Wie funktioniert eigentlich eine Lambach-Pumpe L-380 ?


Applet    ( in separatem Fenster )

ca. 1000 x 650 Pixel     ca. 1170 x 725 Pixel     ca. 1350 x 840 Pixel     ca. 1450 x 890 Pixel     ( mit voreingestellten Parametern )

ca. 1000 x 650 Pixel     ca. 1170 x 725 Pixel     ca. 1350 x 840 Pixel     ca. 1450 x 890 Pixel     ( mit justierbaren Parametern )


Das Applet simuliert eine Lambach-Pumpe, die seit dem Ende des 19. Jahrhunderts in vielen kleineren Ansiedlungen zur Trinkwasserversorgung eingesetzt war, und deren weiterentwickelte und perfektionierte Modelle ( hier : Mod. L-380 ) teilweise erst in den 1970er Jahren von elektrisch betriebenen Pumpen oder dem Anschluss an ein größeres Verbundnetz abgelöst wurden.

In der Simulation wird der Zustand dieser Wassersäulenmaschine ( "O-Ton" Gottlieb Lambach, Erfinder und Hersteller ) in konstanten Zeitschritten von 20 [ms] ( ≘ 50 Schritte pro Sekunde ) berechnet und in Zeitschritten von 40 [ms] ( ≘ 25 Bilder pro Sekunde ) graphisch dargestellt.

Die zur Simulalionsrechnung und graphischen Darstellung erforderlichen technischen Daten und Abmessungen der Pumpe sowie mehrere sehr hilfreiche Abbildungen, technische und schematische Zeichnungen sowie Montage- und Justieranweisungen wurden von Herrn Karl-Heinz Warzok und der Arbeitsgemeinschaft Lambach-Pumpen, 51709 Marienheide, bereitgestellt.
Besonders hilfreich war ein Video von Herrn Warzok, 53804 Much, das zahlreiche Details einer restaurierten und einsatzfähigen Pumpe L-380 in 74731 Walldürn-Hornbach zeigt.



- Inhalt -

Erläuterungen ( + Screenshot )
Zylinder und Kolben
Ventile
Ventilsteuerung
Ablauf der Steuerung
Kräftebilanz und Bewegungsablauf
Druckstöße
Wirkungsgrad
Simulationsrechnung

Einige Maße und Parameter

Bedienungsanleitung ( + Screenshot )
Ablaufsteuerung
Echtzeitverhalten
Parametereinstellung
Anzeige ( + Screenshot )
Lupe

Parameterfenster
Parameterliste
Parameterdialog

Download


- Erläuterungen -

Arbeitsprinzip :

Der relativ geringe Druck des Triebwassers wirkt auf die Querschnittsfläche eines Antriebkolbens, der einen Förderkolben mit geringerem Querschnitt antreibt, und so Förderwasser mit einem Vielfachen des Triebwasserdruckes in eine Steigleitung presst.
( Zahlenwerte in den Erläuterungen entsprechen den voreingestellten Parameterwerten und Maßen )

Screenshot :
( Farbcode : Triebwasser Zulauf = blau, Ablauf = hellblau,  Förderwasser = cyan,  Quellwasserzulauf = cyan hell,  rote Pfeile markieren die Strömungsrichtung des Wassers )

Die vereinfachte graphische Darstellung ist eine Mischung von Vertikalschnitt und Seitenansicht.
Kolbenhub sowie Zahnräder und Zahnstangen der Ventilsteuerung sind maßstabsgerecht dargestellt,
1 Pixel auf dem Bildschirm entspricht ca. 3 [mm] im Original,
die Zylinder- und Kolbenlängen sind um ca. 20 %  verkürzt wiedergegeben,
um bei diesem Abbildungsmaßstab eine Gesamtbreite der Darstellung von 1000 [Pix] nicht zu überschreiten.

Zylinder und Kolben :

Im unteren Teil zeigt die Graphik die liegend angeordneten Trieb- und Förderzylinder, die wie auch alle Rohrleitungen auf einem Betonfundament verankert sind.

