DE2357468C3 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuerkolbenpumpe, insbesondere eine Dosierpumpe, mit einem innerhalb eines Zylinders gleichzeitig drehbaren und hin- und herbewegbaren Kolben, der an seinem Umfang eine Steueröffnung (Kolben-Steueröffnung) aufweist, die mit einem Raum kommuniziert, der seine Größe beim Hin- und Hergang des Kolbens ändert und die infolge der Drehung des Kolbens abwechselnd mit einer Saugöffnung und einer Drucköffnung verbunden ist, wobei die Ränder der öffnungen (Zylinder-Steueröffnungen) dicht am Kolben anliegen und die Wand des Kolbens im Bereich der Zylinder-Steueröffnungen einen Abstand von der Zylinderwand hat

Mit Steuerkolbenpumpen dieser Art können auch Fördermedien gepumpt werden, die verhältnismäßig zähflüssig sind und/oder die feste Teile enthalten. Dies beruht im wesentlichen darauf, daß Ventile, die hängenbleiben könnten, vermieden werden und große Strömungsöffnungen für das Ansaugen und Ausstoßen des Fördermediums erreichbar sind. Pumpen dieser Art werden deshalb auch als Dosierpumpen verwendet, z.B. zum Dosieren von Lebensmitteln, die dann auch eine breiige Konsistenz haben können.

Bei bekannten Steuerkolbenpumpen der genannten Art wird die Abdichtung zwischen Zylinder und Kolben durch eine Passungsdichtung erreicht, d. h. der Kolben paßt so genau in den Zylinder, daß die Abdichtung alleine durch die Enge des Spaltes erzielt wird, der sich zwischen Kolbenaußenfläche und Zylinderwand befindet. Diese Art der Dichtung setzt harte Laufflächen voraus, weil gewisse Notlaufeigenschaften gegeben sein müssen. Harte Laufflächen sind nun nicht mit allen Werkstoffen erreichbar, die die nötige Korrosionsbeständigkeit gegenüber den jeweiligen Fördermedien haben. Zwar kann man sich in gewissen Anwendungsfällen mit Oberflächenbeschichtungen an Kolben und Zylinder helfen, jedoch gibt es bis heute nicht für alle geforderten Anwendungsfälle solche Beschichtungsverfahren. Noch enger begrenzt ist das Anwendungsgebiet bei Verwendung von Werkstoffen für Kolben und Zylinder, die selber härtbar sind.

Bekannt ist auch eine Steuerkolbenpumpe der eingangs genannten Art (CH-PS 4 95 508), bei der der Kolben über einen Teil seiner Länge in einer Zylinderbuchse geführt ist, während ein aus der Zylinderbuchse herausragendes Ende frei in den Pumpraum ragt. Wegen der Führung des Kolbens in der Zylinderbüchse ist die bekannte Konstruktion nur möglich mit Materialien, die eine entsprechende Bearbeitung zulassen und die die nötigen Laufeigenschaften haben. Die Zylinder-Steueröffnungen befinden sich bei der bekannten Pumpe an verschiebbar gelagerten Rohrstutzen, die unter einer Federbelastung stehen und durch die Federkraft gegen den Kolben gedrückt werden. Eine derartige Konstruktion ist nur für kleine Drücke geeignet, da der zulässige Druck durch die Kraft von Andrückfedern begrenzt ist, die bewegliche Rohrstutzen mit ihren Stirnseiten elastisch an den Kolben andrücken. Schon bei Förderdrücken, die unterhalb von 1 bar liegen, müßten kräftige Federn verwendet werden, was einen starken Verschleiß der Rohrstutzen zur Folge hätte. Daß die bekannte Pumpenkonstruktion für geringe Drücke bestimmt ist,

zeigt auch das dargestellte Ausführungsbeispiel, bei dem die Teile der Pumpe aus Apparateglas bestehen sollen.

Bekannt ist ferner eine nicht als Steuerkolbenpumpe ausgebildete Plungerpumpe (OE-PS 2 90 999), bei der der Kolben in Gleitringen geführt ist An die Außenfläche des Kolbens ist eine Stopfbüchsenpackung angepreßt, die mit kräftigem Druck am Kolben anliegt

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuerkolbenpumpe der eingangs genannten Art so auszubilden, daß einmal Freiheit bezüglich der Wahl der ι ο Werkstoffe besteht und zum anderen auch große Betriebsdrücke möglich sind.

