DE102009038462A1

DE102009038462A1 - Taumelkolbenpumpe zur Dosierung eines Beschichtungsmittels

Info

Publication number: DE102009038462A1
Application number: DE102009038462A
Authority: DE
Inventors: Frank Herre; Rainer Melcher; Manfred Michelfelder; Steffen Stotzny
Original assignee: Duerr Systems AG
Current assignee: Duerr Systems AG
Priority date: 2009-08-21
Filing date: 2009-08-21
Publication date: 2011-03-03
Also published as: EP2467602A2; JP5699148B2; DE102009038462A8; CN102498293B; US20120186518A1; JP2013502522A; ES2534837T3; EP2467602B1; US9140247B2; CN102498293A; PL2467602T3; WO2011020552A2; WO2011020552A3

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Taumelkolbenpumpe (1) zur Dosierung eines Beschichtungsmittels in einer Beschichtungsanlage, mit mehreren Pumpeneinheiten (6-8) mit jeweils einem Zylinder (32) und jeweils einem Taumelkolben (31), der im Betrieb eine Taumelbewegung in dem Zylinder (32) ausführt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Taumelkolbenpumpe zur Dosierung eines Beschichtungsmittels in einer Beschichtungsanlage.
Eine derartige Taumelkolbenpumpe ist an sich aus EP 1 348 487 A1 bekannt. Dabei führt ein im Wesentlichen zylindrischer Taumelkolben in einem Zylinder eine Taumelbewegung aus, die aus einer oszillierenden Hubbewegung und einer überlagerten Drehbewegung besteht. Die Drehbewegung des Taumelkolbens dient hierbei zum Öffnen bzw. Schließen eines Einlasses bzw. eines gegenüberliegenden Auslasses in dem Zylinder, während die oszillierende Hubbewegung das Beschichtungsmittel in den Zylinder füllt bzw. aus dem Zylinder ausstößt. Der Taumelkolben wird hierbei von einer rotierenden Antriebswelle über ein Umsetzgetriebe angetrieben, wobei das Umsetzgetriebe die reine Drehbewegung der Antriebswelle in die Taumelbewegung umsetzt.
Nachteilig an dieser bekannten Taumelkolbenpumpe ist die Tatsache, dass der Förderstrom der Taumelkolbenpumpe stark pulsiert, was beim Dosieren von Beschichtungsmitteln (z. B. Lack) in einer Beschichtungsanlage unerwünscht ist. Vielmehr ist es beim Einsatz in einer Beschichtungsanlage zur Dosierung von Lack wünschenswert, dass der Förderstrom entsprechend dem gewünschten Wert möglichst konstant ist.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine entsprechend verbesserte Taumelkolbenpumpe zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Taumelkolbenpumpe gemäß dem Hauptanspruch gelöst.
Die Erfindung umfasst die allgemeine technische Lehre, in einer Taumelkolbenpumpe mehrere Pumpeneinheiten vorzusehen, die jeweils einen Zylinder und einen Taumelkolben aufweisen, der im Betrieb eine Taumelbewegung in dem Zylinder ausführt.
Die einzelnen Pumpeneinheiten fördern hierbei jeweils – wie die eingangs beschriebene herkömmliche Taumelkolbenpumpe – einen pulsierenden Förderstrom des Beschichtungsmittels. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Taumelkolbenpumpe sind die einzelnen Pumpeneinheiten jedoch auslassseitig mit einem gemeinsamen Pumpenauslass verbunden, so dass sich die Förderströme der einzelnen Pumpeneinheiten überlagern, was zu einer Glättung der Pulsation führt. Darüber hinaus sind die Pumpeneinheiten der erfindungsgemäßen Taumelkolbenpumpe vorzugsweise auch einlassseitig mit einem gemeinsamen Pumpeneinlass verbunden, so dass die Pumpeneinheiten über den gemeinsamen Pumpeneinlass mit dem Beschichtungsmittel befüllt werden.
Einerseits ist hierbei eine möglichst große Anzahl von parallelen Pumpeneinheiten wünschenswert, um die Pulsationen des Förderstroms möglichst weit zu minimieren. Andererseits steigen Komplexität und Gewicht der Taumelkolbenpumpe mit der Anzahl der parallel geschalteten Pumpeneinheiten. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Taumelkolbenpumpe deshalb drei parallel geschaltete Pumpeneinheiten auf, was einen guten Kompromiss darstellt zwischen der Forderung nach einer möglichst geringen Pulsation des Förderstroms einerseits und der Forderung nach einem möglichst geringen Gewicht andererseits.
Die Erfindung ist jedoch nicht auf Taumelkolbenpumpen mit drei parallel geschalteten Pumpeneinheiten beschränkt. Es ist vielmehr im Rahmen der Erfindung auch möglich, eine größere oder eine kleinere Anzahl von Pumpeneinheiten in der Taumelkolbenpumpe parallel zu schalten. Beispielsweise kann die erfindungsgemäße Taumelkolbenpumpe 2, 4, 5 oder auch 6 parallel geschaltete Pumpeneinheiten aufweisen. Die optimale Anzahl von Pumpeneinheiten hängt hierbei von den Anforderungen an die Gleichförmigkeit des Förderstroms und an das Gewicht der Taumelkolbenpumpe ab.
In einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Taumelkolbenpumpe zur getrennten Förderung von mehreren Komponenten (z. B. Stammlack und Härter) des Beschichtungsmittels geeignet. Dies bedeutet, dass die verschiedenen Komponenten des Beschichtungsmittels in der Taumelkolbenpumpe keinen Kontakt miteinander haben, um eine chemische Reaktion zwischen den verschiedenen Komponenten zu verhindern. Für jede Komponente des Beschichtungsmittels ist deshalb vorzugsweise jeweils mindestens eine Pumpeneinheit vorgesehen. Vorzugsweise können auch für jede Komponente des Beschichtungsmittels jeweils mehrere Pumpeneinheiten vorgesehen sein, die auslassseitig und/oder einlassseitig zusammengeschaltet sind und die jeweilige Komponente gemeinsam fördern. Durch diese Parallelschaltung mehrerer Pumpeneinheiten für eine bestimmte Komponente wird wiederum eine Glättung des Förderstroms der jeweiligen Komponente erreicht. Beispielsweise kann die erfindungsgemäße Taumelkolbenpumpe insgesamt sechs Pumpeneinheiten aufweisen, wobei drei Pumpeneinheiten gemeinsam eine erste Komponente (z. B. Stammlack) fördern, während die anderen drei Pumpeneinheiten gemeinsame eine zweite Komponente (z. B. Härter) fördern.
Der Antrieb der erfindungsgemäßen Taumelkolbenpumpe erfolgt vorzugsweise durch eine gemeinsame Antriebswelle, die beispielsweise von einem Elektromotor angetrieben werden kann und somit im Betrieb rotiert. Zwischen der rotierenden Antriebswelle und den einzelnen Pumpeneinheiten ist dann jeweils ein Umsetzgetriebe angeordnet, das die reine Drehbewegung der gemeinsamen Antriebswelle in die kombinierte Taumelbewegung (Dreh- und Hubbewegung) der Taumelkolben umsetzt.
Grundsätzlich besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass der Antrieb der erfindungsgemäßen Taumelkolbenpumpe durch ein linear oszillierendes Antriebselement erfolgt. Auch hierbei muss zwischen dem Antriebselement und den einzelnen Pumpeneinheiten ein Umsetzgetriebe angeordnet sein, das dann jedoch die linear oszillierende Bewegung des gemeinsamen Antriebselements umsetzt in die kombinierte Taumelbewegung.
Beim Antrieb der erfindungsgemäßen Taumelkolbenpumpe durch eine gemeinsame Antriebswelle erfolgt die Kraftübertragung von der gemeinsamen Antriebswelle auf die verschiedenen Pumpeneinheiten vorzugsweise durch ein Zahnradgetriebe.
In einer Variante der Erfindung weist dieses Zahnradgetriebe ein Hohlrad mit einer Innenverzahnung und mehrere in das Hohlrad eingreifende Planetenräder mit jeweils einer Außenverzahnung auf. Die gemeinsame Antriebswelle treibt hierbei das Hohlrad an, so dass sich die einzelnen Planetenränder mit einer entsprechenden Übersetzung drehen, wobei die einzelnen Planetenräder wiederum jeweils eine der Pumpeneinheiten antreiben.
