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1. (WO2005113987) PUMP REGULATION UNIT
Note: Text based on automatic Optical Character Recognition processes. Please use the PDF version for legal matters

Regeleinheit für eine Pumpe

Die Erfindung betrifft eine Regeleinheit für eine Pumpe, insbesondere für einen Seitenkanalverdichter.

Eine Pumpe kann durch ihre möglichen Betriebspunkte charakterisiert werden, die in einem Diagramm, in dem der nutzbare Förderstrom V (zeitabhängige Volumenänderung) gegen den Differenzdruck Δp der Pumpe aufgetragen ist, eine charakteristische Kennlinie ergeben, wobei der Differenzdruck Δp der Dmckunterschied zwischen Ansaug- und Austrittanschluß der Pumpe ist. Für bestimmte Anwendungen ist es erforderlich, den nutzbaren Förderstrom V bei gleichem Differenzdruck Δp zu reduzieren, der maximal erreichbare Arbeitsdruck der Pumpe aber beibehalten werden muß. In Figur 1 sind mehrere solcher erwünschter Kennlinien dargestellt, die ausgehend von einer Ausgangskennlinie durch eine entsprechende Regelung der Pumpe erreicht werden sollen.

Ferner ist eine Regelung wünschenswert, die einen von der Netzfrequenz des jeweiligen Landes unabhängigen Betrieb der Pumpe ermöglicht. Für eine Pumpe mit einem Antriebsmotor, der mit 50 Hz betrieben wird, ergibt sich nämlich im 60 Hz-Betrieb aufgrund der höheren Motordrehzahl eine stark abweichende Kennlinie mit größeren Differenzdrücken Δp und Förderströmen V , wie in Figur 2 dargestellt ist. Für Anwendungen, bei der die Pumpe in Ländern mit 60 Hz-Netzfrequenz aber die gleichen Differenzdrücke Δp und Förderströme V bereitstellen soll wie in Ländern mit 50 Hz-Netzfrequenz, ist daher eine Regelung erforderlich, mit der im 60 Hz-Betrieb möglichst die gleichen Betriebspunkte wie im 50 Hz Betrieb erreicht werden können.- Im Falle eines periodischen Betriebs der Pumpe, in dem nicht nur ein Betriebspunkt sondern ein bestimmter Bereich der Kennlinie abgefahren wird, sollte eine solche Anpassung für den gesamten Bereich der Kennlinie möglich sein.

Bekannte Regelverfahren, wie etwa die Anpassung der Motordrehzahl mittels einer Riemenübersetzung oder eines Frequenzumrichters sind, abgesehen von den hohen Kosten, nicht in der Lage, die in Figur 1 dargestellten Kerrnlinien in befriedigender Weise zu erreichen. Es ist auch bekannt, den nutzbaren Förder-ström durch Abblasen des überschüssigen Fördermediums im Druckbetrieb (Verdichter) bzw. durch Ansaugen von Nebenluft im Vakuumbetrieb mittels sogenannter Bypassöffhungen zu reduzieren. Solche zusätzlichen Öffnungen sind jedoch für die oben angegebenen Anforderungen wenig zweckmäßig, da der maximal erreichbare Arbeitsdruck dadurch gesenkt wird, der nutzbare Förder-ström aber nur verhältnismäßig wenig beeinflußt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Regelung für eine Pumpe zu schaffen, mit der die Kennlinie der Pumpe bezüglich des Differenzdrucks und des nutzbaren Förderstroms gezielt beeinflußt werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Regeleinheit für eine Pumpe mit einer Ventileinrichtung vorgeschlagen, mit der ein vom Ansauganschluß bzw. Austrittanschluß der Pumpe unabhängiger Ansaug/Austrittquerschriitt variabel einstellbar ist. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß durch Variation der angesaugten Nebenluftmenge im Vakuumbetrieb bzw. der abgeblasenen Nebenluftmenge im Druckbetrieb die Kennlinie einer Pumpe weitgehend frei angepaßt werden kann.

Vorzugsweise ist eine vom Differenzdruck der Pumpe abhängige Steuerung des Ansaug/ Austrittquerschnitts vorgesehen. So kann bei geringem Differenzdruck mehr Nebenluft angesaugt bzw. abgeblasen werden als bei hohem Differenzdruck. Die Steuerung des Ansaug/Ausfrittquerscrinitts kann auf einer mechanischen Konstruktion basieren; es ist grundsätzlich aber auch eine elek-tronische Steuerung denkbar.

