DE3517390A1

DE3517390A1 - Fluidbetriebene pumpe

Info

Publication number: DE3517390A1
Application number: DE19853517390
Authority: DE
Inventors: Benjamin R. South Laguna Calif. Du
Original assignee: Flojet Corp Irvine Calif; Flojet Corp
Current assignee: ITT Manufacturing Enterprises LLC
Priority date: 1984-05-16
Filing date: 1985-05-14
Publication date: 1985-11-21
Also published as: DE3517390C2; GB8511721D0; JPH0176571U; GB2159586B; US4540349A; GB2159586A; JPS60256571A

Description

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf eine fluidbetriebene oder luftbetriebene Pumpe und auf ein Verfahren zum Pumpen eines Produkts, beispielsweise eines Getränkesirups, wie er für kohlensäurehaltige Getränke verwendet wird. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Pumpe und entsprechende Verfahren zum Liefern einer konstanten niedrigen Strömungsrate (Geschwindigkeit und/oder Menge), ohne daß Luft oder andere Verunreinigungen in das gepumpte Produkt eingemischt werden.

Wie bekannt, wird eine Vielzahl von Getränken an Endverbraucher über Abgabesysteme ausgegeben, die gleichzeitig eine abgemessene Menge eines mit Geschmacksstoffen versehenen Sirups zusammen mit einer entsprechenden oder proportionalen Menge von kohlensäurehaltigem Wasser o.dgl. liefern. Aus Gründen der Hygiene und der Wirtschaftlichkeit stellt die Getränkeindustrie allgemein diese mit Geschmacksstoffen versehene Sirupe in zusammenlegbaren Beuteln zur Verfügung, die in schachtelartigen Behältern untergebracht sind, die so ausgebildet sind, daß sie mit geeigneten im Stand der Technik bekannten Abgabesystemen verbunden werden können.

Die Mehrzahl der bekannten Ausgabesysteme hat Pumpen mit niedriger Durchflußrate (Menge und/oder Geschwindigkeit) verwendet, um den Sirup von dem beuteiförmigen Behälter abzuziehen und eine abgemessene Menge des Sirups einer Mischdüse zuzuführen. Die Verwendung solcher Pumpen mit niedriger Durchflußrate war vorteilhaft aus Gründen der Zuverlässigkeit des Systems. Die Sirupe sind normalerweise konzentriert, und sie werden mit verhältnismäßig großen Volumen von kohlensäurehaltigem Wasser

gemischt, was bedeutet, daß unerwünschte kleine Variationen in der zugeführten Sirupmenge weitgehende Variationen im Geschmack und in der Qualität des gemischten Endprodukts erzeugen. Obwohl sich die bekannten Abgabesysteme allgemein als für die vorgesehenen Zwecke geeignet erwiesen haben, besitzen sie doch noch gewisse Nachteile, die sie nicht zu einer wirksamen und wirtschaftlichen Einsatzfähigkeit gelangen ließen. Als wichtigster dieser Nachteile ist zu erwähnen, daß die bekannten Abgabesysteme nicht in der Lage waren, den Eintritt von Luft in die Pumpe und ein anschließendes Vermischen der Luft mit dem auszugebenden Produkt zu vermeiden. Ein solcher Lufteintritt oder ein Einziehen von Luft in das Abgabesystem tritt typischerweise dann auf, wenn der Sirup aus einem Sirupvorratsbehälter durch die Pumpe entleert ist oder wenn der Behälter kurz vor der Entleerung steht. Ein Lufteintritt in das Abgabesystem hat notwendigerweise zur Folge, daß die Menge des abzugebenden Sirups nicht mehr genau ist und somit die Qualität des sich ergebenden Getränks negativ beeinflußt. In extremen Fällen verursacht ein Lufteintritt ein überhitzen und eine dauerhafte Beschädigung der Pumpe des Abgabesystems. Obwohl diese mit dem Lufteintritt verbundenen Nachteile bereits in begrenztem Maße erkannt wurden,, waren entsprechende Lösungen bisher allgemein unwirksam, oder es mußten so komplizierte Vorrichtungen verwendet werden, daß diese übermäßig teuer und unzuverlässig waren.

Daher besteht ein erheblicher Bedarf für eine verbesserte, relativ billige Vorrichtung und ein entsprechendes Verfahren zum Ausgeben von Sirup mit einer niedrigen Strömungsrate (Menge und/oder Geschwindigkeit), die oder das geeignet ist, den Sirup durch eine Düse ordnungsgemäß auszugeben und einen Lufteintritt in das Ausgabesystem zu verhindern.

Die Erfindung beseitigt dia mit bekannten Pumpen zum Zuteilen von Nährungsstoffen oder Getränkeprodukten verbundenen Nachteile. Die Erfindung schafft eine fluidbetriebene oder luftbetriebene Pumpe, die zwei entgegengesetzte Kolben aufweist, die auf einer

gemeinsamen Kolbenstange angeordnet sind. Die Kolben gehen innerhalb entsprechender Hohlräume in einem Pumpengehäuse hin und her. Die Hohlräume werden abwechselnd mit einem unter Druck stehenden Gas gefüllt und entlüftet, um die gewünschte Pumpwirkung herbeizuführen. Jeder Kolben weist einen entsprechenden Zylinder auf, der sich mit dem Produkt füllt, während sich der Kolben in seinem Ansaughub oder Einlaßhub befindet. Jeder Kolben hat einen Auslaßhub oder Ausstoßhub, bei welchem er das Produkt aus dem entsprechenden Zylinder in einen Auslaßkanal und aus der Pumpe heraus durch eine Auslaßöffnung drückt. Da die Kolben auf der gleichen Kolbenstange angeordnet sind, befindet sich jeweils ein Kolben in seinem Einlaßhub, während sich der andere Kolben in seinem Auslaßhub befindet.

