DE3038525A1

DE3038525A1 - Dosierpumpe

Info

Publication number: DE3038525A1
Application number: DE19803038525
Authority: DE
Inventors: Scato 2061 Groß Schenkenberg Albarda
Original assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Current assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Priority date: 1980-10-11
Filing date: 1980-10-11
Publication date: 1982-05-06
Also published as: FR2492008A1; CH653413A5; SE8103781L; GB2086993A; US4405294A; DE3038525C2; GB2086993B; FR2492008B1

Description

Dräqerwerk Aktiengesellschaft Moislinger Allee 53-55, 2400 Lübeck

Dosierpumpe

Die Erfindung betrifft eine Dosierpumpe entsprechend dem Gattungsbegriff des Anspruches 1.

Bei einer volumetrischen Zuteilung sind einem Primärstrom, der sowohl aus festen als auch aus flüssigen und/oder gasförmigen Stoffen bestehen kann,in gleichen Zeitabschnitten gleiche Volumina eines oder mehrerer flüssiger oder gasförmiger Sekundärmedien zuzugeben. Die Zumischung kann entweder kontinuierlich oder auch diskontinuierlich erfolgen. Bei der diskontinuierlichen Arbeitsweise hat man die Sekundärmedien in einzelne gleiche Volumina aufzuteilen und diese in gleichen oder bestimmten Zeitabschnitten zuzuführen. Die Zuteilung kann entweder durch Änderung der Abfüllvolumina oder der Zeitabständevon Zumischung zu Zumischung erfolgen.

Bei der kontinuierlichen Arbeitsweise wird der Sekundärstrom mit bekannten Durchflußmeßverfahren gemessen und zugeführt.

Zur diskontinuierlichen Zuteilung, die sich für die Dosierung kleiner Mengen als notwendig erweist, haben sich volumetrisch arbeitende Verdrängerpumpen als am günstigsten erwiesen.

Eine bekannte Tauchkolbenpumpe wird mit Kolbendurchmessern von 3 bis 100 mm Durchmesser hergestellt, so daß Förderleistungen von einigen cm /h bis zu mehreren m /h erreicht werden. Das Fördervolumen kann kontinuierlich, in der Regel auch an der laufenden Pumpe, durch Änderung des Kolbenhubes verstellt werden. Dies geschieht durch Drehpunktverlagerung eines Kipphebels, der die vom Antriebsmotor über eine Exzenterwelle herkommende Bewegung, durch eine Exzenterlasche bereits in eine hin-und hergehende umgewandelt, auf den Kolben überträgt. Die Drehpunktverlagerung ist so ausgebildet, daß der Kolben sich stets bis zu einem für alle Einstellungen konstanten vorderen Totpunkt bewegt. Damit besitzt diese Dosierpumpe einen über den ganzen Kolbenhubbereich gleichen Totraum. Die Genauigkeit der Dosierung hängt im wesentlichen von diesem Tottfaum ab, d.h. vom Restvolumen in der vorderen Totpunktlage des Kolbens, das nicht mehr gefördert wird, ist dieses Restvolumen groß, dann geht vor allem bei höheren Drücken die Kompressibilität des zu fördernden Dosiermediums in die Fördermenge ein. Damit wird die.Fördermenge vom Gegendruck

abhängig. Dies wird um so ungünstiger, je größer das Totraumvolumen im Verhältnis zum Hubvolumen ist.

Eine weitere Schwierigkeit kann in den Ventilen auf der Saug- und Druckseite des Hubvolumens, also direkt am Zuführ- und Abführstutzen des Totraumes gesehen werden» Bei einem übermäßigen Druck im Dosiermedium auf der Zuführseite kann es möglicherweise durch Öffnung des Ventils auf der Druckseite zu einer von der Kolbenbewegung unabhängigen, unkontrollierten Strömung des Dosiermediums kommen. (Hengstenberg-Sturm-Winkler "Messen und Regeln in der chemischen Technik", Springer 1964, S. 407 bis 408)

