DE4214109A1 - Feststoffpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Feststoffpumpe nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Feststoffpumpen zum Fördern und Dosieren von pastösen Ma­ terialien, beispielsweise von Schlämmen und dergleichen sind in verschiedenen Ausführungsformen bekannt. Es ist ferner bekannt, hierfür selbst ansaugende, positiv ver­ drängende Kolbenpumpen zu verwenden. Der Förderkolben min­ destens eines Förderzylinders ist mit dem Antriebskolben eines hydraulischen Antriebszylinders verbunden, dessen Endlagen durch Endlagengeber oder durch entsprechende Wegeventile ermittelt werden zur Erzeugung von Steuersig­ nalen für eine Ventilanordnung, welche den Ausgang des Förderzylinders wahlweise im Takt des Förderzylinders mit einer Zuführ- bzw. Abgabeleitung verbindet. In die Zuführ­ leitung ist normalerweise ein Zuführaggregat geschaltet, beispielsweise eine Schneckenpumpe, welche das Medium in Richtung Förderzylinder fördert.

Die Leistungsfähigkeit einer derartigen Pumpe hängt nicht nur vom theoretischen Fördervolumen des Förderzylinders und seiner Taktzeit ab, sondern davon, welcher Füllgrad beim jeweiligen Saughub erreicht wird. Es ist bekannt, die Fördermenge bei derartigen Pumpen auf induktive Weise zu messen. Diese Messung setzt indessen eine Mindestströmungs­ geschwindigkeit und ein Mindestgehalt an Flüssigkeit im Medium voraus. Aus der US-PS 51 06 272 ist auch bekannt­ geworden, eine Messung bei jedem Förderhub dadurch vorzu­ nehmen, daß festgestellt wird, wann das Medium während des Förderhubs zu fließen beginnt. Diese tatsächliche Förder­ hubzeit ist geringer als der Gesamtförderhub des Förder­ kolbens, so daß das Verhältnis dieser beiden Werte eine Aussage über den Füllgrad des Förderzylinders während des vorangegangenen Saughubes ermöglicht hat.Die Aufsummierung der einzelnen Füllungen in bezug auf die Zeit bildet dann ein Maß für die tatsächliche Fördermenge. Nachteilig bei dem bekannten Verfahren ist jedoch, daß der Beginn des Fließens des Mediums über ein Ventil ermittelt wird, das bei kleinem oder Null-Gegendruck in der Abgabeleitung vor­ zeitig öffnet und daher keine genauen Meßwerte ermöglicht.

Bei den bekannten Feststoffpumpen arbeiten Feststoffpumpe einerseits und Zuführaggregat andererseits unabhängig von­ einander. Es ist bekannt, durch Sichtkontrolle die Förder­ mengen aufeinander abzustimmen. Die Verstellung am Zuführ­ organ erfolgt zum Beispiel durch mechanische Drosselven­ tileinstellung vor Ort oder durch Ferneinstellung mittels Potentiometer und Proportionalventil. Auf diese Weise wird jedoch zumeist nicht die maximale Effektivität der Pumpe erreicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Feststoff­ pumpe zu schaffen, mit der eine einfache Messung der För­ dermenge vorgenonmen werden kann, insbesondere zur Steue­ rung der Effektivität der Pumpe.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merk­ male des Patentanspruchs 1.

Bei der erfindungsgemäßen Feststoffpumpe ist dem hydrau­ lischen Antriebszylinder ein Druckmesser zugeordnet, der ein Drucksignal erzeugt, wenn nach dem Verlassen des An­ triebskolbens aus seiner Endlage ein erster sprunghafter Druckanstieg auftritt. Dabei wird von der Erkenntnis aus­ gegangen, daß der Druckanstieg in dem Augenblick zu ver­ zeichnen ist, an dem sich im Förderzylinder ein Zylinder aus zu förderndem Medium aufgebaut hat. Das vom Förderkol­ ben ab diesem Zeitpunkt verdrängte Volumen entspricht mit­ hin dem tatsächlichen Fördervolumen während des Förderhubs. Ein Rechner ermittelt aus dem Verhältnis der Hubzeiten und dem maximal verfügbaren Fördervolumen das tatsächliche Fördervolumen pro Förderhub, um daraus die Fördermenge zu bestimmen. Die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens notwendigen apparativen Maßnahmen sind äußerst gering. Die Endlagen des Antriebskolbens im Antriebszylin­ der werden auch bei herkömmlichen Feststoffpumpen der ge­ nannten Art in geeigneter Weise ermittelt. Es ist daher lediglich erforderlich, dem Antriebszylinder eine Druck­ meßvorrichtung zuzuordnen, beispielsweise einen Druck­ schalter, um den Druckanstieg zu ermitteln. Während des Förderhubes können sehr wohl mehrere Druckspitzen auftre­ ten. Für die Messung des Fördervolumens bzw. des Füllungs­ grades ist lediglich die erste Druckspitze brauchbar. Zwei Zeitmeßvorrichtungen ermitteln die Hubzeiten des Kolbens zwischen den Endlagen und zwischen der einen Endlage zu Beginn des Förderhubs und dem Auftreten der Druckspitze. Trotz der einfachen Vorkehrungen läßt sich eine relativ genaue Messung der Fördermenge vornehmen.

