DE4219663C2 - Flüssigkeits-Dosierpumpe - Google Patents
Flüssigkeits-DosierpumpeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Flüssigkeits-Dosierpumpe
mit einer Pumpenkammer, deren Volumen sich bei einem
Saughub vergrößert und bei einem Druckhub verkleinert
und an deren oberen Ende eine Entlüftungsventileinrich
tung angeordnet ist.
Dosierpumpen dieser Art werden beispielsweise als Kol
benpumpen, insbesondere aber als Membranpumpen ausge
führt. Wenn eine derartige Pumpe Flüssigkeit in ein
unter einem höheren Druck stehendes System pumpen soll,
verringert sich die Leistung der Pumpe oder sie fällt
völlig aus, sobald Gas in die Pumpenkammer gelangt. Gas
ist im Gegensatz zu Flüssigkeiten komprimierbar. Durch
die Bewegung des Kolbens oder der Membran wird in die
sem Fall nicht Flüssigkeit aus der Pumpenkammer in das
System gedrückt, sondern das Gasvolumen wird verklei
nert. Das Gas gelangt beispielsweise beim Wechseln des
Vorratsbehälters, aus dem die Flüssigkeit abgesaugt
wird, oder bei ausgasenden Flüssigkeiten in die Pumpen
kammer. Insbesondere bei höher konzentrierten Flüssig
keiten, die mit der Dosierpumpe dosiert werden sollen,
gewinnt das Problem der Selbstausgasung eine immer
stärkere Bedeutung.
Aus DE 28 03 470 C3 ist eine Entlüftungsvorrichtung für
eine Flüssigkeits-Kolbenpumpe bekannt, bei der ein Ent
lüftungsschaltventil, eine Drossel und ein Rückschlag
ventil nebeneinander angeordnet sind. Das Rückschlag
ventil öffnet in eine Rückführleitung zum Tank. Die
Drossel soll so eingestellt werden, daß sie Gase durch
läßt, dagegen Flüssigkeiten praktisch völlig drosselt.
Für die Einstellung einer derartigen Drossel ist jedoch
eine große Erfahrung und entsprechend qualifiziertes
Fachpersonal erforderlich. Insbesondere bei schwanken
den Drücken läßt sich nicht vermeiden, daß nennenswerte
Mengen an Flüssigkeit durch die Drossel austreten. Ist
hingegen der Drosselspalt zu klein eingestellt, tritt
die gewünschte Entlüftungswirkung nicht ein. Die Entlüf
tungswirkung ist zwar im normalen Betrieb ausreichend.
Wenn jedoch größere Gasmengen in die Pumpenkammer ein
getreten sind, wie dies beispielsweise bei einem Behäl
terwechsel der Fall sein kann, muß eine Entlüftung von
Hand über das Entlüftungsventil vorgenommen werden.
Diese Inbetriebnahme ist umständlich. Nicht bei allen
Benutzern kann man die Fähigkeiten voraussetzen, eine
derartige Entlüftung ordnungsgemäß vorzunehmen.
US 2 744 469 zeigt eine Ventilstruktur zum Entlüften
von Pumpen, bei der ein schwimmerartiges Verschlußstück
im Ruhezustand auf einem Ventilsitz aufliegt. Dieses
Verschlußstück wird durch eine ausströmende Flüssigkeit
angehoben, wodurch das Ventil geöffnet wird. Das Ver
schlußstück steht über eine Betätigungsstange in Ver
bindung mit einer Ventilscheibe, die beim Anheben des
Verschlußstücks einen Luftausströmkanal verschließt.
Die Scheibe ist hierbei auf der Betätigungsstange axial
verschiebbar gelagert, so daß sie beim Zurücksinken des
Verschlußstücks auf den Ventilsitz nicht zwangsläufig
mitgenommen wird, sondern in einer Schließstellung kle
ben bleibt. In einer anderen Ausgestaltung ist die den
Entlüftungskanal verschließende Scheibe unabhängig von
der Bewegung des Verschlußstücks. Hierbei wird die
Scheibe direkt von der ausströmenden Flüssigkeit betä
tigt.
