DE2349080A1

DE2349080A1 - Hochdruckpumpe

Info

Publication number: DE2349080A1
Application number: DE19732349080
Authority: DE
Inventors: Heinrich Griebel
Original assignee: J Wagner GmbH
Current assignee: J Wagner GmbH
Priority date: 1973-09-29
Filing date: 1973-09-29
Publication date: 1975-04-30

Description

Guido Engelhardt

Patent an wait D-7990 Friedrichshafen

Ehlersstraße Π Tel. (07541) 92667

J. Y/agner GmbH
Friedrichshafen

Hochdruckpumpe

Die Erfindung bezieht sich auf eine Hochdruckpumpe zur Förderung von Flüssigkeiten mit einem in einem Zylinder verschiebbar eingesetzten Kolben, und betrifft eine in besonders vorteilhafter Weise, insbesondere zur Förderung von zähflüssigen, aggressiven oder abrasiven Indien, wie z.B. Farben, Lacke und Anstrichstoffe, verwendbare Hochdruckkolbenpumpe.

Hochdruckpumpen sind bereits in verschiedenen unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt und werden in Form von Kolbenpumpen und Membranpumpen zur Förderung von zähflüssigen Medien, insbesondere Farben, benutzt. Aufgrund des günstigen Verhältnisses von Kolbendurchmesser zu Kolbenhub ist die Säugleistung einer Kolbenpumpe sehr gross und die mechanische Beanspruchung der von Druckmittel beaufschlagten Pumpenteile ist gut beherrschbar, auch ist der Verschleiss durch die Förderflüssigkeit wegen der kurzen Strömungswege im Pumpenraum gering.

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Kolbenpumpen haben jedoch den Nachteil, dass der Spalt zwischen dem Kolben und dem Zylinder abgedichtet werden muss und dass ausserdem die oftmals unvermeidbare Spalt- und Leckageverluste abzufuhren sind, bevor die durch den Spalt bzw. die diesem zugeordneten Dichtungselemente austretende Flüssigkeit eingetrocknet ist. Stark schmirgelnde Fördermedien verursachen des weiteren einen sehr hohen Verschleiss an den Zylinder- und Kolbenwänden, so dass mitunter schon nach kurzer Betriebszeit das erforderliche Vakuum beim Saughub wegen des grossen Kolbenspiels nicht mehr zum Ansaugen der Flüssigkeit ausreicht und die Pumpe somit unbrauchbar ist. Bei langsam laufenden Kolbenpumpen werden zwar bereits selbstnachstellende Dichtungspackungen verwendet, diese haben aber den Nachteil, dass die Reibungsverluste gross sind und dass die Dichtungen bei einem Wechsel des Fördermediums nicht sauber ausgespült werden können, so dass auch diese Dichtungen relativ schnell verschlissen sind.

Bei Membranpumpen, deren Pumpraum durch eine fest eingespannte und von Druckmittel oder einem Kolben beaufschlagte Flächenmembran abgeschlossen ist, treten zwar keine Spaltverluste auf, mit einem vertretbaren Bauaufwand ist es bei diesen Pumpen aber nicht möglich, die Lage der Membran in der oberen und der unteren Totpunktlage eindeutig zu fixieren, so dass das bei jeder Verdrängerpumpe wichtige Verhältnis von Totraum zu Hubraum hierbei unbestimmt ist. Die Folge davon ist, dass das Saugvermögen einer Membranpumpe gegenüber einer Kolbenpumpe vermindert ist und dass deren Fördervolumen in einem erheblichen Masse vom Gegendruck abhängig ist, wobei ausserdem unbedingt ein Einlassventil benötigt wird. Trotz dieses nicht unerheblichen Bauaufwandes ist der Verschleiss im Pumpenraum sehr gross, da aufgrund der relativ grossen Entfernungen zwischen der Membraneinspannung und den Ventilen bei den gegebenen Hubfrequenzen hohe Strömungsgeschwindigkeiten auftreten. Ausser-

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dem macht der Verschleiss von Bruchteilen von Millimetern an den kraftübertragenden Elementen derartige Pumpen funktionsunfähig .

