EP0283026A2 - Verfahren und Vorrichtung zum Anfahren einer hydraulischen Membranpumpe gegen Last - Google Patents
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- EP0283026A2 EP0283026A2 EP88104287A EP88104287A EP0283026A2 EP 0283026 A2 EP0283026 A2 EP 0283026A2 EP 88104287 A EP88104287 A EP 88104287A EP 88104287 A EP88104287 A EP 88104287A EP 0283026 A2 EP0283026 A2 EP 0283026A2
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- pressure chamber
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B43/00—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members
- F04B43/02—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having plate-like flexible members, e.g. diaphragms
- F04B43/06—Pumps having fluid drive
- F04B43/067—Pumps having fluid drive the fluid being actuated directly by a piston
Definitions
- the invention relates to a method for starting a hydraulic diaphragm pump against load according to the preamble of claim 1.
- the invention also relates to a device provided for carrying out this method according to the preamble of claim 7.
- a hydraulic diaphragm pump i.e. An oscillating displacement pump, which must be started up under load, i.e. at full system pressure, must first overcome the so-called breakaway torque. This is in the order of twice the nominal torque, which means that the pump drive must be designed accordingly.
- this requires the use of several control valves in connection with a special control device. It is therefore very expensive for high delivery pressures such start-up circuits and not without problems, especially when it comes to difficult delivery fluids, for. B. suspensions.
- the invention is therefore based on the object to provide a method and a device to eliminate the disadvantages described, which work reliably with little design effort and enable a smooth start of the diaphragm pump under load, without the drive having to be designed for the high breakaway torque.
- the method according to the invention consists in that when the diaphragm pump starts up, a displacement of the hydraulic fluid is first transported through the displacement piston in an open connection path between the pressure chamber and the storage chamber, this transport being a circulation flow or pulsation; then the movement of the membrane is coupled to the displacement of the displacement piston in that the connection between the pressure chamber and the storage chamber is interrupted.
- the pressure in the pressure chamber rises to the delivery pressure, so that the pump is smoothly connected to the pressure network of the system.
- the interruption in the connection between the pressure space and the storage space is controlled, a preferred embodiment of the method being the automatic interruption of this connection.
- the connection is interrupted by the overpressure of the hydraulic fluid which occurs in the pressure chamber during the pressure stroke.
- the invention is based on the essential idea of moving the starting device from the product side to the oil side, that is to say from the delivery side to the drive side, and for this purpose to provide a connecting channel between the pressure chamber and the storage chamber, which is basically open, but after the commissioning of the Pump is closed slowly or quickly, whereby the pressure in the pressure chamber then increases up to the delivery pressure.
- the required breakaway torque is therefore only a fraction of that without a starting device, so that there is the decisive advantage that the pump drive in essentially only for the nominal torque, but not for the breakaway torque.
- This has the further advantage that the drive motor designed for the nominal torque works with a significantly better efficiency than the drive motor which is otherwise required and which is matched to the breakaway torque and thus has to be dimensioned much larger.
- the closing device by means of which the connecting channel can be gradually closed, has a movable closing body.
- this can have different structural configurations, namely in the form of a valve, a control slide, a control piston or the like.
- the closing body is preferably arranged in a connection hole accessible from the outside, which is expediently provided at a kink of the connecting channel in such a way that two partial sections of the connecting channel, namely a channel section on the pressure chamber side and a channel section on the storage chamber side, are formed, which are connected by the connection hole.
- the closing body of the closing device can be actuated from the outside via an actuator, be it electrically, magnetically or pneumatically.
- the actuator can work as a function of the number or frequency of the strokes of the displacement piston, in such a way that after the pump is switched on, the passage cross-section of the connecting channel available for the displaced hydraulic fluid is reduced with each additional pressure stroke.
- the closing body can also be controlled automatically, preferably.
- the arrangement is such that the movable closure body can be actuated by the pulsating oil flow during the pump pressure stroke and can be shifted gradually from an open start position to a closed operating position after the pump is switched on.
- care can be taken to ensure that the closing body automatically returns to its open starting position after the pump is switched off.
- the mode of operation of the diaphragm pump provided with a starting device according to the invention is accordingly such that the diaphragm pump is switched on and raised to a minimum speed, it not yet delivering in this state.
- the hydraulic fluid (displacement volume) displaced by the displacement piston pulsates back and forth as an oil flow in the still open connection channel to a greater or lesser extent without the membrane moving.
- the diaphragm which cannot move to the product delivery chamber due to the system pressure in the system, migrates to the rear pressure chamber-side delimitation cap or is already there. This ensures that the membrane is not overstretched when moving off.
- the diaphragm pump head in question is then gently connected to the pressure network of the system, so that overall a smooth start-up occurs under load without the usual high breakaway torque being overcome and, accordingly, the Pump drive must be oversized.
- the locking device can be actuated from the outside by means of a suitably controlled actuator.
- the closing device is preferably designed as an automatically operating device which is activated by the pulsating pump stroke Oil flow is actuated after switching on the pump.
- the closing body which can be a control slide, control piston or the like. And establishes the connection between the pressure chamber and the storage chamber via the connecting channel when the pump is switched on in the start position.
- a metering valve which can also be replaced by a narrow bore or a throttle, a storage space provided at the front end, in particular at the upper end of the closing body, is slowly charged with the stroke rhythm due to the defined flow resistances in the connecting channel.
- the closing body moves downwards against spring force and closes the connecting channel.
- the low overpressure that occurs in the pressure chamber during the pressure stroke causes the gradual moving movement of the closing body in the case of the automatically starting device, which reduces the passage cross section of the connecting channel for the displaced hydraulic fluid with each additional pressure stroke. Due to the higher pressure loss in the passage cross-section of the connecting channel, the pressure in the pressure chamber increases gradually until the closing body completely covers the passage cross-section of the connecting channel blocks, whereupon the pump has reached the delivery pressure.
- the closing body After the pump has been switched off, the closing body then moves back to the starting position in the manner already described in a short time due to its spring loading or due to its own weight and releases the connection between the pressure chamber and the storage chamber again.