Dies wird gemäß der Erfindung erreicht durch Gleitlager zur Führung des Kolbens, so daß die Kolbenwand über die gesamte Zylinderlänge einen Abstand von der Zylinderwand hat, eine elastische Dichtung (Kolbendichtung) zum Abschluß des Spaltes zwischen Kolbenwand und Zylinderwand zum antriebsseitigsn Ende des Zylinders hin und elastische Dichtungen, die längs den Rändern der Saugöffnung und der Drucköffnung verlaufen und· dichtend an der Kolbenwand anliegen, wobei die elastischen Dichtungen der Saug- und Drucköffnung an aus dem Zylinder herausnehmbaren starren Einsätzen angeordnet sind.

Die Führung des Kolbens derart, daß dieser über die gesamte Länge des Zylinders einen Abstand von der Zylinderwand hat, gestattet es, auf die Werkstoffpaarung zwischen Zylinder und Kolben keine Rücksicht zu nehmen. Die Abdichtung zwischen Kolben und Zylinder-Steueröffnungen mittels elastischen Dichtungen, die an aus dem Zylinder herausnehmbaren starren Einsätzen angeordnet sind, hat den Vorteil, daß eine genau definierte Lage der Dichtung vorhanden ist, so daß diese auch bei hohen Drücken in der Pumpe nicht weggedrückt wird. Der starre Einsatz nämlich bildet ein nicht nachgebendes Widerlager für die elastische Dichtung, durch das ein Abdrücken der Dichtung mit Sicherheit verhindert wird. Die Anordnung der Dichtung an herausnehmbaren Einsätzen ermöglicht es, verschlissene Dichtungen bequem zu ersetzen.

Vorteilhafterweise sind mindestens die Ränder der Kolben-Steueröffnung, die die elastischen Dichtungen an den Zylinder-Steueröffnungen passieren, zur Bildung einer Auflauframpe für die elastischen Dichtungen angeschrägt (Anspruch 2). Hierdurch werden Scherbeanspruchungen der Dichtungen vermieden und so eine hohe Lebensdauer der Dichtungen erzielt.

Die Ausführungsform nach Anspruch 3 hat den Vorteil, daß sich eine vollständige Abdichtung zum Triebwerk hin erreichen läßt, da durch den ersten Dichtungsring eventuell hindurchtretende Leckflüssigkeit in einen praktisch drucklosen Raum gelangt, der von dem zweiten Dichtungsring mit Sicherheit zum Triebwerk hin abgeschlossen wird.

Die Gleitlagerzuführungen des Kolbens bestehen gemäß Anspruch 4 vorteilhafterweise aus Ringen oder Bändern, die in Nuten in der Zylinderwand eingelegt sind. Ein gut geeignetes Material ist der unter dem Handelsnamen »Teflon« bekannte Kunststoff. Vorteilhafterweise ist längs der Zylinderachse betrachtet beiderseits der Saug- und Drucköffnung mindestens je ein Gleitlager angeordnet (Anspruch 5). Hierdurch erhält man im Bereich der Dichtungen an Saugöffnung und Drucköffnung eine besonders exakte Führung des Kolbens. In Betracht kommt jedoch auch eine Führung hi des Kolbens derart, daß er nur einerseits der Saug- und Drucköffnung geführt ist Diese Art der Führung ist dann nötie. wenn der Kolben an dem Ende, der seinem Antriebsende gegenüberliegt, nicht über den gesamten Umfang geschlossen ist Solche Art Kolben werden besonders dann angewendet, wenn langfaserige Produkte gefördert werden sollen.

Die starren Einsätze sind vorteilhafterweise mit einer Nachstellvorrichtung ausgerüstet, z. B. in Form von Unterlegscheiben oder einem Nachstellgewinde, die eine Einstellung des Andruckes der Dichtungen an die Kolbenwand gestatten (Anspruch 6). Hierdurch läßt sich einmal bei einer neuen Dichtung deren Andruck optimal einstellen und zum anderen eine abgenutzte Dichtung durch näheres Heranschieben an den Kolben wieder zur Erzielung einer exakten Abdichtung verwenden.

