-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Hubkolbenpumpe mit verringertem
Geräuschpegel
sowie deren Verwendung. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung
einen Getränkespender,
der die Hubkolbenpumpe mit verringertem Geräuschpegel umfasst.
-
Nach
dem Stand der Technik sind Hubkolbenpumpen bekannt und werden in
einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt. Hubkolbenpumpen leiden
jedoch unter der Tatsache, dass während des Betriebs der Geräuschpegel
beim Gasansaugen zu hoch wird.
-
In
JP-A-2001012349 ist
offengelegt, dass der Geräuschpegel
einer Hubkolbenpumpe von 63,0 dB bis 57,0 dB, verursacht durch das
Geräusch
einer Flüssigkeit,
die einen Einlasskanal und/oder Austragskanal passiert, durch eine
Regulierung des Öffnungsdurchmessers
des Einlasskanals und/oder des Austragskanals verringert werden
kann, wobei ein Stummstecker (Silent Plug) in den Einlasskanal installiert
ist und der Einlasskanal Teil der Zylinderkammer ist.
-
Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Hubkolbenpumpe mit einer
verbesserten Verringerung des Geräuschpegels während des
Betriebs bereitzustellen.
-
Die
Lösung
der Aufgabe besteht darin, eine Hubkolbenpumpe bereitzustellen,
die geeignet ist, komprimiertes Gas mit einem verringerten Geräuschpegel
von höchstens
55 dB zu generieren, wobei die Pumpe ein Pumpengehäuse umfasst,
mit
- – einer
Gaseinlassdüse,
- – einer
Gaskammer,
- – einer
Zylinderkammer, die einen Kolben umfasst,
- – einem
Einlassventil,
- – einem
Auslassventil und
- – einem
Gasauslasskanal,
wobei Gas durch eine Gaseinlassdüse der Gaskammer
in die Gaskammer eintritt und dann durch ein Einlassventil der Zylinderkammer
aus der Gaskammer in die Zylinderkammer fließt, wobei das Verhältnis des
Durchmessers der Öffnung
des Gasdurch gangs der Einlassdüse
zum Durchmesser der Öffnung
des Gasdurchgangs des Einlassventils 1:15 zu 1:5 beträgt.
-
Es
hat sich herausgestellt, dass der Geräuschpegel des eintretenden
Gases, das in die Gaskammer durch eine Gaseinlassdüse eintritt,
die einen viel kleineren Durchmesser als das Einlassventil einer
Zylinderkammer hat, wobei das Gas aus der Gaskammer in die Zylinderkammer
fließt,
erheblich verringert werden kann.
-
Der
Geräuschpegel
einer Hubkolbenpumpe gemäß der vorliegenden
Erfindung beträgt
höchstens
55 dB. In Abhängigkeit
vom Verhältnis
des Durchmessers der Öffnung
des Gasdurchgangs der Einlassdüse
zum Durchmesser der Öffnung
des Gasdurchgangs des Einlassventils kann der Geräuschpegel
der Pumpe allerdings auf einen Geräuschpegel von 1 dB bis 50 dB,
bevorzugt 2 dB bis 40 dB, noch bevorzugter 3 dB bis 30 dB, weiter
bevorzugt 4 dB bis 20 dB und ebenso bevorzugt 5 dB bis 10 dB, verringert
werden. Besonders bevorzugt ist ein Geräuschpegel von 4 dB bis 5 dB
für eine
Hubkolbenpumpe gemäß der vorliegenden
Erfindung. Der Geräuschpegel
einer Hubkolbenpumpe gemäß der vorliegenden
Erfindung kann jedoch von 38 dB bis 18 dB, von 36 dB bis 22 dB,
von 34 dB bis 24 dB und von 32 dB bis 26 dB oder etwa 28 dB betragen.
-
Es
hat sich herausgestellt, dass ein kontinuierlicher Gasfluss aus
der Gaskammer in das innere Hubvolumen der Zylinderkammer, die den
Kolben umfasst, erreicht werden kann, wenn die Gaskammer größer ist
als die Zylinderkammer, die den Kolben umfasst. Demnach kann es
günstig
sein, wenn das innere Volumen der Gaskammer mindestens 3 Mal größer ist
als das maximale Gashubvolumen der Zylinderkammer, die den Kolben
umfasst.
-
Gemäß der vorliegenden
Erfindung kann das innere Volumen der Gaskammer mindestens 3 Mal, vorzugsweise
5 bis 10 Mal größer sein
als das maximale Gashubvolumen der Zylinderkammer, die den Kolben
umfasst.
