DE4241030C1 - Dosierpumpe mit Entlüftungsventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Dosierpumpe zum dosierten För­ dern von Flüssigkeiten mit einem in eine von einem Ansaugbehäl­ ter kommende Ansaugleitung eingebauten Saugventil, einer dahin­ ter liegenden Pumpenkammer mit deren Verdrängungsvolumen än­ derndem Pumporgan, einem zum Dosierleitungsanschluß führenden Druckventil und einem in eine zum Ansaugbehälter führende Rück­ leitung eingebauten Entlüftungs- und Bypass-Ventil.

Dosierpumpen obiger Art sind durch die DE 36 31 984 C1 und durch die FR-PS 21 20 945 bekannt. Beide sind als Kolben-Mem­ branpumpe ausgebildet, deren Entlüftungsventil jeweils im obe­ ren Teil der Membran-Pumpenkammer angeordnet ist. Im ersteren Falle ist das Entlüftungsventil als pumpenangetriebenes und durch die Kolben-Membranpumpe gesteuertes Membranventil ausge­ bildet, das jeweils kurz vor Beginn des Druckhubes der Kolben- Membranpumpe schließt und kurz vor Beginn ihres Saughubes öff­ net. Der Antrieb des Membran-Entlüftungsventils erfolgt dabei entsprechend phasenversetzt entweder direkt durch den Kolben- Membranpumpen-Antrieb oder über einen von letzterem gesteuerten Elektromagneten. Da das Membran-Entlüftungsventil hier mit der Pumpenkammer in ständiger Verbindung steht, wird seine während des Pumpensaughubes auftretende Entlüftungswirkung durch den dabei in der Pumpenkammer jeweils auftretenden Saugdruck stark beeinträchtigt. Darüber hinaus erfordert die mechanische oder elektrische Steuerung des Membran-Entlüftungsventils einen er­ heblichen Bau- und Schaltungsaufwand. Im Falle der FR 21 20 945 besitzt die Kolben-Membranpumpe eine vergleichsweise große, unten das Saugventil und oben das Entlüftungsventil aufweisende Pumpenkammer und einen davon durch einen mittig auf der das Pumporgan bildenden, hin und her anzutreibenden Fördermembran sitzenden Dosierkolben zu trennenden, vergleichsweise kleinen Dosierzylinderraum, von dem das Druckventil zum Dosierleitungs­ anschluß abzweigt. Hier wird beim jeweiligen, dem Dosierhub des Dosierkolbens entsprechenden Druckhub der Fördermembran über das in der Pumpenkammer oben angeordnete Entlüftungs- und Bypass-Ventil der weitaus überwiegende Teil der in der Pumpenkammer vorhandenen Flüssig­ keit neben etwa in letzterer vorhandener Luft über die Rücklei­ tung zum Ansaugbehälter zurückgeführt, da das Verdrängungsvolu­ men der Fördermembran jeweils ein Vielfaches des Verdrängungs­ volumens des Dosierkolbens beträgt. Dieser große Bypass-Anteil erfordert nicht nur einen erhöhten Pumpenenergieaufwand, son­ dern bedingt auch einen vermehrten Verschleiß an wichtigen Pumpenteilen, insbesondere am Saug- und Druckventil.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Do­ sierpumpe der eingangs erwähnten Gattung dahingehend zu verbes­ sern und zu vervollkommnen, daß sie bei ausreichender Entlüf­ tung der Dosierflüssigkeit deren dazu notwendigen Rücklauf über das Entlüftungs- und Bypass-Ventil so klein wie möglich und da­ mit auch den Antriebsaufwand sowie die Verschleißanfälligkeit entsprechend klein zu halten erlaubt. Diese Aufgabe wird ausge­ hend von einer Dosierpumpe der eingangs erwähnten Gattung er­ findungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen dem Druckventil und der Pumpenkammer ein von letzterer durch ein Rückschlag-Mittel­ ventil und eine bewegliche Steuerwand getrennter Ventilraum vorgesehen ist, in den das durch die Steuerwand gesteuerte, sich beim jeweiligen Saughub des Pumporgans öffnende und bei dessen Druckhub schließende Entlüftungsventil eingebaut ist. Hierdurch kommt man zu einer Dosierpumpe, bei der über den Ven­ tilraum und das von ihr abzweigende Entlüftungs- und Bypass- Ventil eine hinreichende Entlüftung der Dosierflüssigkeit ins­ besondere auch beim Anlaufen der Dosierpumpe erreichbar ist, ohne daß dazu ein nennenswerter oder gar größerer Teil der von dem Pumporgan in die Pumpenkammer angesaugten und aus ihr je­ weils verdrängten Dosierflüssigkeit über das Entlüftungs- und Bypass-Ventil zum Ansaugbehälter zurückgeführt werden müßte. Vielmehr kann jedenfalls nach Ende des anfänglichen Ansaug- und Entlüftungsvorganges die Dosierpumpe so betrieben werden, daß praktisch die gesamte von ihrem Pumporgan geförderte Dosier­ flüssigkeitsmenge über das Druckventil in den Dosierleitungsan­ schluß gedrückt wird, wobei beim jeweiligen Saughub des Pumpor­ gans eine vom Dosiergegendruck unabhängig dauerhafte selbsttä­ tige Entlüftung des Ventilraums über dessen Entlüftungs- und Bypass-Ventil gewährleistet ist.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist im Ventil­ raum eine dessen Volumen jeweils gegensinnig zur Steuerwand än­ dernde, unter Vorspannung stehende, bewegliche Verdrängungswand vorgesehen. Hierdurch kann sichergestellt werden, daß beim je­ weiligen Saughub des Pumporgans und der damit verbundenen An­ saugbewegung der Steuerwand sowie der dadurch hervorgerufenen Öffnung des Entlüftungs- und Bypass-Ventils durch letzteres hindurch kein Rücksog zum Ventilraum aufzutreten vermag, dann jedenfalls nicht, wenn das Verdrängungsvolumen der insbesondere als Membran ausgebildeten Verdrängungswand mindestens so groß wie das Verdrängungsvolumen der insbesondere auch als Membran ausgebildeten Steuerwand ist. Das Verdrängungsvolumen des vor­ zugsweise aus einer hin und her anzutreibenden Fördermembran bestehenden Pumporgans ist in jedem Falle größer als das der Steuermembran, vorzugsweise größer als deren doppeltes Verdrän­ gungsvolumen.

