DE19632606A1 - Verdrängerpumpe, insbesondere für Hochdruckreinigungsgeräte - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Verdrängerpumpe, insbeson­ dere für Hochdruckreinigungsgeräte, mit mindestens ei­ ner Pumpkammer, in die über ein Einlaßventil eine Saug­ leitung einmündet, aus der über ein Auslaßventil eine Druckleitung austritt, und mit einer Einrichtung zur periodischen Volumenveränderung der Pumpkammer.

Bei Hochdruckreinigungsgeräten und bei anderen Geräten werden Verdrängerpumpen verwendet, bei denen ein Kolben abgedichtet in eine Pumpkammer eintritt. Dabei ergeben sich in der Praxis Schwierigkeiten durch die Notwendig­ keit einer Abdichtung des periodisch das Volumen der Pumpkammer verändernden Kolbens, außerdem können unter Umständen sehr harte Druckstöße in der geförderten Flüssigkeit auftreten, die durch nachgeschaltete Aus­ gleichsgefäße aufgefangen werden müssen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Ver­ drängerpumpe so auszubilden, daß sie in Funktion und Herstellung verbessert wird, insbesondere durch Herab­ setzung von Dichtungsproblemen und durch die Vermeidung von harten Druckspitzen.

Diese Aufgabe wird bei einer Verdrängerpumpe der ein­ gangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in die Pumpkammer ein diese verschließender Stopfen aus gummielastischem, inkompressiblem Material einge­ setzt ist, dessen Höhe mindestens ein Drittel der Quer­ abmessung des Stopfens und der Pumpkammer in dem den Stopfen aufnehmenden Bereich beträgt, und daß außerhalb der Pumpkammer ein Hubelement an dem Stopfen anliegt, das durch einen Antrieb periodisch der Pumpkammer ange­ nähert und wieder von ihr entfernt wird, so daß der Stopfen dadurch periodisch in die Pumpkammer hinein verformt wird.

Bei dieser Konstruktion kann auf einen abgedichtet in eine Pumpkammer eintretenden Kolben vollständig ver­ zichtet werden, die Pumpkammer ist durch den in sie eingesetzten Stopfen dauerhaft abgeschlossen. Dieser Stopfen wird durch das Hubelement periodisch in die Pumpkammer hinein verformt und fördert dadurch Flüssig­ keit durch die Pumpkammer, die dabei immer abgeschlos­ sen bleibt. Die relativ große Höhe des Stopfens führt zu einer hohen Lebensdauer und geringer Anfälligkeit für Beschädigungen durch die auftretenden Drücke bezie­ hungsweise Druckstöße bei gleichzeitiger Dämpfung von Druckspitzen in der geförderten Flüssigkeit, da das Ma­ terial des Stopfens zwar inkompressibel ist, sich je­ doch elastisch verformen kann. Es hat sich herausge­ stellt, daß mit einer solchen Pumpe ein wesentlich gleichmäßigerer Förderbetrieb möglich ist, bei dem auf nachgeschaltete Ausgleichsgefäße weitgehend verzichtet werden kann.

Die Höhe des Stopfens sollte mindestens ein Drittel der Querabmessungen betragen, maximal kann diese Höhe bis zehnmal so groß sein wie die Querabmessungen, besonders vorteilhaft ist eine Höhe, die zwischen der einfachen und der doppelten Querabmessung liegt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat der Stopfen einen kreisförmigen Querschnitt.

Vorzugsweise liegt das Hubelement zentral an der Außen­ seite des Stopfens an.

Der Hub des Hubelementes kann zwischen 1% und 75% der Höhe des Stopfens betragen, besonders günstig ist ein Hub in einer Größenordnung von etwa 10% der Höhe des Stopfens.

Das Hubelement ist vorzugsweise längs seines Hubes in einer Führung geführt, bei einer bevorzugten Ausfüh­ rungsform kann es ein an der Taumelscheibe anliegendes Gleitelement sein, das dann die Taumelbewegung der Tau­ melscheibe unmittelbar auf den Stopfen überträgt.