In einer anderen Variante der Erfindung weist das Zahnradgetriebe dagegen ein zentrales Sonnenrad mit einer Außenverzahnung und mehrere in das Sonnenrad eingreifende Planetenräder mit jeweils einer Außenverzahnung auf, wobei die gemeinsame Antriebswelle das zentrale Sonnenrad antreibt, so dass sich die Planetenräder mit einer entsprechenden Übersetzung drehen. Auch hierbei treiben die einzelnen Planetenräder des Zahnradgetriebes dann wieder jeweils eine der Pumpeneinheiten an.
Die Erfindung ist jedoch hinsichtlich der konstruktiven Gestaltung des Zahnradgetriebes nicht auf die vorstehend beschriebenen Varianten beschränkt. Vielmehr kann die Kraftverteilung von der gemeinsamen Antriebswelle auf die verschiedenen Pumpeneinheiten auch durch andere Getriebebauarten realisiert werden.
Es wurde bereits eingangs erwähnt, dass die Parallelschaltung mehrerer Pumpeneinheiten in der erfindungsgemäßen Taumelkolbenpumpe eine Verringerung der Pulsation des Förderstroms ermöglicht. Hierzu werden die einzelnen Pumpeneinheiten vorzugsweise mit einem bestimmten Phasenunterschied angetrieben, so dass auch der zeitliche Verlauf der Förderströme der einzelnen Pumpeneinheiten entsprechend phasenversetzt ist. Vorzugsweise ist der Phasenunterschied hierbei gleich 360° geteilt durch die Anzahl der Pumpeneinheiten. Bei insgesamt drei Pumpeneinheiten beträgt der Phasenunterschied zwischen den einzelnen Pumpeneinheiten also vorzugsweise 120°.
Weiterhin ist zu erwähnen, dass die einzelnen Taumelkolben vorzugsweise aus einem Verbund aus verschiedenen Materialien (z. B. Keramik und Stahl) bestehen, was einerseits eine wirtschaftliche Fertigung ermöglicht und andererseits eine hohe Standzeit erlaubt und darüber hinaus mit einem geringen Gewicht verbunden ist. Vorzugsweise besteht hierbei der Kolbenboden (Förderkopf) des Taumelkolbens aus Keramik, während das Kolbenhemd (Kolbenschaft) aus Stahl besteht. Die beiden Materialien des Verbundes sind vorzugsweise miteinander verklebt, verpresst oder verschraubt. In technischen Versuchen hat sich herausgestellt, dass sich Siliziumnitrid, Zirkonoxid und Aluminiumoxid besonders als keramische Materialien für den Taumelkolben eignen.
Allgemein ist zu erwähnen, dass die einzelnen Pumpeneinheiten vorzugsweise aus verschleißarmen Materialien bestehen. Beispielsweise können die Pumpeneinheiten Materialpaarungen aufweisen, bei denen beide Materialien hart sind. Alternativ sind auch Materialpaarungen möglich, bei denen ein relativ hartes Material mit einem relativ weichen Material gepaart wird.
Ferner besteht im Rahmen der Erfindung die Möglichkeit, dass die einzelnen Pumpeneinheiten durch jeweils eine trennbare Kupplung mechanisch mit einer durchgehenden Antriebswelle verbunden sind. Die einzelnen Pumpeneinheiten können hierbei also selektiv eingekuppelt bzw. ausgekuppelt werden. Diejenige Pumpeneinheit, die jeweils eine Förderarbeit verrichten soll, wird dabei mit der gemeinsamen Antriebswelle verbunden und angetrieben, während die übrigen Pumpeneinheiten ausgekuppelt und deshalb nicht angetrieben werden.
Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, dass die gemeinsame Antriebswelle durch mehrere trennbare Kupplungen in mehrere Antriebswellenabschnitte unterteilt ist, wobei die einzelnen Antriebswellenabschnitte jeweils mindestens eine der Pumpeneinheiten antreiben. Auch hierbei können die Pumpeneinheiten selektiv eingekuppelt bzw. ausgekuppelt werden. Bei einer Trennung einer der in der Antriebswelle angeordneten Kupplungen werden jedoch sämtliche Pumpeneinheiten ausgekuppelt und damit abgeschaltet, die kinematisch hinter der getrennten Kupplung liegen, während die kinematisch vor der getrennten Kupplung (motorseitig) liegenden Pumpeneinheiten arbeiten.
Es wurde bereits vorstehend erwähnt, dass der Antrieb der erfindungsgemäßen Taumelkolbenpumpe vorzugsweise durch eine rotierende Antriebswelle erfolgt, wobei die reine Drehbewegung der Antriebswelle durch ein Getriebe in die kombinierte Taumelbewegung der Taumelkolben umgewandelt wird. Dies bedeutet, dass die einzelnen Taumelkolben eine oszillierende Hubbewegung und eine überlagerte Drehbewegung ausführen. Das Umsetzgetriebe steuert hierbei die Kolbenstellung des Taumelkolbens entsprechend einer vorgegebenen Steuerkurve in Abhängigkeit von dem Drehwinkel der Antriebswelle.
Beispielsweise kann die Steuerkurve des Umsetzgetriebes sinusförmig sein, was in einer entsprechenden sinusförmigen Hubbewegung des Taumelkolbens resultiert.
Es besteht jedoch alternativ auch die Möglichkeit, dass die Steuerkurve einen Verlauf aufweist, der von einer Sinuskurve abweicht, so dass auch die Hubbewegung des Taumelkolbens nicht sinusförmig ist.
In einer Variante der Erfindung ist die Steuerkurve des Umsetzgetriebes in einem Bereich um die Totpunkte der Kolbenbewegung herum hubfrei, so dass die Taumelkolben in dem hubfreien Bereich nur eine Drehbewegung ausführen, um den Einlass bzw. den Auslass zu schließen bzw. zu öffnen. Der hubfreie Bereich der Kolbenbewegung kann beispielsweise einen Drehwinkelbereich der Planetenräder von mindestens 5°, 10°, 15°, 20°, 25° oder sogar 30° umfassen. Es besteht sogar die Möglichkeit, dass der hubfreie Drehwinkelbereich bis zu 60° umfasst.
Weiterhin ist zu erwähnen, dass die Steuerkurve des Umsetzgetriebes eine Förderphase und eine Füllphase definiert, wobei die Taumelkolbenpumpe das Beschichtungsmittel in der Befüllungsphase aufnimmt und das aufgenommene Beschichtungsmittel in der Förderphase wieder ausstößt. Hierbei besteht die Möglichkeit, dass die Steuerkurve des Umsetzgetriebes so geformt ist, dass die Förderphasen der einzelnen Pumpeneinheiten zeitlich lückenlos und ohne zeitliche Überdeckung aneinander anschließen, um einen möglichst pulsationsarmen Förderstrom zu erreichen. Im Rahmen der Erfindung besteht sogar die Möglichkeit, dass die Taumelkolbenpumpe einen pulsationsfreien Förderstrom ausgibt. Die Pulsation des Förderstroms ist also vorzugsweise kleiner als 5%, 3% oder sogar kleiner als 2%.
Weiterhin besteht im Rahmen der Erfindung die Möglichkeit, dass die Steuerkurve des Umsetzgetriebes so ausgebildet ist, dass die Hubbewegung des Taumelkolbens in der Befüllungsphase schneller ist als in der Förderphase.
Alternativ besteht auch die Möglichkeit, dass die Steuerkurve des Umsetzgetriebes so geformt ist, dass die Hubbewegung des Taumelkolbens in der Befüllungsphase langsamer ist als in der Förderphase.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Steuerkurve des Umsetzgetriebes jedoch so ausgebildet, dass die Hubbewegung des Taumelkolbens in der Befüllungsphase und/oder in der Förderphase mit einer im Wesentlichen konstanten Kolbengeschwindigkeit erfolgt, was vorteilhaft zu einem entsprechend konstanten Förderstrom bzw. Befüllungsstrom führt.
Ferner besteht im Rahmen der Erfindung die Möglichkeit, dass die Steuerkurven der einzelnen Pumpeneinheiten unterschiedlich sind, was zu entsprechend unterschiedlichen Kolbenbewegungen führt. Dies kann beispielsweise vorteilhaft sein, wenn die erfindungsgemäße Taumelkolbenpumpe verschiedene Komponenten (z. B. Stammlack und Härter) eines Beschichtungsmittels fördert, die ein bestimmtes Mischungsverhältnis aufweisen müssen. Darüber hinaus ermöglicht eine unterschiedliche Gestaltung der Steuerkurven der einzelnen Pumpeneinheiten bei einer Multikomponentenpumpe die Einstellung eines bestimmten dynamischen Mischvorgangs, bei dem beispielsweise zunächst die erste Komponente und dann die zweite Komponente stärker dosiert wird, was sich durch eine entsprechende Einstellung der Steuerkurven realisieren lässt.