Eine weitere bekannte Dosierpumpe von Flüssigkeiten, die Bosch-Einspritzpumpe, verwendet einen Kolben mit konstantem Hub. Sie enthält kein Saug- sondern nur ein Druckventil auf

der Austrittsseite des su dosierenden Mediums» Die Verstellung des Fördervolumens, also der Dosierung, erfolgt durch die sogenannte Schrägkantsteuerung, mit der durch Verdrehung des Kolbens und dadurch bedingter Rückströmung eines Teiles des Zylinderinhaltes oberhalb der Kolbenstirnfläche surück in den Saugraum kontinuierlich verstellt werden kanne

Die Funktion der Dosierpumpe ist die folgendes Beim Abwärtsgang des Kolbens strömt di@ su dosierende Flüssigkeit durch seitliche Anbohrungen in den Zylinder ο Beim Aiüä-jirtsgang beginnt die Förderung nach Öfihung des Druckventils aur Austrittsseite, sobald der Kolben die beiden seitlichen Anbohrungen überdeckte Sie erfolgt jedoch nurso lange₉ bis die schräge Steuerkante, die ©ine seitliche Ausfräsung in der Kolbenwand abschließt und über eine Wut mit der Stirn·= fläche verbunden ist₉ über eine der seitlichen Anbohrungen hinweggleitet. Dann fällt sofort der Druck im Zylinder;, dem Druckraum, zusammen, das Druckventil schließt und die durch den weiteren Kolbenhub verdrängte Dosierflüssigkeit läuft über die Nut und die schräge Steuerkante in den Saugraum zurück. Auch diese Pumpe ist in ihrer absoluten Fördermenge₉ bedingt durch den nicht zu vermeidenden Totraum, von der Kompressibilität der zu fördernden Flüssigkeit und dem in dieser entstehenden Druck abhängig» Das Druckventil darf nur geöffnet sein, wenn der Überdruck ausgelöst durch den Hub des Kolbens das Ventil öffnete Ein überhöhter Überdruck im Fördermedium kann su einer unbeabsichtigten Strömung von der Saug- zur Druckseite führen_o (Hengstenberg-Sturm—Winkler "Messen und Regeln in der chemischen Technik,, Springer 1964, S. 409 - 410)

Eine bekannte ventillose Pumpe zur Förderung von Flüssigkeiten besitzt zwei Kolben, die gemeinsam in der Bohrung eines Zylinders geführt sind. Die beiden Kolben werden im gleichen Sinne derart bewegt, daß der eine Kolben regelmäßig die volle Hubbewegung ausführt, während der andere Kolben durch den Antriebsmechanismus,über die Zuleitung entsprechend angestoßen,· nur einen Teil des Hubes ausführt. Die Differenz im Hub bildet zusammen mit dem Bohrungsdurchmesser des Zylinders das Fördervolumen der Pumpe.

Der eine Kolben ist als Festkolben ohne axiales Spiel an einem Schieber befestigt, der den Zylinder U-förmig umgreift, während der andere Kolben über zwei Bunde an seinem Ende,zwischen denen ein axialer Hub gegenüber dem Schieber möglich ist, als Schwingkolben wirkt. Wenn der Schieber durch einen Antrieb in seiner Längsrichtung hin und her bewegt wird, so bleibt der Schwingkolben durch Reibungseinflüsse gegenüber der Bewegung des Schiebers und damit des mit ihm verbundenen Festkolbens zurück. Dabei liegt er mit einer Stirnfläche in der einen Bewegungsrichtung der Stirnfläche des Festkolbens an, während sich in der anderen Bewegungsrichtung ein Hohlraum zwischen den Stirnflächen bildet, der das Fördervolumen darstellt. Der Hohlraum entsteht und vergeht jeweils in den Totpunkten der Bewegung. Dort sind am Zylinder die Zu- und Ableitung für das zu fördernde Medium angeordnet. Durch unterschiedlich tiefes Einführen eines Keilstückes zwischen den inneren Bund des Schwingkolbens und den Schieber kann der axiale Hub des Schwingkolbens und damit die Förderleistung verkleinert oder auch aufgehoben werden.