CH 390 686 beschreibt eine Förderpumpenanlage für Heiz
öl mit einer Selbstentlüftung. Hierbei wird eine Mem
brane durch einen federbeaufschlagten Stößel in einer
Öffnungsstellung gehalten. Die Membrane weist Durch
gangsbohrungen auf, die in der Öffnungsstellung eine
Verbindung von einem Einströmkanal zu einem Ausströmka
nal des Ventils ermöglichen. Wenn der Ölanteil bei der
Förderung zunimmt oder ausschließlich Öl gefördert
wird, wächst der Staudruck an der Membran auf einen
Wert an, der ausreicht, um den Druck der Feder und die
Vorspannung der Membran in Öffnungsrichtung zu überwin
den. Die Membran springt dann um, wobei die Öffnungen
verschlossen werden. Andere Alternativen zeigen eine
schwimmerartige Membran, die entweder Bohrungen oder
randseitig angeordnete Öffnungen aufweisen, durch die
die Luft und ein Teil des Heizöls strömen können. So
bald der Ölanteil groß genug ist, wird die Membran so
hochgeschwemmt, daß die Austrittsöffnung verschlossen
wird. In allen Fällen ist es schwierig, ein definiertes
Ansprechverhalten zu erreichen.
EP 0 354 484 B1 zeigt eine weitere Dosierpumpe mit ei
nem Entlüftungsventil und einer als Kolben wirkenden
Membran. Nach einer vorbestimmten Anzahl von Kolbenhü
ben wird dieses Entlüftungsventil über eine Getriebe
einrichtung oder einen Elektromagneten für eine weitere
vorbestimmte Anzahl von Kolbenhüben geöffnet und danach
wieder geschlossen. Dies hat zwar den Vorteil, daß auch
bei großen Gasmengen in der Pumpenkammer eine vollstän
dige Entlüftung vorgenommen werden kann, ohne daß ein
Eingriff von außen notwendig ist. Im Betrieb ist eine
derartige Entlüftung jedoch ausgesprochen unbefriedi
gend. Da das Verhältnis von Öffnungs- zu Schließzeiten
fest vorgegeben ist, kann es einerseits passieren, daß
durch das Entlüftungsventil Flüssigkeit austritt, wenn
bereits alles Gas aus der Pumpenkammer verdrängt worden
ist. Umgekehrt kann es auch vorkommen, daß die Öff
nungszeiten der Entlüftungsventileinrichtung zu kurz
sind, um alles Gas austreten zu lassen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine
Flüssigkeits-Dosierpumpe mit einer verbesserten Entlüf
tungsmöglichkeit anzugeben.
Diese Aufgabe wird bei einer Flüssigkeits-Dosierpumpe
der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Ent
lüftungsventileinrichtung ein strömungsbetätigtes Ven
til aufweist, dessen Ansprechverhalten vom Aggregatzu
stand des durchströmenden Fluids bestimmt ist, wobei
das Ventil im Strömungspfad des Fluids eine Drossel
aufweist, die einen Ausgang eines Druckraums bildet, in
dem ein mit einem Schließkörper, der gegen einen Ven
tilsitz bewegbar ist, verbundenes Betätigungselement
angeordnet ist, auf das der Druck im Druckraum wirkt
und der Ventilsitz und/oder der Schließkörper auf sei
ner Schließfläche eine Struktur aufweist, die die Be
rührung zwischen Schließkörper und Ventilsitz auf re
lativ schmale Flächenbereiche beschränkt.
Der Aggregatzustand des durchströmenden Fluids kann der
einer Flüssigkeit oder der eines Gases sein. Solange
Gas durch das Ventil strömt, bleibt es geöffnet. Erst
wenn Flüssigkeit durch das Ventil strömt, spricht es an
und schließt. Dadurch erfolgt die Entlüftung der Pum
penkammer tatsächlich bedarfsabhängig. Nur wenn sich
Gas in der Pumpenkammer befindet, greift die Entlüf
tung. Wenn die Pumpenkammer vollständig mit Flüssigkeit
gefüllt ist, wird bereits bei Beginn des Druckhubes
Flüssigkeit durch das Ventil strömen, wodurch dieses
augenblicklich geschlossen wird und einen weiteren
Flüssigkeitsaustritt verhindert. Umgekehrt bleibt das
Ventil für die erforderliche Zeit, d. h. die erforderli
che Anzahl von Druckhüben, geöffnet, bis das gesamte
Gas aus der Pumpenkammer verdrängt worden ist. Die Do
sierpumpe entlüftet sich also in praktisch allen vor
kommenden Fällen in der schnellstmöglichen Weise
selbst, unabhängig davon, ob die Pumpenkammer vollstän
dig mit Gas gefüllt ist, wie dies beispielsweise bei
einer Erstinbetriebnahme der Fall sein kann, oder ob
lediglich kleine Gasmengen aus der Flüssigkeit ausge
treten sind, wie dies im Betrieb gelegentlich vorkommen
kann.
