DE60212863T2

DE60212863T2 - Wellenkupplung und schiebemechanismus für druckluftpumpe

Info

Publication number: DE60212863T2
Application number: DE60212863T
Authority: DE
Inventors: Wayne Mark Amherst MCCOLLOUGH; Jim Lorain BACHMAN; Anna North olmstead GILBERT
Original assignee: Nordson Corp
Current assignee: Nordson Corp
Priority date: 2001-10-05
Filing date: 2002-10-05
Publication date: 2006-11-16
Anticipated expiration: 2022-10-06
Also published as: AU2002334890A1; US20050199119A1; DE60212863D1; EP1432913A2; US6951163B1; EP1432913B1

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft allgemein eine Fluidpumpenanordnung. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Kopplungsmechanismus zwischen einem Antriebsschaft und einem Abtriebsschaft, der ein schnelles Verbinden und Lösen der Schäfte ermöglicht und doch während des Betriebes eine stabile Verbindung aufrechterhält. Die Erfindung betrifft weiterhin einen schnell ansprechenden Steuermechanismus für eine kolbengetriebene pneumatische Pumpe.
Hintergrund der Erfindung
Fluidpumpenanordnungen gehören zum Stand der Technik und werden in verschiedenen Anwendungsbereichen eingesetzt. Ein solcher Anwendungsbereich ist das Aufbringen einer flüssigen Beschichtung auf einen Artikel, bei dem die flüssige Schicht nach dem Auftragen aushärtet und eine schützende oder schmückende Schicht auf dem Artikel bildet. Im allgemeinen wird Farbe auf diese Weise mit Hilfe eines Pinsels oder einer Spritzpistole auf einen Artikel aufgebracht. Fluidpumpenanordnungen liefern den nötigen Druck, um die Flüssigkeit versprühen zu können oder durch ein System zu bewegen.
Eine solche Fluidpumpenanordnung ist in dem U.S.-Patent Nr. 6.212.997 B1 beschrieben. Die darin beschriebene Pumpe enthält einen Kolben, der durch das Einwirken von über ein Luftventil eingeführte Luft hin- und herbewegt wird. Das Luftventil steuert im Betrieb die Zuführung der Druckluft so um, dass der Kolben und eine daran angebrachte Antriebsstange entweder nach oben oder nach unten gedrückt wird. Eine Antriebsstange ist an einem Ende mit der Antriebsstange und an dem anderen Ende mit einem Plungerkolben verbunden, der in einem hydraulischen Gehäuse angeordnet ist. Der Plungerkolben weist eine Innenbohrung mit einem Einwegkugelventil in der Nähe ihres Endes auf, das in dem hydraulischen Gehäuse angeordnet ist. Mit dem Kolben bewegt sich auch der Plungerkolben hin und her. Durch die Wirkung des Einwegkugelventils wird durch die Hin- und Herbewegung Fluid unter Druck in die Innenbohrung hinein- und her ausbewegt, um an anderer Stelle verwendet zu werden. Bei dieser Pumpe ist die Abtriebsstange mit der Antriebsstange über eine Gewindeverbindung verbunden.
Ein weiteres Mittel zur Verbindung eines Antriebsschaftes mit einem Abtriebsschaft ist in dem U.S.-Patent Nr. 6.164.188 beschrieben. Die dort beschriebene Kopplung umfasst eine zweiteilige Klammer mit einer Vertiefung, die Flanschenden von zwei sich hin- und herbewegenden Schäften aufnimmt. In diesem technischen Bereich wird eine Verbindung für sich hin- und herbewegende Schäfte benötigt, die den Antriebsschaft sicher gegenüber dem Abtriebsschaft in Stellung hält und ebenso sicherstellt, dass die Längsachsen der beiden Schäfte kolinear bleiben. Ein solcher Aufbau ist im Stand der Technik nicht vorhanden.
Der Abtriebsschaft muss über einen Mechanismus hin- und herbewegt werden, beispielsweise durch einen Kolben, der durch Druckluft hin- und herbewegt wird. Bekannte Fluidpumpenanordnungen wie die im U.S.-Patent Nr. 6.212.997 B1 dargestellte Anordnung enthalten einen Federschalter S mit einer Übertotpunktfeder, um ein Luftventil zwischen „oberer" und „unterer" Drucklufteinstellung zu schalten. In 1 ist ein solcher Federschalter S mit mehr Details dargestellt. Bei diesen Anordnungen ist ein Schaltarm an einem Ende am Antriebsschaft befestigt und passt mit dem anderen Ende gleitbar über eine Schubstange R, wie dies im U.S.-Patent Nr. 6.212.997 B1 gezeigt ist. Nahe dem Ende eines Hubes trifft der Schaltarm auf eine Stoppvorrichtung auf der Schubstange R und bewirkt eine Bewegung der Schubstange R. Wie in 1 gezeigt ist, wird dadurch einer von zwei Ringen, R₁ und R₂ an der Schubstange R, der dem Luftventil V nahe ist, in Kontakt gebracht mit der Verlängerung E des Federschalters S. Auf diese Weise wird der Federschalter S zwischen den Positionen „oben" und „unten" bewegt.
Von dem über dem Zentrum angeordneten Federschalter S wird normalerweise eine große Federkraft ausgeübt, um ein schnelles Schalten zu ermöglichen. Das schnelle Schalten ist wünschenswert, weil beim Richtungswechsel der Kolben unweigerlich eine kurze Zeit lang stillsteht. Eine starke Federkraft hält diesen Zeitraum auf einem Minimum, so dass das Fluid mit einer Rate gepumpt werden kann, die so gleichmäßig wie möglich gehalten wird. Sonst kann es bei dem zu pumpenden Fluid zum Herausspritzen oder Spucken (oder einseitigen Spritzen) kommen, was bei der Herstellung von flüssigen Beschichtungen auf Gegenständen unerwünscht ist. Die hohe Federkraft führt zur Abnutzung der Teile, besonders an den Schwenkpunkten, und damit zu einer notwendigen Erneuerung von Teilen im Laufe der Zeit. Sie kann auch Bauteile aus gehärtetem Stahl und mehrere miteinander verbundene Teile notwendig machen, was die Kosten für ein solches System erhöht. Außerdem ist es erforderlich, die Schubstange R und den Federschalter S mit einer Abdeckung zu versehen, um zu verhindern, dass sich Bedienungspersonen an diesen Teilen beim Betrieb verletzen.