Die Steuermembran nebst Mittelventil und das Entlüftungs­ ventil einerseits sowie das Druckventil und die Verdrängungs­ membran andererseits sind im Ventilraum sich jeweils gegenüber­ liegend unten und oben bzw. links und rechts davon angeordnet. Dabei ist das Mittelventil vorzugsweise in die Steuermembran integriert. Letztere kann dazu mittig mit einer die Ventilboh­ rung und den Ventilsitz des Mittelventils aufweisenden Ventil­ büchse und einer damit verschraubten Tragbüchse für den damit über einzelne Tragarme verbundenen Ventilkörper des Entlüf­ tungsventils versehen sein.

Wie die Praxis gezeigt hat, ist es von Vorteil, wenn an dem insbesondere als Kugel ausgebildeten Ventilkörper des zum Dosierleitungsanschluß führenden Druckventils eine die Ventil­ kugel etwa unter 1 bar Vorspannung setzende Druckfeder und an der Ausgleichsmembran eine sie unter etwa 0,5 bar setzende Druckfeder angreifen. Hierdurch ergibt sich nach hinreichender Entlüftung des Ventilraums durch entsprechend mehrere Saug- und Druckhübe der Membranpumpe ein günstiger Druckaufbau im Ventil­ raum, der letztlich dazu führt, daß die Verdrängungsmembran entgegen der sie unter Vorspannung haltenden Feder auf Anschlag gedrückt und das Druckventil beim jeweiligen Druckhub der För­ dermembran geöffnet wird, wohingegen bei jedem Saughub der För­ dermembran nur eine vergleichsweise geringe Bypassmenge, die aus der Differenz der Verdrängungsvolumina der Verdrängungswand und der Steuermembran resultiert, über das sich dann jeweils öffnende Entlüftungs- und Bypass-Ventil und die Rückleitung zum Ansaugbehälter zurückgedrückt wird.