- the starting device can be designed in such a way that it automatically closes the connection to the storage room without external intervention solely due to the pressure changes in the pressure chamber when the pump starts up and automatically releases this connection for the next start-up process after the pump has been switched off.
- the start-up characteristic of the diaphragm pump can be easily adapted to the characteristics of the pump drive by appropriate design of the closing body and the flow resistance of the individual sections of the connecting channel.
- the advantages of the invention can be seen in that complex and noise-intensive start-up circuits on the pump delivery side can be dispensed with, - that operating errors are excluded in any case, that the pump drive can be designed for the operating conditions, such as nominal torque, nominal current, etc., with considerable savings in the acquisition and operation of the pump, above all with a variable-speed pump drive, - that clutches, gears and pumps can be operated without lifelong start-ups, - That hydrodynamic plain bearings are only loaded when a stable lubricating film has built up at the minimum speed, and - That the start-up behavior of the pump can be matched to the characteristics of the drive due to the flexibility of the starting device.
- the typical torque-speed characteristic curve for a three-cylinder pump, for example, which has no starting device, is designed such that it has a high starting torque, the so-called.
- Loose breaking torque which is almost twice the nominal torque.
- the dashed line shows the considerably reduced breakaway torque in a diaphragm pump provided with the starting device according to the invention, so that the pump drive must at best be designed for the nominal torque or full load torque.
- the starting device is provided in a hydraulic diaphragm pump which has a conventional diaphragm 1. This is clamped at its edge between a pump body 2 and a pump cover 3 which is detachably attached to the end thereof and separates a delivery chamber 4 from a pressure chamber 5 filled with hydraulic fluid.
- the diaphragm pump shown has a hydraulic diaphragm drive in the form of an oscillating displacement piston 6 which is in the pump body 2 sealed between the pressure chamber 5 and a storage space 7 for the hydraulic fluid is displaceable.
- the piston-side pressure chamber 5 is connected via a plurality of axial bores 8 arranged in the pump body 2 to a membrane-side pressure chamber 9, which is delimited on the one hand by the membrane 1 and on the other hand by a rear (piston-side) dome 10.
- the membrane 1 lies against this rear limiting cap 10 at the end of the suction stroke, as shown in dashed lines in FIG. 2, while it comes to bear against a front limiting cap 11 at the end of the pressure stroke.
- the front limiting cap 11 is formed in the pump cover 3, which has a spring-loaded inlet valve 12 and a spring-loaded outlet valve 13 in the usual manner. These two valves 12, 13 are connected via an inlet channel 14 and an outlet channel 15 to the delivery chamber 4 in such a way that the delivery medium during the suction stroke of the displacement to the right according to FIG. 2 piston 6 and thus the membrane 1 is sucked in the direction of arrow via the inlet valve 12 and the inlet channel 14 into the delivery chamber 4. During the pressure stroke of the diaphragm 1 to the left according to FIG. 2, the pumped medium is then pressed out of the pumping chamber 4 in a metered manner via the outlet channel 15 and the outlet valve 13.
- a customary spring-loaded sniffer valve 16 is provided in the pump body 2, which connects to the pressure chamber 5 or 9 and the storage chamber 7 via channels 17, 18, 19 stands.
- the starting device A provided in the diaphragm pump described has a connecting channel 20 which runs between the pressure chamber 5 and the storage chamber 7 and can be closed by a closing body to be explained in more detail after the pump has been started up.
- the closing body is displaceable in a connection bore 22 which is accessible from the outside and is closed by a plug 21 and which is arranged at a kink of the connection channel 20 such that the section of the connection channel 20 on the pressure chamber side into the bottom of the connection hole 22 and the section of the connection channel 20 on the storage chamber side the side wall of the connection bore 22 opens.
- the Starting device as a closing body on a control slide 23 which is displaceable in the connection bore 22, specifically within a sleeve 24 inserted therein.
- the sleeve 24 is provided with a transverse through bore 25 and a longitudinal channel 26 in such a way that the flow connection is maintained between the section of the connecting channel 20 on the pressure chamber side and its section on the supply side.
- the control slide 23 has a circumferential groove 27 such that the connecting channel 20 is open when the control slide 23 is in the starting position according to FIG. 3, but is closed when the control slide 23 is in the operating position according to FIG. 4.
- this valve device is designed as a check valve or as a spring-loaded metering valve 30, which opens essentially only during the pressure stroke of the displacer 6, but remains closed during the suction stroke of the displacer 6.
- the control slide 23 which establishes the connection between the pressure chamber 5 and the storage chamber 7 via the connecting channel 20 and the channels 25, 26, 27 interacting therewith, is in the starting position according to FIG. 3 when the pump is switched on, in which it is held by the spring 28.
- the pump pul Siert the oil displaced by the displacer 6 in the open connecting channel 20 back and forth.
- a slight overpressure is formed in the pressure chamber 5 during the pressure stroke of the displacer 6, which, due to the defined flow resistances in the channels 20, 25, 26 and 27, causes the metering valve 30 to open and open in the direction of the rechargeable storage chamber 29 with each pressure stroke this storage space 29 is slowly charged in the stroke rhythm.
- control spool 23 moves downward against the force of the spring 28, so that the circumferential groove 27 provided in the control spool 23 also moves away from the connection channel 20 on the storage space side.
- the passage cross section of the connecting channel 20 is reduced until the control slide 23 has shifted completely downward into the operating position according to FIG. 4, in which the connecting channel 20 is completely closed. In this position, the pump has reached the delivery pressure so that the diaphragm pump head is switched on to the system pressure network.
- a throttle 32 is provided in the form of a narrow bore, which has the same effect as the metering valve 30, namely in that the pressure chamber 23 located above the control slide 23 during the pressure stroke of the displacer 29 is charged with hydraulic fluid, so that the control slide 23 moves gradually against the force of the spring 28 downwards in the stroke rhythm and thereby interrupts the connection between the two sections of the connecting channel 20.
