DE4211788A1 - Verfahren zur Regelung der Drehzahl einer Hochdruckpumpe und nach diesem Verfahren arbeitende Hochdruckpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Drehzahl einer Hochdruckpumpe in einem Hochdruckreini­ gungsgerät, bei dem die Hochdruckpumpe Reinigungs­ flüssigkeit durch eine Spritzleitung abgibt, von der eine mittels eines Schließventils verschließbare, zur Pumpen­ ansaugseite zurückführende Bypass-Leitung abzweigt.

Außerdem betrifft die Erfindung ein Hochdruckreini­ gungsgerät mit einer von einem Elektromotor angetriebenen Hochdruckpumpe, die druckseitig in eine Spritzleitung ein­ mündet, von der eine von einem Schließventil ver­ schlossene, zur Saugseite der Pumpe führende Bypass-Lei­ tung abzweigt.

Hochdruckreinigungsgeräte dieser Art fördern im Normal­ betrieb die gesamte Reinigungsflüssigkeit durch die Spritzleitung. Wird diese verschlossen, öffnet sich das Schließventil in der Bypass-Leitung und die gesamte von der Pumpe geförderte Flüssigkeit wird über die Bypass-Lei­ tung zur Saugseite der Pumpe zurückgeführt. Dabei ist nachteilig, daß die Hochdruckpumpe auch im Bypass-Betrieb mit der normalen relativ hohen Drehzahl arbeitet, so daß eine große Flüssigkeitsmenge im Kreislauf gefördert wird. Dies kann zu einer unerwünscht hohen Erwärmung der im Kreislauf geführten Flüssigkeit führen, außerdem wird da­ durch unnötig Leistung verbraucht.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art so auszugestalten, daß die genannten Nachteile nicht auftreten.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs be­ schriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man den vom Antriebsmotor der Hochdruckpumpe aufgenommenen Strom mißt und die Drehzahl des Motors auf einen niedrigen Wert einstellt, wenn der Motorstrom über einen oberhalb des Wertes bei Normalbetrieb liegenden Maximalwert an­ steigt, und die Drehzahl wieder auf einen hohen, dem Nor­ malbetrieb entsprechenden Wert einstellt, wenn der Motor­ strom unter einen unterhalb des Wertes bei Betrieb mit niedriger Drehzahl liegenden Minimalwert abfällt.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß beim Ver­ schließen der Spritzleitung aufgrund der Trägheit in der Steuerung das Bypass-Ventil nicht sofort öffnet, so daß ein kurzfristiger Druckanstieg auftritt. Dieser Druckan­ stieg hat zwangsläufig zur Folge, daß der vom Antriebs­ motor der Hochdruckpumpe aufgenommene Strom ebenfalls kurzfristig ansteigt, und zwar über den Wert, der bei Nor­ malbetrieb vorliegt. Dieser kurze Anstieg des Motorstromes wird gemessen und dazu verwendet, die Drehzahl des Motors herabzusetzen. Sie bleibt solange herabgesetzt, bis der vom Motor aufgenommene Strom unter einen Minimalwert ab­ sinkt, der unterhalb des üblicherweise vom Motor bei der niedrigen Drehzahl aufgenommenen Strom liegt. Ein solcher niedrigerer Stromwert tritt dann auf, wenn bei geöffneter Bypass-Leitung die Spritzleitung geöffnet wird. Aufgrund der niedrigen Drehzahl und der damit verbundenen niedrigen Fördermenge der Pumpe führt die Öffnung der Spritzleitung nämlich zu einem kurzzeitigen Druckabfall in der Spritz­ leitung, so daß der von dem Motor aufgenommene Strom eben­ falls kurzzeitig abfällt. Dieser Abfall wird als Steuer­ signal für die Erhöhung der Drehzahl der Pumpe auf den ur­ sprünglichen hohen Wert verwendet. Durch die gesteigerte Fördermenge steigt der Druck in der Spritzleitung wieder an, so daß sich das Schließventil der Bypass-Leitung schließt und wieder die Normal-Betriebsbedingungen ein­ treten, und zwar solange, bis aufgrund eines erneuten Ver­ schließens der Spritzleitung wieder ein kurzfristiger An­ stieg des Motorstromes über den Wert bei Normalbetrieb auftritt.

