CH652777A5

CH652777A5 - Anordnung zur pulsationsfreien foerderung eines fluessigen mediums sowie strassenmarkiermaschine mit dieser anordnung.

Info

Publication number: CH652777A5
Application number: CH1264/81A
Authority: CH
Inventors: Frank Hofmann
Original assignee: Hofmann Walter Maschf
Priority date: 1980-02-26
Filing date: 1981-02-25
Publication date: 1985-11-29
Also published as: IT1135622B; DE3007116A1; DE3007116C2; GB2071785B; SE8101140L; JPS56142907A; CA1163849A; FR2476711B1; US4436230A; ATA68981A; SE449771B; IT8119978A0; JPH0231169B2; AT386030B; FR2476711A1; GB2071785A; BR8101149A

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur pulsationsfreien Förderung eines flüssigen Mediums von einem Vorratsbehälter zu einem Verbraucher mittels statisch arbeitenden Fördereinrichtungen mit hin- und hergehenden Verdrängern sowie eine Strassenmarkiermaschine mit einer derartigen Anordnung.

Es gibt eine grosse Anzahl von mittels Pumpen durchzuführender Förderprobleme, bei denen die Fördermedien pul-sationsfrei gefördert werden müssen, bei denen aber aus den unterschiedlichsten Gründen nicht die stationäre Strömungen in den Förderleitungen bewirkenden Kreiselpumpen zur Verwendung kommen können, sondern bei denen die Förderung mit Verdrängerpumpen mit hin- und hergehenden Verdrängern, z.B. Kolben vorgenommen werden muss. Um in derartigen Fällen die infolge der üblichen Pleuel- oder Exzenterkinematiken dieser Pumpen stetig an- und abschwellenden Förderungen, mit der Folge instationärer, d.h. pulsierender Strömungen in den Förderleitungen zu vermeiden, sind schon die verschiedensten Massnahmen und Anordnungen vorgeschlagen und durchgeführt worden.

So hat man versucht, die Pulsation jedes einzelnen Kolbens wenigstens zu wesentlichen Teilen durch mehrere in das gleiche System phasenversetzt arbeitende Kolben auszugleichen. Derartige Pumpen haben sich bisher nur in der Ölhydraulik mit schiebegesteuerten Pumpen durchsetzen können.

Bei nicht schmierfähigen Flüssigkeiten werden überwiegend nach wie vor Kolbenpumpen in klassischer Bauweise mit einem Saug- und Druckventil je Kolben verwendet. Um auch hierbei die Pulsation, oder Restpulsation bei mehreren Kolben auszuschalten, werden häufig auf der Druckseite Windkessel angeordnet. Da die pulsationsdämpfende Wirkung von Windkesseln jedoch einmal von der Frequenz (Pumpendreh- oder hubzahl) und zum anderen von den jeweiligen Druckverhältnissen abhängt und diese ausserdem ein elastisches Glied auf der Druckseite darstellen, sind Windkessel überall dort, wo eine exakt statische Förderung über einen grossen Drehzahl- und Gegendruckbereich verlangt wird und dort, wo der Förderstrom abrupt gestoppt und wieder frei gelassen wird, wie das z.B. bei Strassenmarkier-maschinen bei Anbringung von regelmässig unterbrochenen Verkehrsleitlinien mittels Farbspritzpistolen oder dergl. der Fall ist, nicht geeignet.

Um von hin- und herbewegten Kolben einen pulsationsfreien gegendruckunabhängigen Förderstrom zu erhalten, wurden deshalb völlig anders geartete Kinematiken entwik-kelt als sie der Kurbeltrieb darstellt.

Alle vom Kurbeltrieb abweichenden Kinematiken zielen daraufhin, die Summe der Geschwindigkeiten sämtlicher an der Förderung beteiligter Kolben konstant zu machen. Dieses an sich schon seit langem bekannte Prinzip hat allerdings den Nachteil, dass eine echte pulsationsfreie Überlagerung nur bei atmosphärischem Druck oder allenfalls bei geringen Gegendrücken erreicht wurde.