Die Erfindung ermöglicht auch eine einfache Anpassung der Förderleistung des Zuführaggregats an die Feststoffpumpe. Wie erwähnt, ist die Hubzeit zwischen der einen Englage und dem Auftreten der Druckspitze ein Maß für den Füllgrad. Je größer diese Zeit ist, um so geringer ist die Befüllung. Daher sieht eine Ausgestaltung der Erfindung vor, daß das Antriebsaggregat und/oder das Zuführaggregat verstellbar sind zwecks Änderung der Zuführmenge zum Förderzylinder und eine Vergleichsvorrichtung vorgesehen ist, die die Förderhubzeit bis zum Druckanstieg im Antriebszylinder mit einer vorgegebenen Zeit vergleicht und ein Signal zur Er­ höhung der Fördermenge auf das Antriebsaggregat und/oder das Zuführaggregat gibt, wenn die gemessene Hubzeit die vorgegebene Zeit überschreitet. Ideal wäre zweifellos ein Befüllungsgrad von 100%. Dieser Punkt läßt sich jedoch in der Praxis relativ schwierig erreichen. Daher wird in Kauf genommen, daß eine minimale Tothubzeit während des Förder­ hubes auftritt, um eine stabile Regelung zu erhalten.

Bei dem Betrieb der erfindungsgemäßen Feststoffpumpe ist nicht ausgeschlossen, daß die vom Zuführaggregat geför­ derte Menge höher ist als die Fördermenge der Feststoff­ pumpe. Um auch insofern eine Synchronisierung beider För­ deraggregate zu erhalten, sieht eine weitere Ausgestaltung der Erfindung vor, daß ein regelbares hydraulisches oder elektrisches Antriebsaggregat vorgesehen ist und eine Meß­ vorrichtung den Druck bzw. die Stromaufnahme mißt und ein Signal zur Verringerung der Fördermenge erzeugt, wenn der Druck und/oder der Strom einen vorgegebenen Wert über­ schreitet. Elektrische oder hydraulische Antriebsaggregate, bei denen durch Druck- oder Fördermengenmessung bzw. durch Strommessung eine Änderung des Antriebsmomentes ermittelt werden kann, sind bekannt. Eine Momentenerhöhung ist ein Indikator dafür, daß das Zuführaggregat mehr Medium för­ dert, als der Förderzylinder verarbeitet.

Mit Hilfe der Erfindung läßt sich auf einfache Weise die Fördermenge des Mediums messen und das Zuführaggregat auf eine gewünschte Fördermenge anpassen. Die hierfür erfor­ derlichen apparativen Vorkehrungen sind denkbar einfach und erfordern einen geringen Aufwand.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert.

Die einzige Figur zeigt äußerst schematisch eine Zweizy­ linderkolbenpumpe mit Zuführaggregat.

Zwei Förderzylinder 10, 12 weisen Förderkolben 14, 16 auf, die über eine Kolbenstange mit einem Kolben 18 bzw. 20 von hydraulischen Antriebszylindern 22, 24 verbunden sind. Die Ausgänge der Förderzylinder 10, 12 sind mit Ventilkammern 16 bzw. 28 verbunden, in denen Saugventile 30 bzw. 32 an­ geordnet sind, um die Förderzylinder 10, 12 wahlweise mit einer Zuführleitung 34 für zu förderndes Medium zu ver­ binden, in der eine Schneckenpumpe 36 angeordnet ist, die ihrerseits von einem Hydraulikmotor 38 angetrieben ist. Die Ventilkammern 26, 28 sind ihrerseits mit Ventilkammern 40, 42 verbunden, in denen ein Druckventil 44 bzw. 46 an­ geordnet ist. Die einzelnen Ventile werden von hydrau­ lischen Zylindern 48, 50, 52, 54 betätigt. Die Ventilkam­ mern 40, 42 sind an eine gemeinsame Abgabeleitung 56 ange­ schlossen.

Den Hydraulikzylindern 22, 24 sind Endlagengeber S7, S8 bzw. S9, S10 zugeordnet, die ein Signal erzeugen, wenn der Kolben 18 bzw. 20 eine Endlage erreicht. Die Endlagengeber dienen zur Steuerung der Ventile 30, 32, 44, 46. Die Zy­ linder 10, 12 sind so durch die Hydraulikzylinder 22, 24 betätigt, daß wenn Zylinder 10 einen Saughub ausführt, Zylinder 22 gleichzeitig einen Druckhub ausführt und um­ gekehrt. Dies wird durch die Verbindung beider Stangen­ seiten der Hydraulikzylinder 22, 24 bewirkt.

