DE2923284A1

DE2923284A1 - Verfahren und vorrichtung zur leistungsregelung von membranpumpen

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Publication number: DE2923284A1
Application number: DE19792923284
Authority: DE
Inventors: Fritz Ing Grad Bachschmid; Gerhard Ing Grad Gebauer
Original assignee: J Wagner GmbH
Current assignee: J Wagner GmbH
Priority date: 1979-06-08
Filing date: 1979-06-08
Publication date: 1980-12-11
Also published as: JPS56578A; US4403924A

Description

Firma J.WAGNER GMBH, Eisenbahnstr. 18-15, 7990 Friedrichshafen-2

Verfahren und Vorrichtung zur Leistungsregelung von Membranpumpen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Leistungsregelung von Membranpumpen zum Fördern von Druckflüssigkeiten, insbesondere von Flüssigkeiten für das luftlose Verspritzen mittels Hochdruck-Spritzpistolen, mit zwei von einer beweglichen Membrane getrennten Kammern, von denen die eine mit einer von einem oszillierenden Kolben abwechselnd verdrängten und angesaugten Antriebsflüssigkeit gefüllt und die zweite als Förderkammer für die Druckflüssigkeit ausgebildet ist, mit einem Druckbegrenzungsventil zum Abführen von Antriebsflüssigkeit aus der Antriebskammer in einen Vorratsbehälter und mit einer verschließbaren Einlaßöffnung zum Zuführen von Antriebsflüssigkeit aus dem Vorratsbehälter in die Antriebskammer.

Membranpumpen zeichnen sich dadurch aus, daß die Förderflüssigkeit nicht mit dem oszillierenden Pumpenkolben in Berührung kommt, was insbesondere dann von Vorteil ist, wenn die Förderflüssigkeit - was häufig der Fall ist - eine gewisse Agressivität besitzt. Membranpumpen werden deshalb für die verschiedensten Zwecke verwendet. Schwierigkeiten können sich jedoch bei solchen Anwen-

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dungsfallen ergeben, bei denen die Förderung der Förderflüssigkeit häufig unterbrochen wird, während dieser sogenannten Stillstandsphasen jedoch der Pumpenantrieb weiterlaufen soll. Ein ausgeprägtes Beispiel für eine solche Betriebsweise ist das Versprühen von Farben und Lacken mittels luftloser Hochdruckpistolen. Dabei wird während des Arbeitsvorganges die Pistole häufig geöffnet und wieder geschlossen, wohingegen die Pumpe dauernd in Betrieb bleibt. Wird die Pistole geschlossen, d.h. keine Flüssigkeit mehr versprüht, dann steigt der Druck in der Förderkammer, mit der Folge, daß die Membrane sich nicht mehr in die Förderkammer einwölben kann, also zum Stillstand kommt. Damit aber erfolgt zwangsläufig ein Öffnen des Druckbegrenzungsventils der Antriebskammer und die überschüssige, in etwa dem Verdrängervolumen des Kolbens entsprechende Menge an Antriebsflüssigkeit wird durch das Druckbegrenzungsventil aus der Antriebskammer entlassen und in den Vorratsbehälter abgeführt. Beim nächstfolgenden Saughub des Kolbens wird dann diese Menge an Antriebsflüssigkeit durch die Einlaßöffnung der Antriebskammer wiederum angesaugt. Es ergibt sich somit während der Stillstandsphase (Pistole geschlossen) ein dauernder Umlauf von Antriebsflüssigkeit aus der Antriebskammer über das Druckbegrenzungsventil, den Vorratsbehälter und die Einlaßöffnung zurück in die Antriebskammer. Die vom Pumpenantrieb abgegebene Energie wird also in einen Flüssigkeitskreislauf umgesetzt, und die Flüssigkeit gibt die Energie ihrerseits beim Durchtritt durch das Durckbegrenzungsventil als Wärme ab. Die Folge ist, daß während der Stillstandsphase der Antrieb mit hoher Leistung (Nennleistung) arbeitet und eine starke Erhitzung der Antriebsflüssigkeit stattfindet.

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Um eine übermäßige Erhitzung der Antriebsflüssigkeit während solcher Stillstandsphasen zu vermeiden_/ ist es bekannt, besondere Kühlaggregate vorzusehen. Eine Verminderung der vom Pumpenantrieb während der Stillstandsphase abgegebenen Leistung wird damit aber verständlicherweise nicht erreicht. Eine andere bekannte Methode zur Vermeidung einer überhitzung besteht darin, die Flüssigkeitszufuhr durch die verschließbare Einlaßöffnung, wobei es sich um ein Ventil oder einen vom Kolben überfahrenen Einlaßschlitz handelt, zu drosseln, so daß weniger durch die Einlaßöffnung nachfließen kann als vorher durch das Druckbegrenzungsventil entlassen worden ist. Bei einem vorbekannten Vorschlag soll dabei die Drosselung so weit gehen, daß in den Saugphasen bis zu einer Verdampfung der Antriebsflüssigkeit führende Unterdrücke in der Praxis entstehen. Unabhängig von der Frage, ob derartige Unterdrücke erreichbar sind, kann jedoch davon ausgegangen werden, daß der Kreislauf während der Stillstandsphase mengenmäßig umso geringer ist, je stärker die Einlaßöffnung gedrosselt wird. Erreicht wird jedenfalls mit dieser Drosselmethode, daß sich die Antriebsflüssigkeit während der Stillstandsphase weniger stark erhitzt und daß auch die Leistungsabgabe des Pumpenantriebs geringer ist. Andererseits hat diese Drosselmethode einen wesentlichen Nachteil. Wird nämlich nach einer solchen Stillstandsphase die Pistole wieder geöffnet, dann bedarf es einer beträchtlichen Zeitspanne, bis wieder die volle Menge an Antriebsflüssigkeit durch die gedrosselte Einlaßöffnung in die Antriebskammer zurückgekehrt sein wird. Die Folge davon ist ein Druckeinbruch in der Förderkammer, wobei dieser Druckeinfall umso größer ist,

