DE3936155A1 - Vorrichtung zur steuerung von pumpen fuer fluessigkeitsfoerderanlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung von Pumpen für Flüssigkeitsförderanlagen, insbesondere Hochdruckreinigungsgeräte, mit den oberbegrifflichen Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Bei Flüssigkeitsfördereinrichtungen wie Hochdruckwaschanlagen oder Reinigungsvorrichtungen mit Spritzdüsen, besteht das Problem, daß bei plötzlicher Unterbrechung der Förderung, etwa durch Schließen eines Ventils, infolge eines raschen Druckanstieges, ein momentaner Überdruck auftritt, der einmal ein störendes, schlagendes Geräusch erzeugt, zum anderen aber auch die Lebensdauer der Bauelemente beeinträchtigen kann. Dies gilt insbesondere für den Intervallbetrieb von Hochdruckreinigungsgeräten, da hierbei die Abgabestelle, insbesondere eine Sprühlanze, häufig abgeschaltet und dann wieder eingeschaltet wird. Es sind deshalb schon Druckspeicher vorgeschlagen worden, um die Druckspitzen abzudämpfen. Weiterhin ist bekannt, den momentanen Überdruck durch ein Umleit- oder Bypassventil auszugleichen, wobei jedoch die Flüssigkeitspumpe in Dauerbetrieb ist, was zu einer erhöhten Pumpenabnützung und einem erhöhten Stromverbrauch führt.

Aus der DE-OS 30 37 259 ist eine gattungsgemäße Vorrichtung zur Steuerung einer Pumpe bekannt, wobei zum einen der Pumpendruck mit einem Druckschalter gemessen wird und zum anderen der Arbeitsdruck vor der Sprühlanze durch einen zweiten Druckschalter erfaßt wird. Die beiden Druckschalter sind dabei in den elektrischen Schaltkreis der Pumpe eingefügt, so daß bei niedrigem Arbeitsdruck die Pumpe eingeschaltet und bei erhöhtem Abgabedruck wieder ausgeschaltet wird.

Hierbei ist jedoch von Nachteil, daß durch die beiden notwendigen Druckschalter ein relativ hoher Bauaufwand entsteht, der diesen sog. Druckwächter und den gesamten Schaltungsaufbau für die Pumpensteuerung erheblich kompliziert. Weiterhin ist nachteilig, daß insbesondere bei Intervallbetrieb ein relativ hoher Kontaktabbrand an den Druckschaltern entsteht, so daß die Druckschalter relativ schnell verschleißen. Dies tritt insbesondere dann auf, wenn das Hochdruckreinigungsgerät mit Wasser betrieben wird, dem Reinigungschemikalien durch einen gesonderten Tank zugesetzt werden. Hierbei wird häufig mit den Chemikalien Luft angesaugt, so daß in der Reinigungsflüssigkeit Luftblasen entstehen, die zu Druckschwankungen führen. Aufgrund dieser Druckschwankungen schalten die Druckschalter in schneller Folge ein und aus, so daß dieses "Flattern" des Druckschalters zu stark erhöhtem Kontaktabbrand führt. Zudem können dadurch die angestrebten Ein- bzw. Abschaltpunkte für das Ein- bzw. Ausschalten des Pumpenmotors kaum eingehalten werden.

Demzufolge liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Pumpensteuerung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß bei einer vereinfachten Schaltung eine höhere Lebensdauer und ein zuverlässiges Ansprechen erreicht werden.

Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Vorrichtung zur Pumpensteuerung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Als wesentlicher Vorteil wird durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung erreicht, daß nur noch ein einziger Druckschalter zur Pumpensteuerung benötigt wird. Somit ergibt sich eine erhebliche Vereinfachung im Schaltungsaufbau und bei der Herstellung. Außerdem tritt an dem einzigen Druckschalter praktisch kein "Flattern" mehr auf, da der Steuerkolben einerseits vom Pumpendruck und andererseits vom abgabeseitigen Arbeitsdruck beaufschlagt wird, die im Normalbetrieb gleich groß sind und selbst bei extremen absoluten Druckschwankungen kein Differenzdruck am Steuerkolben entsteht, so daß der Druckschalter nicht ausgelöst wird und somit kein Kontaktabbrand entstehen kann. Damit wird die Lebensdauer des Drucksschalters erheblich vergrößert. Selbst Druckschwankungen infolge von Luftbeimengungen bleiben auf das Ansprechverhalten des Druckschalters ohne Einfluß. Weiterhin ist von Vorteil, daß die Vorrichtung zur Pumpensteuerung durch den relativ einfachen Aufbau auch an bereits vorhandene Druckwächter zur Nachrüstung angebaut werden kann. In vorteilhafter Ausgestaltung wird jedoch die Ausbildung in einem gemeinsamen Ventilkörper vorgeschlagen, so daß eine kompakte Baueinheit entsteht.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche und werden nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert und beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittdarstellung auf die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Pumpensteuerung;

Fig. 2 eine Schnittdarstellung gemäß Fig. 1 ohne Einbauteile und

Fig. 3a und 3b verschiedene Schaltstellungen.

Das nachstehend beschriebene Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zur Steuerung einer Pumpe bezieht sich auf einen sog. Druckwächter, der insbesondere bei Hochdruckreinigungsgeräten Verwendung findet, wobei als Druckschalter elektrische Schalter verwendet werden. Die dargestellte Vorrichtung kann jedoch auch bei anderen Flüssigkeitsförderanlagen Verwendung finden, und als Druckschalter können auch kontaktlose, dem Fachmann bekannte Schalter, Verwendung finden, z. B. nach dem Lichtschrankenprinzip arbeitende Schalter oder induktive Schalter.

In Fig. 1 ist eine Pumpe 1 symbolisch dargestellt, die über einen hier dargestellten Förderweg 2, der in einem Ventilkörper 3 ausgebildet ist, Flüssigkeit zu einer Abgabestelle fördert. Die Abgabestelle, die eine Spritzdüse oder dgl. sein kann, ist hier symbolisch mit einer Sprühlanze 4 dargestellt. Im Förderweg 2 durch den Ventilkörper 3 ist ein Rückschlagventil 5 eingebaut, das hier in geschlossener Stellung dargestellt ist. In geöffnetem Zustand gelangt die von der Pumpe 1 geförderte Flüssigkeit über Durchflußöffnungen 5a zu der Abgabestelle 4. In Strömungsrichtung hinter dem Ventilsitz des Rückschlagventils 5 ist eine Steuerleitung 6 vorgesehen, die zu einem Bypassventil 7 führt. Dieses besteht aus einem Kolben 8, an dem ein Stößel 9 befestigt ist, der entgegen der Vorspannung einer Druckfeder 10 bei Beaufschlagung des Kolbens 8 nach links bewegbar ist. Dabei wird eine Absperrkugel 8a des Bypassventiles durch den Stößel 9 in die Offenstellung gedrückt, so daß unter dem Pumpendruck p1 stehende Flüssigkeit noch vor dem Rückschlagventil 5 in eine schematisch dargestellte Bypassleitung 8b abfließen kann, die in Fig. 1 strichliert angedeutet ist. Die Vorspannung der Druckfeder 10 ist durch ein Handrad 11 einstellbar, so daß der Öffnungsdruck der Absperrkugel 8a einstellbar ist. Sofern auf die Einstellbarkeit des Öffnungsdruckes verzichtet werden kann, also die Absperrkugel 8a bei einem von der Vorspannung der Druckfeder 10 definierten, konstanten Druck öffnen soll, kann jedoch das Handrad 11 auch entfallen.