Die Zuführung von unter Druck stehendem Gas zu den Hohlräumen zur Bewegung der Kolben wird durch ein Steuerventil gesteuert. Das Steuerventil weist einen Ventilschaft auf, der in sich getrennte axiale Durchgangskanäle aufweist, um abwechselnd die Kolbenhohlräume in Verbindung mit einer Quelle eines unter Druck stehenden Gases, beispielsweise Luft oder Kohlendioxyd zu bringen. Jeder axiale Durchgangskanal weist eine Seitenöffnung auf, durch die unter Druck stehende Luft oder entsprechendes Gas den Zylindern zugeführt wird und durch die die Zylinder während der Einlaßhübe belüftet werden. Die Kolben veranlassen den Ventilschaft, sich innerhalb des Pumpengehäuses hin und her zu bewegen. Der Hub der Kolben ist größer als der Hub des Ventilschafts, so daß während des Einlaßhubes ein Kolben sich über eine vorbestimmte Entfernung bewegt, bevor er das Ende des Ventilschafts berührt, der sich in den entsprechenden Hohlraum hineinerstreckt. Nachdem er das Ende des Ventilschafts berührt hat, drückt der Kolben den Ventilschaft in das Pumpengehäuse bzw. in den anderen Hohlraum hinein. Anfänglich ist der sich entlüftende Zylinder in Pluidverbindung durch den entsprechenden Hohlraum in dem Ventilschaft mit dem Umgebungsdruck, und der andere Zylinder ist in Fluidverbindung mit der Hochdruck-Gasquelle, die die Zylinder bzw. Kolben antreibt. Ein Ventilkörper

wandert mit dem Ventilschaft auf den unter Druck zu setzenden Hohlraum hin. Eine Feder belastet den Ventilkörper gegen denjenigen Hohlraum, in den sich der Ventilschaft am weitesten hineinerstreckt. Wenn der Ventilschaft die Mittelstellung erreicht, verändert die Feder ihre Vorspannungsrichtung von dem zu entlüftenden Hohlraum auf den mit unter Druck stehendem Fluid zu versorgenden Hohlraum hin, wodurch der Ventilkörper in eine Stellung bewegt wird, die es gestattet, den entlüfteten Zylinder wieder unter Druck zu setzen und den zuletzt unter Druck gesetzten Zylinder zu entlüften. Die Feder und der Ventilkörper befinden sich in der Mittelstellung in einem instabilen Gleichgewicht, so daß der Ventilschaft niemals seine Bewegung in der Mittelstellung beendet, wodurch beide Hohlräume in gleicher Weise unter Druck gesetzt werden würde,n und ein kontinuierlicher Betrieb der Pumpe verhindert wäre. Die Kolben und das Ventil wirken zusammen, um ein relativ großes Volumen von gepumptem Produkt bei einer relativ kleinen Bewegung des Ventilschafts zu liefern.

Die Erfindung ist somit sehr wirtschaftlich und mechanisch relativ einfach im Vergleich zu früheren Pumpen oder Pumpvorrichtungen für Lebensmittelprodukte, und die erfindungsgemäße Pumpe ist für einen langen kontinuierlichen Betrieb außerordentlich zuverlässig.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung beschrieben:

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht eines Ausgabesystems für Getränkesirup.

Fig. 2 ist eine'Querschnittsansicht, die die Kolben auf ihrer gemeinsamen Achse angeordnet und den Mechanismus des Steuerventils zeigt, der die Einwirkung von Druckgas auf die Kolben steuert.

Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht, die den Pumpenkörper, die Zylindergehäuse und die Einlaß- und Auslaßöffnungen für das Fluid zeigt.

Fig. 4 ist eine Querschnittsansicht nach der Linie 4-4 von Fig. 3-

Fig. 5 veranschaulicht Einzelheiten des in Fig. 2 gezeigten Ventilmechanismus.

Fig. 6 ist eine perspektivische Ansicht, die eine in dem Ventilmechanismus von Fig. 5 enthaltene Feder veranschaulicht.

Fig. 7a bis 7c veranschaulichen Stellungen eines Ventilkörpers und die Ausbildung der Ventilfeder während des Betriebs der Pumpe nach den Fig. 1 bis 5·

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausgabesystems 1 für einen Getränkesirup mit einem Sirupvorratsbehälter 2, der über eine Leitung 3 mit einem Luftabscheider 4 verbunden ist. Nach dem Strömen durch das Filter des Luftabscheiders 4 geht der Sirup durch eine Leitung 5 zu einer fluidgetriebenen Pumpe 10. Die Pumpe 10 drückt den Sirup durch eine Leitung 7, die in einer Düse 8 zum wahlweisen Ausgeben des Sirups in einen Behälter 9 endet.

