DE2024582B2 - ZumeBpumpe mit variabler Förderung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zumeßpumpe mit variabler Förderung, mit einem eine Rotations- und eine Translationsbewegung ausführenden Kolben, wobei diese Bewegungen dem Kolben von einem Betätigungszahnrad erteilt werden; und mit einer einzigen mehrere Pumpen antreibenden Motorwelle.

Nach dem Stand der Technik sind verschiedene Arten rotierender und hin- und hergehender Kolbenpumpen bekannt.

Hin- und hergehende Kolbenzumeß- oder Dosier-582

pumpen weisen im allgemeinen eine Mikrometerschraube, die den Kolbenhub aufteilt sowie eine Feder auf, die für die Ansaugphase und das Rückstellen der Spiele sorgt wobei der Kolben dieser Pumpen hierdurch einen konstanten und genau geregeltem Hub ermöglicht Diese Pumpen weisen jedoch den Nachteil aw, daß die Proportionalität zwischen Förderung und Kolbenhub fehlt und ermöglichen daher keine genaue mikrometrische Steuerung der Förderung.

Dieser Nachteil beruht auf die Tatsache, daß die hin- und hergehenden Kolbenpumpen Ansaug- und Auslaßoder Druckventil erfordern, und das Vorhandensein dieser Ventile bringt das Problem ihrer Abdichtung mit sich. Diese Ventile müssen nämlich vollkommen abgedichtet sein, einen minimalen Schließdruck aufweisen und einen minimalen Hub zeitigen, um vom öffnungsin den Schließvorgang überzugehen.

Es handelt sich hier aber um gegenteilige Forderungen, da eine gute Abdichtung bei starkem Schub gegen den Ventilsitz erhalten wird und ein auf den Sitz ausgeübter Schub derart ist daß das Fluid für den Durchgang seinen Druck erhöhen muß und daher eine Störung für Niederdruckförderungen und kompressible Fluide, auf alle Fälle für niedrige Fördermengen, eingeführt wird; wenn weiterhin keine klare Unterscheidung zwischen dem offenen und geschlossenen Zustand gegeben ist, so arbeitet die Pumpe bei geringen Fördermengen ungenau, und im Falle schmutziger und viskoser Flüssigkeiten werden die Ventile schmutzig und verkleben oder verharzen und halten nicht mehr. Zusammengefaßt kann gesagt werden, daß der Nachteil auf Grund des Vorhandenseins der Ventile darin besteht, daß die Antriebskraft welche sie öffnet und schließt sie durch die gleiche Flüssigkeit erreicht, die sie abschalten sollen; daher müssen sie am gleichen Fluid eine Störung herbeiführen, wobei diese Störung einen Verlust in der Proportionalität zwischen Förderung und Kolbenhub herbeiführt

So ist dies auch bei besonderen auf dem Fachgebiet bekanntgewordenen Vorschlägen wie der deutschen Patentschrift 688 278 bzw. der deutschen Patentschrift 494 345, wo infolge der Tatsache, das Kolben- und Nokkenbetätigungsrad ein einziges Bauteil bilden, die Übertragung der Biegemomente und seitlichen Belastungen auf den Kolben erfolgt. Eine lineare Proportionalität zwischen Kolbenhub und den Teilungen oder Graduierungen der verstellbaren Mikrometerschraube ist also nicht gegeben, eine genaue Fördermengenregelung also unmöglich.

Demgegenüber soll erfindungsgemäß dem Kolben bei solchen Zumeßpumpen mit variabler Förderung nun nicht nur eine längere Lebensdauer gesichert werden, sondern es soll auch zum ersten Ma! eine wirklich genaue und lineare Proportionalität zwischen Kolbenhub und den Verstellungen der Mikrometerschraube möglich werden.

Dies wird bei einer Zumeßpumpe der genannten Art dadurch erreicht daß das mit Nockenstirnprofil versehene Betätigungszahnrad und der Kolben über eine Stift- und Nutenverbindung vereinigt sind; daß eine diese Verbindung beaufschlagende Feder vorgesehen ist, die das Austreten des Stiftes aus den Diametralnuten verhindert; und daß das Zahnrad lose auf einer mit der Kolbenachse fluchtenden Welle gelagert ist.

Vorzugsweise ist die in der Kolbenachse ausgerichtete Welle als Hubbegrenzer für den Kolben ausgebildet.

