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Technisches Gebiet
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Diese Erfindung betrifft eine Druckstoß-Unterdrückungsvorrichtung
mit einer Druckregelungs-Baugruppe. Insbesondere, aber nicht ausschließlich, betrifft
die Erfindung eine Druckstoß-Unterdrückungsvorrichtung
mit Mitteln zum Regeln des Druckes eines darin mit Druck beaufschlagten
Gases.
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Stand der Technik
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Es ist bekannt, eine Hubkolbenpumpe
zum Pumpen einer Flüssigkeit
in einem Zufuhrsystem zu verwenden. Solche Hubkolbenpumpen haben
keinen glatten Ausgang und in der Flüssigkeit tritt während der
Umkehr des Pumpenhubes ein Druckabfall auf. Es wird eine Druckstoß-Unterdrückungsvorrichtung verwendet,
um den Druckabfall aufzuheben und dadurch die Konstanz des Flüssigkeitsausgangsdruckes
zu verbessern.
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Eine bekannte Druckstoß-Unterdrückungsvorrichtung
enthält
eine passive Druckausgleichsflasche, welche hauptsächlich ein
eingeschlossenes (statisches) Gasvolumen ist, welches als ein Druckreservoir
wirkt. Eine passive Druckausgleichsflasche verliert unvermeidlich
im Gebrauch Druck, und daher besteht eine Notwendigkeit für das periodische Nachladen
der Flasche mit Druckgas und die anschließende zugehörige Rekalibrierung des Systems,
welches die Flasche verwendet. Die europäische Patentanmeldung Nr.
EP 0 707 173 A1 offenbart
eine Druckstoß-Unterdrückungsvorrichtung
mit einer aktiven Druckregelungsbaugruppe, welche den Gasdruck darin
automatisch nachlädt.
Solch eine aktive Druckregelungsbaugruppe in einem Druckstoß-Unterdrücker beseitigt
die Notwendigkeit des periodischen Nachladens der passiven Druckausgleichsflasche,
aber die in der
EP
0 707 173 A1 offenbarte Vorrichtung neigt dazu sperrig
und im Gebrauch unbequem zu sein. Das US-Patent
4 556 087 offenbart
eine Druckstoß- Unterdrückungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1, bei welcher es notwendig ist, einen Membran-Mitläufer an
einer Membran der Vorrichtung physisch zu befestigen. Es ist ein
Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Druckstoß-Unterdrückungsvorrichtung in einer
verbesserten und vereinfachten Form zu schalten.
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Kurze Zusammenfassung
der Erfindung
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
wird eine Druckstoß-Unterdrückungsvorrichtung
vorgesehen, enthaltend eine Kammer, welche durch eine Membran in
erste und zweite Unterkammern eingeteilt ist, einen Membran-Mitläufer, welcher
im Gebrauch der Bewegung der Membran folgt als Antwort auf ein Druckdifferential
zwischen den ersten und zweiten Unterkammern, wobei der Membran-Mitläufer relativ zur
Kammerwand beweglich ist und das bewegliche Element eines ersten
Ventils zur Bestimmung der Existenz oder andernfalls eines Kommunikationsweges
zwischen der zweiten Unterkammer und einem Gaseinlass ist, und das
bewegliche Element eines zweiten Ventils zur Bestimmung der Existenz
oder andernfalls eines Kommunikationsweges zwischen der zweiten
Unterkammer und einem Gasauslass ist, wobei der Membran-Mitläufer unter
Vorspannung steht, um die Membran immer durch eine Belastung, welche
von einem Gasdruck in der zweiten Unterkammer herrührt, zu
kontaktieren.
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Das zweite Ventil enthält in wünschenswerter
Weise einen Abflussweg, welcher vor der vollen Öffnung des zweiten Ventils öffnet, um
so eine gesteuerte Druckentlastung durch den Gasauslass zu bewirken.
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Die Kammerwand ist praktischerweise
Teil einer Gehäusebaugruppe,
welche statische Teile der ersten und zweiten Ventile definiert.
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Die ersten und zweiten Ventile sind
vorzugsweise so angeordnet, dass ein Bewegungsbereich der Membran
auf zu einer zentralen Gleichgewichtsposition entgegengesetzten
Seite besteht, bei welcher kein Ventil betätigt wird, um so ein „totes
Band" im Betrieb
der Vorrichtung zu definieren.
