-
Kolbenpumpe zum Fördern von Flüssigkeiten, insbesondere zum Betriebe
von hydraulischen Pressen u. dgl. Um den Energiebedarf von Hochdruckkolbenpumpen
zum Betriebe von hydraulischen Pressen und anderen hydraulischen Arbeitsmaschinen
möglichst gering zu halten, verwendet man bisher vorwiegend Pumpen mit einer Niederdruckstufe,
die das Druckwasser für die nur einen geringen Kraftaufwand erfordernden Leerhübe
liefert, so daß die Hochdruckstufe nur noch die für den eigentlichen Arbeitshub
nötige Menge der Preßflüssigkeit zii liefern braucht.
-
Diese und ähnliche Einrichtungen können ihren Zweck nur unvollkommen
erfüllen, weil der Übergang vom Leerhub in den Arbeitshub allmählich erfolgt. Es
muß deshalb auch bereits für die Zwischenstufen, für die der Druck der Niederdruckpumpenstufe
nicht mehr ausreicht, nutzlos Hochdruckwasser verbraucht werden.
-
Es ist deshalb schon vorgeschlagen worden, die Fördermenge der Pumpe
durch Veränderung des Kolbenhubes dein jeweiligen Gegendruck anzupassen, also mit
steigendem Gegendruck die Fördermenge zu verringern, so daß die Energieaufnahme
annähernd konstant bleibt und dadurch die Pumpe immer die dem jeweiligen Gegendruck
entsprechende Wassermenge liefert.
-
Bei einer bekannten Ausführung dieser Art wird die Regelung der Liefermenge
dadurch erreicht, daß zwischen dem antreibenden Kurbeltrieb und dem Pumpenkolben
ein elastisch nachgebendes Zwischenglied eingeschaltet wird, das sich um so mehr
zusammendrückt, je höher der zu überwindende Gegendruck ansteigt. Als elastisches
Zwischenglied, das den Wegüberschuß des Kurbeltriebes gegenüber dem von der Höhe
des Gegendrucks abhängigen Kolbenweg aufnimmt, sind Federn oder Luftpuffer vorgesehen.
Diese elastischen Zwischenglieder müssen nun bei jedem Hubwechsel die gesamte Energiemenge,
die dein Kolbendruck und dein vollen Kurbelhub entspricht, in sich aufnehmen und
wieder abgeben. Bei Verwendung von Luftpuffern wird ein beträchtlicher Teil der
vom Luftvolumen aufzunehmenden Energie in Wärme umgesetzt, die nutzlos verlorengeht.
Auch bei der Verwendung von Federn ist die wechselnde Arbeitsaufnahme und Abgabe
keineswegs verlustlos, da auch hierbei durch innere Molekularreibung erhebliche
Energiemengen in Wärme umgesetzt werden, abgesehen von den Verlusten durch Reibung
in den Federführungen.
-
Eine weitere bekannte Ausführung löst deshalb die gleiche Aufgabe
dadurch, daß zwischen der antreibenden Kurbel und dem angetriebenen Kolben ein Hebelsystem
eingeschaltet ist, dessen Übersetzungsverhältnis mit zunehmendem Gegendruck des
Preßwassers vergrößert wird, so daß sich der Hub des Kolbens dem jeweiligen Gegendruck
entsprechend einstellt.
Diese Aufgabe wird nun gemäß der Erfindung
in denkbar einfachster Weise ohne Verwendung von energieverzehrenden elastischen
Zwischengliedern oder verwickelten Regeleinrichtungen dadurch gelöst, daß zwischen
dem antreibenden Kurbeltrieb und dem PLimpenkolben ein Zwischenhebel eingeschaltet
ist, dessen freies Ende durch eine frei bewegliche Masse gestützt wird. Diese Masse
wird bei der Hinundherbewegung des Kolbens abwechselnd nach entgegengesetzten Richtungen
beschleunigt und verzögert. Die auf die Masse einwirkende Beschleunigungskraft ist
nun abhängig vom Widerstand des Kolbens bzw. von dessen Gegendruck. Je höher dieser
ist, um so mehr wird die Masse bei jedem Bewegungsimpuls beschleunigt und ihr Weg
entsprechend vergrößert. Umgekehrt verringert sich der Weg der Masse um so mehr,
je geringer die auf sie einwirkende Kraft ist. Ein solches Hebelsystem, dessen Festpunkt
durch eine frei bewegliche Masse gebildet wird und das in der nachfolgenden Beschreibung
kurz als Massenpendel bezeichnet sei, ist an sich schon als Regelorgan bekannt und
zur Änderung des Drehmomentes bei Kraftwagen-,getrieben angewendet worden.
-
Seine neue Anwendung zur Regelung der Fördermenge von Pumpen bietet
die schon vorher erwähnten Vorteile eines überaus einfachen Aufbaues.
-
Der Aufbau und die Wirkungsweise eines Pumpenantriebes mit Regelung
der Fördermenge durch Massenpendel soll an Hand einer schematischen Darstellung
erläutert werden.
-
Abb. r zeigt schematisch den Pumpenantrieb in seiner Mittelstellung.
