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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Verdrängerpumpe für
Flüssigkeiten gemäß dem Oberbegriff des
Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem einen mit
einer derartigen Verdrängerpumpe ausgestatteten Getränkeautomaten
oder Kaffeevollautomaten.
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Eine
gattungsgemäße Verdrängerpumpe für Flüssigkeiten
ist bspw. aus der
DE
197 25 462 A1 bekannt und wird in der dort beschriebenen
Ausführungsform überwiegend für medizinische
Zwecke, insbesondere für die Endoskopie, oder in einem
Labor eingesetzt. Die bekannte Verdrängerpumpe weist dabei
zwei miteinander kämmende Zahnräder als Förderelemente
auf, von denen eines mit einem Antrieb verbunden ist. Die Zahnräder
sind dabei in zylindrischen Öffnungen eines Pumpengehäuses
aufgenommen, die ihrerseits mit einem Auslass und einem Einlass
verbunden sind. Für eine erleichterte Reinigung der gattungsgemäßen
Verdrängerpumpe, wird vorgeschlagen, diese zapfenlagerfrei
in den Öffnungen im Pumpengehäuse zu lagern. Ein
Antrieb zumindest eines der beiden Zahnräder erfolgt dabei über
eine Antriebseinrichtung, welche über eine Steckkupplung
mit einem der beiden Zahnräder verbunden ist. Nachteilig
ist hierbei jedoch, dass insbesondere im Bereich der Steckkupplung
schwierig zu reinigende Nischen entstehen, welche bei einer Verwendung
der Verdrängerpumpe im medizinischen oder lebensmitteltechnischen
Bereich hohen Reinigungsaufwand erfordern.
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Aus
der
DE 23 43 630 A1 ist
eine rotierende Verdrängerpumpe bekannt, bei der der Querschnitt des
Gehäuses im Inneren einen Hohlraum für eine Radkammer
und Flüssigkeitseintritts- und Flüssigkeitsaustrittsräume
besitzt und bei der in dem Gehäuse zwei auf Wellen befestigte,
einander gegenüberliegende, Zahnräder angeordnet
sind. Die Wellen sind dabei in Lagerbuchsen im Gehäuse
gelagert. Um die Verdrängerpumpe möglichst gleich
montieren bzw. demontieren zu können und zugleich eine
gute Zugänglichkeit zu allen Teilen für eine Reinigung
zu schaffen, wird vorgeschlagen, die Lagerbuchsen in Lagerkörpern
anzuordnen, die mit Deckeln jeweils gemeinsame Formteile bilden
oder mit diesen fest verbunden sind, wobei an den Deckeln nach außen hin
offene und sich verengende Nuten zur Aufnahme von Dichtringen vorgesehen
sind.
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Die
vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem,
für eine Verdrängungspumpe der gattungsgemäßen
Art, eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich
besonders einfach reinigen lässt und insbesondere keine
nur schwer zu reinigenden Stellen bzw. Nischen besitzt.
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Dieses
Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände
der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte
Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
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Die
Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, Förderelemente
in einer Verdrängerpumpe für Flüssigkeiten
insbesondere berührungslos anzutreiben. Die zumindest zwei
Förderelemente, welche in einem Pumpengehäuse
der Verdrängerpumpe gelagert sind, bewirken durch ihre
Verdrehung und ein gleichzeitiges Ineinandergreifen eine Förderung der
zu pumpenden Flüssigkeit, wobei durch den berührungslosen
Antrieb, nicht nur zahlreiche (Lager-)Nischen entfallen, die schwierig
zu reinigen und desinfizieren sind und dadurch eine Niststelle für Bakterien
bilden können, sondern es erleichtert sich auch die Montage
und Demontage der Förderelemente deutlich, da diese zum
Montieren lediglich direkt in das Pumpengehäuse oder in
ein im Pumpengehäuse eingesetztes Zwischenelement eingelegt werden
müssen und aufgrund der Formgebung des Pumpengehäuses
bzw. des Zwischenelements in diesem geführt sind. Durch
eine leichte, insbesondere zapfenlose, Lagerung und den gleichzeitig
berührungslosen Antrieb, kann somit eine an sich geschlossene
Förderkammer geschaffen werden, welche abgesehen von zumindest
einem Zulauf und einem Ablauf, keine weiteren Öffnungen,
insbesondere Durchbrüche für Antriebskupplungen,
aufweist und dadurch besonders einfach und hygienisch zu reinigen
ist. Ein weiterer großer Vorteil des berührungslosen
Antriebs besteht dabei in einem deutlich ruhigeren Betrieb der Verdrängerpumpe,
da der berührungslose Antrieb, insbesondere verbunden mit
einer zapfenlosen Lagerung der Förderelemente, äußerst leise
arbeitet.
