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Stufenschaltung von Druckpumpen Es ist bekannt, bei Pumpenanlagen,
welche Druckflüssigkeit zum Antrieb von Pressen und anderen Maschinen liefern, Teile
der Pumpenanlage bei in der Druckleistung steigendem Flüssigkeitsdruck nacheinander
auszuschalten und bei sinkendem Druck wieder einzuschalten, um auch bei stark schwankendem
Flüssigkeitsdruclc das Produkt aus Flüssigkeitsdruck .und Flüssigkeitsmenge und
damit die Belastung des Antriebsmotors möglichst gleich zu erhalten und eine Überlastung
des Antriebsmotors zu vermeiden.
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Das Aus- und Einschalten der Teile der Pumpenanlage erfolgt meistens
in der Weise, daß ein kleiner. Kolben einerseits unter dein wechselnden Druck in
der Druckleitung, andererseits unter einem bei den verschiedenen Teilen der Pumpenanlage
im Verhältnis zum Kolbenquerschnitt verschieden abgestuften konstanten Druck, beispielsweise
dem Druck einer Feder, steht, daß dieser kleine Kolben vom Fliissigkeitsdruclc in
der Druckleitung gegen den konstanten Druck vorgedrückt wird, wenn der Flüssigkeitsdruck
eine gewisse Höhe überschreitet, und daß dann der kleine Kolben das Saugventil der
Pumpen, des betreffenden Teils der Pumpenanlage offen hält, so :daß keine Druckentwicklung
bei diesen Pumpen erfolgen kann.
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Es hat .sich nun aber gezeigt, daß diese Art des Aus- und Wiederein.rückens
von Teilen der Pumpenanlage zu langsam arbeitet, so daß beispielsweise bei einer
Schmiedepresse bei schnellem Schmieden, besonders bei Schlichthüben, die beim Absperren
und Drosseln der Pressensteuerung ausgerückten Pumpenteile keine Zeit finden, sich
wieder einzurücken und die. Arbeit wiederaufzunehmen. In solchen Fällen arbeiten
dann meistens nur die höchsten Druckstufen. Die Puinpenianlage wird dadurch nicht
ausgenutzt, die Preßgeschwindigkeit wird zu -gering.
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Diese Verzögerung hat ihren Grund darin, daß das Aus- und Einsetzen
der Ventile zur Voraussetzung hat, daß das Gleichgewicht zwischen dein Flüssigkeitsdruck
,auf dem kleinen Kölbchen einerseits und dein entgegenwirkenden Dauerdruck andererseits
durch recht erheblichen Abfall oder erhebliche Steigerung des Flüssigkeitsdruckes
.gestört werden muß, um in dem zur Verfügung stehenden Bruchteil einer Sekunde die
Kolbenreibung zu überwinden und die Maße der Ausschaltvorrichtung zu beschleunigen.
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Dieser Fehler wird nun, bei der vorliegenden Erfindung dadurch vermieden,
daß die Druckstufen der Pumpenanlage nicht mehr in Abhängigkeit von der Überschreitung
oder Unterschreitung -des Gleichgewichtes zwischen dein Flüssigkeitsdruck und einem
entgegenwirkenden Dauerdruck gesteuert werden, sondern dadurch, daß eine in Abhängigkeit
von Druckänderungen in der Druckleitung sich hin und her bewegende Hilfssteuermaschine
in ihren verschiedenen dem jeweiligen Flüssigkeitsdruck entsprechenden: Stellungen
durch Steuerung des Zuflusses oder Abflusses von Druckgas oder Druckflüssigkeit
oder durch
eine elektrische oder mechanische Schaltung eine schnelle
Hinundherbewegung der Ausrückvorrichtung für .die einzelnen Teile der Pumpenanlage
verursacht.
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Man wird nun auch bei dieser Steuerung durch. eine Hilfssteuermaschine
zweckmäßig das Aus- und Einrücken :der Ventile in der einen Richtung durch eine
Feder oder einen anderen bleibenden Druck herbeiführen und nur in der anderen Richtung
durch das von der Hilfssteuermaschine gesteuerte Druckmittel vornehmen,. Dabei ist
es natürlich gleichgültig, ob, -wie früher bei der Gleichgewichtssteuerung, der
bleibende Druck die Ausrückvorrichtung für die Ventile zurückschiebt, oder ob der
dauernde Druck umgekehrt so angeordnet wird, daß er das Saugventil offen hält, während
der gesteuerte Druckstoß die Ausrückvorrichtung zurückstößt und das Ventil freigibt.
Mit anderen Worten, es ist gleichgültig, ob das von Hilfssteuermasch:ine für die
verschiedenen Druckstufen gesteuerte Druckmittel positiv oder negativ wirkt, oder
ob das Druckmittel die Ausrückvorrichtung in beiden Richtungen; bewegt.
