DE4439372C2 - Kolbenpumpe für Hochdruckreinigungsgeräte - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kolbenpumpe für Hochdruck­ reinigungsgeräte mit mindestens einem ein Einlaß- und ein Auslaßventil aufweisenden Pumpraum, wobei minde­ stens ein Ventil einen ebenen Ventilsitz mit einer ringförmigen Öffnung und ein ringförmiges, ebenes Ven­ tilplättchen aufweist, welches die ringförmige Öffnung überdeckend durch ein Federelement auf den Ventilsitz gedrückt ist, und wobei das Ventilplättchen in einem an die ringförmige Öffnung anschließenden Strömungsraum angeordnet ist, dessen Wände das Ventilplättchen im Ab­ stand umgeben.

Bei Hochdruckreinigungsgeräten ist es erwünscht, die zugehörigen Kolbenpumpen mit hoher Drehzahl arbeiten zu lassen. Um dies zu ermöglichen, werden besondere Kon­ struktionen für die Einlaß- und Auslaßventile benötigt, die mit geringen Massen arbeiten.

Aus der DE-OS 18 09 954 ist eine Kolbenpumpe bekannt mit einem Einlaß- und Auslaßventil, die jeweils einen ebenen Ventilsitz mit einer ringförmigen Öffnung und ein ringförmiges, ebenes Ventilplättchen aufweisen. Die ringförmige Öffnung wird bei beiden Ventilen vom Ven­ tilplättchen überdeckt, welches von einer Schraubenfe­ der auf den Ventilsitz gedrückt ist. Während das Ven­ tilplättchen des Einlaßventiles von einem in seinem oberen Bereich geschlitzten Distanzring umgeben ist, ist das Ventilplättchen des Auslaßventils in einem sich an die ringförmige Öffnung des Ventilsitzes an­ schließenden Strömungsraum angeordnet, dessen Wände das Ventilplättchen im Abstand umgeben. Die bei dieser Kol­ benpumpe zum Einsatz kommenden Ventile weisen im Öff­ nungszustand einen relativ großen Strömungswiderstand auf. Dies hat zur Folge, daß vor allem die Ventilplätt­ chen einer starken mechanischen Belastung ausgesetzt sind.

Aus der US-Patentschrift 2,213,248 sowie aus der deut­ schen Gebrauchsmusterschrift DE-GM 75 13 261 sind Ven­ tile mit ebenem Ventilsitz und ringförmiger Öffnung so­ wie ringförmigem, ebenem Ventilplättchen bekannt, die jedoch ebenfalls den Nachteil aufweisen, daß sie in ge­ öffnetem Zustand einen relativ großen Strömungswider­ stand aufweisen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kolbenpumpe der gat­ tungsgemäßen Art derart auszugestalten, daß sich für die Ein- und Auslaßventile kurze Schaltzeiten und im Öffnungszustand ein möglichst geringer Strömungswider­ stand ergeben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Fläche der zentralen Öffnung in dem ringförmigen Ventilplättchen geringfügig kleiner oder gleich ist der Querschnittsfläche zwischen dem Außenrand des Ventil­ plättchens und den Wänden des Strömungsraumes und daß die Querschnittsfläche der ringförmigen Öffnung gleich oder geringfügig größer ist als die Summe der Fläche der zentralen Öffnung des Ventilplättchens und der Querschnittsfläche zwischen dem Außenrand des Ventil­ plättchens und den Wänden des Strömungsraumes.

Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, daß ei­ ne derart einfache Konstruktion besonders gute Ergeb­ nisse im Hinblick auf den Betrieb bei hohen Drehzahlen liefert. Außerdem sind Herstellung und Montage beson­ ders einfach zu erreichen. Im Öffnungszustand ergibt sich eine besonders gute Durchströmung, da die Flüssig­ keit aus der ringförmigen Öffnung des Ventilsitzes zu beiden Seiten des ringförmigen Ventilplättchens an die­ sem vorbeiströmen kann, nämlich einerseits durch die zentrale Öffnung des ringförmigen Ventilplättchens und zum anderen außen an diesem vorbei. Die Verwendung ei­ nes Ventilplättchens, das auf einen ebenen Ventilsitz aufgelegt wird, ermöglicht außerdem die Verwendung ei­ nes Ventilkörpers mit sehr geringer Masse, dadurch wer­ den die Schaltzeiten herabgesetzt.

