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A U S G A B E P U M P E, insbesondee zum Zerstäuben von Flüssigkeiten.
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Die Erfindung betrifft eine Ausgatlepumpe mit einem Zylindergehsiusein
dem eine Kolbenanordnung,bestehend aus zwei Kolben unterschiedlicher Kolbenfläche,gegen
den Druck einer Feder mittels eines BetSitigungskopfes verschieblich ist, und bei
der erst nach Aufbau eines durch die Federvorspannung bestimmten Flüssigkeitsdrucks
in dem Gehäuseahachnitt zwischen den Kolben, ein in den Betätigungskopf mündendes
Auslassventil öffnet.
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Eine solche Pumpe ist aus der DT-PS 1.290 043 bekannt.
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Bei der bekannten Pumpe gelangt die zu zerstäubende Flüssigkeit in
einen ersten Zylinder, der eine Druckfeder enthält und in dem ein Kolben mit kleinerer
Kolbenfläche verschieblich ist;über ein Rückschlagventil kann dann die Flüssigkeit
in eine Gehäusekammer jenseits des kleineren Kolbens gelangen.Diese Kammer wird
auf der Gegenseite durch einen zweiten Kolben grösserer Fläche abgedichtet,der unmittelbar
mit dem Betätigungsknopf verbunden ist.ln dem grösseren Kolben ist ein Ventilsitz
ausgebildet,dem ein mit dem kleineren Kolben über eine "Lose" verbundenes Ventilglied
zugeordnet ist.Bei Fingerdruck auf den Kopf wird die in der Kammer befindliche Flüssigkeit
durch die Abwärtsbewegung des grossen Kolbens unter Druck gesetzt,und der kleinere
Kolben muss zum Ausgleich der Volumenverringerung ebenfalls eine Abwärtsbewegung
ausführen.Wegen der Kolbenflächendifferenz legt er dabei einen grösseren Weg zurück,solange,bis
die Lose verbraucht ist und das Ventilglied von dem Ventilsitz abgehoben wird.Dabei
wird in der Kammer ein Druck aufgebaut,der abhängt von der in der Feder im Öffnungsaugenblick
gespeicherten Kraft.
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Bei einer äquivalenten,marktgängigen Ausführungsform einer solchen
Pumpe,welche G3gnstand der Anmeldung DT-OS 26 15 982 ist,wird von dem Gedanken der
erstgenanten Anmeldung DT-PS 1 .2O o43,nämlich der "Lose kein Gebrauch mehr gemacht,sondern
das Ventilglisd ist starr mit dem kleineren Kolben verbunden.
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Trotzdem öffnet das Ventil erst, nachdem ein gewisser Druck aufgebaut
ist,weil
die Einzelteile aus elastisch nachgebendem Kunststoff gefert sind und/oder weil
sich in der Kammer ein,wenn auch sehr geringes Luftrestvolumen befindet.
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Hinsichtlich der obenerwähnten Konstruktionsmerkmale gehört die Ausgabepumpe,
Gsgsnstand dieser Anmeldung, zur letztbehandelten Gruppe.
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Eine solche pumpe führt zu einer sehr feinen und gleichmuosigen Zerstäubung
auch solcher Flüssigkeitendie-wie z.B. Haarspray, schlecht zerstäubbar sind.
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Dennoch beinhaltet die Zerstäuberpumpe,Gegnstand obererwähnter Anmeldung
DT-DS 2.615.982,weit verbreitet im i9arkt,unerwünschte Merkmale,die insbesondere
Gegenstand der Patentansprüche sind.
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Dabei spielen Anlaufentiüftungsprobleme und Leckstromverluste die
entscheidende Rolle.
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Aufgabe dieser Erfindung ist es,die genannten Schwierigkeiten durch
konstruktive Merkmale auszuräumen und den Funktionsablauf hinsichtlich der gewünschten
Zielvorstellungen zu optimieren, ohne dass sich ein zusätzlicher Aufwand an Kosten
notwendig macht.
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Die Lösung der entstehenden Probleme wird erfindungsgemäss durch die
zwangsgesteuerte Betätigung des im kleineren Zylinderansatz befindlichen, normalerweise
als Einlassventil tätigen,Ventils erreicht.