Unter Bezugnahme auf die Pig. 2 und 3 weist die erfindungsgemäße fluidbetätigte Pumpe 10 ein Pumpengehäuse 12, ein erstes Zylindergehäuse 14 und ein zweites Zylindergehäuse 16 auf, die an entgegengesetzten Seiten des Pumpengehäuses 12 durch irgendwelche geeigneten Mittel, wie eine Vielzahl von zusammenpassenden Muttern 19 und Bolzen 20 befestigt sind. Die Zylindergehäuse 14 und 16 enthalten einen Zylinder 17 und einen Zylinder Das Pumpengehäuse 12 weist eine Pluideinlaßöffnung 22 und eine Pluidauslaßöffnung 24 auf. Die Pluideinlaßöffnung 22 steht in Strömungsverbindung mit beiden Zylindern 17 und 18 über einen Einlaßkanal 26, und die Pluidauslaßöffnung 24 steht in Strömungsverbindung mit beiden Zylindern 17 und 18 durch einen Auslaßkanal 28.

Das Pumpengehäuse 12 kann vorteilhafterweise so ausgebildet sein, daß es ein Paar von Gehäuseabscrhnitten 12a und 12b zur Erleichterung der Herstellung und des Zusammenbaus der Gehäuseteile sowie zur Bequemlichkeit bei der Prüfung, Reinigung und Wartung aufweist. Die Gehäuseabschnitte 12a und 12b weisen Kanäle, wie die Kanäle 29 in Pig. 3 und 4 auf, durch die sich die Bolzen 20 erstrecken, wenn die Pumpe 10 vollständig zusammengebaut ist. Eine Dichtung 31 ist zwischen den Gehäuseabschnitten 12a und 12b angeordnet, wie in Fig. 2 und 3 gezeigt, um eine Abdichtung zu erzielen.

Ein Kolben 30 ist für eine hin- und hergehende Bewegung in dem Zylinder 17 und in einem Hohlraum 32 in dem Ende des Pumpengehäuses 12 in axialer Ausrichtung mit dem Zylinder 17 angeordnet. Ein Kolben 34 ist für eine hin- und hergehende Bewegung in dem Zylinder 18 und in einem Hohlraum 36 in dem anderen Ende des Pumpengehäuses 12 in axialer Ausrichtung mit dem Zylinder 18 angeordnet. Eine Kolbenstange 38 verbindet die Kolben 30 und miteinander, so daß sie sich immer als eine Einheit gemeinsam bewegen. Der Kolben 30 ist an seiner äußeren Grenze seines Bewegungsbereichs von dem Pumpengehäuse 12 entfernt dargestellt, und der Kolben 34 ist somit an der inneren Grenze seines Bewe-

gungsbereichs auf das Pumpengehäuse 12 zu gezeigt.

Wenn sich der Kolben 34 zu der inneren in Fig. 2 gezeigten Stellung hin bewegt, tritt Fluid durch die Einlaßöffnung 22 ein und fließt durch den Einlaßkanal 26" in den Zylinder 18. Zur gleichen Zeit treibt der Kolben 30 Fluid aus dem Zylinder 17 in den Auslaßkanal 28 und durch die Auslaßöffnung 24.

Eine rollende ,Membran 40 ist zwischen dem inneren Ende 42 des Kolbens 30 und dem Pumpengehäuseteil 12a angeordnet. Eine äußere Kante 44 der rollenden Membran 40 ist durch die Bolzen 20 zwischen dem Zylinder 14 und dem Pumpengehäuse 12 festgelegt Ein Membranhalter 46 und eine Haltescheibe 48 halten die rollende Membran 40 in ihrer Stellung gegen das Ende 42 des Kolbens 30. Die rollende Membran 40 bewegt sich mit dem Ende 42 des Kolbens 30, wenn der Kolben 30 in bezug auf das Pumpengehäuse 12 hin-und hergeht. Eine rollende Membran 52» die im wesentlichen identisch mit der rollenden Membran 40 ist, ist zwischen dem inneren Ende 54 des Kolbens 34 und dem Pumpengehäuseteil 12b befestigt. Ein Membranhalter 56 und eine Haltescheibe 58 halten die rollende Membran 52 in ihrer Lage. Die rollenden Membranen 40 und 52 verhindern eine Fluidströmung zwischen dem Hohlraum 32 und dem Zylinder 17 und zwischen dem Hohlraum 36 und dem Zylinder l8.

Das Pumpengehäuse 12 weist eine Wand 60 an einem Ende und eine im wesentlichen identische Wand 62 an dem anderen Ende auf. Die Wände 60 und 62 trennen die Hohlräume 32 und 34 voneinander und von dem Inneren des Pumpengehäuses 12. Die Kolbenstange 38 geht durch ein Paar von miteinander ausgerichteten Durchgangsöffnungen 64 und 66 in den Wänden 60 und 62 hindurch. Ein 0-Ring 68 bildet eine Dichtung zwischen der Wand der Durchgangsöffnung 64 und der Kolbenstange 38, um ein Lecken zu verhindern. Ein 0-Ring 70, der im wesentlichen identisch mit dem 0-Ring 68 ist, bildet eine Dichtung zwischen der Wand der Durchgangsöffnung 66 und der Kolbenstange 38.

