DE3936155C2 - Vorrichtung zur Steuerung von Pumpen für Flüssigkeitsförderanlagen - Google Patents
Vorrichtung zur Steuerung von Pumpen für FlüssigkeitsförderanlagenInfo
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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.
Aus der US-PS 47 92 651 ist ein Differentialdruck-Sensor bekannt,
der an einen Flüssigkeitskreislauf, insbesondere einen
hydraulischen Ölkreislauf angeschlossen wird, um
Filterverstopfungen festzustellen. Hierbei ist ein Steuerkolben
vorgesehen, der einerseits mit Hochdruck und andererseits mit
Niederdruck beaufschlagt ist, wobei bei Überschreiten einer
bestimmten Druckdifferenz ein elektrischer Schalter,
insbesondere ein Reed-Schalter, von einem Permanentmagneten am
Steuerkolben geschaltet wird, um die Hydraulikpumpe abzuschalten
oder den Filterkreislauf zu umgehen. Dieser Differentialdruck-
Sensor ist jedoch ein gesondertes Bauteil, so daß zusätzliche
Gehäuseanschlüsse und Verbindungen erforderlich sind.
Demzufolge liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine
Vorrichtung zur Pumpensteuerung der eingangs genannten Art
derart weiterzubilden, daß bei einem vereinfachten Aufbau
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 Druckschalters
erheblich vergrößert. Selbst Druckschwankungen infolge von
Luftbeimengungen bleiben auf das Ansprechverhalten des
Druckschalters ohne Einfluß.
Durch die Ausbildung in einem gemeinsamen Ventilkörper wird erreicht,
daß eine kompakte Baueinheit entsteht.
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; und
Fig. 2 eine Schnittdarstellung gemäß Fig. 1 ohne
Einbauteile.
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 (vgl. Fig. 2). 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 4 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. 2 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.
Für die andere Schaltstellung, wobei der
Schaltknopf 15a durch die Schaltstange 14 beaufschlagt ist,
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 4 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.
Bei dieser zweiten Schaltstellung ist der
Pumpendruck p1 aufgrund der geöffneten Bypass-Absperrkugel 8a
gegenüber dem Druck p2 in dem 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. 2 dargestellte
Ausgangslage zurückgeschoben wird, da in dieser dritten
Schaltstellung p1 = p2 = 0 ist. Somit wird durch die
in die Stellung gemäß Fig. 2 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 (7)
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 in einem Ventilköper angeordnet ist und mit
einer Steuerleitung, die einerseits in Strömungsrichtung
hinter 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 an
die steuerleitung angeschlossenen, bei erhöhtem
abgabeseitigem Arbeitsdruck öffnenden Bypassventil zur
Umleitung der Flüssigkeit,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Schaltelement von einem Steuerkolben (12) mit zwei
einander gegenüberliegenden Stirnflächen gebildet ist, von
denen die eine vom Pumpendruck (p1) und die andere vom
abgabeseitigen Arbeitsdruck (p2) beaufschlagbar ist, und
daß der Steuerkolben (12) mit einem einzigen Schalter (15)
im Schalkreis (16) verbunden und in dem Ventilkörper (3)
angeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die gegenüberliegenden Stirnflächen des Steuerkolbens (12)
die gleiche wirksame Fläche aufweisen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, 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 nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß das Bypassventil (7) einen Kolben (8),
einen Stößel (9) und ein damit beaufschlagbares Ventilteil
(8a) aufweist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß der Öffnungsdruck des Bypassventils (7)
einstellbar ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die vom Pumpendruck (p1)
beaufschlagbare Stirnfläche des Steuerkolbens (12) mittels
einer Steuerbohrung (13) mit dem Förderweg (2) vor dem
Rückschlagventil (5) verbunden ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß der Schalter (15) in der
Einschaltstellung der Pumpe (1) zugleich einen Stromkreis
für eine Wärmequelle schließt.
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
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