Wie man sieht, kommt es erfindungsgemäß vor allen Dingen auf die Verbindung von Kolben und Nockenrad

Kolben- und Nockenbetätigungsrad sind also nicht ein einziges Bauteil, wie nach dem Stand der Technik, sondern eine integrale Vereinigung mit dem Nockenbetätigungsrad mittels einer Feder und eines Verbin- dungsstiftes, der in zwei diametrale Nuten am Umfang des Nockenzahnrades eintritt, wird herbeigeführt. Die Übertragung der Axialschübe auf den: Kolben wird also nur zusammen mit der Drehung möglich, ausgeschlossen wird dabei die Übertragung der seitlichen Belastun- gen und der Biegemomente, da diese in günstiger Weise durch die Lager des Schwenkzapfens des Nockenbetätigungsrades absorbiert werden, wobei Schwenkzapfen und Kolben zwei verschiedene Bauteile sind. Da sämtliche auf den Kolben wirkende Schubkräfte genau koaxial zur Rotations- und Translationsachse des Kolbens sind und da somit keine Biegemomente auftreten, ist nicht nur dem Kolben eine längere Lebensdauer gesichert sondern auch eine genaue und lineare Proportionalität zwischen Kolbenhub und den Graduierungen der Mikrometerstellschraube.

Aber auch bekannte Flüssigkeitsförderpumpen (z.B. deutsches Gebrauchsmuster 1 920 287 oder französische Patentschrift 1 506 001) nehmen die oben geschilderten Nachteile in Kauf:

So bilden nach dem deutschen Gebrauchsmuster 1 920 287 Kolben und verzahnte Hubscheibe ein einziges Bauteil. Zudem liegt noch die Achse des Kolbens orthogonal zur Stellschraube, was zusätzlich die Einstellung kompliziert macht Zudem ist noch der Stell- stift einem erheblichen Verschleiß ausgesetzt, was die Möglichkeit einer genauen und sicheren Einstellung ausschließt

Andererseits wird nach der französischen Patentschrift 1 506 001 mit zwei Kolben an Stelle eines einzi- gen Kolbens mit einer Dreh- und Translationsbewegung gearbeitet Hierzu müssen die Stirnflächen der beiden Kolben schräg und gekrümmt ausgebildet sein, was in der Herstellung schwierig ist Zudem sind sie einem erheblichen Verschleiß ausgesetzt Ein mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen vergleichbares Ergebnis läßt sich nicht erreichen.

Die durch die erfindungsgemäße Maßnahme gefundene Lösung ermöglicht darüber hinaus vorzugsweise in einer konzentrischen Anordnung in einfacher Weise und bei minimalem Platzbedarf mehrere Pumpen derart direkt zu verbinden, daß eine Betätigung von einem einzigen zentralen Motor aus möglich wird, wodurch das Synchronverhalten der Förderungen sowie ein beliebiges Außerphasekommen sichergestellt ist und so gleichzeitig eine unabhängige und unterschiedliche Wechselbewegung für den Kolben der einzelnen Pumpen möglich wird.

Auf Grund der vorgeschlagenen Gestalt für die Pumpe nach der Erfindung wird die Anwendung des Bauka- stensystems möglich, das bei Gewährung einer unabhängigen und unterschiedlichen Steuerung der Förderung für jede Pumpe sich beispielsweise für die Mehrfachanalyse anbietet, was nur die universale Einsatzmöglichkeit der Pumpe nach der Erfindung unter- streicht. Das das Nockenstirnzahnrad zur Betätigung des Kolbens eine axiale, prismatische Trennung bzw. ein Ausrücken ermöglicht, indem einfach die Stirnnokkenräder der verschiedenen Pumpen gegenseitig in Eingriff gebracht werden, welche seitlich nebeneinander konzentrisch zu einem Zahnrad angeordnet sind, genügt es, die Bewegung auf das Zahnrad zu übertragen, um sämtliche der verbundenen Pumpen in Gang zu setzen.

Ordnet man die Pumpen in den Scheiteln eines Netzwerkes an, das durch fünf horizontale Ebenen gebildet wird, welche von fünf vertikalen Ebenen geschnitten werden, wobei die Nockenstirnzahnräder dei vier zentralen Pumpen direkt mit dem Antriebszahnrad in Eingriff gebracht werden, und die Nockenstimzahnräder der anderen Pumpen gegenseitig in Eingriff kommen, so wird es möglich, erfindungsgemäß 24 Pumpen nach der Erfindung zusammenzuballen, indem man einen einzigen Antriebsmotor verwendet ohne die geringste Änderung im genauen Lauf der einzelnen Pumpen vorzunehmen.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung sollen nun an Hand der Zeichnungen näher erläutert werden, in denen

\ F i g. 1 eine perspektivische Draufsicht auf vier Zumeßpumpen nach der Erfindung zeigt;

F i g. 2 ist eine perspektivische Seitenansicht der Einrichtung nach F i g. I und

F i g. 3 zeigt einen Stirnschnitt durch Zumeßpumpen nach der Erfindung.