- i4 -

Ein Lufteinlaßrohr 8O erstreckt sich von dem Pumpengehäuse weg. Das Lufteinlaßrohr 80 ist mit einer nicht dargestellten Quelle eines unter Druck stehenden Fluids, vorzugsweise eines Gases, wie Luft oder Kohlendioxyd verbunden, wenn die Pumpe in Betrieb ist. Das unter Druck stehende Fluid wird verwendet, um eine hin- und hergehende Bewegung der Kolben 30 und 34 in der unten beschriebenen Weise zu verursachen. Nachdem es zum Antrieb der Kolben 30 und 34 verbraucht ist, verläßt das Gas das Pumpengehäuse 12 durch eine Luftauslaßleitung oder einen Luftauslaßschlauch 96·

Wie die Fig. 2 und 5 zeigen, ist eine Steuerventilanordnung 98 in dem Pumpengehäuse 12 angebracht, um die Anwendung des Hochdruckgases auf die Hohlräume 32 und 36 zu steuern und Kräfte zur Hin- und Herbewegung der Kolben 30 und 34 innerhalb der Zylinder 17 und l8 zu liefern. Ein Ventilschaft 100 ist in einem Paar von axial zueinander ausgerichteten Durchgängen 102 und 104 in den Wänden 60 und 62 angeordnet. Ein 0-Ring 106 bildet eine Dichtung zwischen dem Ventilschaft 100 und der Wand 60. In gleicher Weise bildet ein 0-Ring IO8 eine Dichtung zwischen dem Ventilschaft 100 und der Wand 62.

Die Steuerventilanordnung 98 weist ferner einen Ventilkörper 110 auf, der auf dem Ventilschaft 100 angeordnet ist, in welchem ein zentraler Durchgang 112 vorgesehen ist. Ein Paar von mit gegenseitigem Abstand angeordneten 0-Ringen 114 und 116 bildet Dichtungen zwischen dem Ventilkörper 110 und dem Ventilschaft 100, wobei es dem Ventilkörper 110 und dem Ventilschaft 100 gestattet ist, relativ zueinander gleiten zu können. Der Ventilkörper 110 weist einen Entlüftungsauslaß II8 zwischen den 0-Ringen 114 und II6 auf, der mit dem Auslaßschlauch 96 verbunden ist.

Der Ventilschaft 100 weist einen ersten axialen Durchgangskanal 120 auf, der in Fluidverbindung mit dem Hohlraum 32 steht, wenn der Kolben 30 einen Abstand von der Wand 60 aufweist.

Der Durchgangskanal 120 endet nahe einem zentralen Abschnitt 122 des Ventilschafts 100. Ein zweiter axialer Durchgangskanal 124 erstreckt sich durch den Ventilschaft 100, um in Fluidverbindung mit dem Hohlraum 36 zu stehen, wenn der Kolben 34 einen Abstand von der Wand 62 aufweist. Der Durchgangskanal 124 endet auch an dem zentralen Abschnitt 122 des Ventilschafts 100, so daß die Durchgangskanäle 120 und 124 nicht in Fluidverbindung miteinander stehen.

Der Ventilschaft 100 weist ein Paar von Seiteneinlässen 126 und 128 auf, die in Pluidverbindung mit den Durchgangskanälen 120 und 124 stehen. Der Seiteneinlaß 126 ist in Ausrichtung auf den Entlüftungsauslaß 118 gezeigt, so daß Druckgas in dem Hohlraum 32 durch den Durchgangskanal 120, den Seiteneinlaß 126, den Entlüftungsauslaß 118 und den Luftauslaßschlauch 96 auf Umgebungsdruck abgelassen wird.

Während der Seiteneinlaß 126 mit dem Entlüftungsauslaß 118 ausgerichtet ist, steht der Seiteneinlaß 128 in Pluidverbindung mit dem Hochdruckgas innerhalb des Pumpengehäuses 12. Der Zylinder 18 füllt sich mit einem Produkt, das aus der Fluidauslaßöffnung 24 herausgepumpt werden soll. Nachdem der Hohlraum 32 bis auf einen vorbestimmten Druck entlüftet ist und der Druck gegen den Kolben 34 einen Wert erreicht hat, der höher ist als der Druck in dem Hohlraum 32, beginnen die Kolben 30 und 34* sich in der Darstellung gemäß Pig. 2 nach rechts zu bewegen. Wenn sich der Kolben 30 gegen den Ventilschaft 100 bewegt, bewegt sich der Ventilschaft 100 innerhalb des Pumpengehäuses 12, um den Entlüftungsauslaß 118 mit dem Seiteneinlaß 128 auszurichten. Der Ventilkörper 110 bewegt sich anfänglich mit dem Ventilschaft 100 gegen eine Vorspannkraft, die vorzugsweise durch ein Paar von Ventilfedern 130 und 131 aufgebracht wird, die am besten in Fig. 6 dargestellt sind. Fig. 2 zeigt den Ventilkörper 100 in einer Extremstellung seines Bewegungsbereichs in dem Ventilkörper 110. Ein Anschlag 132 begrenzt die Bewegung des Ventilkörpers 100 nach links, und ein Anschlag 134 begrenzt die

Bewegung des Ventilkörpers 110 nach rechts, wie es in Fig. 2 gezeigt ist. Die Ventilfedern 130 und 131 spannen den Ventilkörper 110 gegen einen der Anschläge 132 oder 134, bis der Ventilschaft 100 sich über die zentrale Lage hinaus bewegt, in welchem Augenblick die Spannung der Ventilfedern 130 und 131 schnell ihre Richtung ändert, um den Ventilkörper in bezug auf den Ventilschaft 100 voll in entgegengesetzter Richtung zu bewegen.

