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Regeleinrichtung für Kolbenpumpen, insbesondere Hochdruck-Kesselspeisepumpen
Hochdruck-Kesselspeisepumpeti mit Elektromotorantrieb können sich in wirtschaftlicher
Weise nur dann der jeweiligen Belastung des Kessels anpassen, wenn sie von einer
Höchstfördermenge bis auf Null herunter geregelt werden können.
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Den verschiedenen bekanntgewordenen Bauarten mit stufenloser Veränderung
des Kolbenhubes haften Mängel an, die sie für den vorgenannten Zweck ungeeignet
machen. So ist z. B. eine bekannte Schwinghebelpumpe nur fü,r Verstellung des Hubes
von. Hand und für kleine Förderleistung verwendbar. Für selbsttätige Verstellung
von einem Regler aus ist sie nicht geeignet, da die Verstellvorrichtung die Schwingbewegung
mitmacht. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die Pleuelstange am Ende der
Schwinge angreift und daher einen- größeren Schwingenausschlag bewirken muß als
dem Kolbenhub ir Förderhöchstleistung entspricht. Es muß also der Kurbelradius bei
dieser bekannten Ausführung größer sein als der halbe größte Kolbenhub. Das hat
eine unnötig lange Bauart der ganzen Pumpe zur Folge, zumal die Mindestlänge der
Pleuelstange mit wachsendeinKurbelradius ebenfalls wächst. Ungünstig ist weiterhin,
daß
-bei, dieser bekannten Regeleinrichtung der Pleüelstangenangriff an -der Schwinge
seine Lage gegenüber der ortsfest gelagerten Kurbelwelle bei jeder anderen Fördermengenleistung
ändert; denn zur Förderrnengenregelung wird dort die Schwinge gehoben und gesenkt.
Da dort außerdem die mit Geradführung versehene am Gleitstein der Schwinge angreifende
Kolbenstange bzw. der Plunger über den Gleitsteinzapfen und die Verstellspindel
die Schwinge mit dem Pleuelstangengelenk und einen Teil der Pleuelstange sowie der.
Schwingenlenkstange zu tragen hat und außerdem dieser Angriffspunkt mit der Vertikalkomponente
der Pleuelstangenkraft belastet ist, so wird ein nachteiliges Biegungsmoment auf
die weiter zurückliegende Xolbenstangengeradführung ausgeübt.
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Weiterhin ist eine Ausführung bekanntgeworden, bei welcher zur stufenlosen
Fördermengenregelung zwischen einem Höchstwert. und Null durch Verändern des Kolbenhubes
mittels einer zwischen Pleuelstange und an einem Kreuzkopf angreifender Kolbenstange
eingeschalteten, als Kulisse dienenden, mit darin verschiebbarem Kulissenstein versehenen,
fest angelenkten Schwinge und einerseits am Kulissenstein, andererseits gleichfalls
am Kreuzkopf -angelenkter Treibstange der feste Anlenkpunkt der Schwinge etwa in
ihrer Mitte, aber außerhalb der Verstellbahn des Gelenkpunktes zwischen Kulissenstein
und Treibstange vorgesehen ist. Bei dieser Anordnung greift, ähnlich wie bei der
vorbeschriebenen bekannten Ausführung, die an der Antriebskurbel angelenkte Pleuelstange
am Ende der Schwinge an, wodurch ein größerer Sch@vingenausschlag an diesem Punkt
bewirkt werden muß, als dem Kolbenhub bei Förderhöchstleistung entspricht. Da der
Kulissenstein sich nur in Ausnahmefällen in seiner Endstellung für größten Kolbenhub
befindet, so wird ohne weiteres klar, daß mit dieser Bauweise eine unnötige Vergrößerung
des Kurbelradius und somit eine Vergrößerung der Pleuelstangenlänge verbunden ist,
welche die Baulänge der Maschine vergrößert.