Die für die Förderung von Flüssigkeiten vorgesehene Pumpe kann nicht zur Förderung von Gasen verwendet werden,. Die dabei zwischen dem Zylinder und dem Kolben auftretende Reibung wird sehr schnell zum Abrieb führen und damit das Fördervolumen in Frage stellen. Die hier verwendeten Materialien sind sehr entscheidend für die Erfindung, Außerdem ist die Bremsung des Schwingkolbens durch die Stopfbuchsenreibung nachteilig. Die Bremskräfte sind hier nicht definiert, sie können sich leicht ändern. Die Änderungen gehen in das Fördervolumen ein. (DE-PS 79 345)

Aufgabe der Erfindung ist eine Dosierpumpe, deren über einen Bereich von etwa 1 bis 5mm einstellbare Hubfördermenge unabhängig vom Druck im Dosiermedium und von einer Hubfrequenz bis 20 Hz ist, sie darf auch bei einem Überdruck auf der Saugseite kein Dosiermedium zur Druckseite durchlassen, das Dosiermedium müssen auch giftige, korrodierende und nicht schmierfähige Flüssigkeiten sein können.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt gemäß dem Kennzeichen des Anspruches 1.

Weitere Merkmale im Rahmen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Pumpe nach der Erfindung ist vorteilhaft derart ausgebildet, daß es sicher beherrschbar möglich ist, die für die Verschleißfestigkeit notwendigen harten Bauelemente des Zylinders zu montieren« Die Anschlüsse für die Zu- und Abfuhr der zu fördernden Medien erfolgen über die

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Spalte zwischen den Ringen. Dadurch ergeben sich maximale Ein- und Austrittsöffnungen und damit kleinste Strömungswiderstände; dies trägt insbesondere bei Gasen zu der Dosiergenauigkeit (Füllungsgrad) bei.

Die Bremsfeder, die den Schwingkolben beidseitig tangiert, sichert eine stets gleichbleibende Bremswirkung und damit ein stets gleiches FÖrdervolumen.

Diese Lösung und auch die weiteren Merkmale bestätigen die Vorteile der Dosierpumpe nach der Erfindung. Sie erlauben eine kompakte und kleine Bauform der Dosierpumpe, die leicht zu übersehen ist. Änderungen des Hubvolumens sind einfach möglich. Die Verwendung des Materials Saphir sowie der anderen festen Werkstoffe für die Kolben und Ringe garantiert eine höchste Verschleißfestigkeit und damit eine entsprechende Passungsgenauigkeit. Die Verwendung von Aluminiumoxidkeramik als Material für die Hülse und das Rohr der Steuerung sichert durch eine gleiche Temperaturausdehnung das Hubvolumen und verhindert darüberhinaus ein Verklemmen der ineinander gleitenden Teile.

Ein Ausführungsbeispiel der Dosierpumpe nach der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden beschrieben. Dabei zeigen .

Fig. la einen Längsschnitt durch die Dosierpumpe,

Fig. Ib einen Querschnitt B,

Fig. Ic einen Querschnitt C,

Fig. Id einen Querschnitt D,

Fig. 2a bis d die Funktion.

Die Fig. la bis ld lassen den Aufbau der Dosierpumpe klar erkennen. Das Außengehäuse 1, abgeschlossen durch die Deckel 2 und 3, enthält die exakt gelagerten Pumpenelemente, sowie die Zuführbohrung 4 und die Abführbohrung 5 für das zu dosierende Medium. Die Pumpenelemente sind die axial im Außengehäuse 1 angeordnete Hülse 6 mit der Kolbenführung, der Festkolben 7, der Schwingkolben 8 und die Steuerung 9.