Beispielsweise kann die Vorkompression durch entsprechende kinetische Veränderung im Pumpenantrieb erreicht werden, oder im Falle von hydraulischen Pumpenantrieben mit den in der Hydraulik zur Verfügung stehenden Möglichkeiten des Einsatzes von Druckspeichern und Drosseln. Alle diese Verfahren haben jedoch den Nachteil, dass in Abhängigkeit vom Arbeitsdruck die Arbeitsdruckkompensation verändert werden muss. Bei häufig wechselnden Arbeitsdrücken muss entsprechend häufig die Arbeitsdruckkompensation neu justiert werden, was lästig ist.

Durch die vorliegende Erfindung sollen diese Nachteile vermieden und insbesondere, aber nicht ausschliesslich für Strassenmarkiermaschinen die Aufgabe gelöst werden, eine einfache Anordnung mit pulsationsfrei statisch arbeitenden Fördereinrichtungen mit hin- und hergehenden Verdrängern ohne Vorkompression zu schaffen, bei der der Vorgang der Vorkompression keinen pulsationsfördernden Einfluss hat.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erflndungsgemäss bei einer Anordnung der eingangs beschriebenen Art vorgeschlagen, die Druckseiten von mindestens zwei Förderein2

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richtungen mit einander überdeckenden Bereichen gleicher und zur Antriebgeschwindigkeit (Antriebsdrehzahl) proportionale Förderströme in den Überdeckungsbereichen dieser Förderströme, über ein Umschaltorgan nacheinander abwechselnd mit dem Verbraucher oder dem Vorratsbehälter zu verbinden.

Bei einer Srassenmarkiermaschine mit einer derartigen Anordnung sind die Fördereinrichtungen in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit der Markiermaschine angetriebene Pumpen, deren Förderströme zur Fahrgeschwindigkeit proportional sind. Zur Erzielung der Bereiche mit zur Fahrgeschwindigkeit proportionaler Förderströme können die Verdränger der Pumpen durch mit dem Fahrantrieb der Markiermaschine verbundene Kurvenscheiben mit Bereichen gleichmässiger Steigungen gesteuert werden, über Zahn-stangen-Getriebe mit dem Fahrantrieb verbunden sein oder mit Hydraulikzylindern in Verbindung stehen, die von mit dem Fahrantrieb der Markiermaschine verbundenen Flüssigkeitspumpen betätigt werden. Selbstverständlich können auch noch andere geeignete Antriebe an sich bekannter Art zu Verwendungen kommen. Um mit beliebig hohen Förderdrücken arbeiten zu können, kann der Antrieb der Verdränger über unmittelbar auf die Verdränger der Pumpen wirkende Druckflüssigkeit erfolgen.

Als Pumpen sollen vorzugsweise Balg- oder Membranpumpen zur Anwendung kommen, insbesondere dann, wenn abrasive Medien zu fördern sind, jedoch können auch andere Pumpen mit oszillierend arbeitenden Verdrängern vorgesehen werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung soll in die Rückführleitung zum Materialbehälter ein Drosselorgan eingeschaltet werden, dessen Widerstand an den Widerstand des Verbrauchers anpassbar ist.

Das Umschaltorgan soll vorzugweise so ausgebildet sein, dass während des Umschaltvorganges selbst die Druckseiten der Kolbenpumpen gleichzeitig mit dem Verbraucher und mit dem Vorratsbehälter verbunden sind. Die Betätigung des Umschaltorgans erfolgt während des Durckhubes beider Verdränger im Bereich der sich überdeckenden zur Fahrgeschwindigkeit der Maschine proportionalen Hubgeschwindigkeit der Verdränger. Die Betätigung des Umschaltorgans wird vorzugsweise vom Antrieb der Verdränger abgeleitet. Zur Betätigung kann zweckmässig ein druckluft- oder flüssig-keitsbeaufschlagter Kolben dienen.

Insbesondere für sehr viskose Materialien sollen die Pumpen sowie das Umschaltorgan durch eine Wärmeträgerflüssigkeit beheizbar sein.

An Hand der beiliegenden Zeichnungen, auf denen in schematischer Darstellung:

Fig. 1 die Anordnung der als Kolbenpumpen ausgeführten Pumpen der erfindungsgemässen Strassenmarkiermaschine mit zwei unterschiedlichen Schalt- bzw. Arbeitsstellungen der Pumpen und

Fig. 2 die Förderdiagramme der beiden Pumpen zeigen, soll die Erfindung nachfolgend beispielsweise noch näher erläutert werden.