Das Mischungsverhältnis von einer Komponente A zu einer Komponente B oder einer Komponente C lässt sich auch durch verschiedene Kolbenhübe oder verschiedene Kolbendurchmesser einstellen.
In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Taumelkolbenpumpe eine gemeinsame Beschichtungsmittelzuleitung zur Zuführung des Beschichtungsmittels für alle Pumpeneinheiten auf. In dieser Beschichtungsmittelzuleitung ist innerhalb der Taumelkolbenpumpe vorzugsweise ein einlassseitiger Verteilerpunkt angeordnet, von dem mehrere einlassseitige Zweigleitungen abzweigen, die den einlassseitigen Verteilerpunkt mit dem Einlass der einzelnen Pumpeneinheiten verbinden.
Die einlassseitigen Zweigleitungen zwischen dem einlassseitigen Verteilerpunkt und den Pumpeneinheiten weisen vorzugsweise die gleiche Länge auf. Dies ist vorteilhaft, weil das über die gemeinsame Beschichtungsmittelzuleitung zuströmende Beschichtungsmittel dann auch die verschiedenen Pumpeneinheiten gleichzeitig erreicht.
Darüber hinaus weisen die einlassseitigen Zweigleitungen zwischen dem einlassseitigen Verteilerpunkt und den Pumpeneinheiten vorzugsweise einen knickfreien Verlauf auf, um den Strömungswiderstand zu minimieren. Ein derartiger knickfreier und kontinuierlich gekrümmter Verlauf der Zweigleitungen lässt sich beispielsweise durch eine Lasersinter-Fertigungstechnik oder durch das sogenannte Rapid-Prototyping erreichen, wie es beispielsweise in DE 10 2008 047 118 beschrieben ist, so dass der Inhalt dieser Druckschrift der vorliegenden Beschreibung hinsichtlich des Rapid-Prototyping in vollem Umfang zuzurechnen ist.
Vorzugsweise weist die Taumelkolbenpumpe ein Pumpengehäuse auf, das mittels Rapid-Prototyping hergestellt werden kann. Das Pumpengehäuse kann dann außen und/oder innen nachbearbeitet werden. Für die äußere Nachbearbeitung bieten sich beispielsweise spanende Fertigungsverfahren an. Die innere Nachbearbeitung kann dagegen beispielsweise durch Druckfließläppen erfolgen.
Ferner ist zu erwähnen, dass die einlassseitigen Zweigleitungen zwischen dem einlassseitigen Verteilerpunkt und den Pumpeneinheiten vorzugsweise einen Leitungsverlauf mit einem minimalen Strömungswiderstand aufweisen.
Darüber hinaus verbinden die einlassseitigen Zweigleitungen den einlassseitigen Verteilerpunkt vorzugsweise auf kürzestem Wege mit den Pumpeneinheiten.
Schließlich ist noch zu erwähnen, dass die Beschichtungsmittelzuleitung und die einlassseitigen Zweigleitungen vorzugsweise totraumfrei sind, um Ablagerungen des Beschichtungsmittels in den Leitungen zu vermeiden, Farbverluste in der Pumpe so gering wie möglich zu halten und die Spülzeit zu minimieren.
Darüber hinaus weist die erfindungsgemäße Taumelkolbenpumpe vorzugsweise eine gemeinsame Beschichtungsmittelausgangsleitung auf, die das von den einzelnen Pumpeneinheiten geförderte Beschichtungsmittel aufnimmt und ausgibt. In der gemeinsamen Beschichtungsmittelausgangsleitung ist vorzugsweise innerhalb der Taumelkolbenpumpe ein auslassseitiger Verteilerpunkt angeordnet, von dem mehrere auslassseitige Zweigleitungen zu den Ausgängen der einzelnen Pumpeneinheiten abzweigen.
Auch diese auslassseitigen Zweigleitungen weisen vorzugsweise die vorstehend erwähnten Eigenschaften der einlassseitigen Zweigleitungen (z. B. knickfrei, totraumfrei, etc.) auf.
Ferner ist zu erwähnen, dass der einlassseitige Verteilerpunkt vorzugsweise mit einem einlassseitigen Druckaufnehmer verbunden ist, der den Pumpenvordruck misst, wobei der einlassseitige Druckaufnehmer baulich in die erfindungsgemäße Taumelkolbenpumpe integriert sein kann. Darüber hinaus ist vorzugsweise auch der auslassseitige Verteilerpunkt mit einem auslassseitigen Druckaufnehmer verbunden, der den Pumpenausgangsdruck misst, wobei vorzugsweise auch der auslassseitige Druckaufnehmer baulich in die erfindungsgemäße Taumelkolbenpumpe integriert ist.
Weiterhin ermöglicht die erfindungsgemäße Taumelkolbenpumpe vorzugsweise auch eine Spülung, was beispielsweise bei einem Farbwechsel erforderlich sein kann. Die erfindungsgemäße Taumelkolbenpumpe verfügt deshalb vorzugsweise über einen Spülmitteleinlass zur Zuführung eines Spülmittels und einen Spülmittelauslass zur Rückführung eines Spülmittels sowie eine Spülmittelleitung, die von dem Spülmitteleinlass durch die Pumpeneinheiten hindurch zu dem Spülmittelauslass führt.
In einer Variante der erfindungsgemäßen Spülung sind die einzelnen Pumpeneinheiten entlang der Spülmittelleitung hintereinander angeordnet. Vorteilhaft an einer solchen Reihendurchführung des Spülmittels durch die einzelnen Pumpeneinheiten gegenüber einer parallelen Kanalführung ist das Verhindern der Verstopfung der Spülmittelleitung. Bei einer parallelen Spülmittelführung durch die einzelnen Pumpeneinheiten würde das Spülmittel nämlich immer den Weg des geringsten Durchflusswiderstandes wählen, so dass einzelne Strömungspfade langsam zusetzen könnten.
In einer anderen Variante der Erfindung verzweigt die Spülmittelleitung jedoch in mehrere parallele Leitungszweige, welche die einzelnen Pumpeneinheiten spülen. Eine derartige parallele Leitungsführung der Spülmittelleitung ist jedoch – wie vorstehend erwähnt wurde – weniger bevorzugt.
Vorzugsweise dient die Spülung der einzelnen Pumpeneinheiten zur Spülung des Kolbenschafts, wodurch vorteilhafterweise Farbleckagen entlang dem Kolben abgebaut und somit Antrocknungen von Farbe hinter dem Kolben verhindert wird, was zu einer Verbesserung der Standzeit der Taumelkolbenpumpe führt.
Die einzelnen Pumpeneinheiten weisen vorzugsweise jeweils mindestens eine Kolbenstangendichtung auf, die den jeweiligen Taumelkolben abdichtet, wobei die vorstehend erwähnte Spül mittelleitung vorzugsweise durch die einzelnen Kolbenstangendichtungen hindurchgeführt ist. Beispielsweise kann die Kolbenstangendichtung eine radial verlaufende Spülbohrung aufweisen, durch die das Spülmittel hindurchgeführt wird.
Die einzelnen Kolbenstangendichtungen weisen vorzugsweise mindestens zwei Dichtlippen auf, die axial von der Kolbenstangendichtung abstehen und sich von außen an die Mantelfläche des Taumelkolbens anlegen.
Ferner besteht im Rahmen der Erfindung die Möglichkeit, dass die Förderrichtung der Taumelkolbenpumpe umkehrbar ist, um einen Rückflussbetrieb (”Reflow”) der Beschichtungsanlage zu ermöglichen, wobei das Beschichtungsmittel im Rahmen des Rückflussbetriebs in umgekehrter Richtung durch die Kolbentaumelpumpe strömt. Hierzu kann jedoch alternativ auch ein Bypassventil vorgesehen sein, das die Taumelkolbenpumpe umgeht. Vorzugsweise ist dieses Bypassventil totraumfrei zwischen dem Pumpeneinlass und dem Pumpenauslass angeordnet, ohne dass zusätzlich Anschlüsse für das Spülen erforderlich sind.
In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Taumelkolbenpumpe ein Leitungsbauteil auf, in dem sämtliche Fluidleitungen angeordnet sind, wie beispielsweise die Zweigleitungen, die Spülmittelleitung, die Bypassleitung, die Beschichtungsmittelzuleitung und die Beschichtungsmittelausgangsleitung. Das Leitungsbauteil weist deshalb eine relativ komplexe Formgebung auf und wird vorzugsweise durch das bereits eingangs erwähnte Rapid-Prototyping hergestellt. Alternativ ist jedoch auch eine gießtechnische oder spanende Herstellung des Leitungsbauteils möglich. Vorzugsweise ist dieses komplexe Leitungsbauteil austauschbar, so dass die erfindungsgemäße Taumelkolbenpumpe in einfacher Weise durch einen Austausch des Leitungsbauteils instandgesetzt werden kann.
