DE4118652A1 - Pumpe, vorzugsweise membranpumpe - Google Patents
Pumpe, vorzugsweise membranpumpeInfo
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Description
Die Erfindung geht aus von einer Pumpe gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1.
Man kennt bereits Pumpen, zum Beispiel Gaspumpen, deren Kur
belgehäuse ein Pleuel aufweist, das mit seinem freien, kolben
seitigen Ende in einer Membrane endet, die den Pumpraum gegen
über dem Pleuelgehäuse abschließt.
Diese Membrane wird ihrerseits durch einen Zwischendeckel am
Pumpenhäuse festgelegt und hat eine Aussparung, die zusammen
mit der Membrane den Pumpraum bildet. Auf der dem Gehäuse ab
gewandten Seite des Zwischendeckels befindet sich ein Pumpen-
Abschlußdeckel, der zusammen mit dem Zwischendeckel den Pum
penkopf bildet. Im Abschlußdeckel sind die Einlaß- und die
Auslaßbohrung untergebracht und gewöhnlich ist bei bekannten
Gaspumpen dieser Art zwischen dem Abschlußdeckel und dem Zwi
schendeckel eine Ventilplatte eingeklemmt (vgl. zum Beispiel
DE-GM 19 20 772). Bei bekannten Gaspumpen dieser Art weist
diese Ventilplatte wenigstens ein Zungenventil mit einem etwas
verbreitertem Verschlußabschnitt auf, der in Schließstellung
an einer Ventil-Dichtfläche des Abschlußdeckels oder des Zwi
schendeckels dichtend anliegt.
In Offenstellung kann das Zungenventil in eine Ausnehmung für
seine Ventil-Öffnungsbewegung ausweichen, wobei zum Beispiel
beim Einlaßventil diese Ausnehmung für die Ventilöffnungsbewe
gung aus einer flachen, etwa rechteckigen Aussparung im Zwi
schendeckel besteht, während dort die Ventil-Dichtflächen von
der Unterseite des Abschlußdeckels gebildet werden (vgl. z. B.
DE-PS 30 23 928). Wenn keine besonderen Maßnahmen für das Aus
laßventil getroffen sind, kann die der Membran abgewandte
Seite des Zwischendeckels die Ventil-Dichtflächen des zugehö
rigen Zungenventils bilden, während eine Ausnehmung für dessen
Ventilöffnungsbewegung als flache, etwa prismatische Ausspa
rung im Pumpenkopf vorgesehen ist (vgl. DE-GM 19 20 772). Bei
solchen bekannten Gaspumpen werden solche Zungenventile be
kanntermaßen von den Druckunterschieden des Fördermediums ge
steuert, wobei die Federkraft des Zungenventils für ein
schnelles Schließen bei entsprechend geringen Druckdifferenzen
sorgt. Der Werkstoff solcher Ventilplatten sowie ihrer Ventil
zungen besteht aus entsprechend federnd elastischem Werkstoff,
zum Beispiel aber auch aus PTFE mit entsprechender Eigenspan
nung beim Auftreten von Verformungen.
Solche Gaspumpen, hier auch kurz "Pumpen" genannt, haben sich
in vielerlei Hinsicht bewährt. Insbesondere begünstigen Pumpen
mit vom Fördermedium gesteuerten Ventilen nicht nur einen ein
fachen Aufbau des Ventil-Mechanismus, sondern es kann auch
vermieden werden, daß das Fördermedium mit einem Ventil-Steu
ermechanismus in Verbindung kommen kann, der seinerseits ge
schmiert werden muß.
Pumpen der vorbeschriebenen Art weisen jedoch noch etliche
Nachteile auf, namentlich, wenn es sich um schnellaufende Mem
branpumpen handelt. Bei ihnen ist u. a. der volumetrische Wir
kungsgrad noch verbesserungsfähig. Zum Erreichen guter volume
trischer Wirkungsgrade müssen die Ventile möglichst lange Öff
nungs- und Schließzeiten erreichen. Pumpen mit den vorbe
schriebenen Zungenventilen können diese Forderungen noch nicht
befriedigend erfüllen. Außerdem ist das Einsatzgebiet solcher
Pumpen noch begrenzt. Zum Beispiel sind diese vorbekannten
Pumpen praktisch nicht recht als Dosierpumpen, insbesondere
als Dosierpumpen für Flüssigkeiten geeignet. Bei diesen müssen
nämlich, um hohe Dosier-Genauigkeiten zu erzielen, die Ventile
mit möglichst kurzen Reaktionszeiten und hoher Schließgenauig
keit arbeiten. Das gilt besonders bei vergleichsweise
schnellaufenden Dosierpumpen.
Bei bekannten, gebräuchlichen Dosierpumpen wird die hohe Do
sier- sowie Schließgenauigkeit der Ventile gewöhnlich mit
Hilfe von Kugelventilen zu erreichen versucht, ohne daß solche
Anforderungen bisher in befriedigender Weise gelöst werden
können. Kugelventile haben nämlich aufgrund ihrer Konstruktion
nur eine bedingte Schließgenauigkeit und außerdem den Nach
teil, daß sie nur in vertikaler Lage der Kugelventile funktio
nieren. Außerdem reagieren Kugelventile wegen ihrer ver
gleichsweisen großen Masse verhältnismäßig träge, während für
Dosierpumpen der vorbeschriebenen Art kurze Reaktionszeiten
erwünscht sind.