Es ist darum wünschenswert, eine Fluidpumpenanordnung zu schaffen, bei der die Kopplung zwischen Antriebsschaft und Abtriebsschaft ein schnelles Verbinden und Lösen ermöglicht und dabei ebenfalls sicherstellt, dass die Verbindung zwischen den Schäften sicher und axial ausgerichtet aufrechterhalten bleibt. Insbesondere besteht ein Bedarf an einem Einschaft-Kopplungsmechanismus (single coupling mechanism), der selbsttätig die beiden Schäfte sowohl in Längsrichtung zusammendrückt als auch ihre Längsachsen ausgerichtet hält.
Außerdem ist es wünschenswert, einen schnell wirkenden Steuermechanismus zu schaffen, der weniger abnutzbare Teile enthält, der leicht zu warten ist und keine Stellen hat, an denen sich Bedienungspersonen verletzen können, so dass die Bedienungssicherheit verbessert wird. Weiterhin sollte so ein Steuermechanismus ohne teure Teile herzustellen sein.
U.S. 6.123.008 beschreibt eine Druckluft-Kolbenmaschine mit einem Antriebsschaft in Form einer Kolbenstange, die an ihrem unteren Ende mit einem Abtriebsschaft verbunden werden kann.
Die vorliegende Erfindung schafft eine Fluidpumpenanordnung mit einem hinund hergehenden Antriebsschaft, der mit einer Antriebsanordnung verbunden ist, und einem hin- und hergehenden Abtriebsschaft, der mit einem Kolben in einem Fluidgehäuse verbunden ist, und ist dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsschaft eine oder mehrere Antriebsaussparungen an einem Kopplungsende und der Abtriebsschaft eine oder mehrere Abtriebsaussparungen an einem Kopplungsende aufweist, dass mindestens zwei innere Kragen vorgesehen sind, von denen jeder einen inneren Antriebsvorsprung mit solcher Größe und Position hat, dass er in eine oder mehrere der Antriebsaussparungen passt, um radiale Antriebsfläche zu bilden, und einen inneren Abtriebsvorsprung mit solcher Größe und Position hat, dass er in eine oder mehrere der Abtriebsaussparungen passt, um eine radiale Abtriebsfäche zu bilden, dass die inneren Kragen um die Antriebs- und Abtriebsschäfte herum im Bereich der Kopplungsenden angeordnet sind und dass ein äußerer Kragen um die inneren Kragen herum angeordnet ist.
Die Fluidpumpenanordnung weist eine verbesserte Kopplung zwischen sich hin- und herbewegendem Antriebs- und Abtriebsschaft auf. Die neue Kopplung bewirkt sowohl das Zusammenhalten der Schäfte als auch ihre Ausrichtung entlang einer gemeinsamen Längsachse. Außerdem ermöglicht sie ein schnelles Verbinden und Lösen.
Es wird auch ein verbesserter schnell umschaltender Steuermechanismus für den Betrieb einer Spritzpistole in einer Fluidpumpenanordnung beschrieben.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 zeigt einen Federschalter S, wie er zum Stand der Technik gehört,
2 zeigt die Umgebung, in der die Erfindung vorzugsweise eingesetzt wird,
3 ist eine perspektivische Darstellung einer Verbindung gemäß der Erfindung von sich hin- und herbewegenden Schäften in ausgekoppelter Stellung,
4 ist eine perspektivische Darstellung der Schaftverbindung nach 3 in gekoppeltem Zustand,
5 zeigt einen Querschnitt durch die Verbindung für die sich hin- und herbewegenden Schäfte nach 4 in gekoppeltem Zustand,
6 ist ein Querschnitt durch einen von Druckluft angetriebenen Kolben,
7A–7B zeigen einen Querschnitt durch einen Schalter im nicht betätigten Zustand,
7C ist ein Querschnitt durch einen Schalter im nicht betätigten Zustand entlang dem Schnitt C-C der 7B, zusätzlich zeigt diese Figur Luftdurchgangswege, die vom Schalter weg führen.
8A–8B zeigen Querschnitte eines Schalters in betätigter Position,
9 stellt ein schematisches Luftführungsdiagramm für ein Fluidpumpensystem dar.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Mit Hinweis auf die 2 bis 5 wird eine Ausführungsform einer Schaftverbindung 10 für sich hin- und herbewegende Schäfte beschrieben. Obgleich die Beschreibung und Darstellung der Erfindung hier Bezug nimmt auf eine spezifische Konfiguration der Schaftverbindung, hat diese Beschreibung nur eine beispielhafte Bedeutung und sollte nicht als einschränkend ausgelegt werden. Fachleute erkennen ohne weiteres, dass die vorliegende Erfindung in vielen verschiedenen Formen und Konfigurationen verwirklicht werden kann. Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft in einem weiten Sinn die Idee, eine Verbindung für sich hin- und herbewegende Schäfte zu schaffen, die leicht ein- und ausgekoppelt werden kann und dennoch eine sichere Längsausrichtung der sich hin- und herbewegenden Schäfte aufrechterhält.
3 zeigt die wichtigsten Teile der Schaftverbindung für sich hin- und herbewegende Schäfte: einen ersten, antreibenden Schaft (Antriebsschaft) 12; einen zweiten, angetriebenen Schaft (Abtriebsschaft) 14; zwei Innenkragen 16, 18 und einen Außenkragen 20. Zur besseren Illustration sind die beiden Schäfte 12, 14 so dargestellt, dass sie sich in einem kleinen Winkel von einer echten vertikalen Stellung entfernen, wobei der Antriebsschaft 12 sich oberhalb des angetriebenen Schaftes 14 befindet. Im Anwendungsfall können die beiden Schäfte 12, 14 vertikal, horizontal oder kolinear ausgerichtet in irgendeinem Winkel zwischen vertikal und horizontal angeordnet sein. Der Abtriebsschaft 14 kann auch oberhalb des Antriebsschaftes 12 vorgesehen sein.