Wesentlich für die erfindungsgemäße Gestaltung ist, daß die Steuerleitung 6 im Ventilkörper 3 zu einem Steuerkolben 12 führt, so daß an der rechten Kolbenfläche des Steuerkolbens 12 der Arbeitsdruck p2 anliegt. Über eine auf der gegenüberliegenden Kolbenseite des Steuerkolbens 12 einmündende Steuerbohrung 13 liegt auf der linken Seite des Steuerkolbens 12 der Pumpendruck p1 am Steuerkolben 12 an. Der Steuerkolben 12 ist mit einer Schaltstange 14 mit einem Schalter 15 verbunden, und kann einen Schaltknopf 15a betätigen, wie dies weiter unten erläutert wird. Der Schalter 15 ist ein Bestandteil eines Schaltkreises 16, der einen nicht näher dargestellten Antriebsmotor für die Pumpe 1 ein- bzw. ausschaltet.

Im Normalbetrieb wird von der Pumpe 1 Flüssigkeit mit dem Pumpendruck p1 gefördert, und bei geöffnetem Rückschlagventil 5 an der Abgabestelle 4 mit dem gleich großen Arbeitsdruck p2 abgegeben, sofern die Absperrkugel 8a des Bypassventils 7 geschlossen ist. Über die Steuerbohrung 13 liegt an der hier linken Kolbenfläche des Steuerkolbens 12 der Pumpendruck p1 an, so daß der Steuerkolben 12 in der hier dargestellten Stellung gehalten wird und keine Bewegung der Schaltstange 14 erfolgt. Wird nunmehr die Abgabestelle 4 abgesperrt, also die Sprühlanze 4a geschlossen, so schließt sich das Rückschlagventil 5, so daß der Arbeitsdruck p2 über die Steuerleitung 6 den Kolben 8 beaufschlagt und diesen entgegen der ggf. einstellbaren Vorspannung der Druckfeder 10 verschiebt. Hierdurch wird die Absperrkugel 8a geöffnet und die Pumpe 1 fördert in die Bypassleitung 8b. Dadurch fällt der Pumpendruck p1 gegenüber dem Arbeitsdruck p2 stark ab (p1 < p2), der zugleich die rechte Kolbenfläche des Steuerkolbens 12 über die Steuerleitung 6 beaufschlagt. Dadurch wird der Steuerkolben 12 von rechts her mit einer größeren Kraft beaufschlagt (p2 < p1), so daß der Schalter 15 betätigt wird und der Antriebsmotor der Pumpe 1 über den Schaltkreis 16 ausgeschaltet wird.

Wenn dann nach einer kürzeren oder längeren Arbeitspause die Sprühlanze 4a wieder geöffnet wird, wird der Druck p2 augenblicklich abgebaut, so daß der Steuerkolben 12 in die hier dargestellte Ausgangsposition zurückkehrt. Dadurch wird der Antriebsmotor der Pumpe 1 sofort wieder eingeschaltet, so daß sofort Flüssigkeit zu der Abgabestelle 4 gepumpt wird.

Diese generelle Arbeitsweise wird durch das Bypassdruck- Steuerorgan 7 insoweit beeinflußt, daß hiermit ein bestimmter Öffnungsdruck der Absperrkugel 8a eingestellt werden kann, der den Druckabfall des Pumpendrucks p1 an der einen Kolbenfläche bewirkt. Damit läßt sich zur Ein/Ausschaltung des Motors ein genau definierter Schaltpunkt einstellen, der über die Wahl der Vorspannung der Feder 10 bis zu dem geringen Druck herabgeregelt werden kann, die zur Bewegung des Steuerkolbens 12 gerade noch nötig ist.

In Fig. 2 ist der Ventilkörper 3 ohne Einbauteile gezeigt. Hierbei sind die Steuerleitung 6 und die Steuerbohrung 13, die beide zu entgegengesetzten, im wesentlichen gleich großen Kolbenflächen des Steuerkolbens 12 führen, deutlicher gezeigt. Wie oben angedeutet, kann dabei auch eine alternative Ausführung der Bypassdruck-Steuerung 7 gewählt werden.