Trieb- und Förderkolben sind miteinander verschraubt, und beide Kolbenpaare sind durch Schildplatten über Distanzstangen starr miteinander verbunden,
wodurch die Triebkolben wie auch die Förderkolben jeweils wie doppelt wirkende Kolben arbeiten.

Bei einer Kolbenbewegung nach rechts wird
der Inhalt des rechten Förderzylinders in die Steigleitung gepresst und
in den linken Förderzylinder strömt Wasser aus dem Quellwasserzulauf,
bei einer Bewegung nach links
presst der linke Förderkolben Wasser in die Steigleitung und
der rechte Förderzylinder füllt sich mit Quellwasser.

Das ablaufende Triebwasser muß in einem sogenannten "Wasserkasten" ein Gefälle von ca. 0.3 [m] überwinden,um zu gewährleisten, dass, auch beim Abbremsen der Kolbenbewegung,
der Triebwasserablauf-Anschluß immer mit Wasser gefüllt ist, und keine Luft in die Triebzylinder gelangt.

Ventile :

Während der Wasserfluß in den Förderleitungen
durch je zwei selbsttätig arbeitende Rückschlagventile ( am rechten / linken Bildrand vereinfacht dargestellt )
gesteuert wird, sind zur Steuerung von Triebwasserzulauf und -ablauf
für die beiden Triebzylinder Einlaß- und Auslaßventile ( in der Bildmitte schematisch dargestellt )
erforderlich :

Einlaß rechts und Auslaß links geöffnet sowie Einlaß links und Auslaß rechts geschlossen
=> Füllung des rechten Triebzylinders, Bewegung nach rechts und Entleerung des linken Triebzylinders,
Einlaß links und Auslaß rechts geöffnet sowie Einlaß rechts und Auslaß links geschlossen
=> Füllung des linken Triebzylinders, Bewegung nach links und Entleerung des rechten Triebzylinders.

In den Endpositionen der Kolben muß
relativ schnell und exakt synchronisiert zwischen den beiden Zuständen umgeschaltet werden,
was das "Herzstück" der Anlage,
die im oberen Teil der Graphik dargestellte Ventilsteuerung,
eine mechanische zwangsgesteuerte Freilaufsteuerung, übernimmt.

Ventilsteuerung :

Die beiden Zahnrräder sitzen auf einer gemeinsamen, gestellfesten Achse ( senkrecht zur Bildebene ) und sind in der Graphik, zusammen mit den zugehörigen Zahnstangen, untereinander dargestellt,
oben : das fest mit der Achse verbundene Antriebszahnrad ( im Original "hinten" ) und
darunter : das auf der Achse frei drehbare, größere Steuerzahnrad ( im Original "vorne" ).
( Um die Drehung der Achse für den Beobachter besser erkennbar zu machen, ist der auf der Achse befestigte Mitnehmer -rot-, der in das Steuerzahnrad eingreift, in beide Zahnräder eingezeichnet. )

Ein ca. 1 [m] langer Fallhebel mit einem Metallgewicht ( rot ) am freien Ende ( im betriebsinternen Sprachgebrauch "Hammer" ) ist mit der Achse fest verbunden und
liegt im Original zwar "hinter" dem Antriebszahnrad, ist aber in der Graphik ganz im Vordergrund dargestellt.
( Unbewegliche Teile der Anlage können so in einem Hintergrundbild abgelegt werden, und nur die beweglichen Elemente müssen 25 x pro Sekunde neu gezeichnet werden. )

Die in das Antriebszahnrad eingreifende Zahnstange
ist auf dem von den Kolben mitbewegten Rahmen in Längsrichtung frei verschiebbar und
überträgt die Kolbenbewegung auf das Antriebszahnrad, sobald eine der beiden justierbaren Begrenzungen das Ende der Zahnstange erreicht hat.
Der "Hammer" wird dadurch angehoben und fällt nach dem Überschreiten des oberen Totpunktes ( "12 Uhr" Position ) nach unten,
- schneller als es dem Kolbenvorschub entspricht - und die Antriebszahnstange löst sich von der Begrenzung.