Führt Zylinder 10 einen Saughub aus, ist das Saugventil 30 geöffnet und das Druckventil 44 geschlossen. Der Hydraulik­ kolben 18 fährt vom Endlagengeber S7 zum Endlagengeber S8. Gleichzeitig führt der Zylinder 12 einen Druckhub aus, wobei Saugventil 32 geschlossen und Druckventil 46 geöff­ net ist. Der Kolben 20 fährt vom Endlagengeber S10 zum Endlagengeber S9. Bei Erreichen der Endlagen werden die Ventile 30, 32, 44, 46 sofort geschaltet, während die Zu­ fuhr des Hydraulikmediums zu den Hydraulikzylindern 22, 24 über geeignete Wegeventile (nicht gezeigt) zeitverzögert erfolgt. Danach startet der Förderzylinder 12 einen Saug­ hub und gleichzeitig der Förderzylinder 10 einen Druckhub.

Im Normalfall sind die Förderzylinder 10, 12 während des Saughubs nicht ganz mit Schlamm gefüllt, wie dies für den Zylinder 12 angedeutet ist. Erst wenn der Kolben 16 nach einem Weg X einen Schlammzylinder aufbaut, wie bei 12′ angedeutet, wird der Öldruck im entsprechenden Zylinder 24 bzw. 24′ schlagartig den Betriebsdruck erreichen. Dies kann mit Hilfe eines Druckschalters 60 ermittelt werden, dessen Signal auf einen Rechner 62 gegeben werden kann. Der Rechner 62 ist auch mit den Endlagengebern S7 bis S10 verbunden, wobei dies jedoch nur für die Geber S7 und S8 angedeutet ist. Über die von den Kolben zurückgelegten Wege könnte der jeweilige Füllgrad des Förderzylinders 10 bzw. 12 ermittelt werden. Eine Wegmessung von Kolben ist jedoch relativ aufwendig. Daher wird bei der Bestimmung der Fördermenge über den jeweiligen Füllgrad folgender­ maßen vorgegangen:

Verläßt der Kolben 18 bzw. 20 die hintere Endlage, wird eine erste Zeitmeßvorrichtung im Rechner 62 gestartet so­ wie eine zweite Zeitmeßvorrichtung. Die erste Zeitmeßvor­ richtung wird gestoppt, sobald vom Öldruckschalter 60 eine Druckspitze gemeldet wird. Die zweite Zeitmeßvorrichtung läuft so lange, bis der Kolben 18 bzw. 20 seine vordere Endlage erreicht hat. Über den Vergleich

wird auf den Füllgrad des entsprechenden Förderzylinders 10 bzw. 12 rückgeschlossen, wobei
S_H = Hubweg des Kolbens im Zylinder
S_I = Hubweg aus der hinteren Endlage bis zum Erreichen der Schlammfront
t_H = Hubzeit von der hinteren bis zur vorderen Endlage des Kolbens
t_I = Hubzeit von der hinteren Endlage bis zum Erreichen der Schlammfront (Druckimpuls in der Ölleitung)
ist.

Der Volumenstrom beträgt dann

wobei
Q_T = Volumenstrom des nicht vollständig gefüllten Zylin­ ders
V_T = Volumen von nicht vollständig gefülltem Zylinder
ist.

Setzt man

dann ist

Dann erhält man die Fördermenge (kg) = V_T (m³)·e(kg/m³),
wobei
F = Fördermenge eines Förderzylinders
e = Dichte
ist.

Die Fördermengen der Förderzylinder 10, 12 und des Zuführ­ aggregats 36 sollen nach Möglichkeit aufeinander abge­ stimmt sein, d. h. es sollen gleiche Durchsatzmengen vor­ liegen. Die im Rechner 62 gemessene Zeit t_i ist ein Maß für den Leerweg des Kolbens 14 bzw. 16. Je größer diese Zeit ist, um so geringer ist der Füllgrad. Um den Füllgrad zu optimieren, soll daher die Zeit t_i und damit der Leer­ weg des Kolbens 14 bzw. 16 möglichst klein sein. Die Fördermenge des Zuführaggregats 36 wird bestimmt durch die Drehzahl des Hydraulikmotors 38, der von einer nicht ge­ zeigten Hydraulikpumpe angetrieben ist. Die Drehzahl des Motors 38 hängt ab von der Einstellung eines Regelventils 64 in der Versorgungsleitung für den Motor 38. Eine Regel­ vorrichtung 66, die Bestandteil des Rechners 62 sein kann, erhält vom Druckschalter 60 ebenfalls ein Signal und ver­ gleicht die bereits mehrfach erwähnte Leerhubzeit t_I, die entweder vom Rechner 62 kommt oder durch eine getrennte Zeitmeßvorrichtung ermittelt wird, mit einer voreinge­ stellten Zeit. Übersteigt die gemessene Zeit t_I den vor­ eingestellten Wert, bedeutet dies, daß mehr Material vom Zuführaggregat 36 zugeführt werden muß. Über eine Ansteue­ rung des Regelventils 64 wird dafür gesorgt, daß die Dreh­ zahl des Motors 38 erhöht wird, um die Zuführmenge zu er­ höhen. Die Erhöhung wird so lange fortgesetzt, bis die gemessenen Zeiten t_I wieder kleiner sind als die voreinge­ stellte Zeit.