In der Darstellung der 2 ist der Antriebsschaft 12 mit dem Druckluftmotor nach der vorliegenden Erfindung verbunden. Über die nachfolgend detaillierter beschriebenen Kopplungsglieder 16, 18, 20 ist der Antriebsschaft 12 vorzugs weise mit einem Abtriebsschaft für eine Farbenpumpenanordnung wie dem Abtriebsschaft 22 nach dem U.S.-Patent Nr. 6.212.997 B1 verbunden; der Inhalt dieses Patentes wird hiermit in seiner Gesamtheit eingeschlossen.
Wie bereits beschrieben, ist der Antriebsschaft 12 an einem Ende mit dem Druckluftmotor der vorliegenden Erfindung wirksam verbunden. Dieser Druckluftmotor, der später detailliert beschrieben wird, bewegt den Antriebsschaft 12 hin und her. Der Schaft 12 wird in dieser Beschreibung als Antriebsschaft 12 bezeichnet, weil er bewirkt, dass sich der Abtriebsschaft 14 hin- und herbewegt. Gegenüber der dargestellten Antriebsanordnung ist der der Antriebsschaft 12 natürlich ein „angetriebener" Schaft. Auf ähnliche Weise ist der Abtriebsschaft 14 gegenüber dem von der Fluidpumpenanordnung in Bewegung gesetzten Fluid ein „antreibender" Schaft.
Der Antriebsschaft 12 ist an einem Kopplungsende 22 mit einem Kopplungsende 24 des Abtriebsschaftes 14 gekoppelt. Das Kopplungsende 22 des Antriebsschaftes 12 weist eine Aussparung 26 (siehe 5) und das Kopplungsende 24 des Abtriebsschaftes 14 weist einen Ansatz 30 auf. Aussparung 26 und Ansatz 30 können in jeder gewünschten Form ausgeführt sein, beispielsweise können sie kreisförmig (wie in den Figuren dargestellt), rechteckig, dreieckig oder dergleichen sein. Zu bevorzugen ist eine kreisförmige Form. Sind die beiden Schäfte 12, 14 gekoppelt, erstreckt sich der Ansatz 30 in die Aussparung 26. Dies trägt dazu bei, die Schäfte 12, 14 während des Kopplungsvorgangs ausgerichtet zu halten. Zwischen der Oberfläche des Ansatzes 30 und der Bodenfläche der Aussparung 26 bleibt vorzugsweise ein Spalt 31 bestehen (dargestellt in 5). Auf die Weise wird die Last dort aufgefangen, wo die ringförmigen Abschnitte der Kopplungsenden 22, 24 um Aussparung 26 und Ansatz 30 herum aneinander liegen. Um eine Abnutzung zu verhindern und die Ausrichtung der Schäfte zu unterstützen, sollten diese ringförmigen Abschnitte im wesentlichen flach ausgebildet und im wesentlichen parallel zu einander angeordnet sein.
Es kommt hinzu, dass dann, wenn die Aussparung 26 für den Ansatz und der Ansatz 30 für eine enge Passung ausgelegt sind, diese Konstruktion die Ausrichtung der beiden Schäfte 12, 14 entlang kolinearer Achsen bei der Hin- und Herbewegung der Schäfte 12, 14 unterstützt. Die Aussparung 26 und der Ansatz 30 können beispielsweise kreisförmig ausgeführt sein, wobei der Radius der Aussparung 26 nur geringfügig größer ist als der Radius des Ansatzes 30. Als Alternative kann das Kopplungsende 22 des Antriebsschaftes 12 einen Ansatz 30 aufweisen und das Kopplungsende 24 des Abtriebsschaftes 14 eine Aussparung 26 für den Ansatz.
Es geht am deutlichsten aus den 3 und 5 hervor, dass das Kopplungsende 22 des Antriebsschaftes 12 mit dem Kopplungsende 24 des Abtriebsschaftes 14 über Innenkragen 16, 18 und einen Außenkragen 20 verbunden ist. Zuerst wird der Außenkragen 20 über den Antriebsschaft 12 gebracht, hierbei zunächst noch im Abstand vom Kopplungsende 22, und dann werden die Kopplungsenden 22, 24 zusammengebracht. Die Innenkragen 16, 18 werden danach um die beiden Schäfte 12, 14 angeordnet. Es können zwei oder mehr Innenkragen verwendet werden. In den Figuren sind zwei Innenkragen 16, 18 als bevorzugte Ausführungsform gezeigt. Die Innenkragen brauchen nicht in der Größe identisch zu sein; zum Beispiel kann ein erster Innenkragen 180° des Umfangs der Schäfte 12, 14 bedecken, ein zweiter 90° und ein dritter kann die verbleibenden 90° bedecken. Kragen mit identischer Größe werden bevorzugt, weil dadurch die Anzahl der herzustellenden und zu verwendenden Teile verringert wird. Außerdem brauchen die Innenkragen dem Umfang der beiden Schäfte 12, 14 nicht vollständig zu umschließen. Es wird jedoch ein vollständiges Umschließen bevorzugt, damit die für die Hin- und Herbewegung aufgewendete Kraft über einen größtmöglichen Bereich verteilt wird, was die Abnutzung der unterschiedlichen Teile minimiert.