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je stärker die Einlaßöffnung gedrosselt ist. Man wird also für die Stärke der Drosselung der Einlaßöffnung stets einen Kompromiß eingehen müssen. Eine andere vorbekannte Methode besteht darin, der Antriebsflüssigkeit einen gewissen Prozentsatz an Luft zuzumischen, die Flüssigkeit also etwas "elastisch" zu machen. Infolge der Komprimierbarkeit der Luft ist es dann in der Stillstandsphase nicht erforderlich, bei jedem Druckhub eine dem gesamten Verdrängervolumen des Kolbens entsprechende Menge an Antriebsflüssigkeit abzuführen, so daß der Flüssigkeitskreislauf und damit Erhitzung und Leistungsabgabe vermindert sind. Zwar wird mit diesen Verfahren der erwähnte Druckeinbruch beim Wiederöffnen der Pistole vermieden, jedoch muß auch hier insofern ein Kompromiß geschlossen werden, als bei einer sehr geringen Menge an zugemischter Luft der Flüssigkeitskreislauf in der Stillstandsphase immer noch beträchtlich ist, während bei zu großer Menge an zugemischter Luft ein zu starker Leistungsabfall während der eigentlichen Arbeitsphase (geöffnete Pistole) in Kauf genommen werden muß. Die Praxis hat ergeben, daß besonders das letztgenannte Verfahren der Luftzumischung zwar bei Membranpumpen geringer oder mittlererLeistung zu befriedigenden Ergebnissen führt, daß jedoch Schwierigkeiten dann auftreten, wenn Membranpumpen höherer Leistung gebaut werden sollen. Dabei kommt insbesondere bei Membranpumpen höherer Leistung noch hinzu, daß sich auch übergänge von kleinen zu großen Spritzdüsen in ähnlicher Weise auswirken wie der erwähnte Extremfall des Übergangs von geschlossener zu offener Pistole.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Leistungsregelung von Membranpumpen der

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eingangs erwähnten Art zu schaffen, die einerseits eine den jeweiligen Erfordernissen angepaßte Leistungsabgabe des Pumpenantriebs gewährleisten und eine übermäßige Erhitzung der Antriebsflüssigkeit auch bei leistungsstarken Membranpumpen verhindern, und die andererseits sicherstellen, daß in der Förderkammer stets der gewünschte Arbeitsdruck zur Verfügung steht, und zwar auch bei plötzlichem Übergang von einer Stillstandsphase (geschlossene Pistole) zu einer Arbeitsphase (offene Pistole).

Diese Aufgabe wird durch das im Hauptanspruch gekennzeichnete Verfahren gelöst. Bei der Erfindung wird also der Druck der Antriebsflüssigkeit als Regelgröße herangezogen, wobei - um ein Stetigsignal zu erhalten - ein Teil der Antriebsflüssigkeit außerhalb der Antriebskammer einer Stauung unterworfen wird, deren Druck (Staudruck) dann die Einlaßöffnung, das Druckbegrenzungsventil oder beide Elemente so steuert, daß die gewünschte Anpassung an den jeweiligen Betriebszustand (Arbeitsphase, Stillstandsphase) erfolgt. Auf diese Weise ist es sowohl möglich, eine Erwärmung der Antriebsflüssigkeit während der Stillstandsphase zu vermeiden als auch andererseits beim Übergang aus der Stillstandsphase in die Arbeitsphase sofort wieder den jeweils erforderlichen Betriebsdruck zu erhalten.

Durch das im Anspruch 2 gekennzeichnete Verfahren erfolgt eine Regelung der Einlaßöffnung der Antriebskammer. Dabei wird also die Zuführung von Antriebsflüssigkeit in die Arbeitskammer in Abhängigkeit von demjenigen Staudruck geregelt, der sich durch Auf-

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stauen der vom Druckbegrenzungsventil pulsierend abgegebenen Antriebsflüssigkeit ergibt. Wird vom Druckbegrenzungsventil plötzlich wesentlich mehr Antriebsflüssigkeit abgeführt, was bei Schließen der Pistole der Fall ist, dann wird die Zufuhr von Antriebsflüssigkeit gedrosselt, was bedeutet, daß die vom Druckbegrenzungsventil entlassene Menge an Antriebsflüssigkeit über die Einlaßöffnung nicht voll ersetzt wird; damit aber findet nur ein sehr begrenzter Kreislauf von Antriebsflüssigkeit aus der Antriebskammer heraus und in diese zurück statt, die Menge an in der Antriebskammer befindlicher Flüssigkeit ist vermindert, der Leistungsbedarf verkleinert, und die Erwärmung der Antriebsflüssigkeit hält sich in Grenzen. Wird nun die Pistole geöffnet, dann wird vom Druckbegrenzungsventil keine Antriebsflüssigkeit mehr abgegeben, der Staudruck sinkt ab, die Zufuhr zur Einlaßöffnung der Antriebskammer wird voll geöffnet, und die Antriebsflüssigkeit kann beim nächstfolgenden Saughub somit in derartiger Menge in die Antriebskammer zurückströmen, daß sich dort sofort wieder die für die Arbeitsphase erforderliche Menge an Antriebsflüssigkeit befindet. Damit aber kann es auch in der Förderkammer nicht zu einem Druckeinbruch kommen, d.h. die Spritzpistole arbeitet sofort mit vollem Spritzdruck.