Bei einer anderen Ausführungsform kann das Hubelement auch an einem Exzenterantrieb anliegen, beispielsweise am Exzenterantrieb einer Radialkolbenpumpe.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß das Hubelement an seiner dem Stopfen zugewandten Seite zur Mitte hin vorspringend ausgebildet ist und im entfernten Zustand nur in seinem zentralen Bereich an dem Stopfen anliegt. Dadurch entsteht zwischen dem Hub­ element und dem Stopfen im Randbereich ein zur Mitte hin enger werdender Spalt, der sicherstellt, daß bei der Bewegung des Hubelementes besonders der zentrale Bereich des Stopfens vom Hubelement verformt wird. Die­ ser Randbereich ist üblicherweise festgelegt und wird dadurch in seiner festgelegten Position belastet, so daß ein Abreißen im Bereich des äußeren Randes vermie­ den wird.

Beispielsweise kann das Hubelement an seiner dem Stop­ fen zugewandten Seite kegelig oder ballig ausgebildet sein.

Das Hubelement kann im Prinzip verschiedene Formen ha­ ben, günstig ist es, wenn es im wesentlichen scheiben- oder kolbenförmig ausgebildet ist.

Während das Hubelement grundsätzlich vollständig außer­ halb der Pumpkammer angeordnet sein kann und dann nur an der Außenseite des Stopfens anliegt, kann bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform vorgesehen werden, daß das Hubelement eine zentrale, schaftförmige Verlän­ gerung trägt, die in eine zentrale Axialöffnung des Stopfens hineinreicht. Damit erfolgt die Mitnahme des Stopfens nicht nur im Bereich der außenliegenden Stirn­ fläche, sondern auch im Bereich der Kontaktfläche zwi­ schen der Verlängerung und der Axialöffnung.

Insbesondere kann die Verlängerung den Stopfen voll­ ständig durchsetzen. Vorzugsweise wird die Verlängerung dabei an ihrer der Pumpkammer zugewandten Seite von ei­ ner dünnen Schicht gummielastischen Materials über­ deckt.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Stopfen und die Ver­ längerung flächig miteinander verbunden sind, bei­ spielsweise durch Verkleben, Verschweißen oder Anvulka­ nisieren.

Es ist vorteilhaft, wenn der Stopfen flächig mit der ihn umgebenden Wand der Pumpkammer verbunden ist, auch dies kann beispielsweise durch Verkleben, Verschweißen oder Anvulkanisieren erfolgen.

Der Stopfen kann unmittelbar in die Pumpkammer einge­ setzt sein. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß der Stopfen in einer ihn umgebenden zy­ lindrischen Hülse angeordnet ist, die abgedichtet in die Pumpkammer eingesetzt ist.

Es wird somit ein Bauteil aus dem Stopfen und der ihn umgebenden Hülse abgedichtet in die Pumpkammer einge­ setzt, das gegebenenfalls jederzeit ausgewechselt wer­ den kann.

Auch hier ist es vorteilhaft, wenn der Stopfen und die Hülse flächig miteinander verbunden sind, beispielswei­ se durch Verkleben, Verschweißen oder Anvulkanisieren.

Der Stopfen kann aus einem beliebigen gummielastischen Material bestehen, beispielsweise aus Natur- oder Kunstgummi, Polyurethan oder Silikonkautschuk. Dabei ist es vorteilhaft, wenn das Material eine Shore-Härte A zwischen 30 und 80 aufweist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß der Stopfen an seiner der Pumpkammer abgewandten Seite im Bereich des Außenrandes gegenüber dem zentra­ len Bereich zurückgesetzt ist. Dies führt dazu, daß im Bereich des äußeren Randes kein gummielastisches Mate­ rial des Stopfens vorhanden ist, das bei der Verformung des Stopfens verschoben werden und dadurch von der um­ gebenden Wand abgerissen werden könnte. Durch diese Rücksetzung des Stopfenmaterials wird praktisch der Spalt zwischen Stopfen und Hubelement am Außenrand ver­ größert.

Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungs­ formen der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Längsschnittansicht durch eine von einem Taumelscheibenantrieb angetriebene Verdrängerpumpe eines Hoch­ druckreinigungsgerätes;

Fig. 2 eine Längsschnittansicht eines ersten be­ vorzugten Ausführungsbeispiels eines Stop­ fens mit Hubelement;

Fig. 3 eine Ansicht ähnlich Fig. 2 bei einem ab­ gewandelten Ausführungsbeispiel;

Fig. 4 eine Ansicht ähnlich Fig. 2 bei einem weiteren abgewandelten Ausführungsbeispiel und

Fig. 5 eine Ansicht ähnlich Fig. 2 bei einem weiteren abgewandelten Ausführungsbei­ spiel.

Die in der Zeichnung dargestellte Pumpe eines Hoch­ druckreinigungsgerätes umfaßt ein topfförmiges Gehäuse 1, in dem ein Elektromotor 2 gelagert ist. Die Welle 3 des Elektromotors 2 treibt eine Taumelscheibe 4 an, durch die ihrerseits eine Hochdruckpumpe 5 betrieben wird.

Diese Hochdruckpumpe 5 umfaßt einen Pumpenblock 6 mit mehreren zylindrischen Pumpkammern 7, von denen in der Darstellung der Fig. 1 zwei sichtbar sind. Jede Pump­ kammer 7 steht über ein Einlaßventil 9 mit einer Saug­ leitung 8 in Verbindung und über ein Auslaßventil 11 mit einer Druckleitung 10, wobei die Saugleitung 8 und die Druckleitung 10 den Pumpkammern 7 jeweils gemeinsam ist. Die Saugleitung 8 steht mit einem in der Zeichnung nicht dargestellten Flüssigkeitsvorrat in Verbindung, die Druckleitung 10 führt zu einer Abgabeeinrichtung, beispielsweise einer Sprühlanze 12.

In jede Pumpkammer 7 ist eine zylindrische Baueinheit 13 eingeschoben, die gegenüber der Innenwand der Pump­ kammer 7 durch eine Ringdichtung 14 abgedichtet wird. Diese Baueinheit 13 besteht aus einer zylindrischen Hülse 15, in die ein Stopfen 16 aus einem inkompres­ siblen, gummielastischen Material eingesetzt ist, bei­ spielsweise aus Polyurethan. In dem dargestellten Aus­ führungsbeispiel ist die Höhe dieses Stopfens 16 etwa gleich dem Durchmesser desselben.

Der Stopfen 16 weist eine zentrale Durchgangsöffnung 17 auf, deren Durchmesser wesentlich kleiner ist als der Durchmesser des Stopfens. In diese Durchgangsöffnung 17 ragt eine schaftförmige Verlängerung 18 eines scheiben­ förmigen Hubelementes 19 hinein, welches mit einer ke­ geligen Stirnfläche 20 an der der Pumpkammer 7 abge­ wandten Außenseite 21 des Stopfens anliegt.

Das Hubelement 19 stützt sich mit der der Stirnfläche 20 gegenüberliegenden Anlagefläche 22 an der Taumel­ scheibe 4 ab.

Der Stopfen 16 ist sowohl mit der Innenwand der Hülse 15 als auch mit der Außenwand der Verlängerung 18 flä­ chig verbunden, beispielsweise durch Verklebung, Ver­ schweißung oder durch Anvulkanisieren.

Die Hubelemente 19 sind parallel zu ihren Verlängerun­ gen 18 in einer Längsführung 23 verschiebbar gelagert und können unter dem Einfluß der Drehung der Taumel­ scheibe 4 periodische Hubbewegungen in Richtung der Längsführung 23 ausführen. Dabei verformen sie den Stopfen 16 in die Pumpkammer 7 hinein.

