DE3542926A1 - Pumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Pumpe mit axial beweglichem Pumpelement, insbesondere Membranpumpe bei der ein von einem Triebwerk mittels einer Betäti­ gungsstange in einer Zylinderbohrung hin- und her angetriebener Verdrängerkolben aus seinem Hubraum bei jedem Druckhub Druckflüssigkeit in einem von dem Pumpelement begrenzten Arbeitsraum fördert und ein Flüssigkeitsbehälter vorgesehen ist, der mittels eines Ventils zumindest am Ende des Saughubs mit dem Hubraum in Verbindung steht.

Bei einer bekannten Membranpumpe dieser Art (DE-AS 16 53 586) ist der Verdrängerkolben über eine Schraub­ kupplung fest mit der Betätigungsstange verbunden. Die Membran ist nicht als Flachmembran sondern als Faltenbalg ausgebildet. Mit Hilfe eines solchen Verdrängerkolbens lassen sich verhältnismäßig hohe Förderdrücke erzielen, weil das Triebwerk nicht direkt auf die Membran wirkt und z.B. bei einem Kolbentriebwerk unterschiedlich große Wirkflächen von Verdrängerkolben und Antriebskolben gewählt werden können. Das die Verbindung zum Flüssigkeitsbe­ hälter herstellende Ventil ist ein Schieberventil, das eine am Ende des Saughubs aus der Zylinderbohrung austretende Steueröffnung in der Umfangswand des Verdrängerkolbens aufweist. Bei einer solchen Lage­ steuerung kann am Ende des Saughubs ein Flüssigkeits­ ausgleich erfolgen. Bei Flüssigkeitsmangel im Hubraum wird Flüssigkeit aus dem Behälter nachgefüllt; bei Flüssigkeitsüberschuß wird Flüssigkeit in den Behälter abgegeben. Da die Abdichtung der Ventil-Steueröffnung nur zwischen den Umfangsflächen von Kolben und Zylin­ derbohrung erfolgt, ist eine sehr enge und daher teuere Passung erforderlich. Trotzdem sind zumindest im Anfangsabschnitt des Druckhubes über die Steueröff­ nung gehende Leckagen zu befürchten, durch die der Förderhub der Membran vermindert und ein Halten des Drucks im Stillstand der Pumpe unmöglich gemacht wird. Im Extremfall ist der Leckverlust so groß, daß kein Anfahren mehr möglich ist.

Statt dieses Schieberventils kann zum Ausgleich bei Druckflüssigkeitsmangel auch ein in einen Verbin­ dungskanal zwischen Flüssigkeitsbehälter und Hubraum geschaltetes Nachfüllventil verwendet werden. Dies setzt aber die Erzeugung eines Unterdrucks im Hubraum und die Einstellung des Nachfüllventils auf einen bestimmten Unterdruck voraus. Außerdem ist zusätzlich ein Überdruckventil erforderlich, um einen Überschuß der Druckflüssigkeit abbauen zu können. Dies ergibt einen komplizierten Aufbau. Sodann sind Änderungen des Betriebsdrucks, wie sie beispielsweise für Farb­ spritzanlagen erforderlich sind und durch Verwendung eines pneumatischen Triebwerks, das mit regelbarem Luftdruck beschickt wird, verwirklicht werden, nicht möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Pumpe der eingangs beschriebenen Art anzugeben, bei der unter Beibehaltung eines für den Ausgleich sowohl bei Flüssigkeitsmangel als auch bei Flüssig­ keitsüberschuss im Arbeitsraum wirksamen Ventils die Leckverluste und die damit verbundenen Nachteile vermindert werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Verdrängerkolben mit einem Dichtring in der Zylinderbohrung abgedichtet und relativ zur Betätigungsstange um ein begrenztes Stück axial verschiebbar ist, daß der Antrieb des Verdrängerkol­ bens beim Druckhub durch Anlage einer Stirnfläche der Betätigungsstange an der dem Hubraum abgewandten Stirnfläche des Verdrängerkolbens und der Antrieb beim Saughub mittels zweier einander entgegengesetzt gerichteter Mitnahmeflächen an Betätigungsstange und Verdrängerkolben erfolgt und daß das Ventil zwischen den beim Druckhub aneinanderliegenden Stirn­ flächen von Betätigungsstange und Verdrängerkolben gebildet ist und über mindestens einen durch den Verdrängerkolben verlaufenden Längskanal und dem Hubraum verbunden ist.

