DE4327602C1 - Hochdruckpumpenaggregat - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Hochdruckpumpenaggregat nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Beim insbesondere industriellen Einsatz von mobilen Hochdruck­ pumpenaggregaten, die eine von einem Dieselmotor getriebene Hochdruck­ pumpe umfassen, werden der Volumenstrom (Fördermenge) sowie der Be­ triebsdruck überwiegend durch die Variation der Antriebsdrehzahl des Dieselmotors bzw. der Hochdruckpumpe erreicht. Diese Drehzahlverstellung wird meistens durch fest einstellbare Handhebel/Gaszug-Kombinationen be­ wirkt. Zwar ist diese Einstellmöglichkeit einfach, erfordert jedoch ins­ besondere bei manuellen Hochdruckreinigungsoperationen zwei Personen, um den gewünschten Betrieb des Hochdruckpumpenaggregats gewährleisten zu können. Bei einem Düsenwechsel am Wasserwerkzeug muß in jedem Fall der Druck von Hand neu eingestellt werden. Außerdem führt ein Verschleiß der Düsenbestückung des Wasserwerkzeugs zu nicht unerheblichen Veränderungen des Betriebsdrucks.

Um diese Probleme der Bedienbarkeit, der Zuverlässigkeit sowie der Genauigkeit von dieselmotorisch angetriebenen Hochdruckpumpenaggre­ gaten zu umgehen, werden inzwischen vermehrt sensitive, druckabhängige Drehzahlsteuerungen eingesetzt, die auf elektronischer Basis arbeiten. Sie benötigen aufwendige Druckaufnehmer sowie eine speicherprogrammierte Steuerung und aufwendige Stellantriebe. Nachteilig ist ferner die em­ pfindliche Reaktion auf Pulsationen, die in einem nicht unerheblichen Maß bei Hochdruckpumpen auftreten, und außerdem ist die Wartung aufwen­ dig. Für Reparaturarbeiten wird oft ein Fachmann (Elektroniker) benö­ tigt.

Außerdem ist aus der DE 29 13 230 C2 ein Hochdruckpumpenaggre­ gat der eingangs genannten Art bekannt, bei dem eine Druckwaage verwen­ det wird, die beidseitig hydraulisch hochdruckbeaufschlagt ist und auf beiden Seiten gleichen Durchmesser aufweist. Hierdurch wird der Be­ triebsdruck von der Durchflußmenge des Hochdruckfluids abhängig, so daß auch keine Betriebsdruckvorwahl erfolgen kann, bevor nicht die Hoch­ druckpumpe aktiviert ist, d. h. eine Betriebsdruckvorwahl ist nicht mög­ lich und die Bedienung durch eine Person problematisch.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Hochdruckpumpenaggregat zu schaffen, das es ermöglicht, den Betriebsdruck unbeeinflußt von der Durchflußmenge des Hochdruckfluids zu regulieren.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Hierbei wird als Hilfsenergie zur Drehzahlregelung Druckluft verwendet, die auf fast allen Dieselaggregaten zur Verfügung steht (Kom­ pressor, Druckkessel), d. h. eine hydropneumatische Drehzahlregelung vor­ genommen. Hierdurch ist es möglich, daß ein Bediener des Hochdruckpum­ penaggregats dieses ohne Zusatzpersonal betreiben und vor dem Betrieb den gewünschten Betriebsdruck voreinstellen kann. Nach erfolgter Vorwahl des Betriebsdrucks kann sich die Hochdruckpumpe infolge Betätigung einer Fernbedienung bzw. des eine oder mehrere Düsen aufweisenden, hydrauli­ schen Werkzeugs zuschalten und der Betriebsdruck regelt sich automatisch auf den vorgewählten Betriebsdruck hoch. Während des Betriebs wird der vorgewählte Betriebsdruck unabhängig vom Düsenverschleiß konstant gehal­ ten. Bei einem Düsenwechsel vor Ort ist eine Drehzahlverstellung nicht notwendig. Der voreingestellte Betriebsdruck wird unabhängig von der Durchflußmenge in der Düse konstant gehalten.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung und den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 schematisch ein Hochdruckpumpenaggregat in Aus­ gangs- oder Leerlaufstellung,

Fig. 2 einen Drehzahlregler für das Hochdruckpumpenag­ gregat von Fig. 1 und

Fig. 3 einen Druckschalter für das Hochdruckpumpenaggre­ gat von Fig. 1.

