DE3735816C2

DE3735816C2 - Pumpensystem zur Abgabe von Fluid unter Druck

Info

Publication number: DE3735816C2
Application number: DE3735816A
Authority: DE
Inventors: Tsuyoshi Nagata; Kenichi Nakamune; Katsuto Fujita
Original assignee: Sunstar Engineering Inc
Current assignee: Sunstar Engineering Inc
Priority date: 1986-10-23
Filing date: 1987-10-22
Publication date: 1998-07-02
Anticipated expiration: 2007-10-23
Also published as: JPS63106379A; DE3735816A1; US4832580A

Description

Die Erfindung betrifft ein Pumpensystem zur Abgabe eines Fluids unter Druck, beispielsweise von Farbe, Grundiermittel, Klebstoff oder dergleichen.

Es ist allgemein bekannt, in einem derartigen Pumpensystem für ein Fluid eine Zahnradpumpe zu verwenden, obgleich diese infolge der Abnützung nur eine kurze Lebensdauer hat. Dabei ist die Schwierigkeit vorhanden, dass bei einem Umlauf mit niedrigen Drehzahlen und der Verwendung eines verhältnismässig kleinen Fluidvolumens die Zahnradpumpe in ihrem Inneren grosse Fluidstromverluste verursacht, wodurch sich ein niedriger Wirkungsgrad ergibt. Darüber hinaus führt die Zahnradpumpe, die eine grosse Anzahl von Bauelementen umfasst, leicht zu Störungen.

Die DE-OS 21 25 138 beschreibt ein Pumpensystem, bei dem zwei Pumpengehäuse jeweils zwei Kammern enthalten. Eine Kammer jeder Pumpe ist durch ein Betriebsfluid des Pumpensystems gefüllt, während die andere Kammer das zu pumpende Fluid enthält. Beide Kammern jedes Pumpengehäuses sind durch eine balgenartige Membran getrennt, so daß das Volumen der beiden Kammern variabel ist. Zusätzlich stehen die mit dem Betriebsfluid des Pumpensystems gefüllten Kammern über eine Fluidfördereinrichtung miteinander in Verbindung. Wird nun das Betriebsfluid von einem Pumpengehäuse in das andere Pumpengehäuse gefördert, so wird die balgenartige Membran durch den Flüssigkeitsdruck des Betriebsfluids in den beiden Pumpengehäusen gegensinnig bewegt und das Betriebsfluid in der jeweils anderen Kammer der Pumpengehäuse kontinuierlich gefördert. Die Ausgänge der beiden Pumpen werden durch Rückschlagventile geschlossen.

Die US 2,785,638 beschreibt eine einzelne Pumpe, deren Einlaß und Auslaß durch Magnetventile geregelt werden. Aufgrund des Vorsehens einer einzelnen Pumpe wird das Fluid nicht kontinuierlich, sondern stoßweise gefördert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Pumpensystem zur Abgabe von Fluid vorzuschlagen, das eine kontinuierliche und konstante Abgabe von Fluid gestattet.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Pumpensystem mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 oder 4 gelöst.

Weitere Aufgabenstellungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen; es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Anordnung einer Farbauftragvorrichtung einschliesslich eines erfindungsgemässen Pumpensystems,

Fig. 2 eine schematische Darstellung, die im einzelnen das Pumpensystem nach Fig. 1 veranschaulicht, und

Fig. 3 eine Zeitablaufdarstellung, die einen Betriebszustand des Pumpensystems angibt.