-
Aufgrund
des größeren Volumens
der Gaskammer kann das Gas kontinuierlich von außen in die Gaskammer fließen. Aus
der Gaskammer kann die Zylinderkammer leicht gefüllt werden. Weiterhin kann
das in die Zylinderkammer gezogene Gasvolumen aufgrund des weitaus
größeren Volumens
der Gaskammer im Vergleich zum maximalen Hubvolumen der Zylinderkammer
zwischen zwei Hüben
leicht ausgetauscht werden.
-
Durch
das größere Volumen
der Gaskammer darf die Gaseinlassdüse, durch welche Gas in die Gaskammer
eintritt, weitaus kleiner sein als die Öffnung des Gasdurchgangs des
Einlassventils der Zylinderkammer. Obwohl die Öffnung der Gaseinlassdüse einen
kleinen Durchmesser hat, kann Gas leicht durch die Öffnung fließen, ohne
den Geräuschpegel der
Hubkolbenpumpe auf mehr als den gewünschten Wert von höchstens
55 dB zu erhöhen.
-
Das
Verhältnis
des Durchmessers der Öffnung
des Gasdurchgangs der Einlassdüse
zum Durchmesser der Öffnung
des Gasdurchgangs des Einlassventils beträgt 1:15 bis 1:5, bevorzugt
1:12 bis 1:7 und noch bevorzugter 1:10 bis 1:9.
-
Ohne
an eine bestimmte Theorie gebunden zu sein, nimmt man an, dass das
spezifische Verhältnis
der beiden Öffnungen,
d. h. Einlassdüse
und Einlassventil, die Frequenz des Geräuschs des Gasdurchgangs drastisch
reduziert.
-
Das
Gasdurchgangsgeräusch
und somit der Geräuschpegel
einer Hubkolbenpumpe gemäß der vorliegenden
Erfindung können
jedoch zusätzlich
gesenkt werden, wenn das innere Volumen der Gaskammer größer ist
als das maximale Gashubvolumen der Zylinderkammer, die den Kolben
umfasst, wie oben beschrieben.
-
Die
Hubkolbenpumpe gemäß der vorliegenden
Erfindung ist im Folgenden näher
beschrieben.
-
Das
Pumpenmaterial kann ein metallisches und/oder polymerisches Material
sein, vorzugsweise ein Polyoxymethylen (POM), ausgenommen jene Teile,
die hohen Temperaturen ausgesetzt sind, welche aus einem wärmebeständigen Polymer,
wie Polyphenylen (PPS), hergestellt sein sollten.
-
Für den Teil
des Kolbens, der gegen die innere Zylinderwand der Zylinderkammer
reibt, ist Polytetraflurethylen (PTFE) bevorzugt.
-
Ferner
ist es bevorzugt, wenn die Ventile auf einem kautschukartigen Material
basieren, wie Acrylnitril-Butadien-Kautschuk (NBR).
-
Jedoch
kann jedes Material, das für
die Hubkolbenpumpe gemäß der vorliegenden
Erfindung geeignet ist, verwendet werden.
-
Alle
Arten von geeigneten Motoren, die einen geringen Geräuschpegel
aufweisen, können
verwendet werden, wobei ein Gleichstrommotor bevorzugt ist.
-
Es
ist bevorzugt, wenn der Durchmesser der Öffnung der Gaseinlassdüse, vorzugsweise
der Durchmesser der Öffnung
des Gasdurchgangs an der äußeren Fläche der
Gaseinlassdüse,
0,1 mm bis 3 mm, vorzugsweise 0,5 mm und 1,5 mm und noch bevorzugter
1,0 bis 1,2 mm beträgt
oder der Durchmesser der Öffnung
des Gasdurchgangs des Einlassventils 1 mm bis 10 mm, vorzugsweise
2 mm und 5 mm und noch bevorzugter 3,5 mm bis 4 mm beträgt und/oder
der Durchmesser des Gasauslasskanals 1 mm bis 10 mm, vorzugsweise
2 mm und 5 mm und noch bevorzugter 3,5 mm bis 4 mm beträgt.
-
Die
Gaseinlassdüse
hat vorzugsweise eine Durchgangslänge von 0,5 mm bis 10 mm, vorzugsweise
1 mm und 8 mm und noch bevorzugter 3 mm bis 4 mm; und/oder das Einlassventil
hat eine Durchgangslänge
von 0,5 mm bis 10 mm, vorzugsweise von 1 mm und 5 mm und noch bevorzugter
von 3 mm bis 4 mm.