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Ein weiterer wesentlicher Nachteil dieser bekannten Bauart liegt darin,
daB der feste Anlenkpunkt der Schwinge etwa in ihrer Mitte außerhalb der Verstellbahn
des Gelenkpunktes am Kulissenstein vorgesehen ist. Dadurch ist es unvermeidlich,
daß eine absolute Nullförderung theoretisch nicht zu erreichen ist, denn der Gelenkpunkt
am Kulissenstein beschreibt auch bei Nullförderstellung ein Kreisbogenstück um den
dahinterliegenden Anlenkpunkt der Kulisse. Praktisch wird zwar bei dieser Nullstellung
die Pumpe nicht fördern, da dieser erwähnte Totgang -etwa dem Spiel in den Gelenken
des Kolbengestänges entspricht. Diese ständige hin und her gehende Bewegung schlägt
aber die Gelenke des Gestänges zusätzlich aus und vergrößert somit unnötig den Totgang
der Pumpe auch bei beliebig eingestellter Förderleistung.
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Als weiterer nachteiliger Umstand kommt noch hinzu, daß bei der bekannten
Anordnung der Kulissenstein einseitig mit einer Zahnstange versehen ist, die in
ein auf der Schwenkwelle sitzendes Zahnrad eingreift. Diese beiden zum Verstelltrieb
der Fördermengenregelung gehörenden Teile unterliegen dadurch, daß sie an der hin
und her gehenden Bewegung des Kolbengestänges teilnehmen müssen, ebenfalls einer
starken Abnutzung und dies um so mehr, als auch in der Nullstellung des Kulissensteines
die Zähne der beiden ineinandergreifenden Teile wechselnd von beiden Seiten beansprucht
werden. Außerdem wird durch die einseitige Anordnung der Zahnstange am Kulissenstein
dieser bei üblicher Steinlänge in der Kulissenführung verkantet, was zu einer zusätzlichen
Abnutzung der Gleitflächen des Steines oder der Kulisse führt oder aber, wie bei
der bekanntenAusführung vorgesehen, eine unnötige Verlängerung des Kulissensteines
erforderlich macht.
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Schließlich wurde für die Regelung einer Brennkraftmaschine zwischen
zwei gegenläufigen Hohltauchkolben eine Schwinge vorgesehen, deren fester Anlenkpunkt
sich an ihrem einen Ende befindet, während der kulissenartige Verstellteil für die
Änderung des Kolbenhubes am entgegengesetzten Ende angeordnet ist. Dazwischen greift
etwa in der Mitte an der Schwinge die Pleuelstange an. Die beiden sich selbst führenden
Tauchkolben sind durch je eine an beiden Enden mit Gelenken versehene Kolbenstange
mit dem Kulissenstein verbunden. Abgesehen davon, daß es sich bei dieser Anordnung
nicht um eine Regeleinrichtung für Kolbenpumpen handelt, gestattet diese Anordnung
keine Regelung von einer Höchstfördermenge bis auf Null herunter und ist deshalb
für die hier vorgesehene Aufgabe unbrauchbar.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Regeleinrichtung für Kolbenpumpen,
insbesondere Hochdruck-Kesselspeisepumpen, zur stufenlosenFördermengenregelung zwischen
einem Höchstwert und Null durch Verändern des Kolbenhubes mittels einer mit ° der
Pleuelstange gelenkig verbundenen, als Kulisse dienenden Schwinge, deren verschiebbarer
Kulissenstein an der an beiden Enden mit Gelenken versehenen Kolben- oder Treibstange
angelenkt ist, bei der die Verstellbahn des Gelenkpunktes am Kulissenstein die Kulissenschwenkachse
schneidet.
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Die Erfindung besteht darin, daß der ortsfeste Anlenkpunkt der Schwinge
sich in an sich bekannter Weise an: deren einem .Ende befindet und der zwischen
Höchstleistungsstellung und Nullstellung des Kulissensteins an der Schwinge fest
angeordnete Anlenkpunkt der Pleuelstange so gewählt ist, daß er bei normaler Pumpenleistung
mit dem verschiebbaren Gelenkpunkt am Kulissenstein zusammenfällt.