Durch die im Anspruch 3 gekennzeichnete Weiterbildung des Erfindungsverfahrens nach Anspruch 2 wird dem Regelsystem eine gewisse Trägheit verliehen, d.h. die Regelung der Zufuhr zur Einlaßöffnung findet mit einer bestimmten Zeitverzögerung statt. Diese Zeitverzögerung trägt zur Stabilisierung der Zufuhrregelung bei und

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stellt ein wesentliches Merkmal der Erfindung dar. In einem bestimmten Zeitpunkt, nämlich dem Wiederöffnen der Pistole nach einer Stillstandsphase, kann jedoch diese Trägheit der Regelung nachteilig sein und im Extremfall doch zu einem Druckeinbruch führen. Aus diesem Grund wird erfindungsgemäß so vorgegangen, daß bei schnellem Absinken des Staudrucks ohne diese Trägheit und damit ohne Zeitverzögerung gearbeitet wird.

Besonders zweckmäßige Vorrichtungen zur Durchführung des Erfindungsverfahrens nach den Ansprüchen 2 und 3 sind in den Ansprüchen 6 und 7 gekennzeichnet. Dabei trägt insbesondere die Vorrichtung nach Anspruch 7 der Forderung Rechnung, daß die Regelung beim Wiederöffnen der Pistole ohne Zeitverzögerung erfolgen soll.

In den Ansprüchen 4 und 5 ist eine Weiterbildung des Verfahrens nach dem Hauptanspruch gekennzeichnet, bei welcher nicht die Einlaßöffnung, sondern die Durchflußweite des Druckbegrenzungsventils geregelt wird. Bei diesem Verfahren wird in der Stillstandsphase der Kreislauf von Antriebsflüssigkeit aus der Antriebskammer über das Druckbegrenzungsventil, den Vorratsbehälter und die Einlaßöffnung zurück in die Antriebskammer nicht unterbrochen oder gedrosselt, vielmehr findet hier ein fortlaufender Kreislauf entsprechend dem Verdrängervolumen des Antriebskolbens statt. Daß dabei trotzdem keine Erhitzung der Antriebsflüssigkeit erfolgt hat seinen Grund darin, daß die umlaufende Antriebsflüssigkeit

weder an der vergleichsweise großen und ungedrosselten Einlaßöffnung noch am Druckbegrenzungsventil einen zu einer Erhitzung

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führenden Widerstand findet, letzteres deshalb, weil das Druckbegrenzungsventil nicht von der umlaufenden Flüssigkeit, sondern von einer abgetrennten, gestauten Flüssigkeitsmenge geöffnet und in Offenstellung gehalten wird. Wird nach der Stillstandsphase die Pistole wieder geöffnet, dann öffnet die Membrane ein Ventil, über welches die vorher abgetrennte Teilmenge schnell in die Antriebskammer zurückfließen kann, mit der Folge eines schnellen Schließens des Druckbegrenzungsventils. Ein Druckeinbruch in der Antriebskammer kann zu diesem Zeitpunkt nicht erfolgen, weil wie erwähnt - die Einlaßöffnung vergleichsweise groß und ungedrosselt ist. Im Anspruch 8 wird eine besonders zweckmäßige Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 4 und 5 gekennzeichnet. Wird schließlich gemäß Anspruch 9 das als Regelkolben ausgebildete Druckbegrenzungsventil mit einem Taumelscheibenantrieb für den Antriebskolben gekoppelt, dann ist es sogar möglich, den Hub des Antriebskolbens während der Stillstandsphase zu vermindern bzw. zu Null zu machen, mit der Folge, daß die Antriebsflüssigkeit während der Stillstandsphase überhaupt nicht belastet wird.

Auf der Zeichnung sind Ausführungsformen der erfindungsgemäßen

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Vorrichtung beispielsweise dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1: einen schematischen Längsschnitt durch die Membranpumpe,

und
Fig. 2: im vergrößerten Maßstab einen Schnitt nach der Linie A-B von Fig. 1 und

Fig. 3: einen schematischen Längsschnitt durch eine Abwandlungsform. Gemäß Fig. 1 sitzt auf der Abtriebswelle 10 eines nicht gezeichneten Elektromotors eine Taumelscheibe 11, die in einem Vorratsbehälter 12 umläuft, der bis zu einer gewissen Höhe mit einer Antriebsflüssigkeit 13, nachfolgend kurz öl genannt, gefüllt ist. Die Taumelscheibe 11 treibt einen oszillierenden Kolben 14 mit Rückholfeder 15 an. Mit 16 ist eine zylindrische Antriebskammer bezeichnet, die einerseits von der Vorderfläche des Kolbens 14 und andererseits von einer Membran 17 begrenzt wird. Auf der der Antriebskammer 16 abgewandten Seite der Membran 17 befindet sich eine Förderkammer 18 für die zu fördernde Druckflüssigkeit, beispielsweise für eine Farbflüssigkeit zum Speisen einer nicht gezeichneten Hochdruck-Sprühpistole. Die Membrane 17 ist - in bekannter Weise - so gelagert, daß sie sich im Betrieb nur einseitig auswölben kann, und zwar in die Förderkammer 18 hinein.

