DE1476673B2 - Steuereinrichtung für einen druckmittelbetriebenen Motor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die Steuereinrichtung für einen druckmittelbetriebenen Motor, dessen entgegen Federkraft periodisch druckmittelbeaufschlagtes, einen Arbeitsraum begrenzendes hin- und hergehendes Glied zum Antrieb einer Kolbenpumpe bestimmt ist, mit einem Umsteuerventil, das vom hin- und hergehenden Glied über eine einen Teil der Verbindung zwischen Motor und Pumpe bildende Druckstange unter Zwischenschaltung einer über eine Totstellung hinwegbewegbaren, mittels einer durch die Bewegung der Druckstange verformbaren und dabei durch Verlagerung zumindest einer druckstangenseitigen Federabstützung die Richtung der auf das Ventil ausgeübten Kraft ändernden Feder nach Überschreiten der Totstellung bewegbaren Schnappeinrichtung betätigbar ist.

Steuereinrichtungen dieser Art mit Schnappeinrichtungen sind bekannt (s. GB-PS 690 621; vgl. auch CH-PS 333 664 und US-PS 2 466 376). Diese bekannten mit einfachen Schnappvorrichtungen in Form von federvorgespannten Kugeln oder federvorgespannten Hebeln arbeitenden Steuereinrichtungen besitzen den Nachteil, daß bei ihnen leicht Fehlsteuerungen durch ungenaues Einsetzen der Ventilsteuerung auftreten können, vor allem dann, wenn zum Betätigen des Umsteuerventils anfänglich relativ große Reibungskräfte überwunden werden müssen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Steuereinrichtung der eingangs erwähnten Art so weiterzubilden und zu verbessern, daß diese Nachteile vermieden werden.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Steuereinrichtung der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß gelöst durch die TvTgrkmate gemäß kennzeichnendem Teil des Hauptanspruches. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Durch die der Schnappeinrichtung zugeordnete zusätzliche Pufferplatte wird eine Anfangsbewegung erzeugt, durch weiche anfängliche Reibungskräfte des Umsteuerventils, die in erster Linie auf den Druckunterschied an den Ventilteilen zurückzuführen sind, schnell überwunden werden, so daß mit Sicherheit Fehlsteuerungen des Motors und damit auch der Pumpe oder sogar ein Stillstand des Motors verhindert werden. Die erfindungsgemäße Steuereinrichtung ermöglicht außerdem einen sehr exakten Pumpbetrieb, was besonders wichtig ist für solche Pumpen, die sehr geringe Mengen von Chemikalien oder Zusatzstoffen fördern sollen.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

F i g. 1 zeigt den Schnitt durch eine über einen Membranmotor betätigte Kolbenpumpe mit einer erfindungsgemäßen Steuereinrichtung;

F ig. 2 zeigt einen Querschnitt davon;

F i g. 3 zeigt die Stirnansicht des hierbei verwendeten Umsteuerventils.

Bei der Verarbeitung von Erdölerzeugnissen oder bei der Produktion bzw. beim Transport von Öl und Gas sowie in anderen ähnlichen Fällen ist es häufig erforderlich, relativ kleine Mengen von Chemikalien oder Zusatzstoffen in Leitungen einzuspritzen, wobei in diesen Leitungen unterschiedliche Drucke herrschen können. Als Beispiel sei die Notwendigkeit erwähnt, in Leitungen für Rohöl Stoffe zum Zersetzen von Emulsionen einzuspritzen. In diesem Fall werden bezüglich der Vorrichtung zum Einspritzen des Zusatzstoffs sehr hohe Anforderungen gestellt, denn es ist wichtig, daß in den sich bewegenden Strom kontinuierlich und genau die richtige Menge der betreffenden Chemikalien eingespritzt wird. Hierbei kann die Einspritzvorrichtung z. B. Witterungseinflüssen ausgesetzt sein, so daß ihre Umgebungstemperatur in weiten Grenzen variieren kann; gleichzeitig ist die Vorrichtung der Einwirkung von Wind und/oder Regen, Schnee und Schmutz ausgesetzt. Es kann z. B. erforderlich sein, mit Hilfe einer solchen Vorrichtung kontinuierlich eine Flüssigkeitsmen-

ge von nur etwa 0,5 1 innerhalb von 24 Stunden einzuspritzen, doch kann sich gelegentlich die Notwendigkeit ergeben, z. B. etwa 28 1 bezogen auf 24 Stunden während einer kurzen Zeit einzuspritzen, um das System in den gewünschten Zustand zu bringen oder die richtige Konzentration des Zusatzstoffs herzustellen. Solche Anforderungen ergeben sich z. B. beim Einspitzen von Korrosionsschutzmitteln sowie von zahlreichen anderen Stoffen.