Bei dieser Konstruktion kann der Arbeitsraum während des Druckhubes vollständig dicht abgeschlossen wer­ den. Dies bewirkt der Dichtring zwischen Verdränger­ kolben und Zylinderbohrung sowie das zwischen zwei Stirnflächen ausgebildete Sitzventil, das beim Druck­ hub im Kraftübertragungsweg liegt. Da beim Saughub das Ventil nicht mehr im Kraftübertragungsweg liegt, läßt sich während des Saughubs oder an dessen Ende ohne Schwierigkeiten die Ventilöffnung bewerkstelli­ gen. Da beim Druckhub keine oder praktisch keine Leckverluste auftreten, ist der volle Förderhub der Membran gewährleistet. Im Stillstand vermag die Pumpe den Druck zu halten. Da sich die Relativlage zwischen Pumpelement und Verdrängerkolben während des Stillstands nicht ändert, ist auch ein Anfahren aus jeder beliebigen Stellung möglich. Da das Ventil druckunabhängig arbeitet, sind keine Anpassungen an verschiedene Betriebsdrücke der Pumpe erforderlich. Hinzu kommt, daß der relativ zur Betätigungsstange bewegliche Verdrängerkolben einen Mittenversatz oder Winkeltoleranzen zwischen den Baugruppen auszu­ gleichen vermag, so daß eine symmetrische Belastung und einwandfreie Funktion gewährleistet ist.

Zweckmäßigerweise ist in einer der das Ventil bilden­ den Stirnflächen ein Dichtring vorgesehen. Damit ist ein dichter Abschluß des Ventils auch bei gerin­ geren Anpreßkräften gewährleistet.

Bei einer Ausführungsform durchsetzt ein Verlänge­ rungszapfen der Betätigungsstange den Längskanal des Verdrängerkolbens mit Spiel und trägt am freien Ende die Mitnahmefläche der Betätigungsstange. Dies ist günstig, weil die den Verlängerungszapfen aufneh­ mende Bohrung gleichzeitig als Verbindungskanal ausgenutzt wird.

Eine Alternative besteht darin, daß der Verdrängerkol­ ben einen in einen Hohlraum der Betätigungsstange sich erstreckenden Verlängerungszapfen aufweist, der am freien Ende die Mitnahmefläche des Verdränger­ kolbens trägt, während die Mitnahmefläche der Betäti­ gungsstange durch eine Stufe im Hohlraum nahe der Stirnfläche gebildet ist.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform liegen die Mitnahmeflächen nach einem vorgegebenen Totweg unmit­ telbar aneinander. Zu Beginn des Saughubes öffnet das Ventil. Es steht der gesamte Saughub für den Flüssigkeitsausgleich zur Verfügung.

In vielen Fällen ist es noch günstiger, daß zwischen die Mitnahmeflächen eine Feder geschaltet ist und daß ein Anschlag vorgesehen ist, der die Rückbewegung des Verdrängerkolbens beim Saughub stoppt, ehe die Betätigungsstange ihre Endlage erreicht. Auf diese Weise wird das Ventil während des Saughubes geschlos­ sen gehalten, bis der Verdrängerkolben auf den An­ schlag auftrifft. Das Ventil ist daher lediglich am Ende des Saughubes geöffnet. Während des Saughubes kann die Saugkraft des Verdrängerkolbens für die Rückbewegung des Pumpelements ausgenutzt werden.

Besondere Vorteile bietet es, wenn der Anschlag in Axialrichtung verstellbar ist. Man kann dann den wirksamen Hub des Verdrängerkolbens durch eine Verstellung des Anschlages unabhängig von dem Hub des Triebwerks einstellen. Auf diese Weise läßt sich die Fördermenge je Arbeitszyklus ändern.

