EP0014754B1

EP0014754B1 - Zerstäuberpumpe

Info

Publication number: EP0014754B1
Application number: EP79104906A
Authority: EP
Inventors: Hans Ing.-Grad Grothoff
Original assignee: Calmar Albert GmbH
Current assignee: Silgan Dispensing Systems Hemer GmbH
Priority date: 1979-02-17
Filing date: 1979-12-04
Publication date: 1983-12-14
Also published as: ATE5568T1; DE2906234C2; DE2906234A1; ES488637A1; EP0014754A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Zerstäuberpumpe zum absatzweisen Versprühen und Applizieren von flüssigen Zubereitungen für kosmetische und technische Zwecke, bestehend aus einer auf den jeweiligen Flüssigkeitsbehälter abgestimmten Kappe, in der ein abgestufter, zum Flüssigkeitsbehälter hin mit einem Steigrohr versehener Pumpenzylinder angeordnet ist, in den innerhalb des durchmessergrösseren Pumpenzylinderabschnitts ein axial beweglicher und über Lippen zur Zylinderwanderung abdichtender Pumpenkolben eingesetzt ist, dessen Kolbenschaft eine Bohrung in der Kappe durchsetzt und mit einem auf das Schaftende aufgesteckten Zerstäuberkopf versehen ist, der über eine axiale Bohrung des Kolbenschaftes mit dem Raum unterhalb des Pumpenkolbens in Verbindung steht, wobei die axiale Bohrung des Pumpenkolbens durch den Fortsatz eines im durchmesserkleineren Pumpenzylinderabschnitts angeordneten, mit zur Zylinderwanderung mittels einer Lippendichtung abgedichteten, einteiligen Servokolbens durch den Druck einer auf diesen einwirkenden, vorgespannten Feder solange verschlossen wird, bis bei Betätigung des Pumpenkolbens über den Zerstäuberkopf der Servokolben infolge der grösseren Flüssigkeitsverdrängung des Pumpenkolbens eine Relativbewegung zu letzterem ausführt, wobei in der oberen unbetätigten Stellung des Pumpenkolbens eine kommunizierende Verbindung des Raums im durchmessergrösseren Pumpenzylinderabschnitt zwischen Pumpen- und Servokolben mit dem Raum unterhalb des Servokolbens bei gleichzeitiger Führung des Servokolbens vorgesehen ist.
Bei einer bekannten Zerstäuberkolbenpumpe nach der DT-C- 1,290,043 weist der Servokolben ein in Förderrichtung öffnendes Ventil auf, welches in der genannten Schrift in zwei unterschiedlichen Bauformen dargestellt ist. Einmal wird vorgeschlagen, als Ventil eine innerhalb eines Raumes im Servokolben frei bewegliche und auf einer die Zylinderräume verbindenden Bohrung lose aufsitzenden Kugel zu verwenden und zum anderen, den Servokolben mit einer sehr dünnwandigen elastischen Dichtlippe zu versehen, die im Druckbereich zur Zylinderwandung in Anlage kommen, zu dieser abdichten und im Unterdruckbereich von der Zylinderwandung abheben und der Flüssigkeit ein Nachströmen in den Raum zwischen Pumpen- und Servokolben ermöglichen soll. Wie sich jedoch gezeigt hat, haften beiden Ausführungen beträchtliche Mängel an. Der Vorschlag mit der flexiblen, dünnwandigen Dichtlippe ist insofern nicht praktikabel, als sich herausgestellt hat, dass eine derart extrem dünne Dichtlippe in Serie nicht zuverlässig herstellbar ist und dass eine derartige Dichtlippe im Rahmen der bei diesen Pumpen vorkommenden Innendrücke nicht genügend Standfestigkeit aufweist, sich zwischen Zylinderwandung und Servokolben verklemmt und die Funktion der Pumpe negativ beeinflusst. Die Kugelausführung ist zwar herstellbar und arbeitsfähig, ergibt jedoch starke wirtschaftliche Nachteile, da der Servokolben in diesem Fall aus mindestens drei Bauteilen besteht, die vor dem eigentlichen Zusammenbau der Pumpe in einem getrennten Vorgang vormontiert werden müssen, wodurch sich neben zusätzlichen Qualitätsbeeinträchtigungen insbesondere die Gestehungskosten der Pumpe erhöhen und deren Wettbewerbsfähigkeit verringert wird.