Das in Fig. 1 dargestellte Hochdruckpumpenaggregat umfaßt eine Hochdruckpumpe 1, an die ein manuell betätigbares oder mechanisch ge­ führtes, hydraulisches Werkzeug angeschlossen ist und die von einem Die­ selmotor 2 angetrieben wird, der eine Einspritzpumpe 3 aufweist. Die Einspritzpumpe 3 wird über einen gleichzeitig als Stellantrieb für die Einspritzpumpe 3 wirkenden Drehzahlregler 4 in Form einer Druckwaage ge­ steuert, der im einzelnen in Fig. 2 dargestellt ist.

Der Drehzahlregler 4 umfaßt einen Hochdruckkolben 5 und einen mit dem Hochdruckkolben 5 kraftschlüssig gekoppelten, koaxialen Nieder­ druckkolben 6, wobei der Querschnitt des Hochdruckkolbens 5 klein im Vergleich zu demjenigen des Niederdruckkolbens 6 ist. Das Flächenver­ hältnis der beiden Kolben 5, 6 wird dabei in Abhängigkeit des maximal erreichbaren Betriebsdrucks von beispielsweise 2000 bar und des im un­ günstigsten Fall vorhandenen Luftdruckes im System von beispielsweise 6 bar ausgelegt. Ein Kräftegleichgewicht kommt bei dem angegebenen Zahlen­ beispiel dann zustande, wenn das Flächenverhältnis beider Kolben 5, 6 dementsprechend 1 : 333 ist, d. h. der Hochdruck einseitig 2000 bar und der Luftdruck niederdruckseitig 6 bar beträgt. Dieses Flächenverhältnis kann durch Vergrößerung bzw. Verkleinerung des Hochdruckkolbens 5 auf höhere bzw. geringere Betriebsdruckbereiche ausgelegt werden.

Auf den Hochdruckkolben 5 wirkt der Druck der Hochdruckpumpe 1, angelegt über eine Meßleitung 7 ein, während auf den Niederdruckkol­ ben 6 der Druck eines Luftreservoirs 8 (Luftkessel des Hochdruckpumpen­ aggregats) über ein pneumatisches Ventilsystem, das einen Präzisions­ druckregler 9, ein 3/2-Wegeventil 10, einen einstellbaren Druckschalter 11, ein 2/2-Wegeventil 12 und ein Manometer 13 umfaßt, einwirkt. Das Ma­ nometer 13 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel mit einer Doppelska­ la mit linearer Abhängigkeit beispielsweise von 0 bis 6 bzw. 0 bis 2000 bar deckungsgleich versehen, obwohl es sich um ein Anzeigeinstrument für 0 bis 6 bar Luftdruck handelt.

Über den Präzisionsdruckregler 9 kann bei vorhandenem Luft­ druck eine Voreinstellung des gewünschten Betriebsdrucks des Hochdruck­ fluids anhand der Skala des Manometers 13 (von 0 bis 2000 bar) erfolgen.

Über das manuell zuschaltbare 3/2-Wegeventil 10 kann dann die Drehzahlsteuerung aktiviert werden, so daß nun der voreingestellte Luft­ druck über den Druckschalter 11 auf die Rückseite des Niederdruckkolbens 6 einwirkt. Dadurch bedingt befindet sich der Kolbenmechanismus des als Druckwaage arbeitenden Drehzahlreglers 4 in Leerlaufposition des Diesel­ motors 2.

Durch die manuelle Betätigung des an den Ausgang der Hoch­ druckpumpe 1 angeschlossenen, hydraulischen Werkzeugs wird über Fernbe­ dienung die Hochdruckpumpe 1 zugeschaltet und damit Hochdruckfluid durch die Zuleitung zum Werkzeug gefördert. Bei Erreichen eines Mindestbe­ triebsdrucks im Leerlaufbetrieb, der beispielsweise bei ca. 100 bar lie­ gen kann, wird der Druckschalter 11 aktiviert, d. h. umgeschaltet, so daß sichergestellt wird, daß keine Luft mehr im Hochdruckleitungssystem vor­ handen ist und der Regelprozeß erst bei einem vorhandenen Mindestdruck einsetzt.

Der voreingestellte Luftdruck gelangt dadurch über den Druck­ schalter 11 auf die Vorderseite des Niederdruckkolbens 6, der sich nun langsam nach vorne bewegt, wobei gleichzeitig die Einspritzpumpe 3 betä­ tigt wird. Daraus resultierend erhöht sich die Drehzahl des Dieselmo­ tors 2 und damit die Antriebsdrehzahl der Hochdruckpumpe 1. Der steigen­ de Förderstrom der Hochdruckpumpe 1 bewirkt einen Druckanstieg im Sy­ stem, der wiederum über die Meßleitung 7 auf den Hochdruckkolben 5 ein­ wirkt.