Die Antriebskammer 16 steht über eine Leitung 19 mit dem Einlaß eines Druckbegrenzungsventils 20 in Verbindung, dessen Auslaß über eine Leitung 21 zum Vorratsbehälter 12 führt. Im Bereich der Einmündung der Leitung 21 in den Vorratsbehälter 12 ist in diese eine Staudrossel 22 eingesetzt, die eine DurchlaßÖffnung 22a sehr

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kleinen Durchlaßquerschnitts aufweist (Fig. 1 ) . Außerdem weist die Leitung 21 eine Abzweigung 21a auf, die stromauf der Drossel 22 von der Leitung 21 abzweigt und in eine Gehäusebohrung 23 mündet. Vom Vorratsbehälter 12 geht eine Leitung 24 ab, welche die Bohrung 23 durchquert und zu einem in die Antriebskammer 16 mündenden Einlaßschlitz 25 führt.

In der Bohrung 23 gleitet ein kolbenartiger Drosselschieber 26 mit Steuerkante 26a. Der Schieber 26 ist durch eine Schraubenfeder 27 in die in Fig» 2 gezeigte Offenstellung belastet, in welcher er nach links bis zum Anschlag an eine rückwärtige Wand 28 der Bohrung 23 verschoben ist, wobei die Steuerkante 26a den Durchquerungsweg der Leitung 24 durch die Bohrung 23 hindurch voll öffnet. Ferner weist der Drosselschieber 26 in etwa in seinem Mittelbereich eine Querbohrung 29 auf, die beidends in eine Ringnut 30¹ des Schiebers mündet. In diese Ringnut 30¹ mündet ausserdem die Abzweigleitung 21a. Von der Querbohrung 29 geht ausserdem eine axiale Bohrung 30 ab, welche an der Schieberrückseite nach außen mündet; diese Mündung ist jedoch durch ein Rückschlagventil 31 verschlossen, bestehend aus Ventilsitz 31a, Ventilkugel 31b und Ventilfeder 31c. Schließlich weist der Drosselschieber in seinem hinteren Bereich eine Ringnut 32 auf, die an der Schieberrückseite offen ist und über eine kleine Drosselöffnung 33 mit der Axialbohrung 3 0 in Verbindung steht. Zum besseren Verständnis der Arbeitsweise dieser Vorrichtung wird zunächst das grundsätzliche Funktionsprinzip unter Außerachtlassen der Staudrossel 22 und des Drosselschiebers 26 beschrieben; mit anderen

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Worten, die Funktion wird zunächst so beschrieben als würde die Leitung 21 vom Druckbegrenzungsventil 20 unmittelbar und ungestaut in den Vorratsbehälter münden und die Leitung 24 unmittelbar und ungedrosselt vom Vorratsbehälter 12 zum Einlaßschlitz 25 führen.

Wird der Elektromotor in Betrieb gesetzt dann verschiebt die Taumelscheibe 11 den Kolben 14 nach links (Druckhub), der seinerseits das in der Antriebskammer 16 befindliche öl 13 gegen die Membrane 17 verschiebt, wodurch diese in die Förderkammer 18 hineingewölbt wird und dabei auf die darin befindliche Förderflüssigkeit einen Druck ausübt. Der Kolben 14 kehrt dann durch die Wirkung der Feder 15 in seine Ruhelage nach rechts zurück (Saughub), ebenso die Membrane 17, wodurch sich auch das in der Kammer 16 befindliche Öl 13 wiederum nach rechts verschiebt. Durch die Hin- und Herbewegung des Kolbens 14 wird die Membrane 17 fortlaufend hin- und herbewegt, und zwar zwischen einer planparallelen Stellung und einer gewölbten Stellung, wobei das in der Kammer 16 befindliche Öl 13 lediglich als Übertragungsgestänge zwischen Kolben und Membrane dient (hydraulisches Gestänge). Setzt man voraus, daß aus der Förderkammer 18 fortlaufend Förderflüssigkeit abgeführt wird, also die angeschlossene Spritzpistole in Betrieb (geöffnet) ist, so wird sich nach kurzer Zeit ein stabil±er Zustand einstellen, d.h. ein Zustand, bei dem die Förderflüssigkeit unter einem konstanten Druck steht, beispielsweise 200 bar, und wobei das Öl in der Kammer 16 lediglich durch den Kolben 14 hin- und hergeschoben wird, ohne daß das Druckbegrenzungsventil 20, das beispielsweise auf 230 bar eingestellt ist, und der Einlaßschlitz 25, der vom oszillierenden Kolben 14

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überfahren wird und lediglich in der rechten Totstellung desselben offen ist, in Tätigkeit treten. Wird nun plötzlich das Abfordern der Förderflüssigkeit aus der Kammer 18 unterbrochen, etwa durch Schließen der angeschlossenen Spritzpistole, dann steigt der Flüssigkeitsdruck in der Förderkammer 18 an, die Membrane 17 kann sich nicht mehr in die Kammer 18 wölben^ und das in der Antriebskammer 16 befindliche öl erreicht einen derartigen Druck, beispielsweise einen Druck über 230 bar, daß das Druckbegrenzungsventil 20 öffnet und einen Teil des Öls aus der Kammer 16 über die Leitungen 19 und 21 in den Vorratsbehälter 12 entläßt. Bei der nächstfolgenden Rückwärtsbewegung des Kolbens 14 (Saughub) entsteht infolge der verminderten ölmenge in dieser Kammer 16 ein gewisser Unterdruck, mit der Folge, daß im Totpunkt des Kolbens 14 aus dem Vorratsbehälter 12 durch die Leitung 24 und den Einlaßschlitz 25 wiederum öl in die Kammer 16 zurückgesaugt wird. Die nachgesaugte Menge wird dann beim nächsten Druckhub wieder aus der Kammer 16 entlassen. Es entsteht also ein ölkreislauf, und zwar aus der Kammer 16 durch die Leitungen 19,21 in den Vorratsbehälter 12 und von diesem durch die Leitung 24 und den Einlaßschlitz 25 zurück in die Kammer 16. Geht man dabei davon aus, daß die Membrane 17 durch den in der Förderkammer 18 stark gestiegenen Druck völlig in ihrer Ruhelage festgehalten wird, dann entspricht die im erwähnten Kreislauf umlaufende ölmenge dem Verdrängervolumen des Kolbens 14. Wird die Pistole wieder geöffnet, dann sinkt der Druck in der Förderkammer 18, die Membrane 17 kann sich vfeder in diese einwölben, das Druckbegrenzungsventil 20 schließt sich, der ölkreislauf wxrd unter-

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brochen und die Pumpe arbeitet wieder in der Weise wie eingangs beschrieben.