Die Innenkragen 16, 18 halten die Schäfte 12, 14 mit Hilfe von ineinander passenden Vorsprüngen und Aussparungen aneinander. Wie als Beispiel in den Figuren gezeigt, weisen die Kopplungsenden 22, 24 ringförmige Aussparungen 28 bzw. 32 auf und die beiden Innenkragen 16, 18 je zwei ringförmige Vorsprünge 34, 36. Der ringförmige Vorsprung 34 passt in die ringförmige Aussparung 28, während der ringförmige Vorsprung 36 in die ringförmige Aussparung 32 passt. Alternativ können die Kopplungsenden 22, 24 ringförmige Vorsprünge aufweisen, die in ringförmige Aussparungen in den Innenkragen passen. Anstelle von ringförmigen, sich um den Umfang herum ohne Unterbrechung erstreckende Vorsprung-Aussparung-Paare können auch unterbrochene Kombinationen von Vor sprung und Aussparung verwendet werden. So kann zum Beispiel jeder Innenkragen 16, 18 zwei oder mehr um den Umfang herum im Abstand voneinander angeordnete Vorsprünge aufweisen, die in angepasste Aussparungen in den Schäften 12, 14 so hineinpassen, dass sich ein fester Sitz ergibt. Damit wäre eine relative Drehung zwischen den sich hin- und herbewegenden Schäften und den Innenkragengliedern verhindert, was für einige Anwendungsfälle von Nutzen sein kann.
Nachdem die Innenkragen 16, 18 in der vorgesehenen Weise um die Schäfte 12, 14 herum angeordnet wurden, wird der Außenkragen 20 aus seiner derzeitigen Position (um den Antriebsschaft 12 herum, im Abstand vom Kopplungsende 22) in eine Ruheposition gebracht, in der er die beiden Innenkragen 16, 18 abdeckt. Der Außenkragen 20 weist vorzugsweise eine geneigte Innenfläche 38 auf, die mit einer geneigten Außenfläche 40 der Innenkragen 16, 18 korrespondiert. Damit wird eine Kompressionskraft erzeugt, die die Innenkragen 16, 18 gegen die sich hin- und herbewegenden Schäfte 12, 14 hält.
In vielen Anwendungsfällen kann Reibung, die entlang der geneigten Flächen 38, 40 erzeugt wird, den Außenkragen 20 daran hindern, von den Innenkragen 16, 18 herunterzurutschen. Der Außenkragen 20 kann jedoch an den Innenkragen 16, 18 durch ein oder mehrere Befestigungsmittel besser an den Innenkragen 16, 18 gesichert sein. Solche Befestigungsmittel für den Kragen können sich als eine zusätzliche Sicherheit oder auch in Fällen als nützlich erweisen, wo die Hin- und Herbewegung besonders kräftig ist. Die Passung der Innenkragen 16, 18 ist vorzugsweise so eng, dass jede Kragenbefestigung nur den Außenkragen 20 an seinem Platz hält und nicht eine hin- und hergehende Kraft vom Antriebsschaft 12 auf den Abtriebsschaft 14 übermittelt. Die Kragenbefestigung kann beispielsweise ein Schnappring aus einem Elastomer oder eine Klammer sein, die an der Oberseite des Außenkragens 20 um den Antriebsschaft 12 angeordnet ist; oder es kann ein Stift im Antriebsschaft 12 angebracht sein, der unmittelbar oberhalb des Außenkragens 20 angeordnet ist oder in eine Stiftöffnung im Außenkragen 20 hineinpasst.
Vorzugsweise werden ein oder mehrere Gewindestifte 42 als Kragenbefestigungsmittel verwendet, wie dies in den Figuren dargestellt ist. Die Gewindestifte 42 können sich durch mit Gewinde versehene Aussparungen 44 in den Außenkragen 20 erstrecken (Gewinde ist in den Figuren nicht dargestellt). Vorzugsweise, jedoch nicht notwendigerweise, nehmen Vertiefungen in den Innenkragen 16, 18 die Gewindestifte 42 auf. Eine solche Vertiefung kann eine äußere ringförmige Aussparung 46 umfassen, wie dies in den Figuren gezeigt ist, oder eine Reihe von um den Umfang herum im Abstand von einander angeordneten externen Vertiefungen in den inneren Kragen 16, 18 (eine Vertiefung für jeden Gewindestift 42). Das Zusammenwirken zwischen den Gewindestiften 42 und den ringförmigen Aussparungen 46 oder den externen Vertiefungen in den inneren Kragen 16, 18 verhindert, dass der äußere Kragen 20 von den inneren Kragen 16, 18 herunterrutscht.
Die Außenfläche des äußeren Kragens 20 weist mehrere Rippen 48 auf. Diese Rippen 48 ermöglichen einer Bedienungsperson einen besseren Halt am äußeren Kragen 20 beim Koppeln oder Entkoppeln der Schaftverbindung. Dies kann deshalb nützlich sein, weil sich beispielsweise nach einer gewissen Zeit der Benutzung der Außenkragen 20 möglicherweise an den Innenkragen 16, 18 haftet. Mit den Rippen 48 wird eine bequeme Möglichkeit geschaffen, den äußeren Kragen 20 von Hand oder mit einem Schraubenzieher oder einem anderen Werkzeug so zu bewegen, dass er von den inneren Kragen 16, 18 herunterrutscht. Auf dem Außenkragen 20 oder auf einem der Schäfte 12, 14 kann eine Anzeige 50 angebracht sein, die anzeigt, in welche Richtung der äußere Kragen 20 zu bewegen ist, um ihn von den Innenkragen 16, 18 zu entfernen.
Die Wahl der für Schäfte und Kragen zu verwendenden Materialien hängt selbstverständlich von der Belastung ab, denen diese Bauelemente ausgesetzt sind. Bei der von den Anmeldern vorgesehenen Verwendung werden die Schäfte mit einer Last von etwa 44.500 N (ca. 10.000 pounds of force) belastet. Bei einem solchen Belastungsbereich ist Stahl geeignet für die unterschiedlichen Bauteile. Es kann Stahl der Type 303 verwendet werden, um Umwelteinwirkungen von den Bauteilen möglichst fernzuhalten. Die Anmelder stellten fest, dass Stahl der Type 4140 für die inneren Kragenteile 16, 18 und Stahl der Type 303 für den äußeren Kragen 20 ausreicht. Bei Anwendungen, bei denen weniger Kraft übertragen wird, kann Kunststoff als Material für diese Bauteile geeignet sein.
