ringspalt vorhanden ist. Kommt jetzt das Wasser über die Leitung 12 von der Pumpe her, so fließt der größere Teil des Wassers über den genannten Ringspalt (in Richtung des Bolzens 31; eine hier vorhandene Zweigleitung ist nicht eingezeichnet). Dieses abgezweigte Wasser fließt dann über die Leitung 26 zurück zur Saugseite der Pumpe. Nur der kleinere Teil des geförderten Wassers geht weiter zum Wärmetauscher 5 und wird dort in Heißdampf von beispielsweise 160° ver­ wandelt, der dann als Hochdruck-Heißdampf über die Spritzpistole und die Düse das Gerät verläßt.

Damit die Dampfstufe funktioniert, braucht es noch eine Zeitverzögerung im Motoranlauf, und zwar aus folgendem Grund.

Bei der Ausgangssituation wurde das Gerät normal über einen Abschaltautomaten abgestellt. Zwischen der ge­ schlossenen Pistole 6 und dem Rückschlagventil 13 herrscht der Halteüberdruck. Die Dampfstufe wird aufgemacht. Das Gerät wird wie vorstehend erläutert in Betrieb genommen. Der Motor läuft also sofort an und fördert Wasser. Da sich der Halteüberdruck zwischen der offenen Pistole und dem Rückschlagventil 13 nicht so schnell abbaut und schon wieder frisches Druckwasser von der Pumpe 2 nachgefördert wird, gibt es zwischen der Pumpe und dem Rückschlagventil 13 einen Druckschlag, der das Rückschlagventil 23 der Dampfstufe zuschlägt. Wenn dieses geschlossen ist, öffnet es sich nicht mehr, weil dann bereits der Betriebsdruck vorhanden ist. Die Kolbenkraft der Nadel 24 aus Betriebs­ druck ist größer als die Kraft der Feder 33.

Damit dieser Druckschlag vermieden wird, darf die Pumpe erst anlaufen und Wasser fördern, wenn sich der Halte­ überdruck zwischen dem Rückschlagventil 13 und der geöff­ neten Pistole 6 abgebaut hat, d.h. mit einer gewissen Verzögerung. Der Verdampfungsvorgang wird abgebrochen durch Schließen der Pistole.

Weil die Pumpe noch läuft und die Pistole geschlossen ist, baut sich ein Überdruck auf, der am Anfang noch über die Dampfstufe bei Pos. 29 abströmt. Wird der Überdruck aber groß genug, so kann die Dampfstufe jetzt schließen. Bis das passiert, können einige Sekunden vergehen. Ist die Dampfstufe einmal geschlossen, so geschieht der Abschaltvorgang wie vorstehend beschrieben.

Erfindungsgemäß ist ein Sicherheitsventil 35 vorgesehen, welches grundsätzlich so aufgebaut ist wie das Umschalt­ ventil 20, aber ohne den Abschaltautomaten Pos. 27,28. Das Sicherheitsventil 35 hat folgende Aufgaben:

Es dient als letzte Sicherheit, wenn der Abschaltautomat 27,28 und/oder das Umschaltventil 20 kaputt sind, ferner um die Nachheizung abzufangen und auch um den Nachlauf der Pumpe abzufangen. Das Sicherheitsventil 35 ist zwischen der Pistole und dem Rückschlagventeil 13 ange­ ordnet.

Es sei zur Erläuterung der Funktionsweise des Sicher­ heitsventils jetzt angenommen, daß die Düse 7 verstopft ist. Dann tritt das Umschaltventil 20 in Funktion. Jetzt sei angenommen, daß auch dieses Umschaltventil kaputt ist, beispielsweise klemmt. Jetzt tritt das Sicherheits­ ventil 35 in Funktion. Der jetzt auftretende Überdruck wirkt über eine Leitung 36 auf einen Kolben 37 des Sicherheitsventils, der ein Rückschlagventil 38 öffnet. Jetzt kann der Überdruck über eine Leitung 39, das Rück­ schlagventil 38 und eine Leitung 40 abgebaut werden und zur Saugseite (bei Saugleitung 3) der Pumpe 2 geleitet werden. Hierzu ist die Leitung 40 (direkt oder über das Umschaltventil 20) an die Leitung 26 angeschlossen. Die Leitung 39 ist an die Druckleitung 12 angeschlossen, und zwar hinter dem Rückschlagventil 13.