In der Zeichnung ist ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß beschaffenen Dosierpumpe in senkrechter Einbaustellung im Schnitt dargestellt, wobei deren wichtigste Funktionselemente in

Fig. 1 in der Saugstellung und in

Fig. 2 in der Druckstellung wiedergegeben sind.

Die abgebildete Dosierpumpe ist mit einem Grundgehäusekör­ per 1 und einem damit über einen Zwischenkörper 2 schraubver­ bundenen Ventilgehäuse 3 versehen, in dem sich der Ventilraum 4 befindet.

Im Grundgehäuse 1 liegt die Pumpenkammer 5 mit dem darin vorhandenen Pumporgan 6, das im wesentlichen aus einer im Sinne der eingezeichneten Pfeilrichtungen hin und her anzutreibenden Fördermembran 7 besteht. Der dazu notwendige Antriebsmotor ist nicht dargestellt. Im unteren Teil der Pumpenkammer 5 ist das Saugventil 8 vorgesehen, dessen als Ventilkugel 8′ ausgebilde­ ter Ventilkörper auf der im Anschlußstutzen 9 gelegenen Sitz­ dichtung 10 aufliegt bzw. durch die Druckfeder 8′′ dagegen ge­ drückt wird. An den Stutzen 9 ist die von einem die Dosierflüs­ sigkeit enthaltenden Ansaugbehälter kommende Ansaugleitung an­ zuschließen.

Die Pumpenkammer 5 ist über die den Zwischenkörper 2 durchdringende Mittelbohrung 11 und das generell mit 12 be­ zeichnete Rückschlag-Mittelventil mit dem Ventilraum 4 zu ver­ binden bzw. in der Schließstellung des Mittelventils davon zu trennen. Dazu dient auch die zwischen dem Zwischenkörper 2 und dem unteren Teil des Ventilgehäusekörpers 3 eingebaute, hier als Membran ausgebildete Steuerwand 13, in die das Rückschlag- Mittelventil 12 integriert ist. Die Steuermembran 13 ist dazu mittig mit einer die Ventilbohrung 14 und den Ventilsitz 15 bildenden Ventilbüchse 16 versehen, die über an ihr unten vor­ handene Arme 16′ auf dem Zwischenkörper 2 so aufliegt, daß die Steuermembran 13 stets vollständig von dem in der Mittelbohrung 11 vorhandenen Flüssigkeitsdruck beaufschlagt wird. Im etwas größeren Durchmesser aufweisenden oberen Teil der Mittelbohrung 11 ist eine Druckfeder 17 angeordnet, die die Steuerwand bzw. -membran 13 in Richtung zum Ventilraum 4 hin beaufschlagt. Die Ventilbüchse 16 ist unter Einspannung der inneren Partien der Steuermembran 13 mit der Tragbüchse 18 verschraubt, auf der sich Tragarme 18′ befinden, die die Steuermembran 13 bzw. deren Tragbüchse 18 mit dem Ventilkörper 19 des generell mit 20 be­ zeichneten Entlüftungs- und Bypass-Ventils verbinden. Der Ven­ tilkörper 19 ist dazu mit seinem unteren Ende zwischen die obe­ ren Enden der Tragarme 18′ widerhakenartig eingeklipst. Er wird darin zusätzlich durch die sich an ihm unterseitig abstützende Druckfeder 12′′ gehalten, die die Ventilkugel 12′ des Mittel­ ventils 12 gegen deren Ventilsitz 15 drückt. Die Druckfeder 12′′ und die Ventilkugel 12′ sind in dem zwischen den Tragarmen 18′ liegenden Raum untergebracht, der über die zwischen den Tragarmen 18′ vorhandenen Zwischenräume mit dem eigentlichen Ventilraum 4 in ständiger Verbindung steht bzw. dazu gehört. Die Druckfeder 12′′ dient zur Sicherstellung der Ventilfunk­ tion. Sie kann aber auch entfallen, wenn die Ventilkugel 12′ unter ihrem Eigengewicht in Schließstellung gehalten wird.