Wenn der Mitnehmer der Achse die Nocke ( grün ) im Steuerzahnrad erreicht hat,
wird das Zahnrad gedreht und
verschiebt ruckartig die Steuerzahnstange mit den an beiden Enden montierten Hebewulsten,
die jeweils zwei Ventilgestänge anheben und
ein Absenken der beiden anderen durch das Eigengewicht, unterstüzt durch die Strömung des Wassers, zulassen.
( Zusatzgewichte an den oberen Enden der Gestänge sind in der Graphik nicht dargestellt. )

Ablauf der Steuerung :

Bei einer Kolbenbewegung nach rechts
stehen die beiden Wulste unter den Steuergestängen des rechten Einlaßventils und des linken Auslaßventils ( beide Ventile göffnet ), und Einlaß links sowie Auslaß rechts sind geschlossen.

Der Fall des "Hammers" schiebt beide Wulste nach rechts :
Einlaß rechts und Auslaß links werden durch das Eigengewicht des Ventilgestänges synchron innerhalb ca. 0.15 ... 0.20 [s] geschlossen,
während ca. 0.05 [s] sind alle vier Ventile geschlossen, und
anschließend werden die Wulste unter das Gestänge von Einlaß links sowie Auslaß rechts geschoben,
beide Ventile werden synchron innerhalb ca. 0.15...0.40 [s] geöffnet :
=> Kolbenbewegung nach links.

! Bei einer Kolbenbewegung nach links läuft der gleiche Vorgang seitenverkehrt in umgekehrter Richtung ab !

Durch den Einsatz des Fallhebels wird der zeitliche Verlauf der Ventilumschaltung von der relativ langsamen Kolbenbewegung entkoppelt :
die Postion der Anschläge der Antriebszahnstange bestimmt, bei welcher Kolbenposition der "Hammer" seinen oberen Totpunkt erreicht,
ca. 1 ... 10 [º] hinter dem O.T. wird die Winkelgeschwindigkeit des Fallhebels größer als die des antreibenden Zahnrades, d.h. der "freie Fall" beginnt, und
die Öffnungs- und Schließzeiten der Ventile hängen nur noch von der Fallgeschwindikeit des "Hammers" ab, d.h. von dessen Dämpfung.

Durch die Fallgewichtssteuerung
läuft der Umschaltvorgang der Ventile während des freien Falls des "Hammmers",
unabhängig von der aktuellen Kolbenbewegung, immer vollständig ab,
und
außerhalb dieser kurzen Zeitspanne, befinden sich die Ventile immer in einer der beiden "Arbeitsstellungen"
Schub nach rechts oder Schub nach links.

! Bei einem Ausfall der Triebwasserversorgung oder beim völligen Schließen des Drosselschiebers ( od. eines Absperrhahns am oberen Ende der Steigleitung ) bleibt die Pumpe stehen und
läuft bei der Wiederkehr der Triebwasserversorgung / dem Öffnen des Schiebers ( Absperrhahns ) selbsttätig wieder an.

Die Kolbenbewegung wird in der Schließphase der Ventile abgebremst, kommt aber erst bei völlig geschlossenen Ventilen zum Stillstand,
wodurch der Hub der Kolben von deren Geschwindigkeit vor Beginn des Schaltvorgangs abhängt.

In der Simulation wird daher vor dem Start die bei völlig geöffnetem Drosselschieber zu erwartende Kolbengeschwindikeit berechnet und
daraus die Position der Anschläge so bestimmt,
dass bei den Schubkräften von z.T. mehreren [to]
eine "Beschädigung" der Pumpe durch Überschreiten des maximal zulässigen Hubs vermieden wird.

Ablauf der Steuerung    Ventilsteuerung    Ventile    Zylinder und Kolben
Erläuterungen ( Screenshot )    Inhaltsverzeichnis    Anfang

Kräftebilanz und Bewegungsablauf :

Das Verhalten der Pumpe wird aus der Kräftebilanz am Kolbensystem abgeleitet :
der Antriebskraft = Triebwasserdruck x Triebkolbenfläche + Quellwasserdruck x Förderkolbenfläche
wirken
die Förderkraft = Förderwasserdruck x Förderkolbenfläche und
die relativ geringe Kraft aus Druck im Triebwasserablauf x Triebkolbenfläche
entgegen.