Der Regelprozeß in Form der Verstellung der Einspritzpumpe 3 hält solange an, bis ein Kräftegleichgewicht im Drehzahlregler 4 er­ reicht ist. Dies ist dann der Fall, wenn der Hochdruck den beispielhaf­ ten 333fachen Wert des voreingestellten Luftdrucks erreicht hat. Dieser Wert konnte vor der Inbetriebnahme auf dem Manometer 13 exakt voreinge­ stellt werden.

Während des Hochdruckbetriebs erfolgt eine automatische Nach­ regelung bei Volumenstromschwankungen, die Druckveränderungen zur Folge haben.

Der Regelvorgang bzw. die Geschwindigkeit, mit der ein vorein­ gestellter Druckwert angefahren wird, kann über ein einstellbares Dros­ selventil 14 an dem Druckschalter 11 beeinflußt werden.

Wird der Hochdruck über die Fernbedienung am Werkzeug abge­ schaltet, fällt ebenfalls der Druck am Druckschalter 11 ab, der dadurch wieder umgeschaltet wird, wodurch der Luftdruck wieder an die Rückseite des Niederdruckkolbens 6 angelegt wird. Dadurch bedingt wird gleichzei­ tig das 2/2-Wegeventil 12 angesteuert und die Vorderseite des Nieder­ druckzylinders 6 sehr schnell entlüftet, wodurch dieser in seine Aus­ gangsposition zurückfährt und damit die Einspritzpumpe 3 wieder in die Leerlaufposition des Dieselmotors 2 bewegt.

Die dargestellte Ausführungsform des Drehzahlreglers 4 umfaßt ein zylindrisches Verbindungsstück 15 und einen Niederdruckzylinder 16, wobei letzterer einen Gewindestutzen 17 aufweist, der in das Verbin­ dungsstück 15 eingeschraubt ist, so daß er eine Schulter 18 bildet. Im Bereich des Gewindestutzens 17 ist eine Buchse 19 angeordnet, die eine Kolbenstange 20 des Niederdruckkolbens 6 führt. Der Niederdruckzylinder 16 ist durch ein eine Zutrittsbohrung 21 für Druckluft aufweisendes Kopfstück 22 verschlossen und an der dem Kopfstück 22 gegenüberliegenden Stirnseite mit einer Zutrittsbohrung 23 für Druckluft versehen, so daß der Niederdruckkolben 6 beidseitig mit Druckluft beaufschlagbar ist.

Das Verbindungsstück 15 nimmt darin verschiebbar geführt ein Kopplungsstück 24 auf, auf das auf der einen Seite die Kolbenstange 20 des Niederdruckkolbens 6 einwirkt und das andererseits mit dem Hoch­ druckkolben 5 (lösbar) verbunden ist. Das Kopplungsstück 24 trägt ein Anschlußstück 25, das durch einen axialen Führungsschlitz 26 des Verbin­ dungsstücks 15 nach außen ragt und dort über Kugelgelenke 27 und Stangen 28 mit der Einspritzpumpe 3 zu deren Verstellung gekoppelt ist.

In das Anschlußstück 15 ist ein Hochdruckzylinder 29 unter Zwischenschaltung einer Aufnahmebuchse 30 eingeschraubt, der eine Zu­ trittsbohrung 31 für das Hochdruckfluid aufweist und den Hochdruckkolben 5 führt, der sich durch eine in der Aufnahmebuchse 30 angeordnete Dich­ tungsanordnung 32 hindurch bis zu dem Kopplungsstück 24 erstreckt.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich, umfaßt die dort dargestellte Aus­ führungsform des Druckschalters 11 ein Umschaltventil 33 in Form eines 4/2- oder 5/2-Wegeventils 33 mit einem Betätigungsstößel 34. Mit dem Um­ schaltventil 33 ist eine Hülse 35 verschraubt, auf die ein Gehäuse 36 geschraubt ist. Das Gehäuse 36 besitzt an der dem Umschaltventil 33 ab­ gewandten Seite einen Hochdruckanschluß 37 und nimmt in ihrem Inneren einen Kolben 38 auf, der mit einem im Gehäuse 36 geführten Bund 39 und einem auf den Betätigungsstößel 34 des Umschaltventils 33 einwirkenden Stößel 40 einstückig ausgebildet und durch eine Feder 41 in Richtung auf den Hochdruckanschluß 37 vorgespannt ist. Benachbart zum Hochdruckan­ schluß 37 nimmt das Gehäuse 36 eine mit einer Zentralbohrung 42 versehe­ ne Mutter 43 auf, die als Gegenlager für eine Feder 44 dient, die eine Kolbendichtung 45 gegen einen Stützring 46, der sich seinerseits an ei­ ner Schulter im Gehäuse 36 abstützt, vorspannt. Ferner ist das Gehäuse 36 benachbart zum Bund 39 mit einer Entlastungsbohrung 47 versehen.