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Der Membran-Mitläufer enthält praktischerweise eine Scheibe
mit einem größeren Durchmesser
als der Schaft und einem kleineren Durchmesser als die Membran,
welche mit der Membran in Eingriff steht und ihre Durchbiegung steuert.
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Die Belastung, welche aus dem Gasdruck herrührt, wird
praktischer Weise durch eine größere wirksame
Fläche
an einem Teil des Membran-Mitläufers
von der Membran entfernt bewirkt als von einer wirksamen Fläche an einem
Teil des Membran-Mitläufers
näher zur
Membran.
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Die größere wirksame Fläche ist
an dem von der Membran entfernten Ende des Membran-Mitläufers.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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Die Erfindung wird nun, nur als Beispiel,
mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in welchen
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1 eine
Schnittansicht einer Druckstoß-Unterdrückungsvorrichtung
ist mit einer Druckregelungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
und
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2 eine
Schnittansicht einer Druckstoß-Unterdrückungsvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung in einer Gleichgewichts-Konfiguration ist;
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3 und 4 Schnittansichten der Vorrichtung
von 2 sind in alternativen
Nicht-Gleichgewichtskonfigurationen;
und
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5 eine
Querschnittsansicht ist, welche eine wünschenswerte Modifikation darstellt.
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Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsformen
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Eine Druckstoß-Unterdrückungsvorrichtung 10 enthält ein kreisförmiges Gehäuse 12,
eine kreisförmige
zylindrische Hülse 14,
einen Mitläuferschaft 16 in
Form einer Hülse,
einen zentralen Zufuhrschaft 18 und ein flexibles Diaphragma
bzw. Membran 20.
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Bei der in den Figuren dargestellten
Ausführungsform
ist das Gehäuse 12 ein
integraler Teil eines Druckstoß-Unterdrückerkörpers 22 und
die Membran teilt eine Kammer 24 davon in erste und zweite
Unterkammern 26, 28.
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Das Gehäuse 12 enthält einen
im wesentlichen zylindrischen hohlen Körperteil 30 und eine
im wesentlichen ringförmige
Kappe 32.
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Eine Wand 34 des Körperteils 30 hat
eine unterschiedliche Dicke um ihren Umfang, so dass die Längsachse
einer Aushöhlung 36,
welche durch die Wand 34 definiert wird, nicht mit der
Längsachse
des Körperteils 30 übereinstimmt.
Die innere Oberfläche der
Wand 34 hat eine nach außen sich erstreckende Leiste 38 an
ihrem oberen Ende. Ein Durchgang 40 erstreckt sich durch
den dicksten Teil der Wand 34 von der zweiten Unterkammer 28,
welche mit der Aushöhlung 36 über der
Leiste 38 kommuniziert. Ein Durchgang 41 erstreckt
sich durch den engsten Teil der Wand 34 nahe dem Druckstoß-Unterdrückerkörper 22.
Eine obere Fläche 44 des
Körperteils 30 steht mit
einer ringförmigen
Basis 46 der Kappe 32 in Eingriff, wobei eine
Ringdichtung 52 dazwischen gesetzt ist.
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Ein kleiner abgeschrägter ringförmiger Vorsprung 54 erstreckt
sich von der Basis 46 der Kappe 32 und die Kappe 32 hat
eine zentrale Längsbohrung 49 durch
sie hindurch, wobei die Bohrung 49 eine Stufe 56 darin
hat und der untere Teil der Bohrung 49 breiter ist als
ihr oberer Teil.
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Die zylindrische Hülse 14 hat
eine äußere Oberfläche 58 und
eine innere Oberfläche 60.
