DE3042328C2 - Kolbenpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kolbenpumpe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Kolbenpumpe, die von einem druckaktivierten Fluid, vorteilhaft von Druckluft angetrieben wird. Der Begriff Kolbenpumpe ist hier im weitestgehenden Sinne für Pumpen mit hin- und hergehender Kolbenbewegung, also beispielsweise auch für Membrankolbenpumpen zu verstehen.

Eine Kolbenpumpe der genannten Art ist aus DE-AS 16 562 bekannt. Die dort beschriebene pneumatische Druckflüssigkeitspumpe besitzt mehrere mechanisch unabhängige, in je einem Zylinder arbeitende Differentialkolben, die auf ihrer einen Stirnfläche von einem Antriebsfluid, insbesondere Druckluft, beaufschlagt werden und mit der anderen Stirnseite auf eine Flüssigkeit z. B. öl, einwirken. Die Steuerung des Antriebsfluids erfolgt durch ein gemeinsames Steuerventil, dessen Schaltbewegungen seinerseits von den Reziprokbewegungen der Differentialkolben abgeleitet werden. Hierzu sind von den Differentialkolben beaufschlagte Hilfskolben vorgesehen, die über Kanäle Druckluft wechselseitig auf Ventilendkammern geben.

Diese bekannte Druckflüssigkeitspumpe hat wegen der benötigten Hilfskolben einen aufwendigen Aufbau. Außerdem dürfte die sichere Schalttätigkeit des Steuerventils nicht gewährleistet sein, wenn der Druck des Antriebsfluids gering ist. Die Förderleistung der Pumpe ist nicht optimal, da nur ein Differentialkolben einen vollen Pumphub ausführt, während der andere Differentislkolben nur den Druck in der Zeit aufrecht erhält, die der erste Differentialkolben zum Rückgang braucht. Es ist auch nicht ersichtlich, wie die bekannte Druckflüssig keitspumpe zur Erzielung kurzer Pulsierungsperioden mit mehr als zwei Kolben betrieben werden könnte.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kolbenpumpe von einfachem Aufbau und sicherer Wirkungweise auch bei niederen Drücken des Antriebsfluids zu schaffen. Außerdem soll die zu schaffende Kolbenpumpe eine gewünschte Flüssigkeit mit kurzen PuI-sionsperioden zu- und abführen können, um eine sanfte Förderung der Flüssigkeit zu gewährleisten.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Kolbenpumpe gelöst, wie sie durch den Anspruch 1 gekennzeichnet ist Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Bei der erfindungsgemäßen Kolbenpumpe sind die Pumpenkammern radial gegenüberliegend angeordnet und erfclgt die aufeinanderfolgende Verteilung des Antriebsfluids auf die Pumpenkammern über einen zentralen Antriebsmechanismus, der mit den Kolben der Pumpenkammern direkt verbundene, hin- und hergehende Antriebsstangen aufweist, die zum Weiterschalten eines das Antriebsfluid steuernden Ventils Antriebsglieder tragen.

Die erfindungsgemäße Kolbenpumpe kann z. B. zwei Paare gegenüberliegender Pumpenkammern aufweisen, wodurch eine Förderung von Flüssigkeiten mit kurzen Pulsierungsperioden möglich ist. Der Antriebsmechanismus zur aufeinanderfolgenden Verteilung des Antriebsfluids auf die Pumpenkammern bleibt dabei einfach, auch wenn mehr Pumpenkammernpaare verwendet werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Schemazeichnung einer erfindungsgemäßen Kolbenpumpe,

F i g. 2 eine Draufsicht der Kolbenpumpe, die zur Darstellung eines wesentlichen Teils teilweise aufgebrochen ist,

Fig.3 einen Vertikalschnitt längs der Linie HI-IlI in Fig. 2,

Fig.4 eine perspektivische Explosionsdarstellung des wesentlichen Teils der Erfindung,
F i g. 5 eine Seitenansicht eines Ventilkörpers zum Steuern des Antriebsfluids,

F i g. 6 eine Draufsicht des Ventilkörpers von F i g. 5,
F i g. 7 die gegenüberliegende Seitenansicht des Ventilkörpers,
Fig.8A—8D Draufsichten des Ventilmechanismus in mehreren Arbeitsfolgen.