In dem Ventilgehäuse 3 ist oben die Anschlußbohrung 21 für eine zum nicht dargestellten Ansaugbehälter führende Rücklei­ tung vorhanden. In den im Durchmesser kleineren Bohrungsab­ schnitt 21′ greift der Ventilkörper 19 mit seinem oberen etwa kreuzförmig profilierten Führungsvorsprung 19′. Auf dem Ventil­ körper 19 sitzt noch der Dichtungsring 19′′, der mit der die Ventilsitzfläche bildenden Wandung des im Durchmesser kleineren Bohrungsabschnitts 21′ zusammenwirkt.

Vom Ventilraum 4 zweigt oben rechts eine zum Dosierlei­ tungsanschluß 22 führende Leitung mit dem Druckventil 23 ab, das auch als unter Vorspannung einer Druckfeder 24 stehende Ventilkugel 23′ ausgebildet ist. Die Ventilkugel 23′ wird durch die Feder 24 mit etwa 1 bar Vorspannungsdruck beaufschlagt.

Auf der gegenüberliegenden Seite des Druckventils 23 ist im Ventilraum 4 schließlich noch eine unter Vorspannung der Fe­ der 25 stehende, hier als Membran ausgebildete Verdrängungswand 26 angeordnet, die das Volumen des Ventilraums 4 jeweils gegen­ sinnig zur Steuermembran 13 zu ändern vermag. Diese Verdrän­ gungsmembran 26 wird durch die an ihr angreifende Druckfeder 26 mit etwa 0,5 bar Vorspannungsdruck beaufschlagt. Das Verdrän­ gungsvolumen der Verdrängungsmembran 26 ist gleich oder etwas größer als das Verdrängungsvolumen der Steuermembran 13. Der die Druckfeder 25 enthaltende Raum ist über die Entlüftungsboh­ rung 27 mit der Außenatmosphäre verbunden.