Als wesentlich bei F i g. 1 lallt die Form der Zahnräder 21 auf, welche die einzelnen Pumpen betätigen, auf deren einer Seite Diametralnuten 20 und auf deren anderer Seite ein Nockenstirnprofil 22 vorgesehen ist; F i g. 2 läßt ein Lager 35 erkennen, welches — abrollend auf der Stirnnocke 22 des Getrieberades — den Kolben der Pumpe betätigt und die Translationsbewegung eben dieses Getrieberades und damit des Kolbens hervorruft

Es soll nun auf die Figuren näher eingegangen werden: F i g. 1 zeigt eine Befestigungs- oder Aufspannplatte, deren Größe in der Breite entsprechend der Anzahl der zu verbindenden Pumpen schwankt Diese Platte weist geeignete Bohrungen auf, in denen Zylinder 2 der Pumpen eingeführt sind. Jeder Zylinder 2 besitzt einen T-förmigen Querschnitt und lehnt sich mit dem Schenkel des T gegen die Befestigungsplatte an und wird gegen diese mittels einer Hülse 3 befestigt die ebenfalls von T-förmigem Querschnitt ist und auf dem gleichen Zylinder befestigt ist (geschraubt). Um die Verriegelung steifer zu machen, ist zwischen Platte 1 und Hülse 3 eine Unterlegscheibe 4 eingeführt.

Am vorderen Ende weist der Zylinder 2 zwei Bohrungen 5 und 6 (F i g. 3) auf, die gegeneinander um 180° versetzt sind und jeweils mit der Ansaugleitung 7 und der Förderleitung 8 der Pumpe verbunden sind. Diese Leitungen werden vom Kopf 9 des gleichen Zylinders getragen, der — für Reinigungszwecke abnehmbar ausgebildet — am Zylinder mittels Schrauben 10 unter Zwischenschaltung einer Dichtung U befestigt ist. Der Kolben 12 des Zylinders 2 ist mit Nuten am vorderen Ende über einen Bogen von weniger als 180° derart versehen, daß eine Kammer 13 begrenzt wird, die auf Grund der Drehung eben dieses Kolbens alternativ und getrennt Bohrungen 5 und 6 freilegt.

Ein Zylinderblock 14 ist am anderen Ende des Kolbens eingeführt wobei der Block hierin mittels eines durchgehenden Verbindungsstiftes 15 befestigt ist.

Der Block 14 dient als Anschlag oder Lager, indem er über eine Unterlegscheibe 16 eine Feder 17 führt, die lose auf dem Kolben gelagert eine starke Feder 18 unter Zusammenwirkung mit einer weiteren Feder 19 hält, die lose auf der Hülse 3 gelagert ist und sich gegen den Querkopf des im Querschnitt T-förmigen Hülsenteils abstützt. Diese Feder dient für die Ansaugphase, in der der Kolben 12 vom Kopf 9 des Zylinders entfernt

Die Enden des über den Block 14 hinausstehenden Verbindungsstiftes 15 treten in zwei Diametralnuten 20 ein, die auf der Oberfläche des den Kolben betätigenden Zahnrades 21 vorgesehen sind; auf diese Weise wird der Kolben 12, gegen den der Stift 15 verkeilt ist, gezwungen, der Drehung des Zahnrades 21 zu folgen. Dieses Zahn- oder Getrieberad 21, welches auf seiner anderen Sehe ein Nockenstirnprofil 22 aufweist, ist dann lose bzw. frei auf einer Sekundärachse 23 gelagert, die mit dem Kolben 12 fluchtet und in die Hülse 24 eindringt, die hierin mittels Büchsen 25 zentriert gehalten wird. Die Lagerungshülse 24, die einen T-förmigen Querschnitt aufweist, ist ihrerseits durch eine Mutter 26 gegen eine Befestigungs- oder Aufspannplatte 27 wie ,₅ die Platte 1 getragen und versperrt, die mit der Platte 1 mittels Verbindungsstangen 28 verbunden ist, so daß ein steifer Rahmen zum Tragen der Pumpe gebildet wird.