Falls die statische Antriebskraft ( Druckwerte ≘ Gefällehöhen ) nicht größer ist als die statische Förderkraft,
bewegt sich die Pumpe nicht,
da bei exakt schließenden Rückschlagventilen im Förderkreis ein "rückwärts" Laufen der Pumpe nicht möglich ist.

Sobald sich die Kolben bewegen, strömt Wasser durch die Zuleitungen, die Ventile und den Drosselschieber, und die Strömungswiderstände dieser Bauteile führen
im Bereich "hinter" den Widerständen ( in Richung der Strömung gesehen ) zu einem Druckabfall gegenüber dem statischen Druck,
d.h. im Triebwasserzufluß ( = "aktiven" Triebzylinder ) und im Quellwasserzufluß ( = "passiver" Förderzylinder ),
und
erfordert zur Aufrechterhaltung der Strömung eine Druckerhöhung gegenüber dem statischen Druck im Bereich "vor" den jeweiligen Widerständen,
d.h. am Fuß der Steigleitung ( = "aktiver" Förderzylinder ) und im Triebwasserabfluß ( = "passiven" Triebzylinder ).

Die Druckänderungen an Einzelwiderständen ( Ventile, Drosselschieber ) und, bei turbulenter Strömung¹⁾, auch in Rohrleitungen
hängen vom Quadrat den jeweiligen Strömungsgeschwindigkeiten ab, und
diese sind wegen der Inkompressibilität des Wassers
proportional zur Kolbengeschwindigkeit über das jeweilige Querschnittsverhältnis²⁾ von Kolben / Zuleitung.

¹⁾ Laminare Strömung mit linearer Abhängigkeit des Druckverlustes von der Geschwindigkeit tritt bei den i.A. gebräuchlichen Rohrdimensionen lediglich in den Quell- und Förderleitungen bei relativ unwirtschaftlichen Förderleistungen < ca. 7 [l/min] auf.

²⁾ Voreingestellte Kolben- und Zuleitungsdurchmesser
=> Triebwassergeschwindigkeit = ca. 12.7 x Kolbengeschwindigkeit,
=> Förder- und Quellwassergeschwindigkeit = ca. 5.9 x Kolbengeschwindigkeit.

In einer Bilanz der dynamischen Kräfte müssen, außer den statischen Drücken und den Druckänderungen durch die Strömungswiderstände, auch die Beiträge
der geschwindigkeitsabhängigen mechanischen Reibung, vor allem in den Stopfbuchsenpackungen der Zylinder,
und, bei Änderungen der Geschwindigkeit der Kolbenbewegung,
der Beschleunigung der beweglichen Teile der Pumpe und der Wassersäulen in den Zuleitungen
beücksichtigt werden.

Beim Anlaufen der Pumpe aus dem Stand, nach jedem Richtungswechsel der Kolbenbewegung oder beim Öffnen des Drosselschiebers,
wirken die statischen Drücke auf die Kolben, und
die Pumpe setzt sich wegen der großen Trägheitskräfte³⁾ langsam in Bewegung.

³⁾ Trägheitskräfte, bezogen auf die Kolbenbeschleunigung,
bewegliche Pumpenteile => geschätzt ca. 5 [to] x Kolbenbeschleunigung,
Triebwassersäule => ca. 17.7 [to] x 12.7 x Kolbenbeschleunigung,
Förder- und Quellwassersäulen => ca. 5.5 [to] x 5.9 x Kolbenbeschleunigung,
=> insgesamt ca. 262 [to] x Kolbenbeschleunigung.

In einer Beschleunigungsphase, während i.A. ca. 10 % des Hubs,
wächst mit der Kolbengeschwindikeit die Wirkung der mechanischen Reibung und der Strömungswiderstände
( Abfall des Antriebsdrucks und Anstieg des erforderlichen Förderdrucks )
bis ein Gleichgewicht von dynamischen Antriebskräften und geschwindigkeitsabhängigen Verlusten erreicht ist, und
die Kolben sich mit kostanter Geschwindigkeit ( Beschleunigung = 0 ) bewegen.