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Zum besseren Verständnis muss diesbezüglich der derzeitige Stand der
Lösungen dargestellt werden: Es finden sich in der Patentliteratur Hinweise auf
Anordnungen zur Entlüftung der Pumpenzylinderinsbesondere für die Anfangsphase der
Betätigung.Diese Entlüftung wird ohne besondere Massnahmen zur Ermöglichung praktisch
unmöglich, da das existierende Luftpolster nicht bei Kompression des Zylinderinhaltes
den notwendigen Druck erzeugt,um das Auslassventil zu öffnen,da dieses auf einen
Vordruck eingestellt sein muss,der wiederum ein perfekte Zerstäubung garantiert.Nach
Austausch der Luft oder des Luftgasgemisches mit anteiliger Flüssigkeit durch praktisch
reine Flüssiqkeit,wird der Druck zum (Iffnen auslegungsgemäss erreicht.
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Eine Herabsetzung der Vordruckbedingung erleichert das Anlaufen der
Pumpentätigkeit,verschlechSrt aber die Zerstäubung.
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Diese Entlüftungsanordnungen sind vorwiegend durch radiale-ringförmige
Ausnehmungen aus der Zylinderinnenwand im Bereich des Hubendes vorgesehen.Auch nasenförmige
aus der Innenwand in den Zylinder hinein ragende Kufen sind bekannt.
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Diese Unterbrechungen der glatten Zylinderwand sollen den innigen
Kontakt der Manschete des Kolbens zeit- bzw.streckenweise unter brechen und damit
eine Verbindung zu der hinter dem Kolben liegenden Kammer bilden,um den Druckausgleich
zu bewerkstelligen.
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Wenngleich diese Anordnungen ihren gewünschten Zweck erfüllen, ist
mit Rücksicht auf die Beschädigung der Dichtungseenchete und deren permanente und
temporäre Verformung insbesondere hinsichtlich dieser Wirkung auf die Leckstromverluste
keine völlig zufriedenstellende Lösung erreicht.
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Dies gilt insbesondere,weil bei der Anlaufphase nicht nur von der
ersten alleinigen Luftfüllung ausgegangen werden muss,sondern weil sich dann auch
Mischfüllungen,sowohl beim Anlauf direkt, als auch nach Benutzung und Ruhezeit durch
z.B. Verdampfen von Teilen der Flüssigkeit ergeben.
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Hinzukommt noch die Tatsache,dass die Luft, die ausgeschieden werden
soll,sich naturgemäss immer am höchstgelegenen Ort ansammelt,dieser aber durch die
übliche Handhabung entgegen den Ausnehmungen am Ende des Arbeitshubes am unteren
Punkt,nämlich an dem Dichtungsumfang liegt.
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Damit stösst die gewollte Undichtigkeit zunächst den Flüssigkeitsanteil
aus.
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Die damit verbundenen Leckstromverluste bedingen einen Retätigungsmehraufwand,der
vom Benutzter als unangenehm bemerkt werden muss.
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Diese achteile werden insgesamt durch die mechanische Steuerung des
Einlass-Druckausgleichüentils ausgeräumt,welches mit einem Minimum an Arbeitshubverlust
praktisch schlagartig den Ausgleich zwischen den beiden Kammern ermöglicht.Da es
sich dabei um ein echtes Ventil handelt,ist auch der Üffnungsquerschnitt ungleich
grösser und damit günstiger zu gestalten.
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Wollte man dies durch Ausnehmungen erreichen,so würden diese in ihrer
Formgebung die Dichtungslippe mechanisch erheblich gefährden,ausser dem Nachteil
der damit verbundenen Leckstromverluste.
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Ein weiterer Vorteil ist mit dieser schlagartigen Entspannung verbunden.
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Da diese exakt am Ende des Arbeitshubes einsetzbar ist,wird ein praktisch
ungehinderter Druckabbau im gesamten System bis zur Dralldüse erreicht.Dadurch wird
einer fehlerhaften Zerstäubung und einem-mbglichen Nachtropfen entgegengewirkt.
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Das druckabhängige Schliesssn des Auslassventils ist träger und kann
dabei keine volle Entspannung erreichen,da es ja nur den absinkenden Nachdruck schliesst,der
bei gutem Funktionieren wenig unter dem Schliessdruckpunkt liegen muss.
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Ausserdem ist damit ebenfalls noch nicht der über die Zerstäuberdüse
sich abbauende Restdruck in den Zuführungskanälen ab dem Auslassventil ausgeglichen.
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Es ist zusammenfassend Aufgabe dieser Erfindung, das Anlassen einer
derartigen Pumpe zu erleichtern, den Betätigungsaufwandzu verringern, die Zerstäubung
in der Endphase zu verbessern,einem Nachtropfen entgegenzuwirken, diese mechanisch
zuverlässiger zu gestalten, ohne das ein Mehraufwand an Kosten verursacht würde.