Bei dem eben erläuterten Funktionsvorgang handelt es sich - wie gesagt - um denjenigen einer Membranpumpe nach dem Stand der Technik, wobei die Auslaßleitung 21 des Druckbegrenzungsventils 20 unmittelbar und ungedrosselt in den Vorratsbehälter 12 führt, ebenso die Leitung 24 vom Vorratsbehälter 12 zum Einlaßschlitz 25 drosselungsfrei ist. Darüberhinaus aber entspricht diese aus Gründen der Übersichtlichkeit vereinfachte Funktionsbeschreibung nicht allen praktischen Gegebenheiten, und zwar insofern, als in der Praxis die Membrane 17 aus der Ruhelage nicht schlagartig zu vollem Hub gelangt bzw. nicht schlagartig aus der oszillierenden Bewegung in die Stillstandslage kommt; und daß der gewünschte Arbeitsdruck in der Förderkammer 18 keine konstante Größe darstellt, schon deshalb nicht, weil meist Spritzdüsen unterschiedlicher Größe verwendet werden. Diese Gegebenheiten der Praxis führen jedenfalls dazu, daß auch bei geöffneter Pistole ein gewisser Ölkreislauf stattfindet, wenn auch nur in sehr geringem Maße im Vergleich zum Ölkreislauf während der Stillstandsphase.

Bei der anhand der Fig. 1 und 2 konstruktionsmäßig beschriebenen Membranpumpe nach der Erfindung ergibt sich eine Funktionsweise, wie sie nachfolgend beschrieben wird.

Wird das Abfördern der Förderflüssigkeit aus der Kammer 18 unterbrochen, also die Spritzpistole geschlossen, dann steigt der Druck

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in der Förderkaitimer 18 und damit auch in der Antriebskammer 16 und der Kolben 14 schiebt über die Leitung 19 und das Druckbegrenzungsventil 20 eine beträchtliche Ölmenge aus der Kammer 16 hinaus. Diese Ölmenge kann nun aber nicht sofort durch die
Leitung 21 in den Vorratsbehälter 12 abfließen, wird vielmehr
durch die Staudrossel 22 in der Leitung 21, der Abzweigung 21a der Ringnut 30¹, der Querbohrung 29 und der Axialbohrung 30 des Schiebers 26 gestaut. Dabei dringt durch die Drosselbohrung 33 Öl auch in die Ringnut 32 ein. Ersichtlxcherweise ist aber die Kraftwirkung des Staudrucks innerhalb des Schiebers 26 nicht
gleichmäßig nach links und rechts verteilt, es überwiegt vielmehr die Kraftwirkung nach rechts, mit der Folge, daß der Schieber 26 gegen die Kraft der Feder 27 nach rechts verschoben wird und dabei mit seiner Steuerkante 26a die Ölzufuhr durch die Leitung 24 zum Einlaßschlitz 25 drosselt bzw. sperrt. Die Folge
davon ist, daß in die Kammer 16 nicht mehr so viel Öl zurückkehren kann wie vorab durch das Druckbegrenzungsventil 20 ausgestoßen worden ist. Damit aber wird beim nächsten Druckhub nicht mehr
so viel Öl durch die Leitungen 19,21 aus der Kammer entlassen. Der Staudruck wird also langsam sinken und der Drosselschieber die Ölzufuhr wieder etwas öffnen. Der Verschiebung des Schiebers 26 nach links wirkt aber entgegen, daß sich zwischen Schieberrückseite und Wand 28 der Bohrung 23 ein "ölpolster" gebildet
hat, dessen Abbau über die kleine Drosselöffnung 33 nur sehr langsam erfolgen kann. Durch die Trägheit des Systems, das nicht auf die Einzelimpulse des stoßweise etwa 25 Mal pro Sekunde ausgestoßenen Öls anspricht und darüberhinaus infolge des erwähnten

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"Ölpolsters" auch dem stetigen Regelwert nur langsam folgt, stellt sich ein stabiler Betriebszustand ein, derart, daß die Zufuhr an Öl in die Kammer 16 während der Stillstandsphase (geschlossene Pistole) stark gedrosselt aber nicht vollständig unterbrochen ist. Es findet also zwar ein gewisser Ölkreislauf während der Stillstandsphase statt, jedoch ist dieser mengenmäßig sehr schwach und kaum größer als während der Betriebsphase der Pistole. Eine übermäßige Erhitzung des Öls ist jedenfalls ausgeschlossen. Wird nun die Spritzpistole wieder geöffnet, dann sinkt der Förderdruck in der Förderkammer 18 vergleichsweise schnell und damit auch der Druck in der Kammer 16. In diesem Augenblick wird also das Ventil 20 tatsächlich ganz geschlossen sein und es kann überhaupt kein öl mehr in die Leitung 21 gelangen. Damit aber sinkt auch der Staudruck in der Leitung 21 und in der Querbohrung 29 so beträchtlich, daß sich der Schieber 26 nach links bewegt und das in der Ringnut 32 sowie hinter der Schieberrückseite befindliche öl (ölpolster) in der Lage ist, die Ventilkugel 31b vom Sitz 31c abzuheben, mit der Folge, daß das öl durch den damit geschaffenen, gegenüber der Bohrung 33 einen großen Durchlaß darstellenden Weg schnell in die Querbohrung 29 und die Leitung 21 abfließen kann. Damit aber vermag die Feder 27 den Schieber 26 nahezu schlagartig in seine Ruhelage nach links zurückzuführen, weil eben die Dämpfungswirkung durch das hinter dem Schieber befindliche ölpolster weggefallen ist. Mit anderen Worten, die Drosselung wird sehr schnell aufgehoben.und beim nächsten Saughub des Kolbens 14 kann dieser die gesamte für den Betrieb bei geöffneter Pistole erforderliche ölmenge ansaugen. Dies bedeutet aber, daß der bei den bekannten Einlaßöffnungen mit konstanter Zufuhrdrosselung so gefürchtete Druckeinfall beim Wiederöffnen der Spritzpistole