Gemäss Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen (1) einen Grundiermittelbehälter, der ein Volumen eines Grundiermittels (Beschichtungsmittels) enthält und der über eine Leitung (2) mit einem erfindungsgemässen Pumpensystem (T) in Strömungsverbindung steht. Die unter Druck stehende Grundiermittelströmung aus dem Pumpensystem (T) wird über ein Dreiweg-Etektromagnetventil (3) zu einer Auftragspistole (G) und einer Leitung (4) gefördert, die in Strömungsverbindung mit dem Grundiermittelbehälter (1) steht. Das Bezugszeichen (5) stellt eine Auftragspistolenhalterung dar, die einen Kopfteil (H) der Auftragspistole (G) aufnimmt und die einen Träger für den Kopfteil der Auftragspistole (6) und einen Ablassbehälter (7) umfasst. Innerhalb des Trägers (6) für den Kopfteil der Auftragspistole befindet sich ein Nebel von Lösungsmittel, der durch eine Nebelförderpumpe (9) eingeführt wird und der das Erhärten einer Bürste (B) verhindern soll, die am Ende der Auftragspistole (G) befestigt ist, wobei der Lösungsmittelnebel durch eine Leitung (10) aus einem Behälter (8) zugeführt wird, bevor eine Rückführung über eine Leitung (11) zum Behälter (8) erfolgt, der ein flüssiges Lösungsmittel zur Verhinderung eines Erhärtens einer Bürste enthält. Das Bezugszeichen (12) bezeichnet einen Behälter, der ein flüssiges Lösungsmittel zur Verhinderung eines Erhärtens des Grundiermittels enthält. Das flüssige Lösungsmittel zur Verhinderung eines Erhärtens des Grundiermittels in Form eines Dampfnebels wird durch eine Nebelzufuhrpumpe (13) abgegeben, um vom Behälter (12) über eine Leitung (14) in den Grundiermittelbehälter (1) zu gelangen und das Grundiermittel im Behälter (1) an einem Erhärten zu hindern. Der Behälter (12) für das Lösungsmittel zur Verhinderung eines Erhärtens des Grundiermittels wird mit Luft versorgt, die vorausgehend in einem Trocknungsmittelbehälter (15) getrocknet wurde. Das Bezugszeichen (16) bezeichnet einen Behälter für ein zur Reinigung dienendes Lösungsmittel, mit welchem das Innere der beiden Pumpen (PA, PB) und der Leitungen (2, 4) gereinigt wird. Zum Reinigungsvorgang wird ein Luftvolumen unter Druck dem Behälter (16) zugeführt, um einen Nebel und Flüssigkeit des Lösungsmittels zur Reinigung aus dem Behälter (16) über die Leitungen (16a, 16b) abzugeben und über ein Absperrventil (17) von der Seite der Leitung (2) zur Seite der Leitung (4) abzugeben. Überschüssige Reinigungsflüssigkeit wird über eine Ablassleitung (19) abgezogen, die sich von einem Schalt-Absperrventil (18) der Leitung (4) wegerstreckt und schliesslich in einen Behälter (20) mündet.

Das vorausgehend beschriebene Pumpensystem (T) wird in Verbindung mit den Fig. 2 und 3 beschrieben. Das Pumpensystem (T) gemäss Fig. 2 ist mit einem Pumpenpaar, bestehend aus einer ersten Pumpe (PA) und einer zweiten Pumpe (PS) ausgestattet. Die Pumpen (PA, PB) umfassen jeweils Balganordnungen (23A, 23B), die einstückig aus Kunstharz, wie beispielsweise Teflon oder dergleichen, hergestellt sind und die Einlässe (21A, 21B) und Auslässe (22A, 22B) aufweisen, sowie hin- und hergehende Antriebsvorrichtungen (24A, 24B) zu einer Kompressions- und Expansionsbewegung ihrer jeweiligen Balganordnungen (23A, 23B) und elektromagnetische Ein/Aus-Ventile (25A, 25B und 26A, 26B), die an der Einlasseite und der Auslasseite in dieser Reihenfolge angeordnet sind und die somit derart gesteuert werden können, während der Kompressionsbewegung der Balganordnung (23A oder 23B) das einlasseitige Ventil (25A oder 25B) geschlossen und das abgabeseitige Ventil (26A oder 26B) geöffnet wird, während während der Expansionsbewegung der Balganordnung (23A oder 23B) das einlasseitige Ventil (25A oder 25B) geöffnet und das abgabeseitige Ventil (26A oder 26B) geschlossen wird. Im Pumpensystem (T) werden die Abgabebewegungen der ersten Pumpe (PA) und der zweiten Pumpe (PS) derart gesteuert, dass sie abwechselnd wirksam werden. Die hin- und hergehenden Antriebsvorrichtungen (24A, 24B) umfassen jeweils Kugelgewindespindeln (27a, 27b), die durch Impulsmotoren (Ma, Mb) in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung angetrieben werden, Kugelmutterelemente (29a, 29b), die einen Gewindeeingriff mit den Gewindespindeln (27a, 27b) aufweisen, und ferner durch Führungsvorrichtungen (28a, 28b) nicht-drehbar gehalten werden, so dass sie während der Vorwärts- und Rückwärts-Drehbewegung der Gewindespindeln (27a, 27b) in Axialrichtung hin und her bewegt werden, und schliesslich Verbindungselemente (30a, 30b), mittels welchen die Kugelmutterelemente (29a, 29b) und die Balganordnungen (23A, 23B) jeweils miteinander verbunden sind. Die in der Figur aufgeführten Bezugszeichen (31A, 31B) sind Endschalter (LS), welche die Kugelmutterelemente (29a, 29b) an ihren jeweiligen unteren Hubenden erfassen um dabei die Impulsmotoren (Ma, Mb) anzuhalten. Zum Betrieb der Auftragspistole (G) wird, wenn ein am Griffabschnitt derselben befestigter Schalter (SW) niedergedrückt wird, ein elektromagnetisches Ein-Aus-Ventil (32) für die Auftragspistole geöffnet, womit das Grundiermittelfluid durch die Bürste (B) abgegeben wird, die am Abgabeende am Ende des Kopfteils (H) befestigt ist.