Das Fluid erzeugt an der Drossel einen Druckabfall.
Dieser Druckabfall ist bei Gasen kleiner als bei Flüs
sigkeiten. Bei Flüssigkeiten ist er groß genug, um den
Druck im Druckraum so zu erhöhen, daß dieser über das
Betätigungselement den Schließkörper gegen den Ventil
sitz bewegen kann. Bei einem entsprechenden Druckab
fall, der durch eine Flüssigkeitsströmung, nicht jedoch
durch eine Gasströmung, hervorgerufen werden kann, wird
der Schließkörper gegen den Ventilsitz bewegt und ver
hindert den weiteren Austritt von Flüssigkeit. Umge
kehrt läßt sich mit einer derartigen Konstruktion er
reichen, daß Gas bei den Strömungsgeschwindigkeiten,
für die die Pumpe ausgelegt ist, ohne weiteres passie
ren kann.
Durch die Struktur auf der Schließfläche des Ventil
sitzes und/oder des Schließkörpers verhindert man, daß
der Schließkörper am Ventilsitz festklebt, was gegebe
nenfalls durch Unterdruck nach dem Schließen der Fall
sein könnte. Durch die relativ schmalen Flächenberei
che, die durchaus einer Linienberührung angenähert sein
können, wird ein derartiges Kleben mit hoher Zuverläs
sigkeit verhindert.
Bevorzugterweise ist das Ventil normalerweise offen und
erzeugt im ausströmenden Fluid einen aggregatzustand
abhängigen Druckabfall, der in Schließrichtung auf das
Ventil wirkt und der nur bei Flüssigkeit groß genug
ist, um das Ventil zu schließen. Man nutzt hierbei die
Tatsache aus, daß bei ansonsten gleichen Strömungspfa
den Flüssigkeiten einen höheren Druckabfall bewirken
als Gase. Solange Gas durch das Ventil strömt, bleibt
es offen. Bei Flüssigkeit entsteht jedoch über das Ven
til eine Schließkraft, die groß genug ist, um das Ven
til zu schließen, die Flüssigkeitsströmung also zu un
terbinden oder zu unterbrechen. Die notwendige Kraft
zum Schließen des Ventils wird im Grunde genommen vom
Kolben oder der Membran erzeugt, die die Pumpenkammer
bei einem Druckhub verkleinert. Die zum Schließen des
Ventils notwendige Leistung ist aber, verglichen mit
der Pumpenleistung, vernachlässigbar klein, so daß die
se Zusatzbelastung der Membran oder des Kolbens nicht
ins Gewicht fällt.
Hierbei schließt das Ventil vorteilhafterweise gegen
eine vorbestimmte Öffnungskraft, wobei der Druckabfall
bei Gas eine kleinere, bei Flüssigkeit eine größere
Kraft als die Öffnungskraft erzeugt. Mit Hilfe dieser
Öffnungskraft wird einerseits der Ruhezustand des Ven
tils definiert. Andererseits wird hierdurch ein
Schwellwert geschaffen, der es erlaubt, zwischen Gasen
und Flüssigkeiten zu unterscheiden. Das Ventil hat also
eine eingebaute Druck- oder Kraftmeßfunktion. Erst wenn
die Öffnungskraft überschritten wird, was definitions
gemäß nur bei der Strömung von Flüssigkeiten der Fall
sein kann, schließt das Ventil. Ansonsten bleibt es zur
Entlüftung offen.