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hier nicht auftreten kann. Selbstverständlich treten die beschriebenen Vorgänge nicht nur bei dem Extremfall des Schließens bzw. öffnens der Spritzpistole auf_f sondern - in verringertem Maße - auch dann, wenn von einer sehr kleinen auf eine sehr große Spritzdüse übergegangen wird. Jedenfalls findet bei der erfindungsgemäßen Membranpumpe während aller Betriebsphasen, ob Stillstandsphase oder Arbeitsphase, ein im wesentlichen konstanter Ölkreislauf statt, der jedoch mengenmäßig derart begrenzt ist, daß keine schädliche Erhitzung des üls zu befürchten ist. Trotzdem aber kommt es selbst bei dem extremen Übergang von geschlossener Pistole zu offener Pistole zu keinem Druckeinfall, vielmehr sinkt der Förderdruck lediglich langsam vom Maximaldruck der Stillstandsphase auf den Arbeitsdruck.

Selbstverständlich kann das beschriebene Ausführungsbeispiel zahlreiche Abwandlungen erfahren. Wesentlich ist, daß als Regelgröße für die Zufuhr an Antriebsflüssigkeit zur Antriebskammer eine solche herangezogen wird, die ein Stetigsignal und kein Impulssignal ist, wofür sich insbesondere der Staudruck der vom Druckbegrenzungsventil entlassenen Antriebsflüssigkeit eignet, daß das System in Drosselrichtung derart gedämpft ist, daß sich ein stabiler Drosselzustand einstellt, und daß schließlich Vorkehrungen getroffen sind, welche eine Aufhebung der Drosselung im Bedarfsfall sehr schnell und möglichst trägheitslos ermöglichen.

Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung, wobei der

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Grundaufbau dieser Membranpumpe derjenigen nach Fig. 1 entspricht und wobei gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Der Einlaßschlitz 25 ist jedoch hier vergleichsweise groß ausgebildet und unmittelbar mit dem Vorratsbehälter 12 verbunden, so daß beim Entstehen eines Unterdrucks in der Antriebskammer 16 das öl ungehindert aus dem Vorratsbehälter 12 durch den Einlaßschlitz 25 nachfließen kann. Das Druckbegrenzungsventil 20 hat bei der Ausführungsform nach Fig. 3 eine grundlegend andere konstruktive Ausbildung als dasjenige beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1. Das Druckbegrenzungsventil ist hier als ein in einer beidseits geschlossenen, zylindrischen Gehäusebohrung 40 gleitender Regelkolben. Dieser Regelkolben 20' ist durch eine Schraubenfeder 41 in Richtung nach links belastet. In seinem Mittelbereich weist der Kolben 20* eine Ringnut 2Cfe. auf, in welche - bei entsprechender Stellung des Kolbens 20*- die von der Antriebskammer 16 herführende Leitung 19 und die zum Vorratsbehälter 12 führende Leitung 21 münden, wie später noch im einzelnen erläutert werden wird. In den Zylinderraum vor derjenigen Stirnfläche des Kolbens 20¹, welche der Feder 41 gegenüberliegt, mündet eine

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Leitung 42, die einerseits über ein Rückschlagventil mit der Leitung 19 und andererseits über ein Ventil 44 mit der Antriebskammer 16 verbunden ist. Das Ventil 44 ist als Sitzventil ausgebildet, welches mit der Membrane 17 verbunden ist. Befindet sich die Membrane 17 in Ruhestellung dann ist auch das Ventil 44 geschlossen.

Die Membranpumpe nach Fig. 3 arbeitet folgendermaßen. Während der

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Arbeitsphase dringt zwar bei jedem Druckhub öl über die Leitung 19, das Rückschlagventil 43 und die Leitung 42 in den Zylinderraum vor der Stirnfläche des Regelkolbens 20¹ ein, jedoch öffnet gleichzeitig die Membrane 17 das Ventil 44, mit der Folge, daß der Druck in der Leitung 42 und vor der Stirnfläche des Regelkolbens stets gleich dem Druck in den übrigen Bereichen der Antriebskammer 16 ist. Der Regelkolben 20¹ verbleibt in seiner durch die Feder 41 bedingten Stellung ganz links, in welcher die Ringnut 20'a keine Verbindung zwischen den Leitungen 19 und 21 herstellt; mit anderen Worten, das Druckbegrenzungsventil bleibt geschlossen. Erfolgt nun ein übergang von dieser Arbeitsphase in die Stillstandsphase (Schließen der Sprühpistole), dann steigt der Druck in der Antriebskammer 16, mit der Folge, daß der Regelkolben 20¹ gegen die Wirkung der Feder 41 nach rechts verschoben wird, bis die Ringnut 20*a die Leitungen 19 und 21 miteinander verbindet und überschüssiges öl aus der Antriebskammer 16 über die Leitungen 19 und 21 in den Vorratsbehälter 12 abfließt. Dieses Abfließen bewirkt zwar ein Absinken des Drucks in der Antriebskammer 16, ohne daß jedoch dadurch der Kolben 20^l sich wieder nach links verschieben könnte, weil nämlich das in der Leitung 42 befindliche öl weder über das Rückschlagventil 43 noch über das von der jetzt ruhenden Membrane geschlossene Ventil 44 zurück in die Antriebskammer 16 fließen kann. Der hohe Druck in der Leitung 42 und damit an der Stirnseite des Regelkolbens 20¹ bleibt somit erhalten und damit auch das Druckbegrenzungsventil voll geöffnet. Dieser Zustand wird während der gesamten Stillstandsphase aufrechterhalten, wobei eine dem Verdrängervolumen des Antriebs-