In manchen Fällen ist es günstig, wenn das Pumpelement von einer Feder belastet ist, die das Pumpelement in die Endlage seines Saughubes zwingt. Auf diese Weise wird auch bei einem pneumatischen Antrieb gewährleistet, daß jeglicher Flüssigkeitsüberschuß über das Ventil entfernt wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand in der Zeich­ nung dargestellter, bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäß ausgebildete Pumpe, die als Pumpelement eine Membran aufweist, am Ende des Saughubes,

Fig. 2 die Pumpe der Fig. 1 am Ende des Druckhubes,

Fig. 3 einen Teillängsschnitt durch eine abgewandel­ te Ausführungsform,

Fig. 4 einen Teillängsschnitt durch eine weitere Ausführungsform und

Fig. 5 einen Teillängsschnitt durch eine vierte Ausführungsform.

Bei der Pumpe der Fig. 1 und 2 wird eine Pumpenkammer 1 zwischen einer als Pumpelement 2 dienenden, flachen Membran und einem Endstück 3, das auch ein Saugventil 4 und ein Druckventil 5 trägt, gebildet. Die Membran ist zwischen dem Endstück 3 und einem Gehäuse 6 eingespannt, in das eine Durchtrittskanäle 7 aufwei­ sende Stützplatte 8 für die Membran eingesetzt ist. Die Membran ist durch eine Feder 9, hier ein Teller­ federstapel, die sich zwischen der Stützplatte 8 und dem Kopf 10 eines mit der Membran verbundenen Zapfens 11 erstreckt, in Richtung auf die in Fig. 1 veranschaulichte Ruhestellung belastet.

Das Gehäuse 6 weist eine äußere Wand 12 und eine innere Wand 13 auf, die über eine Querwand 14 mit­ einander verbunden sind. Die innere Wand umschließt eine Zylinderbohrung 15. Das Gehäuse 6 ist durch eine Trennwand 16 abgeschlossen, so daß sich zwischen äußerer Wand 12 und innerer Wand 13 ein Flüssigkeits­ behälter 17 ergibt.

Zwischen der Trennwand 16 und einer weiteren Trenn­ wand 18 befindet sich ein pneumatisches Triebwerk 19 mit einem Zylinder 20 und einem Kolben 21, dessen Stirnflächen abwechselnd mit Druckluft, vorzugsweise im Druck geregelter Druckluft, beaufschlagt werden, so daß die mit dem Kolben 21 verbundene Betätigungs­ stange 22, die abgedichtet durch beide Trennwände 16 und 18 hindurchgeführt wird, in Richtung des Pfeiles 23 axial hin- und herbewegt wird.

Mit Hilfe der Betätigungsstange 22 wird ein Verdrän­ gerkolben 24, der am Umfang mit einem Dichtring 25 versehen ist, aus der in Fig. 1 veranschaulichten Stellung in die aus Fig. 2 ersichtliche Stellung und wieder zurück verlagert. Beim Druckhub wird Druckflüssigkeit aus dem Hubraum 26 in einen Ar­ beitsraum 27 zwischen Stützplatte 8 und Pumpelement 2 gefördert. Da der Verdrängerkolben 24 einen kleineren Durchmesser hat als der Kolben 21 des pneumatischen Axialkolbenmotors, lassen sich bei einer vorgegebenen Kraft des Motors verhältnismäßig hohe Drücke für die Pumpenförderung erzielen. Bei der Rückbewegung der Betätigungsstange 22 ergibt sich ein Unterdruck im Hubraum 26, so daß das Pumpelement unter dem Einfluß dieses Unterdrucks und der Feder 9 in die Ruhelage der Fig. 1 zurückkehrt.

Der Antrieb des Verdrängerkolbens 24 erfolgt beim Druckhub dadurch, daß eine Stirnfläche 28 der Betäti­ gungsstange 22 an der dem Hubraum 26 abgewandten Stirnfläche 29 des Verdrängerkolbens 24 anliegt. Der Antrieb beim Saughub erfolgt mittels zweier einander entgegengesetzt gerichteter Mitnahmeflächen 30 und 31, zwischen denen sich eine Feder 32 er­ streckt. Die Mitnahmefläche 30 ist am Kopf eines Verlängerungszapfens 33 angebracht, der in die Betäti­ gungsstange 22 eingeschraubt ist und einen Längskanal 34 des Verdrängerkolbens 24 mit Spiel durchsetzt. Die Mitnahmefläche 31 ist am Verdrängerkolben 24 ausgebildet. Zwischen den beim Druckhub aneinanderlie­ genden Stirnflächen 28 und 29 wird ein Ventil 35 gebildet. Zur besseren Abdichtung ist in die Stirnflä­ che 29 des Verdrängerkolbens 24 ein Dichtring 36 eingelegt.