Hierbei ist bevorzugt, daß der Schließkörper das Betä
tigungselement bildet, wobei die Drossel zwischen
Schließkörper und Ventilsitz oder im Schließkörper aus
gebildet ist. In der Ruhestellung befindet sich zwi
schen dem Schließkörper und dem Ventilsitz nur ein
schmaler Spalt, durch den Gas ohne nennenswerten Druck
abfall strömen kann. Eine Flüssigkeitsströmung bewirkt
jedoch einen Druckabfall, der seinerseits wieder zu
einer Druckerhöhung im Druckraum führt. Dieser Druck
preßt den Schließkörper unter Verringerung der Größe
des Spaltes gegen den Ventilsitz. Es entsteht hierdurch
eine Art selbststeigernder Effekt, weil bei einem sich
verringernden Spalt, also einer stärker drosselnden
Drossel, der Druckabfall über das Ventil sehr schnell
ansteigt und zu einem entsprechend schnellen Ansteigen
des Drucks im Druckraum führt. Dieser schnelle Druck
anstieg seinerseits führt zu einem sehr schnellen
Schließen des Ventils, d. h. zu einer sehr schnellen
Bewegung des Schließkörpers auf den Ventilsitz.
Bevorzugterweise ist der Schließkörper als Membran aus
elastischem Material ausgebildet, die eingebaut eine
Vorspannung aufweist. Die Vorspannung dient zur Erzeu
gung der Öffnungskraft. Durch die Vorspannung wird eine
Ruhestellung der Membran definiert. Die Vorspannung
kann durch die Formgebung der Membran bedingt werden.
Sie kann aber auch erst durch ein Verspannen der Mem
bran beim Einbau erzeugt werden.
Vorzugsweise weist die Membran eine Öffnung etwa in der
Mitte auf, wobei sich mindestens ein Ausgangskanal au
ßermittig in den Ventilsitz öffnet. Die Membran kann
also in ihrem gesamten Randbereich eingespannt sein,
was zu einer hohen mechanischen Stabilität des Ventils
und bequemen Fertigungsmöglichkeiten führt. Weiterhin
erlaubt eine derartige Ausgestaltung eine relativ große
Öffnung des Ventils. Im mittleren Bereich der Membran,
in dem der Abstand zur Randeinspannung am größten ist,
läßt die Membran auch die größte Auslenkung zu.
Mit Vorteil ist die Öffnung von einem Ringwulst umge
ben, der sich in Schließstellung an eine im wesentli
chen ebene Fläche des Ventilsitzes anlegt. Bei einer
derartigen Ausgestaltung wird die Öffnung unmittelbar
abgedichtet.
Bevorzugterweise sind die Flächenbereiche als konzen
trische Ringe oder Noppen ausgebildet. Diese umgeben
die Öffnung in der Mitte und führen zu einer gestaffel
ten Abdichtung von Schließkörper auf Ventilsitz nach
außen.
Vorteilhafterweise münden mehrere Ausgangskanäle radial
versetzt zwischen einzelnen Ringen. Mehrere Ausgangs
kanäle haben eine entsprechende Strömungskapazität, so
daß eine Entlüftung relativ rasch erfolgen kann. Durch
die konzentrischen Ringe oder Noppen ist andererseits
bei Auftreten einer Flüssigkeitsströmung sicherge
stellt, daß ein sehr rasches Schließen des Ventils er
folgen kann. Zwischen Membran und Ventilsitz verblei
bendes Gas kann noch durch weiter außen liegende Aus
gangskanäle entweichen, während die Membran bereits von
innen nach außen zu schließen beginnt.
Die Pumpenkammer ist bevorzugterweise mit einem Aus
laßventil versehen, das erst bei einem vorbestimmten
Mindestdruck öffnet. Dieser Mindestdruck kann dann dazu
ausgenutzt werden, eine Entlüftung sicherzustellen.
Auch wenn nur kleine Gasreste in der Pumpenkammer ver
bleiben, die aufgrund ihres kleinen Volumens auch nur
in geringem Maße komprimierbar sind, wird durch die
Blockierung des Pumpenkammerauslasses erreicht, daß
auch diese kleinen Gasreste zuverlässig aus der Pumpen
kammer entfernt werden können.
Vorteilhafterweise ist das strömungsbetätigte Ventil
mit einem Rückschlagventil in Reihe angeordnet. Dieses
Rückschlagventil verhindert, daß bei einem Saughub über
das strömungsbetätigte Ventil Gas in die Pumpenkammer
eingesaugt wird.
Bevorzugterweise ist das Rückschlagventil in Strömungs
richtung hinter dem strömungsbetätigten Ventil angeord
net. Das Rückschlagventil verursacht dann keinen Druck
abfall, der sich auf die Funktion des strömungsbetätig
ten Ventils störend auswirken könnte.