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Diese Anordnung hat den Vorteil, daß der Kurbelradius nur so groß
gewählt werden muß, wie dem halben; Kolbenhub bei der am meisten verwendeten Normalförderleistung
der Pumpe entspricht und außerdem, daß bei dieser Normalstellung des Kulissensteines
der Angriff spunkt der Pleuelstange an der Kulisse auf der gleichen Höhe liegt wie
der Angriffspunkt der Kolbenstange oder Treibstange am Kulissenstein. In dieser
Stellung
greift also gleichsam hinsichtlich der Kraftübertragung
die Pleuelstange an der Kolbenstange bzw. an der zwischengeschalteten. Treibstange
an.
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Ein weiterer wesentlicher Vorteil besteht darin, daß trotz fest angelenkter
Schwinge sich der feste Anlenkpunkt an ihrem einen Ende befindet und daß dieser
Anlenkpunkt in der Verstellbahn des Gelenkpunktes am Kulissenstein liegt, so daß
also beim axialen Zusammenfallen dieser beiden Gelenkpunkte eine absolute Nullförderung,
d. h. also ein vollkommener Stillstand von Kolben und Kolbengestänge, erreicht wird.
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Für die meisten Fälle hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die erreichbare
Höchstleistung der Pumpe gleich der doppelten Normalleistung zu machen. Hierbei
ist es besonders vorteilhaft, die Anordnung so zu treffen, daß bei normaler Pumpenleistung
die Achse der Kurbelwelle, die Achse der Kolbenstange und bzw. oder der Treibstange
und der Anlenkpunkt der Pleuelstange an der Schwinge annähernd in einer Ebene liegen.
Dadurch werden bei der N ormalförderleistung der Pumpe vom Kulissenstein an bis
zum Kolben senkrecht zur Bewegungsrichtung verlaufende Kraftkomponenten (außer den
Eigengewichten) vermieden.
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Zur Erreichung einer besonders raumsparenden Anordnung kann der Pumpenzylinder
zwischen Schwinge und Kolbenstangenende (Kreuzkopf) untergebracht werden, wobei
die Treibstange in zwei parallele Stangen aufgeteilt ist, die, an dem jochartigen
Kreuzkopf angreifend, am Zylinder beiderseits vorbeigeführt sind. Bei dieser raumsparenden
Bauweise muß die Kolbenstange mit einer Kreuzkopfgeradführung versehen werden und
zwischen Kreuzkopf und Kulissenstein eine Treibstange eingeschaltet werden.
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Soll z. B. bei einer Dreiplungerpumpe ein außerhalb der Kolbenantriebsteile
fest angeordneter, auf eine gemeinsame Steuerwelle wirkender Verstelltrieb für alle
drei Kulissensteine vorgesehen werden, so wird erfindungsgemäß die Anordnung so
getroffen, daß die Übertragung der Verstellbewegung von der Steuerwelle auf die
Kulissensteine ausschließlich über gelenkig miteinander verbundene Hebel und Stangen
erfolgt. Diese Bauweise hat den Vorteil, daß der Verstelltrieb sich auf die gemeinsame
zentrale Bedienungsstelle beschränkt, während die Übertragung auf die einzelnen
Kulissensteine nur über Hebel und Bolzengelenke erfolgt, die an sich schon viel
weniger empfindlich sind als Zahntriebe oder ähnliche Übertragungselemente, welche
bei einer bekannten Anordnung außerdem in nachteiliger Weise die Kolbenantriebsbewegung
mitmachen und dadurch einem stärkeren Verschleiß ausgesetzt sind, abgesehen davon,
daß sie auch die Masse der hin und her bewegten Teile vergrößern und obendrein so
viel Zahntriebe vorhanden sein müssen, wie Kulissensteine gemeinsam verstellt werden
sollen.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, und zwar
zeigt Abb. i die Regeleinrichtung mit der Pumpe in Seitenansicht, Abb. 2 die Regeleinrichtung
einer Dreikolbenpumpe in Stirnansicht, Abb. 3 den Antrieb für die Kulissensteinverstellung
in Seitenansicht.