Gemäß F i g. 1 sind jeweils um 90° versetzt vier Pumpenglieder 1 angeordnet, von denen jedes durch ein druckaktiviertes Antriebsfluid, in dieser Ausführungsform durch Luft, reziprok angetrieben wird. Die Pum- penglieder 1, im dargestellten Fall Membranpumpenglieder, werden hin- und herbewegt, um Pumpenventileinheiten 2 zu betätigen, die je mit einem Flüssigkeitsansaugventil 2a und mit einem Flüssigkeitsabgabeventil 26 versehen sind. Diese Flüssigkeitsansaug- und -abgabeventile 2a, 2b sind, wie gey.eigt, jeweils mit einer gemeinsamen Flüssigkeitsansaugleitung 3 bzw. mit einer gemeinsamen Flüssigkeitsabgabeleitung 4 verbunden. Diese Flüssigkeitsansaug- und die Flüssigkeitsabgabe-

leitung 3,4 sind ihrerseits mit einer äußeren Ansaugleitung 6 bzw. einer äußeren Abgabeieitung 5 verbunden. Die Pumpenglieder 1 setzen sich je aus einer Pumpenkammer la sowie aus einer Membranbeiätigungskammer \b zusammen, welch letztere mit der druckaktivierten Antriebsluft beschickt werden.

Es versteht sich von selbst, daß die Membrankolben der Pumpenglieder 1 durch übliche Plungerkolben ersetzt werden könnten.

Wie in F i g. 2 und 4 gezeigt, sind die Membrankolben jeweils an die Enden von Antriebsstangen 7, T befestigt, die einander überkreuzen.

Wie insbesondere in F i g. 4 gezeigt ist, sind die Antriebsstangen 7, T jede mit einem Paar beabstandeter zylindrischer Vorsprünge 8,8' versehen, und sind beide zwischen den Vorsprüngen 8,8' mit einer Längsöffnung 9, 9' ausgebildet. Ein vertikaler Lagerzapfen 10 ist zum Einsetzen in die Längsöffnungen 9,9' von deren Unterseite her vorgesehen. Ein Ventilmechanis™ius ist drehbar auf dem Zapfen 10 gelagert

Der Ventilmechanismus weist einen drehbaren Schaltventilkörper 12 und eine Kurvenscheibe 13 auf, die auf dem oberen Ende des Lagerzapfens 10 montiert sind.

Gemäß F i g. 5—7 weist der Schaltventilkörper 12 gegenüberliegende Seiten unterschiedlicher Ausbildung auf. Der Schaltventilkörper 12 besitzt eine an seinem oberen Teil umlaufende Nut 14, eine am unteren Teil auf seiner einen Seite ausgebildete, seitlich ausgestreckte Nut 15 und eine die seitlich ausgestreckte Nut 15 mit der oberen Umfangsnut 14 verbindende vertikale Nut 14a.

Die obere Umfangsnut 14 ist über einen Kanal 16a mit einem äußeren Einlaß 16 verbunden, von dem die Druckluft eingelassen wird, wie in F i g. 3 gezeigt ist

Gemäß F i g. 7 besitzt der Schaltventilkörper 12 auf seiner der seitlich ausgestreckten Nut 15 diametral gegenüberliegenden Seite im unteren Teil eine weitere seitlich ausgestreckte Nut 17. Die Nut 17 ist mit einem Kanal 18 verbunden, der sich zur Mittelachse des Ventilkörpers 12 erstreckt und von dort durch einen Kanal 19 längs der Mittelachse zum oberen Ende des Ventilkörpers fortgesetzt ist, wo der Kanal 19 mit einem äußeren Auslaß 20 verbunden ist.

Diese Nuten und Kanäle des Schaltventilkörpers 12 sind vorgesehen, um den Einlaß und den Auslaß der druckaktivierten Antriebsluft zu bewerkstelligen, wie in Verbindung mit F i g. 3 beschrieben wird.

Die seitlich ausgestreckten Nuten 15,17 sind nämlich so angeordnet, daß sie bei der Drehung des Schaltventilkörpers 12 mit den jeweiligen Enden der vier radialen Kanäle 21 in Verbindung kommen, deren andere Enden an die Membranbetätigungskammern \b der Pumpenglieder 1 anschließen.

Gemäß F i g. 8A sind die Mittelachsen des Schaltventilkörpers 12 und der zylindrischen Vorsprünge 8, 8 in Ausfluchtung auf der Mittelachse Y-Z der Antriebsstange 7 angeordnet, und sind die seitlich ausgestreckten Nuten 15, 17 diametral einander gegenüberliegend und symmetrisch ausgebildet In der Stellung der F i g. 8A dient somit die Nut 15 zum Einführen der Druckluft in eine Membranbetätigungskammer ib, während die Nut 17 die Druckluft aus einer anderen, nämlich gegenüberliegenden, den Membranbetätigungskammern 16 ausläßt.