Es besteht daher die Aufgabe, eine Pumpe der eingangs erwähn
ten Art zu schaffen, die bei Beibehaltung eines einfachen Auf
baus und der wesentlichen übrigen Vorteile solcher Pumpen für
weitergehende Einsatzgebiete geeignet ist, zum Beispiel einen
verbesserten volumetrischen Wirkungsgrad hat, gleichzeitig
aber auch als Dosierpumpe für Flüssigkeiten (Membrandosierpum
pen) die dort notwendige hohe Genauigkeit beim Dosieren er
reicht, wobei ihre Ventile mit vergleichsweise kurzen Reak
tionszeiten und hoher Schließgenauigkeit arbeiten. Dabei ist
auch erwünscht, daß die Geräuscherzeugung und gegebenenfalls
der Verschleiß bei den Ventilen klein bleibt und die Pumpe
sowohl als Gas- als auch als Flüssigkeits-Pumpe geeignet ist.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht bei einer Pumpe gemäß dem
Oberbegriff von Anspruch 1 im wesentlichen in den Merkmalen
des Kennzeichnungsteiles von Anspruch 1.
Bei einer solchen Pumpe benötigt man am Ventil beziehungsweise
an den Ventilen weder eine Ventilzunge noch Kugelventile, son
dern es braucht nur eine vergleichsweise kleine Ventilmasse am
Rande der jeweiligen Ventilscheibe bewegt zu werden, wie es
einem der anfallenden Menge an Fördermedium entsprechenden
Querschnitts bedarf. Der bei der Ventilöffnungsbewegung aus
weichende Rand der Ventilscheibe braucht auch nicht auf die
Flachseite einer Aussparung aufzuschlagen, wodurch Ventilge
räusche und unter Umständen auch ein Ventilverschleiß vermin
dert werden.
Eine solche Pumpe kann gut als Gaspumpe ausgebildet sein und
dabei mit vergleichsweise hohen Pumpendrehzahlen arbeiten. Zu
sätzliche Weiterbildungen der Erfindung sind in weiteren Un
teransprüchen aufgeführt. Dabei ergeben sich insbesondere fol
gende Vorteile:
Die Maßnahmen des dritten Anspruches begünstigen auf einfache Weise eine exakte Lagerfixierung der Ventilscheibe. Bei einer Ausführung gemäß Anspruch 4 kann sich die Ventilscheibe, aus gehend von ihrem festliegenden Zentralbereich, bei ihrer Ven tilöffnungsbewegung praktisch über die gekrümmte Fläche der Ausnehmung abwälzen. Dann braucht gegebenenfalls nur eine ver ringerte Ventilmasse bewegt zu werden entsprechend dem erfor derlichen Durchström-Querschnitt beim anfallenden Förderme dium. Ein Schwingen von Ventilteilen mit anschließendem Auf schlagen auf eine Bodenfläche dieser Ausnehmung wird vermin dert und dementsprechend arbeitet ein solches Ventil leiser und es wird mechanisch weniger beansprucht.
Die Maßnahmen des dritten Anspruches begünstigen auf einfache Weise eine exakte Lagerfixierung der Ventilscheibe. Bei einer Ausführung gemäß Anspruch 4 kann sich die Ventilscheibe, aus gehend von ihrem festliegenden Zentralbereich, bei ihrer Ven tilöffnungsbewegung praktisch über die gekrümmte Fläche der Ausnehmung abwälzen. Dann braucht gegebenenfalls nur eine ver ringerte Ventilmasse bewegt zu werden entsprechend dem erfor derlichen Durchström-Querschnitt beim anfallenden Förderme dium. Ein Schwingen von Ventilteilen mit anschließendem Auf schlagen auf eine Bodenfläche dieser Ausnehmung wird vermin dert und dementsprechend arbeitet ein solches Ventil leiser und es wird mechanisch weniger beansprucht.
Eine besonders vorteilhafte Ausbildung der Pumpe ist in den
Merkmalen des Anspruches 5 aufgeführt. Die vorgenannten, in
Verbindung mit Anspruch 4 aufgeführten Vorteile können dadurch
noch verbessert werden, daß die Krümmung der Ausnehmungs-Bo
denfläche der Biegefläche der Ventilscheibe angepaßt ist. Dann
wird praktisch immer nur soviel Ventilmasse bewegt, wie je
weils zum Durchströmen der anfallenden Fördermedium-Menge
erforderlich ist. Ein Schwingen von Ventilteilen mit anschlie
ßendem Aufschlagen auf eine Ausnehmungs-Bodenfläche wird
weitestgehend vermieden; es findet praktisch ein dem Biegever
halten der Ventilscheibe in etwa angepaßtes Abrollen der be
weglichen Ventilteile bei der Öffnungsbewegung statt. Dement
sprechend arbeitet ein solches Ventil besonders leise und
seine mechanische Beanspruchung ist besonders gering.
Die Maßnahmen des 6. Anspruches begünstigen eine exakte Lage
fixierung der Ventilscheibe bezüglich der Richtung der Zapfen
achse.
Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsge
mäßen Pumpe, für die auch selbständiger Schutz beansprucht
wird, besteht darin, daß die Ventildichtfläche mindestens bei
einem Ventil - vom Innenrand der Ventil-Dichtfläche aus, ra
dial nach außen gehend - im Verhältnis zur zentralen Ventil
lage mindestens abschnittweise über den Umfang eine zurücklau
fende Querschnittskontur hat. Eine solche Ausbildung ist auch
bei einer der Ventilscheibe zugewandten Bodenfläche der zuge
hörigen Ausnehmung möglich, die gegenüber der in Schließstel
lung befindlichen Ventilscheibe nicht radial nach außen gehend
abgesenkt ist. Bevorzugt ist jedoch eine Kombination der Aus
bildung nach Anspruch 1 beziehungsweise nach einem der Ansprü
che 1 bis 6 in Verbindung mit den vorerwähnten Merkmalen des
Anspruches 7. Eine Pumpe, deren Ventil(e) mit den Merkmalen
des Anspruches 7 ausgerüstet ist, zeichnet sich durch eine
vergleichsweise hohe Schließgeschwindigkeit sowie eine hohe
Ventilschließkraft aus, was auch eine bessere Dichtigkeit und
einen höheren Selbstreinigungsgrad am Ventil nach sich zieht.