- control slide 23 is actuated via an actuator 33, which in turn can be actuated electrically, magnetically or pneumatically.
- the actuator 33 mounted on the outside of the sealing plug 21 of the connecting bore 22 is connected to the control slide 23 via an actuating plunger 34, so that the control slide 23 according to the stroke rhythm of the displacer 6 from its starting position, in which the connecting channel 20 is open, after can be shifted below into its operating position shown in dashed lines, in which the connecting channel 20 is closed.
- valve tappet 35 is provided which is connected to the actuating tappet 34 and which cooperates with a valve seat 36.
- This valve seat 36 is formed in the connection bore 22 by a shoulder formed there on the bottom side of the section of the connecting channel 20 on the pressure chamber side. Accordingly, this valve 35, 36 - analogous to the control slide 23 - can be moved by means of the actuator 33 between a starting position in which the connecting channel 20 is open and an operating position in which the connecting channel 20 is closed.
- the closing body arranged in the connecting bore 22 is designed as a freely movable control piston 37, the piston rod 38 of which projects into the section of the connecting channel 2 on the pressure chamber side.
- the rechargeable storage space 29 which effects the automatic displacement of the control piston 37 is formed below the control piston 37, as can clearly be seen in FIGS. 9 and 10.
- the connection of the storage space 29 to the section of the pressure chamber is carried out Connecting channel 20 via a longitudinal central bore 39 provided in the control piston 37.
- a throttle 32 - similar to that according to FIGS. 5 and 6 - is provided.
- a check valve - similar to the metering valve 30 according to FIGS.
- control piston 37 is hereby raised from its starting position according to FIG. 9, in which the connecting channel 20 is completely open, into its operating position according to FIG. 10, in which the connection between the two sections of the connecting channel 20 is completely interrupted.
- a valve cone 40 which is formed at the connection point between the piston rod 38 and the upper end of the control piston 37, bears against an assigned valve seat — similar to the valve seat 36 according to FIG. 8.
- the control piston 37 slowly sinks back into the starting position according to FIG. 9 due to its own weight, since the storage space 29 gradually discharges due to the leakage current in the piston gap and due to the backflow occurring in the longitudinal center bore 39.
Landscapes
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anfahren einer hydraulischen Membranpumpe gegen Last gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem eine zur Durchführung dieses Verfahrens vorgesehene Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 7.
- Wenn eine hydraulische Membranpumpe, d.h. eine oszillierende Verdrängerpumpe, unter Last, also bei vollem Systemdruck angefahren werden muß, ist zunächst das sog. Losbrechmoment zu überwinden. Dieses liegt in der Größenordnung des doppelten Nennmomentes, was zur Folge hat, daß der Pumpenantrieb entsprechend auszulegen ist. Damit jedoch der Antrieb nicht zu stark überdimensioniert werden muß, hilft man sich in solchen Fällen, insbesondere bei großen 3-Plunger-Pumpen, mittels Installation einer sog. Anfahrschaltung auf der Produktseite, d.h. Förderseite der Pumpe. Dies bedingt jedoch den Einsatz mehrerer Stellventile in Verbindung mit einer speziellen Steuerungseinrichtung. Es sind daher für hohe Förderdrücke derartige Anfahrschaltungen sehr aufwendig und nicht ohne Probleme, vor allem wenn es sich um schwierige Förderfluide, z. B. Suspensionen, handelt.
- Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, zur Beseitigung der geschilderten Nachteile ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zu schaffen, die mit geringem konstruktivem Aufwand zuverlässig arbeiten und ein sanftes Anfahren der Membranpumpe unter Lase ermöglichen, ohne daß der Antrieb für das hohe Losbrechmoment ausgelegt werden muß.
- Diese Aufgabe wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen dieses Verfahrens sind in den Ansprüchen 2 bis 6 beschrieben.
- Die Merkmale der in Form einer Anfahreinrichtung ausgestalteten Vorrichtung gemäß der Erfindung ergeben sich aus Anspruch 7. Zweckmäßige Weiterbildungen hiervon sind in den weiteren Ansprüchen erläutert.
- Das erfindungsgemäße Verfahren besteht darin, daß beim Anlauf der Membranpumpe zuerst in einem offenen Verbindungsweg zwischen Druckraum und Vorratsraum ein Hubvolumen der Hydraulikflüssigkeit durch den Verdrängerkolben transportiert wird, wobei dieser Transport eine Zirkulationsströmung oder Pulsation sein kann; sodann wird die Bewegung der Membran an die Verschiebung des Verdrängerkolbens dadurch angekoppelt, daß die Verbindung zwischen Druckraum und Vorratsraum unterbrochen wird. Hierdurch steigt der Druck im Druckraum auf den Förderdruck an, so daß die Pumpe sanft dem Drucknetz der Anlage zugeschaltet wird. Die Unterbrechung der Verbindung zwischen Druckraum und Vorratsraum erfolgt gesteuert, wobei eine bevorzugte Ausgestaltung des Verfahrens in der automatisch erfolgenden Unterbrechung dieser Verbindung liegt. In diesem Fall kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, die Unterbrechung der Verbindung durch den sich im Druckraum während des Druckhubes einstellenden Überdruck der Hydraulikflüssigkeit zu bewirken.
- Der Erfindung liegt der wesentliche Gedanke zugrunde, die Anfahreinrichtung von der Produktseite auf die Ölseite, d. h. also von der Förderseite auf die Antriebsseite zu verlegen und zu diesem Zweck zwischen dem Druckraum und dem Vorratsraum einen Verbindungskanal vorzusehen, der grundsätzlich offen ist, jedoch nach Inbetriebsetzen der Pumpe langsam oder auch schnell verschlossen wird, wodurch der Druck im Druckraum dann bis zum Förderdruck ansteigt. Das erforderliche Losbrechmoment beträgt somit nur einen Bruchteil desjenigen ohne Anfahreinrichtung, so daß sich der entscheidene Vorteil ergibt, daß der Pumpenantrieb im wesentlichen nur für das Nennmoment, nicht aber für das Losbrechmoment ausgelegt werden muß. Dies hat den weiteren Vorteil zur Folge, daß der auf das Nennmoment ausgelegte Antriebsmotor mit einem deutlich besseren Wirkungsgrad arbeitet als der ansonsten erforderliche, auf das Losbrechmoment abgestimmte und somit viel größer zu dimensionierende Antriebsmotor.