Es ist demnach Aufgabe der Erfindung, eine als Kolbenpumpe ausgebildete Hochdruckpumpe zu schaffen, die die Nachteile der herkömmlichen Kolben- und Membranpumpen nicht aufweist, sondern bei der die Vorteile einer Kolbenpumpe und einer Membranpumpe vereint sind. Vor allem soll erreicht werden, dass bei grossem Hub und damit hoher Saugleistung eine stets zuverlässige Abdichtung des Spaltes zwischen dem Zylinder und dem Kolben gegeben ist und dass auch bei starkem Verschleiss an den Zylinder- und/oder Kolbenwänden keine Spaltverluste auftreten, so dass bei einem Saughub keine Luft angesaugt werden kann und die Saugleistung auch bei einer längeren Betriebszeit konstant bleibt und somit eine lange Lebensdauer gegeben ist. Ausserdem soll, um dies zu bewerkstelligen, der Bauaufwand gering sein.

Gemäss der Erfindung wird dies dadurch erreicht, dass zur Abdichtung des Spaltes zwischen dem Zylinder und dem Kolben eine ringförmige Flächenmembran vorgesehen ist, die in ihrem äusseren Bereich mit dem Zylinder und in ihrem inneren Bereich mit dem Kolben fest verbunden ist.

Um die Membran auf einfache Weise am Zylinder und/oder am Kolben befestigen zu können, ist es zweckmässig, diese senkrecht zur Längsachse der Pumpe zu unterteilen und die Membran jeweils zwischen den z.B. durch Schrauben fest miteinander verbundenen Teilstücken des Zylinders bzw. des Kolbens fest einzuspannen.

Ausserdem sollte die Membran in einem grösseren Abstand zur Pumpkammer, beispielsweise etwa in der Mitte des Zylinders

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oder in dessen Eridbereich, angeordnet sein. Auf diese Weise wird verhindert, da die im Pumpraum auftretenden Druckspitzen in dem Spalt abgebaut werden, dass die Membran überbeansprucht und gegebenenfalls beschädigt wird.

Des weiteren ist es angebracht, der Membran einen ein- oder beidseitig von dieser in Achsrichtung sich erstreckenden Membranraum zuzuordnen, der durch in den Zylinder eingearbeitete Freisparungen gebildet ist, wobei die in den Zylinder eingearbeiteten Freisparungen in ihrem Querschnitt zweckmässigerweise jeweils dreieckförmig mit einer geradlinig oder gekrümmt verlaufenden Begrenzungslinie auszubilden sind, an denen die Membran jeweils in der oberen und/oder der unteren Totpunkt-4-age anliegt. Dadurch wird die Lebensdauer dem Membran, da diese nicht über scharfe Kanten gebogen wird, erhöht und es wird ausserdem die Förderung des Mediums durch die Membran unterstützt.

Um eine Überbeanspruchung durch zu hohen Druck in dem über den Spalt zwischen Zylinder und Kolben mit der Pumpkammer verbundenen Membranraum, insbesondere bei einem grossen Spalt, auszuschliessen, ist es ferner zweckmässig, diesem ein in einer Rücklaufleitung angeordnetes Rückschlagventil zuzuordnen, sodass durch das Überdruckventil Druckstösse abgebaut werden.

Eine gemäss der Erfindung ausgebildete Hochdruckpumpe weist nicht nur die Vorteile einer Kolbenpumpe, nämlich grossen Hub und grosse Saugleistung sowie geringe Strömungsgeschwindigkeit des zu fördernden Mediums auf, sondern es ist vielmehr auch zuverlässig verhindert, dass Spaltverluste auftreten und die Förderleistung der Pumpe durch Verschleiss beeinträchtigt wird. Wird nämlich der Spalt zwischen dem Zylinder und dem

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Kolben mittels einer mit diesem fest verbundenen Membran abgedichtet, ist sichergestellt, dass keine Flüssigkeit durch den Spalt austreten kann und dass durch diesen bei einem Saughub auch keine Luft angesaugt wird, da diese von der Membran zurückgehalten wird. Selbst ein eventueller Verschleiss durch abrasive Medien an dem Zylinder und dem Kolben, gegenüber denen die Membran unempfindlich ist, ist dabei ohne Einfluss, so dass eine sehr lange Lebensdauer bei gleichbleibender Förderleistung gewährleistet ist.