Die besondere Querschnittskontur des Ventilsitzes sorgt näm
lich im Zeitbereich unmittelbar vor dem Schließen des Ventils,
das heißt zum Beispiel bei Beginn des Ausstoßvorganges des
Fördermediums durch die Membrane, aufgrund der
Querschnittsverengung des Durchtrittsquerschnittes für das
Fördermedium in Richtung des Ventilsitzes für eine zunehmende
Beschleunigung des ausfließenden Mediums. Die dadurch
eintretende Druckdifferenz gemäß der Gleichung von Bernulli
von der Peripherie in Richtung des Zentrums des Ventils
bewirkt ein zielgerichtetes Schließen des Ventils unmittelbar
an dessen Innenrand und damit für eine hohe
Schließgeschwindigkeit. Die Eigenspannung des verformten
Ventils unterstützt diesen Vorgang, die mit Hilfe der vorer
wähnten Merkmale begünstigte, vergleichsweise hohe Schließge
schwindigkeit des Ventils begünstigt auch ihrerseits noch den
volumetrischen Wirkungsgrad der Pumpe.
Die Merkmale des 8. Anspruches geben eine besonders vorteil
hafte Lagefestlegung der Ventilscheibe an, wie sie insbeson
dere in Verbindung mit den Merkmalen des Anspruches 7 verwen
det wird. Dabei besteht eine zweckmäßige Weiterbildung in den
Merkmalen des Anspruches 9. Auf diese Weise wird eine im we
sentlichen kreisförmige Ventilscheibe spielfrei auf einem ge
mäß Anspruch 7 ausgebildeten Ventilsitz gehalten. Dadurch er
reicht man ein zentriertes, fest eingespanntes Ventil, das
einen lageunabhängigen Betrieb ermöglicht. Außerdem sind, zum
Beispiel bei Auftreten von Verschleißerscheinungen oder Un
dichtigkeiten Ventilsitz und Ventil einfach auswechselbar.
Die Merkmale des 10. Anspruches sorgen in an sich bekannter
Weise dafür, daß die durch das Fördermedium bewirkten Ventil-
Schließbewegungen aufgrund der Eigenspannung des Ventils un
tersützt werden.
Die Merkmale des 11. Anspruches ergeben nicht nur eine einfa
che Ventilform, sondern begünstigen auch dessen im wesentli
chen symmetrischen und gleichmäßige Bewegungen im Umfangsbe
reich des sich öffnenden Ventilrandes beziehungsweise der sich
öffnenden Ventilränder. Dabei kann eine Ventilscheibe gemäß
Anspruch 6 sich über den gesamten Rand-Umfang öffnen, während
ein Ventil gemäß der Ausbildung nach Anspruch 9 beispielsweise
zwei Rand-Öffnungsabschnitte aufweist.
Die Merkmale des 12. Anspruches begünstigen, daß das Ventil
auch für hohe Frequenzen geeignet ist und dementsprechend die
zugehörige Pumpe vergleichsweise hohe Drehzahlen ausführen
kann. Eine vergleichsweise geringe Masse beim Ventil und des
sen Eigenspannung begünstigen kurze Reaktionszeiten. Um opti
male Ventilöffnungs- und Schließzeiten zu erhalten, kann man
die Masse des Ventils und den Ventilweg so aufeinander abstim
men, daß das Ventil auch bei hohen Frequenzen entsprechend der
Drehzahl öffnet und schließt. Eine solche Dimensionierung des
Ventils kann innerhalb konstruktiver Grenzen entsprechend die
ser Forderung durch Versuche ermittelt werden.
Versuche haben gezeigt, daß eine Pumpe insbesondere mit der
Ausbildung gemäß den Ansprüchen 1 und 7 mit hoher Genauigkeit
arbeitet und dementsprechend als Dosierpumpe, vorzugsweise als
Flüssigkeitsdosierpumpe arbeiten kann. Bei bisher bekannten
Pumpen der im Oberbegriff von Anspruch 1 erwähnten Art kommt
es aufgrund der zu bewegenden Ventilmassen in der Regel zu
relativ großen Überschneidungen bei den Öffnungs- und
Schließzeiten. Sind dagegen, wie vorstehend ausgeführt, gemäß
der Erfindung die zu bewegende Ventilmasse sowie deren Ventil
weg auf die Drehzahl der Pumpe abgestimmt, kann dieser Nach
teil wesentlich vermindert, gegebenenfalls praktisch vermieden
werden. Dabei hilft mit, daß die sich bewegenden Ventilteile
sich nicht nur über das im Querschnitt entsprechend gekrümmte
Profil der Ausnehmung für die Ventilöffnungsbewegung gewisser
maßen abwälzen kann, sondern die Ventilöffnungs- und Schließ
bewegung sich - wie vorerwähnt - auch in einer Bewegungsreso
nanz zur Drehzahl der Pumpe befindet. Bei einer Abstimmung von
dem Resonanzbereich der Ventilbewegung einerseits und der
Drehzahl der Pumpe andererseits erhält man insbesondere bei
schnellaufenden Pumpen optimale Ventil-Öffnungs- und Schließ
zeiten. Damit wirkt auch unterstützend die bereits erwähnte
vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung zusammen, wonach die
Krümmung der die Ausnehmung für die Ventilöffnungsbewegung
ventilseitig begrenzenden Kurve, die erfindungsgemäß - im
Schnitt gesehen - der Biegekurve der jeweiligen Ventilscheibe
entspricht. Mit der Anpassung der der Ventilscheibe benachbar
ten Ausnehmung an die Biegekurve der Ventilscheibe begrenzt
man nicht nur den Ventilweg in günstiger Weise, sondern diese
Ventilscheibe kann sich praktisch entsprechend derjenigen Ver
formung, die sie aufgrund ihrer Biegekurve einnehmen möchte,
auf der benachbarten Ausnehmungs-Seite abwälzen. Dadurch wer
den unnötig große Ventilwege oder -Verformungen weitgehend
vermieden. Es braucht in der Regel auch immer nur soviel Ven
tilmasse bewegt zu werden, wie dies für einen Fördermedium-
Wechsel erforderlich ist.