In der Darstellung der Fig. 1 ist in der unteren Pump­ kammer ein Stopfen 16 gezeigt, dessen Hubelement 19 in der von der Pumpkammer 7 entfernten Stellung steht. Der Stopfen 16 ist dabei nicht in die Pumpkammer 7 hinein verformt, sondern nimmt seine unverformte Stellung an. Dies kann entweder allein durch die Eigenelastizität des Stopfenmaterials erfolgen oder mit Unterstützung einer das Hubelement und/oder den Stopfen in die darge­ stellte Stellung verschiebenden Feder, die in der Zeichnung nicht dargestellt ist.

In der oberen Pumpkammer wird das Hubelement 19 durch die Stellung der Taumelscheibe 4 in Richtung auf die Pumpkammer 7 verschoben und verformt dabei den Stopfen 16 in die Pumpkammer 7 hinein, so daß das Volumen der Pumpkammer dadurch gegenüber dem unverformten Stopfen 16 verkleinert wird.

Auf diese Weise ergibt sich eine periodische Volumen­ verkleinerung und Volumenvergrößerung der Pumpkammer, die im Zusammenspiel mit dem Einlaßventil 9 und dem Auslaßventil 11 zu einer Förderung der Flüssigkeit führt.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel werden vollständig zylindrische Stopfen verwendet, wie dies auch in Fig. 2 dargestellt ist. Das Hubelement 19 liegt mit einer Stirnfläche 20 an der Außenseite 21 des Stopfens 16 an, die im Bereich zwischen dem äußeren Rand und der Verlängerung 18 kegelstumpfförmig ausge­ bildet ist. Dadurch ergibt sich zwischen der Stirnflä­ che 20 des Hubelementes 19 und der Außenseite 21 des Stopfens 16 ein keilförmiger Ringspalt 24. Beim Ver­ schieben des Hubelementes 19 in Richtung auf die Pump­ kammer 7 liegt somit die Stirnfläche 20 des Hubelemen­ tes 19 nur im zentralen Bereich an der Außenseite 21 des Stopfens 16 an, nicht dagegen im äußeren Randbe­ reich. Die Verformung des Stopfens beschränkt sich so­ mit im wesentlichen auf den zentralen Bereich, im Au­ ßenbereich hingegen erfolgt nur eine geringe Verschie­ bung und Verformung des Stopfenmaterials. Der Stopfen ist flächig mit der Hülse 15 verbunden, und diese Ver­ bindung wird dadurch geschont, daß das Stopfenmaterial im Bereich dieser Verbindung nicht verschoben wird.

Dieser Effekt kann noch dadurch verbessert werden, daß das Material des Stopfens 16 im Bereich des außenlie­ genden unteren Randes zurückgesetzt ist, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist.

Bei einer anderen Ausführungsform entsprechend Fig. 4 ist die kegelstumpfförmige Stirnfläche 20 des Hubele­ mentes 19 im Bereich des außenliegenden Randes abgerun­ det, so daß auch dadurch sichergestellt wird, daß im außenliegenden Randbereich das Stopfenmaterial nicht verschoben und verformt wird.

Während bei den bisher beschriebenen Ausführungsbei­ spielen der Stopfen 16 ring- oder rohrförmig ausgebil­ det war und eine schaftförmige Verlängerung 18 des Hub­ elementes 19 aufnahm, fehlt eine solche Verlängerung bei dem Hubelement 19 gemäß Fig. 5. Dieses Hubelement 19 ist im wesentlichen scheibenförmig ausgebildet und weist eine ballig geformte Stirnfläche 20 auf, die zen­ tral an der Außenseite 21 eines massiven Stopfens an­ liegt, der keinerlei Öffnungen aufweist.

Selbstverständlich können die unterschiedlichen Formen der Stirnflächen 20 des Hubelementes 19 bei den ver­ schiedenen beschriebenen Ausführungsbeispielen auch ausgetauscht werden.