Wird zu viel Schlamm zugeführt, steigt naturgemäß der Druck in der Hydraulikleitung zum Motor 38. Zu diesem Zweck ist eine Druckmeßvorrichtung 68 vorgesehen, die ebenfalls ein Signal auf den Regler 66 gibt, der den Druck vergleicht mit einem voreingestellten Druck, so daß eine Verminderung der Hydraulikmenge zum Motor 38 stattfindet, wodurch die Zuführmenge an Medium reduziert wird. Es ver­ steht sich, daß auch andere Indikatoren verwendet werden können, die anzeigen, wenn die Zuführmenge vom Zuführ­ aggregat 36 zu hoch ist. In diesem Fall steigt zwangsläu­ fig das vom Motor 38 zu überwindende Moment schlagartig an, was durch geeignete Maßmethoden ermittelt werden kann. Wird der Motor 38 durch einen Elektromotor ersetzt, kann zum Beispiel der Stromanstieg für die Regelung herange­ zogen werden.

Claims (4)

1. Feststoffpumpe mit mindestens einem Förderzylinder, des­ sen Förderkolben mit dem Antriebskolben eines hydrau­ lischen Antriebszylinders verbunden ist, dem hydrau­ lischen Antriebszylinder zugeordneten Endlagengebern, die ein Signal abgeben, wenn der Antriebskolben seine Endlagen erreicht, einer mit dem Förderausgang des För­ derzylinders verbundenen, von den Signalen der Endlagen­ geber gesteuerten Ventilanordnung, die den Förderzylin­ der während des Saughubs mit einer Zufuhr- und während des Förderhubs mit einer Abgabeleitung verbindet, und einer Vorrichtung zur Messung der Fördermenge des För­ derzylinders, dadurch gekennzeichnet, daß dem hydrau­ lischen Antriebszylinder (22, 24) ein Druckmesser (60) zugeordnet ist, der ein Drucksignal erzeugt, wenn im Antriebszylinder (22, 24) ein erster sprunghafter Druckanstieg auftritt, nachdem der Antriebskolben (18, 20) seine Endlage verlassen hat, zwei Zeitmeßglieder vorgesehen sind, von denen eines die Förderhubzeit (t_H) des Antriebskolbens (18, 20) zwischen den Endlagen mißt und die andere die Förderhubzeit (t_I) zwischen der End­ lage zu Beginn des Förderhubs und dem Drucksignal mißt und ein Rechner vorgesehen ist, der zwecks Bestimmung der Fördermenge aus dem Verhältnis der Hubzeiten (t_h, t_I) und dem maximal verfügbaren Fördervolumen (V_z) des Förderzylinders (10, 12) das tatsächliche Fördervolumen (V_T) pro Förderhub errechnet.

2. Feststoffpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem hydraulischen Antriebszylinder (22, 24) ein Druckschalter (60) verbunden ist.

3. Feststoffpumpe, bei der ein von einem Antriebsaggregat angetriebenes Zuführaggregat das Medium in die Zuführ­ leitung (34) fördert, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsaggregat (38) und/oder das Zuführaggregat (36) verstellbar sind zwecks Änderung der Zuführmenge zum Förderzylinder (10, 12), eine Vergleichsvorrichtung (66) vorgesehen ist, die die Förderhubzeit (t_I) bis zum Druckanstieg im Antriebszylinder (22, 24) mit einer vorgegebenen Zeit (t_ISoll) vergleicht und ein Signal zur Erhöhung der Fördermenge auf das Antriebsaggregat (38) und/oder das Zuführaggregat (36) gibt, wenn die gemessene Hubzeit (t_i) die vorgegebene Zeit (t_ISoll) überschreitet.

4. Feststoffpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein regelbares hydraulisches oder elektrisches An­ triebsaggregat (38) vorgesehen ist und eine Meßvorrich­ tung (68) den Druck bzw. die Stromaufnahme mißt und ein Signal zur Verringerung der Fördermenge erzeugt, wenn der Druck und/oder der Strom einen vorgegebenen Wert überschreitet.