DE424898C - Fluessigkeitspumpanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Flüssigkeitspumpanlagen, welche bei gegebener Ganggeschwindigkeit eine zwischen einem Mindestwert und einem Höchstwert mindestens angenähert stetig veränderliche Fördermenge aufweisen. Solche Pumpanlagen sind insbesondere für hydraulische Wechsel- und Wendegetriebe verwendbar, bei welchen die von einem beliebigen Motor, ζ. Β. Dieselmotor, mit praktisch

ίο unveränderlicher Drehzahl getriebene Pumpanlage Flüssigkeit (Öl) in einen Flüssigkeitsmotor liefert, der die zu treibende Maschine, z. B. eine Lokomotive, antreibt.

Flüssigkeitspumpen mit bei gegebener Ganggeschwindigkeit stetig veränderlicher Fördermenge sind bekannt. Die am häufigsten verwendete Art derselben ist nach Art einer Brotherhoodmaschine gebaut, sie weist nämlich eine Anzahl von im Kreis angenähert radial angeordneten Zylindern auf, deren Kolben auf einen zum Zylinderkreis exzentrisch gestellten Kurbelzapfen arbeiten, dessen Exzentrizität durch Verstellung von Hand aus stetig geändert werden kann, womit sich auch die

as Fördermenge der Pumpe stetig ändert. Durch Verstellung des Kurbelzapfens kann die Pumpe auch umgesteuert werden, so daß die Druck- und Saugseite der Pumpe miteinander vertauscht werden. Derartige Pumpen sind jedoch, wenn es sich um größere Fördermengen handelt, nicht nur sehr kostspielig, sondern auch wenig betriebssicher; sie entsprechen aber ihrem Zweck ganz gut, wenn sie bloß für kleine Fördermengen ausgeführt werden.

Die Pumpen für größere Fördermengen bestehen zumeist aus mehreren Teilen oder Einzelpumpen (Kapselwerken) auf einer gemeinsamen Welle, die, mittels geeigneter Steuerorgane zu- und abgeschaltet werden können. Ein solcher Satz von Einzelpumpen gestattet — unveränderliche Geschwindigkeit vorausgesetzt — die Fördermenge nur stufenweise zu regeln, indem bei Zu- oder Abschaltung einer Einzelpumpe die Fördermenge plötzlich um einen bestimmten Betrag gesteigert oder vermindert wird. Solche Pumpen mit sich sprungweise ändernder Fördermenge oder Apparate von Kapselwerken lassen sich billig und betriebssicher herstellen, können aber hei unveränderlicher Geschwindigkeit keine stetige Änderung der Fördermenge liefern.

Um nun bei unveränderlicher Ganggeschwindigkeit und bei großen Fördermengen eine stetige Änderung der Fördermenge erzielen zu können, werden gemäß der vorliegenden Erfindung eine Pumpe mit stetig veränderlicher Fördermenge und eine Pumpe mit sprungweise veränderlicher Fördermenge in Parallelschaltung an die Förderleitung angeschlossen und die Vorrichtung zur Regelung der Fördermenge der Pumpe mit stetig veränderlicher Fördermenge mit der Vorrichtung zum Zu- und Abschalten der Einzelpumpen derart verbunden, daß, sobald die Pumpe mit stetig veränderlicher Fördermenge auf die Höchstförderung gebracht worden ist, eine Einzelpumpe zugeschaltet und die Pumpe mit stetig veränder-

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lieber Fördermenge wieder auf Mindestförderung gestellt wird. In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsformen der Erfindung durch Schaulinien veranschaulicht, wobei als Ordinaten die Fördermengen und als Abszissen die Stellungen der Pumpe mit stetig veränderlicher Fördermenge und die Zahl der Einzelpumpen der Pumpe mit sprungweise veränderlicher Fördermenge aufgetragen sind.. Es soll dabei angenommen werden, daß die vorliegende Pumpanlage die Pumpe eines hydraulischen Wechsel- und Wendegetriebes darstellt, dann sind die die gesamte Fördermenge darstellenden Ordinaten auch proportional der Geschwindigkeit des Ölmotors.

Es ist festzuhalten, daß in allen Fällen die Geschwindigkeit der Pumpe S mit stetig veränderlicher Fördermenge und die Geschwindigkeit der von den Einzelpumpen U₁, U₂... gebildeten Pumpe von sprungweise veränderlicher Fördermenge unveränderlich ist.