-
Die
Gaskammer kann ein inneres Gasvolumen von 4000 mm3 bis
20000 mm3, vorzugsweise von 6000 mm3 und 10000 mm3,
noch bevorzugter von 7000 mm3 bis 8000 mm3 und besonders bevorzugt von 7500 mm3 bis 7800 mm3 aufweisen.
-
Das
maximale Hubvolumen der Gaskammer kann ein inneres Gasvolumen von
1000 mm3 bis 4000 mm3,
vorzugsweise von 1500 mm3 und 3000 mm3, noch bevorzugter von 2000 mm3 bis
2500 mm3 und besonders bevorzugt von 2200
mm3 bis 2300 mm3 aufweisen.
-
Eine
Hubkolbenpumpe gemäß der vorliegenden
Erfindung kann vorzugsweise so ausgebildet sein, dass das Gas bei
einer Gasflussrate von 1 l/min bis 10 l/min, vorzugsweise 2 l/m
bis 5 l/min und noch bevorzugter 3 l/min bis 4 l/min durch das Gaseinlassventil
und/oder den Gasauslasskanal fließt.
-
Das
Gas kann ein Inertgas sein, vorzugsweise ist das Gas Luft, Stickstoff
und/oder Kohlendioxid, und besonders bevorzugt ist das Gas Luft.
-
Eine
Hubkolbenpumpe gemäß der vorliegenden
Erfindung kann eine Gaskammer mit einer Gaseinlassdüse aufweisen,
durch welche Gas aus der Atmosphäre
direkt angesaugt werden kann.
-
Es
ist bevorzugt, wenn eine Zylinderkammer, die einen Kolben umfasst,
benachbart zur Gaskammer angeordnet ist, wobei die Gaskammer und
die Zylinderkammer einen gemeinsamen Wandabschnitt bilden und ein
Einlassventil in dem gemeinsamen Wandabschnitt angeordnet ist, sodass
Gas aus der Gaskammer direkt in das innere Hubvolumen der Zylinderkammer,
die den Kolben umfasst, fließen
kann.
-
Ferner
ist es bevorzugt, wenn die Zylinderkammer mindestens ein Auslassventil
mit einem Gasauslasskanal aufweist, sodass komprimiertes Gas vom
inneren Hubvolumen der Zylinderkammer durch das Auslassventil des
Auslasskanals aus dem Pumpengehäuse
austreten kann.
-
Das
Auslassventil des Auslasskanals ist vorzugsweise an einem Wandabschnitt
der Zylinderkammer angeordnet. Es ist bevorzugt, wenn mindestens
ein Einlassven til an einem Einlasskanal angeordnet ist und mindestens
ein Auslassventil an einem Auslasskanal angeordnet ist, wobei beide
Ventilanordnungen an demselben Wandabschnitt der Zylinderkammer
angeordnet sind.
-
Zur
Zeit eines befüllenden
Kolbenhubs führt der
negative Druck in der Zylinderkammer zu einer Öffnung des Einlassventils,
das zum Beispiel an einem gemeinsamen Wandabschnitt der Gaskammer und
der Zylinderkammer angeordnet ist, sodass Gas aus der Gaskammer
in das sich bildende Hubvolumen der Zylinderkammer fließt. Zur
Zeit eines komprimierenden Kolbenhubs verursacht der Überdruck eine Öffnung des
Auslassventils des Auslasskanals, das sich an der Zylinderkammer
befindet, sodass komprimiertes Gas das Pumpengehäuse durch den Auslasskanal
verlässt.
-
Eine
Hubkolbenpumpe gemäß der vorliegenden
Erfindung wird durch einen Motor betrieben, wobei die Antriebswelle
des Motors koaxial mit einer Kurbelwelle verbunden ist, um eine
Kolbenstange anzutreiben, die mit dem Kolben verbunden ist, wobei
die Kurbelwelle mit einem Gegengewicht die Rotationsbewegung zur
Kolbenstange des Kolbens überträgt. Optional
kann ein Lager zwischen der Kolbenstange und dem Kolben angeordnet
sein.
-
Ferner
kann eine Hubkolbenpumpe gemäß der vorliegenden
Erfindung ein Lager zwischen der Kolbenstange und der Kurbelwelle
aufweisen und ist die Motorwelle mit einem Exzenter verbunden. Ein Lager
befindet sich um den Exzenter, und in der Kolbenstange befindet
sich ein großes
Loch, in welches das Lager eingepasst ist.