Wie am besten aus der 5 hervorgeht, schafft diese Kopplung eine Radialfläche als Schnittstelle zwischen den inneren Kragen 16, 18 und den Schäften 12, 14. Insbesondere die Lagerflächen von ringförmigen Vorsprüngen 34, 36 und ringförmigen Aussparungen 28, 32 bilden eine bogenförmige Schnittstelle zwischen diesen Elementen. Auf die Weise hat die geneigte Schnittstelle 38, 40 einen doppelten Zweck. Sie hält sowohl die gekoppelten Enden 22, 24 zusammen und richtet ebenfalls die Schäfte 16, 18 so aus, dass ihre Längsachsen im wesentlichen kolinear verlaufen.
Wie erwähnt, muss irgendein Mechanismus die Hin- und Herbewegung der beiden Schäfte 12, 14 antreiben. Ein möglicher Mechanismus ist ein von Druckluft angetriebener Kolben, dargestellt in 2 und als Querschnitt in 6. Ein Hauptventil 100 steuert die Druckluftzufuhr in die Kolbenkammer 102 über eine untere Zuführpassage 104 oder in obere Zuführpassage 106. Hier werden die Ausdrücke „oben" und „unten" sowie ähnliche Beziehungsangaben der Einfachheit verwendet, wenn die Beschreibung sich auf Ausführungsformen bezieht, die in den Figuren dargestellt sind. Natürlich kann in der Praxis die dargestellte Ausführungsform umgedreht werden, wenn der Antriebsschaft 12 nicht wie dargestellt von oben aus antreiben soll, sondern von unten.
Tritt Luft über die untere Zuführpassage 104 ein, wird der Kolben 108 nach oben gedrückt, und die aus dem oberen Abschnitt der Kolbenkammer 102 herausgedrückte Luft fließt aus einem oberen Ausgang (nicht gezeigt in den Figuren) ab. Tritt Luft über die obere Zuführpassage 106 ein, dann wird der Kolben 108 nach unten bewegt, und die aus dem unteren Abschnitt der Kolbenkammer 102 herausgedrückte Luft fließt aus dem unteren Ausgang (in den Figuren nicht gezeigt) ab. Kehrt der Kolben 108 um, dann kehrt auch die Bewegung des Schaftes 12 um.
Das Hauptventil 100 wirkt auf die folgende Weise. Im Hauptventil 100 bewegt sich ein generell zylindrischer Ventilschaft 114 mit zwei verengten Durchmesserabschnitten 116, 118 auf und ab. In 6 ist der Ventilschaft 114 in einer oberen Stellung gezeigt. Über einen Eingang 120 tritt Druckluft in das Hauptventil 100 ein. Gegen den Außenumfang des Ventilschaftes 114 dichten Dichtungszwischenringe 122 ab, um die Druckluft entweder durch die untere ringförmige Aus sparung 116 und in die untere Zuführpassage 104 zu leiten oder durch die obere ringförmige Aussparung 118 in die obere Zuführpassage 106. Auf diese Weise wird das Umschalten des Hauptventils 100 fortgeführt, indem der Ventilschaft 114 auf und ab bewegt wird.
Bei der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird dieses Umschalten über zwei Schalter 124 durchgeführt. Ein Schalter 124 ist am oberen Teil der Kolbenkammer 102 angeordnet, wie in den 6 bis 8 dargestellt, und der andere am unteren Teil der Kolbenkammer 102. In den 7A, 7B, 7C, 8A und 8B ist der Schalter 124 nur am oberen Teil der Kolbenkammer 102 dargestellt, weil er auf die gleiche Weise wirkt, wie der Schalter 124 am unteren Teil der Kolbenkammer 102. Generell umfasst der Schalter einen vertikalen Plungerkolben 128 und ein Dreiwegeventil 125.
Wenn der Kolben 108 sich dem oberen Ende seines Hubes nähert, trifft er auf einen Betätigungsstift 126 im Schalter 124. 7A bis 7C stellen den Schalter 124 im Querschnitt und zu dem Zeitpunkt dar, wo der Kolben 108 mit dem Betätigungsstift 126 den ersten Kontakt hat. Der Betätigungsstift 126 ist entweder an einem vertikalen Plungerkolben 128 angeformt oder mit ihm fest verbunden (z.B. angeschraubt). Der Kolben 128 ist in einem Kolbengehäuse 129 angeordnet. Der vertikale Plungerkolben 128 weist eine Aussparung 130 zur Aufnahme einer Kugel 132 des Dreiwegeventils 125 auf, was später noch beschrieben wird. Der vertikale Plungerkolben weist ebenfalls eine obere Bohrung 134 auf, in die eine Federjustierstange 138 eingepasst ist, die von einer Feder 136 umgeben ist. Die Feder 136 spannt den vertikalen Plungerkolben 128 nach unten vor. Mehrere Dichtungsringe dichten die Kolbenkammer 12 gegen Lufteintritt oder Luftaustritt durch den Schalter 124 ab. Die Aufwärtsbewegung des Kolbens 102 verschiebt den Betätigungsstift 125 senkrecht nach oben gegen die Vorspannung der Feder 136 und betätigt damit den Schalter 124.
Wie aus den 7A bis 7C zu sehen ist, wird vor der Betätigung durch einen Kugelstift 142, der unter der Wirkung der vorgespannten Kugelfeder 144 steht, Druck auf die Kugel 132 in der Aussparung 130 des vertikalen Plungerkolbens 128 ausgeübt. Das Kolbengehäuse 129 ist vorzugsweise allgemein zylindrisch geformt; nur an der dem Dreiwegeventil 125 gegenüberliegenden Seite ist ein abgeflachter Bereich 146 ausgebildet. Der abgeflachte Bereich 146 wirkt als Hilfe bei der Ausrichtung des Dreiwegeventils 125 gegenüber dem Kolbengehäuse 129 sowie der richtigen Justierung der Kugel 132 innerhalb der Aussparung 130. Dieser abgeflachte Bereich macht es außerdem möglich, das Kolbengehäuse 129 von der oberen Wand 148 der Kolbenkammer 102 zu entfernen, ohne dass zuvor das Dreiwegeventil 125 entfernt werden muss.
