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Regelbare Preßpumpenanlage Hydraulische Pressen, Scheren und ähnliche
Arbeitsmaschinen sind als äußerst unwirtschaftlich anzusehen, sobald diese ihr.
Druckwasser von einem Akkumulator oder einem Dampftreibapparat zugeführt erhalten.
Man hat deshalb versucht, diesen Energieverlusten durch unmittelbaren elektrischen
Antrieb der Druckwassererzeuger entgegenzutreten. Dies ,ist insofern gelungen, als
man Mittel und Wege ,gefunden hat, eine genaue Anpassung 'zwischen .dem jeweiligen
Kraftbedarf in der Arbeitsmaschine und dem erforderlichen Energieaufwand herzustellen.
Jedoch hat man noch nicht erreicht, .die erwünschte .Steuerbarkeit über die verfügbaren
Energiemengen mit einer solchen Sicherheit vornehmen zu können, daß nicht nur eine
vollkommen selbsttätige Anpassung, sondern auch ein erzwungener Verlauf des Arbeitsvorganges
ermöglicht werden kann. Auch haftet den hierbei angewendeten Hilfsmitteln noch eine
Reihe von Nachteilen an; insbesondere fehlt die Einfachheit, um die nötige Betriebssicherheit
verbürgen zu können. Der unmittelbare elektrische Antrieb der Druckwassererzeu:ger
bietet niit den bekannten Hilfsmitteln drei Wege r. Die Verwendung einer elektrisch
betriebenen; Pumpe durch einen im gleichbleibenden Sinn umlaufenden Motor in Verbindung
mit einem zwischen Motor und Pumpe angeordneten Schwungrad. Die Fördermenge der
Pumpe ist gleichbleibend. Sie ist einer mittleren Arbeitsgeschwindigkeit der zu
betreibenden Presse angepaßt. Leerwege des Preßkol#bens sowie die Hubbewegungen
unter höchster Kraftentfaltung werden alle mit dieser gleichbleibenden Geschwindigkeit
zurückgelegt. Es geht deshalb bei angestrengtem Arbeiten stets eine hohe Kraftentfaltung
vor sich, die in der Hauptsache das Schwungrad unterstützt, während der Motor unter
ziemlich gleichmäßiger Belastung arbeitet. Motor und Schwungrad zusammengenommen
entwickeln dann eine Leistung, die diejenige des Motors allein :um das Mehrfache
übersteigt. Für die Leistung müssen alle hinter dem Schwungrad angeordneten Teile,
im besonderen die Pumpe, berechnet werden. Dies führt zu einer außerordentlich starken
Bemessung der Pumpe. Weiter ist von Nachteil, daß Motor, Schwungrad und Pumpe, um
die Maschine arbeitsbereit zu halten, ständig in Bewegung sein müssen:, also während
der Betriebspausen, Leerlaufsverluste mit sich bringen.
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a. Man ersetzt die Pumpe durch einen einfachen hydraulischen Zylinder
mit Kolben und sieht zum Antrieb einen Reversiermotor vor, so daß ein elektrisch
betriebener Treibapparat entsteht. Bei dieser Anordnung liegt das Schwergewicht
der ganzen- Anlage in der Steuerbarkeit des Antriebsmotors, der hierzu eine umfangreiche
Einrichtung erhalten muß. Es gehört hierzu ein vollständiges Leonard-Aggregat, um
diejenige Steueribarkeit zu erreichen, -die mit Rücksicht auf .die verschiedenen
Arbeitsvorgänge
in den Pressen erforderlich ist. Der Motor muß für
sich die Spitzenbelastung aufnehmen können, also eine .um ein Mehrfaches ,größere
Leistung besitzen als ein Motor in Verbindung mit einem Schwungrad. Es lassen. sich
schließlich einzelne Arbeitsgeschwindigkeiten einstellen; jedoch ist keine selbsttätige
Anpassung der Geschwindigkeit an die jeweilige Höhe der auftretenden Preß.drücke
vorhanden, so daß mit= -einer solchen Geschwindigkeitseinstellung -,venig gedient
ist. Die jeder Willkür ausgesetzte Einrichtung muß zur Sicherheit so berechnet sein,
daß der Antriebsmotor keinen Schaden leidet, wenn er mit ziemlich hoher Arbeitsgeschwindigkeit
die höheren Preßdrücke zu erzeugen hat. -.