Da die Membran nicht unmittelbar hinter der Pumpkammer angeordnet ist und ausserdem dem Membranraum ein Überdruckventil zugeordnet werden kann, ist eine Überbeanspruchung der Membran ausgeschlossen, da in dem Spalt der Druck bzw. die Druckstösse durch das Überdruckventil abgebaut werden. Der Bauaufwand, der erforderlich ist, um dies zu erreichen, ist gering, da lediglich eine herkömmliche Membran benötigt wird, die in ihrem äusseren und inneren Bereich an dem Zylinder bzw. dem Kolben,die zu diesem Zweck unterteilt sein können, einzuspannen ist.

Auch ist keine besonders hohe Fertigungsgenauigkeit beim Einpassen des Kolbens einzuhalten, vielmehr kann das Kolbenspiel auch, um die Wandreibung zu mindern, relativ gross gehalten werden, ohne dass die Ansaugleistung der Hochdruckpumpe beeinträchtigt wird. Die vorschlagsgemäss ausgebildete Pumpe ermöglicht somit bei einem hohen Wirkungsgrad eine konstante Förderleistung auch über eine längere Betriebszeit, insbesondere bei der Förderung von abrasiven Medien.

Weitere Einzelheiten sind dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel, das nachfolgend im einzelnen erläutert ist, zu entnehmen,

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Die in der Zeichnung dargestellte und mit 1 bezeichnete Hochdruckpumpe besteht aus einem in einem Zylinder 2 verschiebbar eingesetzten Kolben 5, der entgegen der Kraft der Rückstellfeder 9 durch eine auf einer Welle 8¹ exzentrisch gelagerte Scheibe 8 angetrieben wird. Über die mit einem nicht gezeigten Sammelraum verbundene Ansaugleitung 10 und das in diese eingesetzte, bei einem durch die Rückstellfeder 9 hervorgerufenen Saughub selbsttätig öffnende Einlassventil 11 wird das zu fördernde Medium in die Pumpkammer 12 gesaugt und von dem Kolben durch das in der Auslassleitung 13 angeordnete Auslassventil ausgestossen. Da an die Auslassleitung 13 eine Spritzdüse 15 angeschlossen ist, wird das Medium beim Austritt aus der Auslassleitung 13 zerstäubt.

Um den Spalt 21 zwischen dem Zylinder 2 und dem Kolben 5, -in den das Medium ebenfalls hineingedrückt wird, abzudichten, ist eine Membran 22 vorgesehen, die mit diesen fest verbunden ist. Der Spalt 21 ist hierbei zweckmässigerweise derart zu bemessen, dass dessen Breite zumindest gleich oder grosser ist, als der Durchmesser der Feststoffe des zu fördernden Mediums, so dass Verstopfungen in dem Spalt 21 und auch ein Verschleiss an dem Kolben 5 oder dem Zylinder 2 nahezu ausgeschlossen sind .Γ Um die Membran 22 zu befestigen, ist der Zylinder 2 in die beiden Zylinderteile 3 und 4, die durch Schrauben 16 zusammengehalten werden, und der Kolben 5 in die beiden Kolbenteile 6 und 7 unterteilt, zwischen denen die Membran 22 in ihrem äusseren Bereich 23 bzw. in ihrem inneren Bereich 24 fest eingespannt ist. Der Kolbenteil 6 ist hierbei mit einer zentrischen Gewindebohrung 17 ausgestattet und der Kolbenteil 7 weist einen Gewindezapfen 18 auf, der in die Gewindebohrung 17 einschraubbar ist.

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Damit die Membran 22 durch die Verstellbewegungen des Kolbens 5 nicht abgeschert wird, ist dieser auf beiden Seiten jeweils ein in den Zylinder 2 eingearbeiteter, im Querschnitt dreieckförmig ausgebildeter Membranraum 25 bzw. 26 zugeordnet, an deren Begrenzungslinien 27 bzw. 28 sich die Membran 22 in den unteren bzw. oberen Totpunktlagen anlegt. Die Begrenzungsfläche 27 verläuft hierbei gradlinig in Achsrichtung geneigt, die Begrenzungsfläche 28 dagegen ist gekrümmt ausgebildet.