Die Fläche der zentralen Öffnung in dem ringförmigen Ventilplättchen ist geringfügig kleiner oder gleich der Querschnittsfläche zwischen dem Außenrand des Ventil­ plättchens und den Wänden des Strömungsraumes, und die Querschnittsfläche der ringförmigen Öffnung ist gleich oder geringfügig größer als die Summe der Fläche der zentralen Öffnung des Ventilplättchens und der Quer­ schnittsfläche zwischen dem Außenrand des Ventilplätt­ chens und den Wänden des Strömungsraumes. Dies führt zu einer Aufteilung des durch das Ventil geführten Stromes in etwa gleiche Teile, und dadurch wird die Effektivi­ tät des Ventils erhöht, und das Ventil zeichnet sich insgesamt durch einen besonders geringen Strömungswi­ derstand aus.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, daß das Federelement eine plättchenförmige Biegefe­ der umfaßt, die eine zentrale Öffnung und radial nach außen abstehende Arme aufweist, die auf der im Ventilsitz abgewandten Seite im wesentlichen flächig an dem Ventil­ plättchen anliegt und die sich mit den freien Enden ihrer Arme an einer Anlagefläche des Strömungsraumes abstützt. Die Verwendung einer solchen plättchenförmigen Biegefeder ermöglicht eine besonders einfache Konstruktion, denn es genügt, das Ventilplättchen und die plättchenförmige Bie­ gefeder aufeinanderzulegen, um ein funktionsfähiges Ventil herzustellen.

Günstig ist es dabei, wenn die Arme zu ihrem freien Ende hin schmaler werden, so daß zwischen den Armen große Durchflußöffnungen verbleiben. Die Arme werden außerdem auf ihre gesamte Länge gleichmäßig auf Biegung beansprucht.

Die Arme können an ihren freien Enden in Längsnuten in der Wand des Strömungsraumes eingreifen. Dadurch ergibt sich eine Fixierung der plättchenförmigen Biegefeder sowohl in radialer Richtung als auch gegen Drehung. Günstig ist es, wenn die zentralen Öffnungen in den Ventilplättchen und in der Biegefeder im wesentlichen gleich groß sind und dec­ kungsgleich aufeinanderliegen. Dadurch wird der Durchfluß durch Ventilplättchen und Biegefeder minimal beeinträch­ tigt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß Biegefeder und Ventilplättchen durch einen umgebogenen Rand der zentralen Öffnung des jeweils einen Teils, der in die zentrale Öffnung des jeweils anderen Teils eingreift, gegen Querverschiebung relativ zueinander gesichert sind.

Damit wird die Festlegung der Biegefeder in radialer Rich­ tung und gegen Querverschiebung direkt auf das Ventil­ plättchen übertragen, ohne daß zusätzliche Führungsmittel für das Ventilplättchen notwendig sind.

Bei einer anderen Ausführungsform können Ventilplättchen und Biegefeder dauerhaft miteinander verbunden sein, bei­ spielsweise durch Verkleben oder Verlöten. Dann erübrigt sich auch ein eingreifender Rand zur Führung, da dann durch diese Verbindung ohnehin eine Führung des Ventil­ plättchens gegen seitliche Verschiebung garantiert ist. Die Federkraft kann dadurch eingestellt werden, daß das Federelement mehrere aufeinanderliegende plättchenförmige Biegefedern umfaßt.

Bei einer anderen Ausgestaltung kann vorgesehen sein, daß das Federelement eine Lage aus elastomerem Material um­ faßt, die einseitig am Ventilplättchen und anderseitig an einer Anlagefläche des Strömungsraumes anliegt. Auch hier ergibt sich eine besonders einfache Konstruktion, da es genügt, das Ventilplättchen und darauf die Lage aus elastomerem Material einzulegen.