Damit der von der Pumpe maximal erzeugbare Differenzdruck als Arbeitsdruck genutzt werden kann, ist die Steuerung gemäß der Erfindung so ausgelegt, daß bei maximalem Differenzdruck der Ansaug/Ausfrittquerschnitt vollständig verschlossen ist.

Zur differenzdruckabhängigen Einstellung der Nebenluftmenge weist die Ventileinrichtung vorzugsweise ein mit dem Differenzdruck des Verdichters beaufschlagtes Steuerelement auf, mittels dem der Ansaug/Austrittquerschnitt eingestellt wird.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Steuerelement ein in einem Zylindergehäuse verschiebbar geführter Kolben.

Die bevorzugte Ausführungsform sieht ferner vor, daß der Kolben durch ein Federelement gegen die Kraft, die durch den Differenzdruck auf den Kolben ausgeübt wird, vorgespannt ist.

Der Ansaug/ Austrittquerschnitt läßt sich vorteilhaft durch wenigstens eine im

Zylindergehäuse und/oder im Kolben gebildete Öffnung darstellen, deren Gesamtquerschnitt durch eine Verschiebung des Kolbens veränderbar ist. So kann der Verlauf der Kennlinie insbesondere durch die Lage und Form der Öffnung(en) vorgegeben werden.

Es erweist sich als besonders vorteilhaft, daß die Lage des Kolbens im

Zylindergehäuse auch unabhängig vom Differenzdruck der Pumpe einstellbar ist. Dies schafft eine zusätzliche Einstellmöglichkeit, mit der bei einem bestimmten Differenzdruck verschiedene Nebenluftmengen realisierbar sind, so daß eine einfache Anpassung des Förderstroms an eine andere Arbeitsaufgabe vorge-nommen werden kann.

Bei der bevorzugten Ausfürjrungsform der Erfindung ist hierzu vorgesehen, daß das Zylindergehäuse ein offenes Ende aufweist, das durch einen einschraubbaren Boden geschlossen ist. Je nachdem, wie weit der Boden eingeschraubt wird, kann dadurch die effektive Länge des Zylindergehäuses vergrößert oder verkleinert und damit die relative Lage des Kolbens im Zylindergehäuse verändert werden.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist die Ventileinrichtung eine verschließbare Öffnung mit vorbestirnmtem Querschnitt auf, die im geöffneten Zustand eine permanente Verbindung zwischen dem Austrittanschluß und dem Ansauganschluß der Pumpe herstellt. Durch entsprechende Dimensionierung des Querschnitts der zusätzlichen Öffnung können dadurch im 60 Hz-Betrieb die Betriebspunkte des 50-Hz Betriebs, insbesondere der maximale Arbeitsdruck, mit ausreichender Genauigkeit erreicht werden.

Die Öffnung ist vorzugsweise mittels eines Stopfens verschließbar, so daß die Anpassung der Kennlinie im 60 Hz-Betrieb der Pumpe an die Kennlinie des 50 Hz-Betriebs durch einfaches Entfernen des Stopfens erfolgt.

Um insbesondere im Vakuumbetrieb durch das Ansaugen von Umgebungsluft als Nebenluft bedingte erhöhte Betriebsgeräusche und negative Einflüsse durch Verunreinigungen der Umgebungsluft zu vermeiden, steht ein Bereich der Regeleinheit mit dem Ansauganschluß und ein anderer Bereich der Regeleinheit mit dem Austrittanschluß der Pumpe in Verbindung, wobei die Ventileinrichtung so zwischen diesen Bereichen angeordnet ist, daß durch den variabel einstellbaren Ansaug/Austrittquerschnitt eine Verbindung zwischen dem Austrittanschluß und dem Ansauganschluß der Pumpe hergestellt ist. Ein solcher Aufbau ermöglicht den Übertritt von gefilterter Luft als Nebenluft aus dem Austrittanschluß in den Ansauganschluß der Pumpe.

Die erfindungsgemäße Regeleinheit ist vorzugsweise als Modul in einem Gehäuse mit wenigstens einem verschraubbaren Deckel untergebracht, der eine leichte Zugänglichkeit der Komponenten der Regeleinheit erlaubt.