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In der beigafügten Zeichnung ist ein Beispiel der Erfindung zum Zwecke
ihrer besseren Erläutsrung dargestellt.
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Die Schnittdarstellung ist bedingt schematisch,und zeigt die Ausgabepumpe
in gedrückter Stellung,am Ende des Arbeitshubes, deh Ventilkörper bereits abgehoben
zum Druckabbau'und ein zweites Mal in der Ausgangs-Ruhe-Position.
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Die in ihren Einzelheiten dargestellte Pumpe weist ein Pumpengehäuse
10 auf,in dem sich ein oberer Zylinder mit grossem Durchmesser 11 befindet, in dem
ein Pumpenkolben 12 mit entsprechend grossem Durchmesser auf- und abbewegbar eingesetzt
ist,sowie ein weiterer Pumpenzylinder 13 mit kleinerem Durchmesser,in dem sich ein
Pumpenkolben4 mit entsprechendem kleineren Durchmesser ebenfalls auf- und abbewegen
kann.
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Das Gehäusebdas an seinem oberen Ende offen ist,wird durch einen z.B.
16 üblichen Schnappdeckel,oder auch Gewindekappe,mit einem Bördelring 15 und einem
Abdichtring auf dem Behälter gehalten.
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Die Mitte des Schnappdeckels 16 besitzt ausserdem eine zentrale Öffnungdie
durch einen abwärts gerichteten Gleitkragen 18 gebildet wird,durch den die hohle
Kolbenstange 19 vom grossen Kolben 12 hindurchgeführt ist.
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Am oberen Ende der Kolbenstange ist ein üblicher FJetätigungskopf
2U mit Dralldüse 21 fest aufgesetzt,und diese Düse ist über die Kanile 22 und 23
mit der Kolbenstange 19 durch den llohlraum 19 a verbunden, sodass hierdurch der
Inhalt des Behälters über die Kolbenanordnung in feinversprühter Form nach aussen
gelangt.Die äußere Gestaltung 24 des Betätigungskopfes ist seiner Aufgabe,den Fingerdruck
zu übernehmen angepasst.
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Im übrigen passt sich die Ausführungsform des netätigungskolifes derjenigen
des ichnappdeckels tizw. GewindekaplJe16 an,wobei im allgemeinen der Linfachheit
halber Schnappverbindungen der Vorzug gegeben wird.
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Der hohle Kolben 19 bildet den Abgabekanal 19 a,in dem der Auslassventilsitz
30 gebildet wird.Diese oeffnung 30 wird normalerweise durch den Ventilkegel 31 geschlossen
gehalten, das am Kolben 14 mit dem kleineren Durchmesser sitzt und innerhalb der
hohlsn Kolbenstange 19 beweglich ist.Das Abgabeventil 31 wird normalerweise durch
die Federkraft einer zwischen dem unteren Kolben 14 und dem Bodenende des Zylinderabschnitts
13 mit dem kleineren Durchmesser eingespannten Druckfeder 32 in die obere Sttliesslage
gedrückt.
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Wenn jedoch der Druck innerhalb des Gehäuses 10 zwischen den Kolben
12 und 14 die Kraft der Druckfeder übersteigt,kann das Ventil 31 von seinem Sitz
30 abgehoben werden.Die zwei Kolben und der Teil des zwei unterschiedliche Durchmesser
aufweisenden Gehäuses 10, der sich zwischen den beiden Kolben befindet,bildet eine
in ihrem Raum veränderbare Pumpenkammer 33.
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Der Kolben 14 mit dem kleineren Durchmesser trägt eine nach unten
weisende und dorthin offene,rohrförmige Verlängerung 34, durch welche die Flüssigkeit,die
in den unteren Teil der Pumpe 13 mit dem kleineren Durchmesser angesaugt wurde,dies
über das Tauchrohr 35,welches am unteren Ende des Pumpenzylinders sitzt und somit
die Verbindung mit der im Behälter befindlichen Flüssigkeit hält,durch das Einlassventil
37 in die Pumpenkammer 33 eindringen kann.
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Am oberen Ende der Verlängerung 34 wird der Austritt des Kanals 36
im kleinen Kolben 14 mit Hilfe des Ventils 37 gesteuert,das eine Rückstrom von Flüssigkeit
aus der Pumpenkammer 33 in den Behälter normalerweise verhindert.Bei dem dargestellten
Ausführungsbeispiel ist das Ventil 37 innerhalb des Käfigs 38 eingeschlosssn,der
von einer oder mehreren Üffnungen 39 durchbrochen ist,durch die die Flüssigkeit
aus dem
Kanal 36 in die umgebende Pumpenkammer 33 strömen kann,von
wo aus diese durch das Ventil 31 in den Kolbenstangenkanal 19 a durch die Ventil
öffnung 30 über den Betätigungskopf nach aussen gelangt.