- Die Schließeinrichtung, mittels welcher der Verbindungskanal allmählich verschließbar ist, weist erfindungsgemäß einen beweglichen Schließkörper auf. Dieser kann im Rahmen der Erfindung unterschiedliche konstruktive Ausgestaltungen besitzen, nämlich in Form eines Ventils, eines Steuerschiebers, eines Steuerkolbens oder dgl..
- Der Schließkörper ist vorzugsweise in einer von außen zugänglichen Anschlußbohrung angeordnet, die zweckmäßigerweise derart an einem Knick des Verbindungskanals vorgesehen ist, daß hierdurch zwei Teilabschnitte des Verbindungskanals, nämlich ein druckraumseitiger sowie ein vorratsraumseitiger Kanalabschnitt, gebildet werden, die durch die Anschlußbohrung verbunden sind.
- Erfindungsgemäß kann der Schließkörper der Schließeinrichtung von außen über einen Stellantrieb, sei es elektrisch, magnetisch oder pneumatisch, betätigt werden. Der Stellantrieb kann in Abhängigkeit von der Anzahl bzw. Frequenz der Hübe des Verdrängerkolbens arbeiten, und zwar derart, daß nach dem Einschalten der Pumpe der für die verdrängte Hydraulikflüssigkeit zur Verfügung stehende Durchtrittsquerschnitt des Verbindungskanals bei jedem weiteren Druckhub verkleinert wird. Stattdessen kann auch, und zwar vorzugsweise, die Steuerung des Schließkörpers automatisch erfolgen. Zu diesem Zweck ist die Anordnung derart getroffen, daß der bewegliche Schließ körper durch den pulsierenden Ölstrom beim Pumpendruckhub betätigbar ist und nach dem Einschalten der Pumpe allmählich von einer offenen Startstellung in eine geschlossene Betriebsstellung verschiebbar ist. In Fortbildung der Erfindung kann dabei Sorge dafür getroffen sein, daß der Schließkörper nach dem Abschalten der Pumpe automatisch wieder in seine offene Startstellung zurückgeht.
- Die Funktionsweise der mit einer Anfahreinrichtung gemäß der Erfindung versehenen Membranpumpe stellt sich demgemäß derart dar, daß die Membranpumpe eingeschaltet und auf Minimaldrehzahl hochgefahren wird, wobei sie in diesem Zustand noch nicht fördert. Hierbei pulsiert die vom Verdrängerkolben verdrängte Hydraulikflüssigkeit (Hubvolumen) in dem noch offenen Verbindungskanal als Ölstrom mehr oder weniger drucklos hin und her, ohne daß sich die Membrane bewegt. Die Membran, die sich aufgrund des in der Anlage herrschenden Systemdrucks zum Produktförderraum nicht bewegen kann, wandert zur hinteren druckraumseitigen Begrenzungskalotte bzw. liegt dieser schon an. Dadurch wird sichergestellt, daß die Membran beim Anfahren nicht überdehnt wird. Durch langsames oder auch plötzliches Schließen des Verbindungskanals mittels der per Stellantrieb gesteuerten oder automatisch betätigten Schließeinrichtung wird der betreffende Membranpumpenkopf dann sanft dem Drucknetz der Anlage zugeschaltet, so daß sich insgesamt ein sanftes Anfahren unter Last ergibt, ohne daß das übliche hohe Losebrechmoment überwunden und demgemäß der Pumpenantrieb zu stark überdimensioniert werden muß.
- Wie schon dargelegt, kann die Schließeinrichtung von außen mittels eines geeignet gesteuerten Stellantriebes betätigt werden. Vorzugsweise ist jedoch die Schließeinrichtung als automatisch arbeitende Einrichtung ausgestaltet, die beim Pumpendruckhub durch den pulsierenden Ölstrom nach dem Einschalten der Pumpe betätigt wird. Hierbei befindet sich der Schließkörper, der ein Steuerschieber, Steuerkolben oder dgl. sein kann und über den Verbindungskanal die Verbindung zwischen Druckraum und Vorratsraum herstellt, beim Einschalten der Pumpe in Startstellung. Über ein Dosierventil, das auch durch eine enge Bohrung bzw. eine Drossel ersetzt sein kann, wird ein an stirnseitigen Ende, insbesondere am oberen Ende des Schließkörpers vorgesehener Speicherraum aufgrund der definiert ausgebildeten Strömungswiderstände im Verbindungskanal langsam im Hubrhythmus aufgeladen. Der Schließkörper wandert dabei gegen Federkraft nach unten und schließt den Verbindungskanal. Seine stabile Endlage ist dann die Betriebsstellung. Wenn die Membranpumpe stillgesetzt wird, drück die Feder den Schließkörper gegen den auftretenden Leckstrom wieder in die offene Startstellung zurück. Es steht demgemäß bei Stillstand der Membranpumpe der Druckraum in ständiger offener Verbindung mit dem Vorratsraum für die Hydraulikflüssigkeit. Wenn dann die Membranpumpe wieder in Betrieb gesetzt wird, wird das gesamte, vom Verdrängerkolben verdrängte Hydraulikvolumen über die Anfahreinrichtung (Verbindungskanal einschließlich offener Schließeinrichtung) ohne wesentliche Druckerhöhung in den Vorratsraum zurückgeführt.