Eine Lippe 62 ragt radial aus der äußeren Oberfläche 58 an
einem Niveau nahe dem oberen Ende der Hülse 14. Eine Reihe
von Durchgängen 63 erstreckt
sich radial zwischen den inneren und äußeren Oberflächen 60, 58 der
Hülse 14 über dem
Niveau der Lippe 62. Die äußere Oberfläche 58 hat eine erste
sich um den Umfang erstreckende Nut 64, welche geringfügig unterhalb
des Niveaus der Lippe 62 angeordnet ist und eine erste
ringförmige
Ringdichtung 66 aufnimmt, und eine zweite sich um den Umfang
erstreckende Nut 68 nahe des Bodens der Hülse, welche
eine zweite ringförmige
Ringdichtung 70 aufnimmt. Ein axialer länglicher Gang 72 ist
an der äußeren Oberfläche 58 gebildet
und erstreckt sich im wesentlichen zwischen den ersten und zweiten
Nuten 64, 68. Eine Vielzahl von in Umfangsrichtung beabstandeten Durchgängen 74 erstreckt
sich radial durch die Hülse 14 von
der Nähe
der Basis des Gangs 72. Eine dritte sich in Umfangsrichtung
erstreckende Nut 76 ist in der inneren Oberfläche 60 der
Hülse 14 an
einem Niveau zwischen den Durchgängen 74 und
der zweiten Nut 68 gebildet, um so eine erste radiale Lippendichtung 78 aufzunehmen.
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Der Mitläuferschaft 16 hat
einen Kopfteil 80 und einen Körperteil 82, wobei
der Körperteil 82 einen
kleineren Durchmesser hat als der Kopfteil 80. Der Kopfteil 80 hat
eine erste sich in Umfangsrichtung erstreckende Nut 86 in
seiner äußeren Oberfläche vorgesehen,
um so eine zweite radiale Lippendichtung 88 aufzunehmen.
Eine zweite sich in Umfangsrichtung erstreckende Nut 90 in
der inneren Oberfläche
des Mitläuferschafts 16,
geringfügig
unterhalb der ersten Nut 86, nimmt eine dritte radiale Lippendichtung 92 auf.
Unmittelbar unterhalb des Kopfteils 80 gibt es eine hohle
ringförmge
Ausnehmung 94 im Körperteil 80.
Eine dritte sich in Umfangsrichtung erstreckende Nut 96 ist
in der inneren Oberfläche
des Mitläuferschafts 16 unmittelbar
unterhalb der Ausnehmung 94 gebildet, um eine vierte radiale
Lippendichtung 98 aufzunehmen. Eine in radialer Richtung
sich erstreckende Bohrung 100 ist zum unteren Ende des
Körperteils 82 hin
vorgesehen.
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Der zentrale Zufuhrschaft 18 hat
eine Umfangssnut 102 nahe ihres unteren Endes, eine Kreuzbohrung 104,
welche mit der Nut 102 kommuniziert, und eine zentrale
Längsbohrung 106,
welche sich von der Oberseite des zentralen Zufuhrschaftes 18 erstreckt
und die Bohrung 104 schneidet.
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Im Gebrauch ist die zylindrische
Hülse 14 innerhalb
des Gehäuses 12 koaxial
dazu fixiert, wobei die Unterseite der Lippe 62 mit der
oberen Fläche
der Leiste 38 in Eingriff ist. Der zentrale Zufuhrschaft 18 ist
in der Kappe 32 so fixiert, dass das obere Ende des zentralen
Zufuhrschafts 18 an der Stufe 56 anliegt und die
Bohrung 49 und die Bohrung 104 koaxial sind. Das
untere Ende des zentralen Zufuhrschafts 18 ist mit dem
unteren Ende der Hülse 14 durch
die Stufe 54 ausgerichtet, welche an der inneren Oberfläche 60 angeordnet
ist.
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Der Mitläuferschaft 16 ist
gleitend durch die innere Wand 60 der Hülse 14 aufgenommen
und nimmt wiederum den zentralen Zufuhrschaft 18 gleitend
auf. Das untere Ende des Mitläuferschafts 16 ruht
auf der Membran 20, so dass der Schaft 16 sich mit
der Membran relativ zur Hülse 14 und
dem Zufuhrschaft 18 bewegt als Antwort auf die Biegung
der Membran.
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Der Durchgang 40 und der
Durchgang 63 schaffen eine Kommunikation zwischen der zweiten Unterkammer 28 und
einer Kammer 108, welche zwischen dem Kopfteil 80 des
Mitläuferschaftes 16 und dem
Vorsprung 54 definiert ist, um so einen gleichen Druck
darin aufrecht zu erhalten. Wenn die Drücke in der zweiten Unterkammer 28 und
der Kammer 108 gleich sind, werden die vertikalen Kräfte, welche
auf den Kopfteil 80 und den Körperteil 82 des Mitl äuferschaftes 16 ausgeübt werden,
durch ihre wirksamen Flächen
bestimmt. Wenn der Kopfteil 80 einen größeren Durchmesser hat als der
Körperteil 82,
stellt der Kopfteil 80 eine größere wirksame Fläche dar
als der Körperteil 82.