Kurz vor Erreichen des maximalen Hubs, während des Schließens der Steuerventile ( innerhalb ca. 0.15 bis 0.25 [s] ) wird
die Kolbenbewegung auf ca. 70 bis 50 % dieser Geschwindigkeit verzögert.

Druckstöße :

Die z.B. in Wasserleitungen beim plötzlichen Schließen eines Ventiles auftretenden Druckstöße werden in der Triebwasserleitung einer Lambach-Pumpe weitgehen vermieden,
da bei der geringen Kolbengeschwindigkeit ( i.A. < 2 [cm/s] ) und z.B. einem Rohrdurchmesser ≥ 150 [mm] die Strömungsgeschwindigkeit unter 0.25 [m/s] bleibt,
und vor allem
da die Ventile nicht abrupt sondern innerhalb ≥ 0.15 [s] geschlossen werden.

Wirkungsgrad :

Durch die unterschiedlichen Querschnittsflächen von Trieb- und Förderkolben ( Voreinstellung : ca. 7.5 : 1 ) kann
mit einem relativ geringen Arbeitsdruck ( Voreinstellung : ca. 2.8 [bar] ≘ ca. 28 [m] Gefälle ) und einem Triebwasserverbrauch von ca. 209 [l/min] ( bei ganz geöffnetem Drosselschieber )
ein hoher Förderdruck ( Voreinstellung : ca. 18 [bar] ≘ ca. 180 [m] ) und ein Fördervolumen von ca. 28 [l/min]
erreicht werden,
was einer Förderleistung von ca. 84 [kp∗m/s] = ca. 1.1 [PS] entspricht.

Da der auf den jeweils "inaktiven" Förderkolben wirkende Druck im Quellwasserzulauf die Schubkraft des Kolbensystems ehöht,
muß der Triebwassereintrag neben dem Reibungsverlust in der Pumpe lediglich den Höhenunterschied zwischen Hochbehälter und Quelle überwinden,
wobei die Strömungswiderstände in den jeweiligen Zuleitungen
die effektiv wirksamen ( dynamischen ) Drücke von Trieb- und Quellwasser verringern
und
den erforderlichen Druck am Förderwasserauslauf der Pumpe vergrößern.

Da neben dem Reibungsverlust in der Pumpe auch die Strömungswiderstände der Zuleitungen den Wirkungsgrad bestimmen, ergibt sich mit den voreingestellten Parameterwerten ( => Kolbengeschwindigkeit ca. 15.7 [mm/s] )
für die gesamte Anlage ( bezogen auf die Gefällehöhen ) ein Wirkungsgrad von ca. 82 %,
für die Pumpe alleine ( bezogen auf die Drücke an den Ein- und Ausgangsanschlüssen ) von ca. 83 %.

Eine Drosselung des Triebwasserzulaufs verringert die Kolbengeschwindigkeit und damit den Reibungsverlust der Pumpe,
was zu einer Erhöhung ihres Wirkungsgrades führt,
gleichzeitig aber die Förderleistung herabsetzt.
Der Wirkungsgrad der gesamten Anlage ändert sich dabei nicht, da er nur durch die Gefällehöhen bestimmt ist.

Simulationsrechnung :

Die dynamische Kräftebilanz führt zu einer nichtlinearen Differentialgleichung,
in der die Kolbengeschwindigkeit  v und die Kolbenbeschleunigung  dv/dt ( mit konstanten Koeffizienten ) mit dem Geschwindigkeitsquadrat  v² verknüpft sind.
Im "Koeffizienten" von ist der Beitrag
von Ventilen und Schiebern ist konstant und durch deren Öffnungsquerschnitt bestimmt,
während der Beitrag
der Zuleitungen durch deren sog. Widerstandsbeiwerte bestimmt ist, die implizit durch eine geschwindigkeitsabhängige Gleichung gegeben sind.