Die elastischen Dichtungen, die mit Einsätzen verbunden sind, können aus einer Manschette bestehen, die an den vorderen Enden von rohrförmig ausgebildeten Einsätzen angeordnet sind (Anspruch 7). So ausgebildete Dichtungen haben an solchen Einsätzen einen besonders guten Halt

Bei der erfindungsgemäßen Pumpe ist noch nicht einmal die Verwendung von Metall für Kolben und Zylinder Voraussetzung; so kann beispielsweise gemäß Anspruch 8 der Zylinder aus Kunststoff bestehen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt Es zeigt

F i g. 1 einer. Längsschnitt durch eine Pumpe gemäß der Erfindung samt Pumpentriebwerk,

F i g. 2 einen gegenüber F i g. 1 vergrößerten Längsschnitt durch den Purnpenkopf allein,

F i g. 3 einen Querschnitt durch den Pumpenkopf nach Linie III-III in Fig. 2und

F i g. 4 einen vergrößerten Ausschnitt aus F i g. 3 im Bereich der strichpunktierten Rahmens IV in F i g. 3.

Die in F i g. 1 dargestellte Steuerkolbenpumpe hat ein insgesamt mit 1 bezeichnetes Triebwerk und einen insgesamt mit 2 bezeichneten Pumpenkopf. Es handelt sich um eine Dosierpumpe mit regulierbarem Hub, die z. B. zum Pumpen von Lebensmitteln geeignet ist, die auch eine breiige Konsistenz haben können. Die Erfindung ist am Pumpenkopf 2 verwirklicht dennoch soll zum Gesamtverständnis auch das Triebwerk 1 nachfolgend kurz beschrieben werden.

Das Triebwerk 1 hat ein Gehäuse 3. Im Gehäuse 3 ist ein Schneckenrad 6 gelagert in das eine Schnecke 7 eingreift deren Achse rechtwinklig zur Zeichenebene verläuft. Das Schneckenrad 6 ist von einem Stößel 4 durchgriffen, der über einen Querstift 8 und einen Gleitstein 9 drehfest mit dem Schneckenrad 6 verbunden ist. Der Stößel ist innerhalb des Schneckenrades hin- und herverschiebbare, wobei der Gleitstein 9 in einer Führungsbohrung 10 gleitet.

Am hinteren Ende des Stößels sitzt ein Kurbelarm 11, an dem eine Stange 12 angelenkt ist deren anderes Ende an ein Teil 13 angelenkt ist. Der Teil 13 ist in einem Schwenkarm 14 drehbar gelagert, der mittels einer Stellspindel 15 mit Handrad 16 verschwenkt werden kann.

Aus der Betrachtung der Zeichnung ist klar, daß die Stange 12 bei Drehung des Schneckenrades 6 den Stößel 7 zu einer Hin- und Herbewegung veranlaßt, die umso größer ist, je größer der Abstand des Gelenkpunktes 17 von der geometrischen Achse des Stößels 7 ist. Fällt der Gelenkpunkt 17 mit dieser Achse zusammen, so ist der Hub des Stößels Null. Die Schräglage des Schwenkarmes 14 kann durch Drehen des Handrades 16 verändert werden, so daß der Hub des Stößels 7 vom Wert Null bis zu einem Maximalwert stufenlos geändert

werden kann.

Der Pumpenkopf 2, auf den sich die Erfindung bezieht, hat einen Zylinder 18, der über eine sogenannte Laterne 19 mit dem Gehäuse 3 des Triebwerkes verbunden ist. Im Zylinder 18 ist ein Kolben 20 hin- und herbewegbar. Der Kolben ist an seinem getriebeseitigen Ende von einer Schale 21 umfaßt, die mittels einer Schraube 22 am Stößel 7 befestigt ist. Der Kolben enthält Querbohrungen 23 für den Durchgriff eines Mitnehmerstiftes, der auch in die Schale 21 eingreift. Durch diese Kupplung im Bereich der Laterne wird der Kolben 20 synchron mit dem Stößel sowohl drehend als auch hin- und hergehend angetrieben. Die Ausbildung von Kolben und Zylinder soll nachfolgend anhand der weiteren Figuren genauer betrachtet werden, zunächst anhand der F i g. 2 und 3.