- Der sich im Druckraum während des Druckhubes einstellende geringe Überdruck bewirkt im Fall der automatisch arbeitenden Anfahreinrichtung die schrittweise Wanderbewegung des Schließkörpers, der bei jedem weiteren Druckhub den Durchtrittsquerschnitt des Verbindungskanals für die verdrängte Hydraulikflüssigkeit verkleinert. Durch den höheren Druckverlust im Durchtrittsquerschnitt des Verbindungskanals steigt der Druck im Druckraum stufenweise an, und zwar so lange, bis der Schließkörper den Durchtrittsquerschnitt des Verbindungskanals vollständig sperrt, worauf dann die pumpe den Förderdruck erreicht hat.
- Nach dem Abstellen der Pumpe wandert dann der Schließkörper in der bereits geschilderten Weise in kurzer Zeit aufgrund seiner Federbelastung oder aufgrund seines Eigengewichtes in die Startstellung zurück und gibt erneut die Verbindung zwischen dem Druckraum und dem Vorratsraum frei.
- Die Anfahreinrichtung kann so ausgeführt sein, daß sie ohne Eingriffe von außen allein aufgrund der Druckwechsel im Druckraum beim Anfahren der Pumpe selbsttätig die Verbindung zum Vorratsraum schließt und diese Verbindung nach dem Abstellen der Pumpe selbsttätig wieder für den nächsten Anfahrvorgang freigibt.
- Durch entsprechende Gestaltung des Schließkörpers sowie der Strömungswiderstände der einzelnen Abschnitte des Verbindungskanals läßt sich die Anfahrcharakteristik der Membranpumpe leicht an die Eigenarten des Pumpenantriebes anpassen.
- Um den Einfluß von Fertigungstoleranzen, Hubfrequenzen des Verdrängerkolbens und Viskosität der Hydraulikflüssigkeit auszuschalten, ist es außerdem möglich, wie schon dargelegt, die Betätigung des Schließkörpers über elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch arbeitende Stellglieder von außen durchzuführen, und zwar unabhängig von den Druckwechselvorgängen in der Pumpe. Auf diese Weise können unterschiedliche Anfahrcharakteristiken verwirklicht werden.
- Insgesamt sind damit die Vorteile der Erfindung darin zu sehen,
- daß aufwendige und geräuschintensive Anfahrschaltungen auf der Förderseite der Pumpe entfallen können,
- daß Bedienungsfehler in jedem Fall ausgeschlossen sind,
- daß der Pumpenantrieb für die Betriebsbedingungen, wie Nenndrehmoment, Nennstrom usw., ausgelegt werden kann, wobei sich vor allen Dingen bei einem drehzahlverstellbaren Pumpenantrieb erhebliche Einsparungen in der Anschaffung sowie beim Betrieb der Pumpe ergeben,
- daß Kupplungen, Getriebe und Pumpe ohne lebensdauermindernde Anfahrstöße betrieben werden können,
- daß hydrodynamische Gleitlager erst belastet werden, wenn sich bei der Mindestdrehzahl ein tragfähiger Schmierfilm aufgebaut hat, und
- daß aufgrund der Flexibilität der Anfahreinrichtung das Anlaufverhalten der Pumpe auf die Eigenarten des Antriebes abgestimmt werden kann. - Die Erfindung wird im folgenden in Form mehrerer Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:
- Fig. 1 schematisch im Diagramm den typischen Verlauf einer Drehmomentkennlinie über der Drehzahl für eine Dreizylinderpumpe - sowohl ohne als auch mit Anfahreinrichtung;
- Fig. 2 im Längsschnitt eine mit der Anfahreinrichtung gemäß der Erfindung versehene Membranpumpe;
- Fig. 3 vergrößert im Schnitt das Detail A gemäß Fig. 2, wobei die dargestellte Anfahreinrichtung als Ventileinrichtung ein Rückschlagventil sowie als Schließkörper einen Steuerschieber aufweist, mit in Startstellung befindlichem Steuerschieber und
- Fig. 4 mit in Betriebstellung befindlichem Steuerschieber;
- Fig. 5 eine abgewandelte Ausführungsform in Startstellung und
- Fig. 6 in Betriebsstellung;
- Fig. 7 eine weiterhin abgewandelte Ausführungsform, wobei die Betätigung der Schließeinrichtung über einen Stellantrieb erfolgt, mit einem Steuerschieber als Schließkörper und
- Fig. 8 eine weiterhin abgewandelte Ausführungsform mit einem Ventil als Schließkörper;
- Fig. 9 eine weitere abgewandelte Ausführungsform mit einem am unteren Ende des Schließkörpers angeordneten Speicherraum, in Startstellung und
- Fig. 10 in Betriebsstellung sowie
- Fig. 11 eine weitere Abwandlung unter Verwendung eines Schiebers anstelle eines Ventils.
- Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist die typische Drehmoment-Drehzahlkennlinie für beispielsweise eine Dreizylinderpumpe, die keine Anfahreinrichtung aufweist, derart ausgebildet, daß diese ein hohes Anfahrmoment, das sog. Losebrechmoment, aufweist, welches fast beim doppelten Nennmoment liegt. Demgegenüber zeigt die gestrichelt dargestellte Linie das beträchtlich verringerte Losbrechmoment bei einer mit der erfindungsgemäßen Anfahreinrichtung versehenen Membranpumpe, so daß demgemäß der Pumpenantrieb allenfalls für das Nennmoment bzw. Volllastmoment ausgelegt werden muß.
- Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist die Anfahreinrichtung bei einer hydraulischen Membranpumpe vorgesehen, die eine übliche Membran 1 aufweist. Diese ist an ihrem Rand zwischen einem Pumpenkörper 2 sowie eine hieran stirnseitig lösbar festgelegten Pumpendeckel 3 eingespannt und trennt einen Förderraum 4 von einem mit Hydraulikflüssigkeit gefüllten Druckraum 5. Die dargestellte Membranpumpe weist einen hydraulischen Membranantrieb in Form eines oszillierenden Verdrängerkolbens 6 auf, der im Pumpenkörper 2 abgedichtet zwischem dem Druckraum 5 und einem Vorratsraum 7 für die Hydraulikflüssigkeit verschiebbar ist. Der kolbenseitige Druckraum 5 steht über mehrere im Pumpenkörper 2 angeordnete axiale Bohrungen 8 mit einem membranseitigen Druckraum 9 in Verbindung, der einerseits durch die Membran 1 sowie andererseits durch eine hintere (kolbenseitige) Kalotte 10 begrenzt ist. Die Membran 1 liegt dieser hinteren Begrenzungskalotte 10 am Ende des Saughubes an, wie gestrichelt in Fig. 2 dargestellt, während sie am Ende des Druckhubes zur Anlage an eine vordere Begrenzungskalotte 11 kommt.