Mit Vorteil ist die Membran aus mit Metall, insbesonde
re Edelstahl oder Hastelloy, einem Elastomer oder einem
Kunststoff, PVDF oder PTFE oder einen Verbund dieser
Materialien gebildet. Bei derartigen Materialien kann
man mit einer hohen Zuverlässigkeit davon ausgehen, daß
das Fluid nicht kleben bleibt und zu einer Störung der
Ventilfunktion führt.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von bevorzugten
Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung
beschrieben. Hierin zeigen:
Fig. 1 eine erste Ausführungsform eine Flüssigkeits-
Dosierpumpe,
Fig. 2 eine Detailansicht einer Entlüftungsventil
anordnung und
Fig. 3 eine zweite Ausführungsform einer Flüssig
keits-Dosierpumpe.
Eine Flüssigkeits-Dosierpumpe 1 weist eine Pumpenkammer
2 auf, die von einem Gehäuse 3 und einer Membran 4 be
grenzt ist. Anstelle der Membran 4 kann man auch einen
Kolben verwenden. Die Membran 4 wird über eine Betäti
gungsstange 5 durch einen nicht näher dargestellten
Antrieb hin- und herbewegt. Bei der Bewegung nach links
verkleinert sich das Volumen der Pumpenkammer 2. Eine
derartige Bewegung wird im folgenden als Druckhub be
zeichnet. Bei einer Bewegung der Membran 4 nach rechts
vergrößert sich das Volumen der Pumpenkammer 2. Eine
derartige Bewegung wird im folgenden als Saughub be
zeichnet. In die Pumpenkammer 2 mündet ein Eingangsan
schluß 6, der über einen Schraubstutzen 7 mit einer
nicht näher dargestellten Zuführleitung verbunden wer
den kann. Zwischen Pumpenkammer 2 und Eingangsanschluß
6 ist ein Eingangsventil 8 angeordnet, das als schwer
kraftbetätigtes Rückschlagventil ausgebildet ist. Bei
einem Saughub wird der als Kugel dargestellte Ventil
körper von seinem Sitz abgehoben und gibt den Weg vom
Eingangsanschluß 6 in die Pumpenkammer 2 frei. Bei ei
nem Druckhub wird die Kugel auf den Ventilsitz gepreßt
und verhindert ein Austreten des in der Pumpenkammer 2
befindlichen Fluids in den Eingangsanschluß 6. Die Pum
penkammer ist ferner mit einem Ausgangsanschluß 9 ver
bunden, der über einen Schraubstutzen 10 mit einer
nicht näher dargestellten Dosierleitung verbunden wer
den kann. Zwischen dem Ausgangsanschluß 9 und der Pum
penkammer 2 ist ein Ausgangsventil 11 angeordnet, das
gegen die Kraft einer Feder 12 in Auslaßrichtung öff
net. Die Feder 12 definiert einen Öffnungsdruck. Erst
bei Überschreiten des Öffnungsdrucks öffnet das Aus
gangsventil 11. Bei Unterschreiten dieses Öffnungs
drucks in der Pumpenkammer 2 schließt es wieder.
An ihrer obersten Stelle verläßt ein Entlüftungskanal
13 die Pumpenkammer 2. Der Entlüftungskanal 13 mündet
in eine Druckkammer 14 einer Entlüftungsventileinrich
tung 15. Die Entlüftungsventileinrichtung 15 besteht
aus einer Reihenschaltung eines Entlüftungsventils 16
und eines Rückschlagventils 17 und soll anhand von
Fig. 2 näher erläutert werden.
Fig. 2a zeigt das Entlüftungsventil 16 in geöffneter
Stellung. Fig. 2b zeigt es in geschlossener Stellung.
Das Entlüftungsventil 16 weist eine Federmembran 18 aus
Metall, beispielsweise Edelstahl, Kunststoff, Elastomer,
Metall-Elastomer-Verbund oder Kunststoff-Elastomer-Ver
bund, auf. Insbesondere kann als Werkstoff PVDF oder
PTFE verwendet werden. Diese Werkstoffe haben den Vor
teil, daß nichts an ihnen haften bleiben kann, also
auch austretende Flüssigkeit nicht zu einem Verkleben
oder Verstopfen des Ventils führen kann.