Die aus der Differentialgleichung abgeleitete Differenzengleichung wird daher
für jeden Zeitschritt iterativ gelöst
mit dem Ergebnis v des vorhergehenden Schrittes als Anfangswert,
wobei in jedem Iterationsschritt die Widerstansbeiwerte ebenfalls iterativ berechnet werden müssen.

Die Rechnung wird in Schritten von 20 [ms] durchgeführt, und die Kolbengeschwindigkeit wird auf 1 ... 40 [mm/s] begrenzt ( im Original i.A. ca. 10 ... 20 [mm/s] ).
Damit ergibt sich ein Kolbenvorschub von max. 0.8 [mm] pro Rechenschritt, d.h. < 0.5 Bildschirmpixel :
In der Graphik wird daher nur das Ergebnis jedes zweiten Schrittes ( Δt = 40 [ms] ) dargestellt, und
der Graphikaufwand, ohne Qualitätseinbuße auf 25 [Bilder/s] begrenzt.

Simulationsrechnung    Wirkungsgrad    Druckstöße    Kräftebilanz und Bewegungsablauf
Ablauf der Steuerung    Ventilsteuerung    Ventile    Zylinder und Kolben
Erläuterungen ( Screenshot )    Inhaltsverzeichnis    Anfang


- Einige Maße und Parameter-

Ventilsteuerung :

Zahnrad / -stange¹⁾ : Zähne Wälzkreisdurchm. Außendurchm. / Zähne Länge
Antrieb ( oben ) 22 132 [mm] 144 [mm] 31 584,3 [mm]
Steuerung ( unten ) 30 180 [mm] 192 [mm] 24 452,4 [mm]
¹⁾ Modul 6 [mm] nach DIN 780, s.  Bestimmungsgrößen von Zahnrädern

Abstand der Anschläge zum Verschieben der Antriebszahnstange 912.6 [mm]
  => Hub ca. 380 [mm] bei Kolbengeschwindigkei ca. 15.7 [mm/s].


Voreingestellte Maße und Parameter :

Kolben : Durchmesser Fläche²⁾ Verdrängung³⁾
Triebkolben 535 [mm] 2248 [cm²] 85,42 [l]
Förderkolben 195 [mm] 299 [cm²] 11,35 [l]
²⁾ Verhältnis : ca. 7.5 : 1       ³⁾ bei Hub = 380 [mm]



Zuleitung : Gefälle Länge Innen-∅ Fläche
Triebwasser 28 [m] 1000 [m] 150 [mm] 176.7 [cm²]
Förderwasser 180 [m] 1000 [m] 80 [mm] 50.3 [cm²]
Quellwasser 10 [m] 100 [m] 80 [mm] 50.3 [cm²]

Die voreingestellten Parameter können in einer Version des Applets, die mit HTML-Files "xxx_P.html" aufgerufen wird, in weiten Grenzen verändert werden ( s.u. Parameterfenster ).

Einige Maße    Erläuterungen    Inhaltsverzeichnis    Anfang


- Bedienungsanleitung -

Die Steuerung von Programmablauf und Echtzeitverhalten sowie die Einstellung von zwei justierbaren Parametern der Anlage erfolgt in dem orange hinterlgten Menuefeld oberhalb der Graphik.

Screenshot :

Ablaufsteuerung :

Mit RUN
wird der kontinuierliche Ablauf gestartet,
mit HALT
der aktuelle Zustand "eingefroren",
mit STEP
der Ablauf in Einzelschritten ( = je 2 Rechenschritte = 40 [ms] ) ausgeführt,
und mit RESET
wird die Anlage auf den Anfangszustand zurück gesetzt.

Echtzeitverhalten :

Mit ZEITLUPE  ECHTZEIT ...  kann der Ablauf der Simulation jederzeit verlangsamt ( x 1.5 ... x 3.0 ) oder beschleunigt ( x 0.7 ... x 0.2 ) werden.