Durch die Saugbewegung der Fördermembran 7 im Sinne der in Fig. 1 dargestellten Pfeilrichtung wird über das Saugventil 8 die Dosierflüssigkeit und etwa in ihr enthaltene Luft ange­ saugt, wobei durch die in der Pumpenkammer 5 auftretende Druck­ erniedrigung die Steuermembran 13 mit dem in ihr vorhandenen Mittelventil 12 und der Ventilkörper 19 des Entlüftungs- und Bypass-Ventils 20 entgegen der Kraft der Feder 17 nach unten gezogen werden, wobei sich das Entlüftungsventil 20 wie darge­ stellt öffnet. Beim anschließenden Druckhub der Fördermembran 7 wird dagegen über die sich dabei anhebende Steuermembran 13 das Entlüftungsventil 20 geschlossen, so daß sich im Ventilraum 4 der durch die Fördermembran 7 erreichbare Druck aufbaut. Bei erneutem Saugvorgang der Fördermembran 7 wird durch den entste­ henden Differenzdruck zwischen der Pumpenkammer 5 und dem Ven­ tilraum 4 die Steuermembran 13 und mit ihr der Ventilkörper 19 des Entlüftungsventils 20 wiederum nach unten gezogen, wobei über das sich öffnende Ventil 20 die im Ventilraum 4 vorhandene Luft und zunächst auch noch das durch die Fördermembran 7 ver­ drängte Dosiermedium über die Rückleitung in den Dosiermittel­ behälter zurückgedrückt werden. Nach mehrmaligen Saug- und Druckhüben der Fördermembran 7 ist aber der Ventilraum 4 hin­ reichend entlüftet. In ihm hat sich ein entsprechender Druck der Dosierflüssigkeit aufgebaut, durch den schließlich die Ver­ drängungsmembran 26 auf Anschlag gedrückt und das Druckventil 23 entgegen seiner Druckfeder 24 geöffnet werden. Beim jeweili­ gen anschließenden Saughub, bei dem sich das Entlüftungsventil 20 jedes Mal öffnet, kann darüber jeweils unabhängig vom Do­ siergegendruck etwa weitere in der Dosierflüssigkeit enthaltene Luft entfernt und auch eine bestimmte Bypassmenge in die Rück­ leitung 21 zurückgedrückt werden, und zwar jeweils dadurch, daß dabei die Verdrängungsmembran 26 sich unter dem Druck ihrer Fe­ der 25 von ihrem Anschlag abhebt und dadurch entsprechend ihrem Verdrängungsvolumen, abzüglich des Verdrängungsvolumens der Steuermembran 13, Flüssigkeit aus dem Ventilraum 4 nach oben verdrängt. Da das Verdrängungsvolumen der Verdrängungsmembran 26 mindestens so groß, zweckmäßig aber nur wenig größer als das der Steuermembran 13 ist, kann bei geöffnetem Entlüftungs- und Bypass-Ventil 20 darin kein Rücksog bzw. Rückstrom in den Ven­ tilraum 4 erfolgen. Durch Ändern der Vorspannung der Druckfeder 25 kann das Verdrängungsvolumen der Verdrängungsmembran 26 ver­ stellt werden, beispielsweise durch etwaige schraubverstellbare Ausbildung des das Federwiderlager bildenden Topfbodens 3′ im Ventilgehäuse 3, wobei der Topfboden 3′ dann also eine von au­ ßen zugängliche Verstellschraube bilden würde. Durch die im Saugventil 8 vorhandene Druckfeder 8′′ wird bei anstehendem Gegendruck im Saugventil während der Bewegung der Fördermembran 7 eine genaue definierte Druckdifferenz zwischen dem Ventilraum 4 und der Pumpenkammer 5 erreicht und damit die Schaltgenauig­ keit der Entlüftungsvorrichtung erhöht.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind mancherlei Ab­ wandlungen möglich. So braucht beispielsweise das Mittelventil 12 nicht unbedingt in die Steuermembran 13 integriert zu sein. Vielmehr kann es von letzterer auch getrennt zwischen dem Ven­ tilraum 4 und der Pumpenkammer 5 angeordnet sein. Die Steuer­ membran 13 ist dann als geschlossene Membran auszubilden, die aber nach wie vor die Steuerung des zum Entlüftungsventil 20 gehörenden Ventilkörpers 19 bewirkt. Weiterhin kann die Steuer­ membran 13 grundsätzlich auch durch einen die Steuerwand bil­ denden, entsprechend anzuordnenden Steuerkolben mit Nut- oder O-Ring als Dichtelement ersetzt werden. Das Gleiche gilt auch für die Verdrängungsmembran 26, an deren Stelle also auch ein entsprechend beschaffener und angeordneter Verdrängungskolben treten könnte.

Claims (16)

1. Dosierpumpe zum dosierten Fördern von Flüssigkeiten mit einem in eine von einem Ansaugbehälter kommende Ansauglei­ tung eingebauten Saugventil (8), einer dahinter liegenden Pumpenkammer (5) mit deren Verdrängungsvolumen änderndem Pumporgan (6), einem zum Dosierleitungsanschluß (22) füh­ renden Druckventil (23) und einem in eine zum Ansaugbehäl­ ter führende Rückleitung (21) eingebauten Entlüftungs- und Bypass-Ventil (20), dadurch gekennzeichnet, daß zwi­ schen dem Druckventil (23) und der Pumpenkammer (5) ein von letzterer durch ein Rückschlag-Mittelventil (12) und eine bewegliche Steuerwand (13) getrennter Ventilraum (4) vorgesehen ist, in den das durch die Steuerwand (13) ge­ steuerte, sich beim jeweiligen Saughub des Pumporgans (6) öffnende und bei dessen Druckhub schließende Entlüftungs­ ventil (20) eingebaut ist.

2. Dosierpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Ventilraum (4) eine dessen Volumen jeweils gegen­ sinnig zur Steuerwand (13) ändernde, unter Vorspannung stehende, bewegliche Verdrängungswand (26) vorgesehen ist.

3. Dosierpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerwand als Steuermembran (13) ausgebildet ist.

4. Dosierpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumporgan (6) aus einer hin und her anzutreibenden Fördermembran (7) besteht, deren Verdrängungsvolumen größer als das der Steuermembran (13) ist und deren Verdrän­ gungsvolumen wiederum gleich oder kleiner als das Verdrän­ gungsvolumen der gleichfalls als Membran ausgebildeten Verdrängungswand (26) ist.

5. Dosierpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verdrängungsvolumen der Fördermembran (7) größer als das doppelte Verdrängungsvolumen der Steuermembran (13) ist.

6. Dosierpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Steuerwand (13) nebst Mittelventil (12) und das Entlüftungsventil (20) einerseits sowie das Druckventil (23) und die Verdrängungsmembran (26) anderer­ seits im Ventilraum (4) sich jeweils gegenüberliegend un­ ten und oben bzw. links und rechts davon angeordnet sind.

7. Dosierpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Mittelventil (12) in die Steuer­ membran (13) integriert ist.

8. Dosierpumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuermembran (13) mittig mit einer die Ventilboh­ rung (14) und den Ventilsitz (15) des Mittelventils (12) aufweisenden Ventilbüchse (16) und einer damit verschraub­ ten Tragbüchse (18) für den damit über einzelne Tragarme (18′) verbundenen Ventilkörper (19) des Entlüftungsventils (20) versehen ist.

9. Dosierpumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der als Kugel (12′) ausgebildete Ventilkörper des Mit­ telventils (12) und eine sie beaufschlagende Druckfeder (12′′) zwischen den Tragarmen (8′) der Tragbüchse (18) un­ tergebracht sind.

10. Dosierpumpe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (19) zwischen die oberen Enden der Tragarme (8′) widerhakenartig eingeklipst und unterseitig an der die Ventilkugel (12′) des Mittelventils (12) beauf­ schlagenden Druckfeder (12′′) abgestützt ist.

11. Dosierpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß an der Steuermembran (13) eine sie in Richtung zum Ventilraum (4) hin beaufschlagende Druck­ feder (17) angreift.

12. Dosierpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß an dem als Kugel (23′) ausgebildeten Ventilkörper des Druckventils (23) eine sie unter etwa 1 bar Vorspannung setzende Druckfeder (24) und an der Ver­ drängungsmembran (26) eine sie unter etwa 0,5 bar setzende Druckfeder (25) angreifen.

13. Dosierpumpe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Verdrängungsvolumen der Verdrängungsmembran (26) durch Ändern der Vorspannung ihrer Druckfeder (25) zu verstellen ist, z. B. durch schraubverstellbare Ausbildung des Feder­ widerlagers (3′).

14. Dosierpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlag-Mittelventil (12) getrennt von der Steuer­ membran (13) zwischen der Pumpenkammer (5) und dem Ventil­ raum (4) angeordnet ist.

15. Dosierpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der insbesondere als Kugel ausgebildete Ventilkörper (8′) des Saugventils (8) unter Wirkung einer ihn gegen den Ventilsitz (10) zu drücken suchenden Druck­ feder (8′′) steht.

16. Dosierpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerwand (13) und/oder die Verdrängungswand (26) als Steuer- bzw. Verdrängungskolben ausgebildet sind.