Etwa in der Mitte der Federmembran 18 ist eine Öffnung
19 vorgesehen, die von einem Ringwulst 20 umgeben ist,
der sich im geschlossenen Zustand an eine im wesentli
chen ebene Fläche 21 anlegt. Die Federmembran 18 wirkt
mit einem Ventilsitz 22 zusammen, von dem die Fläche 21
einen Teil bildet. In den Ventilsitz 22 münden mehrere
Ausgangskanäle 23. Diese können, beispielsweise wie
dargestellt, radial versetzt zueinander angeordnet
sein. Auch in Umfangsrichtung verteilt können mehrere
Ausgangskanäle 23 angeordnet sein.
Die dem Ventilsitz 22 zugewandte Oberfläche der Feder
membran 18 ist strukturiert, d. h. sie weist eine Anzahl
von ringförmigen Vorsprüngen 24 auf, die die Öffnung 19
konzentrisch umgeben und bewirken, daß sich die Berüh
rung zwischen der Federmembran 18 und dem Ventilsitz 22
auf relativ schmale Flächenbereiche beschränkt. Man
kann fast von einer Linienberührung sprechen.
Die Federmembran 18 weist eine gewisse Vorspannung auf,
die durch den Einbau der Federmembran in das Gehäuse 3
erzeugt werden kann. Denkbar ist auch, daß die Feder
membran bereits als Formteil mit einer gewissen Vor
spannung ausgebildet ist.
Im in Fig. 2a dargestellten Ruhezustand ist zwischen
der Federmembran 18 und dem Ventilsitz 22 ein kleiner
Spalt 25 ausgebildet, der einem ausströmenden Fluid
gegenüber einen Drosselwiderstand bildet. Der Drossel
widerstand führt bei dem ausströmenden Fluid zu einem
Druckabfall. Dieser Druckabfall ist unter anderem davon
abhängig, welchen Aggregatzustand das ausströmende Fluid
hat, ob es sich also um ein Gas oder eine Flüssigkeit
handelt.
Alternativ dazu kann die Drossel auch durch die Öffnung
19 gebildet werden.
Bei einem Druckhub der Membran 4 kann Gas, das sich im
Entlüftungskanal 13 gesammelt hat, problemlos durch den
Spalt 25 zwischen der Federmembran 18 und dem Ventil
sitz 22 entweichen und über die Ausgangskanäle 23 und
das Rückschlagventil 17 in eine Entlüftungsbohrung 26
im Gehäuse 3 gelangen. Das ausströmende Gas wird nicht
komprimiert. Eine Druckerhöhung im Druckraum 14 findet
daher nicht oder nicht in einem nennenswerten Maße
statt. Bei der erstmaligen Inbetriebnahme oder nach
einem Wechsel eines Vorratsbehälters mit der zu dosie
renden Flüssigkeit kann es durchaus vorkommen, daß die
Pumpenkammer 2 vollständig mit Gas gefüllt ist und da
her mehrere Hübe der Membran 4 notwendig sind, um alles
Gas in den Entlüftungskanal 13 zu fördern. Nach einer
kleineren oder größeren Anzahl von Pumpenspielen oder -
hüben ist jedoch die Pumpenkammer 2 und auch der Ent
lüftungskanal 13 vollständig mit Flüssigkeit gefüllt,
die damit auch in die Druckkammer 14 gelangt. Die Flüs
sigkeit strömt nun ebenfalls durch den Spalt 25 zwi
schen der Federmembran 18 und dem Ventilsitz 22. Die
Drosselwirkung dieses Spaltes 25 ist jedoch bei Flüs
sigkeiten eine andere als bei Gasen. Mit anderen Worten
erzeugt die durch den Spalt 25 oder die Öffnung 19 ge
bildete Drossel einen größeren Druckabfall bei Flüssig
keiten als bei Gasen. Der Druckabfall führt zu einer
Druckerhöhung in der Druckkammer 14. Der Druckabfall
ist natürlich auch abhängig von der Viskosität der
Flüssigkeit und von der Strömungsgeschwindigkeit. Da
beide Parameter aber in der Regel bekannt sind, kann
der Spalt 25 oder die Öffnung 19 entsprechend dimensio
niert werden, also so, daß er bei der gegebenen oder
angestrebten Förderleistung der Dosierpumpe 1 bei Gasen
einen entsprechend geringen, bei Flüssigkeiten jedoch
einen entsprechend hohen Druckabfall bewirkt.