In den Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. So sind in Fig. la und lb die eine Kolbenpumpe mit 10 und die andere Kolbenpumpe mit 11 bezeichnet und die dazugehörigen Kolben, die im dargestellten Beispiel als Balgkolben ausgeführt sind, mit denen auch abrasive Medien gefördert werden können, mit 12 und 13. Gesteuert werden die Kolben durch die Kurvenscheiben 14und 15. Während die Saugseiten der Kolbenpumpen 10 und 11 mit einem Vorratsbehälter 18 in Verbindung stehen, sind die Druckseiten zu einem Umschaltorgan 16 geführt,

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durch das die Pumpen abwechselnd auf einen Verbraucher 17, beispielsweise die Spritzpistole einer Strassenmarkiermaschine, oder auf den Vorratsbehälter 18 schaltbar sind.

In der Leitung zum Massenbehälter ist ein einstellbares Drosselorgan 19 vorgesehen. Die Betätigung des Umschaltor-ganes erfolgt im dargestellten Beispiel durch einen Druckluftzylinder 20, der durch einen Nocken 21 gesteuert wird, welcher auf der gleichen Achse sitzt wie die Steuerscheiben 14 und 15, mit der Kolbenbewegung also fest gekoppelt ist.

In Fig. 2 sind die Förderdiagramme der beiden Kolbenpumpen I und II dargestellt. Man erkennt, dass bei der erfindungsgemässen Ausbildung der Steuerscheiben 14,15 mit einander überschneidenden Bereichen konstanter Steigungen und der Anordnung des Umschaltorganes 16 ein vollkommen pulsationsfreier Förderstrom erreichbar ist. Da der Verbraucher des Fördermediums immer nur mit einem der Zylinder verbunden ist, erhält er das Fördermedium also niemals als Summenstrom aus zwei oder mehr Zylindern. Die zusätzliche Fördermenge, die im Überschneidungsbereich infolge der gleichzeitigen Förderung zweier Kolben anfällt, wird nicht dem Verbraucher 17 zugeführt, sondern über eine Drossel 19, deren Widerstand genau demjenigen des Verbrauchers entspricht, in den Vorratsbehälter 19 zurückgefördert. Im betreffenden Zylinder baut sich demnach der gleiche Arbeitsdruck auf wie in demjenigen Zylinder, der mit dem Verbraucher verbunden ist. Im Überschneidungsbereich der Förderhübe der beiden Kolben liegen also zwei gleiche Föderströme mit den gleichen Gegendrücken vor, von denen der eine dem Verbraucher zugeführt und der andere zum Vorratsbehälter zurückgeführt wird.

Im Überschneidungsbereich der beiden Förderhübe wird durch das Umsteuerventil 16 der Verbraucher von dem kurz vor dem Ende des Förderhubes befindlichen Kolben auf den kurz nach dem Beginn des Förderhubes befindlichen Kolben umgeschaltet. Gleichzeitig wird der Rücklauf zum Vorratsbehälter von dem kurz nach Beginn des Förderhubes befindlichen Kolben umgeschaltet auf den jetzt kurz vor dem Ende des Förderhubes befindlichen Kolben, so dass die Restfördermenge des letzteren in den Vorratsbehälter gefördert wird.

Zur Vermeidung von durch Umschaltung bedingten Druck- und-Förderstromschwankungen, werden während des Umschaltvorganges beide Kolben gleichzeitig sowohl mit dem Verbraucher als auch mit dem Rücklauf zum Vorratsbehälter verbunden. Eine Druck- und Förderstromschwankung tritt dabei deshalb nicht auf, weil während dieses Zeitraumes die beiden gleichgrossen Förderströme als Summenstrom in der doppelten Grösse eines der Einzelströme mit einem infolge der Parallelschaltung der Einzelwiderstände halb so grossen Gesamtwiderstand beaufschlagt werden, was nach den Gesetzen der Hydromechanik den gleichen Gegendruck zu Folge hat.

Umschaltventile für derartige Aufgabe lassen sich in bekannter Weise als Schieber- und Sitzventile ausführen, so dass Pumpen mit auf vorstehend beschriebene Art exakt statischer pulsationsfreier Förderung sowohl für schmierende als auch für nichtschmierende, abrasive Feststoffe enthaltende Fördermedien realisiert werden können.