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38 Der Ventilkäfig ist ein zum Abgabeventil gehörender Bestahdteil,der
zwar getrennt vom kleinen Kolben gefertigt wird,dann aber über das Ende des kleineren
Kolbens schnapp-gesteckt wird.
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Da die abzugebende Flüssigkeit in der Pumpenkammer 33 zwischen den
beiden Kolben unter Druck gesetzt werden soll,sind die Kolbenmanschetten 40 und
41 dieser beiden Kolben üblicherweise zueinander angeordnst.
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D.h. die dichtende Lippe der Kolbenmanschette 40 weist nach unten,
während die der Kolbenmanschette 41 des kleineren Kolbens nach oben in Richtung
des grossen Kolbens zeigt,sodass durch eintretenden Druck,die beiden Manschetten
an die entsprechende Zylinderwand angedrückt- werden,und damit die Dichtung herstellen.
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Wie üblich bei derartigen Pumpen ist auch diese mit einer gesteuerten
Belüftung ausgestattet,die einen Druckausgleich zwischen dem Sehalterinneren und
der Aussenluft beim Pumpen herstellt,während diese Verbindung nach aussen in Ruhestellung
der Pumpe z.B. während der Lagerungunterbrochen ist,damit der Inhalt weder auslaufen
noch sonstwie nach aussen gelangen kann.
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Wenn also der Hauptkolben 12 über den Betätigungskopf 20 nieder gedrückt
wird, kann Luft von aussen durch den Ringspalt zwischen der Kolbenstange 19 und
dem Führungskragen 18 in den Zylinder 11 oberhalb des Hauptkolbens 12 eintreten,und
dann durch den Durchtrittsweg 42 am oberen Rand der Pumpenkammer abwärts in den
Behälter gelangen.
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Befindet sich jedoch der Hauptkolben 12 in seiner obersten Lage, dann
ist diese Verbindung durch die Ringschulter 43 unterbrochen, die den untersten Teil
des Gleitkragens 18 bildet,die sich dann dichtend an einen entsprechend geformten
Abschnitt der Kolbenstange 19 unmittelbare im Bereich des Kolbenansatzes anlegt.
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Nach Inbetriebnahme der Pumpe, Austausch der Luft gegen Flüssigkeit
arbeitet sie in bekannter Weise.Davon ausgehend,dass die Pumpemkammer wenigstens
zu einem bestimmten Teil mit Flüssigkeit angefüllt ist, zusammen mit einem Rest
von Luft und oder Dampf dieser Flüssigkeit, bewirkt ein Druck auf den Betätigungskopf
20,dass sich der Kolben 12 zum Arbeitshub abwärts zu verschieben beginnt.Im Anfangsbereich
dieses Hubes bleibt das Abgabeventil 31 in geschlossener Stellung infolge des nach
oben wirkenden Druckes der Feder 32die am unteren Kolben 14 anstcht,Mit weiter fortschreitender
Abwärtsbewegung wird
auf Grund des Übergangs von Flüssigkeit aus
dem oberen Zylinder 11 mit dem grossen Durchmesser in den kleineren unteren Zylinder
13 die eingeschlossene Restluft und/oder der Dampf mit der Flüssigkeit in der Pumpenkammer
33 weiter komprimiert.An einem bestimmten Punkt des Abwärtshubes dann ist der erreichte
Kompressionsgrad so gross,dass die eingeschlossene Luft zusammen mit der Flüssigkeit
in der Pumpenkammer 33 einen Druck ausübt,der gleich der Gegenkraft der Feder 32
ist,so dass im Anschluss daran der untere Kolben 14 sich dann schneller abytirts
bewegt, als der obere Kolben.Dadurch wird das Auslassventil geöffnet,und verbleibt
solange offen,wie der Druckunterschied aufrechterhalten bleibt,während welcher Zeit
die Flüssigkeit durch den Abgabekanal 19 a und die Düse 21 zur Zerstäubung abgegeben
wird.Wenn nun der Druck absinkt,wird dann dass Auslassventil automatisch geschlossen,dies
durch die Feder 32, so dass es,abgesehen von einer bestimmten Trägheit,nicht möglich
ist,dass die Flüssigkeit unter einem gewissen Grenzwert das Auslassventil durchfliesst.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Abwärtsbewegung
des oberen Kolbens dadurch begrenzt,dass dieser in den Sitz 45, welcher der Kolbenmanchete
formmässig angepasst istaufläuft.