Der Zylinder 18 hat an gegenüberliegenden Seiten Abflachungen 24, 25, eine zentrale Bohrung 26 und Querbohrungen 27 und 28. In der zentralen Bohrung 27 befinden sich zwei Gleitlager 29 und 30, die aus Kunststoffbändern bestehen, die in Ringnuten 31 bzw. 32 in der Bohrung 26 eingelegt sind. Ferner befinden sich in der Bohrung 26 zwei Lippendichtungen 33 und 34, die in Bohrungsnuten 35 und 36 liegen und deren Lippen in F i g. 2 gesehen nach rechts gerichtet sind. Zwischen den Dichtungsringen 33 und 34 münden in die Bohrung 26 zwei Bohrungen 37, 38 für die Abführung von Leckflüssigkeit. Die Lippen der Dichtungen 33 und 34 können auch gegeneinander gerichtet sein. Diese Anordnung wird angewendet, wenn im Raum zwischen den Dichtungen ein Druck aufrechterhalten wird, der größer ist als der Förderdruck im Raum 48.

Das in F i g. 2 rechts befindliche Ende der Zylinderbohrung 26 ist mittels eines Deckels 39 abgeschlossen, der über eine Dichtung 40 am Zylinder anliegt

In den großen Querbohrungen 27 und 28 befinden sich rohrförmige Einsätze 41 und 42, die mit Flanschen 43 an den Abflachungen 24,25 anliegen. Gegenüber den Bohrungen 27,28 sind die Einsätze mittels Dichtungen 5 abgeschlossen, die in äußeren Ringnuten der Einsätze liegen. Wie insbesondere der vergrößerte Ausschnitt gemäß Fig.4 zeigt, befinden sich an den vorderen Enden der Einsätze 41- 42 manschettenartige elastische Dichtungen 44 bzw. 45. Diese Dichtungen ragen etwas über die Enden der Einsätze 41,42 hinaus in die Bohrung 26 des Zylinders. Die vorderen Ränder der Manschettendichtungen 44, 45 haben eine räumlich gekrümmte Form, die an den Umfang des Kolbens 20 angepaßt ist.

Der Kolben 20 hat einen Außendurchmesser, der etwas kleiner ist als der Durchmesser der Bohrung 26, se daß zwischen Kolben und Zylinder ein Spalt 46 vor beträchtlicher Breite verbleibt, die z. B. 0,1 bis 0,5 mir beträgt. Der Kolben 20 dichtet also gegenüber dei Bohrungswand 26 nicht ab, jedoch hat der Kolber gegenüber den Gleitlagern 29, 30 eine solche Passung daß der Kolben wackelfrei im Zylinder 18 geführt isl

Ό und daß die Lippendichtungen 33, 34 dicht an dei Kolbenfläche anliegen.

Der Kolben hat über etwa die Hälfte seiner Längt eine Bohrung 47, die zu dem Raum 48 hin offen ist, dei sich zwischen dem Deckel 39 und dem Kolben befindet

'5 Die Ausnehmung 47 ist über ein großes Fenster 49 mii dem Spalt 46 zwischen Kolben und Zylinder verbunden Wie aus dem Querschnitt nach den F i g. 2 und 4 zi ersehen ist, befinden sich an den Längskanten dei rechteckigen Fensters 49 Anschrägungen 50, 51, auf die die Kanten der Dichtungsmanschetten 44, 45 leich auflaufen können. Ebenso befinden sich an der Querkanten Abschrägungen 61, 62, wie aus den F i g. 1 und 2 zu ersehen ist.
Die Pumpe arbeitet wie folgt.

Bei laufendem Triebwerk wird der Stößel 7 gedrelr und zugleich hin- und herbewegt Der Kolben 20 mach diese Bewegungen mit. Bei dem in der Zeichnung dargestellten Zustand befindet sich der Kolben ir Hubmitte, in der das Fenster 49 des Kolbens mit derr Saugkanal 52 im Einsatz 41 kommuniziert. Selbstver ständlich hat schon bei Beginn des Saughubes oder kur; danach eine kurze Verbindung bestanden. Wenn siel nun der Kolben 20 nach rechts bewegt, wird dei Pumpraum 47, 48 verkleinert Das Fenster 49 hat nur Verbindung mit dem Druckkanal 53 im Einsatz 42 unc das Fördermedium wird wegen der Verkleinerung dei Pumpraumes durch diesen Druckkanal ausgepreßt.