In Fig. 3a und 3b sind die beiden Schaltzustände der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Pumpensteuerung vergrößert dargestellt. Hierbei ist der Steuerkolben 12 mit den umgebenden Gehäuseteilen gesondert von dem Ventilkörper 3 dargestellt, so daß diese Einheit beispielsweise mittels Druckleitungen oder Schläuchen auch beabstandet vom Ventilkörper 3 angeordnet sein kann, um somit an einer beliebigen Stelle der Flüssigkeitsförderanlage eingebaut zu werden. Beispielsweise kann die hier dargestellte Einheit mit Verbindungsleitungen auch an die Vorrichtung gemäß Fig. 2 der DE-OS 30 37 259 anstatt der dort vorgesehenen beiden Druckschalter als Nachrüstgerät angeschlossen werden.

In Fig. 3a ist der Steuerkolben 12 in der Ausgangslage dargestellt, wobei der hier links angedeutete Schaltknopf 15a von der Schaltstange 14 nicht beaufschlagt ist. In dieser Ausgangslage verbleibt der Steuerkolben 12 bei Normalförderung, da auf die linke Seite des Steuerkolbens 12 eine Feder 17 und der über die Steuerbohrung 13 eingespeiste Pumpendruck p1 wirkt, während über die Steuerleitung 6 auf die rechte Seite des Steuerkolbens 12 der gleichgroße Arbeitsdruck p2 wirkt. Da auch die Kolbenflächen etwa gleich groß sind, wird der Steuerkolben 12 im wesentlichen durch die Druckfeder 17 in der hier dargestellten Position gehalten.

In Fig. 3b ist die andere Schaltstellung dargestellt, wobei der Schaltknopf 15a durch die Schaltstange 14 beaufschlagt ist. In diesem Falle ist der Arbeitsdruck p2 gegenüber dem Pumpendruck p1 durch die oben beschriebenen Vorgänge mit Öffnen der Absperrkugel 8a und damit verbundenem Abbau des Pumpendrucks p1 bedeutend höher, so daß der Steuerkolben 12 nach links bewegt wird. Dies ist, wie oben beschrieben, dann der Fall, wenn die Sprühlanze 4a plötzlich geschlossen wird, während der Arbeitsdruck p2 über die Steuerleitung 6 den Steuerkolben 12 von rechts beaufschlagt. Der Steuerkolben 12 ist hierbei an einem Führungszapfen 12a geführt, auf den bei entsprechender Lagerung der Schaltstange 14 jedoch auch verzichtet werden kann.

In der in Fig. 3b dargestellten zweiten Schaltstellung ist der Pumpendruck p1 aufgrund der geöffneten Bypass-Absperrkugel 8a gegenüber dem Druck p2 in den Förderweg 2 zur Sprühlanze 4 bedeutend geringer und fällt dann aufgrund der in dieser Schaltstellung durch den Schalter 15 abgeschalteten Pumpe 1 weiter auf Null ab (p1 = 0) .

Soll nun der Hochdruckreiniger wieder in Betrieb gesetzt werden, wird durch Öffnen der Sprühlanze 4 der noch anstehende Arbeitsdruck p2 abgebaut, so daß durch die Feder 17 der Steuerkolben 12 wieder in die in Fig. 3a dargestellte Ausgangslage zurückgeschoben wird, da in dieser dritten Schaltstellung p1 = p2 = 0 ist. Somit wird durch die aus der Stellung gemäß Fig. 3b in die Stellung gemäß Fig. 3a verschobene Schaltstange 14 der Schalter 15 nicht mehr betätigt und dadurch der Motor der Pumpe 1 wieder automatisch eingeschaltet, wodurch der Pumpendruck p1 wieder aufgebaut wird.