Diese Anforderungen werden einwandfrei durch eine Kolbenpumpe erzielt, die über eine erfindungsgemäße Steuervorrichtung betätigt wird.

F i g. 1 zeigt den Querschnitt durch eine für obige Zwecke geeignete Kolbenpumpe 10 mit einem aufgesetzten Einspritzkopf 11, die durch einen Membranmotor 12 betätigt wird. Dieser Membranmotor 12 wird durch ein Umsteuerventil 13 betätigt.

Der Einspritzkopf 11 umfaßt ein Gehäuse 14 mit einem allgemein rohrförmigen Ansatz 15, in dem ein Kolben 16 verschiebbar ist, der betätigt werden kann, um ein Fluid von einem Einlaß 17a aus über eine Pumpenkammer 17 zu" einem Auslaß 176 zu fördern. Am freien Ende des Ansatzes 15 sind Dichtungsmittel 18 vorgesehen, um das Entweichen des Fluids aus der Pumpenkammer 17 längs des Kolbens 16 zu verhindem. Der Einspritzkopf 11 ist mit dem Pumpengehäuse 10 fest verbunden; zu diesem Zweck ist der Ansatz 15 mit Außengewinde versehen, so daß der Ansatz in eine Gewindebohrung 19 im benachbarten Ende des Pumpengehäuses 10 eingeschraubt werden kann. Eine Gegenmutter 20 dient dazu, den Einspritzkopf 11 gegenüber dem Pumpengehäuse 10 in der richtigen Stellung festzulegen.

Am Einlaßende der Pumpenkammer 17 ist ein Kugelrückschlagventil 21 vorgesehen, während dem Auslaßende der Pumpenkammer ein Kugelrückschlagventil 22 zugeordnet ist. Das Ventil 21 ermöglicht nur das Einströmen des Fluids in die Pumpenkammer, während das Ventil 22 nur das Entweichen des Fluids aus der Pumpenkammer zuläßt. Das Rückschlagventil 21 umfaßt einen Ventilsitz 21a und eine Ventilkugel 216, während das Rückschlagventil 22 durch einen Ventilsitz 22a und eine Ventilkugel 226 gebildet wird. Der Ventilsitz 21a ist in ein Anschlußstück 23 eingebaut, das seinerseits mit einer Quelle für ein Fluid verbunden werden kann, während der Ventilsitz 22a am Auslaßende der Pumpenkammer 17 in das Gehäuse 14 des Einspritzkopfes eingebaut ist. Während die Ventilkugel 2ib während des Förderhubes des Kolbens 16 durch die Schwerkraft und den auf die Kugel wirkenden Druck in Anlage an ihrem Sitz gehalten wird, wird die Ventilkugel 22b in erster Linie durch eine Feder 24 gegen ihren Sitz gedrückt; die Feder 24 stützt sich an einem Anschlußstück 25 ab, das seinerseits zu einer Leitung führt, der vorbestimmte bzw. abgemessene Mengen des betreffenden Fluids durch Einspritzen zugeführt werden sollen. Ferner ist ein Ventil 26 vorgesehen, mittels dessen die Pumpenkammer 17 entlüftet werden kann.