Wie aus den F i g. 3 und 4 zu ersehen ist, erleichtert die Anschlaufschrägen 50 das Aufgleiten der Dichtun

«o gen 44,45 auf die Kolbenfläche 54.

Zwischen den Flanschen 43 der Einsätze 41, 42 unc den Abflachungen 24, 25 können Beilagscheiben 6( vorgesehen sein. Wenn die Dichtung teilweise abge nutzt ist, kann ein Teil der Beilagscheiben herausgenom men werden, um so der Dichtung wieder den richtiger Andruck an die Kolbenfläche 54 zu geben.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Steuerkolbenpumpe, insbesondere Dosierpumpe, mit einem innerhalb eines Zylinders gleichzeitig drehbaren und hin- und herbewegbaren Kolben, der an seinem Umfang eine Steueröffnung (Kolben-Steueröffnung) aufweist, die mit einem Raum kommuniziert, der seine Größe beim Hin- und Hergang des Kolbens ändert und die infolge der Drehung des Kolbens abwechselnd mit einer Saugöffnung und einer Drucköffnung verbunden ist, wobei die Ränder der Öffnungen (Zylinder-Steueröffnungen) dicht am Kolben anliegen und die Wand des Kolbens im Bereich der Zylinder-Steueröffnungen einen Abstand von der Zylinderwand hat, gekennzeichnet durch Gleitlager (29, 30) zur Führung des Kolbens (20), so daß die Kolbenwand (54) über die gesamte Zylinderlänge einen Abstand (46) von der Zylinderwand (26) hat, eine elastische Dichtung (33, 34) (Kolbendichtung) zum Abschluß des Spaltes (46) zwischen Kolbenwand und Zylinderwand zum antriebsseitigen Ende des Zylinders (18) hin und elastische Dichtungen (44, 45; 56, 57, 58, 59), die längs den Rändern der Saugöffnung (52) und der Drucköffnung (53) verlaufen und dichtend an der Kolbenwand anliegen, wobei die elastischen Dichtungen der Saug- und Drucköffnung an aus dem Zylinder herausnehmbaren starren Einsätzen (41,42) angeordnet sind

2. Steuerkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die Ränder der Kolben-Steueröffnung (49), die die elastischen Dichtungen (44, 45; 56, 57, 58, 59) an den Zylinder-Steueröffnungen (52, 53) passieren, zur J5 Bildung einer Auflauframpe (50, 51) für die elastischen Dichtungen angeschrägt sind.

3. Steuerkolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbendichtung aus zwei Ringen (33, .34), z. B. Lippenringen, besteht und daß der abzudichtende Spalt (46) im Bereich zwischen den Ringen (33, 34) mit mindestens einem Kanal (37, 38) für die Abführung von Leckflüssigkeit verbunden ist.

4. Steuerkolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitlager (29, 30) zur Führung des Kolbens aus Ringen oder Bändern bestehen, die im Zylinder (18) gehalten sind, z. B. in Nuten (31,32).

5. Steuerkolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß längs der Zylinderachse betrachtet beiderseits der Saug- (52) und Drucköffnung (53) je mindestens ein Gleitlager (29,30) angeordnet ist.

6. Steuerkolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einsätze mit einer Nachstellvorrichtung ausgerüstet sind, z. B. in Form von Unterlegscheiben (60) oder einem Nachstellgewinde, die eine Einstellung des Andruckes der Dichtungen (44, 45) an die Kolben- , wand (54) gestatten.

7. Steuerkolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Dichtungen der Zylinder-Steueröffnungen (52, 53) aus einer Manschette (44, 45) bestehen, μ die an den vorderen Enden von rohrförmig ausgebildeten Einsätzen (41,42) angeordnet sind.

8. Steuerkolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (18) aus Kunststoff besteht