Schließlich ist noch zu erwähnen, dass die Erfindung nicht auf eine Taumelkolbenpumpe als einzelnes Bauteil beschränkt ist. Vielmehr umfasst die Erfindung auch eine Beschichtungsanlage oder eine Beschichtungseinrichtung mit einer derartigen Taumelkolbenpumpe zur Dosierung eines Beschichtungsmittels. Die erfindungsgemäße Beschichtungsanlage weist deshalb vorzugsweise einen Zerstäuber (z. B. Rotationszerstäuber, Airless-Gerät, Airmix-Gerät, Ultraschallzerstäuber, etc.) auf, der ein Beschichtungsmittel (z. B. Nasslack, Pulverlack) auf ein Bauteil (z. B. Kraftfahrzeugkarosseriebauteil) appliziert. Darüber hinaus weist die erfindungsgemäße Beschichtungsanlage die vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Taumelkolbenpumpe auf, die ausgangsseitig mit dem Zerstäuber verbunden ist und das Beschichtungsmittel bedarfsgerecht dosiert.
Hierbei besteht die Möglichkeit, dass der Taumelkolbenpumpe einlassseitig kein separater Farbdruckregler vorgeschaltet ist, da der Förderstrom unabhängig von dem Pumpenzulaufdruck ist. Der Verzicht auf einen eingangsseitigen Farbdruckregler ermöglicht vorteilhaft eine Vereinfachung des Aufbaus und damit auch eine Kostenreduktion.
Die erfindungsgemäße Taumelkolbenpumpe kann in der erfindungsgemäßen Beschichtungsanlage beispielsweise in einem mehrachsigen Beschichtungsroboter angeordnet sein, beispielsweise in einem Roboterarm des Beschichtungsroboters. Es besteht jedoch alternativ auch die Möglichkeit, dass die Taumelkolbenpumpe an einer Farbentnahmestelle oder in einem Farbmischraum der Beschichtungsanlage angeordnet ist.
Schließlich umfasst die Erfindung auch die neuartige Verwendung der vorstehend erwähnten erfindungsgemäßen Taumelkolbenpumpe zur Förderung eines Beschichtungsmittels, insbesondere von Lack oder Konservierungsmittel, wie Wachs, PVC (Polyvinylchlorid) oder Klebstoffen in einer Beschichtungsanlage. Die erfindungsgemäße Taumelkolbenpumpe ist jedoch grundsätzlich auch zur Dosierung anderer Fluide geeignet, so dass der im Rahmen der Erfindung verwendete Begriff eines Beschichtungsmittels allgemein zu verstehen ist.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet oder werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Taumelkolbenpumpe,
2 eine Perspektivansicht der Taumelkolbenpumpe gemäß 1,
3 eine teilweise aufgeschnittene Perspektivansicht der Taumelkolbenpumpe gemäß den 1 und 2,
4 eine vereinfachte Perspektivansicht eines Zahnradgetriebes in der Taumelkolbenpumpe gemäß den 1 bis 3,
5 eine andere Perspektivansicht des Zahnradgetriebes gemäß 4,
6 eine Perspektivansicht eines Taumelkolbens der Taumelkolbenpumpe gemäß den 1 bis 5,
7 eine aufgeschnittene Perspektivansicht des Taumelkolbens gemäß 6,
8 eine schematische Darstellung zur Verdeutlichung der Beschichtungsmittelzuführung zu den einzelnen Pumpeneinheiten der erfindungsgemäßen Taumelkolbenpumpe,
9 eine schematische Perspektivansicht zur Verdeutlichung der auslassseitigen Leitungsführung,
10 eine schematische Perspektivansicht zur Verdeutlichung der Spülung der einzelnen Pumpeneinheiten der erfindungsgemäßen Taumelkolbenpumpe,
11A eine Perspektivansicht einer Kolbenstangendichtung der erfindungsgemäßen Taumelkolben pumpe,
11B eine Querschnittsansicht der Kolbenstangendichtung gemäß 11A,
12A–12D verschiedene Phasen der Bewegung eines Taumelkolbens in einer Pumpeneinheit der erfindungsgemäßen Taumelkolbenpumpe,
13 den zeitlichen Verlauf des Förderstroms einer erfindungsgemäßen Taumelkolbenpumpe mit zwei Pumpeneinheiten,
14 den zeitlichen Verlauf des Förderstroms bei einer erfindungsgemäßen Taumelkolbenpumpe mit drei Pumpeneinheiten,
15 eine Steuerkurve eines Umsetzgetriebes zur Umsetzung einer Drehbewegung der Antriebswelle in eine Taumelbewegung des Taumelkolbens,
16 eine Abwandlung der Steuerkurve gemäß 15,
17 eine weitere Abwandlung der Steuerkurve gemäß 15,
18 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Multikomponentenpumpe zur getrennten Förderung mehrerer Komponenten eines Beschichtungsmittels,
19 eine Pumpenanordnung mit mehreren Pumpen, die jeweils durch Kupplungen untereinander verbunden sind,
20 eine Pumpenanordnung mit mehreren Pumpen, die jeweils durch ein Kupplung mit einer gemeinsamen Antriebswelle verbunden sind,
21A–21D den zeitlichen Verlauf des Förderstroms bei einer pulsationsfreien Taumelkolbenpumpe,
22 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Taumelkolbenpumpe mit drei Pumpeneinheiten und einem totraumfrei angeordneten Bypassventil,
23 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Taumelkolbenpumpe mit drei Pumpeneinheiten beim Kolbenspülen,
24 eine schematische Darstellung der Einlassseite der Taumelkolbenpumpe gemäß 1, sowie
25 eine schematische Darstellung der Auslassseite der Taumelkolbenpumpe gemäß 1.
Die Figuren zeigen eine erfindungsgemäße Taumelkolbenpumpe 1, die in einer Lackieranlage eingesetzt werden kann, um den zu applizierenden Lack bedarfsgerecht zu dosieren.
Die Taumelkolbenpumpe 1 weist deshalb einen Farbausgang 2 auf, der mit einem Zerstäuber 3 verbunden ist, wobei der Zerstäuber 3 und die Leitungsführung zwischen dem Farbausgang 2 und dem Zerstäuber 3 hier nur schematisch dargestellt sind.
Darüber hinaus weist die Taumelkolbenpumpe 1 einen Farbeingang 4 auf, an den eine Beschichtungsmittelzuleitung 5 angeschlossen ist, um den zu dosierenden Lack zuzuführen.
Die Taumelkolbenpumpe 1 weist insgesamt drei Pumpeneinheiten 6, 7, 8 auf, die jeweils über einen Zylinder und einen in dem Zylinder geführten Taumelkolben verfügen, wobei Aufbau und Funktionsweise der einzelnen Pumpeneinheiten 6–8 weitgehend herkömmlich ist und später noch unter Bezugnahme auf die 12A–12D detailliert beschrieben wird.
Die Pumpeneinheiten 6–8 sind einlassseitig und auslassseitig parallel geschaltet, so dass sich die pulsierenden Förderströme der einzelnen Pumpeneinheiten 6–8 überlagern, was zu einer Glättung des an dem Farbausgang 2 ausgegebenen Förderstroms führt.
Hierzu sind die Einlässe der Pumpeneinheiten 6–8 über einlassseitige Zweigleitungen 9–11 mit einem gemeinsamen einlassseitigen Verteilerpunkt 12 verbunden, der wiederum mit dem Farbeingang 4 verbunden ist.
In gleicher Weise ist der Auslass der Pumpeneinheiten 6–8 über drei auslassseitige Zweigleitungen 13–15 mit einem auslassseitigen Verteilerpunkt 16 verbunden, der wiederum mit dem Farbausgang 2 verbunden ist.
Darüber hinaus weist die Taumelkolbenpumpe 1 ein Bypassventil 17 auf, das den Farbeingang 4 unter Umgehung der Pumpeneinheiten 6–8 direkt mit dem Farbausgang 2 verbindet. Das Bypassventil 17 ist direkt zwischen dem Farbeingang 4 und dem Farbausgang 2 totraumfrei angeordnet, was weitere Farbverluste verhindert.