- Die vordere Begrenzungskalotte 11 ist im Pumpendeckel 3 gebildet, der in der üblichen Weise ein federbelastetes Einlaßventil 12 sowie ein federbelastetes Auslaßventil 13 aufweist. Diese beiden Ventile 12, 13 stehen über einen Einlaßkanal 14 sowie einen Auslaßkanal 15 derart mit dem Förderraum 4 in Verbindung, daß das Fördermedium bei dem nach rechts gemäß Fig. 2 erfolgenden Saughub des Verdrän gerkolbens 6 und damit der Membran 1 in Pfeilrichtung über das Einlaßventil 12 und den Einlaßkanal 14 in den Förderraum 4 angesaugt wird. Bei dem nach links gemäß Fig. 2 erfolgenden Druckhub der Membran 1 wird dann das Fördermedium über den Auslaßkanal 15 und das Auslaßventil 13 in Pfeilrichtung dosiert aus dem Förderraum 4 herausgedrückt.
- Um am Ende des Saughubes eine Überlastung der Membran 1 sowie das Auftreten von Kavitation zu verhindern, ist im Pumpenkörper 2 ein übliches federbelastetes Schnüffelventil 16 vorgesehen, das über Kanäle 17, 18, 19 mit dem Druckraum 5 bzw. 9 und dem Vorratsraum 7 in Verbindung steht.
- Die bei der beschriebenen Membranpumpe vorgesehene Anfahreinrichtung A weist einen Verbindungskanal 20 auf, der zwischen Druckraum 5 sowie Vorratsraum 7 verläuft und durch einen nachstehend näher zu erläuternden Schließkörper nach Inbetriebsetzen der Pumpe verschließbar ist. Der Schließkörper ist in einer von außen zugänglichen, durch einen Stopfen 21 verschlossenen Anschlußbohrung 22 verschiebbar, die derart an einem Knick des Verbindungskanals 20 angeordnet ist, daß der druckraumseitige Abschnitt des Verbindungskanals 20 in den Boden der Anschlußbohrung 22 und der vorratsraumseitige Abschnitt des Verbindungskanals 20 in die Seitenwand der Anschlußbohrung 22 mündet.
- Verschiedene konstruktive Ausführungsbeispiele der im wesentlichen aus dem Verbindungskanal 20 und dem hiermit zusammenwirkenden Schließkörper bestehenden Anfahreinrichtung A werden nachstehend anhand der Fig. 3 - 11 im einzelnen erläutert.
- Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 und 4 weist die Anfahreinrichtung als Schließkörper einen Steuerschieber 23 auf, der in der Anschlußbohrung 22, und zwar speziell innerhalb einer hierin eingesetzten Hülse 24, verschiebbar ist. Die Hülse 24 ist derart mit einer querverlaufenden Druchgangsbohrung 25 und einem Längskanal 26 versehen, daß die Strömungsverbindung zwischen dem druckraumseitigen Abschnitt des Verbindungskanals 20 und dessen vorratsseitigem Abschnitt aufrechterhalten ist. An einer bestimmten Stelle seines Umfangs weist der Steuerschieber 23 eine Umfangsnut 27 auf, derart daß der Verbindungskanal 20 bei in Startstellung gemäß Fig. 3 befindlichem Steuerschieber 23 offen, jedoch bei in Betriebstellung gemäß Fig. 4 befindlichem Steuerschieber 23 verschlossen ist. Zwischen dem unteren Ende des Steuerschiebers 23 und dem Verschlußstopfen 21 stützt sich in der Einsatzhülse 24 eine Feder 28 ab, die den Steuerschieber 23 in Richtung seiner Startstellung vorspannt. Demgegenüber ist zwischen dem oberen stirnseitigen Ende des Steuerschiebers 23 und dem Boden der Hülse 24 ein Speicherraum 29 begrenzt, der über eine Ventileinrichtung mit dem druckraumseitigen Abschnitt des Verbindungskanals 20 in Verbindung steht und mit Hydraulikflüssigkeit aufladbar ist. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist diese Ventileinrichtung als Rückschlagventil bzw. als federbelastetes Dosierventil 30 ausgestaltet, das sich im wesentlichen lediglich beim Druckhub des Verdrängerkolbens 6 öffnet, jedoch beim Saughub des Verdrängerkolbens 6 geschlossen bleibt.
- Wie schon eingangs dargelegt, befindet sich der Steuerschieber 23, der über den Verbindungskanal 20 und die hiermit zusammenwirkenden Kanäle 25, 26, 27 die Verbindung zwischen dem Druckraum 5 und dem Vorratsraum 7 herstellt, beim Einschalten der Pumpe in der Startstellung gemäß Fig. 3, in der er durch die Feder 28 gehalten ist. Bei auf Minimaldrehzahl hochgefahrener Pumpe pul siert dabei das vom Verdrängerkolben 6 verdrängte Öl im offenen Verbindungskanal 20 hin und her. Hierbei bildet sich jeweils im Druckraum 5 während des Druckhubes des Verdrängerkolbens 6 ein geringer Überdruck aus, der aufgrund der definierten Strömungswiderstände in den Kanälen 20, 25, 26 und 27 bewirkt, daß bei jedem Druckhub das Dosierventil 30 in Richtung des aufladbaren Speicherraums 29 öffnet und dieser Speicherraum 29 langsam im Hubrhythmus aufgeladen wird. Es wandert demgemäß der Steuerschieber 23 gegen die Kraft der Feder 28 nach unten, so daß sich auch die im Steuerschieber 23 vorgesehene Umfangsnut 27 vom vorratsraumseitigen Verbindungskanal 20 wegbewegt. Hierdurch wird der Durchtrittsquerschnitt des Verbindungskanals 20 verkleinert, und zwar so lange, bis sich der Steuerschieber 23 vollständig nach unten in die Betriebsstellung gemäß Fig. 4 verschoben hat, in welcher der Verbindungskanal 20 vollständig geschlossen ist. In dieser Stellung hat die Pumpe den Förderdruck erreicht, so daß der Membranpumpenkopf dem Drucknetz der Anlage zugeschaltet wird.
