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Vorrichtung zur stufenlosen Fördermengenregelung bei-Kolbenpumpen
mit gleichbleibender Drehzahl Die bisher bekannten Vorrichtungen zur stufenlosen
Fördermengenregelung von Flüssigkeits, kolbenpumpen mit gleichbleibender Drehzahl
sind durchweg nur für kleinere Leistungen brauchbar und ausführbar, während sie
bei größeren Pumpenleistungen sehr bald versagen und für einen Dauerbetrieb nicht
geeignet sind, sei es, daß die Verstellvorrichtungen für die Plungerhubveränderung
sehr unförmig werden; und sich im Betrieb erfahrungsgemäß leicht ausschlagen, sei
es., daß Pumpenventile, die über einen gewissen Plungerweg zwangsläufig offen gehalten
und dann erst freigegeben werden, bei größeren Leistungen und schneller Drehzahl
äußerst heftig schlagen und dadurch Ventil- und Pumpenkörperbaustoff in gefährlicher
Weise beanspruchen.
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Es sind ferner stufenlos regelbare Kolbenpumpen bekannt, in deren
Zylinder zur Regelung der Fördermenge- zusätzlich ein Verdrängerkolben mit veränderlichem
Hub eintaucht, der als Stufenkolben ausgebildet ist und hydraulisch durch die Förderflüssigkeit
in Pumpenkörper und Druckleiteng
zwischen verstellbaren Anschlägen
hin und her bewegt wird. Diese Regelvorrichtung ist wohl für größere Förderleistungen,
aber nicht für hohe und. höchste Förderdrucke geeignet, wie spie heute in der Hochdrucktechnik,
z. B. bei Hochdrucksynthesen, benötigt werden. Ebenso ist die für Umwälzpumpen mit
hochgespannten Gasen oder Flüssigkeiten, bekanntgewordene stufenlose Mengenregelung,
die mit einemi in: einem gesonderten Hilfszylinder frei hin und her gehenden: Kolben
arbeitet, der einerseits vom Arbeitsdruck, andererseits vom Saugleitungsdruck der
Umwälzpumpe beaufschlagt wird, für die in der Hoch, drucktechnik angewendeten hohen
Druckunterschiede zwischen Saug- und Förderdruck von Preßpumpen nicht geeignet.
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Die vorliegende Regelvorrichtung ist demgegenüber für beliebig große
Leistungen und höchste Förderdrucke anwendbar und baut sich ebenfalls auf dem Grundsatz
eines frei beweglichen, abgestuften Regelkolbens (Stufenkolbens) auf, der durch.
hydraulisches Gestänge zwischen zwei Anschlägen, von denen der eine verstellbar
ist, hin und her bewegt wird, jedoch mit dein Unterschied, daß der Regelkolben an
seinem pumpenseitigen Stirnende als Ventilkörper ausgebildet ist, der sich in der
Endstellung auf einen als Ventilsitz ausgebildeten Anschlag aufsetzt und so in der
Lage ist, in dieser Stellung gegen hohe und höchste Druckunterschiede sicher und
vollkommen abzudichten, ohne daß wie bei den bisherigen Vorrichtungen dieser Art
an die Dichtung längs der Mantelfläche dies Kolbens vermittels Stopfbüchse, Kolbenringe;
Einschleifen od. dgl. hohe Ansprüche gestellt werden.
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Die Vorrichtung besteht im wesentlichen, wie die Abbildung zeigt,
aus einem Zylinder b, in dem sich der Regelkolben a in seiner Achsenrichtung frei
bewegen kann. Der Kolben ist entweder durch Kolbenringe o oder durch Einschleifen
an der Zylinderwand gedichtet und durch ein nach der einen Seite herausgeführtes
und mit Stopfbüchse g gedichtetes Stängchen s als Stufenkolben ausgebildet, auf
der anderen Seite besitzt er eine geschliffene Ringfläche r, die sich auf den Ventilsitz
v im vorderen Totpunkt des. Kolbens aufsetzt. Der Hub des Regelkolbens wird einerseits
durch diesen Ventilsitz v, andererseits. durch einen während: des Betriebes verstellbaren
Anschlag d begrenzt. Durch die Feststellmutter h wird der verstellbare Anschlag
d vor Lockerwerden und Selbstverstellung gesichert. Das Anschlagen des Regelkolbens
kann man durch richtig abgestimmte Federn m und n dämpfen. Neben diesem Zweck
hat die sehr kräftig gehaltene Feder m am Ventilsitz in erster Linie die Aufgabe,
:den Förderdruck der Pumpe bei der Überwindung der ruhenden Reibung des Regelkolbens
zu unterstützen und dien Kolben am Ventilsitz, insbesondere bei zähen Fördermitteln,
loszureißen. Durch den Kolben wird das Zylinderinnere in zwei Räume e und f geteilt,
von denen der eine, e, über die Leitung i mit der Druckleitung 1 der Pumpe
dauernd; in Verbindung steht, während der andere Raum f durch die Leitung k mit
dem Arbeitsraum der Pumpe p verbunden ist.