Die Hülse 6 enthält als Führung 41 für den Festkolben 7 und den Schwingkolben 8 eingepreßt die Saphir-Ringe 10,11, 12 und 13. Zwischen den Ringen sind die Spalte 14,15 und freigelassen. Der Spalt 14 liegt der Zuführbohrung 4 und der Spalt 15 der Abführbohrung 5 gegenüber, sie sind mit diesen verbunden. Damit dient der Spalt 14 dem Zufluß des zu fördernden Dosiermediums und Spalt 15 dem Abfluß. Die Hülse 6 ist gegenüber dem Außengehäuse 1 durch Dichtungen 1" abgedichtet. Die Bestimmung der axialen Lage erfolgt durch Stifte 18 im Deckel 2; die Festlegung durch den auch über Dichtungen 19 abgedichteten Deckel 3. Beide Deckel werden durch Schrauben 20 gehalten. Die Ringe 10,11,12 und 13 haben eine gemeinsame Bohrung, in der die beiden genau passenden (Spiel etwa 2 bis 10 ^um bei einem Durchmesser von 2 mm) Saphir-Kolben, der Festkolben 7 und der Schwingkolben 8, gleiten.

Die Bewegung der Kolben erfolgt über die Steuerung 9. Dabei ist der Festkolben 7 zusammen mit der Lasche 23 und die Hülse 22, die in der Hülsenbohrung 21 gleitet, mit dieser verbunden. Die Lasche 23 ist Bauelement der Steuerung 9,

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ORIGINAL INSPECTED

mit der über die Hubregulierung 24, die Ans_chlagplatte 25 und die Schraubenfeder 26 eine federnde Abstützung gegenüber dem Deckel 2 erzielt wird. Die Hülse 22 ist über die Manschettendichtung 27 gegenüber der Hülsenbohrung 21 abgedichtet. Die Hülsenbohrung 21 besitzt über die Leitung eine Verbindung mit der Antriebsquelle für die Steuerung Diese ist in diesem Ausführungsbeispiel ein mit der Hubfrequenz wechselnder Gasdruck.

Die Hublänge für die Kolben ist durch die Hubregulierung einstellbar. Diese besteht dazu aus dem Röhr 29 mit den Gewindepfropfen 30 und 31. Mit dem Pfropfen 31 ist das Rohr 29 in die Mutter 32 der Anschlagplatte 25 eingeschraubt, mit dem anderen Pfropfen 30 in die Lasche 23 eingesteckt und dort mit der Mutter 33 festgeschraubt. Das Spiel 34 zwischen dem an dem Festkolben 7 anliegenden Schwingkol^ben und der Anschlagplatte 25 bestimmt die Dosierung. Eine Änderung des Spiels 34 ist nach dem Lösen der Mutter 33 und Verdrehen des Rohres 29 in der Mutter 32 einfach und exakt möglich.

Andere Einrichtungen zur Hublängenveränderung sind möglich; z.B. kann das Rohr 29 fest zwischen der Anschlagplatte 25 und der Lasche 23 ausgebildet sein. Der Festkolben 7 ist dann über verschieden dicke Abstandshalter verschieden tief in der Lasche 23 gehalten.

Der Schwingkolben 8 steht unter der Bremswirkung der in dem Spalt 16 eingeschobenen und ihn beidseits tangierenden Bremsfeder 35. Die Bremsfeder 35 wird durch die Bohrung 36 im Außengehäuse 1 eingeführt, die Einführung in den Spalt wird dabei durch die Ausnehmung 37 in der Hülse 6 vereinfacht. Die Ausarbeitung 38 an der Unterseite der Hülse 6 und des Außengehäuses 1 erlaubt die Hubbewegung der Lasche

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•Λ «Λ

Die Funktion der Dosierpumpe zeigen die Fig. 2a bis 2d. Der Antrieb erfolgt hier über einen Kurbeltrieb. Der Druckantrieb mit Luft oder einem Gas nach der Fig. la oder auch ein magnetelektrischer Antrieb ändern an der Steuerung 9 praktisch nichts.

Die Drehachse des Antriebes des Exzenters ist mit 39 dargestellt.

Die Fig. 2a zeigt den linken Totpunkt. Der Schwingkolben liegt mit seiner rechten Stirnfläche der linken Stirnfläche des Festkolbens 7 an. Der Totraum vor dem Spalt und damit vor der Zuführbohrung 4 ist praktisch gleich Null.