Weiterhin verfügt die erfindungsgemäße Taumelkolbenpumpe 1 über einen eingangsseitigen Druckaufnehmer 18.1, der den Pumpenvordruck an dem Farbeingang 4 misst. In gleicher Weise ist ein ausgangsseitiger Druckaufnehmer 18.2 vorgesehen, der mit dem Farbausgang 2 verbunden ist und den Ausgangsdruck der Taumelkolbenpumpe 1 misst.
Schließlich ermöglicht die erfindungsgemäße Taumelkolbenpumpe 1 noch eine Spülung mit einem Spülmittel, was zur Reinigung der Kolben dient und dadurch die Standzeit erhöht. Hierzu verfügt die Taumelkolbenpumpe 1 über einen Spülmitteleinlass 19 und einen Spülmittelauslass 20, wobei eine Spülmittelleitung 21 über ein Spülmittelventil 22 hintereinander durch die Pumpeneinheiten 6–8 verläuft, um die Pumpeneinheiten 6–8 zu spülen, wie noch detailliert unter Bezugnahme auf 10 beschrieben wird.
Die 2 und 3 zeigen Perspektivansichten der Taumelkolbenpumpe 1. Daraus ist auch ersichtlich, dass die Taumelkolbenpumpe 1 durch eine gemeinsame Antriebswelle 23 angetrieben wird, wobei die Antriebswelle 23 in der Regel mit einem Elektromotor verbunden ist.
Die 4 und 5 zeigen ein Zahnradgetriebe 24, das in der Taumelkolbenpumpe 1 dazu dient, das Drehmoment der Antriebswelle 23 auf die einzelnen Pumpeneinheiten 6–8 zu verteilen. Hierzu weist das Zahnradgetriebe 24 ein Hohlrad 25 und drei Planetenräder 26, 27, 28 auf, wobei die Planetenräder 26–28 mit ihrer Außenverzahnung in eine entsprechend angepasste Innenverzahnung des Hohlrades 25 eingreifen. Die Antriebswelle 23 ist hierbei in einem Lager 29 gelagert und treibt das Hohlrad 25 an, so dass sich die einzelnen Planetenräder 26–28 mit einer entsprechenden Übersetzung drehen.
4 zeigt zusätzlich ein Umsetzgetriebe 30, das die reine Drehbewegung des Planetenrades 26 in eine Taumelbewegung eines Taumelkolbens 31 umsetzt, so dass der Taumelkolben 31 in einem Zylinder 32 eine kombinierte Dreh- und Hubbewegung ausführt.
Hierzu weist das Umsetzgetriebe 30 eine Steuerhülse 33 auf, in der eine umlaufende Steuerkurve in Form einer Nut angeordnet ist. In diese Nut greifen Steuerkugeln 34 ein, die bezüglich des Planetenrades 26 in Umfangsrichtung fixiert sind, wodurch die Drehbewegung des Planetenrades 26 in eine kombinierte Dreh- und Hubbewegung des Taumelkolbens 31 umgesetzt wird.
Die 6 und 7 zeigen den Aufbau der einzelnen Taumelkolben 31 aus einem Kolbenkopf 35 aus Keramik (z. B. Siliziumnitrid) und einem Kolbenschaft 36 aus gehärtetem Stahl, wobei der Kolbenkopf 35 mit dem Kolbenschaft 36 verklebt ist.
In dem Kolbenschaft 36 befindet sich hierbei eine Aufnahmebohrung 37 zur Aufnahme von Steuerkugeln.
Weiterhin ist aus 6 ersichtlich, dass der Kolbenkopf 35 an seiner Vorderseite eine Steuernut 38 aufweist, um Einlass bzw. Auslass des Zylinders 32 freizugeben bzw. abzusperren, wie noch detailliert unter Bezugnahme auf die 12A–12D beschrieben wird.
8 zeigt in schematischer Form die Leitungsführungen in der Taumelkolbenpumpe 1 an der Einlassseite der Pumpeneinheiten 6–8. Daraus ist ersichtlich, dass die Zweigleitungen 9–11 den einlassseitigen Verteilerpunkt 12 auf kürzestem Wege und knickfrei mit den Pumpeneinheiten 6–8 verbinden. Darüber hinaus ist aus dieser Darstellung ersichtlich, dass die verschiedenen Zweigleitungen 9–11 zwischen dem einlassseitigen Verteilerpunkt 12 und den Pumpeneinheiten 6–8 die gleiche Kanallänge aufweisen, was für eine pulsationsfreie Förderung wichtig ist.
9 zeigt entsprechend die Leitungsführung in der erfindungsgemäßen Taumelkolbenpumpe an der Ausgangsseite der Pumpeneinheiten 6–8. Daraus ist ersichtlich, dass die auslassseitigen Zweigleitungen 13–15 zwischen dem ausgangsseitigen Verteilerpunkt 16 und den Pumpeneinheiten 6–8 knickfrei verlaufen und die gleiche Länge aufweisen.
10 zeigt schematisch den Verlauf der Spülmittelleitung 21 in der erfindungsgemäßen Taumelkolbenpumpe 1. Daraus wird ersichtlich, dass das Spülmittel zwischen dem Spülmitteleinlass 19 und dem Spülmittelauslass 20 nacheinander durch die Kolbenstangendichtungen 39–41 strömt, wobei die einzelnen Kolbenstangendichtungen 39–41 jeweils in radialer Richtung durchströmt werden.
Hierzu weisen die einzelnen Kolbenstangendichtungen 39–41 jeweils eine radial durchgehende Spülbohrung 43 auf, wie aus den 11A und 11A ersichtlich ist. Darüber hinaus ist aus diesen Zeichnungen ersichtlich, dass die Kolbenstangendichtungen 39–41 jeweils zwei Dichtlippen 44, 45 aufweisen, die jeweils in entgegengesetzten Richtungen axial hervorstehen und sich von außen an die Mantelfläche der Taumelkolben 31 anlegen.
Im Folgenden wird nun unter Bezugnahme auf die 12A–12D die grundsätzliche Funktionsweise der einzelnen Pumpeneinheiten 6–8 der Taumelkolbenpumpe 1 beschrieben.
So weisen die einzelnen Pumpeneinheiten 6–8 jeweils den Zylinder 32 auf, in dem der Taumelkolben 31 eine Taumelbewegung ausführen kann, wobei die Taumelbewegung aus einer kombinierten Dreh- und Hubbewegung besteht.
An seinem vorderen Ende weist der Taumelkolben 31 die Steuernut 38 auf, um wahlweise einen Einlass 46 oder einen Auslass 47 zu öffnen.
Im Folgenden wird nun zunächst unter Bezugnahme auf 12A die Befüllungsphase beschrieben. Dabei ist der Taumelkolben 31 so gedreht, dass die Steuernut 38 den Einlass 46 freigibt, wohingegen der Taumelkolben 31 mit seiner Mantelfläche den Auslass 47 verschließt. Der Taumelkolben 31 wird dann axial in Pfeilrichtung aus dem Zylinder 32 herausgezogen, wodurch das Beschichtungsmittel über den Einlass 46 in den Zylinder 32 eingefüllt wird. In dieser idealisierten Form erfolgt in der Befüllungsphase lediglich eine lineare Hubbewegung ohne eine zusätzliche Drehung des Taumelkolbens 31.
12B zeigt dagegen den Zustand des Taumelkolbens 31 im unteren Totpunkt der Hubbewegung. In diesem Zustand wird der Taumelkolben 31 um seine Längsachse so gedreht, dass der Einlass 46 geschlossen wird, während der Einlass 47 am Ende der Drehbewegung geöffnet ist, wie in 12C dargestellt wird.
In der Förderphase gemäß 12C wird der Taumelkolben 31 dann ohne eine Drehbewegung in den Zylinder 32 hineingeschoben, wodurch das zuvor aufgenommene Beschichtungsmittel über den Auslass 47 aus dem Zylinder 32 herausgedrückt wird.
12D zeigt schließlich den Zustand im oberen Totpunkt des Taumelkolbens 31. In diesem Zustand wird der Taumelkolben 31 wieder so gedreht, dass der Einlass 46 geöffnet wird, wohingegen der Auslass 47 geschlossen wird.
Die vorstehend beschriebenen Phasen gemäß den 12A–12D werden dann im Betrieb zyklisch wiederholt.
13 zeigt den Verlauf eines Förderstroms Q in Abhängigkeit von dem Winkel α der gemeinsamen Antriebswelle 23 für eine Taumelkolbenpumpe mit zwei parallel geschalteten Pumpeneinheiten. Daraus ist ersichtlich, dass sich die Förderphasen 48 der einzelnen Pumpeneinheiten überlagern, was zu einer Glättung der Pulsation führt.