-
Das
komprimierte Gas des inneren Hubvolumens in der Zylinderkammer und/oder
das komprimierte Gas, das aus dem Gasauslasskanal austritt, kann
einen Überdruck
von mindestens 0,5 bar, vorzugsweise 1 bis 2 bar und noch bevorzugter
1,5 bar aufweisen.
-
Der
Kolbenhub einer Hubkolbenpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung
kann 2 mm bis 10 mm, vorzugsweise 3 mm bis 9 mm und noch bevorzugter
5 mm bis 7 mm betragen.
-
Eine
bevorzugte Ausführung
einer Hubkolbenpumpe gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst eine Gaskammer mit einer Gaseinlassdüse, die benachbart
zur Zylinderkammer angeordnet ist, die einen Kolben umfasst, wobei
die Gaskammer und die Zylinderkammer einen gemeinsamen Wandabschnitt bilden.
Das Einlassventil ist in dem gemeinsamen Wandabschnitt angeordnet
und mindestens ein Auslassventil mit einem Gasauslasskanal ist mit
der Zylinderkammer verbunden, sodass komprimiertes Gas durchflie ßen kann,
wobei die Antriebswelle des Motors koaxial mit einer Kurbelwelle
verbunden ist, um eine Kolbenstange, die mit dem Kolben verbunden ist,
anzutreiben, wobei die Kurbelwelle mit einem Gegengewicht die Rotationsbewegung über ein
Lager zur Kolbenstange des Kolbens überträgt. Optional kann ein Lager
zwischen der Kolbenstange und dem Kolben angeordnet sein.
-
Eine
Hubkolbenpumpe mit verringertem Geräuschpegel gemäß der vorliegenden
Erfindung kann in Verbindung mit einem und/oder integriert in einen Apparat
verwendet werden, um unter Druck Gas bei einem verringerten Geräuschpegel
zu liefern, wobei der Apparat vorzugsweise ein Haushaltsgerät und/oder
eine medizinische Vorrichtung ist.
-
Besonders
bevorzugt ist ein Getränkespender,
der eine Hubkolbenpumpe mit verringertem Geräuschpegel gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst.
-
Getränke, die
verwendet werden können, sind
vorzugsweise kohlensäurefreie
Getränke
oder CO2-haltige Getränke und besonders bevorzugt
ist Bier. Jedoch ist es für
einen Fachmann offensichtlich, dass alle Arten von Fluiden, wie
z. B. Flüssigkeiten, verwendet
werden können.
Somit umfasst der Begriff Getränk
im Sinne der vorliegenden Erfindung alle Arten von Flüssigkeiten.
-
Der
durch die Hubkolbenpumpe gemäß der vorliegenden
Erfindung erzeugte Gasdruck kann verwendet werden, um Getränke aus
einem Getränkespender
zu liefern, wobei der durch die Hubkolbenpumpe erzeugte Gasdruck
verwendet wird, um Getränke,
vorzugsweise CO2-haltige Getränke, aus
einem Getränkebehälter zu
liefern, und/oder um das CO2-haltige Getränk aus einem
Behälter
abzugeben, unter Verformung eines flexiblen Wandteils durch den
Gasdruck aus einem Getränkebehälter, und/oder um
das CO2-haltige Getränk aus einem Behälter abzugeben,
unter Verformung eines flexiblen Wandteils durch den Gasdruck.
-
Die
Verwendung des durch die Hubkolbenpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung
erzeugten Gasdrucks zur Abgabe des CO2-haltigen
Getränks aus
einem Behälter
bei Verformung eines flexiblen Wandteils durch den Gasdruck hat
den Vorteil, dass das Gas das Getränk nicht verunreinigt.
-
Eine
Hubkolbenpumpe gemäß der vorliegenden
Erfindung kann als ein Druckmittel für einen Getränkespender
verwendet werden, der einen Getränkebehälter mit
einem verformbaren Wandteil umfasst, wie in
EP-A2 123 258 ,
WO 03/050031 sowie in
US-B1 6 454 131 beschrieben.
-
Eine
weitere bevorzugte Ausführung
der vorliegenden Erfindung ist eine Baueinheit zur Getränkeabgabe
mit einer Hubkolbenpumpe als Druckmittel, die ein äußeres Gehäuse mit
einer Abgriffvorrichtung und einen Behälter umfasst, der innerhalb
des äußeren Gehäuses angeordnet
sein kann. Der Behälter
umfasst ein CO2-haltiges Getränk und weist
einen verformbaren Wandteil auf, der durch das Druckmittel komprimierbar
ist, sowie einen Auslass und einen Schlauch, der mit dem Auslass
verbindbar ist, um ein Getränk,
wie z. B. Bier, aus dem Behälter
abzugeben, unter Verformung des flexiblen Wandteils durch das Druckmittel.