Claims (22)

1. Verdrängerpumpe, insbesondere für Hochdruckreini­ gungsgeräte, mit mindestens einer Pumpkammer, in die über ein Einlaßventil eine Saugleitung ein­ mündet und aus der über ein Auslaßventil eine Druckleitung austritt, und mit einer Einrichtung zur periodischen Volumenänderung der Pumpkammer, dadurch gekennzeichnet, daß in die Pumpkammer (7) ein diese verschließen­ der Stopfen (16) aus gummielastischem, im wesent­ lichen inkompressiblem Material eingesetzt ist, dessen Höhe mindestens ein Drittel der Querabmes­ sung des Stopfens (16) und der Pumpkammer (7) in dem den Stopfen (16) aufnehmenden Bereich be­ trägt, und daß außerhalb der Pumpkammer (7) ein Hubelement (19) an dem Stopfen (16) anliegt, das durch einen Antrieb (4) periodisch der Pumpkammer (7) angenähert und wieder von ihr entfernt wird, so daß der Stopfen (16) dadurch periodisch in die Pumpkammer (7) hinein verformt wird.

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe des Stopfens (16) maximal zehnmal so groß ist wie dessen Querabmessungen.

3. Pumpe nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stopfen (16) ei­ nen kreisförmigen Querschnitt hat.

4. Pumpe nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Hubelement (19) zentral an der Außenseite (21) des Stopfens (16) anliegt.

5. Pumpe nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hub des Hubele­ mentes (19) zwischen 1% und 75% der Höhe des Stopfens (16) liegt.

6. Pumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Hub des Hubelementes (19) im wesentlichen bei 10% der Höhe des Stopfens (16) liegt.

7. Pumpe nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Hubelement (19) längs seines Hubes in einer Führung (23) geführt ist.

8. Pumpe nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Hubelement (19) ein an einer Taumelscheibe (4) anliegendes Gleit­ element ist.

9. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Hubelement an einem Ex­ zenterantrieb anliegt.

10. Pumpe nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Hubelement (19) an seiner dem Stopfen (16) zugewandten Seite (20) zur Mitte hin vorspringend ausgebildet ist und in seinem von der Pumpkammer (7) entfernten Zustand nur in seinem zentralen Bereich an dem Stopfen (16) anliegt.

11. Pumpe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Hubelement (19) an seiner dem Stopfen (16) zugewandten Seite (20) kegelig ausgebildet ist.

12. Pumpe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Hubelement (19) an seiner dem Stopfen (16) zugewandten Seite (20) ballig ausgebildet ist.

13. Pumpe nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Hubelement (19) im wesentlichen scheiben- oder kolbenförmig aus­ gebildet ist.

14. Pumpe nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Hubelement (19) eine zentrale, stabförmige Verlängerung (18) trägt, die in eine zentrale Axialöffnung (17) des Stopfens (16) hineinragt.

15. Pumpe nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Verlängerung (18) den Stopfen (16) voll­ ständig durchsetzt.

16. Pumpe nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die den Stopfen (16) durchsetzende Verlänge­ rung (18) an ihrer der Pumpkammer (7) zugewandten Seite von einer dünnen Schicht gummielastischen Materials überdeckt ist.

17. Pumpe nach einem der Ansprüche 14, 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Stopfen (16) und die Verlängerung (18) flächig miteinander verbun­ den sind.

18. Pumpe nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stopfen (16) flä­ chig mit der ihn umgebenden Wand der Pumpkammer (7) verbunden ist.

19. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Stopfen (16) in einer ihn umgebenden zylindrischen Hülse (15) angeordnet ist, die abgedichtet in die Pumpkammer (7) einge­ setzt ist.

20. Pumpe nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Stopfen (16) und die Hülse (15) flächig miteinander verbunden sind.

21. Pumpe nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stopfen (16) aus einem Material mit einer Shore-Härte A von 30 bis 80 besteht.

22. Pumpe nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stopfen (16) an seiner der Pumpkammer (7) abgewandten Seite (21) im Bereich des Außenrandes gegenüber dem zentra­ len Bereich zurückgesetzt ist.