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Die Wirkungsweise der Vorrichtung - ist folgende: Der mit dem Arbeitsrau-in
der Pumpe p durch die Leitung k in Verbindung stehende Zylind'erraum f erhält den
gleichen Druck wie der Arbeitsraum, (I. h. Saugdruck beim Saughub und Förderdruck
beim Druckhub der Pumpe, der Zylinderraum e- dagegen hat über die Leitung
i
dauernd den, in der Druckleitung L der Pumpe herrschenden Förderdruck, der
in den meisten Fällen als gleichbleibend anzusprechen ist. Beim Saughub der Pumpe
wird daher der Regelkolben a infolge des Förderdruckes im Raune e dem zurückweichenden
Pumpenplunger so lange folgen, bis er sich mit seiner geschliffenen Ringfläche r
auf den Ventilsitz v aufsetzt und nun als Rückschlagventil wirkend den Förderdruck
gegen den. Saugdruck der Ptirnpe abdichtet. Erst wenn diese Stellung des Regelkolbens
erreicht ist, kann sich das Saugventil der Pumpe öffnen. Es. ist wesentlich, daß
bei hohen und höchsten Förderdrucken die sichere und vollkommene Abdichtung zwischen
den Zylinderräumen e und f im Augenblick des Saugens der Pumpe, wenn in den beiden
Räumen sehr hohe Druckunterschiede bestehen, durch Ventildichtflächen geschieht;
denn erfahrungsgemäß verschleißen bei dünnen Flüssigkeiten und hohen Druckunterschieden
eingeschliffene oder mit Ringen oder Stopfbüchsen gedichtete Kolben oder Schieber
.sehr schnell infolge Erosion. Solange der Regelkolben in Bewegung oder in seiner
hinteren Totlage ist, hat seine Mantelfläche lediglich den Druckunterschied abzudichten,
der durch die unterschiedliche Bemessung der vorderen und hinteren Kolbenflächen
(Differentialkolbenfiächen) entsteht und der bei richtiger Bemessung des herausgeführten
Stä.ngrhens s verhältnismäßig klein gehalten werden kann. Infolgedessen braucht
der Kolben nicht so schließend im Zylinder eingepaßt oder unverhältnismäßig lang
gemacht zu werd und läßt sich daher leicht hin und her bewegen. Beim Druckhub der
Puhnpe weicht der Regelkolben unter dem im Arbeitsraum entstehenden Druck so weit
zurück, bis der verstellbare Anr schlag d erreicht ist. Der Pumpendruck erreicht
dabei noch nicht den vollen Förderdruck, da, er auf die größere Fläche des Regelkolbens
wirkt, während auf der kleineren Fläche der Förderdruck (Druckleitungsdruck) steht.
Das Druckventil der Pumpe öffnet sich: demnach erst, wenn der Regelkolben am Anschlag
d anschlägt und nun zwangsweise stehentleibt. Erst jetzt beginnt die Förderung der
Pumpe in die Druckleitung. Um ein sicheres Abheben dies Kolbens vom Ventilsitz v
mit der Ringfläche r, um die die wirksame Kolbenfläche beim Aufsitzen, insbesondere
bei zähen Fördermitteln, verkleinert wird, zu gewährleisten, ist eine kräftige Feder
m angeordnet, deren Stärke und Vorspannung entsprechend der Breite der Ringfläche
y und dem Querschnitt des Stängchens s zu bemessen ist. Sie. hat außerdem, ebenso
wie die
Federn im hinteren, Anschlag d die Aufgabe,
den Regelvorgang sanfter zu gestalten, was bei schnell laufenden Pumpen: von Vorteil
ist. Da der hintere Anschlag d während des, Betriebes beliebig verstellbar ist,
wird eine stufenlose Mengenregelung von einer gewünschten Kleinstmenge, die von
der Bemessung desi Zylinderinhaltes, abhängig ist, bis zur vollen Förderleistung
der Pumpe erreicht. Für die Regelung der Fördermenge bis auf Nullförderung mußi
der wirksame Inhalt des Regelzylinders mindestens gleich dem Fördervolumen des Pumpenplungers
sein. Abgesehen von der Reibungsarbeit des Regelkolbens und der Stopfbüchse des
herausgeführten Stängchens wird die beim Zurückschieben des Regelkolbens aufgewandte
Energie restlos, bei dessen; Vorgehen wiedergewonnen, da die Leitungen so groß bemessen
werden können, daß eine Drosselung darin nicht stattzufinden: braucht.
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Die neue Vorrichtung dient in erster Linie zur Regelung bei schweren
Kolbenpumpen mit hohen und höchsten Drucken und schließt hier eine bisher sehr unangenehm
empfundene Lücke in. der stufenlosen Mengenregelung ohne Energieverlust. Auch bei
Kleinpumpen mit hohen Drucken bietet sie, was, Einfachheit und Verschleißsicherheit
anbetrifft, Vorteile gegenüber den bekannten Regelvorrichtungen,. Sie kann nachträglich
an jeder Pumpe ohne größere Änderung angebracht werden und ist örtlich am keinen
bestimmten. Platz gebunden, da alle Bewegungen über hydraulisches Gestänge erfolgen.
Bei richtiger Wahl des Flächenverhältnisses des Stufenkolbens und der Anschlagfedern
vermeidet die Vorrichtung schlagartige, unkontrollierbare Drucksteigerungen - im
Pumpenzylinder. Außer an, Flüssigkeitspumpen kann die Regelvorrichtung auch an allen,
anderen Kolbenpumpen, die ein den Flüssigkeitspumpen ähnliches Indnkatordiagramm
(Volldruckdiagramm) aufweisen,, z. B. an Umwälzpümpen für hochgespannte Gase, Anwendung
finden.