Der erhöhte Druck in der Druckkammer 14 ist nun bei
Flüssigkeiten so groß, daß er die Vorspannung der Fe
dermembran 18 überwindet und diese gegen den Ventilsitz
22 preßt. Da bei dieser Bewegung der Spalt 25 immer
kleiner wird, steigt der Druckabfall über den Spalt 25
auch immer schneller an, so daß man quasi ein schlag
artiges Schließen des Ventils 16 erhält. Das Schließen
erfolgt dabei von innen nach außen, d. h. der die Öff
nung 19 umgebende Ringwulst kommt zuerst zur Anlage an
die ebene Fläche 21. Hierdurch wird erreicht, daß das
Ventil 16 einerseits beim Auftreten von Flüssigkeit
unmittelbar schließt, andererseits aber noch Gas durch
die weiter außen liegenden Ausgangskanäle, soweit es
diese bereits erreicht hat, abgeführt werden kann.
Sofern eine geringe Menge von Flüssigkeit austritt,
kann diese durch einen Rückführkanal 27 wieder zum Vor
ratsbehälter zurückfließen.
Solange Gas noch durch das Entlüftungsventil 16 abflie
ßen kann, kann sich in der Pumpenkammer 2 kein nennens
werter Druck aufbauen. Es wird also auch keine Flüssig
keit, die noch Gas enthalten kann, gegen die Kraft der
Feder 12 durch das Ausgangsventil 11 gepumpt. Vielmehr
wird die gesamte Pumpenleistung dazu verwendet, das Gas
aus der Pumpenkammer 2 herauszutreiben. Erst wenn das
Entlüftungsventil 16 durch die anstehende oder durch
strömende Flüssigkeit geschlossen ist, baut sich in der
Pumpenkammer 2 ein Druck auf. Dies erfolgt allerdings
dann sehr schnell, so daß nach dem Überwinden des Öff
nungsdrucks des Ausgangsventils 11 die entsprechende
Menge an Flüssigkeit dosiert in den Ausgangsanschluß 9
abgegeben werden kann.
Bei einem Saughub öffnet sich das Eingangsventil 8. Das
Rückschlagventil 17 schließt, so daß über das Entlüf
tungsventil 16 kein Gas in die Pumpenkammer 2 angesaugt
werden kann. Aufgrund der Vorspannung der Federmembran
18 öffnet das Entlüftungsventil 16, um beim nächsten
Pumpenhub für gegebenenfalls entstehendes oder einge
saugtes Gas wieder seine Entlüftungsfunktion wahrnehmen
zu können.
Fig. 3 zeigt eine weitere Ausgestaltung einer Flüssig
keits-Dosierpumpe, bei der die gleiche Teile mit glei
chen, entsprechende Teile mit um 100 erhöhten Bezugs
zeichen versehen sind.
Im Gegensatz zur Ausführungsform nach Fig. 1 und 2, bei
der das Betätigungselement und der Schließkörper zusam
men durch die Federmembran 18 verkörpert worden sind
und die Drossel durch den Spalt 25 gebildet wurde, sind
bei der Ausführungsform nach Fig. 3 alle Funktionen
durch getrennte Bauteile realisiert. So weist das Ent
lüftungsventil 116 einen Druckraum 114 auf, dessen Aus
gang durch eine Drossel 125 gebildet ist, die zum Rück
schlagventil 17 führt. Der Druckraum 114 seinerseits
ist durch eine Betätigungsmembran 28 begrenzt, die ge
gen die Kraft einer Feder 29 verschoben werden kann. An
der Membran 28 ist über eine Betätigungsstange ein Ver
schlußelement 31 befestigt, das bei entsprechend ausge
lenkter Membran gegen einen Ventilsitz 122 zur Anlage
kommt.