Kreisscheibenförmige Ventilscheiben haben im übrigen noch den
Vorteil, daß sie unter sonst gleichen Verhältnissen eine ver
gleichsweise geringe zu bewegende Ventilmasse aufweisen. Zwar
sind kreisscheibenförmige Ventilscheiben an sich, zum Beispiel
bei Gaspumpen mit vom Fördermedium gesteuerten Ventilen be
kannt, jedoch nicht in Verbindung mit solchen Ausnehmungen für
die Ventilöffnungsbewegung, deren der Ventilscheibe zugewandte
Bodenfläche von einer zentralen Ventilscheiben-Befestigungs
zone aus radial im Abstand zur Ventilscheibe in Schließstel
lung nach außen zunimmt beziehungsweise, wo die der Ventil
scheibe zugewandte Bodenfläche der Ausnehmung für die Ventil
öffnungsbewegung im Querschnittsprofil gekrümmt ist.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden
Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung in Ver
bindung mit den Ansprüchen und der Zeichnung. Die einzelnen
Merkmale können je für sich oder zu mehreren bei einer Ausfüh
rungsform der Erfindung verwirklicht sein.
Es zeigen in unterschiedlichen Maßstäben und schematisiert:
Fig. 1 eine teilweise im Schnitt gehaltene Seitenansicht ei
ner Pumpe,
Fig. 2 in demgegenüber stark vergrößertem Maßstab einen Aus
schnitt beim Einlaßventil der Pumpe nach Fig. 1,
Fig. 3 eine Aufsicht auf eine kreisscheibenförmige Ventil
scheibe gemäß Fig. 1,
Fig. 4 einen stärker schematisierten Ausschnitt eines Ein
laßventils einer gegenüber Fig. 1 bis 3 abgewandelten
Pumpe,
Fig. 5 eine Ansicht, die Ventilscheibe gemäß Fig. 4 aus der
Blickrichtung A bei weggelassenem Pumpen-Abschlußdec
kel,
Fig. 6 einen Teil-Querschnitt durch den Bereich des Auslaß
ventils entsprechend der Schnittlinie VI-VI in Fig.
4, und
Fig. 7 eine Ansicht auf die Ventilscheibe entsprechend Fig.
6.
Eine Membran-Pumpe 1, auch kurz "Pumpe 1" genannt, hat ein Ge
häuse 2, eine Membrane 3 sowie einen Zwischendeckel 4 und
einen sich daran anschließenden Abschlußdeckel 6. Diese beiden
Deckel 4 und 6 bilden gemeinsam den Pumpenkopf 5. Im Gehäuse 2
befindet sich ein Pleuel 7, das antriebsseitig auf einem Kur
belantrieb 8 gelagert ist und mit seinem freien Ende in dem
zentralen Bereich der Membrane 3 eingreift. Diese ist an ihren
Rändern vom Zwischendeckel 4 und vom Oberrand 2a des Gehäuses
2 dichtend eingespannt. Der Zwischendeckel 4 weist an seiner
dem Gehäuse 2 zugewandten Seite im Bereich der Membrane 3 eine
etwa kugelkalottenförmige Aussparung 8 auf, die in bekannter
Weise zusammen mit der Membrane 3 den Pumpraum 13 bildet. Im
Abschlußdeckel 6 befindet sich (in Fig. 1 auf der rechten
Seite) eine Einlaßbohrung 20, die einen Sauganschluß 10 auf
weist. Von der Einlaßbohrung 20 führen Einlaß-Kanäle 21 zum
Einlaßventil 22. Dieses steht über eine oder mehrere Zuleitun
gen 23 mit dem Pumpraum 13 in Verbindung.
Es gehört mit zur Erfindung gemäß dem Ausführungsbeispiel nach
Fig. 1 bis 3, daß das Einlaßventil 22 eine separate Ventil-
Scheibe 24 aufweist, die in der Schließstellung in an sich be
kannter Weise an einer Ventildichtfläche 25, hier auch kurz
"Ventilfläche 25" genannt, anliegt. Dabei wird hier in eben
falls bekannter Weise die Ventilfläche 25 von der Unterseite
26 des Abschlußdeckels 6 gebildet, der - abgesehen von den
Ventilbereichen - dichtend an der benachbarten Oberseite 27
des Zwischendeckels anliegt.