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Für das in :der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel ist .eine
Steuerung für die Saugventile der Pumpenanlage gewählt, bei tvelcher die Saugventile
so lange durch eine starke Feder offen gehalten werden, bis ein vom Steuerorgan
ausgehender Druckstoß die Ausrückvorrichtung zurückstößt. Diese Anordnung hat den
Vorteil., daß die Pumpenanlage immer ausgeschaltet wird, wenn an der Steuereinrichtung
etwas nicht in Ordnung ist. Das Ausführungsbeispiel ist außerdem noch mit einer
Handsteuerung versehen, durch welche Teile der Pumpenanlage willkürlich ausgeschaltet
werden können, wenn die Arbeitsgeschwindigkeit der angetriebenen hydraulischen Maschine
verringert werden soll. Für das Ausführungsbeispiel. ist eine Dreizylinderpumpegewählt,
deren Zylinder in drei Stufen ausgerückt werden. Bei größeren Anlagen wird man aber
selbstverständlich, schon um bei der letzten Druckstufe eine gleichmäßigere Förderung
zu behralten, Pumpenanlagen mit mehr Zylindern verwenden:.
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Als Steuermittel wird bei .dem Ausführungsbeispiel nicht Druckflüssigkeit
von der Druckleitung, sondern, wie bei Hilfssteuermaschinen bekannt, Drucköl mit
niedrigerem Druck benutzt, weil sich die kleinen Steuerorgane bei Hochdruckwasser
schlecht dichthalten lassen und .stark angefressen werden. Man kann natürlich auch
DruckNvasser aus der Druckleitung oder auch Druckgas, beispielsiveise Druckluft
aus der Druckluftleitung, der Fabrik benutzen.
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i, 2, 3 sind die Saugventile der Pumpenanlage, 4., 5, 6 die Druckventile;
S ist die Saugleitung; D ist die Druckleitung der Pumpenanlage. Über den einzelnen
Saugventilen sind die Ausrückvorrichtungen angeordnet, welche aus einem Kolben 7,
einem Schaft io und einem auf dem Schaft io aufgeschraubten Federteller 8 sowie
einer Feder 9 bestehen. Die Feder 9 ist stärker als die Feder, welche das Saugventil
axtf seinen Sitz drückt. Das Saugventil wird also immer nach unten gedrückt und
offen gehalten, wenn der Kolben 7 nicht durch Druck im Raum 12 hochg ehaben wird.
Durch, Druck im Raum i i kann: der Kolben 7 aber auch, dann niedergedrückt und das
Saugventil geöffnet werden, wenn Druck im Raum i2 vorhanden. ist, weil dann der
Druck im Raum ii zusammen mit der Feder 9 den Druck Im Raum 12 überwindet. Die willkürliche
Steuerung durch Zuführung von Druckflüssigkeit in die Räume i i erfolgt durch den
Hahn 13, dem Drucköl aus dem Gefäß 14 zufließt. Das Anheben der Ausrückvorrichtung
erfolgt durch Drucköl, welches ebenfalls aus dem Behälter 14 kommt und durch den
Kolben 2o gesteuert wird. Inder in der Zeichnung angegebenen Stellung des Kolbens
2o sind sämtliche Kolben 7 angehoben, weil durch die Bohrung 17, 18, i9 Verbindung
mit dem Behälter 14 hergestellt ist. Wenn der Kolben 2o gehoben wird, verbindet
er nacheinander die Öffnungen 17, 18, i g finit dem Abfluß 23, und die Kolben 7
können sich unter dem Druck der Feder 9 nach unten senken und die Saugventile öffnen
und offen halten. Die Bewegung des Kolbens 2o hängt ab von der Bewegung der Kolben
der Hilfssteuermaschine, welche durch den Luftzylinder 26 mit dem Luftdruckkolben.25
und den Zylinder 29 mit dem Tauchkolben 27 .gebildet wird. Der Zylinder 26 erhält
durch die Leitung 31 Druckluft aus dem Gefäß 32, wenn das Ventil 30 vom Kolben
25 angehoben wird. Wenn sich der Kolben 25 wieder senkt, schließt sich das Ventil
3o, und die Druckluft im Zylinder 3o dehnt sich unter entsprechendem Druckabfall
aus. Der Zylinder z9 steht durch :die Leitung 28 mit der Druckleitung D in Verbindung.
Da der Kolben 21 eine größere vom Drucköl: belastete Fläche hat als der Kolben 2o,
folgen beide Kolben stets dem Kolben 25 der Hilf ssteuermaschine.
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Der Luftdruck im Gefäß 32 kann durch den Dreiweghahn 33 geregelt werden
und dem Bedarf angepaßt werden. Der Luftdruck im Gefäß 32 teilt sich auch dem Gefäß
14 durch Rohr 35 und Rüokschlagventil 36 mit, kann jedoch nicht zurückfließen, weil
das im Öl angeordnete Rückschlagventil36 den Rückfluß sicher absperrt. Das durch
die Steuerung verbrauchte Drucköl wird durch die Pumpe 37, ,v elche von dem Antriebsmotor
der Pumpe
mit angetrieben wird, wieder aus dem Gefäß 16 .in den
Behälter 1¢ zurückbefördert. Die Pumpe 37 wird zweckmäßig mit einer in Ab-hängigkeit
vom Druck im Behälter 14 selbsttätig arbeitenden Ausrückvorrichtun:g versehen.