Die 8A bis 8B zeigen den Schalter 124 in betätigter Stellung. Wird der vertikale Plungerkolben 128 vom Kolben 108 nach oben gedrückt, wird die Kugel 132 gegen die Vorspannung der Kugelfeder 144 horizontal verschoben und erreicht die in den 8A bis 8B gezeigte Stellung. Im Idealfall sollte die untere Fläche 150 des vertikalen Plungerkolbens 128, die die Aussparung 130 definiert, in einem solchen Winkel ausgeführt sein, dass sie zu jeder Zeit (vor, während und nach Betätigung) die Außenfläche der Kugel 132 berührt. Damit wird die Schaltgeschwindigkeit des Schalters 124 maximiert. Der genaue Winkel der unteren Fläche 150 wird dadurch bestimmt, um welche Größe die Kugel 132 horizontal bewegt werden muss, um das Dreiwegeventil 125 zu öffnen. Die Hauptaufgabe der Aussparung 130 ist es, die Kugel 132 in horizontaler Richtung zu verschieben; es ist also nicht erforderlich, dass, wie dargestellt, die Aussparung 130 sich ganz um den vertikalen Plungerkolben 128 herum erstreckt. Diese ringförmige Aussparung wird trotzdem bevorzugt, weil sie die Herstellung und Montage vereinfacht.
Die horizontale Verschiebung der Kugel 132 öffnet ein Dreiwegeventil 125. Wie bereits beschrieben, ist es von Vorteil, wenn diese Betätigung so schnell wie möglich geschieht, um ein unkontrolliertes Herausspritzen oder -spucken des gepumpten Fluids zu vermeiden. Für diese Ausführungsform bedeutet es, dass eine sehr kleine vertikale Bewegung des vertikalen Plungerkolbens 128 zu einer schnellen horizontalen Verschiebung der Kugel 132 (und damit zu einem Öffnen des Dreiwegeventils 125) führen sollte. Dieses Ziel wird dann leichter erreicht, wenn der vertikale Plungerkolben 128 einen Außendurchmesser aufweist, der etwa gleich dem Durchmesser der Kugel 132 oder größer ist.
Jedes Dreiwegeventil, das von der Kugel 132 betätigt wird, wird die Ziele der vorliegenden Erfindung erreichen. Das hier beschriebene Dreiwegeventil 125 arbeitet gut. Die äußere Form des Ventilgehäuses 152 ist allgemein zylindrisch mit drei ringförmigen Aussparungen: ein Eingangsring 154, ein Austrittsring 156 und ein Abluftring 158. Eine zylindrische Innenbohrung im Ventilgehäuse 152 hält einen Umschaltkörper 159, in den an einer Seite eine Endkappe 161 eingeschraubt ist (die Endkappe 161 kann alternativ auch an dem Umschaltkörper 159 angeformt sein). Der Umschaltkörper 159 wird gegenüber einer Schulter 163 einer Bohrung im Ventilgehäuse 152 durch eine Haltefeder 165 und eine Abschlusskappe 164 an seinem Platz gehalten. Die Abschlusskappe 164 kann innerhalb des Dreiwegeventils 125 durch Klebstoff, eine Schraubverbindung, durch festen Sitz oder dergleichen an ihrem Platz gehalten werden. Im Umschaltkörper 159 ist ein Umschaltschaft 167 mit einem Umschaltzapfen 168 und einem Abluftzapfen 182 angeordnet.
Dem Eingangsring 154 wird über eine Zuführpassage 155 in der oberen Wand 148 Druckluft zugeführt. Durch eine oder mehrere Eintrittsöffnungen 160 gelangt die Druckluft aus dem Eingangsring 154 in eine Eingangskammer 162 im Ventilgehäuse 152, zwischen der Abschlusskappe 164 und dem Umschaltkörper 159. In nicht betätigter Stellung, dargestellt in den 7A bis 7C, wird eine Umschaltöffnung 166 im Umschaltkörper 159 durch einen Umschaltzapfen 168 verschossen, der von einer Umschaltfeder 170 in die geschlossene Stellung vorgespannt wird. Bei geschlossener Stellung des Dreiwegeventils 125 ist also die Druckluft innerhalb der Eingangskammer 162 gefangen.
Die Umschaltöffnung 166 führt zu einer Austrittkammer 172 im Umschaltkörper 159. Eine oder mehrere Umschaltöffnungen 171 führen von der Austrittkammer 172 zu einem externen Ring 173 des Umschaltkörpers 159. Von dort ermöglichen eine oder mehrere Austrittöffnungen 174, dass Luft zwischen der Austrittkammer 172 und dem Austrittring 156 transportiert wird. Die Luft im Austrittring 156 kann zum Hauptventil 100 über die Austrittpassage 157 in der oberen Wand 148 fließen, wie später noch detaillierter beschrieben wird.
Wenn das Dreiwegeventil 125 in der in den 7A bis 7C dargestellten nicht betätigten Stellung ist, kann Luft durch eine Abluftöffnung 178 in dem Umschaltkörper 159 frei zwischen der Austrittkammer 172 und der Abluftkammer 176 fließen. Eine oder mehr Abluftöffnungen 179 führen von der Abluftkammer 176 zu dem Abluftring 158, und eine Abluftpassage 169 in der oberen Wand 148 führt von dort in die Umgebungsluft. Die Abluftöffnung 178 ist als eine zentrale Bohrung mit einer oder mehreren Austrittöffnungen 180 (zwei sind in den Figuren gezeigt) im Kugelstift 142 ausgebildet. Die Abluftöffnung 178 kann durch einen Abluftzapfen 182, der in der Austrittkammer 172 angeordnet ist, verschlossen werden, die Abluftöffnung 178 bleibt jedoch offen, wenn das Dreiwegeventil 125 geschlossen ist. Auf die Weise kann Luft bei geschlossener Stellung des Dreiwegeventils 125 nach 7A bis 7C frei zwischen der Austrittkammer 172 und der Abluftkammer 176 fließen.