Ferner gehört mit zur Erfindung nach dem Ausführungsbeispiel
nach Fig. 1 bis 3, daß die Ventilscheibe 24 mindestens etwa
zentral zu ihrer zugehörigen Ventilfläche 25 festgelegt ist
und daß die Ventilscheibe 24 sich beim Öffnen mit ihrem Rand
bereich in eine an sich bekannte Ausnehmung für die Ventilöff
nungsbewegung auslenken kann; dabei ist jedoch hier vorgese
hen, daß der Abstand a der der Ventilscheibe 24 zugewandten
Fläche 28 dieser Ausnehmung 11, im Querschnitt - ausgehend von
einer zentralen Einklemmzone 29 für die in Schließstellung be
findliche Ventilscheibe 24 -, radial nach außen zunimmt (vgl.
Fig. 2). Während bei den eingangs erwähnten Pumpen die Ausneh
mungen für die Ventilbewegung der dortigen Zungenventile im
Querschnitt etwa rechteckig mit zu den Ventilflächen praktisch
parallelem Boden versehen sind, ist hier die der Ventilscheibe
24 zugewandte Bodenfläche 28 der Ausnehmung 11 für die Ventil
öffnungsbewegung im Bereich des Randes 16 der Ventilscheibe 24
in einem größeren Abstand zu der in Schließstellung befindli
chen Ventilscheibe 24 ausgebildet. Dabei wird diese Bodenflä
che 28 der Ausnehmung 11 auch kurz "Ausnehmungs-Bodenfläche
28" genannt. Gegen diese Ausnehmungs-Bodenfläche 28 legt sich
die Ventilscheibe 24 bei vollständiger Ventilöffnung an (vgl.
die strichpunktiert gezeichnete Lage der Ventilscheibe 24′ in
Fig. 2).
Die Ausnehmungs-Bodenfläche 28 dient gewissermaßen als An
schlagfläche für die Ventilscheibe 24 in der Öffnungsstellung
und diese Ausnehmungs-Bodenfläche 28 ist gemäß der Erfindung
der ausgelenkten Form der Ventilscheibe 24 in der Offenstel
lung besser angepaßt. Das begünstigt die Öffnungs- und
Schließbewegung (vgl. Doppelpfeil 30 in Fig. 2) des aktiven
Randbereiches der Ventilscheibe 24. Dabei ist die der Ventil
scheibe 24 zugewandte Bodenfläche 28 der Ausnehmung 11 für die
Ventilöffnungsbewegung im Querschnittsprofil gekrümmt ausge
bildet, wie besonders gut aus Fig. 2 erkennbar. Das begünstigt
ein schlagfreies Anlegen der Ventilscheibe 24 an diese Ausneh
mungs-Bodenfläche 28, insbesondere auch bei einer nur teilwei
sen Ventilöffnung.
Ist die Ventilscheibe 24 kreisscheibenförmig mit zentraler
Halterung mittels eines Zapfens 35 ausgebildet, wie im
Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 bis 3 vorgesehen, entspricht
die Ausnehmungs-Bodenfläche 28 etwa einem Abschnitt einer Ku
geloberfläche. In diesem Ausführungsbeispiel ist dabei der
Krümmungsverlauf der Ausnehmungs-Bodenfläche 28 der
Biegefläche der Ventilscheibe 24 in der Öffnungslage 24′
angepaßt. Die Ausnehmungs-Bodenfläche 28 bildet die
Anschlagfläche für die pumpraumnahe Seitenfläche der zum
Einlaßventil 22 gehörenden Ventilscheibe 24, was in Fig. 2 in
einer Querschnittsebene gut erkennbar ist.
Dadurch wird der Ventilweg in sehr vorteilhafterweise begrenzt
und auch begünstigt, daß sich bei teilweise oder ganz öffnen
dem Einlaßventil 22 die zugehörige Ventilscheibe 24 entspre
chend deren Biegekurve verformen und gewissermaßen auf der
Ausnehmungs-Bodenfläche 28 abwälzen kann. Versuche haben ge
zeigt, daß bei einer der derartigen Begrenzung des Venilweges
mit Hilfe der Anpassung der Ausnehmungs-Bodenfläche 28 an die
Ventil-Biegekurve beziehungsweise Ventil-Biegefläche die Ven
tilscheibe 24 gut in dem Arbeitsrhythmus der Pumpe 1 kommt,
wie er durch die entsprechende Pumpendrehzahl gegeben ist.
Dies gilt besonders dann, wenn die zu bewegende Ventilmasse
sowie deren Ventilweg auf die Drehzahl der Pumpe 1 abgestimmt
sind. Die Ventilscheibe 24 kann sich dann gut in erwünschter
Weise im Eigen-Resonanzbereich bewegen, was, insbesondere bei
schnellaufenden Pumpen, insbesondere bei Gaspumpen günstig
ist.
Die kreisscheibenförmige Ausbildung der Ventilscheibe 24 trägt
dazu bei, unnötig zu bewegende Massen zu vermeiden. Aus Fig.
2 und 3 ist noch gut zu erkennen, wie eine Ventilscheibe 24
mittels des Zapfens 35 zentriert und in Richtung der Zapfen
achse 36 spielfrei im Pumpenkopf 5 befestigt ist. Dies begün
stigt einen einwandfreien, weitestgehend störungsfreien Bewe
gungsablauf bei der Ventilscheibe 24, insbesondere auch in
bezug auf die Ausnehmungs-Bodenfläche 28 und die Ventil-
Dichtflächen 25.
Wie erwähnt, sorgt in bekannter Weise die Eigen-Elastizität
des Ventilwerkstoffes für ein genügend schnelles Zurückgehen
der Ventilscheibe 24 in seine Schließstellung bei entsprechen
den Druckdifferenzen beim Fördermedium im Pumpbetrieb.