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3. Man bringt zum Antrieb von Pumpen Reglermotoren in Anwendung, die
den Vorteil der selbsttätigen Anpassung an die jeweils auftretende Belastung während
des Arbeitsvorganges unter Veränderung der Arbeitsgeschwindigkeit besitzen. Es ist
auch hier die Steuerung meist mit verwickelten Vorgängen des elektrischen Teiles
verbunden, die für die Betriebssicherheit solcher Maschinen eine ständige Gefahr
bilden. -Wenn, auch bei einer hydraulischen Steuerung der Pumpe Verein.fadhungen
in der Arbeitsweise erzielt werden, so enthält dennoch der Reglerantrieb mit selbsttätiger
Geschwindigkeitsregelung mit -Hilfe _ von Stromwächtern zu viele Feinheiten, die
zu Betriebsstörungen führen können. Bei diesen Antrieben fehlt der innere Zusammenhang,
so daß das Einheitliche in. der Wesensart eines solchen Antriehes nicht vorhanden
ist. Die Antriebsmotoren fallen jedoch in ihrer Leistung klein. taüs, so daß., von
den Schwierigkeiten für die einwand freie Bedienung abgesehen", ,diese Antriebsart
am besten den hier -vorausgesetzten _Verhältnissen gerecht wird.
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Diesen bekannten Einrichtungen gegenüber wird vorgeschlagen, eine
-Pumpe mit solchen Eigenschaften in Anwendung zu bringen, daß sie nicht von einem
Reglermotor angetrieben aus sich heraus selbsttätig die Fördermenge -zu-
verändern -vermag, und zwar in gleichem Maße wie sich während des Arbeitsganges
des Preßkolhens die Preßdrücke ,ändern, so daß das Produkt aus Fördermenge und spezifischem
Preßdruck zwischen festgelegten Druckgrenzen konstant bleibt. .Bei diesem Antrieb
ergeben sich die Vorteile, daß zunächst der Motor die geringe Leistung des vorher
erwähnten Reglermotors zu besitzen braucht, dabei aber eine vollkommen normale elektrische
Ausrüstung erhält, die Steuerung der Presse allein in den hydraulischen Teil 'gelegt
werden kann, -und mit den bekannten Hilfsmitteln die Möglichkeit bietet, zwischen
bestimmten Grenzen jeden beliebigen Druck einstellen zu können.
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'Es ist also die Anpassung des elektrischen Energieverbrauches an
die Arbeitsvorgänge vorhanden, ferner die Erzielung bestimmter Arbeitsvorgänge ,möglich,
indem jeder beabsichtigte Druck eingestellt werden kann. Der Antriebsmotor kann
nie überlastet werden, da sich Arbeitsgeschwindigkeit und Arbeitsdruck am Preßkolben-
immer so zueinander --einstellen" daß-die -Motorbelastung konstant bleibt. Die bei
.geringen Drücken vorhandene hohe Arbeitsgeschwindigkeit und die bei großen Drücken;
sich verringernde Arbeitsgeschwindigkeit ergeben während des gesamten Arbeitsverlaufes
eine mittlere Geschwindigkeit, die mit der sonst bei Pressen anderer Bauart zugrunde
gelegten --mittleren Geschwindigkeit der Preßgänge übereinstimmt.
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Mit einer solchen Einrichtung wird also ein sehr .geeignetes Hilfsmittel
-geboten, das eine wesentliche Verbesserung in die Arbeitsweise elektrohydraulisch
betriebener Ar-_b_ eitsmaschinen bringt.
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Das Wesentliche einer solchen Pumpe ist in - der Zeichnung, dargestellt,
die zugleich schematich ein Ausführungsbeispiel zur Ausübung des neuen Verfahrens
wiedergibt.
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-Von einer Kurbel a wird .unter Verwendung eines doppelarmigen
Hebels b der Pumpenkolben e in hin und her gehende Bewegung versetzt. Der mittlere
Stützpunkt d des Hebels b ist dabei in einem verstellbaren Körper e eingesetzt.@
Dieser Punkt- kann also nach rechts oder- links verschöben werden mit der Wirkung-aüf
den Kolben c, daß dieser ganz -nach der hierbei vor sich gelien,den Verän,derumübersetzungsverhältnis
seinen- Hub vergrößert öder verleeinert. Dem Schlitten, e .angeschlossen ist einerseits
ein Kolben: f, der mit der Druckseite der Pumpe in Verbindung steht^@ an- i dererseits
wirkt die diesem Kolben entgegengesetzte Kraft, einer Feder, g auf den Schlitten
e.