Der Kolben 16 ist durch einen Splint 39 mit einem stangenförmigen Zwischenstück 38 verbunden. Diese Stange 38 wird von einer Bohrung 40 im benachbarten Ende einer Druckstange 41 aufgenommen. Die Stange 38 weist eine Schulter 42 auf, an der sich das benachbarte Ende der Druckstange 41 abstützt, wenn die Druckstange den Kolben 16 gemäß F i g. 1 nach rechts schiebt, so daß die Pumpe einen Förderhub ausführt. Das rechte Ende der Stange 38 trägt einen doppelten Abtropfflansch 42a, der bewirkt, daß das längs des Kolbens 16 aus der Pumpenkammer 17 entweichende Fluid in Form von Tropfen herabfällt, um zum unteren Teil des Gehäuses zu gelangen und über einen Ablaß 426 abgezogen zu werden. Hierdurch wird verhindert, daß das aus der Pumpenkammer entweichende Fluid in das Hauptgehäuse der Pumpe gelangt, das mit einem Schmieröl gefüllt ist; daher kann das Schmieröl nicht verunreinigt werden, und Beschädigungen von Teilen der Pumpe werden vermieden. Die Stange 38 ist mit einem diametralen Schlitz 43 versehen, der mit einem Einstellstift 44 zusammenarbeitet; der Stift 44 kann jeweils in eine von drei Bohrungen 45, 46 und 47 der Druckstange 41 eingesetzt werden. Der Rückwärtshub der Kolbens 16 wird durch den Rückwärtshub der Druckstange 41 herbeigeführt, wobei der Stift 44 mit dem linken Ende des Schlitzes 43 der Stange 38 zusammenarbeitet. Die Länge des Rückwärtshubes des Kolbens 16 kann dadurch variiert werden, daß man den Stift 44 in die betreffende Bohrung einsetzt, und bei dieser Anordnung kann eine mit totem Gang arbeitende Verbindung zwischen der Druckstange 41 und_der Stange 38 hergestellLsterden. .

Die Druckstange 41 is"t im Pumpengehäuse 10 in Bohrungen verschiebbar gelagert, die in einer Gehäusequerwand 48 und einem rohrförmigen Abschnitt 49 ausgebildet sind. Das linke Ende der Druckstange 41 trägt eine Membranstützplatte 50 und eine Membran 51, die beide in einer allgemein glockenförmigen Kammer angeordnet sind; diese Kammer wird durch einen glockenförmigen Abschnitt 52 des Gehäuses 10 und ein ähnlich geformtes Deckelteil 53 abgegrenzt. Der äußere Rand der Membran 51 ist zwischen dem Gehäuseabschnitt 52 und dem Deckelteil 53 eingespannt, die z. B. durch Schrauben 54 miteinander verspannt sind. Zwischen der Membran 51 und dem Deckelteil 53 liegt eine Druckkammer 55 mit einem Einlaß 56, der mit einer Rohrleitung 57 verbunden ist. Um die Membran 51 zusammen mit der Druckstange 41 nach rechts zu bewegen, damit der Kolben 16 einen Förderhub ausführt, wird die Druckkammer 55 an eine Druckmittelquelle angeschlossen. Der Rückwärtshub der Druckstange und der Membran wird durch eine Feder 58 bewirkt, die sich einerseits an der Membranstützplatte 50 und andererseits an einer Gehäusefläche 59 abstützt.

Das Steuerventil 13 umfaßt ein auf dem Pumpengehäuse 10 angeordnetes Ventilgehäuse 60, das gemäß F i g. 2 durch eine Öffnung 61 in einer Seitenwand des Gehäuses 10 ragt. Eine Ventilscheibe bzw. ein Drehschieber 62 ist drehbar in einer Aussparung des Gehäuses 60 gelagert und auf einer Seite in Richtung auf einen Druckmitteleinlaß 63 offen, der in einem Anschlußstück 64 ausgebildet ist. Mit dem Anschlußstück 64 kann eine Quelle für ein Druckmittel verbunden werden, bei dem es sich um Erdgas oder Druckluft handeln kann. Die Ventilscheibe 62 wird gemäß F i g. 2 durch eine Feder 65 elastisch in ihrer Lage gehalten. Bei dem Steuerventil 13 handelt es sich praktisch um ein als Drehschieber ausgebildetes Dreiwegeventil zum Füllen und Entlüften der Druckkammer 55 des Membranmotors 13. Das Ventil umfaßt eine Auslaßöffnung 66 und eine Druck- oder Einlaßöffnung 67, damit die Druckkammer 55 mit der Druckmittelquelle verbunden oder entlüftet werden kann, um soeine Betätigung des Membranmotors 12 zu ermöglichen. Diese öffnungen sind in der Ventilscheibe 62 ausgebildet und können mit dem Membranmotor in Verbindung gebracht werden, um ihn zu füllen bzw. zu entlüften. Soll der Membranmotor gefüllt werden, wird die Ventilscheibe 62 so ge-