14 zeigt den selben Verlauf des Förderstroms Q für die erfindungsgemäße Taumelkolbenpumpe 1 mit den drei Pumpeneinheiten 6–8. Auch hierbei überlagern sich die Förderphasen 48 der einzelnen Pumpeneinheiten 6–8, was zu einer entsprechend besseren Glättung des Förderstroms Q führt.
15 zeigt einen möglichen Verlauf einer Steuerkurve 49 des Umsetzgetriebes 30, das eine reine Drehbewegung in die gewünschte Taumelbewegung umsetzt. Daraus ist ersichtlich, dass die Steuerkurve 49 einen Bereich aufweist, in dem der Taumelkolben 31 im Bereich seiner Totpunkte keinen Hub ausführt, was den 12B und 12D entspricht.
Darüber hinaus ist ersichtlich, dass die Steuerkurve 49 zwischen den Totpunkten des Taumelkolbens 31 einen annähernd linearen Bereich aufweist, in dem sich der Taumelkolben 31 also mit einer konstanten Kolbengeschwindigkeit bewegt, was entsprechend zu einem konstanten Förderstrom führt.
Das Ziel ist hierbei, dass die Summe aller Einzelförderströme der Pumpeneinheiten in allen Winkelstellungen konstant ist.
16 zeigt eine Abwandlung der Steuerkurve gemäß 15. Eine Besonderheit besteht hierbei darin, dass die Steigung der Steuerkurve während des Befüllungshubs relativ steil und während des Förderhubs relativ flach ist. Dies hat zur Folge, dass sich der Taumelkolben 31 während des Befüllungshubs relativ schnell und während des Förderhubs relativ langsam bewegt.
17 zeigt eine Abwandlung der Steuerkurve aus 16. Hierbei weist die Steuerkurve während des Befüllungshubs eine relativ flache Steigung und während des Förderhubs eine relativ große Steigung auf. Dies hat zur Folge, dass sich der Taumelkolben 31 während des Befüllungshubs relativ langsam und während des Förderhubs relativ schnell bewegt.
18 zeigt eine erfindungsgemäße Multikomponentenpumpe 50, die beispielsweise in einer Lackieranlage eingesetzt werden kann, um verschiedene Komponenten eines Beschichtungsmittels getrennt voneinander zu fördern.
Hierzu weist die Multikomponentenpumpe 50 insgesamt sechs Pumpeneinheiten 51–56 auf, die jeweils als Taumelkolbenpumpen ausgebildet sind.
Die Pumpeneinheiten 51, 55 und 56 dienen hierbei zur Dosierung einer ersten Komponente (z. B. Stammlack) des Beschichtungsmittels, so dass die Pumpeneinheiten 51, 55 und 56 sowohl eingangsseitig als auch ausgangsseitig parallelgeschaltet sind. Diese Parallelschaltung hat wiederum den bereits vorstehend erwähnten Vorteil einer Glättung der pulsierenden Förderströme.
Das Mischungsverhältnis von einer Komponente A zu einer Komponente B kann hierbei durch unterschiedliche Hublängen und unterschiedliche Kolbendurchmesser eingestellt werden.
Die anderen Pumpeneinheiten 52, 53, 54 dienen dagegen zur Dosierung eine zweiten Komponente (z. B. Härter) des Beschichtungsmittels. Auch diese Pumpeneinheiten 52–54 sind deshalb sowohl eingangsseitig als auch ausgangsseitig zusammengeschaltet und arbeiten deshalb parallel, was vorteilhaft zu einer entsprechenden Glättung der Pulsierung führt.
Eine weitere Besonderheit der Multikomponentenpumpe 50 besteht in dem Antrieb durch ein zentrales Sonnenrad 57.
19 zeigt eine Pumpenanordnung mit einem Elektromotor 58 und mehreren Pumpeneinheiten 59–62, die jeweils durch trennbare Kupplungen 63–66 untereinander bzw. mit dem Elektromotor 58 verbunden sind. Die Pumpenanordnung weist also eine Antriebswelle 67 auf, die in mehrere Wellenabschnitte unterteilt ist, wobei die einzelnen Wellenabschnitte jeweils eine der Pumpeneinheiten 59–62 antreiben.
20 zeigt eine etwas abgewandelte Pumpenanordnung, die teilweise mit der Pumpenanordnung gemäß 19 übereinstimmt, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird, wobei für entsprechende Einzelheiten dieselben Bezugszeichen verwendet werden.
Eine Besonderheit dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, dass die Antriebswelle 67 durchgeht und die einzelnen Pumpeneinheiten 59–62 jeweils selektiv durch die zugehörige Kupplung 63–66 mit der Antriebswelle 67 verbunden werden können.
Die 21A–21D zeigen den zeitlichen Verlauf des Förderstroms bei einer pulsaktionsfreien Taumelkolbenpumpe mit drei Pumpeneinheiten. Die 21A–21C zeigen hierbei die Förderströme Q1–Q3 der einzelnen Pumpeneinheiten, während 21D den gesamten Förderstrom Q_GES der Taumelkolbenpumpe zeigt, der sich aus der Überlagerung der Förderströme Q1–Q3 der einzelnen Pumpeneinheiten ergibt. Die Förderströme Q1–Q3 der einzelnen Pumpeneinheiten sind hierbei durch eine geeignete Gestaltung der jeweiligen Steuerkurve so gewählt, dass der gesamte Förderstrom Q_GES pulsationsfrei ist.
22 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Taumelkolbenpumpe mit drei Pumpeneinheiten 6–8 und einem Bypassventil 17 zwischen dem Farbeingang und dem Farbausgang. Die Taumelkolbenpumpe gemäß 22 stimmt weitgehend mit der Taumelkolbenpumpe gemäß 1 überein, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird, wobei für entsprechende Einzelheiten dieselben Bezugszeichen verwendet werden.
Hierbei ist zu erwähnen, dass das Bypassventil 17 totraumfrei zwischen dem Farbeingang und dem Farbausgang angeordnet ist, ohne dass zusätzliche Anschlussbohrungen erforderlich sind.
23 zeigt eine schematische und vereinfachte Darstellung einer erfindungsgemäßen Taumelkolbenpumpe mit drei Pumpeneinheiten 6–8, wobei diese Taumelkolbenpumpe ebenfalls weitgehend mit der Taumelkolbenpumpe gemäß 1 übereinstimmt, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird, wobei für entsprechende Einzelheiten dieselben Bezugszeichen verwendet werden.
In dieser Darstellung wird gezeigt, wie die Kolben der einzelnen Pumpeneinheiten 6–8 über das Spülmittelventil 22 mit einem Spülmittel gespült werden, wobei die einzelnen Pumpeneinheiten 6–8 seriell gespült werden. Die Pumpeneinheiten 6–8 sind also entlang der Spülmittelleitung 21 hintereinander angeordnet.
Schließlich zeigen die 24 und 25, dass die einlassseitigen Zweigleitungen 9–11 die gleiche Länge haben, wie auch die auslassseitigen Zweigleitungen 13–14 gleich lang sind. Dies ist vorteilhaft, weil das über die gemeinsame Beschichtungsmittelzuleitung 5 zuströmende Beschichtungsmittel dann auch die verschiedenen Pumpeneinheiten 6–8 gleichzeitig erreicht.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen. In diesem Zusammenhang ist zu erwähnen, dass die beigefügten Unteranspruche selbständig schutzwürdige Gegenstände enthalten und deshalb unabhängig von den in Bezug genommen Ansprüchen zum Gegenstand dieser Anmeldung gehören. Beispielsweise beansprucht die Erfindung. auch unabhängigen von den sonstigen Merkmalen der Erfindung Schutz für die vorstehend beschriebene Kolbenstangendichtung, die Spülung, das Leitungsbauteil und den neuartigen Taumelkolben.