Die Sekundärachse 23 dient, indem sie als Lager oder Anschlag wirkt, dazu, den Hub des Kolbens 12 zu begrenzen, der jeweils derart ist, daß das gleichzeitige öffnen der Bohrungen 5 und 6 bei Ansaugen bzw. Fördern verhindert wird.

Diese Begrenzung des Kolbenhubes erfolgt durch eine Ringmutter 29, gegen die eine Rückstellfeder 30 wirkt, wobei an ersterer eine Kugel 31 befestigt ist Dadurch, daß die Ringmutter 29 auf das Gewinde der Lagerungshülse 24 geschraubt wird, schiebt die Kugel 31 die Sekundärachse 23 mehr und mehr gegen den Kolben 21 und begrenzt auf diese Weise dessen Hub bis er zu Null wird. Um dann eine genaue und mikrometrische Steuerung des Kolbenhubes zu erreichen, weist die Ringmutter 29 eine Abstufung oder Gradeinteilung 32, die in Zuordnung zu einer gegen die Befestigungsplatte 27 festen Marke oder einem diesbezüglichen Zeiger 33 verwendet wird, auf; jede Gradeinteilungskerbe entspricht einer genau definierten Änderung der Förderung (z. B. einem Mikroliter). Ein Lager 35 ist schließlich durch eine L-förmige Konsole 36 getragen, die, lose auf dem Lagerungsträger an 24 angeordnet, durch diese Mutter 26 gegen die Platte 27 verriegelt und hiergegen durch einen Stift 34 befestigt ist, der in eine der kreisförmig auf der Platte 27 angeordneten Bohrungen 39 eintritt Dieses Lager dient, indem es längs des Profils der Stirnnocke 22 des Getrieberades 21 abrollt dazu, eine translatorische Axialbewegung auf eben dieses Zahnrad und damit auf den Kolben 12 zu übertragen.

Das kontinuierliche Anliegen zwischen dem Profil der Stirnnocke 22 und dem Lager 35 wird durch eben diese Feder 18 sichergestellt, die, wie bereits gesagt für die Ansaugphase sorgt Diese Feder sorgt weiterhin für die Rückstellung sämtlicher Spiele und hindert den Stift 15 daran die Diametralnuten 20 des Getrieberades 21 zu verlassen.

Die Bewegung der Pampe wird durch einen in den Figuren nicht dargestellten Motor übertragen, der für die Drehbewegung der Antriebswelle 37 und damit des hierauf gekeilten Zahnrades 38 sorgt

Das Kuppeln mehrerer Pumpen entsprechend der konzentrischen Anordnung wird ausgeführt, indem die Zahnräder zur Betätigung des Kolbens der einzelnen Pumpen sowohl untereinander sowie direkt mil dem Antriebszahnrad 38, zu dem sie konzentrisch sind, in Eingriff gebracht werden.

Während die synchrone jeweilige Förderung, die durch die Tatsache sichergestellt ist, daß sämtliche Pumpen durch einen einzigen Motor betätigt werden, dadurch erreicht wird, daß beide Lager 35 sämtlicher Pumpen und die Profile der entsprechenden Nocken 22 in derselben relativen Lage angeordnet werden, (die Stifte 34, welche die die Lager 35 tragenden Konsolen 36 verriegeln, werden in die entsprechenden Bohrungen 39 eingeführt), wird eine beliebige Phasenverschiebung der Förderungen bzw. Fördermengen erreicht, indem die Konsolen 36 im Winkel derart verschoben werden, daß die jeweiligen Lager 35 relative Lagen annehmen, die sich im Vergleich zum Profil der entsprechenden Nocken 22 unterscheiden; auch erfolgt diese Phasenverschiebung dadurch, daß die Zylinder 2 gedreht werden, derart daß die Lage ihrer Schlitze 5 und 6 bezüglich der Kammern 30 ausgerichtet wird, welche durch Kolben 12 entsprechend dem gewünschten Grad der Phasenverschiebung begrenzt wird.