dreht, daß eine Öffnung 67a mit einem Kanal 68 fluchtet, der zu einem Anschlußstück 69 und der Rohrleitung 57 führt, welch letztere über das Anschlußstück 56 mit der Druckkammer 55 verbunden ist. Gleichzeitig steht eine öffnung 676 in Verbindung mit dem Druckmitteleiniaß 63.

Soll die Kammer 55 von dem Druck entlastet werden, wird eine Öffnung 66a in Fluchtung mit dem Kanal 68 gebracht, so daß die Auslaßöffnung 66 die Druckkammer 55 über die öffnung 666 und ein Auslaßventil 70 mit der Auslaßöffnung 66 verbindet. Die Stellung der Ventilscheibe zum Entlüften der Druckkammer 55 ist in F i g. 3 wiedergegeben. Das Auslaßventil 70 kann verstellt werden, um die Entlüftung der Druckkammer 55 zu variieren und so die Arbeitsgeschwindigkeit der Pumpe zu regeln.

Damit die Ventilscheibe bzw. der Drehschieber 62 gedreht werden kann, ist ein Schwenkarm 71 auf dem Ventilgehäuse 60 drehbar gelagert und mit der Ventilscheibe durch eine Antriebswelle 72 verbunden. Gegenüber dem freien Ende des Schwenkarms 71 ragt ein Zapfen 73 "gemäß F i g. 2 rechtwinklig zu dem Schwenkarm nach außen, und auf dem Zapfen 73 ist ein Ende einer Betätigungs- oder Schwenkfeder 74 drehbar gelagert Das andere Ende der Feder 74 ist auf einem Bolzen 75 gelagert, der in ein Bügelteil 76 eingebaut ist; letzteres ist mit der Druckstange 41 fest verbunden. Gemäß F i g. 2 sind die Bolzen 73 und 75 so angeordnet, daß sie zur Anlage an einer Anschlag- oder Pufferplatte 77 kommen können, die auf einer Achse 78 dreh- bar gelagert ist; die Achse 78 ist gemäß F i g. 2 in die Rückwand des Pumpengehäuses 10 eingebaut. Gemäß F i g. 1 ist die Pufferplatte 77 umgekehrt U-förmig ausgebildet und mit oberen Anschlagkanten 77a und 776 zum Zusammenarbeiten mit dem Bolzen 75 sowie mit unteren Anschlagkanten 77c und 77 d zum Zusammenarbeiten mit dem Bolzen 73 versehen. Die Schwenkoder Kippfeder 74 bildet zusammen mit dem Schwenkarm 71 eine mit einer Schnappwirkung arbeitende Vorrichtung, die einen Totpunkt durchlaufen kann.