Zusammenfassend ergeben sich somit im wesentlichen drei Schaltstellungen:

• a) p1 = p2: Pumpe 1 und Sprühlanze 4 sind in Betrieb, p1 liegt an der linken Seite des Steuerkolbens 12 an, während p2 über die Steuerleitung 6 an der rechten Stirnfläche des Steuerkolbens 12 anliegt. Da die wirksamen Stirnflächen etwa gleich groß sind, wird der Steuerkolben 12 durch die Feder 17 in der Ausgangsposition gehalten.
• b) p1 < p2: Wird die Sprühlanze 4 geschlossen, so wird das Bypass-Steuerorgan 7 geöffnet, wodurch p1 abfällt und der dann höhere Arbeitsdruck p2 den Steuerkolben 12 gegen die Feder 17 verschiebt, so daß die Pumpe 1 über den Schalter 15 abgeschaltet wird.
• c) p1 = p2 = 0: Die Sprühlanze 4 wird geöffnet, so daß der Druck p2 auf das Druckniveau von p1 abfällt, wodurch wieder die Kraft der Feder 17 überwiegt und der Steuerkolben 12 von Schalter 15 entfernt wird und die Pumpe 1 wieder eingeschaltet wird. Dadurch wird wieder der Schaltzustand a) hergestellt.

Erfindungswesentlich ist hierbei, daß gegenüber der mit zwei Schaltern arbeitenden DE-OS 30 27 259 nunmehr mit einem einzigen Schalter nicht nur zwei Schaltzustände, sondern durch den auf den Differenzdruck zwischen p1 und p2 ansprechenden Steuerkolben 12 insgesamt drei Schaltstellungen unterschieden werden können und somit die ausgeschaltete Pumpe 1 in der oben beschriebenen dritten Schaltstellung wieder selbsttätig einschaltet.

Claims (9)

1. Vorrichtung zur Steuerung von Pumpen für Flüssigkeitsförderanlagen, insbesondere Hochdruckreinigungsgeräte, bei denen von einer Pumpe Flüssigkeit zu einer absperrbaren Abgabestelle, insbesondere Sprühlanze, gefördert wird, mit einem Rückschlagventil, das im Förderweg der Flüssigkeit zur Abgabestelle angeordnet ist und mit einer Steuerleitung, die einerseits nach dem Rückschlagventil mit dem Förderweg und andererseits mit einem Schaltelement zur Ein/Ausschaltung der Pumpe über einen Schaltkreis in Abhängigkeit vom im Förderweg anstehenden Druck verbunden ist, sowie einem bei erhöhtem Abgabedruck öffnenden Bypassventil zur Umleitung der Flüssigkeit dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement von einem Steuerkolben (12) gebildet ist, der einerseits vom Pumpendruck (p1) und andererseits vom abgabeseitigen Arbeitsdruck (p2) beaufschlagbar ist und mit einem einzigen Schalter (15) verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gegenüberliegenden Stirnflächen des Steuerkolbens (12) die gleiche wirksame Fläche aufweisen.

3. Vorrichtung wenigstens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben (12) über eine Schaltstange (14) mit dem Schalter (15) verbunden ist und von einer Feder (17) beaufschlagt ist.

4. Vorrichtung wenigstens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bypassventil (7) an die Steuerleitung (6) angeschlossen ist und einen Kolben (8), einen Stößel (9) und ein damit beaufschlagbares Ventilteil (8a) aufweist.

5. Vorrichtung wenigstens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungsdruck des Bypassventils (7) einstellbar ist.

6. Vorrichtung wenigstens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil (5) und der Steuerkolben (12) in einem gemeinsamen Ventilkörper (3) angeordnet sind.

7. Vorrichtung wenigstens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnflächen des Steuerkolbens (12) einerseits über die Steuerleitung (6) mit dem Förderweg (2) in Strömungsrichtung hinter dem Rückschlagventil (5) verbunden ist und andererseits mittels einer Steuerbohrung (13) mit dem Förderweg (2) vor dem Rückschlagventil (5) verbunden ist.

8. Vorrichtung wenigstens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (15) in der Einschaltstellung der Pumpe (1) zugleich einen Stromkreis für eine Wärmequelle schließt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (8) und Stößel (9) von einer Druckfeder (10) beaufschlagt ist und die Vorspannung der Druckfeder (10) durch ein Handrad (11) einstellbar ist.