Die Feder 41 bestimmt die Höhe des Mindestbetriebsdrucks. Wenn dieser erreicht wird, wird der Kolben 38 gegen die Kraft der Feder 41 verschoben und somit der Betätigungsstößel 34 des Umschaltventils 33 be­ tätigt und damit die oben beschriebene Umschaltung vorgenommen.

Claims (11)

1. Hochdruckpumpenaggregat umfassend eine Hochdruckpumpe (1) und einen Verbrennungsmotor (2) mit Kraftstoffeinspritzung (3) und Dreh­ zahlregler (4) hierfür, wobei der Drehzahlregler (4) als eine als Stell­ antrieb für die Kraftstoffeinspritzung (3) des Verbrennungsmotors (2) dienende Druckwaage ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckwaage einen Hochdruckkolben (5) und einem damit kraftschlüssig verbundenen und koaxialen Niederdruckkolben (6) aufweist, wobei der Hochdruckkolben (5) an der dem Niederdruckkolben (6) abgewand­ ten Seite vom Ausgang der Hochdruckpumpe (1) und der Niederdruckkolben (6) an der dem Hochdruckkolben (5) abgewandten Seite von einer Druck­ luftquelle (8) mit einem vorbestimmten Druck beaufschlagbar ist.

2. Hochdruckpumpenaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Druckluftquelle (8) ein Druckschalter (11) zum Um­ schalten des Luftdrucks von der dem Hochdruckkolben (5) zugekehrten Sei­ te auf die dem Hochdruckkolben (5) abgekehrten Seite des Niederdruckkol­ bens (6) beim Über- bzw. Unterschreiten eines vorbestimmten Mindestbe­ triebsdrucks nachgeschaltet ist.

3. Hochdruckpumpenaggregat nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Druckschalter (11) einen vom Ausgang der Hochdruckpum­ pe (1) beaufschlagten, federvorgespannten Kolben (38) aufweist, durch den ein Umschaltventil (33) betätigbar ist.

4. Hochdruckpumpenaggregat nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Druckschalter (11) mit einem Drosselventil (14) zur Einstellung der Verstellgeschwindigkeit bei der Drehzahlregelung ge­ koppelt ist.

5. Hochdruckpumpenaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckluftquelle (8) ein Druckregler (6) zum Einstellen eines vorbestimmten Mindestbetriebsdrucks nachgeschaltet ist.

6. Hochdruckpumpenaggregat nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß dem Druckregler (9) ein Manometer (13) mit einer Skala für den Luftdruckbereich und einer hierzu deckungsgleichen Skala für den Be­ triebsdruckbereich zugeordnet ist.

7. Hochdruckpumpenaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffeinspritzung (3) über ein Ge­ stänge (27, 28) der Druckwaage verstellbar ist.

8. Hochdruckpumpenaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Kolbenflächen von Hoch­ druckkolben (5) und Niederdruckkolben (6) dem Verhältnis von maximalem Luftdruck zu maximalem Betriebsdruck entspricht.

9. Hochdruckpumpenaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehzahlregler (4) einen Niederdruckzy­ linder (16) und einen Hochdruckzylinder (29) umfassen, die durch ein zy­ lindrisches Verbindungsstück (15) verbunden sind, das ein darin ver­ schiebbar geführtes Kopplungsstück (24) aufnimmt, auf das der Hochdruck­ kolben (5) und der Niederdruckkolben (6) einwirken und das mit der Kraftstoffeinspritzung (6) gekoppelt ist.

10. Hochdruckpumpenaggregat nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Hochdruckzylinder (29) von einer Aufnahmebuchse (30) aufgenommen ist, die eine Dichtungsanordnung (32) für den Hochdruckkol­ ben (5) enthält.

11. Hochdruckpumpenaggregat nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochdruckkolben (5) mit dem mit dem Niederdruck­ kolben (6) lose in Eingriff stehenden Kopplungsstück (24) verbunden ist.