Die Erfindung schafft auch eine Pumpe mit einem Gebläsegehäuse und einem Schalldämpfer sowie einer zwischen dem Gebläsegehäuse und dem Schalldämpfer angeordneten erfindungsgemäßen Regeleinheit. Eine solche Anordnung der Regeleinheit gewährleistet eine optimale Geräuschdämpfung.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform und aus den beigefügten Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen: - Figur 1 verschiedene gewünschte Regelkennlinien im Vergleich zu einer Ausgangskennlinie einer Pumpe;

- Figur 2 zwei Kennlinien einer Pumpe im 50 Hz- bzw. 60 Hz-Betrieb;

- Figur 3 a eine Vorderansicht einer erfindungsgemäßen Regeleinheit;

- Figuren 3b, 3c Scrinittansichten der Regeleinheit aus Figur 3a entlang der

Schnittlinien A-A bzw. B-B;

- Figur 4 einen schematischen Aufbau einer Pumpe mit einer erfindungsgemäßen Regeleinheit; und

- Figur 5 mit der erfindungsgemäßen Regeleinheit erreichbare Kennlinien einer Pumpe.

Die in den Figuren 3 a bis 3 c dargestellte erfindungsgemäße Regeleinheit 10 für eine Pumpe ist als Modul konzipiert und in einem langgestreckten Gehäuse 12 mit zwei stirnseitig verschraubten Deckeln 14 untergebracht. Eine Zwischenwand 12a des Gehäuses 12 grenzt einen Bereich 16 der Regeleinheit 10, der mit dem Ansauganschluß der Pumpe in Verbindung steht (Ansaugbereich), von einem mit dem Austrittanschluß der Pumpe in Verbindung stehenden Bereich 18 (Austrittbereich) der Regeleinheit 10 ab. Zwischen den Bereichen 16 und 18 ist eine Ventileinrichtung mit einer Kolben/Zylinder-Einheit vorgesehen. In einem Zylindergehäuse 20 der Kolben/Zylinder-Einheit ist ein Kolben 22 verschiebbar geführt. An einem Ende des Zylindergehäuses 20 ist ein Boden 24 eingeschraubt. Aus dem anderen Ende des Zylindergehäuses 20 ragt ein Ende des Kolbens 22 in den Austrittbereich 18. Zwischen dem Boden 24 und einer stirnseitigen Wand 26 des Kolbens 22 ist ein Federelement in Form einer Schraubenfeder 28 angeordnet, die eine Vorspannkraft auf den Kolben 22 ausübt. Die Lage des Kolbens 22 im Zylindergehäuse 20 kann abhängig davon, wie weit der Boden in axialer Richtung 24 in das Zylindergehäuse eingeschraubt ist, variiert werden. Ein Zuganker 40, der den Boden 24 mit der Wand 26 verbindet, verhindert ein Herausfallen des Kolbens 22 aus dem Zylindergehäuse 20.

Im Boden 24 und im Kolben 22 sind Öffnungen 30 vorgesehen, die den

Austrittbereich 18 mit dem Ansaugbereich 16 verbinden. Die Öffnungen 30 sind so angeordnet, daß sie bei einer Verschiebung des Kolbens 22 gegen die

Vorspannung der Feder 28 immer weiter abgedeckt werden, so daß sich ihr Gesamtquerschnitt kontinuierlich verringert.

In der Wand 26 des Kolbens 22 ist eine weitere Öffnung 32 gebildet, die eine zusätzliche Strömungsverbindung zwischen dem Austrittbereich 18 und dem Ansaugbereich 16 herstellt, aber durch einen Stopfen 33 oder ein anderes geeignetes Verschlußelement verschließbar ist.

Figur 4 zeigt eine Pumpe mit einem Antriebsmotor 34 und einer in die Pumpe integrierten Regeleinheit 10, wobei die Regeleinheit 10 zur optimalen Geräuschdämpfung zwischen einem Gebläsegehäuse 36 und einem Schalldämpfer 38 der Pumpe angeordnet ist.

Im folgenden werden die Funktionsweise der Regeleinheit 10 und die mittels einer solchen Regeleinheit realisierbaren Kemilinien am Beispiel einer Pumpe im Vakuumbetrieb erläutert, wobei als Arbeitsmedium Luft angenommen wird.