Günstig ist es, wenn die Anlagefläche für das Federelement von einem den Strömungsraum abdeckenden Plättchen gebildet wird, welches Strömungsdurchbrechungen aufweist. Vorzugs­ weise ist die Querschnittsfläche des Federelementes und der Anlagefläche im wesentlichen gleich, so daß dadurch eine minimale Behinderung der Strömung erreicht wird.

Es kann vorgesehen sein, daß die Kanten des Ventilplätt­ chens zum Ventilsitz hin gerundet und auf der gegenüber­ liegenden Seite scharf sind. Dadurch wird es möglich, das Ventilplättchen als Stanzteil auszubilden und trotzdem durch die Rundung Turbulenzen im Strömungsbereich zu ver­ ringern.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird der Ventilsitz von einem plattenförmigen Bauteil mit einer durch Stege unterbrochenen Ringöffnung gebildet.

Dabei ist es günstig, wenn das plattenförmige Bauteil in eine stufige Bohrung des Pumpraumes eingesetzt ist. Der oberhalb des plattenförmigen Bauteils angeordnete Ab­ schnitt der stufigen Bohrung kann den Strömungsraum bil­ den. Bei einer solchen Konstruktion kann das Ventil in einfacher Weise dadurch zusammengesetzt werden, daß in die stufige Bohrung zunächst das plattenförmige Bauteil mit der Ringöffnung eingesetzt wird, darauf werden das Ventil­ plättchen und das Federelement eingesetzt, und die stufige Bohrung wird abschließend durch ein Verschlupteil abge­ schlossen, wie es die Anlagefläche für das Federelement zur Verfügung stellt.

Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsfor­ men der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen von einem Ventil verschlossenen Pumpraum mit teilweise ent­ fernter Anlagefläche;

Fig. 2 eine Schnittansicht längs Linie 2-2 in Fig. 1 bei geschlossenem Ventil und

Fig. 3 eine Ansicht ähnlich Fig. 2 bei geöffnetem Ventil.

In der Zeichnung ist teilweise ein Pumpraum 1 einer Kol­ benpumpe dargestellt, wie sie in Hochdruckreinigungsge­ räten eingesetzt wird. In den Pumpraum 1, der vorzugsweise eine kreiszylindrische Form hat, taucht ein in der Zeich­ nung nicht dargestellter Kolben ein, der oszillierend be­ wegt wird und dadurch über ein Einlaßventil den Pumpraum füllt und über ein Auslaßventil wieder entleert.

Der zylindrische Pumpraum ist einseitig verschlossen, und in diesem Bereich ist ein Auslaßventil 2 angeordnet, das nachfolgend näher erläutert wird.

An seinem offenen Ende ist in den Pumpraum 1 eine stufige Bohrung 3 mit zwei Stufen 4, 5 eingebracht. In den von der inneren Stufe 4 gebildeten Abschnitt 6 ist ein plattenför­ miges Bauteil 7 eingesetzt, welches eine Ringöffnung 8 aufweist, die konzentrisch zur Längsachse des Pumpraumes 1 angeordnet ist. Der innere Teil 9 und der äußere Teil 10 des Bauteils 7 sind über in der Zeichnung nicht darge­ stellte radiale Stege miteinander verbunden, so daß die Ringöffnung 8 durch die Stege unterbrochen wird.

Die Höhe des Bauteiles 7 entspricht der Höhe des Abschnit­ tes 6.

Der oberhalb des Abschnittes 6 angeordnete, von der Stufe 5 gebildete Abschnitt 11 der stufigen Bohrung 3 bildet einen Strömungsraum, in welchen ein ebenes Ventilplättchen 12 und eine plättchenförmige Biegefeder 13 eingelegt sind. Das Ventilplättchen 12 ist ringförmig ausgebildet und um­ gibt eine zentrale Öffnung 14, es liegt so auf der oberen, ebenen, einen Ventilsitz 15 bildenden Fläche des Bauteiles 7 auf, daß es die Ringöffnung 8 vollständig überdeckt und radial innen und radial außen geringfügig über den Rand der Ringöffnung 8 übersteht.

Das Ventilplättchen besteht aus einem dünnen, leichten und steifen Material, beispielsweise aus Titan, einer Titanle­ gierung, aus einem hochfesten Kunststoff wie Polyimid oder aus Federstahl. Es kann beispielsweise eine Dicke von 0,1 bis 0,5 mm aufweisen.