Das in Fig. 1 auf der linken Seite erkennbare, im ganzen mit
40 bezeichnete Auslaßventil 40 ist analog dem vorbeschriebenen
Einlaßventil 22 ausgebildet, mit der Maßgabe, daß in der
Schließstellung des Auslaßventils 40 dessen Ventilscheibe 24a
die Ableitungen 23a vom Pumpraum 13 zum Auslaßventil an der
entsprechenden Ventilfläche 25a abdeckten. Beim Auslaßventil
40 ist entsprechend auch die Ausnehmung 11a für die Ventilöff
nungsbewegung im Abschlußdeckel 6 untergebracht. Von dort füh
ren Auslaßventilkanäle 21a in eine Auslaßbohrung 20a. Für die
Arbeitsweise des Auslaßventils 40 und der zugehörigen Ventil
scheibe 24a gilt analog das vorstehend in Verbindung mit dem
Einlaß-Ventil 22 Beschriebene.
Besonders vorteilhaft bei der Pumpe 1 ist, daß sich Einzel
merkmale wie die Krümmung der Ausnehmungs-Bodenfläche 28, de
ren an die Biegefläche der Ventilscheibe 24 beziehungsweise
24a angepaßter Krümmungsverlauf und/oder die Abstimmung der
Masse der Ventilscheibe 24 beziehungsweise 24a sowie deren
Ventilweg einerseits auf die Drehzahl der Pumpe 1 andererseits
einzeln oder in beliebiger Kombination miteinander verstärken,
insbesondere im Sinne einer Verbesserung des volumetrischen
Wirkungsgrades der Pumpe 1, aber auch in Richtung einer Ver
minderung der Geräuscherzeugung und des Verschleißes der Ven
tile.
Die Zuleitungen 23, die im Zwischendeckel 4 von Einlaßventil
22 zum Pumpraum 13 beziehungsweise die entsprechenden Zulei
tungen 23a, die von diesem Pumpraum 13 zum Auslaßventil 40
führen, können zum Beispiel von einer Anzahl von Bohrungen ge
bildet sein, deren Mittellängsachsen - in Aufsicht auf den
Zwischendeckel 4 gesehen - auf einem Kreis liegen. Eine solche
Zuleitung 23 oder 23a kann aber auch durch einen Ringkanal ge
bildet sein, dessen Kern 39 (Fig. 2) über (nicht gezeichnete)
Stege mit dem Zwischendeckel 4 in Verbindung steht.
Analoges gilt für die Ausbildung der Einlaßventilkanäle 21
beim Einlaßventil 22 beziehungsweise für die entsprechenden
Auslaßkanäle 21a beim Auslaßventil 40 oder die Zuleitungen 123
beim Ventil 122 (Fig. 4).
Eine etwas abgewandelte Weiterbildung der Erfindung, in der
insbesondere die Merkmale des 7. Anspruches ihren Niederschlag
gefunden haben, ist in den Fig. 4 bis 7 dargestellt. Die
Teile, die den in Fig. 1 bis 3 entsprechenden Bezugszeichen
funktionell entsprechen, sind in der Hunderter-Serie mit ana
logen Endziffern bezeichnet, beispielsweise die Ventilscheibe
nach Fig. 4-7 mit "124". Dabei zeigt Fig. 4, stärker schemati
siert, einen im Schnitt gehaltenen Ausschnitt aus dem Bereich
eines Einlaßventils 122. Im Abschlußdeckel 106 befindet sich
eine zentrale Einlaßbohrung 141. Deren dem (hier nicht gezeig
ten) Pumpraum 13 zugewandte Mündung 142 endet in einer zugehö
rigen Ausnehmung 111 des Zwischendeckels 104. Dabei hat diese
Ausnehmung 111 die gleiche Aufgabe wie die in Verbindung mit
der Ausführung nach Fig. 1 bis 3 beschriebene Ausnehmung 11
beziehungsweise 11a, nämlich den Raum für die Ventilöffnungs
bewegung zu schaffen. An der Mündung 142 der Einlaßbohrung 141
befindet sich nämlich eine Ventilscheibe 124. Ein wesentliches
erfinderisches Merkmal bei dieser Ausführung gemäß Fig. 4 bis
7 besteht nun darin, daß die dortige Ventildichtfläche 125
praktisch vom Innenrand 131 der Einlaßbohrung 141 (Fig. 6)
gebildet ist und die radiale Verlängerung 125a der
Ventildichtfläche 125 - von diesem Innenrand 131 der Ventil-
Dichtfläche 125 aus radial nach außen gehend - im Verhältnis
zum Zentrum der Schließlage (Fig. 4 und 6) der Ventilscheibe
124 mindestens abschnittsweise über den Umfang gegenüber dem
Pumpraum 13 eine zurücklaufende Querschnittskontur hat. In
Fig. 4 erkennt man dies daran, daß in der Ausnehmung 111 ein
kegelstumpfförmiger Teil des Deckels 106 zumindest in der
sichtbaren Querschnittsebene in Richtung des Pumpraumes 13
etwas in die Ausnehmung 111 hineinragt. Dem liegt die
Stirnseite 150 eines in die Ausnehmung 111 hineinragenden
Kerns 139 gegenüber, die in der in Fig. 4 sichtbaren
Querschnittsebene etwas abgeschrägt ausgebildet ist. Die
eigentliche Ventil-Dichtfläche 125 gemäß Fig. 4 und 6 ist der
auslaufende Innenrand 131 beziehungsweise eine sehr schmale
Kreisringfläche am pumpraumseitigen Ende der Einlaßbohrung
141. Fig. 5 zeigt einen Blick auf die dem Pumpraum 13 abge
wandte (in Fig. 4 und 6) obere Flachseite der Ventilscheibe
124. Man erkennt dort, diagonal gegenüberliegend, zwei