Daher wird eine nach unten gerichtete Nettokraft auf den Mitläuferschaft 16 ausgeübt, welche
ihn mit der Membran 20 in Kontakt hält.
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Im Gebrauch wird Druckluft dem zentralen Zufuhrschaft 18 über die
Längsbohrung 49 durch
die Kappe 32 bei einem Druck über dem Druck des flüssigen Mediums,
welches in der Unterkammer 26 im Gebrauch vorhanden ist, zugeführt.
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2 zeigt
die Druckstoß-Unterdrückungsvorrichtung 10 in
einer Gleichgewichts-Konfiguration, wobei
der Druck in der ersten Unterkammer 26 ungefähr gleich
ist wie der in der zweiten Unterkammer 28. Bei dieser Konfiguration
ist die erste radiale Lippendichtung 78 mit dem Mitläuferschaft 16 unter
der ringförmigen
Ausnehmung 94 in Eingriff, die zweite radiale Lippendichtung 88 ist
entsprechend mit der Hülse 14 über der
Ausnehmung 94 in Eingriff und verhindert dadurch die Entlüftung von
Luft aus der zweiten Unterkammer 28 über den Durchgang 41 in
die Atmosphäre.
Die dritten und vierten radialen Lippendichtungen 92 bzw. 98 sind
mit dem zentralen Zufuhrschaft 18 über bzw. unter der Ausnehmung 102 (und
Kreuzbohrung 104) in Eingriff, und verhindern dadurch das Eindringen
der Druckluft in die zweite Unterkammer 28.
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3 zeigt
die Druckstoß-Unterdrückungsvorrichtung 10 in
einer Konfiguration, welche einem größeren Druck in der ersten Unterkammer 26 als
in der zweiten Unterkammer 28 entspricht. Bei dieser Konfiguration
ist der Mitläuferschaft 16 nach
oben verschoben durch das Durchbiegen der Membran 20, was
bewirkt, dass die vierte radiale Lippendichtung 98 sich über das
Niveau der ringförmigen
Nut 102 bewegt. Druckluft, welche an der Kappe 32 zugeführt wird,
kann durch die Bohrung 106, die Bohrung 104, einen
Abstand 110, welcher zwischen dem Mitläuferschaft 16 und
dem zentralen Zufuhrschaft 18 definiert ist, durch die
Bohrung 100 in die zweite Unterkammer 28 strömen und
erhöht
dadurch den Druck in der zweiten Unterkammer 28.
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So wie sich der Druck in der zweiten
Unterkammer 28 erhöht,
wird die Druckdifferenz zwischen den ersten und zweiten Unterkammern 26, 28 reduziert
und stellt so die Gleichgewichtsbedingung wieder her, wobei sich
die Membran 20 nach unten biegt. Der Mitläuferschaft 16 folgt
dieser Biegung und verursacht, dass die vierte radiale Lippedichtung 98 in eine
Position unter der ringförmigen
Nut 102 zurückkehrt
und dadurch ein weiteres Eindringen von Luft in die zweite Unterkammer 28 verhindert.
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4 zeigt
die Druckstoß-Unterdrückungsvorrichtung 10 in
einer Konfiguration, bei welcher es in der ersten Unterkammer 26 weniger
Druck gibt als in der zweiten Unterkammer 28. Bei dieser
Konfiguration folgt der Mitläuferschaft 16 der
Biegung der Membran 20 nach unten.
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Die Verschiebung des Mitläuferschafts 16 nach
unten führt
dazu, dass das untere Ende der Ausnehmung 94 unterhalb
dem Niveau der ersten radialen Lippendichtung 78 verläuft. Die
zweite Kammer 28 und der Durchgang 41 werden miteinander
in Kommunikation gesetzt über
die Durchgänge 74 und den
Gang 72, was erlaubt, dass überschüssiges Gas über den Durchgang 41 in
die Atmosphäre
entlüftet wird.
Um einen Abfluss mit geringem Volumen in den Abluftdurchgang 41 vorzusehen
unmittelbar bevor die Ausnehmung 94 die Dichtung 78 passiert,
ist die Schulter der Ausnehmung an dem Ende der Ausnehmung, welche
am dichtesten zur Membran ist, mit einer oder mehreren V-Schnittnuten 94a versehen, welche,
wenn sie mit der Dichtung 78 ausgerichtet sind, einen Abfluss
von Druck an der Dichtung vorbei zum Durchgang 74 erlauben.