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kolbens 14 entsprechende ölmenge bei jedem Druckhub durch die Leitungen 19 und 21 in den Vorratsbehälter 12 abgeführt und bei jedem Saughub aus dem Vorratsbehälter 12 durch den Einlaßschlitz 25 in die Kammer 16 zurückgeführt wird. Eine Erhitzung des Öls tritt dabei jedoch nicht auf, weil die genannten Leitungen vergleichsweise groß dimensioniert werden können und somit der Kreislauf im wesentlichen widerstandsfrei erfolgt. Wie erwähnt wird ja das Druckbegrenzungsventil nicht durch das umlaufende Öl, sondern durch die in der Leitung 4 2 eingesperrte Teilmenge des Öls offengehalten. Wird nun die Sprühpistole wieder geöffnet, dann wölbt sich die Membrane 17 sofort wieder in die Förderkammer 18 ein und öffnet damit das Ventil 44, womit die Leitung 42 wieder mit der Antriebskammer 16 in Verbindung steht; die Folge ist, daß der Staudruck in der Leitung 42 zusammenbricht und die Feder 41 den Regelkolben 20^l wieder nach links verschiebt, entsprechend der Geschlossenstellung des Druckbegrenzungsventils. Beim nächstfolgenden Saughub wird durch den großdimensionierten Einlaßschlitz 25 die gesamte fehlende Ölmenge nachgesaugt, so daß sofort wieder der volle Arbeitsdruck zur Verfügung steht.

Selbstverständlich kann die Feder 41 auch so bemessen werden, daß das Druckbegrenzungsventil nur bei Verwendung einer maximal großen Sprühdüse an der Sprühpistole vollständig geschlossen ist, bei Verwendung einer kleinen Sprühdüse dagegen geringfügig geöffnet ist und damit einen gewissen ölkreislauf zuläßt.

Obwohl der erwähnte ölkreislauf während der Stillstandsphase beim

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Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 zu keiner Erhitzung des umlaufenden Öls führt und auch die Leistungsaufnahme durch diesen nahezu widerstandslosen Kreislauf vergleichsweise gering ist, so kann es doch Fälle geben, in welchen ein solcher Kreislauf unerwünscht ist. Wird, wie bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel_; der Antriebskolben 14 durch eine Taumelscheibe 11 angetrieben, deren Anstellung den Hubweg des Kolbens 14 bestimmt, dann kann durch einfache Kopplung des Regelkolbens 20¹ mit einer - nicht gezeichneten - üblichen Einrichtung zum Verstellen der Taumelscheibenanstellung der Kreislauf in der Stillstandsphase völlig unterbunden werden. Dabei läßt der Regelkolben 20¹ bei seiner Verschiebung nach rechts Anstellung der Taumelscheibe 11 gegen Null gehen, mit der Folge, daß auch der Hubweg des Antriebskolbens 14 gegen Null geht, also keine Ölverdrängung mehr auftritt. Wesentlich dabei ist lediglich, daß beim Zurückgang des Regelkolbens 20^r nach links auch die Taumelscheibe 11 ohne Zeitverzögerung wieder ihre ursprüngliche Anstellung erhält, um so sofort wieder den gewünschten Arbeitsdruck zur Verfügung zu haben. Wird der Antriebskolben durch einen Exzenter angetrieben, dann verstellt der Regelkolben 20* in entsprechender Weise die Exzentrizität.

Schließlich ist es auch möglich, den Regelkolben 20' an seinem dem Vorratsbehälter 12 zugewandten Ende mit einer nur in einer Richtung wirkenden Dämpfungseinrichtung zu versehen, welche im wesentlichen derjenigen des Schiebers 26 von Fig. 2 entspricht.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

M^ Verfahren zur Leistungsregelung von Membranpumpen zum Fördern von Druckflüssigkeit, insbesondere von Flüssigkeiten für das luftlose Verspritzen mittels Hochdruck-Spritzpistolen, mit zwei von einer beweglichen Membrane getrennten Kammern, von denen die eine mit einer von einem oszillierenden Kolben abwechselnd verdrängten und angesaugten Antriebsflüssigkeit gefüllt und die zweite als Förderkammer für die Druckflüssigkeit ausgebildet ist, mit einem Druckbegrenzungsventil zum Abführen von Antriebsflüssigkeit aus der Antriebskammer in einen Vorratsbehälter und mit einer verschließbaren Einlaßöffnung zum Zuführen von Antriebsflüssigkeit aus dem Vorratsbehälter in die Antriebskammer, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der oszillierenden Antriebsflüssigkeit außerhalb der Antriebskammer gestaut und der Staudruck als Stetigsignal zum Regeln der Durchflußweite des Druckbegrenzungsventils und/oder der Einlaßöffnung herangezogen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die