Eine andere bekannte Zerstäuberkolbenpumpe der im Oberbegriff des Anspruchs 1 der Erfindung aufgeführten Bauart ist aus der DT-A- 27 13 447 (Fig. 4) bekannt. Bei einer ersten Ausführung (Fig. 1) ist der Servokolben zwar einteilig ausgeführt, weist jedoch selbst keine Dichtlippen auf, sondern die Absichtung soll durch eine ringförmige Einschnürung im Bereich des kleinen Zylinders hergestellt werden. Diese Anordnung ist aus einer Reihe von Gründen nachteilig. Da der Servokolben in der Ruhestellung der Pumpe nicht im kleinen Zylinder geführt ist, sondern zu diesem freisteht, kommt es beim Auftreten von Seitenkräften durch Quellung oder durch Lösen von inneren Spannungen des Kunststoffmaterials zu gegenseitigen Verformungen zwischen der ringförmigen Einschnürung des Zylinders und des Servokolbens, was je nach Werkstoffzusammenstellung der beiden Teile zur Folge hat, dass die Pumpe entweder bei der Betätigung hakt oder kein vollständiger Dichtschluss zwischen Servokolben und Einschnürung mehr hergestellt werden kann. Da die Einschnürung im Vergleich zu einem lippenförmigen Dichtelement starr reagiert und praktisch keine elastischen Eigenschaften aufweist, ist diese Anordnung neben einem nur geringen Toleranzspielraum für die Herstellung der einzelnen Bauteile nur geringfügig in der Lage, auftretende und durch die Flüssigkeiten und deren Inhaltsstoffe verursachte Quellungen des Kunststoffmaterials ohne Beeinträchtigung der Pumpenfunktion aufzunehmen und auszugleichen. Je nach Werkstoffzusammenstellung verklemmt entweder der Servokolben im Zylinder oder es wird kein völliger Dichtschluss zwischen Servokolben und Zylinder mehr hergestellt, wodurch die Pumpe in beiden Fällen funktionsuntüchtig wird. Auch die in Fig. 3 der Schrift dargestellte Ausführungsart, bei der der Servokolben im Abdichtbereich hohl ausgebildet ist, erbringt keine ausreichende Verbesserung, da der hierdurch erzielte Elastizitätsgewinn des Servokolbens nur gering ist und zum Ausgleich der Materialquellung keineswegs ausreicht. Auch bei der im Oberbegriff des Anspruchs der Erfindung berücksichtigten Anordnung (Fig. 4 der DE-A-27 13 447) einer im grossen Zylinderabschnitt eingeklemmten und mit einer Dichtlippe am Servokolben abdichtenden Manschette in Verbindung mit kommunizierenden, als Durchbrüche im Servokolben ausgebildeten Verbindungen, wird hinsichtlich der Empfindlichkeit gegenüber Materialquellungen insofern keine zufriedenstellende Lösung erreicht, als die Manschettenlippen zur Zylinderwandung vollkommen freistehen und sich bei Volumenvergrösserung durch Quellung im inneren Durchmesser ungehindert erweitern können, wodurch der Dichtschluss zum Servokolben verloren geht und die Pumpe dann keine oder nur noch eine starke verringerte Ausbringung ergibt. Daneben ist diese Anordnung auch aus wirtschaftlichen Gründen nachteilig, da die zusätzliche Manschette die Gestehungs- und Montagekosten der Pumpe erhöht und zusätzliche Qualitätsprobleme verursacht.