Die Nut 102 ist oben und unten durch die dritten und vierten
radialen Lippendichtungen 92 bzw. 98 begrenzt
und verhindert so das Eindringen von Druckgas in die zweite Unterkammer 28.
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So wie der Druck in der zweiten Unterkammer 28 abnimmt,
wird die Druckdifferenz zwischen den ersten und zweiten Unterkammern 26, 28 reduziert
und stellt den Gleichgewichtszustand her, wobei die Membran 20 sich
nach oben biegt. Der Mitläuferschaft 16 folgt
dieser Durchbiegung und bewirkt, dass die erste radiale Lippendichtung 78 in
eine Position unter der Ausnehmung 94 zurückkehrt
und dadurch eine Kommunikation zwischen der zweiten Unterkammer 28 und
dem Durchgang 41 und ferner das Entlüften von Luft aus der zweiten
Unterkammer 28 verhindert.
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Sobald die Drücke in den Unterkammern 26 und
28 im Gleichgewicht sind (Zustand in 2), werden
kleine Durchbiegungen der Membran aufgenommen ohne Druckluft zur
Unterkammer 28 hinzuzufügen
oder abzugeben durch Vorsehen eines kleinen Bewegungsbereiches des
Schaftes 16 (als "totes Band" bezeichnet), in
welchen die Betriebspositionen der Ausnehmungen und der Dichtungen
sich nicht ändern.
Das "tote Band" vermeidet ständige Druckanpassungen
und beschränkt
im allgemeinen die Druckeinstellung in der Unterkammer 28 auf
solche Zustände,
wo es eine bedeutende Änderung
im Fluiddruck in der Unterkammer 26 gibt.
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5 zeigt
eine Modifikation, welche wünschenswerter
Weise in die in den 1 bis 4 offenbarte Ausführungsform
aufgenommen wird. Der Schaft 16 ist mit der Membran 20 durch
das Zwischenstück
einer Scheibe 110, deren Durchmesser zwischen dem Durchmesser
der Membran und dem des Schaftes liegt, in Eingriff. Die Scheibe
erhöht
so die Kontaktfläche
des Schaftes mit der Membran und stützt die Membran und steuert
dadurch die Form, welche die Membran annimmt, wenn sie einem Druckdifferential
unterworfen wird. Die Scheibe hat einen hohlen, außen mit
einem Schraubengewinde versehenen Zapfen 112, welcher in
Schraubeingriff am Ende des Schaftes 16 aufgenommen ist,
um die Scheibe am Schaft zu befestigen, und es gibt eine Kreuzbohrung 114,
wobei das Innere des Schaftes 16 mit der Unterkammer 28 in
Kommunikation steht. In 5 ist
der Schaft als zwei konzentrische Komponenten dargestellt, von welchen
die innere Komponente einfach eine Hülse ist, welche dazu verwendet wird
die Dichtung 98 an ihrem Platz im Schaft 16 zu halten.
Es ist verständlich,
dass unter solchen Umständen,
wo die Verbindung des Schaftes 16 mit der Membran bevorzugt
ist, die Scheibe 110 noch vorgesehen werden kann, und wenn
gewünscht,
kann eine zweite ähnliche
Scheibe an der gegenüberliegenden Seite
der Membran vorgesehen werden, welche mit der Scheibe 110 durch
eine Komponente verbunden ist, welche sich durch die Membran in
Dichtungseingriff damit erstreckt.
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Die oben beschriebenen Anordnungen
werden u. a. dazu verwendet, um Druckänderungen bei der Zufuhr von
Flüssigkeit
oder flüssiger
Farbe von einer Hubkolbenpumpe zu einer oder mehreren Farbsprühstationen
zu beseitigen, wobei die Unterkammer 26 mit der Zufuhrleitung
von der Pumpe kommuniziert. Druck"spitzen", welche durch den oben beschriebenen
Unterdrücker
beseitigt werden sollen, können
in der Zufuhrleitung auftreten als ein Ergebnis von zum Beispiel
einer Änderung
der Hubrichtung der Hubkolbenpumpe und wenn eine oder mehr Sprühpistolen
außer
Betrieb gelangen.