Nachdem das Produkt aus dem Zylinder 17 abgepumpt ist, bewegt der Kolben 34 den Ventilschaft 100 aus dem Hohlraum 36 heraus. Der Seiteneinlaß 128 wird mit dem Entlüftungsauslaß 118 ausgerichtet, um den Druck in dem Hohlraum, wie dem Hohlraum 36, in der Art zu entlasten, wie es oben in bezug auf den Hohlraum 32 beschrieben wurde. Nun tritt Produkt in den Zylinder 14 ein, und der Hohlraum 3 2 wird wieder unter Druck gesetzt. Die Kolben 30 und 34 bewegen sich nach links in die in Fig. 2 gezeigte Stellung. Die oben beschriebenen Schritte wiederholen sich kontinuierlich, während Druckgas dem Lufteinlaßrohr 80 zugeführt wird und Produkt der Fluideinlaßöffnung 22 zugeführt wird.

Wie Fig. 3 zeigt, weist der Fluideinlaßkanal 26 ein Paar Einlaßkontrollventile 135 ^un<i 136 auf, und der Fluidauslaßkanal 28 weist ein Paar von Auslaßkontrollventilen 138 und 140 auf. Das Einlaßkontrollventil 135 gestattet es dem Produkt, in den Zylinder 17 zu fließen, wenn der Kolben 30 seinen Ansaughub durchführt oder sich gemäß Fig. 2 nach rechts bewegt. Das Einlaßkontrollventil 136 übt eine ähnliche Funktion für den Zylinder 18 aus, wenn sich der Kolben 34 nach links bewegt. Wenn sich der Kolben 30 während des Ausstoßhubes von dem Pumpengehäuse 12 weg bewegt, schließt sich das Einlaßkontrollventil 135, und das Auslaßkontrollventil 138 öffnet sich, um eine Produktströmung aus dem Zylinder 17 in den Auslaßkanal 28 zu gestatten. Das Auslaßkontrollventil 138 schließt sich während des Ausstoßhubs des Kolbens 34, um eine Rückströmung des Produkts aus dem Auslaßkanal 28 in den Zylinder 17 zu verhindern. In ähnlicher

Weise sehließt sich das Einlaßkontrollventil 136, und das Auslaßkontrollventil l4O öffnet sich während des Ausstoßhubs des Kolbens 34. Das Auslaßkontrollventil l4O schließt sieh während des Ansaughubs des Kolbens 34 oder des Ausstoßhubs des Kolbens 30, um eine Rückströmung von Produkt aus dem Auslaßkanal 28 in den Zylinder 16 zu verhindern. Ein Paar von Zylinderabdekkungen 142 und 144 sind an den Zylindergehäusen 14 und 16 angeordnet, um die Ventile 135, 138 sowie 136 und 140 einzuschließen. Geeignete, nicht gezeigte Bolzen befestigen die Zylinderabdekkungen 142 und 144 an den Zylindergehäusen 14 und 16. Die Zylinderabdeckungen isolieren die Ventile 135j 136, 138 und 140 gegenüber der Umgebungsatmosphäre, um einen sauberen Betrieb der Pumpe 10 zu gewährleisten. Die Zylinderabdeckungen 142, 144 können leicht entfernt werden, wenn es für eine Inspektion, Reinigung oder Reparatur der Pumpe 10 erforderlich ist.

Pig. 6 und 7a bis 7c veranschaulichen Einzelheiten der Konstruktion der Ventilfedern 130 und 131, die ein Paar Enden 150 bzw. 152 haben, die innerhalb des Pumpengehäuses 12 durch ein entsprechendes Paar von Schrauben 154, 15 S befestigt sind. Die Ventilfedern 130, 131 sind vorzugsweise serpentinenartig ausgebildet, wie in Fig. 6 gezeigt, wobei eine Schleife oder Biegung 158 der Ventilfeder I30 in einem Schlitz I60 in dem Ventilkörper 110 eingreift. Die Feder 131 hat eine Schleife oder Biegung l6l, die in einen Schlitz 162 in dem Ventilkörper 110 eingreift. Fig. 7a veranschaulicht die Form der Schleife 158 während der Vorspannungswirkung der Ventilfedern 130 und 131» wenn sich der Ventilschaft 100 in der in Fig. 2 gezeigten Stellung befindet. Die Schrauben 154 und 156 halten die Ventilfedern 130, 131 im zusammengedrückten Zustand, so daß, wenn der Ventilschaft 100 über die Mittelstellung hinaus durch den Kolben 34 nach links gedrückt wird, die Ventilfedern 130, 131 den Ventilkörper 110 gegen den Anschlag 132 drücken oder vorspannen. Wenn sich der Ventilschaft 100 nach rechts aufgrund einer durch den Kolben 30 ausgeübten Kraft bexiregt, drückt der Anschlag 132 den Ventilkörper 110 zur Mitte des Pumpengehäuses 12 hin, wodurch die Ventilfedern 13O₃ 131 weiter zusammengedrückt

werden. Pig. 7b zeigt die Ventilfedern 13.0,. 131 bei der maximalen Kompression, wenn die Schleifen oder Biegungen 158, 16.I₇ bei einer Ansicht von ihrer Seitenkante her, im wesentlichen gerade sind. Die Ventilfedern 130, 13I sind in ihrer Mittelstellung gemäß Fig. 7 instabil wegen der im zusammengedrückten Zustand darin gespeicherten Energie.