An der Trennwand 16 befindet sich ein Einsatz 37, der stirnseitig mit einem Anschlag 38 versehen ist. Bei der Rückbewegung der Betätigungsstange 22 in die Lage der Fig. 1 kommt der Verdrängerkolben 24 an diesem Anschlag 38 zur Anlage. Bei der Weiterbewe­ gung der Betätigungsstange 22 wird das Ventil 35 geöffnet. Außerhalb dieser Ruhestellung, also prak­ tisch während des gesamten Druckhubes und Saughubes der Betätigungsstange 22 ist die aus Hubraum 26 und Arbeitsraum 27 gebildete Kammer dicht nach außen abgeschlossen, weil das Ventil 35 geschlossen ist und der Dichtring 25 keine merkliche Leckmenge hin­ durchläßt. In der Stellung der Fig. 1 dagegen steht der Flüssigkeitsbehälter 17 mit der genannten Kammer über das Ventil 35 in Verbindung. Bei einem Flüssig­ keitsmangel wird Flüssigkeit aus dem Behälter 17 in den Hubraum 26 geleitet; bei einem Flüssigkeits­ überschuß wird Flüssigkeit 26 aus dem Hubraum unter dem Einfluß des durch Federkraft zurückgeführten Pumpelements 2 in den Behälter 17 gedrückt.

Bei der Ausführungsform nach der Fig. 3 werden für entsprechende Teile um 100 erhöhte Bezugszeichen verwendet. Der wesentliche Unterschied zu den Fig. 1 und 2 besteht darin, daß die innere Wand 113 nicht fest mit der Querwand 114 sondern fest mit dem Ein­ satz 137 verbunden ist. Die Verbindung zur Querwand 114 erfolgt über ein Schraubgewinde 139. Zum Ver­ schrauben besitzt der Einsatz 137 einen Sechskant 140. An den relativ zueinander verstellbaren Flächen sind zusätzliche Dichtringe 141 und 142 vorgesehen.

Durch Verschrauben des Einsatzes 137 wird der Anschlag 138 axial verlagert. Hierdurch wird die Anfangsstel­ lung des Verdrängerkolbens 124 geändert. Der Verdrän­ gerkolben kann daher auf unterschiedliche Hubwerte eingestellt werden, obwohl die Betätigungsstange 122 immer denselben Hub vollführt. Die Feder 132 gleicht derartige Verstellungen aus. Unterschiedlicher Hub führt zu unterschiedlichen Fördermengen pro Hub bei der Membranpumpe.

Bei der Ausführungsform der Fig. 4 werden für entspre­ chende Teile um 200 erhöhte Bezugszeichen benutzt. Unterschiedlich ist im wesentlichen, daß die Mitnahme­ flächen 230 und 231 beim Saughub unmittelbar mitein­ ander zusammen wirken können. Das hat zur Folge, daß das Ventil 235 bereits zu Beginn des Saughubes öffnet, was dann von Interesse ist, wenn eine längere Zeit für den Ausgleich zwischen Hubraum und Flüssig­ keitsbehälter gewünscht wird.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 werden für ent­ sprechende Teile um 300 erhöhte Bezugszeichen be­ nutzt. Hier sind die Mitnahmeflächen 330 und 331 in einem Hohlraum 343 der Betätigungsstange 322 untergebracht. Demzufolge ist der Verlängerungszapfen 333 an dem Verdrängerkolben 324 befestigt. Die Form der Längskanäle 334 im Verdrängerkolben 324 kann von derjenigen der vorangehenden Ausführungsbeispiele abweichen.