Bei dieser Ausführungsform sind vier Pumpenglieder 1 vorgesehen. Es können aber auch mehr Pumpenglieder in Abhängigkeit von den Dimensionen und der Anordnung der Nuten 15,17 erforderlich sein.

Mit der vorangehend beschriebenen Kombination von Teilen arbeitet die erfindungsgemäße Pumpe wie folgt

Gemäß F i g. 3 fließt, wenn die druckaktivierte Antriebsluft am äußeren Einlaß 16 eingegeben wird, diese Antiiebsluft in die Umfangsnut 14 des drehbaren Schaltventilkörpers 12 und von dort über die vertikale Nut Ha in die seitlich ausgestreckte Nut 15 (Fig.5). Die Luft fließt dann in eine oder mehrere der Kanäle 21 und in

ίο die zugeordneten eine oder mehreren Membranbetätigungskammern ib, wo sie den einen bzw. die mehreren Membrankolben beaufschlagt, um dadurch die Flüssigkeit aus der Kammer la herauszudrücken.
Gleichzeitig kommt die gegenüberliegende seitlich ausgestreckte Nut 17 des Schaltventilkörpers 12 in Verbindung mit einem oder mehreren der anderen Kanäle 21, so daß die Luft, die eine Kolbenwirkung beendet hat über die Luftauslaßnut 17 und die Kanäle 18, 19 zum äußeren Auslaß 20 abfließen kann.

Als Resultat wirkt aufgrund der Druckdifferenz zwischen den gegenüberliegenden Membranbetätigungskammern Ii), Io z. B. eins Kraft in die linke Richtung der F i g. 1 und 2 auf die Antriebsstange 7.
Die sich aufgrund dieser Kraft ergebende Arbeitsweise kann anhand der Fig.8A—8D näher erläutert werden. F i g. 8A zeigt, daß die Druckluft über die Nut 15 und den Kanal 21 in die linke Membranbetätigungskammer 1 b einfließt, während die Luft aus der rechten Membranbetätigungskammer ib durch die Nut 17 und die Kanäle 18 und 19 des Ventilkörpers 12 ausgelassen wird. In diesem Zustand wirkt aufgrund der Druckdifferenz zwischen den gegenüberliegenden Membranbetätigungskammern ib, ib eine Kraft auf die Antriebsstange 7 in die Richtung, die durch den Pfeil 25 bezeichnet ist.

Als Ergebnis drückt der zylindrische Vorsprung 8 auf die rechte Seite der Kurvenscheibe 13. Da die Kurvenscheibe 13 und der Ventilkörper 12 koaxial sind und die gemeinsame Achse auf der Mittellinie Y-Z der Antriebsstange 7 angeordnet ist, und da der zylindrische Vorsprung 8, dessen Mittelachse auf der Linie Y-Z liegt, die Kurvenscheibe 13 an einem Punkt P berührt, der leicht über der Linie Y— Zliegt, wird ersichtlich, daß ein Moment erzeugt wird, um die Kurvenscheibe 13, wie durch den Pfeil 26 markiert, in Gegenuhrzeigerrichtung zu drehen, wenn der Vorsprung 8 gegen die Kurvenscheibe 13 drückt.

Die Kurvenscheibe 13 wird somit in die Stellung der F i g. 8B gedreht und die anderen gegenüberliegenden Membranbetätigungskammern beginnen mit dem Einlassen und Ausstoßen der Druckluft. Wenn dann die Antriebsstange T in die durch den Pfeil 27 bezeichnete Richtung bewegt wird, kommt zusätzlich der obere Vorsprung 8' in Angriff, um die Kurvenscheibe 13 weiterzudrehen.

Wenn die Kurvenscheibe 13 weiter in der Gegenuhrzeigerrichtung gedreht wird und in die Stellung der Fig.8C kommt, sind die vertikal gegenüberliegenden Membranbetätigungskammern in voller Pumpaktion, während die seitlich gegenüberliegenden Membranbetätigungskammern in Ruhestellung sind. Die Kurvenscheibe 13 wird, wie durch den Pfeil 26 gezeigt, kontinuierlich in der Gegenuhrzeigerrichtung weitergedreht, und zwar durch die Angriffseinwirkung des oberen Vorspru.igs 8', der in die Richtung des Pfeils 27 bewegt wird.