Bezugszeichenliste

1: Taumelkolbenpumpe
2: Farbausgang
3: Zerstäuber
4: Farbeingang
5: Beschichtungsmittelzuleitung
6–8: Pumpeneinheiten
9–11: Einlassseitige Zweigleitungen
12: Einlassseitiger Verteilerpunkt
13–15: Auslassseitige Zweigleitungen
16: Auslassseitiger Verteilerpunkt
17: Bypassventil
18.1: Eingangsseitig Druckaufnehmer
18.2: Ausgangsseitiger Druckaufnehmer
19: Spülmitteleinlass
20: Spülmittelauslass
21: Spülmittelleitung
22: Spülmittelventil
23: Antriebswelle
24: Zahnradgetriebe
25: Hohlrad
26–28: Planetenräder
29: Lager
30: Umsetzgetriebe
31: Taumelkolben
32: Zylinder
33: Steuerhülse
34: Steuerkugeln
35: Kolbenkopf
36: Kolbenschaft
37: Aufnahmebohrung
38: Steuernut
39–41: Kolbenstangendichtung
42: Leitungsbauteil
43: Spülbohrung
44: Dichtlippe
45: Dichtlippe
46: Einlass
47: Auslass
48: Förderphasen
49: Steuerkurve
50: Multikomponentenpumpe
51–56: Pumpeneinheiten
57: Sonnenrad
58: Elektromotor
59–62: Pumpeneinheit
63–66: Kupplungen
67: Antriebswelle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1348487 A1 [0002]
DE 102008047118 [0034]

Claims

Taumelkolbenpumpe (1) zur Dosierung eines Beschichtungsmittels in einer Beschichtungsanlage, gekennzeichnet durch mehrere Pumpeneinheiten (6–8) mit jeweils einem Zylinder (32) und jeweils einem Taumelkolben (31), der im Betrieb eine Taumelbewegung in dem Zylinder (32) ausführt.
Taumelkolbenpumpe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, a) dass die Taumelkolben (31) der Pumpeneinheiten (6–8) über ein Zahnradgetriebe (24) von einer gemeinsamen Antriebswelle angetrieben werden, und/oder b) dass das Zahnradgetriebe (24) ein Hohlrad (25) mit einer Innenverzahnung und mehrere in das Hohlrad (25) eingreifende Planetenräder (26–28) mit jeweils einer Außenverzahnung aufweist, wobei das Hohlrad (25) von einer gemeinsamen Antriebswelle angetrieben wird, während die Taumelkolben (31) der einzelnen Pumpeneinheiten (6–8) über die Planetenräder (26–28) des Zahnradgetriebes (24) angetrieben werden, oder c) dass das Zahnradgetriebe ein zentrales Sonnenrad (57) mit einer Außenverzahnung und mehrere in das Sonnenrad (57) eingreifende Planetenräder mit jeweils einer Außenverzahnung aufweist, wobei die gemeinsame Antriebswelle das Sonnenrad (57) antreibt, während die Taumelkolben (31) der einzelnen Pumpeneinheiten (6–8) über die Planetenräder des Zahnradgetriebes angetrieben werden.
Taumelkolbenpumpe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, a) dass die einzelnen Pumpeneinheiten (6–8) jeweils einen pulsierenden Förderstrom des Beschichtungsmittels fördern, und b) dass die Pumpeneinheiten (6–8) auslassseitig mit einem gemeinsamen Pumpenauslass (2) verbunden sind, so dass sich die pulsierenden Förderströme der einzelnen Pumpeneinheiten (6–8) überlagern, was zu einer Glättung der Pulsation führt, und/oder c) dass die Pumpeneinheiten (6–8) einlassseitig mit einem gemeinsamen Pumpeneinlass (4) verbunden sind, so dass die Pumpeneinheiten (6–8) das Beschichtungsmittel über den gemeinsamen Pumpeneinlass (4) aufnehmen.
Taumelkolbenpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, a) dass die Taumelkolbenpumpe (1) zur getrennten Förderung von mehreren Komponenten des Beschichtungsmittels geeignet ist, und b) dass für jede Komponenten des Beschichtungsmittels jeweils mindestens eine Pumpeneinheit (51–56) vorgesehen ist, oder c) dass für jede Komponente des Beschichtungsmittels jeweils mehrere Pumpeneinheiten (51–56) vorgesehen sind, die einlassseitig und auslassseitig zusammengeschaltet sind und die jeweilige Komponente gemeinsam fördern.
Taumelkolbenpumpe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, a) dass die Pumpeneinheiten (6–8) mit einem bestimmten Phasenunterschied von einer gemeinsamen Antriebswelle angetrieben werden, und/oder b) dass der Phasenunterschied gleich 360° ist geteilt durch die Anzahl der Pumpeneinheiten (6–8).
Taumelkolbenpumpe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, a) dass die einzelnen Taumelkolben (31) jeweils aus einem Verbund unterschiedlicher Materialien bestehen, und/oder b) dass die einzelnen Taumelkolben (31) jeweils aus Keramik und/oder Stahl und/oder Hartmetall bestehen, und/oder c) dass die einzelnen Taumelkolben (31) jeweils einen Kolbenboden (35) aus Keramik und/oder Hartmetall und ein Kolbenhemd (36) aus Stahl und/oder Hartmetall aufweisen, und/oder d) dass der Kolbenboden (35) mit dem Kolbenhemd (36) verklebt, verpresst oder verschraubt ist, und/oder e) dass die Keramik Siliziumnitrid, Zirkonoxid oder Aluminiumoxid enthält.
Taumelkolbenpumpe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, a) dass die einzelnen Pumpeneinheiten (6–8) durch jeweils eine trennbare Kupplung (63–66) mechanisch mit einer durchgehenden Antriebswelle verbunden ist, oder b) dass eine gemeinsame Antriebswelle durch trennbare Kupplungen in mehrere Abschnitte unterteilt ist, wobei die einzelnen Abschnitte der Antriebswelle jeweils mindestens eine der Pumpeneinheiten (6–8) antreiben.
Taumelkolbenpumpe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, a) dass die einzelnen Pumpeneinheiten (6–8) durch jeweils ein Umsetzgetriebe (30) mit einer gemeinsamen Antriebswelle (23; 67) verbunden sind, und b) dass das Umsetzgetriebe (30) eine Drehbewegung der Antriebswelle (23; 67) in eine kombinierte Dreh- und Hubbewegung des jeweiligen Taumelkolbens (31) umwandelt, oder c) dass das Umsetzgetriebe (30) eine oszillierende Hubbewegung der Antriebswelle (23; 67) in eine kombinierte Dreh- und Hubbewegung der Taumelkolben (31) umwandelt.
Taumelkolbenpumpe (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, a) dass das Umsetzgetriebe (30) die Kolbenstellung des Taumelkolbens (31) entsprechend einer vorgegebenen Steuerkurve (49) in Abhängigkeit von dem Drehwinkel der Antriebswelle steuert, und/oder b) dass die Steuerkurve (49) des Umsetzgetriebes von einer Sinuskurve abweicht, so dass die Hubbewegung des Taumelkolbens (31) nicht sinusförmig ist.
Taumelkolbenpumpe (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, a) dass die Steuerkurve (49) des Umsetzgetriebes in einem Bereich um die Totpunkte der Kolbenbewegung herum hubfrei ist, so dass die Taumelkolben (31) in dem hubfreien Bereich nur eine Drehbewegung ausführen, und/oder b) dass der hubfreie Bereich der Kolbenbewegung einen Drehwinkelbereich der Planetenräder (26–28) von mindestens 5°, 10°, 15°, 20°, 25°, 30°, 40°, 50° oder 60° umfasst.
Taumelkolbenpumpe (1) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, a) dass die Steuerkurve (49) eine Förderphase und eine Befüllungsphase aufweist, wobei die Taumelkolbenpumpe (1), das Beschichtungsmittel in der Befüllungsphase aufnimmt und das aufgenommene Beschichtungsmittel in der Förderphase wieder ausstößt, und b) dass die Förderphasen der einzelnen Pumpeneinheiten (6–8) zeitlich lückenlos und ohne zeitliche Überdeckung aneinander anschließen, um einen möglichst pulsationsarmen Förderstrom zu erreichen.
Taumelkolbenpumpe (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, a) dass die Hubbewegung des Taumelkolbens (31) in der Befüllungsphase schneller ist als in der Förderphase, oder b) dass die Hubbewegung des Taumelkolbens (31) in der Befüllungsphase langsamer ist als in der Förderphase.
Taumelkolbenpumpe (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, a) dass die Hubbewegung des Taumelkolbens (31) in der Befüllungsphase mit einer im Wesentlichen konstanten Kolbengeschwindigkeit erfolgt und/oder b) dass die Hubbewegung des Taumelkolbens (31) in der Förderphase mit einer im Wesentlichen konstanten Kolbengeschwindigkeit erfolgt, so dass der Förderstrom in der Förderphase im Wesentlichen konstant ist.
Taumelkolbenpumpe (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 13 und Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerkurven, die Kolbenhübe und/oder die Kolbendurchmesser der einzelnen Pumpeneinheiten (6–8) unterschiedlich sind, um eine bestimmtes Mischungsverhältnis der Komponenten einzustellen.