Das Dreiwegeventil 125 wird geöffnet, wenn die Kugel 132 durch den vertikalen Plungerkolben 128 in die in den 8A bis 8B gezeigte Stellung zurückgestellt wird. Damit wird der Kugelstift 142 gezwungen, sich gegen die Vorspannung der Kugelfeder 144 zu bewegen, bis der Kugelstift 142 am Abluftzapfen 182 anliegt und damit die Abluftöffnung 178 schließt. Etwa gleichzeitig werden die Austrittöffnungen 180 geschlossen, da der Kugelstift 142 zurückgestoßen wird durch eine Innenbohrung im Umschaltkörper 159. An diesem Punkt ist die Abluftkammer 176 gegenüber der Austrittkammer 172 abgedichtet, die immer noch gegenüber der Eingangskammer 160 abgedichtet ist.
Eine weitere Bewegung der Kugel 132 bewirkt, dass der Kugelstift 142 den Abluftzapfen 182 wegdrückt und dadurch den Umschaltschaft 167 gegen die Vorspannung der Umschaltfeder 170 bewegt. Auf diese Weise wird der Umschaltzapfen 168 von der Umschaltöffnung 166 weggedrückt, so dass Druckluft aus der Eingangskammer 162 in die Austrittkammer 172 fließen kann. Da die Abluftkammer 176 gegenüber der Austrittkammer 172 abgedichtet ist, ist die Luft gezwungen, über den Austrittring 156 aus dem Dreiwegeventil 125 zu fließen.
Das Dreiwegeventil 125 wird auf folgende Weise betätigt. Bei geschlossener Stellung nach 7A bis 7C wird die Druckluft, die über den Eingangsring 154 zugeführt wird, innerhalb der Eingangskammer 162 gehalten. Außerdem ist der Austrittring 156 gegenüber dem Abluftring 158 offen. Da Luftzuführpassagen vom Austrittring 156 zum Hauptventil 100 führen, fließt bei geschlossenem Dreiwegeventil 125 keine Druckluft an das Hauptventil 100. Bei geöffneter Stellung nach 8A bis 8B kann dagegen die Druckluft, die über den Eingangsring 154 zugeführt wird, ungehindert in den Austrittring 156 fließen. Gleichzeitig wird der Abluftring 158 sowohl gegenüber dem Eingangsring 154 als auch dem Austrittring 156 abgedichtet. In geöffneter Stellung wird also Druckluft auf die folgende Weise an das Hauptventil 100 geliefert. Luft tritt in den Zuführring 156 ein und fließt durch die Austrittpassage 157 in eine Luftleitung 202. Die Luftleitung 202 ist (in 2) mit einer Bohrung 200 in der oberen Kammer 188 im Hauptventil 100 verbunden. Tritt Druckluft in die -Kammer 188 ein, drückt sie den Schaft 114 in 2 nach unten, um den Luftstrom in die obere Passage 106 umzuleiten, damit die Luft in die obere Kammer 102 fließt, um die Bewegungsrichtung des Kolbens 108 umzukehren, in 2 nach unten.
Wenn der Kolben 108 seinen tiefsten Hubpunkt erreicht und den unteren Betätigungsstift 126 in 2 berührt, dann führt das untere Dreiwegeventil 125 auf die gleiche Weise, wie es oben für das obere Dreiwegeventil 125 beschrieben worden ist, Druckluft aus dem unteren Dreiwegeventil 125 durch eine Luftleitung 206 zu, die mit einer Bohrung 204 (2) verbunden ist. Aus der Bohrung 204 tritt Druckluft in eine untere Kammer 190, die die Bewegungsrichtung des Schaftes 114 wieder umkehrt und ihn, in 2, nach oben bewegt und die Luft von der oberen Passage 106 in die untere Passage 104 umleitet. Damit wird die Bewegungsrichtung des Kolbens 108 umgekehrt und er wird, siehe 2, wieder nach oben bewegt, womit der Zyklus vollständig ist.
Auf diese Weise wird der Antriebsschaft 12 hin- und herbewegt, um Farbe durch die von dem Abtriebsschaft 14 angetriebene Pumpe zu pumpen, und zwar mit einem vollständig pneumatischen Luftmotor-Kolbensteuersystem, ohne dass eine mechanische Steuerverbindung mit einer schweren Feder erforderlich wäre. Dieses vollständig pneumatisch betriebene System schafft die oben beschriebenen Vorteile, das heißt weniger Teile, die abnutzen, leichtere Wartung und bessere Sicherheit für Bedienungspersonen.
Obgleich in den Figuren externe Luftleitungen 202, 204 dargestellt sind, könnte Luft auch auf andere Weise von den Dreiwegeventilen 124 an das Hauptventil 100 gelangen, z.B. durch innen liegende Passagen in der oberen Wand 148 und dem Hauptventil 100 geleitet werden.
Im Idealfall verhindern die Schalter 124 im nicht betätigten Zustand, dass überhaupt kleinste Mengen Luft in die obere Kammer 188 oder die untere Kammer 190 fließen. In der Praxis kann aus einem nicht betätigten Dreiwegeventil 125 eine geringe Mengen Druckluft in das Hauptventil 100 austreten. Das kann bewirken, dass der Ventilschaft 114 innerhalb des Hauptventils 100 nur einen Teil der Strecke zurücklegt und eine unerwünschte Mittelstellung einnimmt. In der Stellung kann an den Eingang 120 zugeführte Druckluft sowohl an die untere Passage 104 als auch die obere Passage 106 gegeben werden. Dann ist der Druck in der Kolbenkammer 102 ausgeglichen und die Pumpe bleibt stehen. Die Wahrscheinlichkeit eines solchen Stillstands nimmt bei niedrigerer Kolbenzyklusfrequenz zu.