Mit der Drehung des Antriebes wird die Steuerung 9 nach rechts gezogen. Sie nimmt dabei nach Fig. 2b den Festkolben 7 mit, während der Schwingkolben 8, gehalten durch die Bremsfeder 35, noch in seiner Stellung in der Hülse verbleibt, lediglich das Spiel 34 füllt sich auf. Mit der Bewegung des Festkolbens 7 nach rechts bildet sich der Ansaugraum 40, der eingestellten Dosiermenge entsprechend, aus und füllt sich mit dem Dosiermedium.

Mit weiterer Drehung des Exzenters zum rechten Totpunkt entsprechend Fig. 2c werden beide Kolben unter Beibehaltung des gefüllten Ansaugraumes 40 mit diesem bis zum Spalt 15 und damit bis zur Abführbohrung 5 gezogen.

Mit der weiteren Drehung zwischen 2c und 2d, der Schwingkolben 8 bleibt wieder unter der Wirkung der Bremsfeder stehen, wird das Dosiermedium über den Spalt 15 und die Abführbohrung 5 ausgedrückt=

- 12 ORIGINAL INSPECT*⁰

Mit dem Totraum O, der Ansaugraum 40 hat sich mit dem Einanderanlegen der beiden Kolbenstirnseiten wieder aufgefüllt, drückt die Steuerung 9 die beiden Kolben wieder in den linken Totpunkt mit der Kolbenstellung nach Fig. 2a.

Claims

1. Ventillose Pumpe mit zwei Kolben, bei welcher die Saug- und Druckwirkung und die Steuerung durch zwei in gemeinsamer—Zylinderbohrung in gleichem Sinne bewegte Kolben bewirkt wird,von denen der eine Kolben als Festkolben die volle Hubbewegung regelmäßig ausführt, während der andere Kolben als Schwingkolben mit dei Steuerung so i° Zusammenhang gebracht wird, daß er nur einen Teil der Hubbewegung mitmacht und die Differenz der Hubwege zusammen mit dem Zylinderbohrungsdurchmesser das Hubvolumen ausmacht, dadurch gekennzeichnet, daß der in einem Außengehäuse (1) gehaltene Zylinder aus einer Hülse (6) mit eingepreßten Ringen (10,11,12,13) aus einem harten, dichten, verschleißfesten und polierbaren Werkstoff mit drei Spalten(14,15,Ii zwischen ihnen, die einmal in Verbindung mit einer Zuführbohrung (4) der Medienzufuhr, dann in Verbindung mit einer Abführbohrung (5) der Medienabfuhr und zur Aufnahme einer den Schwingkolben (8) beidseitig tangierenden Bremsfeder (35) dienen, besteht.

2. Ventillose Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringe (10,11,12,13), der Festkolben (7) und der Schwingkolben (8) aus Saphir bestehen.

3. Ventillose Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringe (10,11,12,1J), der Festkolben (7) und der Schwingkolben (8) aus Siliciumcarbid bestehen.

4. Ventillose Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringe (10,11,12,13), der Festkolben (7) und der Schwingkolben (8) aus Siliciumnitrid bestehen.

BAD
OOPY

5. Ventillose Pumpe nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (9) aus einer mit dem Festkolben (7) verbundenen Lasche (23), einem durch eine Schraubverbindung in seiner wirksamen Lange veränderbaren Rohr (29) und einer Anschlagplatte (25) besteht.

6. Ventillose Pumpe nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, <3aß die Steuerung (9) aus dem Rohr (29) mit fester Länge zwischen der Lasche (23), in der der Festkolben (7) über einen austauschbaren Abstandshalter gehalten wird, und der Anschlagplatte (25) besteht. .

7. Ventillose .Pumpe nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lasche (23) und die Anschlagplatte (25) an ihrer Oberfläche gegenüber der Hülse (6) elastische Dämpfungselemente besitzen.

8. Ventillose Pumpe nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (6) und das Rohr (29) aus Aluminiumoxidkeramik bestehen.