randoffene Aussparungen 145, in die zwei Zapfen 135 und 135a
eingreifen. Diese Zapfen 135 sind vorzugsweise am Kern 139
befestigt und zentrieren ihrerseits die Ventilscheibe 124
spielfrei in ihrer Betriebslage (Fig. 4). Dabei ist diese
Ventilscheibe 124, in Richtung der Längsachse dieser Zapfen
135, 135a mit Hilfe dieses Kerns 139 festgelegt, der beim
Einlaßventil 122 nach Fig. 4 und 6 in die Ausnehmung 111 des
Zwischendeckels 104 bis zur Ventilscheibe 124 hineinragt,
ähnlich wie dies beim bereits in Verbindung mit Fig. 1 und 2
beschriebenen Kern 39 der Fall ist. Auch beim
Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 bis 6 befinden sich neben
diesem Kern 139 Zuleitungen 123, die mit dem in Fig. 4 nicht
gezeichneten, aus Fig. 1 gut ersichtlichen Pumpraum 13 in
Verbindung stehen. In Fig. 6 ist eine Zuleitung 123 versetzt
eingezeichnet. Beim Ausgangschub-Hub der Pumpe 1 gelangt
Fördermedium, z. B. Flüssigkeit bei einer Dosierpumpe mit dem
Druck p1 über die Einlaßbohrung 141 in die Ausnehmung 111 und
sorgt - ähnlich wie bereits beschrieben - dafür, daß die
Ventilscheibe 124 entsprechend der Richtung des Pfeiles 146
mit den Randbereichen 116, die nicht in der durch die Zapfen
135, 135a charakterisierten Längsmittelebene (Fig. 5)
festgelegt sind, in eine Öffnungsstellung zu gehen. Diese
Öffnungsstellung ist in Fig. 6 strichliniert angedeutet und
mit 124′ bezeichnet. Wenn nach dem Ende des Ansaug-Hubes im
Bereich des Einlaßventils 122 nach Fig. 4 u. 6 unmittelbar bei
Beginn des Ausschub-Hubes ein Wechsel der Strömungsrichtung,
praktisch nur für Sekundenbruchteile bei einem Druck p2 in der
Ausnehmung 111 erfolgt, sorgt der in der vorbeschriebenen
Weise ausgebildete, sich kegelförmig zum Innenrand 131 der
Einlaßbohrung 141 verjüngende Ventilsitz 125 dieses an das
Ventils 122 in der schon beschriebenen Weise mit dafür, daß
auf Grund der Querschnittsverengung des Strömungsquerschnittes
in Richtung der Ventilfläche 125 bzw. in Richtung des dortigen
Innenrandes 131 die Strömungsgeschwindigkeit starkt ansteigt.
Entsprechend der Strömungsgleichung von Bernoulli bedeutet
dies eine Verminderung des Drucks in Richtung zum Zentrum der
Ventilscheibe 124 bzw. im Bereich ihrer Ventilflächen 125,
wodurch das Schließen der Ventilscheibe 124 am inneren Rand
des Ventilsitzes 125 unterstützt und somit eine hohe
Schließgeschwindigkeit begünstigt wird. Diese Schließbewegung
wird durch deren Eigenspannung mitunterstützt.
Bei der Ausbildung nach Fig. 4 bis 6 der Pumpe 1 bildet die
der Ventilscheibe 124 zugewandte Stirnseite des Kerns 139, der
zum Zwischendeckel 104 gehört, im wesentlichen das
entsprechende Teil der im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 bis
3 erwähnten Bodenfläche 28. Sie ist im Ausführungsbeispiel
nach Fig. 4 u. 6 dachförmig mit Geradlinienabschrägungen
aufgebildet, die Umrißform der stirnseitigen Abschrägungen 150
des Kerns 139 kann aber auch analog der Ausbildung nach Fig. 1
und insbesondere Fig. 2 gekrümmt verlaufen. Dies begünstigt in
der beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 bis 3 beschriebenen
Weise das sichanlegen der Ventilscheibe 124 mit ihren Rand-
Öffnungsabschnitten 116a (Fig. 6) an ihre Anschlagfläche in
der Offnungsstellung. Schließlich kann der Krümmungsverlauf
der Abschrägung 150 auch an die Biegefläche der entsprechenden
seitlichen Rand-Öffnungsabschnitte 116a der Ventilscheibe 124
angepaßt sein, wie es analog bereits näher in Verbindung mit
dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1 bis 3 erläutert wurde. Es
findet dann praktisch ein dem Biegeverhalten der
Randöffnungsabschnitte 116 der Ventilscheibe 124 in etwa
angepaßtes Abrollen dieser Randöffnungsabschnitte 116 bei der
Ventil-Öffnungsbewegung statt. Dementsprechend arbeitet ein
solches Ventil besonders leise und seine mechanische
Beanspruchung ist besonders gering. Ist das Fördermedium eine
Flüssigkeit, fällt dieser Vorteil weniger ins Gewicht. Im
Anwendunsbereich von Gaspumpen ergeben sich jedoch die bereits
in Verbindung mit Fig. 1 bis 3 beschriebenen, besonderen
Vorteile.
Die Konstruktion des (nicht näher gezeichneten) Auslaßventils
bei der Ausführung analog Fig. 4 bis 7 kann auch analog beim
zugehörigen Auslaßventil Verwendung finden mit den
entsprechenden geometrischen Umkehrungen, wie sie in
Verbindung mit Fig. 1 u. 2 bereits beschrieben wurden.