Wenn nach der Arbeit mit der Heizung (Heißwasser oder Dampf) das Gerät über den Abschaltautomaten 28 abgestellt wird, dann wirkt die Restwärme, die in der Heizschlange und im Brenner vorhanden ist, auf das eingeschlossene Wasser in der Heizschlange (zwischen der geschlossenen Pistole und dem Rückschlagventil 13). Diese Restwärme bewirkt eine weitere Verdampfung von Wasser und damit ebenfalls einen unzulässigen Druckanstieg. Auch jetzt tritt das Sicherheitsventil 35 wieder wie vorstehend beschrieben in Aktion.

Die Feder des Sicherheitsventils 35 ist stärker einzu­ stellen als die Feder 23 des Ventils 20.

Wenn durch ein Schließen der Pistole die Pumpe über das Ventil 20 und den Abschaltautomaten mit dem Mikroschalter 28 abgestellt wird, so herrscht in der Pumpe ein Druck von Null bar (Leerlauf), wie vorstehend beschrieben. Durch diesen Leerlauf dreht sich die Pumpe noch um einige Umdrehungen weiter, bis sie zum Stillstand kommt. Bei diesen Leerlaufumdrehungen pumpt aber die Chemiepumpe 8 weiter, weil sie nicht an das Ventil 20 angeschlossen ist. Sie hat auch kein eigenes Umschaltventil.

Weil die Pistole und das Rückschlagventil 13 geschlossen sind, in diesem Bereich aber noch Flüssigkeit einge­ spritzt wird, kann ebenfalls ein unzulässiger Überdruck entstehen. Auch dieser Überdruck wird durch das Sicher­ heitsventil 35 abgefangen.

Claims (3)

1. Hochdruck-Reinigungsgerät mit einer Abgabedüse, die wahlweise Heißwasser oder Heißdampf, ggf. zusammen mit Reinigungschemikalien, abgibt, mit einem Wasserkasten, der über eine Saugleitung an eine Hochdruckpumpe für die Reinigungsflüssigkeit angeschlossen ist, die ggf. auch eine Pumpe für die Reinigungschemikalien antreibt, an deren Druckseite eine Sicherheitsschaltung angeschlossen ist, die ein Umschaltventil enthält, das bei Überschrei­ ten eines zulässigen Drucks an der Druckseite die Reini­ gungsflüssigkeit zur Saugseite der Pumpe leitet, ferner einen Druckwächter, der einen mit dem Antrieb der Pumpe elektrisch verbundenen Schalter enthält, der von einem druckseitig mit Druck beaufschlagten Kolben betätigt wird, weiterhin ein Sicherheitsventil, das in Schließ­ richtung vom Pumpendruck und in Öffnungsrichtung von dem in der Schaltung herrschenden Druck beaufschlagt ist, und die eine Wassermangelsicherung enthält, die auf die in der Abgabeleitung von der Pumpe zur Düse herrschende Strömung anspricht, in der auch ein Wärmetauscher zum Heizen der Reinigungsflüssigkeit vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der Sicherheitsschaltung (4) ein Sicherheitsventil (35) vor­ gesehen ist, das einen federbelasteten Steuerkolben (37) enthält, der gegen die Kraft der Feder von dem an der Abgabeseite der Wassermangelsicherung (15, 17) herrschen­ den Druck beaufschlagt ist und der bei seiner bei Über­ druck eintretenden Verschiebung ein Rückschlagventil (38) öffnet, das die Druckseite der Pumpe (2) mit ihrer Saugseite verbindet.

2. Hochdruck-Reinigungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verbindungsleitung (40) zwischen dem Sicherheitsventil (35) und dem Umschaltventil (20) vorgesehen ist.

3. Hochdruck-Reinigungsgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verbindungsleitung (26) zwischen dem Umschaltventil (20) und der Saugseite (3) der Pumpe (2) ein Dampfventil (29) mit einstellbarem Strömungsquerschnitt angeordnet ist, das auch an die Druckleitung (12) der Pumpe angeschlossen ist.