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Der Arbeitsvorgang ist nun folgender Um .den Antriebsmotor für die
Pumpen anlaufen zu lassen, werden die Ventile durch den Steuerhahn 13 ausgerückt,
indem der Handhebel aus der ausgezogenen Stellung in die punktierte Stellung gebracht
wird, so,daß das Drucköl in die Räume i i fließen, die Kolben 7 hinandriicken und
die Saugventile öffnen kann. Die Pumpen laufen dann leer an. Diese Ausrückv orrichtung
kann man auch bei Arbeitspausen benutzen. Man dann aber auch, tun noch die Leerlatifarbeit
der Pumpen W 'ihrend der Arbeitspausen bei weiterlaufendem Antriebsmotor zu sparen,
eine Friktionskupplung zwischen. Motor Lind Pumpe ausrücken.
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Soll Druckflüssigkeit erzeugt werden, so schaltet man durch den Hahn
13 eine beliebige Anzahl von Saugventilen ein, indem man das Drucköl durch die Leitung
15 aus ii nach 16 abfließen läßt. Sobald die Förderung der eingeschalteten Pumpen
beginnt, entsteht Druck in der Leitung D. Wenn der Flüssigkeitsdruck eine solche
Höhe erreicht hat, daß bei der Hi.lfssteuermaschinfe durch den Flüssigkeitsdruck
auf den Plunger 27 der Luftdruck auf dem Kolben 25 überwunden wird, liebt sich der
Kolben 25 unter gleichzeitiger Kompression der im Zylinder 26 vorhandenen Druckluft.
Wenn sich zier Kolben 25 hebt, folgen die Kolben 21 und 2o sofort. Da bei dem Steigen
des Kolbens 25, wie erwähnt, der Luftdruck im Zylinder 26 erhöht wird, hängt es
von der Höhe der Drucksteigerung in: der Druckleitung ab, wie weit der Kolben 25
der H.ilfssteuermaschine hochgeht. Wenn der Kolben 25 in seiner untersten Stellung
so mit Druckluft belastet wird, daß er bei etwa i5o Atm. zurückzugehen beginnt,
so wird die Bohrung 17 vom Kolben 2o bei etwa 17o Atm. nach unten freigelegt und
dann das Saugventil i durch die starke Feder g ausgerückt. Die Ausrückung des zweiten
Saugventils erfolgt bei den in -der Zeichnung gewählten Verhältnissen ungefähr bei
2io Atm. Flüssigkeitsdruek und die des letzten Ventils bei etwa 3oo Atm.
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Um zu verhindern, daß eine unzulässige Drucksteigerung eintritt, wenn
der Kolben 25
noch etwas weiter hochgehen sollte, ehe die Ausrückung in Tätigkeit
tritt, wird durch Aufstoßen des Ventils 30 der Druckluft der Abfluß nach
Gefäß 32 ermöglicht, so daß der Steuerkolben noch ein Stückchen ohne erhebliche
Drucksteigerung hochgehen kann.
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Die durch die Hidfssteuermaschine betätigte Steuerung der Pumpe arbeitet
so schnell und so genau, daß man auf den früher notwendigen Druckaufnehmer verzichten
kann, weil einerseits ,das Ausrücken der Pumpen in so kurzer Zeit vor sich, geht,
daß bei plötzlichem Absperren des Abflusses auch :die Förderung der Pumpe fast gleichzeitig
aufhört, weil andererseits, sobald der Druck etwas nachläßt, die Pumpe mit :einem
Pumpenzylinder ein-und dann sofort wieder aussetzt, wenn der Druck ergänzt ist.
Die Leitung D kann also bei der Steuerung durch die Hilfssteuermaschine mit der
Pumpenanlage mit ganz geringen Schwankungen unter Druck gehalten werden. Den Höchstdruck
der Pumpenanlage kann man, wie erwähnt, dadurch beliebig einstellen, daß .man den
Druck in. Gefäß 32 und dadurch auch im Zylinder 26 regelt.
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Wie man die Anlage im einzelnen ausführt, ist Charakteristisch für
den Erfindungsgedanken ist für den Erfindungsgedan- gleichgültig* ken, daß das Aussetzen
und Wiedereinsetzen von Teilen einer Pumpenanlage bei verschiedenen Druckstufen
nicht mehr @durch die Störung des Gleichgewichts zwischen einem bleibenden Druck
und dem wechselnden Druck in der Druckleitung erfolgt, daß vielmehr durch eine von
der Drucksteigerung und dem Druckabfall hin und her bewegte Hilfssteuermaschine
in verschiedenen vom Druck abhängigen Stellungen Teile der Pumpenanlage eir-und
ausgerückt werden.
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Die Hilfssteuerinasch-iine kann in der dem Flüssigkeitsdruck entgegenwirkenden
Richtung statt durch ein Gaskissen, wie bei solchen Maschinen bekannt, auch durch
eine Feder oder in sonst zweckentsprechender Weise derartig belastet werden"daß
beim Zurück drücken .die Belastung zunimmt.