Taumelkolbenpumpe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch a) eine gemeinsame Beschichtungsmittelzuleitung (5) zur Zuführung des Beschichtungsmittels für alle Pumpeneinheiten (6–8), b) einen einlassseitigen Verteilerpunkt (12), der in der Beschichtungsmittelzuleitung (5) angeordnet ist, und c) mehrere einlassseitige Zweigleitungen (9–11), die in dem einlassseitigen Verteilerpunkt (12) von der gemeinsamen Beschichtungsmittelzuleitung (5) abzweigen und zu den einzelnen Pumpeneinheiten (6–8) führen.
Taumelkolbenpumpe (1) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass a) dass die einlassseitigen Zweigleitungen (9–11) zwischen dem einlassseitigen Verteilerpunkt (12) und den Pumpeneinheiten (6–8) im Wesentlichen die gleiche Länge aufweisen, und/oder b) dass die einlassseitigen Zweigleitungen (9–11) zwischen dem einlassseitigen Verteilerpunkt (12) und den Pumpeneinheiten (6–8) knickfrei sind, und/oder c) dass die einlassseitigen Zweigleitungen (9–11) zwischen dem einlassseitigen Verteilerpunkt (12) und den Pumpeneinheiten (6–8) einen Leitungsverlauf mit einem minimalen Strömungswiderstand aufweisen, und/oder d) dass die einlassseitigen Zweigleitungen (9–11) den einlassseitigen Verteilerpunkt (12) auf kürzestem Wege mit den Pumpeneinheiten (6–8) verbinden, und/oder e) dass die Beschichtungsmittelzuleitung (5) und die einlassseitigen Zweigleitungen (9–11) totraumfrei sind.
Taumelkolbenpumpe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch a) eine gemeinsame Beschichtungsmittelausgangsleitung zur Aufnahme des Beschichtungsmittels von allen Pumpeneinheiten (6–8), b) einen auslassseitigen Verteilerpunkt (16), der in der Beschichtungsmittelausgangsleitung angeordnet ist, und c) mehrere auslassseitige Zweigleitungen (13–15), die in dem auslassseitigen Verteilerpunkt (16) von der gemeinsamen Beschichtungsmittelausgangsleitung abzweigen und zu den einzelnen Pumpeneinheiten (6–8) führen.
Taumelkolbenpumpe (1) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass a) dass die auslassseitigen Zweigleitungen (13–15) zwischen dem auslassseitigen Verteilerpunkt (16) und den Pumpeneinheiten (6–8) im Wesentlichen die gleiche Länge aufweisen, und/oder b) dass die auslassseitigen Zweigleitungen (13–15) zwischen dem auslassseitigen Verteilerpunkt (16) und den Pumpeneinheiten (6–8) knickfrei sind, und/oder c) dass die auslassseitigen Zweigleitungen (13–15) zwischen dem auslassseitigen Verteilerpunkt (16) und den Pumpeneinheiten (6–8) einen Leitungsverlauf mit einem minimalen Strömungswiderstand aufweisen, und/oder d) dass die auslassseitigen Zweigleitungen (13–15) den auslassseitigen Verteilerpunkt (16) auf kürzestem Wege mit den Pumpeneinheiten (6–8) verbinden, und/oder e) dass die Beschichtungsmittelausgangsleitung und die auslassseitigen Zweigleitungen (13–15) totraumfrei sind.
Taumelkolbenpumpe (1) nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, a) dass der einlassseitige Verteilerpunkt (12) mit einem einlassseitigen Druckaufnehmer (18.1) verbunden ist, der den Pumpenvordruck misst, und/oder b) dass der auslassseitige Verteilerpunkt (16) mit einem auslassseitigen Druckaufnehmer (18.2) verbunden ist, der den Pumpenausgangsdruck misst.
Taumelkolbenpumpe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch a) einen Spülmitteleinlass (19) zur Zuführung eines Spülmittels, b) einem Spülmittelauslass (20) zur Rückführung des Spülmittels, und c) einer Spülmittelleitung (21), die von dem Spülmitteleinlass (19) durch die Pumpeneinheiten (6–8) zu dem Spülmittelauslass (20) führt.
Taumelkolbenpumpe (1) nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, a) dass die Spülmittelleitung (21) in der Taumelkolbenpumpe (1) verzweigungsfrei ist, und/oder b) dass die einzelnen Pumpeneinheiten (6–8) jeweils eine Kolbenstangendichtung (39–41) aufweisen, die den jeweiligen Taumelkolben (31) abdichten, wobei die Spülmittelleitung (21) durch die einzelnen Kolbenstangendichtungen (39–41) hindurch geführt ist, und/oder c) dass die Spülmittelleitung (21) jeweils radial durch eine radial verlaufende Spülbohrung (43) in den Kolbenstangendichtungen (39–41) hindurch geführt ist, und/oder d) dass die Pumpeneinheiten (6–8) entlang der Spülmittelleitung (21) hintereinander angeordnet sind, so dass die Pumpeneinheiten (6–8) seriell gespült werden.
Taumelkolbenpumpe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, a) dass die einzelnen Pumpeneinheiten (6–8) jeweils eine Kolbenstangendichtung (39–41) aufweisen, die den jeweiligen Taumelkolben (31) abdichten, und b) dass die Kolbenstangendichtungen (39–41) jeweils mindestens zwei Dichtlippen (44, 45) aufweisen, die axial von der Kolbenstangendichtung (39–41) abstehen und sich von außen an die Mantelfläche des Taumelkolbens (31) anlegen, und/oder c) dass die Kolbenstangendichtungen (39–41) jeweils eine Kolbenschafthinterspülung aufweisen.
Taumelkolbenpumpe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderrichtung der Taumelkolbenpumpe (1) umkehrbar ist, um einen Rückflussbetrieb der Beschichtungsanlage zu ermöglichen, in dem das Beschichtungsmittel durch die Taumelkolbenpumpe (1) hindurch zurück geführt wird.
Taumelkolbenpumpe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, a) dass ein integriertes Bypassventil (17) vorgesehen ist zur Umgehung sämtlicher Pumpeneinheiten (6–8) zwischen dem Pumpeneinlass (4) und dem Pumpenauslass (2) über eine Bypassleitung, und/oder b) dass das Bypassventil (17) totraumfrei zwischen dem Pumpeneinlass (4) und dem Pumpenauslass (2) angeordnet ist.
Taumelkolbenpumpe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, a) dass sämtliche Fluidleitungen der Taumelkolbenpumpe (1) in einem einzigen Leitungsbauteil (42) der Taumelkolbenpumpe (1) angeordnet sind, insbesondere die Zweigleitungen (9–11, 13–15), die Spülmittelleitung (21), die Bypassleitung, die Beschichtungsmittelzuleitung (5) und die Beschichtungsmittelausgangsleitung, und/oder b) dass das Leitungsbauteil (42) austauschbar ist, und/oder c) dass mindestens ein Bauteil der Taumelkolbenpumpe (1) durch ein Rapid-Prototyping-Verfahren hergestellt ist.
Taumelkolbenpumpe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Taumelkolbenpumpe (1) einen pulsationsfreien Förderstrom (Q_GES) fördert.
Beschichtungsanlage, insbesondere Lackieranlage zur Lackierung von Kraftfahrzeugkarosseriebauteilen, mit a) einem Zerstäuber (3) zur Applikation eines Beschichtungsmittels, b) einer Dosierpumpe (1) zur Dosierung des Beschichtungsmittels, wobei die Dosierpumpe (1) ausgangsseitig mit dem Zerstäuber (3) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, c) dass die Dosierpumpe (1) eine Taumelkolbenpumpe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche ist.
Beschichtungsmittelanlage nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Taumelkolbenpumpe (1) einlassseitig kein Farbdruckregler vorgeschaltet ist.
Beschichtungsanlage nach einem der Ansprüche 27 bis 28, dadurch gekennzeichnet, a) dass die Taumelkolbenpumpe (1) in einem mehrachsigen Beschichtungsroboter angeordnet ist, insbesondere in einem Roboterarm des Beschichtungsroboters, oder b) dass die Taumelkolbenpumpe (1) an einer Farbentnahmestelle der Beschichtungsanlage angeordnet ist, oder c) dass die Taumelkolbenpumpe (1) in einem Farbmischraum der Beschichtungsanlage angeordnet ist.
Verwendung einer Taumelkolbenpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 26 zur Förderung eines Beschichtungsmittels, insbesondere Lack oder Konservierungsmittel wie Wachs oder PVC, in einer Beschichtungsanlage oder zur Förderung von Klebstoff.