Ist die Fördermenge der ersten Einzelpumpe U₁ (Abb. 1) gleich der größten Fördermenge der Pumpe 5, so wird, wenn bloß die erste Einzelpumpe U₁ eingeschaltet ist und die Pumpe 5 auf die größte, aber negative Fördermenge eingestellt ist, die Gesamtfördermenge G Null sein. Läßt man nun die Fördermenge der Pumpe 5 allmählich vom negativen zum positiven Höchstwert übergehen, indem man den Kurbelzapfen der als Brotherhoodpumpe angenommenen Pumpe S von der einen zur anderen Endstellung verschiebt, so wird die Gesamtfördermenge von Null bis zum doppelten Wert der Fördermenge der Einzelpumpe U₁ steigen. Ist dies geschehen, so wird die Einzelpumpe U₂ züge- : schaltet, dagegen die Pumpe 5 auf die Fördermenge Null zurückgestellt. Ist, wie in Abb. ι angenommen, die Fördermenge der Einzelpumpe U₂ erheblich größer als die Fördermenge der Einzelpumpe U₁, so stellt sich eine plötzliche Steigerung der Gesamtförder- ' menge ein, wie in Abb. 1 gestrichelt ange- i deutet ist. j

In Wirklichkeit kommt es jedoch nicht i zu der gestrichelt gezeichneten plötzlichen, also unstetigen Steigerung der Fördermenge, , sondern es verläuft die Linie der Gesamtfördermenge nach einer von der gestrichelten . Ecke umschlossenen Kurve, deren Form ver- ; schieden gestaltet und beeinflußt werden kann. ; Auf alle Fälle widersetzt sich der Trägheits- 1 widerstand der geförderten Flüssigkeitssäule j der plötzlichen Steigerung der Fördermenge ; im Moment der Zuschaltung der Einzelpumpe U₂. Es tritt also jedenfalls unmittelbar hinter der Einzelpumpe U₂ eine Drucksteigerung in der Förderleitung ein, welche mit bekannten Mitteln, wie Anordnung eines federbelasteten Überströmventils oder eines gegen Federdru'ck ausweichenden, windkesselartig wirkenden Kolbens, unschädlich gemacht werden kann. In den meisten Fällen wird jedoch die Rückwirkung dieses Druckes auf den die Pumpe treibenden Motor ohne Sondereinrichtungen genügen, um die ' Unstetigkeit praktisch zu beseitigen.

Es wird nämlich nach dem Prinzip von Druck und Gegendruck durch den Beschleunigungsdruck der Fördersäule im Moment der Zuischaltung der Einzelpumpe U₂ die Umdrehungszahl des treibenden Motors und dadurch die Liefermenge der von ihm angetriebenen Einzelpumpen U₁ und U₂ um so viel verkleinert, als die Einzelpumpe U₂ überdimensioniert ist. Der Motor selbst, etwa ein Dieselmotor, erholt sich unter der Wirkung seines Regulators rasch wieder bis zu seiner Normaldrehzahl, womit auch die volle volumetrische Leistung der Pumpen U₁ und CZ₂ erreicht ist. Schon während dieser Erholung wird die Pumpe S allmählich wieder von Null auf höchste Fördermenge gestellt, so daß die von der vorgenannten Ecke umschlossene Kurve im Linienzug der Gesamtfördermenge als Gesamtwirkung der durch Tourenerholung steigenden Fördermenge der Pumpen U₁ und U₂ und der stetig steigenden Fördermenge der Pumpe 5 zustande kommt. Wenn nun die höchste Fördermenge der Pumpe 5 erreicht ist, wird die nächste Einzelpumpe U₃ zugeschaltet und die Pumpe 5 auf die Fördermenge Null zurückgestellt usf. Will man die Gesamtfördermenge verringern, so schlägt man den umgekehrten Vorgang ein, d.i., man läßt die Pumpe 5 vorerst auf kleinste Fördermenge zurückgehen, schaltet eine Einzelpumpe, z. B. t/₃, ab und stellt gleichzeitig die Pumpe 5 auf größte Fördermenge.

Man kann die in Abb. 1 veranschaulichte Anordnung auch dahin abändern, daß, wie in Abb. ia gezeigt, die Pumpe S nach Erreichung der positiven Höchstfördermenge nicht auf die Fördermenge Null, sondem auf die negative Höchstfördermenge eingestellt und gleichzeitig die nächstfolgende Einzelpumpe U₂, U₃... eingeschaltet wird. Man kann dann die Fördermengen der Einzelpumpen U₂, CZ₃... um je die positive Höchstfördermenge der Pumpe 5 -steigern, ohne eine lästige Störung im Betrieb der Pumpanlage befürchten zu müssen. Diese Einrichtungen, insbesondere die in Abb. la veranschaulichte, gestatten bei einer verhältnismäßig geringen Zahl von Einzelpumpen und einer einzigen kleinen Pumpe S die Gesamtfördermenge der Pumpanlage zwischen Null und einem verhältnismäßig sehr hohen Wert zu steigern.

Um die Änderungen der Fördermenge völlig stetig zu machen, d.i. die in der KurveG

ersichtlichen Knicke zum Verschwinden zu bringen, ist es nur nötig, wie Abb. 2 zeigt, die Fördermengen der Einzelpumpen U₁, U₂, f/₃... sämtlich der größten Fördermenge der Pumpe S gleichzumachen. Die Gesamtfördermenge G verläuft dann im ganzen Regelungsbereich vollkommen stetig, wie Abb. 2 zeigt. Man kann dieses letztere Ergebnis auch unter gleichzeitiger Verringerung der Zahl der Einzelpumpen erzielen, wenn man die Fördermenge der Einzelpumpen U₂, U₃ ... doppelt so groß macht wie die Fördermenge der Einzelpumpe U₁ (Abb. 3), aber die Pumpe S jedesmal, wenn sie auf positive Höchstförderung gelangt ist, auf negative Höchstförderung stellt und eine neue Einzelpumpe zuschaltet. Bei Bemessung der Pumpen muß selbstverständlich der volumetrische Wirkungsgrad der Pumpen berücksichtigt werden, um den Durchflußverlusten Rechnung zu tragen.