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Bei
einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen
Lösung, ist wenigstens eines der Förderelemente
mitttels elektrischer/magnetischer Feldkräfte angetrieben.
Magnetische Feldkräfte können dabei bspw. durch
einen Permanentmagneten erzeugt werden, welcher auf einer Außenseite
der Förderkammer drehbar gelagert ist und durch eine Verdrehung über
die von diesem ausgesandten magnetischen Feldkräfte gleichzeitig
eine Verdrehung des zumindest einen Förderelements bewirkt.
Die Kraftübertragung erfolgt dabei erfindungsgemäß berührungslos.
Durch die Verzahnung bzw. das Ineinandergreifen der zumindest zwei
Förderelemente, ist zum Betrieb der Verdrängerpumpe
lediglich der Antrieb eines Förderelements erforderlich,
wobei auch denkbar ist, dass zwei oder sämtliche Förderelemente
mit jeweils zugeordneten und drehbar gelagerten Permanentmagneten
angetrieben sind. Alternativ zu den Permanentmagneten, können
auch Elektromagnete verwendet werden, welche die auf das zumindest
eine Förderelement einwirkenden Feldkräfte lediglich
dann entfalten, sofern sie bestromt sind. Ein Antrieb mittels elektrischer/magnetischer
Feldkräfte bewirkt dabei einerseits einen besonders geräuscharmen
Antrieb und andererseits einen äußerst verschleißarmen
Antrieb, da Antriebskupplungen sowie weitere verschleißanfällige
Antriebsmechanismen entfallen können. Gleiches gilt auch
für eine optionale, zapfenlose Lagerung der Förderelemente,
so dass auch hier ein äußerst verschleißarmer
Betrieb möglich ist.
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Bei
einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen
Lösung, sind die zumindest zwei Förderelemente über
ihren jeweiligen Umfang in einer Förderkammer im Pumpengehäuse
oder in einem, im Pumpengehäuse anordenbaren Zwischenelement
geführt. Sind die zumindest zwei Förderelemente
bspw. als Zahnräder ausgebildet, so ist denkbar, dass im
Pumpengehäuse bzw. in einem in diesem angeordneten Zwischenelement
zylindrische Öffnungen eingebracht sind, welche einen im
Wesentlichen komplementär zum Außendurchmesser der
Zahnräder ausgebildeten Innendurchmesser aufweisen und
dadurch in der Lage sind, die als Zahnräder ausgebildeten
Förderelemente aufgrund ihrer Kontur zu führen,
ohne dass hierfür zusätzliche Lagerzapfen erforderlich
sind. Selbstverständlich ist dabei die Form der Förderelemente
nicht nur auf Zahnräder beschränkt, sondern kann
sämtliche Arten von Förderelementen umfassen,
so zum Beispiel auch Kreiskolben für eine Kreiskolbenpumpe.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Lösung, weist zumindest eines der Förderelemente
einen verschleißfesten und einen, den Reibwiderstand reduzierenden Kunststoffüberzug
auf. Dieser Kunststoffüberzug schützt den magnetisierbaren
bzw. magnetischen Innenkern des Förderelements, bspw. vor
einem Korrosionsangriff, und bewirkt darüber hinaus, dass
das Förderelement besonders reibarm in der Förderkammer
der Verdrängerpumpe bewegt werden kann. Gleichzeitig ermöglicht
ein derartiger Kunststoffüberzug auch eine Reduzierung
der Geräuschemission, was insbesondere für den
Komfort beim Betrieb der Verdrängerpumpe von wesentlichem
Vorteil ist. Derartige Kunststoffüberzüge lassen
sich einerseits kostengünstig und andererseits in nahezu
in beliebiger Ausgestaltung herstellen, so dass selbst metallische Förderelemente
mit Kunststoffüberzug als Wegwerfelemente konzipiert werden
können.
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Zweckmäßig
sind in dem Pumpengehäuse und optional in dem Zwischenelement
jeweils zumindest zwei Zulaufkanäle und ein Ablaufkanal
vorgesehen, so dass die Verdrängerpumpe als Mischeinrichtung
verwendet werden kann. Hierbei ist insbesondere der Einsatz einer
derartigen Verdrängerpumpe in einem Getränkeautomaten
oder in einem Kaffeevollautomaten denkbar, bei welchem bspw. Fruchtsäfte und
Wasser oder Luft und Milch gemischt werden sollen. Selbstverständlich
können bei einer derartigen als Mischeinrichtung ausgebildeten
Verdrängerpumpe auch mehr als ein Ablaufkanal vorgesehen
werden, so dass bspw. ein Befüllen von mehreren Getränkebehältern
gleichzeitig möglich ist.