-
Noch
eine weitere bevorzugte Ausführung der
vorliegenden Erfindung ist eine Baueinheit zur Getränkeabgabe
mit einer Hubkolbenpumpe als Druckmittel, die einen Behälter umfasst,
in dem ein innerer Beutel zur Aufnahme eines Getränks, insbesondere
kohlensäurehaltiger
Getränke,
wie z. B. Bier, bereitgestellt ist, wobei das Gas, vorzugsweise
Luft, zwischen einer inneren Fläche
der Behälterwand
und der äußeren Fläche des
inneren Beutels unter Druck ausgestoßen wird, sodass das Getränk, wie
z. B. Bier, bei Verformung des flexiblen Wandteils durch das Druckmittel
abgegeben wird.
-
Die
Hubkolbenpumpe gemäß der vorliegenden
Erfindung wird anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 einen
Querschnitt einer Hubkolbenpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung,
wobei sich der Kolben in oberer Position befindet.
-
2 einen
Querschnitt einer Hubkolbenpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung,
wobei sich der Kolben in unterer Position befindet.
-
1 zeigt
einen Querschnitt einer Hubkolbenpumpe (1), die eine Gaskammer
(2) mit einer Gaseinlassdüse (3) und einem inneren
Volumen von 7800 mm3 umfasst, wobei die
Gaskammer (2) benachbart zur Zylinderkammer (4)
angeordnet ist, die ein maximales Hubvolumen von 2260 mm3 aufweist und einen Kolben (5)
in oberer Position (Kompressionsphase) umfasst, wobei die Gaskammer
(2) und die Zylinderkammer (4) ein Pumpengehäuse bilden. Die
Gaskammer (2) und die Zylinderkammer (4) weisen
einen gemeinsamen Wandabschnitt (6) auf. Ein Einlassventil
(7) ist in einem Kanal des gemeinsamen Wandabschnitts (6)
angeordnet und ein Auslassventil (8) mit einem Gasauslasskanal
(9) ist mit der Zylinderkammer (4) verbunden,
sodass Gas unter Druck durchfließen kann, um aus der Pumpe
auszutreten (1), wobei die Antriebswelle (11)
des Gleichstrommotors (10) koaxial mit einer Kurbelwelle
(12) verbunden ist, um eine Kolbenstange (14)
anzutreiben, die mit dem Kolben (5) verbunden ist, wobei
die Kurbelwelle (12) mit einem Gegengewicht (13)
die Rotationsbewegung über
ein Lager (in 1 nicht dargestellt) zur Kolbenstange
(14) des Kolbens (5) überträgt.
-
2 zeigt
einen Querschnitt einer Hubkolbenpumpe (1), die eine Gaskammer
(2) mit einer Gaseinlassdüse (3) und einem inneren
Volumen von 7800 mm3 umfasst, wobei die
Gaskammer (2) benachbart zur Zylinderkammer (4)
angeordnet ist, die ein maximales Hubvolumen von 2260 mm3 aufweist und einen Kolben (5)
in unterer Position (Ansaugphase), die das maximale innere Hubvolumen
(15) ergibt, umfasst. Die Gaskammer (2) und die
Zylinderkammer (4) bilden ein Pumpengehäuse. Weiterhin weisen die Gaskammer
(2) und die Zylinderkammer (4) einen gemeinsamen
Wandabschnitt (6) auf. Ein Einlassventil (7) ist
in einem Kanal des gemeinsamen Wandabschnitts (6) angeordnet
und ein Auslassventil (8) mit einem Gasauslasskanal (9)
ist mit der Zylinderkammer (4) verbunden, sodass Gas unter
Druck durchfließen
kann, um aus der Pumpe (1) auszutreten, wobei die Antriebswelle
(11) des Gleichstrommotors (10) koaxial mit einer
Kurbelwelle (12) mit einem Gegengewicht (13) verbunden
ist, um eine Kolbenstange (14) anzutreiben, die mit dem
Kolben (5) verbunden ist, wobei die Kurbelwelle (12)
die Rotationsbewegung über
ein Lager (in 2 nicht dargestellt) zur Kolbenstange
(14) des Kolbens (5) überträgt.