Die Erfindung hat sich unter Vermeidung vorgenannter Nachteile zur Aufgabe gestellt, eine Zerstäuberpumpe zu schaffen, die mit einem Minimum an Bauteilen mit praktikablen Toleranzbereichen in einer Massenfabrikation wirtschaftlich herstellbar ist und deren Funktionssicherheit, bei Quellung oder anderweitiger Verformung durch freiwerdende innere Spannungen der Bauteile im Bereich des Servokolbens, unbeeinflusst erhalten bleibt.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass der Servokolben mit der Lippendichtung einstückig ausgebildet und in dem durchmesserkleineren Pumpenzylinderabschnitt durch ein lippenartiges elastisches Führungsteil geführt ist, das sich auch in der oberen, unbetätigten Stellung des Pumpenkolbens in dem durchmesserkleineren Pumpenzylinderabschnitt befindet, und dass die kommunizierende Verbindung aus Durchbrüchen besteht, die bei gleichzeitiger Verwendung der Lippendichtung als Führungsteil im oberen Teil der Wandung des durchmesserkleineren Pumpenzylinderabschnitts bzw. bei separatem Führungsteil und in der oberen, unbetätigten Stellung freistehender Lippendichtung in dem Führungsteil ausgebildet sind.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn Führungsglied und Dichtlippe des Servokolbens identisch sind. Dadurch ist sichergestellt, dass sich Quellungen der Dichtlippe des Servokolbens sowie freiwerdende innere Spannungen durch den Verbleib der Dichtlippe in der Zylinderbohrung des kleinen Zylinders auch in der Ruhestellung der Pumpe nicht negativ auf die Pumpenfunktion auswirken können, da die dadurch erzeugte erhöhte Vorspannung der Dichtlippe selbsttätig über eine bleibende Verformung des Kunststoffmaterials im Bereich der Dichtlippe bis auf eine vollständige Abdichtung dieser gegenüber der Wandung des kleinen Zylinders ausreichende Restspannung abgebaut wird und Verklemmungen des Servokolbens im Zylinder oder Schwergängigkeit der Pumpe damit nicht auftreten können. Die Dichtlippe des Servokolbens passt sich somit selbsttätig den auftretenden Quellerscheinungen an.
Zur Verbindung der Räume zwischen Pumpen-und Servokolben und unterhalb des Servokolbens ist es dabei zweckmässig, dies über kanalartige Ausnehmungen im oberen Teil der Wandung des kleinen Zylinderabschnitts unter Umgehung des Dichtsitzes der Dichtlippe des Servokolbens erfolgen zu lassen. Wenn diese Verbindungskanäle entsprechend schmal und die Übergangsstellen zur Zylinderwandung hin verrundet ausgeführt werden, ist keine Gefahr vorhanden, das hierdurch die Dichtlippe des Servokolbens verformt oder beschädigt wird.
Eine derartige Gefahr ist völlig ausgeschaltet, wenn die Zylinderräume über unterhalb des Dichtsitzes der Dichtlippe des Servokolbens in der Wandung des kleinen Zylinders angeordnete Durchbrüche miteinander verbunden sind.
Ein weiterer erfindungsgemässer Lösungsweg besteht darin, oberhalb des in der Ruhestellung der Pumpe im Zylindereingriff verbleibenden und mit Durchbrüchen oder Aussparungen versehenen Führungsgliedes eine, von der Wandung des kleinen Zylinderabschnitts freistehende Dichtlippe anzuordnen. Wie sich gezeigt hat, kann die bei dieser Anordnung gegebene höhere Quellempfindlichkeit der Dichtlippe, da diese in diesem Fall keine Führungs- und Zentrierfunktion zu erfüllen hat, dadurch auf ein für die Praxis ausreichendes Mass gesenkt werden, dass die Wandstärke der Dichtlippe soweit verringert wird, wie dies die Druckverhältnisse in der Pumpe erlauben. Die Anordnung hat jedoch den wirtschaftlichen Vorteil, dass bei bereits bestehenden Produktionseinrichtungen und -Werkzeugen lediglich Änderungen am Servokolben und nicht auch noch am Zylinder notwendig werden.
Um nach erfolgtem Betätigungshub eine schnelle Wiederauffüllung des Raumes zwischen Pumpen- und Servokolben sicherzustellen, ist vorgesehen, dass der zum Dichtschluss des Servokolbens im kleinen Zylinderabschnitt benötigte Pumpenhub mindestens 0,2 mm beträgt.
Die Erfindung ist nachstehend anhand von Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemässe Zerstäuberpumpe in Ruhestellung, wobei der Raum zwischen Pumpen und Servokolben mit dem Raum unterhalb des Servokolbens über kanalartige Ausnehmungen in der Wandung des kleinen Zylinders verbunden ist.