Das Bewegungsmoment des Ventilkörpers 110 trägt diesen über die Mittelstellung der Ventilfedern 130, I3I hinaus, die dann ihre Vorspannrichtungen umkehren, so daß die Schleifen oder Biegungen 158, I6I die in Fig. 7c gezeigte Form annehmen, um den Ventilkörper 110 schnell gegen den Anschlag 134 zu bewegen, wodurch der Einlaß 126 in Fluidverbindung mit dem unter Druck stehenden Antrieb.sfluid- gelangt und der Hohlraum 36 durch den axialen Durchgangskanal 124, den Einlaß 128, den Entlüftungsauslaß 118 und das Auslaßrohr 96 entlüftet wird. Das Entlüftungsrohr 96,. das aus einem elastomeren Material hergestellt ist, bewegt sich mit dem Entlüftungsauslaß 118, wenn sich der Ventilkörper 110 in dem Pumpengehäuse 12 zwischen den Anschlägen 132 und 134 hin- und herbewegt.

Die Pumpe 10 weist einen Druckregulator l64 auf, der die Strömung des Druckgases zu dem Einlaß 80 unterbricht, wenn irgendeine Unterbrechung in der Strömung des Produkts zu der Einlaßöffnung 22 auftritt. Die Pumpe 10 weist weiter einen Regulator I66 zum Unterbrechen der Strömung des unter Druck stehenden Fluids zu dem Einlaß 80 auf, wenn der Druck des Antriebsfluids nicht innerhalb bestimmter Grenzen liegt, und zwar in Abhängigkeit von der gewünschten Pumpgeschwindigkeit. Daher schalten die Druckregulatoren 164 und I6.6 die Pumpe 10 ab, wenn irgendwelche Druckunregelmäßigkeiten entweder in dem Produkt oder in dem Antriebsfluid auftreten, die der Pumpe 10 zugeführt werden.

Nach der Beschreibung der Konstruktion der Pumpe 10 soll nun deren Betriebsweise im einzelnen beschrieben werden.

Ein unter Druck stehendes Antriebsfluid wird durch den Einlaß 80 in das Pumpengehäuse 12 eingeführt. Das unter Druck stehende Antriebsfluid füllt den inneren Hohlraum 8-1. des Pumpengehäuses 12 und umgibt den Ventilschaft 100. Wenn der Ventilkörper 110 an dem Anschlag 132 anliegt, tritt das unter Druck stehende Antriebsfluid durch den Seiteneinlaß 128 und den axialen Durchgangskanal 124 in den Hohlraum 36 ein. Während unter Druck stehendes Antriebsfluid dem Hohlraum 36 zugeführt wird, füllt sich der Zylinder 18 mit Produkt, der Kolben 30 drückt Produkt aus dem Zylinder 17 heraus, und der Hohlraum 32 entleert sich auf Umgebungsdruck durch den axialen Durchgangskanal 120, den Seiteneinlaß 126 und den Entlüftungsauslaß 118.

Sobald der Druck in dem Hohlraum 36 den Druck in dem Hohlraum 32 übersteigt, beginnt sich der Kolben 34 nach rechts zu bewegen, um Produkt aus dem Zylinder 18 herauszutreiben. Sobald sich der Kolben 30 bis auf den Abstand D bewegt hat, berührt er das Ende des Ventilschafts 100 und drückt diesen in das Pumpengehäuse 12. Der Ventilkörper 110 bewegt sich mit dem Ventilschaft 100/ bis der Ventilschaft 100 seinen maximalen Hub D zurückgelegt hat, wodurch die Ventilfedern 130, 131 in ihre instabile Mittellage gelangen. Der Ventilkörper 110 setzt seine Bewegung relativ zu dem Ventilschaft 100 fort, und sobald der Ventilkörper 110 die Mittelstellung der Ventilfedern 130, 131 passiert, bewegt die Vorspannung der Ventilfedern 130, 131 den Ventilkörper 110 schnell gegen den Anschlag 134.

Wenn sich der Ventilkörper 110 an dem Anschlag 134 befindet, steht der Hohlraum 32 in Verbindung mit dem unter Druck stehenden Antriebsfluid in dem Gehäusehohlraum 8l, während sich der Hohlraum 36 auf Umgebungsdruck entlüftet. Der Zylinder 17 beginnt, sich mit Produkt zu füllen, während der Zylinder 18 entleert wird. Sobald der Druck in dem Hohlraum 32 denjenigen in dem Hohlraum 36 übersteigt, wiederholt sich der Vorgang und setzt sich solange fort, wie unter Druck stehendes Antriebsfluid und Produkt der Pumpe 10 zugeführt werden.

Die Vorspannfedern 130, 131 sind zwischen dem Ventilkörper und dem Pumpengehäuse 12 angeordnet statt an den Kolben 30 und 34 oder an der Kolbenstange 38, die somit keinen Einfluß auf die Ventilanordnung 98 haben, wenn nicht einer der Kolben 30, 34 in Berührung mit dem Ventilschaft 100 ist. Da der Ventilkörper 110 unabhängig von der Kolbenstange 38 bei jeder Hubstellung der letzteren beweglich ist, ist es möglich, den Hub des Ventilkörpers 110 und des Ventilschafts 100 kürzer zu halten als den Hub der Kolben 30 und 3^, wodurch sich höhere Pumpraten (Geschwindigkeiten und/oder Menge) erzielen lassen als mit gewöhnlichen Pumpen, in denen die Kolben oder die Kolbenstangen den Ventilmechanismus direkt betätigen.

Claims

HELMUT SCHROiI ER ^: ICLAL¹S L.EHMANN

DI PL.-PH YS. Dl PL.-I N G.