Nach jedem Ändern der Drehzahl des Motors bleibt dieser also stabil, bis wieder die Bedingung für die Umschaltung durch einen kurzzeitigen Anstieg des Motorstromes über den Wert bei Normalbetrieb oder durch einen kurzzeitigen Ab­ fall des Motorstromes unter einen Wert bei reduzierter Drehzahl erfolgt.

Vorteilhaft ist es, wenn man zur Verstellung der Drehzahl des Motors eine Phasenanschnittssteuerung verwendet.

Es kann weiterhin vorgesehen sein, daß man den vom Strom­ sensor festgestellten Stromwert einer Anzeige zuführt, an der man dann erkennen kann, ob der Motor mit der hohen Drehzahl des Normalbetriebs arbeitet oder mit der nied­ rigen Drehzahl des Bypass-Betriebes.

Die genannte Aufgabe wird bei einem Hochdruckreini­ gungsgerät der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 3 gelöst. Es wird also ein Stromsensor für den Motorstrom vorgesehen, der in Abhängigkeit von dem gemessenen Strom eine Steuerung so betreibt, daß eine Drehzahlumschaltung beim kurzzeitigen Überschreiten, bzw. kurzzeitigen Unterschreiten von Strom­ grenzwerten erfolgt.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist dabei vorge­ sehen, daß in die Versorgungsleitung des Motors eine Pha­ senanschnittssteuerung eingeschaltet ist, der von der Steuerung entweder ein Öffnungssignal für vollphasige Öff­ nung oder ein Öffnungssignal für teilphasige Öffnung zuge­ führt wird.

Günstig ist es, wenn ein vom Motorstrom durchflossener Strom-Spannungswandler mit einem Maximalwert/ Minimalwert-Diskriminator verbunden ist.

Der Stromsensor kann mit einer Anzeige verbunden sein.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, daß die Spritzleitung mit einem Pulsationsdämpfer verbun­ den ist. Dadurch wird sichergestellt, daß auch beim Be­ trieb des Motors in niedriger Drehzahl dadurch auftretende Druckschwankungen ausgeglichen werden.

Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsfor­ men der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Längsschnittansicht einer Hochdruckpumpe mit Spritzleitung und Bypass-Leitung;

Fig. 2 eine schematische Schaltung eines Motors für die Hochdruckpumpe der Fig. 1 mit einem Stromsensor und einer die Drehzahl des Motors verändernden Steuerung und

Fig. 3 den zeitlichen Verlauf des Motorstromes bei Normalbetrieb, Verschließen der Spritzleitung, Bypass-Betrieb und an­ schließendem Öffnen der Spritzleitung.

Das in Fig. 1 dargestellte Hochdruckreinigungsgerät um­ fast einen Elektromotor 1, der eine Kolbenpumpe 2 an­ treibt, deren Kolben 3 oszillierend in eine Pumpkammer 4 eines Pumpenkopfes 5 eintaucht. Die Pumpkammer 4 ist über ein Einlaßventil 6 mit einer Saugleitung 7 verbunden und über ein Auslaßventil 8 mit einer Spritzleitung 9, in die eine Verengung 10 eingeschaltet ist. Die Saugleitung 7 ist mit einer Quelle für Reinigungsflüssigkeit verbunden, die Spritzleitung 9 führt zu einem Hochdruckschlauch und bei­ spielsweise einer Spritzpistole. Weder die Quelle noch die Spritzpistole sind in der Zeichnung dargestellt.

Von der Spritzleitung 9 zweigt stromabwärts des Auslaßven­ tiles 8 und stromaufwärts der Verengung 10 eine Bypass- Leitung 11 ab, die zur Saugleitung 7 führt. In die Bypass-Leitung 11 ist ein Schließventil 12 eingeschaltet, dessen Ventilkörper 13 von einem Kolben 14 betätigt wird. Dieser Kolben ist in einer Kammer 15 abgedichtet ver­ schiebbar, so daß er diese in zwei Teilräume 16 und 17 un­ terteilt. Der Teilraum 16 steht mit der Bypass-Leitung 11 in Verbindung, der Teilraum 17 über eine Leitung 18 mit der Spritzleitung 9 im Bereich der Verengung 10. Der Kol­ ben 14 wird durch eine Feder 19 in die Schließstellung verschoben.