Wenn die Nut 15 gemäß Fig. 8D in Verbindung mit dem seitlich verlaufenden Kanal 21 kommt, beginnt die Antriebsstange 7, sich in die entgegengesetzte Richtung gemäß dem Pfeil 28 zu bewegen. Somit beginnt der

linke Vorsprung 8, auf die Kurvenscheibe 13 einzuwirken. In diesem Zustand fließt die Druckluft in die (in der
Zeichnung) rechts und unten liegenden Membranbetätigungskammern, während gleichzeitig die Luft aus der
linken und der oberen Membranbetätigungskammer 5 abgelassen wird.

Die Kurvenscheibe 13 wird somit allein durch Einlassen von Druckluft am Einlaß 16 kontinuierlich gedreht, um abwechselnd die sich kreuzenden Antriebsstangen 7, 7' hin- und herzubewegen. Jede Membranbetätigungskammer wird einmal pro Drehung der Kurvenscheibe 13 beaufschlagt, um die Flüssigkeit aus dem äußeren Auslaß 5 abzugeben. Bei dieser Ausführungsform wird eine gewünschte Flüssigkeit viermal pro Drehung der Kurvenscheibe 13 abgegeben. Die Pulsierungsperiode der abgegebenen Flüssigkeit ist somit so kurz, daß die Flüssigkeit fast gleichförmig angesaugt und abgegeben wird.

Aus der vorangehenden Beschreibung ist ersichtlich geworden, daß die erfindungsgemäße Kolbenpumpe nur durch Einlassen des druckaktivierten Fluids, wie z. B. der Luft, an dem äußeren Einlaß betrieben wird, um eine gewünschte Flüssigkeit anzusaugen und abzugeben. Versuche haben gezeigt, daß die erfindungsgemäße Kolbenpumpe mit Druckluft von zumindest 50 000 Pa wirksam betrieben werden kann. Es versteht sich, daß der maximale Luftdruck von der Festigkeit der verwendeten Membranen, Kolben, Zylinder usw. abhängt.

Eine erfindungsgemäße Kolbenpumpe weist also mehrere radial angeordnete Pumpenkammern auf, die jede mit einem Kolben versehen sind und arbeitsmäßig mit einer äußeren Flüssigkeitsansaugleitung und einer äußeren Flüssigkeitsabgabeleitung verbunden sind. Ein zentraler Antriebsmechanismus weist Antriebsglieder auf. die jeweils direkt mit den zugeordneten, radial angeordneten Kolben verbunden sind. Ein von den Antriebsgliedern geschaltetes Ventil liegt am äußeren Einlaß eines druckaktivierten Antriebsfluids zum Betreiben der Pumpe. Dieses Ventil verteilt das Antriebsfluid aufeinanderfolgend auf die Pumpenkammern und leitet es gleichzeitig aus der Pumpe heraus.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

45

50

55

60

Claims (3)

Paientansprüche:

1. Kolbenpumpe mit einer Mehrzahl von Pumpenkammern, von denen jede einen Kolben aufweist und arbeitsmäßig mit einer äußeren Flüssigkeitszufuhr- und einer äußeren Flüssigkeitsabführleitung verbunden ist, sowie mit einem Ventil mit einem Fluideinlaß und einem Fluidauslaß zur Steuerung eines Antriebsfluids zur Bewirkung einer reziproken Kolbenbewegung, welches Ventil seinerseits durch die reziproke Kolbenbewegung geschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpenkammern (la) radial gegenüberliegend angeordnet sind und ihre Kolben durch Antriebsstangen (7, T) verbunden sind, die Antriebsglieder (8, 8') tragen, daß das Ventil einen drehbaren Ventilkörper (12) und eine mit diesem exzentrisch verbundene Kurvenscheibe (13) aufweist, mit welch letzterer die Antriebsglieder (8,8') in Antriebsverbindung sind, wobei die Mittelachsen des Ventilkörpers (12) und der Antriebsglieder (8, 8') in Ausfluehtung auf der Mittelachse (Y-Z) der Antriebsstangen (7, T) sind, daß im Ventilkörper (12) diametral gegenüberliegend eine Fluideinlaßnut (15) und eine Fluidauslaßnut (17) ausgebildet sind, die mit Fluidkanälen (21) zusammenarbeiten, die zu Kolbenbetätigungskammern [Xb) führen, und daß der Ventilkörper (12) mit Kurvenscheibe (13) auf einem durch Längsöffnungen (9, 9') in den Antriebsstangen (7, T) greifenden Lagerzapfen (10) drehend angeordnet ist.

2. Kolbenpumpe nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mehrere Paare radial gegenüberliegend angeordneter Pumpenkammern (la) mit Kolben, die an die Enden einander überkreuzender Antriebsstangen (7,7') befestigt sind.

3. Kolbenpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpenkammern (la) mit Membrankolben ausgerüstet sind.