Parametereinstellung :

Nach RESET
können mit HUB  DEFAULT ...  die Endpositionen der Kolben um bis zu -/+25 [mm] verkleinert / vergrößert werden ( durch Verschieben der Anschläge für die Zahnstange am Antriebszahnrad, oben )
und
mit HAMMER  DMP = DEF ...  kann die Dämpfung des "Hammers" ( +30 ...-30 % ) verändert werden.

Mit TRIEBW. ZULAUF ... kann an einem Drosselventil der Triebwasserzustrom
mit / jederzeit stufenweise gedrosselt / erhöht ( Anzeige : AUF, -1 ... -7, ZU ),
mit / im HALT-Modus in einem Schritt völlig unterbrochen / freigegeben werden.

! Änderungen des Kolbenhubs lassen die Förderleistung der Pumpe praktisch unverändert, da die Vorschubgeschwindigkeit der Kolben nur von den Druckverhältnissen und den Reibungs- und Strömungsverlusten abhängt.
D.h. Förder- und Triebwasservolumen pro Hub sowie Zeit pro Hub ändern sich im gleichen Maß, wodurch ihr Quotient konstant bleibt !

Zur Vermeidung von "Schäden" an Kolben und Zylindern ist der Kolbenhub auf max. ±200 [mm] begrenzt.

Bei Übershreiten dieser Grenze ( bei rel. hoher Kolbengeschwindigkeit ) wird
der Ablauf der Simulation unterbrochen ( HALT-Modus ) und
in die Graphik eine Fehlermeldung eingeblendet.

Nach RESET kann
mit HUB ... der Kolbenhub durch Vershieben der Anschläge für Antriebszahnstange verkleinert werden,
oder
der Triebwasserzulauf kann gedrosselt werden, was ebenfalls den KolbenHub verringert,
wodurch der Start der Simulation ( RUN / STEP ) wieder feigegeben wird.

Anzeige :
( Screenshot )

Rechts oben in der graphischen Darstellung wird mit S/T_HUB
die Kolbenposition beim Richtungswechsel und die seit dem vorhergehenden Wechsel verstrichene Zeit angezeigt,
und bei aktiviertem INFO
wird darunter der effektive Zeitlupenfaktor eingeblendet, der sich aus gessener Zeit und Sollwert für einen Zyklus ergibt.

Wenn INFO aktiviert ist, werden im Einzelschritt- / Haltmodus ( STEP / HALT ) und bei Zeitlupe x 3.0 zu jedem graphisch dargestellten Rechenschritt ( Δt = 40 [ms] ) einige Informationen zum momentanen Zustand der Anlage eingeblendet :
Position  S [mm] der Kolben,
Zeit  T [s] seit dem vorhergehenden Richtungswechsel,
Geschwindigkeit  V [mm/s] der Kolben ( pos. n. rechts ),
Postion φ-HAM [°] des "Hammers" ( 0 [°] = O.T. ),
Öffnungsgrad  A/E_L [%]  und  E/A_R [%]  des linken und des rechten Ventilpaares ( 100 = AUF, 0 = ZU ).

Lupe :

Mit ZOOM kann direkt nach RESET die Lupenfunktion eingeschaltet werden :
der Mauszeiger ändert sich in Fadenkreuz,
mit der linken Maustaste kann ein Rechteckorange ) aufgezogen werden, das den ungefähren Bildausschnitt umrahmt,
der nach dem Loslassen der Moustaste an Stelle der ursprünglichen Graphik formatfüllend dargestellt wird.

Der Vergrößungsfaktor ist auf max. 10 begrenzt, und solange der gewählte Ausschnitt zu klein ist,
wird der Rahmen grau gezeichnet, und
die vergrößerte Darstellung wird verhindert.

Screenshot :

In der vergrößerten Darstellung werden
die Informationen S/T_HUB ... und ggf.
die rot umrahmten Informationen S [mm] ... sowie,
zur Verdeutlichung des aktuellen Zustands der Pumpe,
ein symbolischer "Hammer"
links oben in die Graphik eingebledet.

Ablaufsteuerung, Parametereinstellung, etc. ( auch im Parameterfenster, s.u. ) funktionieren auch in der Vergößerunung wie in der Originaldarstellung,
zu der man direkt nach RESET mit ZOOM ( rot ) zurückkehren kann.