Im Betrieb fördert die Pumpe Reinigungsflüssigkeit aus der Saugleitung in die Spritzleitung, über die die Reinigungs­ flüssigkeit abgegeben wird, wenn die Spritzleitung geöff­ net ist. Dabei tritt im Bereich der Verengung 10 aufgrund der Flüssigkeitsströmung ein Unterdruck auf, der in der Kammer 15 eine den Kolben in Schließstellung verschiebende Druckdifferenz aufbaut. Die Bypass-Leitung ist in dieser Betriebsart also geschlossen.

Wird die Spritzleitung 9 verschlossen, hört die Strömung der Flüssigkeit auf, so daß im Bereich der Verengung 10 derselbe Druck herrscht wie stromaufwärts derselben, der Kolben 14 wird also beidseitig vom gleichen Druck beauf­ schlagt und befindet sich im wesentlichen im Gleichge­ wicht. Durch den Druck im Teilraum 16 wird der Ventilkör­ per 13 in die Offenstellung verschoben, so daß die von der Pumpe geförderte Flüssigkeit nunmehr ausschließlich durch die Bypass-Leitung 11 zur Saugleitung 7 zurückgeführt wird. Dabei kann in der Bypass-Leitung eine Drossel 20 an­ geordnet sein.

Wird die Spritzleitung 9 wieder geöffnet, entsteht im Be­ reich der Verengung 10 aufgrund der Strömung wieder ein Unterdruck, so daß der Kolben 14 wieder in die Schließ­ stellung verschoben wird, d. h. die Bypass-Leitung wird wieder geschlossen und die geförderte Flüssigkeit wird ausschließlich der Spritzleitung zugeführt.

Bei der bisher beschriebenen Betriebsart bleibt die Dreh­ zahl des Motors unverändert, eine erfindungsgemäße Än­ derung der Drehzahl ergibt sich aufgrund der Betriebsweise des Motors, die im folgenden anhand der Schaltung der Fig. 2 erläutert wird.

Der Motor ist ein mit Wechselstrom angetriebener Univer­ salmotor, in den Motorstromkreis ist ein Strom-Spannungs­ wandler 26 eingeschaltet. Die von dieser abgegebene Spannung, deren Wert dem momentanen Motorstrom entspricht, wird nach Glättung durch einen Kondensator 25 einem Diskriminator 27 zugeführt, in dem der Stromwert mit einem Maximalwert und einem Minimalwert verglichen wird. In Abhängigkeit vom Ergebnis dieses Vergleiches wird in einer Steuerung 28 eine Schaltspannung für ein Triac 29 erzeugt, welches in die Versorgungsleitung 30 des Elektromotors 1 eingeschaltet ist. Die von der Steuerung erzeugten Signale sind dabei so beschaffen, daß beim Überschreiten des Maxi­ malwertes die Drehzahl erniedrigt und beim Unterschrei­ ten des Minimalwertes die Drehzahl erhöht wird. Dies wird dadurch erreicht, daß für die höhere Drehzahl das Triac über die gesamte Phase öffnet, während es bei niedriger Drehzahl nur über einen Teil der Phase öffnet. Liegen die Stromwerte zwischen dem Maximalwert und dem Minimalwert, bleiben die Ausgangssignale der Steuerung unverändert.

Die Betriebsweise des Hochdruckreinigungsgerätes und die Steuerung des Motors bei Verwendung der Schaltung gemäß Fig. 2 werden im folgenden anhand der Fig. 3 erläutert. In dieser Figur ist der Motorstrom über der Zeit aufge­ tragen.

Ausgegangen wird zunächst vom Normalbetrieb, d. h. von ge­ öffneter Spritzleitung, bei der die Pumpe die Flüssigkeit vollständig über die Spritzleitung fördert. Die Pumpe ar­ beitet dabei mit hoher Drehzahl und einem relativ hohen Motorstrom, beispielsweise 10 A.