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vom Druckbegrenzungsventil der Antriebskaitimer zum Vorratsbehälter pulsierend strömende Antriebsflüssigkeit gestaut und die Flüssigkeitszufuhr zur Einlaßöffnung der Antriebskammer in Abhängigkeit vom sich ergebenden Staudruck derart verändert wird, daß die Zufuhr zur Einlaßöffnung mit steigendem Staudruck gedrosselt, mit sinkendem Staudruck verstärkt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei steigender und bei langsam sinkender Menge an vom Druckbegrenzungsventil abgegebener Antriebsflüssigkeit das Drosseln bzw. das Stärken der Zufuhr zur Einlaßöffnung mit zeitlicher Verzögerung, bei schnellem Sinken dieser Antriebsflüssigkeitsmenge zeitlich unverzögert durchgeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Staudruck des außerhalb der Antriebskammer befindlichen Antriebsflüssigkeitsteils die Durchlaßweite des Druckbegrenzungsventils derart regelt, daß sich diese mit steigendem Staudruck vergrößert, mit sinkendem Staudruck verkleinert, wobei die Durchlaßweite der Einlaßöffnung stets ungedrosselt bleibt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei steigendem und bei langsam sinkendem Druck in der Antriebskammer die Durchlaßweite des Druckbegrenzungsventils mit zeitlicher Verzögerung, bei schnellem Sinken des Drucks in der Antriebskammer zeitlich unverzögert geregelt wird.

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6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2 oder 3, mit zwei von einer beweglichen Membrane getrennten Kammern, von denen die eine mit einer von einem oszillierenden Kolben abwechselnd verdrängten und angesaugten Antriebsflüssigkeit gefüllt und die zweite als Förderkammer für die Druckflüssigkeit ausgebildet ist, mit einem Druckbegrenzungsventil zum Abführen von Antriebsflüssigkeit aus der Arbeitskammer in einen Vorratsbehälter und mit einer verschließbaren Einlaßöffnung zum Zuführen von Antriebsflüssigkeit aus dem Vorratsbehälter in die Antriebskammer, gekennzeichnet durch einen in die Flüssigkeitsleitung (24) vom Vorratsbehälter (12) zur Antriebskammer-Einlaßöffnung (25) eingesetzten Drosselschieber (26), durch eine in die Flüssigkeitsleitung (21) zwischen Druckbegrenzungsventil (20) und Vorratsbehälter (12) eingesetzte Staudrossel (22) und durch eine Abzweigleitung (21a), die von der Flüssigkeitsleitung (21) zwischen Druckbegrenzungsventil (20) und Staudrossel (22) abgeht und zum Drosselschieber (26) führt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselschieber (26) ein in einer beidseitig geschlossenen, feylindrischen Gehäusebohrung (23) gleitender Kolben (26) ist, dessen Vorderkante (26a) in die zur Antriebskammer-Einlaßöffnung (25) führende Flüssigkeitsleitung (24) hineinragt, daß der Drosselkolben (26) in seinem Mittelbereich eine Querbohrung (29) aufweist, die beidseits in eine mit der Abzweigleitung (21a) in Verbindung stehende Umfangs-Ringnut (30) des Drosselkolbens (26) mündet, daß die Querbohrung (29) über eine Drosselöffnung (33) mit einer zweiten, an der Kolbenrückseite befindliche und zur Zylinder-

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bohrung-Rückwand offene Ringnut (32) verbunden ist und daß diese zweite Ringnut (32) zusätzliche über ein Rückschlagventil (31) mit der Querbohrung (29) verbindbar ist.
8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 4 und 5, mit zwei von einer beweglichen Membrane getrennten Kammern, von denen die eine mit einer von einem oszillierenden Kolben abwechselnd verdrängten und angesaugten Antriebsflüssigkeit gefüllt und die zweite als Förderkammer für die Druckflüssigkeit ausgebildet ist, mit einem Druckbegrenzungsventil zum Abführen von Antriebsflüssigkeit aus der Antriebskammer in einen Vorratsbehälter und mit einer verschließbaren Einlaßöffnung zum Zuführen von Antriebsflüssigkeit aus dem Vorratsbehälter in die Antriebskammer, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckbegrenzungsventil (20¹) ein in einer beidseitig geschlossenen, zylindrischen Gehäusebohrung (40) gleitender, federbelasteter Steuerkolben mit Ringnut (20a¹) im Mittelbereich ist, daß in die Zylinderbohrung (40) eine von der Antriebskammer (16) herführende Leitung (19) und eine zum Vorratsbehälter (12) hinführende Leitung (21) münden, wobei beide Leitungen (19,21) durch die Kolbenringnut (20a) verbindbar sind, und daß in den Zylinderraum vor der der Belastungsfeder (41) entgegengesetzten Stirnfläche des Steuerkolbens (20¹) eine weitere Leitung (42) mündet, die über ein von der Membrane (17) betätigbares Ventil (44) mit der Antriebskammer (16) und über ein Rückschlagventil (33) mit der von der Antriebskammer (16) zur Kolbenringnut (20a) führenden Leitung (19) verbindbar ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8 mit einem durch eine Taumelscheibe

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angetriebenen Antriebskolben, dadurch gekennzeichnet, daß der
Steuerkolben (20) mit einer Verstelleinrichtung für die Taumelscheibenanstellung gekoppelt ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßöffnung der Antriebskammer (16) ein vom Antriebskolben (14) überfahrener Einlaßschlitz (25) ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung der Antriebskammer als druckabhängig verschiebbare, den Drosselschieber darstellende Laufbuchse mit
Einlaßöffnung ausgebildet ist.

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