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Gleichzeitig wird der Kolben 14 in die Öffnungsphase des Einlass-Überdruckausgleichsventils
14 gebracht,um abzuheben .Wird dann der Fingerdruck auf den Betätigungskopf weggenommen,beginnen
die Kolben ihren Aufwärtshub,den ihnen die in der Feder 32 gespeicherte Kraft vermittelt.Die
Aufwärtsbewegung der Kolben 12 und 14 erzeugen in der Pumpenkammer einen Unterdruckwodurch
Flüssigkeit über das Tauchrohr 35 und den Kanal 36 im unteren Kolben in die Pumpenkammer
eingesaugt wird,und die Pumpe somit für den nächsten Abwärtahub bereitsteht.
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Der so beschriebene Aufbau sowie die Arbeitsweise der Pumpe sind bekannt,muss
jedoch zum besseren Verständnis der ErfindungSGegenstand dieser Anmeldung'dargelegt
werden.Während nämlich der Betrieb einer bereits angelaufenen Pumpe ohne weiteres
abläuft,haben sich Schwierigkeiten dann eingestellt,wenn die Pumpenkammer ein verhältnismässig
grosses Volumen hat und damit auch Luftvolumen beinhaltetwdas beseitigt und durch
Flüssigkeit ersetzt werden muss.
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Diese Schwierigkeit hat ihren Grund darin,dass das verhältnismässig
grosse Luftvolumen in der Hauptkammer 33 zu Beginn des Anpumpens wegen seiner starken
Kompressibilität nicht ausreichend Kraft zwischen
den Kolben 12
und 14 auszuüben vermagum das Ventil 31 von seinem Sitz abzuheben.Das Ventil bleibt
also geschlossen und schliesst damit auch die in der Pumpenkammer 33 befindliche
LuFt ein.
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Gemäss dieser Erfindung sind der untere Pumpenzylinder 13 mit seinem
Sockel 35 c am Bodenende und dem dort befindlichen 44 Uentilstösseltwie der Kanal
36 des kleineren Kolbens 14,der dem Stössel freie Beweglichkeit gewahrt und gleichzeitig
als Ansaugkanal dient,so angeordnet und ausgebildet,dass sie ein Anpumpventil darstellen,das
an einem bestimmten punkt des Kolbenhubs unmittelbar vor dem Erreichen des unteren
Hubendes schlagartig öffnet und dabei den vollen Üffnungsquerschnitt des letztgenannten
Ventil zum Abgeben der eingeschlossenen Luft einsetzt,sodass Druckausgleich mit
dem Behälter erfolgt, und beim folgenden Ansaughub bereits durch Unterdruckbildung
die Flüssigkeit in die Pumpenkammer 33 einfliesst.
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Die erfindungsgemässe Ventiltätigkeit wird durch die Einführung eines
Stössels in die Ventilanordnung erreicht, der das Rückschlag-Einlassventil,nur zu
einem bestimmten'aber exakt zu steuernden Punkt auch als Auslassventil einsetzbar
macht.
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Eben der geringe Hubweg ist besonderes Merkmal dieser Ventil tätigkeit,die
somit einen Arbeits- und Pumpverlust durch Leckstromausgleich auf ein Mass reduziert,
welches geringer nicht technisch möglich ist,und selbst dieser an sich ungewünschte
Effekt noch zu einem Vorteil wird,der durch die Trägheit des Ventils 31 nämlich
hervorgerufen wird,indem durch den schlagartigen voreilenden Druckausgleich am Hubende
der gesamte Druckaufbau im System bis an die Dralldüse 21 zusammenbricht und damit
einer wenn auch nur kurze Minderung der Zerstäuberqualität und eienmNachtropfen
entgegengewirkt wird.
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Die hier geschilderte Ausführungsform ist nur eine der möglichen Anordnungen
der Ventilsteuerung,wobei sich die weiteren aus den Unteransprüchen ergebsn.Wsiterhin
ergibt sich aus dem Hauptanspruchdass die erfindungegemässe Ventil anordnung nicht
allein für Ausgabepumpen zum Zwecke der Zerstäubung von Flüssigkeiten vorteilhaft
eingesetzt werden kann,sondern ebenfalls für alleinigs Ausgabepumpen Bedeutung und
Schutzanspruch bedingt.