Es wird nun der Betrieb des Pumpensystems (PST) in bezug auf den Betrieb der Auftragspistole (G) in Verbindung mit Fig. 3 beschrieben. Während das Kugelmutterelement (29a) der hin- und hergehenden Antriebsvorrichtung (24A) in der ersten Pumpe (PA) sich in der unteren Endlage befindet (wobei entsprechend die Balganordnung (23A) expandiert bleibt), bleibt der Endschalter (31A) über die Anschlagwirkung des Kugelmutterelementes (29a) erfasst, womit der Motor (Ma) zum Stillstand kommt. Inzwischen ist die zweite Pumpe (PB) im gleichen Zustand wie die erste Pumpe (PA). Wird der Schalter (SW) der Auftragspistole (G) niedergedrückt, so wird das Ventil (32) der Auftragspistole geöffnet, um dabei den Impulsmotor (Ma) der ersten Pumpe (PA) in Drehung zu versetzen (in Vorwärtsrichtung). Wird entsprechend die Gewindespindel (27a) in Umlauf versetzt, so bewegt sich das Kugelmutterelement (29a) von seiner unteren Endstellung nach oben (vorwärts), womit eine Kompressionsbewegung der Balganordnung (23A) verursacht wird, ausgehend von deren expandiertem Zustand. Während sich das Kugelmutterelement (29a) aufwärts bewegt, befindet sich der Endschalter (31A) in seiner Aus-Stellung. Ferner wird durch die Einschaltbewegung des Schalters (SW) das einlasseitige Ventil (25A) in der ersten Pumpe (PA) geschlossen, während das auslasseitige Ventil (26A) geöffnet wird. Entsprechend wird während der Kompression der Balganordnung ein Volumen des darin vorhandenen Grundiermittels unter Druck abgegeben und durch den Endabschnitt der Auftragspistole (G) ausgegeben. Wird der Schalter (SW) der Auftragspistole, der für eine bestimmte Zeitspanne des Auftragsvorganges eingeschaltet blieb, ausgeschaltet, so kommt der Impulsmotor (Ma) in der ersten Pumpe (PA) zum Stillstand und beginnt anschliessend, nach einer sehr kurzen Zeitspanne (t1-t2) eine Drehbewegung in Rückwärtsrichtung. Hält der Impulsmotor (Ma) an, so schliesst sich das auslasseitige Ventil (26A), relativ gesehen, nicht augenblicklich, sondern wird gemäss Fig. 3 nach einer bestimmten Zeitspanne (t1) geschlossen. Dies erfolgt, um eine verbleibende Ablenkung in der Balganordnung (23A) zu gestatten, die aus deren elastischem Verhalten resultiert. Innerhalb einer bestimmten Zeit (t2), nachdem das ausgangsseitige Ventil (26A) geschlossen worden ist, beginnt der Impulsmotor (Ma) sich in Rückwärtsrichtung zu drehen und gleichzeitig wird das eingangsseitige Ventil (25A) geöffnet. Anschliessend bewegt sich während der Bewegung des Impulsmotors (Ma) in Rückwärtsrichtung das Kugelmutterelement (29a) nach unten, wodurch die Balganordnung (23A) expandiert wird. Während der Expansionsbewegung der Balganordnung (23A) wird innerhalb der Balganordnung (23A) ein Unterdruck erzeugt, so dass das Grundiermittelfluid in der eingangsseitigen Leitung in die Balganordnung eingeführt werden kann. Der Impulsmotor (Ma) dreht sich während seiner Rückwärtsdrehbewegung mit grösserer Drehzahl als während seiner Vorwärtsdrehbewegung, damit die Balganordnung (23A) sich schneller in der Expansionsbewegung als in der Kompressionsbewegung bewegt und somit rasch zurückkehrt. Erreicht das Kugelmutterelement (29A) seine untere Endstellung, so wird der Endschalter (31A) betätigt, um den Impulsmotor (Ma) anzuhalten. Anschliessend wird innerhalb einer bestimmten Zeitdauer (t3) nach dem Anhalten des Impulsmotors (Ma) das einlasseitige Ventil (25A) geschlossen. Entsprechend wird der Schalter (SW) der Auftragspistole niedergedrückt, um erneut den Auftragsvorgang zu beginnen, das Ventil (32) der Auftragspistole wird einmal mehr geöffnet und der Impulsmotor (Mb) in der zweiten Pumpe (PS) beginnt, sich zu drehen (in Vorwärtsrichtung), während der Impulsmotor (Ma) in der ersten Pumpe (PA) im Ruhezustand bleibt. Anschliessend führt die zweite Pumpe (PB) den gleichen Betriebsvorgang aus, wie er vorausgehend für die erste Pumpe (PA) beschrieben wurde, so dass das Grundiermittelfluid in der Leitung (2) unter Druck abgegeben und durch den Endabschnitt der Auftragspistole (G) beim Betrieb gemäss Fig. 3 abgegeben werden kann. Auf diese Weise führen, sooft die Auftragspistole (G) zum Gebrauch betätigt wird, die erste und die zweite Pumpe (PA, PB) abwechselnd eine Reihe von Bewegungen durch.