Die beschriebenen Konstruktionen können in vielfacher Hinsicht abgewandelt werden, ohne den Grundgedanken der Erfindung zu verlassen. Beispielsweise kann als Pumpelement auch ein Kolben, insbesondere Schei­ benkolben, verwendet werden. Auf der der Pumpe gegen­ überliegenden Seite des Triebwerks 19 kann eine spiegelbildlich gleiche Pumpe angeordnet sein. Wenn diese Pumpen parallel geschaltet sind, ergibt sich eine kontinuierliche Pumpenförderung. Durch Einstel­ lung des Drucks der treibenden Druckluft lassen sich Pumpendrücke wählen. Dies ist insbesondere beim Fördern von Farben, Lacken oder deren Komponenten von Interesse, die mittels einer Spritzpistole zer­ stäubt werden. Statt der Verstellung des Anschlags 138 zur Änderung der Fördermenge kann auch die Endlage der Betätigungstange 122 verstellt werden. Wenn sich das Pumpelement nicht in Verlängerung des Zylin­ ders befindet, sondern seitlich versetzt angeordnet ist, kann die Verstellung des Anschlags auch von der Seite des Hubraums aus vorgenommen werden. Die verwendeten axialen und radialen Dichtungen können auch eine beliebige andere Form haben, wie sie für elastische Kolbendichtungen üblich sind.

Claims (8)

1. Pumpe mit axial beweglichem Pumpelement, insbeson­ dere Membranpumpe, bei der ein von einem Triebwerk mittels einer Betätigungsstange in einer Zylinder­ bohrung hin- und her angetriebener Verdrängerkolben aus seinem Hubraum bei jedem Druckhub Druckflüssig­ keit in einen von dem Pumpelement begrenzten Arbeitsraum fördert und ein Flüssigkeitsbehälter vorgesehen ist, der mittels eines Ventils zumindest am Ende des Saughubs mit dem Hubraum in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdränger­ kolben (24; 124; 224; 324) mit einem Dichtring (25; 125; 225; 325) in der Zylinderbohrung (26; 126; 226; 326) abgedichtet und relativ zur Betäti­ gungsstange (22; 122; 222; 322) um ein begrenztes Stück axial verschiebbar ist, daß der Antrieb des Verdrängerkolbens beim Druckhub durch Anlage einer Stirnfläche (28; 128) der Betätigungsstange an der dem Hubraum (26; 126) abgewandten Stirnflä­ che (29; 129) des Verdrängerkolbens und der An­ trieb beim Saughub mittels zweier einander entge­ gengesetzt gerichteter Mitnahmeflächen (30, 31; 130, 131; 230, 231; 330, 331) an Betätigungsstange und Verdrängerkolben erfolgt und daß das Ventil (35; 135; 235; 335) zwischen den beim Druckhub aneinanderliegenden Stirnflächen von Betätigungs­ stange und Verdrängerkolben gebildet ist und über mindestens einen durch den Verdrängerkolben verlaufenden Längskanal (34; 134; 234; 334) mit dem Hubraum verbunden ist.

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einer der das Ventil (35; 135; 235; 335) bildenden Stirnflächen ein Dichtring (36; 136) vorgesehen ist.

3. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß ein Verlängerungszapfen (33; 133; 233) der Betätigungsstange (22; 122; 222) den Längskanal (34; 134; 234) des Verdrängerkolbens mit Spiel durchsetzt und am freien Ende die Mitnahmefläche (30, 130; 230) der Betätigungsstange trägt.

4. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Verdrängerkolben (324) einen in einen Hohlraum (343) der Betätigungsstange (322) sich erstreckenden Verlängerungszapfen (333) aufweist, der am freien Ende die Mitnahmefläche (331) des Verdrängerkolbens trägt, während die Mitnahmefläche (330) der Betätigungsstange durch eine Stufe im Hohlraum nahe der Stirnfläche gebil­ det ist.

5. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mitnahmefläche (230, 231) nach einem vorgegebenen Totweg unmittelbar aneinander liegen.

6. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Mitnahmeflächen (30, 31; 130, 131; 330, 331) eine Feder (32; 132; 332) geschaltet ist und daß ein Anschlag (38; 138) vorgesehen ist, der die Rückbewegung des Verdrängerkolbens (24; 124) beim Saughub stoppt, ehe die Betätigungsstange (22; 122) ihre Endlage erreicht.

7. Pumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (138) in Axialrichtung verstell­ bar ist.

8. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpelement (2) von einer Feder (9) belastet ist, die das Pumpelement in die Endlage seines Saughubes zwingt.