Die Biegefeder 13 weist ein ähnliches Material auf, bei­ spielsweise Federstahl, Titan, Titanlegierungen oder ähn­ liche Materialien und kann eine Dicke zwischen 0,1 und 0,3 mm aufweisen. Ein zentraler Ringbereich 16 umgibt eine zentrale Öffnung 17, die im wesentlichen gleich groß ist wie die zentrale Öffnung 14 des Ventilplättchens 12. An den zentralen Ringbereich 16 schließen sich radial nach außen abstehende Arme 18 an, die zum freien Ende hin in Form eines Dreiecks schmaler werden und an ihrem Ende in einen parallelen Streifen 19 übergehen. Dieser greift in senkrechte Längsnuten 20 in der Innenwand des Abschnit­ tes 11 der stufigen Bohrung 3 ein, so daß die Biegefeder 13 sowohl gegen Drehung als auch gegen seitliche Verschie­ bung gesichert in diesem Abschnitt 11 gehalten ist. Zwi­ schen benachbarten Armen 18 bleibt auf diese Weise jeweils eine Durchtrittsöffnung 21 erhalten, die den Innenraum des durch den Abschnitt 11 gebildeten Strömungsraumes mit der Umgebung verbindet.

Das Ventilplättchen 12 greift mit einem die zentrale Öff­ nung 14 umgebenden, nach oben abstehenden Rand 22 in die zentrale Öffnung 17 der Biegefeder 13 ein und fixiert so­ mit das Ventilplättchen 12 ebenfalls gegen eine seitliche Verschiebung, der Rand 22 kann beispielsweise durch einen Grat gebildet werden, der beim Ausstanzen des Ventilplätt­ chens stehenbleibt.

Die Arme 18 der Biegefeder 13 sind geringfügig nach oben gebogen und legen sich mit ihrem freien Ende an die Unter­ seite einer Anlagefläche 23 an, die durch ein stirnseitig auf den Pumpraum 1 aufgelegtes, plättchenförmiges Abdeck­ element 24 gebildet wird. Dessen Querschnittsfläche ent­ spricht weitgehend der Querschnittsfläche der Biegefeder 13, es erstreckt sich lediglich in radialer Richtung etwas weiter nach außen, so daß der Pumpraum 1 stirnseitig voll­ ständig überdeckt wird. Im übrigen weist aber das Abdeck­ element 24 ebenfalls eine im wesentliche gleich große zen­ trale Öffnung 25 und mit den Armen 18 sich deckende Arme 26 auf. Das Abdeckelement 24 kann am Pumpraum in beliebi­ ger Weise festgelegt sein, beispielsweise durch Verkle­ bung, Verlötung, Verschweißung oder durch eine nicht näher dargestellte Klemm- oder Schraubverbindung.

Beim Saughub der Kolbenpumpe drückt die Biegefeder 13 das Ventilplättchen 12 gegen den ebenen Ventilsitz 15, so daß die Ringöffnung 8 abgedichtet wird, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Im Pumphub dagegen wird das Ventilplätt­ chen 12 entgegen der Wirkung der Biegefeder 13 von der Ringöffnung 8 abgehoben, der Hub wird dabei durch das Ab­ deckelement 24 begrenzt, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Im geöffneten Zustand kann die Flüssigkeit aus dem Pumpraum 1 sowohl durch die zentrale Öffnung 14 des Ven­ tilplättchens 12 abfließen als auch durch einen Ringspalt 27, der zwischen dem Außenrand des Ventilplättchens 12 und der Innenwand des Abschnittes 11 der stufigen Bohrung 3 gebildet wird. Die Querschnittsflächen des Ringspaltes 27 und der zentralen Öffnung 14 sind etwa gleich gewählt, die Querschnittsfläche der Ringöffnung 8 entspricht im we­ sentlichen der Summe der Querschnittsflächen der zentralen Öffnung 14 und des Ringspaltes 27. Auf diese Weise wird ein optimaler und störungsfreier Abflug im Pumphub gewähr­ leistet.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Auslaßventil dargestellt, selbstverständlich kann in gleicher Weise ein Einlaßventil aufgebaut sein, es wird lediglich die Strö­ mungsrichtung umgekehrt.