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Weitere
wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen
Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils
angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder
in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden
Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen
dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche
oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
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Dabei
zeigen, jeweils schematisch,
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1a eine
Schnittdarstellung durch eine mögliche Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Verdrängerpumpe,
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1b eine Darstellung wie in 1,
jedoch mit dazu unterschiedlichen Verdrängerelementen,
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2 eine
Explosionsdarstellung der gemäß der 1a dargestellten Verdrängerpumpe.
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Entsprechend
den 1a und 1b, weist
eine jeweils dargestellte Verdrängerpumpe 1 ein
Pumpengehäuse 2 sowie zumindest zwei in Wirkverbindung miteinander
stehende Förderelemente 3 und 3' auf. Die
Förderelemente 3 und 3' sind dabei in
einer Förderkammer 6, vorzugsweise zapfenlos,
drehbar gelagert, die sich entweder direkt im Pumpengehäuse 2 oder,
wie in den 1 und 2 gezeigt
ist, in einem in das Pumpengehäuse 2 eingesetzten
Zwischenelement 4 befindet. Es ist z. B. denkbar, dass
das Pumpengehäuse 2 eine kugelabschnittförmige
Wölbung hat, die sehr leicht zu reinigen ist. Ebenso ist
eine komplementär dazu ausgebildete kugelabschnittförmige
Vertiefung in dem Förderelement 3, 3' leicht
zu reinigen. Sowohl die beiden Förderelemente 3 und 3' als
auch das Zwischenelement 4 sind dabei leicht aus dem Pumpengehäuse 2 zu
entnehmen, so dass die Verdrängerpumpe 1 generell
einfach zu reinigen ist. Durch eine optionale zapfenlose Lagerung
der beiden gezeigten Förderelemente 3 und 3',
entstehen darüber hinaus keine Nischen oder schwer zu reinigende
Lagerstellen, welche eine hygienische Reinigung der Verdrängerpumpe 1 erschweren
würden.
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Erfindungsgemäß erfolgt
bei der Verdrängerpumpe 1 ein Antrieb zumindest
eines der beiden Förderelemente 3, 3' berührungslos
mittels einer Antriebseinrichtung 5 (vgl. 2),
so dass auch hierfür keine eine Wandung der Förderkammer 6 durchbrechende Öffnung,
bspw. für eine Steckkupplung, vorgesehen werden muss. Generell
sind dabei gemäß den 1 und 2 jeweils
lediglich zwei Förderelemente 3 und 3' gezeigt,
wobei auch denkbar ist, dass drei oder mehr Förderelemente
vorgesehen sind, die derart in Wirkverbindung miteinander stehen,
dass sie einerseits eine Förderung der zu fördernden
Flüssigkeit und andererseits einen Antrieb über
lediglich eines der Förderelemente ermöglichen.
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Generell
kann die Verdrängerpumpe 1 bspw. als Zahnradpumpe
(vgl. 1a und 2), als
Drehkolbenpumpe oder als Kreiskolbenpumpe (vgl. 1b)
ausgebildet sein, wobei im ersten Fall die beiden Förderelemente 3 und 3' als
miteinander kämmende Zahnräder ausgebildet sind.
Um die zumindest zwei Förderelemente 3 und 3' in
der Förderkammer 6 lagern zu können,
ist ein Innendurchmesser der Förderkammer 6 auf
einen jeweiligen Außendurchmesser der Förderelemente 3 und 3' derart
abgestimmt, dass die zumindest zwei Förderelemente 3 und 3' über
ihren jeweiligen Umfang im Pumpengehäuse 2 bzw.
im Zwischenelement 4 geführt sind. Eine axiale
Führung der zumindest zwei Förderelemente 3 und 3' erfolgt
dabei über zumindest eine Stirnplatte 7 (vgl. 2),
welche zum Reinigen der Verdrängerpumpe 1 ebenfalls
leicht abzunehmen ist. Dabei sind sowohl die Förderelemente 3 und 3' als auch
das Zwischenelement 4 äußerst einfach
zu montieren bzw. zu demontieren, was Voraussetzung für
eine besonders einfache und hygienische Reinigung der Verdrängerpumpe 1 ist.