- Wie deutlich aus Fig. 3 und 4 ersichtlich, ist der Vollständigkeit halber noch darauf hinzuweisen, daß der die Feder 28 aufnehmende Hülsenraum unterhalb des Steuerschiebers 23 über einen Durchlaß 31 mit dem vorratsraumseitigen Abschnitt des Verbindungskanals 20 in Verbindung steht.
- Bei der abgewandelten Ausführungsform gemäß Fig. 5 und 6 ist anstelle des Dosierventils 30 eine Drossel 32 in Form einer engen Bohrung vorgesehen, die denselben Effekt wie das Dosierventil 30 ausübt, nämlich dahingehend, daß beim Druckhub des Verdrängerkolbens 6 der über dem Steuerschieber 23 befindliche Speicherraum 29 mit Hydraulikflüssigkeit aufgeladen wird, so daß sich der Steuerschieber 23 entgegen der Kraft der Feder 28 schrittweise im Hubrhythmus nach unten bewegt und hierbei die Verbindung zwischen den beiden Abschnitten des Verbindungskanals 20 unterbricht.
- Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 7 erfolt die Betätigung des steuerschiebers 23 über einen Stellantrieb 33, der seinerseits elektrisch, magnetisch oder pneumatisch betätigt werden kann. Zu diesem Zweck steht der außen am Verschlußstopfen 21 der Anschlußbohrng 22 angebrachte Stellantrieb 33 über einen Betätigungsstößel 34 mit dem Steuerschieber 23 in Verbindung, so daß der Steuerschieber 23 entsprechend dem Hubrhythmus des Verdrängerkolbens 6 aus seiner Startstellung, in welcher der Verbindungskanal 20 offen ist, nach unten in seine gestrichelt dargestellte Betriebsstellung verschoben werden kann, in welcher der Verbindungskanal 20 geschlossen ist.
- Bei der gegenüber Fig. 7 abgewandelten Ausführungsform gemäß Fig. 8 ist anstelle des Steuerschiebers 23 ein mit dem Betätigungsstößel 34 verbundener Ventilstößel 35 vorgesehen, der mit einem Ventilsitz 36 zusammenwirkt. Dieser Ventilsitz 36 ist in der Anschlußbohrung 22 durch eine dort bodenseitig geformte Schulter des druckraumseitigen Abschnittes des Verbindungskanals 20 gebildet. Demgemäß läßt sich dieses Ventil 35, 36 - analog dem Steuerschieber 23 - mittels des Stellantriebs 33 zwischen einer Startstellung, in welcher der Verbindungskanal 20 offen ist, und einer Betriebsstellung bewegen, in welcher der Verbindungskanal 20 geschlossen ist.
- Bei der weiterhin abgewandelten Ausführungsform gemäß Fig. 9 und 10 ist der in der Anschlußbohrung 22 angeordnete Schließkörper als frei beweglicher Steuerkolben 37 ausgebildet, dessen Kolbenstange 38 in den druckraumseitigen Abschnitt des Verbindungskanals 2 ragt. Der die automatische Verschiebung es Steuerkolbens 37 bewirkende aufladbare Speicherraum 29 ist unterhalb des Steuerkolbens 37 gebildet, wie deutlich aus Fig. 9 und 10 ersichtlich. Hierbei erfolgt die Verbindung des Speicherraums 29 mit dem druckraumseitigen Abschnitt des Verbindungskanals 20 über eine im Steuerkolben 37 vorgesehene Längsmittelbohrung 39. An dem in den Speicherraum 29 ausmündenden Ende dieser Längsmittelbohrung 38 ist eine Drossel 32 - ähnlich derjenigen gemäß Fig. 5 und 6 - vorgesehen. Stattdessen kann auch ein Rückschlagventil - ähnlich dem Dosierventil 30 gemäß Fig. 3 und 4 - angeordnet sein, das bei jedem Druckhub des Verdrängerkolbens 6 in Richtung des Speicherraums 29 öffnet und diesen mit Hydraulikflüssigkeit auflädt. In jedem Fall wird hierdurch der Steuerkolben 37 aus seiner Startstellung gemäß Fig. 9, in der der Verbindungskanal 20 vollständig offen ist, in seine Betriebsstellung gemäß Fig. 10 angehoben, in welcher die Verbindung zwischen den beiden Abschnitten des Verbindungskanals 20 vollständig unterbrochen ist. In dieser Stellung liegt ein Ventilkonus 40, der an der Verbindungsstelle zwischen Kolbenstange 38 und oberem Ende des Steuerkolbens 37 gebildet ist, einem zugeordneten Ventilsitz - ähnlich dem Ventilsitz 36 gemäß Fig. 8 - an. Nach dem Abschalten der Pumpe sinkt dann der Steuerkolben 37 aufgrund seines Eigengewichtes langsam wieder in die Startstellung gemäß Fig. 9, da sich der Speicherraum 29 allmählich aufgrund des Leckstroms im Kolbenspalt sowie aufgrund des sich in der Längsmittelbohrung 39 erbegenden Rückstroms entlädt.
- Wie aus Fig. 11 ersichtlich, ist es schießlich möglich, anstelle des am oberen Ende des Steuerkolbens 37 angeordneten Ventilkonus 40 einen Schieber 41 vorzusehen, der in einem verengten Teil 42 der Anschlußbohrung 22 die Verbindung zwischen den beiden Abschnitten des Verbindungskanals 20 steuert.