Claims (15)

1. Kolbenpumpe für Hochdruckreinigungsgeräte mit minde­ stens einem ein Einlaß- und ein Auslaßventil aufwei­ senden Pumpraum, wobei mindestens ein Ventil einen ebe­ nen Ventilsitz mit einer ringförmigen Öffnung und ein ringförmiges, ebenes Ventilplättchen aufweist, welches die ringförmige Öffnung überdeckend durch ein Feder­ element auf den Ventilsitz gedrückt ist, und wobei das Ventilplättchen in einem an die ringförmige Öffnung an­ schließenden Strömungsraum angeordnet ist, dessen Wände das Ventilplättchen im Abstand umgeben, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche der zentralen Öffnung (14) in dem ringför­ migen Ventilplättchen (12) geringfügig kleiner oder gleich ist der Querschnittsfläche (27) zwischen dem Außenrand des Ventilplättchens (12) und den Wänden des Strömungsraumes (11) und daß die Querschnittsfläche der ringförmigen Öffnung (8) gleich oder geringfügig größer ist als die Summe der Fläche der zentralen Öffnung (14) des Ventilplättchens (12) und der Querschnittsfläche (27) zwischen dem Außenrand des Ventilplättchens (12) und den Wänden des Strömungsraumes (11).

2. Kolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement eine plättchenförmige Biegefeder (13) umfaßt, die eine zentrale Öffnung (17) und radial nach außen abstehende Arme (18) aufweist, die auf der dem Ventilsitz (15) abgewandten Seite an dem Ventil­ plättchen (12) anliegt und die sich mit den freien Enden ihrer Arme (18) an einer Anlagefläche (23) des Strömungsraumes (11) abstützt.

3. Kolbenpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Arme (18) zu ihrem freien Ende hin schmaler werden.

4. Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 2 oder 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Arme (18) an ihren freien Enden in Längsnuten (20) in der Wand des Strö­ mungsraumes (11) eingreifen.

5. Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zentralen Öffnungen (14 bzw. 17) in dem Ventilplättchen (12) und in der Biegefeder (13) im wesentlichen gleich groß sind und deckungs­ gleich aufeinanderliegen.

6. Kolbenpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Biegefeder (13) und Ventilplättchen (12) durch ei­ nen umgebogenen Rand (22) der zentralen Öffnung des je­ weils einen Teils, der in die zentrale Öffnung des je­ weils anderen Teils eingreift, gegen Querverschiebung relativ zueinander gesichert sind.

7. Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Ventilplättchen (12) und Biegefeder (13) dauerhaft miteinander verbunden sind.

8. Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement mehrere aufeinan­ derliegende plättchenförmige Biegefedern (13) umfaßt.

9. Kolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement eine Lage aus elastomerem Material umfaßt, die einseitig am Ventilplättchen (12) und an­ derseitig an einer Anlagefläche (23) des Strömungs­ raumes (11) anliegt.

10. Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlagefläche (23) für das Federelement (13) von einem den Strömungsraum (11) ab­ deckenden Plättchen (24) gebildet wird, welches Strö­ mungsdurchbrechungen aufweist.

11. Kolbenpumpe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche des Federelements (13) und der Anlagefläche (23) im wesentlichen gleich ist.

12. Kolbenpumpe nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanten des Ventil­ plättchens (12) zum Ventilsitz (15) hin gerundet und auf der gegenüberliegenden Seite scharf sind.

13. Kolbenpumpe nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (15) von ei­ nem plattenförmigen Bauteil (7) mit einer durch Stege unterbrochenen Ringöffnung (8) gebildet wird.

14. Kolbenpumpe nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das plattenförmige Bauteil (7) in eine stufige Bohrung (3) des Pumpraumes (1) eingesetzt ist.

15. Kolbenpumpe nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der oberhalb des plattenförmigen Bauteils (7) ange­ ordnete Abschnitt (11) der stufigen Bohrung (3) den Strömungsraum bildet.