Um einen solchen Stillstand zu verhindern, kann der Ventilschaft 114 besser in seiner oberen und unteren Stellung gesichert werden. Beispielsweise können Vertiefungen im Ventilschaft 114 angeordnet und federbelastete Kugeln in den Wänden der Bohrung im Hauptventil 100 vorgesehen sein, damit die Kugeln in die Vertiefungen eingreifen, wenn der Ventilschaft 114 sich in einer seiner beiden vorgesehenen Stellungen befindet. Die aus dem Dreiwegeventil 125 unbeabsichtigt entweichende Druckluft hat einen niedrigeren Druck als die bei betätigtem Schalter 124 zugeführte Luft. Die Federkraft hinter den Kugelfedern kann also so ausgewählt werden, dass eine Bewegung des Ventilschaftes 114 aufgrund unbeabsichtigt austretender Luft verhindert wird, jedoch die Bewegung zulässt, wenn der Schalter 124 aktiviert ist. Das führt jedoch zu einem Punkt, bei dem es um die Abnutzung im System geht, das heißt um die Abnutzung von Kugelfeder und Vertiefungen.
Eine andere Möglichkeit, eine unerwünschte Bewegung des Ventilschaftes 114 zu verhindern, ohne eine größere Abnutzung zu erzeugen, ist die Verwendung eines Vierwegeventils 192 mit zwei Einstellungen (6 und 9), das im Pfad für die Luft zwischen den Schaltern 124 und der oberen Kammer 188 und der unteren Kammer 190 angeordnet ist. Wie zum Teil in 6 gezeigt, können die Passagen 208, die innen im Hauptventil 100 angeordnet sind, vom Ventil 192 zu der oberen Kammer 188 und der unteren Kammer 190 führen. 9 zeigt ein schematisches Luftdiagramm für ein System, das ein solches Vierwegeventil 192 enthält, welches ohne Schwierigkeiten als fertiger Artikel zu kaufen ist. Pfeile zeigen die Richtung an, in die Luft durch die verschiedenen Passagen fließt, wenn sie fließt. Ein Luftkompressor 194 liefert Druckluft an jedes Dreiwegeventil 125, das Hauptventil 100 und das Vierwegeventil 192.

Claims

Fluidpumpenanordnung mit einem hin- und hergehenden Antriebsschaft (12), der mit einer Antriebsanordnung verbunden ist, und einem hin- und hergehenden Abtriebsschaft (14), der mit einem Plungerkolben in einem Fluidgehäuse verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsschaft (12) eine oder mehrere Antriebsaussparungen (28) an einem Kopplungsende und der Abtriebsschaft (14) eine oder mehrere Abtriebsaussparungen (32) an einem Kopplungsende aufweist, dass mindestens zwei innere Kragen (16, 18) vorgesehen sind, von denen jeder einen inneren Antriebsvorsprung (34) mit solcher Größe und Position hat, dass er in eine oder mehrere der Antriebsaussparungen (28) passt, um eine radiale Antriebsfläche zu bilden, und einen inneren Abtriebsvorsprung (36) mit solcher Größe und Position hat, dass er in eine oder mehrere der Abtriebsaussparungen (32) passt, um eine radiale Abtriebsfläche zu bilden, dass die inneren Kragen (16, 18) um die Antriebs- und Abtriebsschäfte (12, 14) herum im Bereich der Kopplungsenden angeordnet sind und dass ein äußerer Kragen (20) um die inneren Kragen (16, 18) herum angeordnet ist.
Fluidpumpenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsanordnung eine luftgetriebene Kolbenanordnung enthält.
Fluidpumpenanordnung nach Anspruch 2, weiter gekennzeichnet durch eine Fluidleitung, die von der Fluidpumpenanordnung zu einer Spritzpistole zum Spritzen des durch die Fluidpumpenanordnung gepumpten Fluids führt.
Fluidpumpenanordnung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, weiter gekennzeichnet durch eine auf einer externen Fläche des äußeren Kragens (20) angeordnete Rippe (48).
Fluidpumpenanordnung nach Anspruch 4, weiter gekennzeichnet durch ein auf einer externen Fläche des äußeren Kragens (20) angeordnetes Anzeigeelement (50) zum Anzeigen, wie der äußere Kragen (20) von den inneren Kragen (16, 18) entfernt werden kann.
Fluidpumpenanordnung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, weiter gekennzeichnet durch mindestens eine Bohrung (44) im äußeren Kragen (20) und einen in die Bohrung einzusetzenden Gewindestift.
Fluidpumpenanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass im äußeren Kragen (20) zwei Bohrungen (44) vorgesehen sind und dass die inneren Kragen (16, 18) Aussparungen (46) zur Aufnahme der Gewindestifte (42) aufweisen.
Fluidpumpenanordnung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die inneren Kragen (16, 18) mit einer geneigten Außenfläche (40) und der äußere Kragen (20) mit einer geneigten Innenfläche (38) versehen sind und dass die geneigte Außenfläche (40) an der geneigten Innenfläche anliegt, wenn die beiden Schäfte (12, 14) miteinander verbunden sind.
Fluidpumpenanordnung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die eine oder die mehreren Antriebs- und Abtriebsausparungen jede eine Ringaussparung (28, 32) und die inneren Antriebs- und Abtriebsvorsprünge jeder einen Ringvorsprung (34, 36) enthalten.
Fluidpumpenanordnung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Koppelende des hin und hergehenden Antriebsschaftes (12) eine erste im wesentlichen flache Fläche und an dem Koppelende des hin und hergehenden Abtriebsschaftes (14) eine zweite im wesentlichen flache Fläche vorgesehen ist und dass die erste und die zweite flache Fläche im wesentlichen parallel zueinander liegen, wenn die Antriebs- und Abtriebsschäfte miteinander gekuppelt sind.