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Ein
Antrieb des zumindest einen Förderelements 3, 3' über
die Antriebseinrichtung 5 kann dabei bspw. mittels elektrischer
oder magnetischer Feldkräfte erfolgen, wobei die Antriebseinrichtung 5 bspw.
einen rotierenden und bezüglich seiner Rotationsbewegung
steuerbaren bzw. regelbaren, Permanentmagneten aufweisen kann. Denkbar
ist auch, dass ein derartiges magnetisches Feld mittels eines Elektromagneten
erzeugt wird, so dass eine magnetische Beeinflussung der Förderelemente 3 und 3' lediglich
in bestromtem Zustand der Antriebseinrichtung 5 erfolgt.
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Um
ein Verdrehen der Förderelemente 3 bzw. 3' mittels
magnetischer oder elektrischer Feldkräfte bewirken zu können,
muss zumindest eines der antreibbaren Förderelemente 3, 3' ein
magnetisches oder magnetisierbares Material aufweisen, welches optional
von einem verschleißfesten und insbesondere einen den Reibwiderstand
reduzierenden Kunststoffüberzug überzogen sein
kann. Ein derartiger Kunststoffüberzug gewährleistet
einerseits die magnetische Wirkverbindung zwischen Antriebseinrichtung 5 und
Förderelement 3, 3', reduziert andererseits
aber sowohl Verschleißerscheinungen als auch eine Geräuschemission
beim Betrieb der Verdrängerpumpe 1. Selbstverständlich
ist auch eine Elastomerummantelung der Förderelemente 3 und 3' denkbar,
ebenso wie ein elektrisch leitendes Kernmaterial für die
Förderelemente 3 und 3', sofern die Antriebseinrichtung 5 elektrische
Feldkräfte zum Antrieb der Förderelemente 3, 3' aussendet.
Die Förderelemente 3 und 3' sind dabei
vorzugsweise derart ausgebildet, dass sie miteinander kämmende
Zähne aufweisen, die wahlweise schräg- oder geradverzahnt
sind und dadurch ein reibungsreduziertes und verschleißarmes
Ineinandergreifen ermöglichen.
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Gemäß den
Darstellungen in den 1 und 2, sind
jeweils Pumpengehäuse 2 bzw. Zwischenelemente 4 gezeigt,
die jeweils einen Zulaufkanal 8 und einen Ablaufkanal 9 aufweisen.
Denkbar ist selbstverständlich auch, dass in dem Pumpengehäuse 2 und
optional in dem Zwischenelement 4 jeweils zumindest zwei
Zulaufkanäle 8 und zumindest ein Ablaufkanal 9 vorgesehen
sind, so dass die Verdrängerpumpe 1 bspw. als
Mischeinrichtung verwendet werden kann. Dies ist insbesondere beim
Einsatz in Getränkeautomaten, in welchem bspw. Fruchtsäfte mit
Wasser gemischt werden sollen, oder in Kaffeevollautomaten, in welchem
Kaffee und Milch gemischt werden sollen, von großem Vorteil.
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Desweiteren
ist denkbar, dass die Verdrängerpumpe 1 bspw.
in einer Kühleinheit, einem Vorratsbehälter für
die zu fördernde Flüssigkeit, in einem Auslauf
oder an einer anderen einfach zugänglichen Stelle eines
Getränkeautomatens eingebaut ist. Bei einer speziellen
Steuerung der Antriebseinrichtung 5 kann diese auch als
Durchflussmengenmesser verwendet werden, da eine definierte Verdrehung
der Förderelemente 3, 3' gleichzeitig
eine definierte Fördermenge an geförderter Flüssigkeit
bedingt.
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Zusammenfassend
lassen sich die wesentlichen Merkmale der Erfindung wie folgt charakterisieren.
Mit der erfindungsgemäßen Verdrängerpumpe 1 kann
eine geräusch- und verschleißarm arbeitende Pumpe
bereitgestellt werden, welche darüber hinaus insbesondere
für medizinische und lebensmitteltechnische Einsatzgebiete
besonders geeignet ist, da sie sich äußerst einfach
reinigen lässt und insbesondere keine schwer zu reinigenden
Nischen, wie bspw. Lagerstellen oder Kupplungen, aufweist. Darüber
hinaus ist die erfindungsgemäße Verdrängerpumpe 1 äußerst
einfach montierbar bzw. demontierbar, so dass auch ein Reparatur-
und Wartungsaufwand im Vergleich zu herkömmlichen Verdrängerpumpen deutlich
reduziert ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 19725462
A1 [0002]
- - DE 2343630 A1 [0003]