Anders ausgedrückt, eine Phasenverschiebung in der Förderung einer Pumpe hinsichtlich der anderen wird (siehe Fig.3) wie folgt erhalten: man löst die Mutter 26, bringt den Stift 34 außer Eingriff, sorgt für eine Winkelverschiebung entsprechend dem gewünschten Grad der Phasenverschiebung der Konsole 36 und damit des Lagers 35 um die Hülse 24 und verhindert so jede Drehung des Zahnrades 21 und verriegelt dann wieder die Konsole 36 gegen die Platte 27, zieht die Mutter 26 an und führt den Stift 34 in eine neue Bohrung 39 der Platte 27 und dreht schließlich, nach Freigabe der Buchse 3 den Zylinder 2, so daß die Schlitze 5 und 6 hinsichtlich der neuen vom Kolben 12 eingenommenen Stellung auf Grund der neuen Position des nokkentragenden Systems ausgerichtet werden.

Es soll nun die Arbeitsweise der Pumpe ausgehend von dem Augenblick untersucht werden, zu dem die Ansaugphase endet und der Kolben daher in der in F i g. 3 dargestellten Lage sich befindet (aus dieser F i g. erkennt man klar, wie der die Kammer 3 bildende Kolbenkopf völlig die Ansaugbohrung 5 freigibt). Auf Grund der Drehung des Zahnrades 21, die vom Motor erteilt wird, muß der Kolben 12, da der Stift 15 durch die Diametralnuten 20 eben dieses Zahnrades geführt wird, sich drehen. Diese Drehung des Kolbens ist derart daß diese vom Kolbenkopf begrenzte Kammer 13 von der Ansaugbohrung 5 — diese wird geschlossen — zur Förderbohrung 6 übergeht Gleichzeitig und immer in Folge der Drehung des Zahnrades 21 veranlaßt das Lager 35. welches auf das Profil der Stirnnocke 22 wirkt und die Reaktion der Feder 18 überwindet den Kolben 12 nach vorne verschoben zu werden und das durch die Förderbohrung 6 eingesaugte Fluid auszustoßen, wobei letztere in der Zwischenzeit durch die Kammer i3 geöffnet wird.

Nach Ende der Förderphase — das Profil der Nocke 27 wird zu Null — kommt die Feder 18 wieder zur Wirkung und bringt den Kolben 12 zurück, der so neues Fluid durch die Bohrung 5 einsaugt wobei letztere durch die Kammer 13 wieder geöffnet wird. Hernach beginnt der Zyklus von neuem.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

20 3 Patentansprüche:

1. Zumeßpumpe mit variabler Förderung, mit einem eine Rotations- und eine Translationsbewegung ausführenden Kolben, wobei diese Bewegungen dem Kolben von einem Betätigungszahnrad erteilt werden; und mit einer einzigen mehrere Pumpenwellen antreibenden Motorweüe, dadurch gekennzeichnet, daß das mit dem Nockenstirnprofil (22) versehene Betätigungszahnrad (21) und der Kolben (12) über eine Stift- (IS) und Nuten-Verbindung (20) vereinigt sind; daß eine· diese Verbindung beaufschlagende Feder (18) vorgesehen ist die das Austreten des Stiftes (15) aus den Diametralnuten (20) verhindert; und daß das Zahnrad (21) lose auf einer mit der Kolbenachse fluchtenden Welle (23) gelagert ist.

2. Zumeßpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Kolbenachse ausgerichtete Welle (23) als Hubbegrenzer für den Kolben (12) ausgebildet ist.

3. Zumeßpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Lager (35), das längs des Profils der Stirnnocke (22) des den Kolben betätigenden Zahnrades (23) abrollt und so für die Translationsbewegung des Kolbens sorgt

4. Zumeßpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine die Ansaugphase bewirkende Feder (18), die das Austreten des Stiftes (15) aus den D^;ametralnuten (20) und die Trennung des Lagers (35) vom Stirnnockenprofil (22) verhindert.

5. Zumeßpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Mikrometerschraube (29) zur Steuerung der Förderung längs der Achse des gleichen Kolbens (12) wirkt

6. Zumeßpumpe nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Verbindung mehrerer Pumpen hintereinander in konzentrischer Anordnung unter Verwendung eines einzigen Motors, wobei die Enden der Pumpen an einen tragenden steifen Rahmen (1; 27; 28) befestigbar sind, derart daß die die einzelnen Pumpen betätigenden Zahnräder (21) untereinander und konzentrisch zum Motor in Eingriff kommen.

7. Zumeßpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zwei Stifte (34) zum Verriegeln von die Lager (35) tragenden Konsolen in verschiedenen im steifen Rahmen vorhandenen Bohrungen (39), wobei die Phasenverschiebung der jeweiligen Förderung der einzelnen Pumpen durch unterschiedliche Winkelverschiebung der Zylinder der Pumpen herbeigeführt wird.