-
Abb. 2 zeigt Kolben und Massenpendel in den Endstellungen bei niedrigem
Druck und großer Liefermenge.
-
Abb. 3 zeigt Kolben und Massenpendel in den Endstellungen bei hohem
Druck und kleiner Liefermenge.
-
Das Tauchkolbenpaar a bewegt sich dicht in zwei Zylindern b, die in
üblicher Weise mit Saugventilen c und Druckventilen d versehen sind. An dem mittleren
Teil des Tauchkolbenpaares a ist mit einem Gelenkzapfen e das Pendel f angelenkt,
an dessen einem Ende die Masse g sitzt und an dessen anderem Ende an seinem Gelenkbolzen
h ein Lenker i
angelenkt ist, durch den das Pendel f durch die Kurbel k hin
und her geschwungen wird. Die Kurbelwelle l ist, wie die Zylinder
b, ortsfest gelagert.
-
Diese Einrichtung hat die folgende Wirkungsweise Wenn das obere Gelenk
h des Pendels f
durch die Kurbel k mittels des Lenkers i um einen gleichbleibenden
Betrag hin und her geschwungen wird, so werden auch der Gelenkpunkt e und die Masse
g im Verhältnis ihrer Bewegungswiderstände bewegt. Der Bewegungswiderstand des Gelenkpunktes
e entspricht, da der Querschnitt der Kolben a. gleichbleibt, dem zu erzeugenden
Flüssigkeitsdruck. Dieser Bewegungswiderstand wird durch das Pendel f im Verhältnis
der Hebellängen he : eg auf die Masse g überträgen und wirkt sich auf diese
als Beschleunigungskraft aus.
-
Hat der Bewegungswiderstand des Kolbenpaares a seinen Kleinstwert,
so ist auch die auf die Masse g ausgeübte Beschleunigungskraft klein. Sie bewegt
sich infolgedessen nur langsam und wird während eines Kolbenhubes nur um einen verhältnismäßig
geringen Betrag hin und her geschwungen und wirkt nahezu als Festpunkt. Deshalb
entspricht der Hub der Kolben a nahezu dem vollen Betrag, den der Kurbelradius und
das Verhältnis der Hebellängen ergibt, und die Liefermenge erreicht ihren Größtwert.
-
Ist umgekehrt der Bewegungswiderstand des Kolbens a groß, so wird
auch der auf die Masse g wirkende Beschleunigungsdruck entsprechend groß, und die
Masse g wird schnell bewegt und infolgedessen während eines Kolbenhubes um einen
verhältnismäßig großen Betrag hin und her geschwungen; infolgedessen verringert
sich der Weg des Drehpunktes e; der Kolbenhub wird verhältnismäßig klein und die
Liefermenge gering. Die Grenzwerte sind gegeben durch den Größtwert des Kolbenhubes
bei einem Bewegungswiderstand gleich Null, wobei auch auf die Masse g keine Kraft
einwirkt und diese nicht beschleunigt und zum Festpunkt wird. In diesem Falle, der
praktisch nicht ganz erreicht werden kann, ist die Liefermenge am größten.
-
Im anderen Grenzfall, wenn der Drehpunkt e festgehalten wird, ist
die Größe der Beschleunigung durch die Geschwindigkeit des Massenschwerpunktes g,
die sich aus dem Radius und der Drehgeschwindigkeit der Kurbel h und dem Verhältnis
der Hebellängen ge und eh. ergibt, bestimmt. Dadurch ergibt sich ein bestimmter
Höchstdruck der Kolben a. Dieser läßt sich dadurch begrenzen und regeln, daß man
die Komponenten Geschwindigkeit und Masse g ändert, am einfachsten, indem man den
Abstand der Masseg vom Drehpunkt e oder gegebenenfalls die Drehzahl der Kurbel k
ändert.
-
In den beiden erwähnten Grenzfällen wird der- Energieverbrauch gleich
Null, weil im ersten Fälle der Förderdruck, im letzteren Falle die Fördermenge gleich
Null wird. Dadurch kann die Liefermenge verlustlos geregelt werden, indem Größe
und Geschwindigkeit
der Masse auf den zu erreichenden Höchstdruck
einstellt. Ist dieser erreicht, beispielsweise wenn der Preßstempel der von der
Pumpe gespeisten Presse aufsetzt und der weitere Zufluß des Druckmittels dadurch
aufhört, so wird der Kolben a festgehalten, und das Massenpendel schwingt leer,
ohne Arbeit an den Kolben abzugeben.
-
Zwischen diesen Grenzfällen regelt sich die Liefermenge so, daß sie
mit zunehmendem Druck abnimmt und der Energieverbrauch in weiten Grenzen annähernd
gleichbleibt.
-
Die schwingende Bewegung der Masse ist nur in ge"vissen Fällen der
Bewegung des Lenkers i phasengleich; in den Zwischenfällen tritt eine Phasenverschiebung
zwischen dem Kolbenhub und dem Ausschlag der Masse durch ein Nacheilen der Masse
ein, dessen Größe dem Energieverbrauch entspricht. Das Massenpendel wirkt also praktisch
so, daß es den Wegüberschuß des Kurbeltriebes gegen den Kolbenweg in sich aufnimmt.