Fig. 2 einen Ausschnitt aus Fig. 1, wobei die Räume jedoch über die Wandung des kleinen Zylinders voll durchbrechende kanalartige Ausnehmungen verbunden sind.
Fig. 3 einen Ausschnitt wie Fig. 2, wobei jedoch die Verbindung der Räume durch unterhalb des Dichtlippensitzes angeordnete Durchbrüche in der Wandung des kleinen Zylinders hergestellt wird.
Fig. 4 einen Ausschnitt wie Fig. 2 und 3, mit einer mit Durchbrüchen versehenen Führungslippe und darüber angeordneter Dichtlippe, wobei der rechte Teil der Fig. den Servokolben in Ansicht zeigt.

Fig. 1 zeigt eine Zerstäuberpumpe, bestehend aus einer zum Aufschrauben auf einen nicht dargestellten Flüssigkeitsbehälter mit Gewindegängen 1 versehene Kappe 2, in der ein Zylinder 3 über einen Flansch 4 durch Haltekrallen 5 befestigt ist und dem Sprühkopf 6 mit der Austrittsdüse 7 sowie dem im Zylinder befestigten Steigrohr 8. Die am Zylinder anliegende und mit Durchbrüchen versehene Dichtung 9 dient zur Abdichtung der Pumpe gegenüber dem Flüssigkeitsbehälter. Innerhalb des oberen, durchmessergrösseren Teils 3' des Zylinders ist ein Pumpenkolben 10 angeordnet,. dessen Kolbenschaft 11 eine Bohrung 12 der Kappe 2 durchtritt, in dieser in der Ruhestellung mittels des konusartigen Fortsatzes 13 abdichtet und auf dessen Schaftende 14 der Sprühkopf 6 übergreift aufgesetzt ist. Der Druckausgleich zwischen dem Behälterinneren und der Atmosphäre erfolgt bei betätigter Pumpe über die Bohrung 12 und die Kanäle 15,15'.
Die Dichtlippe 16 des Pumpenkolbens liegt mit Vorspannung an der Zylinderwandung dichtend an und sperrt den Zylinderraum 17 nach oben hin ab. Der Kolbenschaft weist eine axiale Bohrung 18 auf, die sich am unteren Ende zu einer kleineren, abgesetzten Bohrung 19 verengt und von der kegelförmigen Spitze 20 des Servokolbens 21 durch die Kraft der auf diesen einwirkenden vorgespannten Feder 22 verschlossen wird. Der Servokolben weist eine umlaufende elastische Dichtlippe 23 auf, die innerhalb des durchmesserkleineren Zylinderabschnitts 3" angeordnet ist. Am Übergang vom grösseren zum kleineren Zylinderabschnitt befinden sich in der Wandung des Fortsatzes 24 des kleineren Zylinders kanalartige Ausnehmungen 25. Die Länge der einzelnen Bauteile der Pumpe ist dabei so abgestimmt, dass die Dichtlippe des Servokolbens in der Ruhestellung der Pumpe im Bereich dieser Ausnehmungen angeordnet ist, wodurch über diese eine Verbindung des Zylinderraums 17 mit dem Zylinderraum 26 unterhalb des Servokolbens und in Fortführung über die Zylinderbohrung 27 und die Bohrung 28 des Steigrohrs 8 mit der Flüssigkeit im nicht dargestellten Flüssigkeitsbehälter hergestellt ist. Ausgehend von einer in der Ruhestellung befindlichen, mit Flüssigkeit gefüllten Pumpe, bewegt sich bei der Betätigung der Pumpe durch Druckausübung auf den Sprühkopf dieser mit dem Pumpenkolben 10 und dem Servokolben 21 entgegen der Federkraft abwärts. Der Pumpenkolben verdrängt dabei solange Flüssigkeit über die kanalartige Ausnehmungen 25 aus dem Zylinderraum 17 in den Flüssigkeitsbehälter zurück, bis die Dichtlippe 23 des Servokolbens aus dem Bereich der Ausnehmungen herausgelaufen ist und voll zur Zylinderwandung abdichtend wirkt. Da der Pumpenkolben mehr Volumen verdrängt als bei gleicher Axialbewegung des Servokolbens an Raum im kleinen Zylinder freigegeben wird, reagiert bei weiterem Vorlauf des Pumpenkolbens des Servokolben entgegen der Federkraft mit einer zusätzlichen Ausweichbewegung, wodurch der Dichtkonus 20 des Servokolbens von der Bohrung 19 des Pumpenkolbens 10 angehoben, die Flüssigkeit über die Axialbohrung 18 in den Sprühkopf 6 gefördert und nach Verwirbelung durch die Tangentialkanäle 29 über die Düsenbohrung 30 versprüht wird. Hat der Pumpenkolben die untere Endstellung erreicht, sinkt der Druck im Zylinderraum 17 zwischen Pumpen- und Servokolben wieder ab und der Servokolben geht in die Abdichtposition zurück und hält diese auch während des Rückhubs bei. Beim Rückhub des Pumpenkolbens baut sich im stetig vergrössernden Zylinderraum 17 solange ein Unterdruck auf, bis die Dichtlippe 23 des Servokolbens wieder in den Bereich der kanalartigen Ausnehmungen 25 gelangt und die Flüssigkeit über diese aus dem Raum unterhalb des Servokolbens in den Zylinderraum 17 unter Füllung desselben bis zum Druckausgleich eingesaugt wird.