Bei dem vorausgehend beschriebenen Pumpensystem kann der Pumpvorgang zufriedenstellend unter Verwendung eines verhältnismässig kleinen Volumens von Abgabefluid durchgeführt werden und ferner kann eine konstante Abgabe des Fluids mit Genauigkeit erfolgen, bedingt durch das fehlende Lecken des Fluids, das bei einer Zahnradpumpe üblich ist, womit der Wirkungsgrad verbessert wird. Da die Balganordnung keiner Abnützung und keinem Bruch unterliegt, der sich aus dem gegenseitigen mechanischen Kontakt bei den Zähnen der Zahnräder ergib, hat die Pumpe eine Lange Lebensdauer und erzeugt weniger Störungen. Insbesondere ist gemäss dem erfindungsgemässen Pumpensystem ein Paar der aufgeführten Pumpen vorgesehen, so dass die Abgabebewegungen abwechselnd durchgeführt werden, was den Vorteil hat, dass eine konstante Fluidströmung abgegeben werden kann und dass ferner, falls eine der beiden Pumpen ausfällt, die andere noch verfügbar ist, um den Betrieb fortzuführen.

Falls die Auftragspistole (G) länger als während einer Zeitdauer von einer Stunde nicht verwendet wird, wird das Dreiweg-Elektromagnetventil (3) betätigt, so dass die Leitung (2) eine Strömungsverbindung mit der Leitung (4) aufweist und das Pumpensystem (T) damit eine Umlaufbewegung des Grundiermittels Liefert, wodurch das Grundiermittel in der Leitung (2) an einem Erhärten gehindert wird. Die Auftragspistole (G) kann am distalen Ende eines Roboterarmes zum automatischen Betrieb der Auftragspistole (G) befestigt werden. Ferner kann ein automatischer Betrieb des gesamten erfindungsgemässen Pumpensystems leicht durchgeführt werden.