Lupe    Anzeige    Parametereinstellung    Echtzeitverhalten    Ablaufsteuerung
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- Parameterfenster -

In der mit einem HTML-File "xxx_P.html" aufgerufenen Version des Applets werden, wenn INFO aktiviert ist,
die aktuellen Werte
von Kolbendurchmesser, Gefällehöhe, Länge und Innendurchmesser der Zuleitung
für Trieb-, Förder- und Quellwasser
in einem separaten Fenster aufgelistet, gefolgt von
daraus abgeleiteten, für den Betrieb der Anlage charakteristischen, Zustandsgrößen
und/oder
Warnungen / Fehlermeldungen bei nicht sinnvoller Parameterwahl.

Aufgelistet werden
die statischen Drücke und die daraus resultierende statische Kolbenkraft,
die über ca. 90 % des Hubs konstante Kolbengeschwindigkeit und die Strömungsgeschwindigkeiten in den Zuleitungen,
die daraus abgeleiteten dynamischen Drücke und die resultierende dynamische Kolbenkraft
sowie
Schätzwerte für die Förderleistung und den Wirkungsgrad.

Screenshot :

Im HALT-Modus des Applets ( nach HALT, STEP od. RESET ) können
mit LIM die Grenzen der Parameter zusammen mit den aktuell eingestellten Werten aufgelistet werden.

Screenshot :


Bei Betätigung von RESET, wenn INFO aktiviert ist, oder bei Aktivierung von INFO direkt nach RESET ( bevor mit RUN oder STEP der Ablauf der Simulation gestartet wurde )
wird das Menuefeld des Parameterfensters aktiviert, das die Modifizierung und Überprüfung von Parametern ermöglicht.

Screenshot :

Mit TRIEBWASSER ... kann
eine der Parametergruppen Trieb-, Förder- und Quellwasser angewählt werden,
mit HÖHE PUMPE die "geodätische" Höhe der Pumpe verändert werden, was die synchrone Änderung aller drei Gefällehöhen ermöglicht, oder
mit ALLE PAR DEF können alle Parameter auf die voreingestellten Werte zurückgesetzt werden.

Mit GEFÄLLE bis PUMPE ... kann
einer der Parameter KOLBEN-DURCHMESSER, GEFÄLLE bis PUMPE, LÄNGE der ZULEITUNG und ROHR-DURCHMESSER angewählt werden, oder
mit K + H + L + D DEFAULT können alle Parameter der angewählten Gruppe auf ihre voreingestellten Werte zurückgesetzt werden.

Mit - / + kann ein angewählter Parameterwert
um einen zwischen 100 und 0.1 wählbaren Betrag. verkleinert / vergrößert werden.
( Bei KOLBEN- und ROHR-DURCHMESSER ist die Schrittweite auf minimal 5 [mm],
  bei LÄNGE der ZULEITUNG auf 1 [m] begrenzt. )
Mit DEF ( unter 100 ... ) kann
der angewählte Parameter auf seinen voreigestellten Wert zurückgesetzt werden.

Bei einer Vergrößerung des Gefälles wird
die Länge der zugehörigen Zuleitung ggf. angepasst,
die Länge einer Zuleitung ist minimal
auf den aktuellen Wert des zugehörigen Gefälles begrenzt.

Nach jeder Änderung werden
die aktuell eingestellten Parameterwerte aufgelistet, und
mit CHECK PARAM können
die daraus resultierenden statischen und dynamischen Drücke und Kräfte berechnet, überprüft und aufgelistet werden.

Bei Über- / Unterschreiten vorgegebener Grenzen ( z.B. Kolbengeschwindigkeit > 40 [mm/s] )
wird eine Fehlermeldung ausgegeben und ein Start der Pumpe verhindert.

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- Download -

Die für eine lokale Installation des Applets benötigten Class- und Html-Files sind verfügbar als zip-File und als tar.gz-File.


Rev. 16-Okt-2011

Viel Spaß wünscht Ihnen Fritz Keller ( ned gschempfd isch globd gnueg )

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