Wenn die Spritzleitung oder die Spritzpistole geschlossen wird, muß die Pumpe kurzzeitig gegen einen höheren Druck anarbeiten, da aufgrund der Trägheit in der Steuerung die Bypass-Leitung noch nicht geöffnet ist. Dies führt zu einem kurzen Anstieg des Motorstromes über den Wert von 10 A und gleich darauf - nach Öffnung des Bypass-Ventils - zu einem Abfall des Motorstromes. Der kurze Anstieg des Motorstromes über den Gleichgewichtswert bei Normalbetrieb (10 A) wird von der Steuerung registriert und führt dazu, daß die Motordrehzahl auf den niedrigen Wert eingestellt wird, d. h. von diesem Zeitpunkt an liefert die Steuerung an das Triac Signale, die die Versorgungsleitung nur noch während eines Teils der Phase öffnen. Der Motor arbeitet in dieser Bypass-Phase mit einem niedrigeren Motorstrom, beispielsweise mit 6 A. Daran ändert sich nichts, solange die Spritzleitung geschlossen bleibt.

Beim Öffnen der Spritzleitung fällt der Druck noch weiter ab, d. h. der Motor arbeitet gegen einen niedrigeren Druck und verbraucht daher kurzzeitig einen geringeren Strom. Dieser Stromabfall wird von der Steuerung registriert und führt zu einer Umschaltung auf höhere Drehzahl, d. h. das Triac öffnet nun während der gesamten Phase. Das Bypass- Ventil schließt, und der Normalbetriebszustand mit hoher Drehzahl und hoher Stromaufnahme (10 A) wird wieder er­ reicht. Beim Verschließen der Spritzleitung erfolgt der geschilderte Vorgang erneut.

Claims (8)

1. Verfahren zur Regelung der Drehzahl einer Hochdruck­ pumpe in einem Hochdruckreinigungsgerät, bei dem die Hochdruckpumpe Reinigungsflüssigkeit durch eine Spritzleitung abgibt, von der eine mittels eines Schließventils verschließbare, zur Pumpensaugseite zurückführende Bypass-Leitung abzweigt, dadurch gekennzeichnet, daß man den vom Antriebsmotor der Hochdruckpumpe aufgenommenen Strom mißt und die Drehzahl des Motors auf einen niedrigen Wert ein­ stellt, wenn der Motorstrom über einen oberhalb des Wertes bei Normalbetrieb liegenden Maximalwert an­ steigt, und die Drehzahl wieder auf einen hohen, dem Normalbetrieb entsprechenden Wert einstellt, wenn der Motorstrom unter einen unterhalb des Wertes bei Betrieb mit niedriger Drehzahl liegenden Minimalwert abfällt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Verstellung der Drehzahl des Motors eine Phasenanschnittsteuerung verwendet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß man die vom Stromsensor festgestellten Stromwerte anzeigt.

4. Hochdruckreinigungsgerät mit einer von einem Elek­ tromotor angetriebenen Hochdruckpumpe, die druck­ seitig in eine Spritzleitung einmündet, von der eine von einem Schließventil verschlossene, zur Saugseite der Pumpe führende Bypass-Leitung abzweigt, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stromsensor (21, 27) für den Motorstrom und eine Steuerung (28) vorgesehen ist, die die Drehzahl des Motors auf einen niedrigen Wert einstellt, wenn der Motorstrom über einen oberhalb des Wertes bei Normalbetrieb liegenden Maximalwert ansteigt, und die Drehzahl wieder auf einen hohen, dem Normalbetrieb entsprechenden Wert einstellt, wenn der Motorstrom unter einen unterhalb des Wertes bei Betrieb mit niedriger Drehzahl liegenden Mini­ malwert abfällt.

5. Hochdruckreinigungsgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in die Versorgungsleitung (30) des Motors (1) eine Phasenanschnittsteuerung (29) eingeschaltet ist, der von der Steuerung (28) ent­ weder ein Öffnungssignal für vollphasige Öffnung oder ein Öffnungssignal für teilphasige Öffnung zu­ geführt wird.

6. Hochdruckreinigungsgerät nach Anspruch 4 oder 5, da­ durch gekennzeichnet, daß ein vom Motorstrom durch­ flossener Strom-Spannungswandler (26) mit einem Maximal/Minimalwert-Diskriminator (27) verbunden ist.

7. Hochdruckreinigungsgerät nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromsensor mit einer Anzeige verbunden ist.

8. Hochdruckreinigungsgerät nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Spritzleitung (9) mit einem Pulsationsdämpfer verbunden ist.