Die in Figur 5 mit 60 Hz bezeichnete Kennlinie zeigt die möglichen Befriebspunkte der Pumpe im 60 Hz Betrieb ohne Verwendung der Regeleinheit 10. Die Regeleinheit 10 ermöglicht eine Anpassung dieser Ausgangskennlinie im Hinblick auf einen verringerten Förderstrom V , wie durch die Pfeile A, B und C angedeutet. Im Betrieb der Pumpe wird neben der durch den Ansauganschluß der Pumpe angesaugten Luft auch Nebenluft angesaugt. Dadurch wird der nutzbare Förderstrom V herabgesetzt. Die Nebenluft stammt aus dem Austrittanschluß der Pumpe und gelangt über den Austrittbereich 18 der Regeleinheit 10 durch die Öffnungen 30 im Zylindergehäuse 20 bzw. im Kolben 22 zum Ansauganschluß der Pumpe. Die angesaugte Nebenluft ist also keine Umgebungsluft, sondern gefilterte Luft aus dem Ansauganschluß der Pumpe.

Die Besonderheit der erfindungsgemäßen Regeleinheit 10, nämlich die vom Differenzdruck Δp der Pumpe abhängige Steuerung der angesaugten Nebenluftmenge, wird durch den erfindungsgemäßen Aufbau der Ventileinrichtung ermöglicht. Der Kolben 22 ist im Austrittbereich 18 der Regeleinheit 10 mit dem Differenzdruck Δp der Pumpe beaufschlagt, der gegen die vorgegebene Vorspannung der Feder 28 wirkt. Somit nimmt der Kolben 22 eine definierte, vom Differenzdruck Δp abhängige Stellung im Zylindergehäuse 20 ein. Die Öffnungen 30 im Zylindergehäuse 20 bzw. im Kolben 22 sind so angeordnet, daß sich der Gesamtsfrömungsquerschnitt vom Austrittbereich 18 in den Ansaugbereich 16 mit zunehmendem Differenzdruck Δp verringert. Bei maximalem Differenzdruck Δp ist der Kolben 22 so weit verschoben, daß die Öffnungen 30 vollständig verschlossen sind. Die Menge der angesaugten Nebenluft nimmt also bei steigendem Differenzdruck Δp bis auf 0 ab. Dies führt insgesamt zu einer Verschiebung der Keririlinie der Pumpe zu geringeren Förderströmen V (siehe Pfeil A in Figur 5), wobei dennoch der maximale Differenzdruck Δp der Pumpe als Arbeitsdruck erreichbar ist.

Die Kennlinie kann zusätzlich angepaßt werden, indem die relative Lage des Kolbens 22 im Zylindergehäuse 20 mit Hilfe des schraubbaren Bodens 24 verändert wird. Durch einfaches Drehen des Bodens 24 kann der Gesamtquer-schnitt der Öffnungen 30 und damit die anzusaugende Nebenluftmenge bei gegebenem Differenzdruck Δp eingestellt werden. Dadurch kann insbesondere die Steigung der Kennlinie bei niedrigen Differenzdruckwerten beeinflußt werden (siehe Pfeil B in Figur 5).

Im 50 Hz-Betrieb der Pumpe ist die zusätzliche Öffnung 32 in der Wand 26 des Kolbens 22 durch den Stopfen 33 verschlossen. Soll die Pumpe nun mit 60 Hz betrieben und der maximal erreichbare Arbeitsdruck an den entsprechenden Wert im 50 Hz-Betrieb angeglichen werden, wird einfach der Stopfen entfernt. Dies führt dazu, daß ein Nebenluftstrom vom Austrittbereich 18 durch die Öffnung 32 in den Ansaugbereich 16 fließt. Der Querschnitt der Öffnung 32 ist dabei so dimensioniert, daß soviel Nebenluft angesaugt wird, daß gerade der maximale Arbeitsdruck des 50 Hz-Betriebs erreicht wird (siehe Pfeil C in Figur 5).

Die Funktionsweise der Regeleinheit 10 im Druckbetrieb der Pumpe entspricht im wesentlichen der oben beschriebenen Funktionsweise für den Vakuumbetrieb, wobei in diesem Fall die Öffnungen 30 keinen zusätzlichen Ansaugquerschnitt, sondern einen zusätzlichen Austrittquerschnitt darstellen.

Die Zugänglichkeit des Bodens 24 und der Öffnung 32 bzw. des Stopfens zur Einstellung der Regeleinheit 10 ist durch die abnehmbaren Deckel 14 gewährleistet, so daß eine Anpassung der Regeleinheit 10 jederzeit ohne großen Aufwand vorgenommen werden kann.