Fluid, das mit Hilfe der Membran 4 in den Druckraum 114
gedrückt wird, strömt durch die Drossel 125 und das
Rückschlagventil 17 in den Rücklaufkanal 27 beziehungs
weise die Entlüftungsbohrung 26. An der Drossel 125
entsteht ein aggregatzustands-abhängiger Druckabfall,
der bei Gasen zu einer geringen Druckerhöhung im Druck
raum 114 führt, bei Flüssigkeiten jedoch zu einer nen
nenswerten Druckerhöhung. Der im Druckraum 114 entste
hende Druck ist dann so groß, daß er die Kraft der Fe
der 29 überwindet und die Betätigungsmembran 28 gegen
die Kraft der Feder 29 bewegt. Die Betätigungsmembran
28 bewegt gleichzeitig das Verschlußelement 31 mit, daß
den Flüssigkeitspfad versperrt, sobald es an dem Ven
tilsitz 122 zur Anlage kommt. Im übrigen ist die Funk
tion die gleiche wie bei der Flüssigkeits-Dosierpumpe
nach den Fig. 1 und 2.
Die Pumpe kann auch mit einem Kolben anstelle der Membran 4 ar
beiten.
Claims (13)
1. Flüssigkeits-Dosierpumpe mit einer Pumpenkammer,
deren Volumen sich bei einem Saughub vergrößert und
bei einem Druckhub verkleinert und an deren oberen
Ende eine Entlüftungsventileinrichtung angeordnet
ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlüftungs
ventileinrichtung (15) ein strömungsbetätigtes Ven
til (16) aufweist, dessen Ansprechverhalten vom
Aggregatzustand des durchströmenden Fluids bestimmt
ist, wobei das Ventil (16, 116) im Strömungspfad
des Fluids eine Drossel (25, 125) aufweist, die
einen Ausgang eines Druckraums (14, 114) bildet, in
dem ein mit einem Schließkörper (18, 31), der gegen
einen Ventilsitz (22, 122) bewegbar ist, verbunde
nes Betätigungselement (18, 28) angeordnet ist, auf
das der Druck im Druckraum (14, 114) wirkt und der
Ventilsitz (22, 122) und/oder der Schließkörper
(18, 31 )auf seiner Schließfläche eine Struktur
(24, 124) aufweist, die die Berührung zwischen
Schließkörper (18, 31) und Ventilsitz (22, 122) auf
relativ schmale Flächenbereiche beschränkt.
2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das Ventil (16, 116) normalerweise offen ist und im
ausströmenden Fluid einen aggregatzustand-abhängi
gen Druckabfall erzeugt, der in Schließrichtung auf
das Ventil (16, 116) wirkt und der nur bei Flüssig
keit groß genug ist, um das Ventil (16, 116) zu
schließen.
3. Pumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
das Ventil (16, 116) gegen eine vorbestimmte Öff
nungskraft schließt, wobei der Druckabfall bei Gas
eine kleinere, bei Flüssigkeit eine größere Kraft
als die Öffnungskraft erzeugt.
4. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der Schließkörper (18) das
Betätigungselement bildet, wobei die Drossel (25)
zwischen Schließkörper (18) und Ventilsitz (22)
oder im Schließkörper (18) ausgebildet ist.
5. Pumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
der Schließkörper (18) als Membran aus elastischem
Material ausgebildet ist, die eingebaut eine Vor
spannung aufweist.
6. Pumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
die Membran (18) eine Öffnung (19) etwa in der Mit
te aufweist und sich mindestens ein Ausgangskanal
(23) außermittig in den Ventilsitz (22) öffnet.
7. Pumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
die Öffnung (19) von einem Ringwulst (20) umgeben
ist, der sich in Schließstellung an eine im wesent
lichen ebene Fläche (21) des Ventilsitzes (22) an
legt.
8. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß Flächenbereiche als konzentri
sche Ringe oder als Noppen ausgebildet sind.
9. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß mehrere Ausgangskanäle (23)
radial versetzt zwischen einzelnen Ringen münden.
10. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß die Pumpenkammer (2) mit einem
Auslaßventil (11) versehen ist, das erst bei einem
vorbestimmten Mindestdruck öffnet.
11. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, daß das strömungsbetätigte Ventil
(16, 116) mit einem Rückschlagventil (17) in Reihe
angeordnet ist.
12. Pumpe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß
das Rückschlagventil (17) in Strömungsrichtung hin
ter dem strömungsbetätigten Ventil (16, 116) ange
ordnet ist.
13. Pumpe nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, daß die Membran (18) aus Metall,
insbesondere Edelstahl oder Hastelloy, aus Elasto
mer oder Kunststoff, insbesondere PVDF oder PTFE,
oder einen Verbund dieser Materialien gebildet ist.
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