F i g. 1 zeigt die Stellung, die die Teile der Pumpe am Ende des Förderhubes einnehmen, wobei der Schwenkarm 71 nach rechts geschwenkt worden ist, so daß die Ventilscheibe 62 die in F i g. 3 gezeigte Stellung einnimmt, bei der die Druckkammer 55 über die Auslaßöffnung 66 der Ventilscheibe mit dem Auslaßventil 70 verbunden ist, so daß das Druckmittel mit einer Geschwindigkeit entweichen kann, die sich nach der Stellung des Auslaßventils 70 richtet. Wenn sich der in der Druckkammer 55 auf die Membran 51 wirkende Druck ausreichend verringert hat, wirkt die Feder 58 auf die Membran, um den Pumpenkolben 16 gemäß F i g. 1 nach links zu bewegen, was dem Leerhub des Kolbens entspricht. Bei dieser gemäß F i g. 1 nach links erfolgenden Bewegung greift der in das Bügelteil 76 eingebaute Zapfen 75 an der Kante 77a der Pufferplatte 77 an. Während sich der Zapfen 75 in Richtung auf diese Stellung bewegt, fällt die Mittellinie der Kippfeder 74 mit der Mittellinie des Schwenkarms 71 zusammen. Bei der weiteren Bewegung des Zapfens 75 wird die Pufferplatte 77 gemäß F i g. 1 um ihre Lagerung 78 nach links geschwenkt, so daß die Kante 77d den Zapfen-73 anschlägt; um Bewegungsenergie auf das untere Ende der Feder 74 zu übertragen, so daß dieses Ende der Feder nach links geschwenkt wird. Die Pufferplatte 77 dient somit dazu, der mit einer Schnappwirkung arbeitenden Vorrichtung nutzbare Arbeit zuzuführen, und zwar an dem Punkt, an welchem die Vorrichtung aus dem Gleichgewicht gebracht wird, wobei außerdem der anfängliche Reibungswiderstand der Ventilscheibe 62 überwunden wird, der in erster Linie auf den an der Ventilscheibe wirksamen Druckunterschied zurückzuführen ist. Bewegt sich der Schwenkarm 71 weiter, nimmt das verfügbare Drehmoment zu, da sich der Momentenarm vergrößert, auf den die Feder 74 wirkt. Wenn die Mittellinie der Kippfeder 74 die Mittellinie des Schwenkarms 71 passiert, wird durch die Spannung der Feder 74 ein Drehmoment erzeugt, das den Schwenkarm veranlaßt, sich schnell mit einer Schnappbewegung über die Totpunktlage hinweg zu bewegen, wobei dieser Vorgang durch die Stoßwirkung der Anschlagplatte 77 unterstützt wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Steuereinrichtung für einen druckmittelbetriebenen Motor, dessen entgegen Federkraft periodisch druckmittelbeaufschlagtes, einen Arbeitsraum begrenzendes hin- und hergehendes Glied zum Antrieb einer Kolbenpumpe bestimmt ist, mit einem Umsteuerventil, das vom hin- und hergehenden Glied über eine einen Teil der Verbindung zwisehen Motor und Pumpe bildende Druckstange unter Zwischenschaltung einer über eine Totstellung hinwegbewegbaren, mittels einer durch die Bewegung der Druckstange verformbaren und dabei durch Verlagerung zumindest einer druckstangenseitigen Federabstützung die Richtung der auf das Ventil ausgeübten. Kraft ändernden Feder nach Überschreiten der Totstellung bewegbaren Schnappeinrichtung betätigbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Druckstange (41) eine Pufferplatte (77) in Verbindung steht, welche der Schnappvorrichtung (71, 73, 74, 75) vor Erreichen der Totstellung dadurch eine Anfangsbewegung erteilt, daß die umsteuerventilseitige Abstützung (73) der Feder (74) einen Anschlag für die Pufferplatte bildet.

2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Anwendung bei einem federvorgespannten Membranmotor.

3. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pufferplatte (77) neben der Schnappvorrichtung (71, 73, 74, 75) am Pumpengehäuse (10) schwenkbar gelagert ist (Schwenkpunkt 78), über eine Anschlagschulter (77a) durch einen an der Druckstange (41) angebrachten Vorsprung verschwenkbar ist und hierbei über einen Anschlag (77) auf die umsteuerventilseitige Abstützung (73) der Feder (74) einwirken kann.

4. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnappvorrichtung einen mit einem verdrehbaren Ventilkörper (62) des Umsteuerventils (13) verbundenen Schwenkhebel (71) umfaßt, an dessen freiem Ende sich die umsteuerventilseitige Abstützung (73) der Feder (74) befindet, deren druckstangenseitige Abstützung (75) fest mit der Druckstange (41) verbunden ist.

5. Steuereinrichtung nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (74) über einen mit der Anschlagschulter (77a) der Pufferplatte (77) zusammenwirkenden Stift (75) an der Druckstange (41) und über einen weiteren, mit dem Anschlag (77d) der Pufferplatte (77) zusammenwirkenden Stift (73) am freien Ende des Schwenkhebels (71) gehalten ist.

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