PATENTANWÄLTE - EUROPEAN PATENT ATTORNEYS

FLOJET Corporation st-du-11

L/Be 13. Mai 1985

Fluidbetriebene Pumpe

Patentansprüche

1. Pluidbetriebene Pumpe, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

-Ein Gehäuse (12) mit einem ersten Hohlraum (32) und einem * zweiten Hohlraum (36),

- eine gleitend innerhalb des Gehäuses (12) angeordnete Kolbenstange (38),

- ein erster, an einem ersten Ende der Kolbenstange (38) angeordneter Kolben (30), -

- ein zweiter, an einem zweiten Ende der Kolbenstange (38) angeordneter Kolben (3¹O, wobei der erste und der zweite Kolben (3O₃ 34) über Einlaß- und Auslaßhübe innerhalb des ersten und des zweiten Hohlraums (32, 36) hin- und herbewegbar sind, um ein Produkt in diese und aus diesen Hohlräumen zu pumpen,

- eine Einrichtung (80, 100, 126, 128, 120, 124) zum Zuführen eines unter Druck stehenden Fluids zu dem ersten und dem zweiten Hohlraum (32, 36),

- eine Ventilanordnung (98) mit einem Ventilschaft (100), der während Teilen der Einlaßhübe durch die Kolben (30, 34) betätigt ist, um abwechselnd den ersten und den zweiten Hohlraum (32, 36) zu belüften und unter Druck zu setzen.

KLAUS LEHMANN * LI POWSK YSTRASSE 10 HELMUT SCHROETER · BOCKSCASSE 49 -Jf

TELEFON: 089-725 20 71 ■ D-8000 MÜNCHEN 70 TEL. 07171-56 90 ■ D-7070 SCHWAB, CMUND /C

Telex: 5 212 248 pawc d Deutsche Bank AG München 70/37369 (BLZ 70070010) Postscheckkonto München 167941-804 '|

Telefax via World Facsimile Service Munich: Gr. 2 + 3: -89-271 60 63; Gr. 6000; - 89-272 0481; Operacor: - 89-271 56 68 1.

Fluidbetriebene Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (12) einen Produkteinlaß (22), einen Produkteinlaßkanal (26), einen ersten Zylinder (17) und einen zweiten Zylinder (18) aufweist, die in Fluidverbindung mit dem Produkteinlaßkanal (26) während der Einlaßhübe des ersten und des zweiten Kolbens (30, 34) stehen, und daß ein Produktauslaß (24) vorgesehen ist, der in Pluidverbindung mit dem ersten und dem zweiten Zylinder (17, 18) während der Ausstoßhübe des ersten und des zweiten Kolbens (30, 34) steht, wobei jeder Zylinder (17, 18) abwechselnd während der Hin- und Herbewegung der Kolben (30, 34) in dem Gehäuse (12) mit Produkt beliefert wird und Produkt ausstößt.

Fluidbetriebene Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilschaft (100) gleitfähig in dem Gehäuse (12) gelagert ist, und daß der Ventilschaft (100) einen ersten Durchgangskanal (120) und einen zweiten Durchgangskanal (124) aufweist, um abwechselnd den ersten und den zweiten Hohlraum (32, 36) in Verbindung mit dem unter Druck stehenden Fluid und dem Umgebungsluftdruck zu bringen.

Fluidbetriebene Pumpe nach Anspruch 3, dadurch g.e k e η η zeichnet, daß ein Ventilkörper (110) innerhalb des Gehäuses (12) gleitend gelagert ist, um wahlweise den ersten und den zweiten Durchgangskanal (120, 124) in Verbindung mit dem unter Druck stehenden Fluid und der Umgebungsatmosphäre zu bringen, und daß eine Einrichtung zum Vorspannen (130, 131) des Ventilkörpers (110) gegen den zu entlüftenden Hohlraum (32, 36) vorgesehen ist, die ihre Vorspannungsrichtung umkehrt, wenn der Ventilschaft (100) sich über einen Hub bewegt, dessen Länge kleiner ist als die Entfernung, über die die Kolben (30, 34) sich während ihrer Einlaß- und Auslaßhübe bewegen«

5. Pluidbetriebene Pumpe nach Anspruch 4, dadurch g e k e η η ζ eic h η e t, daß der Ventilschaft mit den ersten und zweiten Kolben (30, J>k) über eine bestimmte Entfernung (D) bewegbar ist, um den Ventilkörper (110) um die bestimmte Entfernung (D) von dem zu entlüftenden Hohlraum (32, 36) weg zu bewegen, und daß die Vorspanneinrichtung (130, 131) die Vorspannrichtung umkehrt, nachdem der Ventilkörper (110) sich über die bestimmte Entfernung bewegt hat, um den zuvor entlüfteten Hohlraum (32, 36) in Verbindung mit dem unter Druck stehenden Fluid zu bringen und den zuvor in Verbindung mit dem unter Druck stehenden Fluid befindlichen Hohlraum zu entlüften.