- Hinsichtlich vorstehend nicht näher erläuterter Merkmale der Erfindung wird im übrigen ausdrücklich auf die Zeichnung sowie die Ansprüche verwiesen.
Claims (21)
dadurch gekennzeichnet,
daß beim Anlauf der Pumpe in einem offenen Verbindungsweg zwischen Druckraum und Vorratsraum ein Hubvolumen der Hydraulikflüssigkeit durch den Verdrängerkolben transportiert wird und daß sodann die Bewegung der Membran an die Verschiebung des Verdrängerkolbens dadurch angekoppelt wird, daß die Verbindung zwischen Druckraum und Vorratsraum unterbrochen wird.
dadurch gekennzeichnet,
daß das Hubvolumen der Hydraulikflüssigkeit im Verbindungsweg zwischen Druckraum und Vorratsraum zirkuliert.
dadurch gekennzeichnet,
daß das Hubvolumen der Hydraulikflüssigkeit im Verbindungsweg zwischen Druckraum und Vorratsraum aufgrund des Verdrängerkolbens derart strömt, daß es pulsiert.
dadurch gekennzeichnet,
daß die Unterbrechung der Verbindung zwischen Druckraum und Vorratsraum gesteuert erfolgt.
dadurch gekennzeichnet,
daß die Unterbrechung der Verbindung zwischen Druckraum und Vorratsraum automatisch erfolgt.
dadurch gekennzeichnet,
daß die Unterbrechung der Verbindung zwischen Druckraum und Vorratsraum durch den sich im Druckraum während des Druckhubes einstellenden Überdruck der Hydraulikflüssigkeit bewirkt wird.
dadurch gekennzeichnet,
daß auf der Pumpenantriebsseite zwischen dem Druckraum (5) und dem Vorratsraum (7) ein Verbindungskanal (20) vorgesehen ist, der beim Anlauf der Pumpe die vom Verdrängerkolben (6) im Druckraum (5) verdrängte Hydraulikflüssigkeit in den Vorratsraum (7) zurückführt und der im Verlauf der weiteren Hübe des Verdrängerkolbens (6) durch eine gesteuerte Schließeinrichtung (A) verschießbar ist, so daß der Druck im Druckraum (5) bis zum Förderdruck ansteigt.
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schließeinrichtung (A) einen beweglichen Schließkörper (23; 35, 36;37) aufweist, der zwischen einer Startstellung, in der er den Durchtrittsquerschnitt des Verbindungskanals (20) freigibt, und einer Betriebsstellung verschiebbar ist, in welcher der Durchtrittsquerschnitt des Verbindungskanals (20) verschlossen ist.
dadurch gekennzeichnet,
daß der Schließkörper ein Ventil (35, 36) ist, dessen Ventilkörper (35) mit einem im Verbindungskanal (20) gebildeten Ventilsitz (36) zusammenwirkt.
dadurch gekennzeichnet,
daß der Schließkörper ein Steuerschieber (23) ist, der im Strömungsweg des Verbindungskanals (20) angeordnet ist und über einen Durchlaßkanal (27) die Größe des Durchtrittsquerschnitts des Verbindungskanals (20) steuert.
dadurch gekennzeichnet,
daß der Schließkörper ein Steuerkolben (37) ist.
dadurch gekennzeichnet,
daß der Schließkörper (23; 35, 36; 37) in einer von außen zugänglichen Anschlußbohrung (22) verschiebbar ist.
dadurch gekennzeichnet,
daß die Anschlußbohrung (22) derart an einem Knick des Verbindungskanals (20) angeordnet ist, daß der druckraumseitige Abschnitt des Verbindungskanals (20) in den Boden der Anschlußbohrung (22) und der vorratsraumseitige Abschnitt des Verbindungskanals (20) in die Wand der Anschlußbohrung (22) ausmündet.
dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuerung des Schließkörpers (23; 35, 36) von außen über einen Stellantrieb (33) erfolgt.
dadurch gekennzeichnet,
daß der Stellantrieb (33) in Abhängigkeit von der Anzahl bzw. Frequenz der Hübe des Verdrängerkolbens (6) arbeitet derart, daß nach dem Einschalten der Pumpe der für die verdrängte Hydraulikflüssigkeit zur Verfügung stehende Durchtrittsquerschnitt des Verbindungskanals (20) bei jedem weiteren Druckhub verkleinert wird.
dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuerung des Schließkörpers (23; 37) automatisch erfolgt derart, daß dieser durch den pulsierenden Ölstrom beim Pumpendruckhub betätigbar und nach dem Einschalten der Pumpe allmählich von seiner offenen Startstellung in die geschlossene Betriebsstellung bewegbar ist.
dadurch gekennzeichnet,
daß der Schließkörper (23; 37) mit seinem einen stirnseitigen Ende einen in der Anschlußbohrung (22) gebildeten Speicherraum (29) begrenzt, der über eine Ventileinrichtung (30, 32) an dem druckraumseitigen Abschnitt des Verbindungskanals (20) angeschlossen ist und bei jedem Druckhub des Verdrängerkolbens (6) mit Hydraulikflüssigkeit aufladbar ist.
dadurch gekennzeichnet,
daß der aufladbare Speicherraum (29) am oberen Ende des Schließkörpers (23) angeordnet ist, wobei der Schließkörper (23) durch eine Feder (28) in Richtung seiner offenen Startstellung vorgespannt ist.
dadurch gekennzeichnet,
daß der aufladbare Speicherraum (29) unterhalb des Schließkörpers (37) angeordnet ist, wobei die Ventileinrichtung (30, 32) über eine im Schließkörper (37) gebildete Längsmittelbohrung (39) an den druckraumseitigen Teil bzw. Abschnitt des Verbindungskanals angeschlossen ist.
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ventileinrichtung ein Rückschlagventil (30) ist, das sich beim Druckhub des Verdrängerkolbens (6) zum aufladbaren Speicherraum (29) hin öffnet.
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ventileinrichtung eine Drossel (32) ist.
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