Um einen eventuellen Überdruck in dem Membranraum 25 abzubauen, ist an diesem eine Rücklaufleitung 29 angeschlossen, in die ein Überdruckventil 30 eingesetzt ist. Das Überdruckventil 30 " ist hierbei derart ausgelegt, dass es nicht beim Spritzdruck öffnet, sondern erst,wenn sich im dem Membranraum 25 in Folge der auftretenden Druckimpulse ein Überdruck aufgebaut hat. Durch kurzzeitiges Öffnen des Überdruckventils 30 können somit Druckspitzen auf einfache Weise abgebaut werden.

Wird der Kolben 5 durch die Exzenterscheibe 8 zur Erzeugung eines Druckhubes angetrieben, so wird zwar das zu fördernde Medium durch den Spalt 21 auch in den Membranraum 25 gedrückt, durch die Membran 22 ist der Spalt 21 aber zuverlässig abgedichtet, so dass das Medium nicht in den Antriebsraum eindringen kann. Ausserdem ist durch die Membran 22 zuverlässig ausgeschlossen, dass.über den Spalt 21 bei einem Saughub Luft in die Pumpkammer 12 angesaugt wird. Ein eventueller Verschleiss an dem Zylinder 2 und/oder dem Kolben 5 bleibt somit ohne Einfluss auf die Förderleistung der Pumpe 1. Vielmehr wird durch die Bewegung der Membran 22 die Saugle"istung der Pumpe 1 unterstützt. Da die Membran 22 nicht unmittelbar hinter der Pumpkammer 12 angeordnet ist, sondern etwa in der Mitte des

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Zylinders 2, werden Druckspitzen in dem Spalt 21 abgebaut, so dass Beschädigungen der Membran 22, zumal diese nicht über scharfe Kanten gebogen wird, nahezu ausgeschlossen sind und eine lange Lebensdauer der Hochdruckpumpe 1 bei konstanter Förderleistung gewährleistet ist.

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27. September 1973

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Claims

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Patentansprüche

Hochdruckpumpe zur Förderung von Flüssigkeiten, insbesondere zur Förderung von zähflüssigen, aggressiven oder abrasiven Medien, wie z.B. Farben, Lacke und Anstrichstoffe, mit einem in einem Zylinder verschiebbar eingesetzten Kolben, dadurch gekennzeichnet, dass zur Abdichtung des Spaltes (21) zwischen dem Zylinder (2) und dem Kolben (5) eine ringförmige Flächenmembran (22) vorgesehen ist, die in ihrem äusseren Bereich (23) mit dem Zylinder (2) und in ihrem inneren Bereich (24) mit dem Kolben (5) fest verbunden ist.

2. Hochdruckkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Befestigung der Membran (22) an dem Zylinder (2) und/oder am Kolben (5) diese senkrecht zur Längsachse der Pumpe (1) unterteilt sind, und dass die Membran (22) jeweils zwischen den z.B. durch Schrauben (16 bzw. 18, 19) fest miteinander verbundenen Teilstücken (3_f 4 bzw. 6, 7) des Zylinders (2) und/oder des Kolbens (5) fest eingespannt ist.

3. Hochdruckkolbenpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (22) in einem grösseren Abstand zur Pumpkammer (12), beispielsweise etwa in der Mitte des Zylinders (2) oder in dessen Endbereich angeordnet ist.

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4. Hochdruckkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Membran (22) ein ein-. oder beidseitig von dieser in Achsrichtung sich erstreckender Membranraum (25, 26) zugeordnet ist, der durch in den Zylinder (2) eingearbeitete Freisparungen gebildet ist.

5t Hochdruckkolbenpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die in den Zylinder (2) eingearbeiteten'Freisparungen (25, 26) in ihrem Querschnitt jeweils dreieckförmig mit einer geradlinig oder gekrümmt verlaufenden Begrenzungslinie (27 bzw. 28) ausgebildet sind, an denen die Membran (22) jeweils in der oberen und/oder der unteren Totpunktlage anliegt.

6. Hochdruckkolbenpumpe nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass dem über den Spalt (21) zwischen Zylinder (2) und Kolben (5) mit der Pumpkammer (12) verbundenen Membranraum (25) ein in einer Rücklaufleitung (29) angeordnetes Rückschlagventil (30) zugeordnet ist.

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27. September 19i73

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