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Bei der in der Abbildung wiedergegebenen Stellung entspricht .der
IDrehpunktlage d der i größte Kolbenhub, so daß die Pumpe eine große Förd
erleistumg @in.bezug auf Fördermenge besitzt. Das Wasser tritt in der Pfeilrichtung
h in; ,die Pumpe, gelangt durch .das Ansaugeventil i in den Pumpenraum- und wird
durch, die Rückschlagventile h und k'
der Presse zugeleitet. Der Druck,,
unter dem das Wasser der Presse zufließt, richtet sich ganz nachdem Widerstand,
den.es dort findet. Entsteht z. B. eine Drucksteigerung, i so macht sich dieselbe
unmittelbar auf den Kolben f bemerkbar -der, unter überwindung
der
Federspannkraft g den Schlitten e mit dem Drehpunkt d zu verschieben sucht. Das
Maß dieser Verschiebung wird um so größer, je größer jene Drucksteigerung ist, da
im selben Maße die Spannkraft :der Feder g zunimmt. Es entspricht also jeder Stellung
des Kolbens f ein bestimmter Preßwasserdruck und letzterem eine bestimmte Stellung
des Drehpunktes d. Das Verhältnis zwischen Federspannung, Querschnitt des Kolbens
f und der an dem Hebel b vor sich gehenden Veränderung in der Drehpunktlage ist
so gewählt, daß bei der Pumpe das Produkt aus Fördermenge und Preßdruck des geförderten
Wassers konstant bleibt. Bei einer unveränderlichen Antriebskraft ändert sich also
bei der Pumpe die Fördermenge im selben Verhältnis, wie der Preßwasserdruck sich
verändert.
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Damit ein für die Presse festgesetzter Höchstdruck nicht überschritten
werden kann, ist eine mechanische Au.slösevorrichtung für die Pumpe vorgesehen.
- Diese besteht aus einem verstellbaren Anschlag 1, der mit Hilfe der Gewindespindel
m und des Handrades n an :dem am Kolben f befestigten Teile o so eingestellt werden
kann, daß bei Erreichung eines bestimmten Preßwasserdruck es :das Stück L gegen
den Winkelhebel p stößt und ihn schwenkt. Dadurch wird ein Steuerschieber q so verstellt
(gemäß der Zeichnung nach oben gezogen), daß durch den Kanal r hindurch Druckwasser
aus der Preß,vasserleitung unter den federbelasteten Kolbens dringt .und .ihn anhebt.
Der an diesem Kolben ,befestigte Ventilkegel t wird infolgedessen so weit geöffnet,
daß das von der Pumpe in Bewegung gesetzte Wasser über das Ventil k durch die Ventile
t und i
hindurch einen Kreislauf vollführt, ohne unter Spannung gesetzt
zu werden. Das Ventil k' hält hierbei den Druckraum der Presse von- der Pumpe getrennt.
Der Preßwasserdruck in ,diesem Druckraum fällt nur bei nachlassendem Preßwiderstand.
Da einer jeden Stellung des Kolbens/ ein bestimmter Preßwasserdruck entspricht und
bei einer jeden dieser Stellungen der Anschlag l durch entsprechende Einstellung
zur Einwirkung auf den Winkelhebel p kommen kann, ist es möglich, - auf der unter
dem Anschlag l sich befindenden Skala zwischen festgelegten Grenzen die einstellbaren
Drücke anzugeben. Es kann also auch zwischen einem festgesetzten kleinsten Druck
und dem zulässigen Höchstdruck jeder Zwischendruck mit Hilfe der Skala .und des
Anschlages l eingestellt und damit ein selbsttätiges Auslösen der Pumpe unter jedem
gewünschten Druck herbeigeführt werden.
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An, dem Hebel b ist noch ein Lenker u mit Schlitten v angeordnet,
wodurch im besonderen beim Hebel b während der Lagenver= änderung des Drehpunktes
d ein seitliches Ausweichen verhindert werden soll.
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Zur weiteren Erläuterung soll die Wirkungsweise an Hand eines Arbeitsvorganges
betrachtet werden.