Läßt man die Pumpe S zunächst allein

laufen (Abb. 4), so erreicht man gleichfalls einen vollkommen stetigen Verlauf der Gesamtförderungskurve. Damit wird eine der Einzelpumpen erspart.

Ferner kann man auch bei der in Abb. 2 dargestellten Anordnung die Pumpe 5 allein mit der Fördermenge Null beginnen lassen, um, sobald sie ihre höchste Fördermenge erreicht hat, eine Einzelpumpe U₁ einzuschalten und gleichzeitig die Pumpe 5 auf die Fördermenge Null zurückzustellen, wie in Abb. 2 usf. Man erhält dann wieder eine völlig I stetige Änderung der Gesamtfördernienge bei ; unveränderlicher Geschwindigkeit der Pumpen, wie Abb. 5 erkennen läßt. Dabei erspart man eine Einzelpumpe, und außerdem braucht man die Pumpe 5 nicht auf negative Fördermengen einzustellen.

no Bei Anwendung der vorstehend beschriebenen Pumpenanlage bei hydraulischen Wechsel- und Wendegetrieben ist, wie schon bemerkt, die Geschwindigkeit des Flüssigkeitsmotors proportional der Gesamtfördermenge; es ist daher bei dieser Pumpanlage möglich, mit einer kleinen Pumpe 5 und einer Anzahl von Einzelpumpen von gleichbleibender Fördermenge innerhalb eines weiten Bereiches stetig veränderliche Gesamtfördermengen und

go somit auch Geschwindigkeiten des Flüssigkeitsmotors zu erzielen. Es ergibt sich hierbei der Vorteil, daß der verhältnismäßig schlechte mechanische Wirkungsgrad der Pumpe 5 in der Pumpanlage viel weniger fühlbar ist, als wenn die ganze Leistung durch eine große Pumpe S aufgebracht werden müßte.

Das Zu- und Abschalten der Einzelpumpen und das gleichzeitige Verstellen der Pumpe S von der positiven Höchstfördermenge auf die negative oder auf die Fördermenge Null kann von Hand erfolgen, oder es können die Zu- und Abschaltorgane der Einzelpumpen mit der Verstellvorrichtung der Pumpe 5 in irgendeiner dem angegebenen Zweck entsprechenden Weise kinematisch verbunden sein, um beide von einer Stelle aus von Hand betätigen zu können. Zweckmäßig wird hierzu ein Handschalter (Fahrschalter) nötigenfalls in Verbindung mit einem Hilfsmotor (Servomotor) verwendet.

Die Pumpe S und die Einzelpumpen U₁, i/o ... können auf einer gemeinsamen Welle sitzen oder auf verschiedenen durch Vorgelege gekuppelten Wellen, wobei vorteilhaft die Pumpe S, um sie möglichst klein zu machen, mit höherer Geschwindigkeit als die Pumpen CZ₁₃ U₂, CZ₃ ... getrieben wird.

Die bauliche Einrichtung der Pumpe S und der Einzelpumpe bilden keinen Gegenstand der Erfindung.

Im vorstehenden wurde die Geschwindigkeit der Pumpen als gegeben betrachtet, sie kann aber selbstverständlich nach Belieben geändert und auch diese Änderung zur Regelung der Fördermenge herangezogen werden, wie es bei den Pumpen üblich ist.

Claims (3)

Patent-Ansprüche:

1. Flüssigkeitspumpanlage für stetig oder angenähert stetig veränderliche Fördermengen bei unveränderlicher Geschwindigkeit der in Betrieb gesetzten Pumpen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Pumpe (S) mit stetig veränderlicher Fördermenge und eine oder mehrere unabhängig voneinander zu- und abschaltbare Einzelpumpen (U₁, U₂ ...) mit unveränderlicher Fördermenge in Parallelschaltung derart verbunden sind, daß bei jedesmaligem Erreichen der Grenzförderung der erstgenannten Pumpe (S) unter gleichzeitigem Umschalten derselben eine der Einzelpumpen (U₁, U₂ ...) zu- oder abgeschaltet wird.

2. Flüssigkeitspumpanlage nach Anspruch ij dadurch gekennzeichnet, daß die Fördermenge der ersten Einzelpumpe (CZ₁) gleich ist der Höchstfördermenge der Pumpe (S).

3. Flüssigkeitspumpanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fördermengen der zweiten und folgenden Einzelpumpen (U₂, U₃ ...) ungefähr gleich sind der doppelten oder der einfachen Fordermenge der Pumpe (S).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.