Claims

1. Pumpensystem zur Abgabe von Fluid unter Druck, umfassend:

1. - ein Paar Pumpen (PA, PB), von denen jede eine Balganordnung (23A, 23B) mit einem Einlaß (21A, 21B) und einem Auslaß (22A, 22B) aufweist; wobei
2. - die paarweise angeordneten Pumpen (Pa, Pb) während des Betriebs das Fluid abwechselnd abgeben;
3. - ein Paar Elektromagnetventile (25A, 25B, 26A, 26B), von denen jeweils eines (25A, 26A) an der Einlaßseite jeder Balganordnung (23A, 23B) und das andere (25B, 26B) an der Auslaßseite jeder Balganordnung (23A, 23B) angeordnet ist, so daß
4. - während einer Kompressionsbewegung der Balganordnungen (23A, 23B) das jeweilige Elektromagnetventil an der Einlaßseite geschlossen wird, während das gegenüberliegende Elektromagnetventil an der Auslaßseite geöffnet wird, und
5. - während einer Expansionsbewegung der Balganordnungen (23A, 23B) das jeweilige Elektromagnetventil an der Einlaßseite geöffnet und das gegenüberliegende Elektromagnetventil an der Auslaßseite geschlossen wird;
6. - für jede Balganordnung (23A, 23B) jeweils eine einzeln ansteuerbare sich hin- und herbewegende Antriebsvorrichtung (24A, 24B) für eine Kompressions- und Expansionsbewegung der Balganordnung, die einen Motor (Ma, Mb) sowie eine Gewindespindel (27a, 27b), die in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung vom Motor angetrieben wird, und ein Mutterelement (29a, 29b), das in Gewindeeingriff mit der Gewindespindel steht und mit einem Ende mit der Balganordnung in Verbindung steht, umfaßt; wobei
7. - die paarweise angeordneten Pumpen (Pa, Pb) auslaßseitig in Strömungsverbindung mit einer Auftragspistole (G) stehen.

2. Pumpensystem zur Abgabe von Fluid unter Druck nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektromagnetventile (25A, 25B; 26A, 26B) derart gesteuert werden, daß sie nach dem Abschalten des Motors schließen.

3. Pumpensystem zur Abgabe von Fluid unter Druck nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Balganordnungen (23A, 23B) einstückig aus weichem Kunstharz hergestellt sind.

4. Pumpensystem zur Abgabe von Fluid unter Druck, umfassend:

1. - ein Paar Pumpen (PA, PB), von denen jede eine Balganordnung (23A, 23B) mit einem Einlaß (21A, 21B) und einem Auslaß (22A, 22B) aufweist;
2. - jeweils eine einzeln ansteuerbare sich hin- und herbewegende Antriebsvorrichtung (24A, 24B) für eine Kompressions- und Expansionsbewegung der Balganordnung (23A, 23B) aufweist, die einen Motor (Ma, Mb) sowie eine Gewindespindel (27a, 27b), die in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung vom Motor angetrieben wird, und ein Mutterelement (29a, 29b), das in Gewindeeingriff mit der Gewindespindel steht und mit einem Ende mit der Balganordnung in Verbindung steht, umfaßt;
3. - ein Paar Elektromagnetventile (25A, 25B, 26A, 26B), von denen jeweils eines (25A, 26A) an der Einlaßseite jeder Balganordnung (23A, 23B) und das andere (25B, 26B) an der Auslaßseite jeder Balganordnung (23A, 23B) angeordnet ist, so daß
4. - während einer Kompressionsbewegung der Balganordnungen (23A, 23B) das jeweilige Elektromagnetventil an der Einlaßseite der Balganordnung geschlossen wird, während das gegenüberliegende Elektromagnetventil an der Auslaßseite der Balganordnung geöffnet wird; und
5. - während einer Expansionsbewegung der Balganordnungen (23A, 23B) das jeweilige Elektromagnetventil an der Einlaßseite der Balganordnung geöffnet und das gegenüberliegende Elektromagnetventil an der Auslaßseite der Balganordnung geschlossen wird; wobei
6. - die paarweise angeordneten Pumpen (PA, PB) über ein richtungsabhängiges Ventil (3) mit einer Auftragspistole (G) in Strömungsverbindung stehen; und
7. - das Pumpensystem derart steuerbar ist, daß bei der Betätigung der Auftragspistole (G) die Pumpen (PA, PB) ihre Abgabebewegungen ausführen und, falls die Auftragspistole während einer bestimmten Zeitspanne unbetätigt bleibt, das richtungsabhängige Ventil (3) und die Pumpen (PA, PB) derart arbeiten, daß die Fluidströmung durch das richtungsabhängige Ventil (3) umgewälzt wird.