Die vorgeschlagene Anordnung eignet sich demnach für alle bekannten Kolbenpumpenarten mit gleichförmiger Kolbengeschwindigkeit. Das eingangs erwähnte Problem der Vorkompression, die bei bisher bekannten Systemen bei Nichtbeachtung oder nicht exakter Einstellung zu Pulsation führt, ist bei dem vorgeschlagenen System nicht vorhanden, denn der Vorgang der Vorkompression kann mit einem genügend grossen Zeitabstand vor den Zeitpunkt gelegt werden, in welchem mit Hilfe des Umschaltventils der Verbraucher mit dem bereits vorkomprimiert fördernden Zylinder ver3

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bunden wird. Besonders günstig wirkt sich dies aus bei Pumpenarten, die im Aufbau verhältnismässig elastisch sind und ohne Verzicht auf andere geforderte Eigenschaften (z.B. hohe Temperaturbeständigkeit, hermetische Dichtung) nicht steifer ausgeführt werden können, z.B. Balgpumpen. Ein weiterer Vorteil der vorgeschlagenen Erfindung ist,

dass steife aber technisch sehr aufwendige Pumpenkonstruktionen für statisch und pulsationsfreie Förderung häufig durch einfache und billigere aber elastischere Konstruktionen ersetzt werden können, weil bei der vorgeschlagenen 5 Anordnung das Problem des störenden Einflusses der Vorkompression ausgeschaltet ist.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims

652777 PATENTANSPRÜCHE

1. Anordnung zur pulsationsfreien Förderung eines flüssigen Mediums von einem Vorratsbehälter zu einem Verbraucher mittels statisch arbeitender Fördereinrichtungen mit hin- und hergehenden Verdrängern, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckseiten von mindestens zwei Fördereinrichtungen (10,11) mit einander überdeckenden Bereichen gleicher und zur Antriebsgeschwindigkeit proportionaler Förderströme in den Überdeckungsbereichen dieser Förderströme über ein Umschaltorgan (16) nacheinander abwechselnd mit dem Verbraucher (17) oder dem Vorratsbehälter (18) verbindbar sind.

2. Strassenmarkiermaschine mit einer Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtungen in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit der Markiermaschine angetriebene Pumpen (10,11) sind, deren Förderströme zur Fahrgeschwindigkeit proportional sind.

3. Strassenmarkiermaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzielung der Bereiche mit zur Fahrgeschwindigkeit proportionalen Förderströmen die Verdränger (12,13) der Pumpen (10,11) durch mit dem Fahrantrieb der Markiermaschine verbundene Kurvenscheiben (14,15) mit Bereichen gleichmässiger Steigungen gesteuert werden.

4. Strassenmarkiermaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzielung der Bereiche mit zur Fahrgeschwindigkeit proportionalen Förderströmen die Verdränger (12,13) der Pumpen (10,11) über Zahnstangen-Getriebe mit dem Fahrantrieb der Markiermaschine verbunden sind.

5. Strassenmarkiermaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzielung der Bereiche mit zur Fahrgeschwindigkeit proportionalen Förderströmen die Verdränger (12,13) der Pumpen (10,11) mit Hydraulikzylindern in Verbindung stehen, die von mit dem Fahrantrieb der Markiermaschine verbundenen Flüssigkeitspumpen betätigt werden.

6. Strassenmarkiermaschine nach den Ansprüchen 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb der Verdränger (12,13) mittels unmittelbar auf die Verdränger der Pumpen (10,11) wirkender Druckflüssigkeit erfolgt.

7. Strassenmarkiermaschine nach den Ansprüchen 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpen (10,11) Balgpumpen sind.

8. Strassenmarkiermaschine nach den Ansprüchen 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpen (10,11) Membranpumpen sind.

9. Strassenmarkiermaschine nach den Ansprüchen 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in die Rückführleitung zum Vorratsbehälter (18) ein Drosselorgan (19) eingeschaltet ist, dessen Widerstand an den Widerstand des Verbrauchers (17) anpassbar ist.

10. Strassenmarkiermaschine nach den Anspüchen 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Umschaltorgan (16) in der Weise ausgebildet ist, dass beim Umschaltvorgang die Druckseiten der Pumpen (10,11) gleichzeitig mit dem Verbraucher (17) und mit dem Vorratsbehälter (18) verbunden sind.