Die vorerwähnte Krümmung der Abschrägung 150, insbesondere der
im Biegeverhalten Rand-Öffnungsabschnitte 116a der zugehörigen
Ventilscheibe 124 angepaßte Krümmung, ist bei vergleichsweise
langsamlaufenden Pumpen weniger wichtig, wird um so
vorteilhafter, je schneller diese Pumpen 1 laufen. Die
entsprechende, gekrümmte Ausbildung ist aber auch bei
langsamlaufenden Pumpen nicht nachteilig. Da Gaspumpen im
Vergleich zu Flüssigkeitspumpen in aller Regel schneller
laufen, ist die vorerwähnte Krümmung der Abschrägung 150,
insbesondere die dem Krümmungsverhalten bei der Ventilscheibe
124 angepaßte Krümmung, besonders vorteilhaft.
Alle vorbeschriebenen bzw. in den Ansprüchen aufgeführten
Merkmale können einzeln oder in beliebiger Kombination
miteinander erfindungswesentlich sein.
Claims (14)
1. Pumpe (1), vorzugsweise Membranpumpe mit vom Fördermedium
gesteuerten, im Pumpenkopf (5) untergebrachten Ventilen
(22, 40, 122) die in Schließstellung an je einer Ventil-
Dichtfläche (25, 25a, 125) des Pumpenkopfes anliegen, so
wie in Offenstellung in einer Ausnehmung (11, 11a, 111)
für die Ventilöffnungsbewegung ausweichen, dadurch gekenn
zeichnet, daß wenigstens ein Ventil (20, 40, 122) eine se
parate Ventilscheibe (24, 24a, 124) aufweist, deren Zen
tralbereich mindestens etwa zentral zu der zugehörigen
Ventil-Dichtfläche (25, 25a, 125) des Pumpenkopfes (5)
festgelegt ist und sich beim Öffnen zumindest mit Randab
schnitten (116) der Ventilscheibe (24, 24a, 124) in die
zugehörige Ausnehmung (11, 11a, 111) für die Ventilöff
nungsbewegung auslenkt, und daß der Abstand (a) der der
Ventilscheibe (24, 24a, 124) zugewandten Bodenfläche (28,
28a, 128) dieser Ausnehmung, von deren Zentralbereich (29)
für die in Schließstellung befindliche Ventilscheibe (24,
24a, 124) aus gesehen, radial nach außen zunimmt.
2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Pumpe (1) als Gaspumpe ausgebildet ist.
3. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
der Zentralbereich (29) der Ventilscheibe (24, 24a) mit
tels eines Zapfens (35) zentriert ist, der eine zentrale
Lochung (34) der Ventilscheibe (24) durchsetzt.
4. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß die der Ventilscheibe (24, 24a, 124) zuge
wandte Bodenfläche (28, 28a, 150) der Ausnehmung (11, 11a,
111) für die Ventilöffnungsbewegung im Querschnittsprofil
gekrümmt ist.
5. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Krümmung der Ausnehmungs-Bodenfläche
(28, 28a, 150) der Biegefläche der zugehörigen Ventil
scheibe (24, 24a, 124) angepaßt ist.
6. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Ventilscheibe(n) (24, 24a) mittels eines
Zapfens (35) in Richtung der Zapfenachse (36) spielfrei im
Pumpenkopf (5) befestigt ist (sind).
7. Pumpe, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da
durch gekennzeichnet, daß die Ventil-Dichtfläche (125)
mindestens bei einem Ventil (122) - vom Innenrand (131)
der Ventil-Dichtfläche (125) aus radial nach außen gehend
- im Verhältnis zum Zentrum der Schließlage der Ventil
scheibe (124) mindestens abschnittsweise über den Ventil
scheibenumfang (116) eine gegenüber dem Pumpraum (13) zu
rücklaufende Querschnittskontur hat.
8. Pumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ihre
Ventilscheibe (124) etwa an ihrem Umfang (116) mittels
zwei oder mehr Zapfen (135, 135a) oder dergleichen Zen
trierelemente zentrisch bei der zugehörigen Auslaßbohrung
(141) oder der zugehörigen Einlaßbohrung gehalten ist.
9. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn
zeichnet, daß ihre in der Ventilebene vorzugsweise wenig
stens in etwa kreisförmige(n) Ventilscheibe(n) (124) in
der Verbindungszone zweier Zapfen (135, 135a) auf den In
nenrand (143) der Ventil-Dichtfläche (125) gehalten ist
(sind).
10. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Ventilscheibe(n) (24, 24a, 124) aus fe
derelastischem oder dergleichen Werkstoff mit Eigenspan
nung bei Verformung besteht.
11. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Ventilscheibe(n) (24, 24a, 124) zumin
dest etwa kreisscheibenförmig ausgebildet ist (sind).
12. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekenn
zeichnet, daß die zu bewegende Masse der Ventilscheibe(n)
(24, 24a, 124) sowie zumindest deren Ventilöffnungsweg zur
Bodenfläche (28, 28a, 128) auf die Drehzahl der Pumpe (1)
abgestimmt ist (sind), zweckmäßigerweise auch auf den Ven
til-Schließweg zur Ventil-Dichtfläche (25, 25a, 125).
13. Verwendung der Pumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis
12 als Dosierpumpe.
14. Verwendung der Pumpe (1) nach Anspruch 13 als Flüssig
keitsdosierpumpe.
Priority Applications (1)
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ID=6424270
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