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Ein Preßvorgang nehme während des Weges S den durch die Kurve K festgelegten
Verlauf mit einem Anfangsdruck Q1 :und einem Enddruck Q2. Die Drehpunktversch.iebung
bei .der Pumpe soll in einem solchen Maße vorgenommen werden. können,@.daß in der
Fördermenge, die durch die Kurve F ausgedrückt werde, .eine Veränderung z : q. möglich
ist. Der Einfachheit halber sollen die Kräfte Q1 und - Q2 ebenfalls wie r : ¢ sich
in, der Größe unterscheiden. Die Pumpe wird zu Beginn des-Preßvorganges eine viermal
größere Fördermenge liefern als am Ende des Preßvorganges, d. h. sie wäre dann bei
unveränderlicher Antriebskraft imstande, schließlich viermal größere Preßdrücke
zu erzeugen. Würde das Anwachsen des Pr.eßdruckes stetig vor sich gehen, so wäre
die Endgeschwindigkeit etwa % der mittleren Arbeitsgeschwindigkeit und bei den in
den meisten Fällen sich vollziehenden Arbeitsvorgängen entsprechend der Belastungskurve
K ein noch größerer Unterschied unter diesen Geschwindigkeiten-- vorhanden. Davon
ausgehend, daß bei einer mit Hilfe einer solchen Pumpe angetriebenen- Presse die
Arbeitszeiten dieselben wie bei einer jeden anderen Presse bleiben sollen, ergibt
sich, daß der Antriebsmotor in seiner Leistung kleiner als das Zwei- bis Dreifache
einer Motorleistung gewählt werden kann, die erforderlich würde, wenn mit einer
gleichbleibenden mittleren Geschwindigkeit in derselben Zeit der Arbeitsvorgang
zu bewältigen wäre.
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Die beschriebene Einrichtung ist in Verbindung mit einer einfach wirkenden
Pumpe sehr unzureichend. Bei der fortgesetzt unter höchster minutlicher Hubzähl
arbeitenden Pumpe wandert der Drehpunkt d ununterbrochen entsprechend der auftretenden
Delastungsschwankungen an der Stange b hin und her. Es kann sich aber dieser Punkt
d, der zugleich das Stützlager der Stange b bildet, in dem richtigen Augenblick,
und zwar während des Preßganges des Kolbens c, in die Stellung, in die er gehört,
nicht verschieben, da Kurbeldruck und Kolbendruck= zwischen der Stange b und dem
Stützlager d und in der Gleitführung des letzteren dem R.umpen.gestell gegenüber
einen nicht unerheblichen Reibungswiderstand erzeugen, der sich einer Lagenveränderung
des Punktes d widersetzt. Sodann entsteht bei jeder Lagenveränderung des Punktes
d noch eine Zusatzbelastung
*bei dem Pumpenkolben, die,- im Falle
eine Drucksteigerung vor sich .geht, solche -Kräfte verlangt, daß sie von dem Kolben
f nicht überwunden werden. können. Der Reglerkölben ist also gezwungen, sich während
des Saughubes bei entlastetem Kolbentrieb noch nachträglich nach dem im Preßraum
vorhandenen- Druck eünzustellen, was nicht dem gewollten Zweck .entspricht. Denn
der Druck im Preßzylinder unterliegt Vorgängen, die nicht erfaßt werden können und
den Belastungszustand falsch - am Reglerkolben widerspiegeln. Die beabsichtigte
Leistungsreglung wäre- nicht vorhanden-; die Pumpen würden Gefahr laufen, stärk
überlastet zu werden.
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Besondere Vorteile werden daher erst dann erreicht, wenn mafi mehrere-solcher
regelbaren Pumpen; derselben nebeneinanderschaltet und mit versetzten Kurbeln arbeiten
läßt. Es können dann' die Vorgänge beim Verschieben des Drehpunktes d "fast widerstandslos
-.gestaltet werden, außer den. ergebenden Vorteilen einer gleichmäßigen Preßwasserzuführüng.
Eine jede einzelne dieser vereinigten. Pumpen würde unabhängig von den -and'eren
mit einem verschiebhareü Drehpunktkölbeii fund einer Feder g ausgerüstet, wobei
alsdann jedesmal, wenn einer der Kölbeh c seinen Arbeitshub vollführt und einem
Verschieibben des zugehörigen Punktes d sich ein erhöhter Widerstand entgegensetzt,
bei der daneben angeordneten Pumpe, deren Kolben 'soebhen den, Saughub Ausführt,
die Verstellung des Punktes d'unter sich kaum bemerkbar machende Reibungswiderstände
vörgenommeri- 'und für den Arbeitsgang desselben Kolhens in' diejenige Läge gebracht
werden, die- der soeben arbeitende Pumpen-' kaliben nicht in. der Lage war, für
sich durchzuführen. .Schon ' bei Zwillingspumpen und noch mehr bei: Drillingspumpen
kommt auf diese Weise eine feinfühlige Regelung zustande, bei der .die inneren Reibungswiderstände
beim selbsttätigen Einstellen des Drehpunktes d fast außer Einfluß bleiben.