6. Fluidbetriebene Pumpe gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

- ein Pumpengehäuse (12) mit einem ersten Kohlraum (32), /> einem ersten Zylinder (17), einem zweiten Hohlraum (36) > und einem zweiten Zylinder (18),

- eine innerhalb des Pumpengehäuses (12) gleitend gelagerte Kolbenstange (38),

- ein erster, an einem ersten Ende der Kolbenstange (38) angeordneter Kolben (30) für eine hin- und hergehende Bewegung innerhalb des ersten Hohlraums (32) und des ersten Zylinders (17) für einen Einlaßhub, in welchem Produkt in den ersten Zylinder (17) eingezogen wird, und für einen Auslaßhub, in welchem das Produkt aus dem ersten Zylinder (17) herausgepumpt wird,

- einen zweiten, an einem zweiten Ende der Kolbenstange (38) angeordneten Kolben (3¹O für eine hin- und hergehende Bewegung in dem zweiten Hohlraum .(36) und dem zweiten Zylinder (l8) für einen Auslaßhub, während sich der erste Kolben (30) über seinen Einlaßhub bewegt, und für einen Einlaßhub, während sich der erste Kolben (30) über seinen Auslaßhub bewegt, um Fluid in den und aus dem zweiten

Zylinder zu pumpen, ,

- ein gleitfähig in dem Pumpengehäuse (.12) gelagerter Ventilschaft (100), der eine erste Leitung (126, 120) aufweist, um wahlweise den ersten Hohlraum (32) zu entlüften oder den ersten Hohlraum (32) in Verbindung mit einem unter Druck stehenden Fluid zu bringen, und der eine zweite Leitung (128,. 124) aufweist, um wahlweise den zweiten Hohlraum (36) zu entlüften oder den zweiten Hohlraum (36) in Verbindung mit dem unter Druck stehenden Fluid zu bringen, wobei der Ventilschaft (100) sich über eine ausgewählte Entfernung (D) in Abhängigkeit von der Bewegung der ersten und zweiten Kolben (30, 3*0 während deren Einlaßhüben bewegt,

- eine auf die Bewegung des Ventilschafts (100) über die ausgewählte Entfernung (D) ansprechende Einrichtung (110, 120, 124, 126, 128, 118, 96) zum abwechselnden Belüften und Unter-Drucksetzen des ersten und des zweiten Hohlraums (32, 36), um abwechselnd das Produkt in den ersten und den zweiten Hohlraum einzusaugen und aus diesem abzupumpen.

Fluidbetriebene Pumpe nach Anspruch 6, dadurch ge kenn ze i chne t, daß ein innerhalb des Gehäuses (12) gleitfähig angeordneter Ventilkörper (110) zwischen einem ersten Anschlag (132) benachbart dem ersten Hohlraum (32) und einem zweiten Anschlag (134) benachbart dem zweiten Hohlraum (36) verschiebbar ist, daß der Ventilkörper (110) den ersten Hohlraum (32) durch die erste Leitung (120) entlüftet, während er den zweiten Hohlraum (36) in Fluidverbindung mit dem unter Druck stehenden Fluid durch die zweite Leitung (124) bringt, und daß Mittel zum Vorspannen (130, 131) des Ventilkörpers (110) gegen den Anschlag (132) vorgesehen sind, der dem zu entlüftenden Hohlraum (32) entspricht, daß der Ventilkörper (110) sich über eine ausgewählte Entfernung (D) zusammen mit dem Ventilschaft (100) bewegt, und daß die Vorspannmittel (130, I31) die Vorspannrichtung ändern, nachdem der Ventilschaft (100) sich über

die bestimmte Entfernung bewegt hat, um den Ventilkörper (110) auf den anderen Anschlag (134) zu zu bewegen, wodurch der erste und der zweite Hohlraum (32, 36) abwechselnd unter Druck gesetzt und entlüftet werden.

8. Verfahren zum Steuern des hin- und hergehenden Betriebs eines Paares von Pumpenkolben bei deren Ansaug- und Ausstoßhüben zum Pumpen eines Produktes zu und von einem Paar zugehöriger Zylinder, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

- (a) Zuführen des Produkts zu dem ersten Zylinder (17)

während des Einlaßhubs des ersten Kolbens (30),

- (b) Entlüften eines ersten Hohlraums (32), während sich

der erste Kolben (30) bei seinem Einlaßhub in den ersten Hohlraum (32) hinein bewegt,

- (c) Einschieben eines Ventilschafts (100) um eine vorbestimmte Entfernung (D) in ein Pumpengehäuse (12) während eines Teils des Einlaßhubs des ersten Kolbens (30),

- (d) Inverbindungbringen eines zweiten Hohlraums (36)

mit einem unter Druck stehenden Fluid zum Aufbringen einer Pumpkraft zur Bewegung des zweiten Kolbens (34) über einen Auslaßhub, um das Produkt aus dem zweiten Zylinder (18) durch einen Auslaß (24) abzupumpen,

- (e) Entlüften des zweiten Hohlraums (36) und Unterdrucksetzen des ersten Hohlraums (32), nachdem der Ventilschaft (100) sich über die vorbestimmte Entferung (D) bewegt hat, um den zweiten Kolben (34) zu veranlassen, sich über einen Einlaßhub zu bewegen, und den ersten Kolben zu veranlassen, sich über einen Auslaßhub zu bewegen, und

- (f) periodische oder zyklische Miederholung der Schritte

(.a) bis (e).

-D-

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ventilkörper (110) gegen den zu entlüftenden Hohlraum (32) vorgespannt wird, um den z?u entlüftenden Hohlraum (.32) in Fluidverbindung mit dem Umgebungsdruck zu bringen, während der andere Hohlraum (36) in Verbindung mit einer Quelle von unter Druck stehendem Fluid gebracht wird, daß der Ventilkörper (110) zusammen mit dem Ventilschaft (100) bewegt wird, wenn der Ventilschaft (100) in das Gehäuse (12) hineingeschoben wird, und daß die Vorspannrichtung an dem Ventilkörper (110) umgekehrt wird, sobald sich der Ventilkörper (110) über eine mittlere Stellung hinausbewegt.