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Die Pumpe i mit der Kreuzlcopffü#hrung 2 ist mittels der beiden Träger
3, 3' gelagert. Der Träger 3 trägt außerdem die Kurbelwelle 5 mit der Kurbel 6,
der Pleuelstange 7 und, um die ortsfeste Lagerung 8 schwenkbar, die als Kulisse
ausgebildete Schwinge g. Die Pleuelstange 7 greift mit ihrem freien Ende an dem
Gelenkpunkt io etwa in der Mitte der Schwinge 9 an, so daß diese unter dem Einfluß
der umlaufenden Kurbel 6 eine Schwenkbewegung um die ortsfeste Lagerung 8 ausführt.
Die Schwinge 9 ist als Doppelkulisse in dem Ausführungsbeispiel ausgebildet, und
die die Verbindung zwischen Schwinge 9 und Kreuzkopf i i herstellende Treibstange
ist in zwei parallele Treibstangen 4"1! aufgeteilt, welche an dem Pumpenzylinder
i beiderseitig vorbeigeführt sind. Die Achse der Kurbelwelle 5, der Angriffspunkt
io der Pleuelstange 7 an der Schwinge 9 und die Achse der Kolbenstange 12 liegen
hier in einer Ebene. Diese Lage bleibt für alle eingestellten Fördermengen unverändert.
Die Treibstangen q., q.' verlaufen jedoch nur bei normaler Fördermenge zu der Kolbenstange
12 parallel. Für diesen Betriebspunkt fällt die ;Mitte 23 der Kulissensteine 13,
13' mit dem Angriffspunkt io der Pleuelstange an der Schwinge zusammen. Die Kräfteverteilung
verläuft also für die normale Förderleistung so, als ob die Pleuelstange 7 unmittelbar
an den Treibstangen q., q.' angelenkt wäre. Bei größter Förderleistung nehmen die
Treibstangen die Lage der oberen strichpunktierten Linie 14 und bei Nullförderung
die Lage der unteren strichpunktierten Linie 1q.' ein.
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Um auch bei raschlaufenden Pumpen und insbesondere bei Mehrzylinderpumpen
die Verstellung der Kulissensteine von einer einzigen Kraftquelle aus, z. B. von
einem nicht gezeichneten Druckregler über einen Elektromotor 15, dessen Gewindespindel
16 und die darauf verschiebbare Wandermutter 17 während des Betriebes durchführen
zu können, sind die ortsfesten Schwenkpunkte 18 sämtlicher Pumpeneinheiten für die
Kulissensteinbewegung auf einer gemeinsamen Welle starr aufgekeilt, so daß, z. B.
bei einer Dreiplungerpumpe, die sechs Kulissensteine stets genau die gleiche Lage
hinsichtlich der Angriffspunkte io der Pleuelstangen 7 einnehmen. Die Verstellung
erfolgt also dadurch für sämtliche Kolben zugleich und im gleichen Maße voll selbsttätig.
Die Verstellbewegung der Wandermutter 17 wird über einen Lenker i9 und einen auf
der durchgehenden Welle 18 der ortsfesten Schwenkpunkte aufgekeiltenHebel 2o auf
die Hebelarme 21 übertragen, die ebenfalls auf der gemeinsamen Welle 18 fest aufgekeilt
und an ihren freien Enden über Verbindungsstangen 22 mit den Kulissensteinen 13,
13' verbunden sind.
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An Stelle eines Elektromotors mit Wandermutter kann natürlich auch
irgendeine andere von dem Druckregler steuerbare Antriebsquelle zum Verstellen der
Kulissensteine benutzt werden z. B. ein
Steuerzylinder, in welchem
ein hydraulisch oder pneumatisch bewegter Kolben die Fördermengenregelung bewirkt.
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Es ist auch natürlich möglich, in der Verlängerung der Kolbenstange
2 nach rechts einen zweiten Pumpenzylinder anzuordnen.