Die in den nachfolgenden Fig. 2 bis 4 dargestellten Anordnungen, die in Form von Ausschnitten aus Fig. 1 wiedergegeben sind, entsprechen in ihrem Funktionsverhalten der vorhergehenden Beschreibung und stellen weitere mögliche Ausführungsarten nach dem Erfindungsgedanken dar.
Fig. 2 unterscheidet sich von Fig.1 lediglich dadurch, dass die kanalartigen Ausnehmungen 31 den Fortsatz 24 des kleineren Zylinderabschnitts voll durchsetzen, womit für die Flüssigkeit durch die Vergrösserung der Durchtrittsfläche eine höhere Nachströmgeschwindigkeit und damit eine schnellere Auffüllung des Zylinderraums 17 gegeben ist.
In Fig. 3 ist die Verbindung der Zylinderräume in der Ruhestellung der Pumpe durch unterhalb des Sitzes der Dichtlippe 23 des Servokolbens die Wandung des Fortsatzes 24 des kleinen Zylinders durchbrechende Bohrungen 32 hergestellt. Die Herstellung dieser Ausführung ist zwar gegenüber den vorhergehenden Darstellungen etwas schwieriger, hat aber den Vorteil, dass die Dichtlippe des Servokolbens auch in der Ruhestellung auf vollem Umfang an der Wandung des kleinen Zylinders anliegt.
Bei der Ausführung nach Fig. 4 weist der kleinere Zylinderabschnitt selbst keinerlei Durchbrüche oder Ausnehmungen auf. Die Verbindung beider Zylinderräume wird hierbei über ein mit Durchbrüchen 33 versehenes lippenartig gestaltetes Führungsglied 34 am Servokolben gewährleistet, welches auch in der Ruhestellung der Pumpe im Bereich der Wandung des kleinen Zylinders verbleibt, während die oberhalb des Führungsgliedes angeordnete Dichtlippe 35 in dieser Stellung keinen Kontakt zur Wandung des kleinen Zylinders aufweist, sondern innerhalb des Zylinderraums 17 freisteht und über eine Ringfläche 36 solange eine ungehinderte Kommunikation der beiden Zylinderräume erlaubt, bis bei der Abwärtsbewegung des Servokolbens die Dichtlippe 35 in Kontakt mit der Innenfläche des kleinen Zylinders tritt.

Claims

1. Zerstäuberpumpe zum absatzweisen Versprühen und Applizieren von flüssigen Zubereitungen, bestehend aus einer auf den jeweiligen Flüssigkeitsbehälter abgestimmten Kappe (2), in der ein abgestufter, zum Flüssigkeitsbehälter hin mit einem Steigrohr (8) versehener Pumpenzylinder (3) angeordnet ist, in den innerhalb eines durchmessergrösseren Pumpenzylinderabschnitts (3') ein axial beweglicher und über Lippen (16) zur Zylinderwandung abdichtender Pumpenkolben (10) eingesetzt ist, dessen Kolbenschaft (11) eine Bohrung (12) in der Kappe (2) durchsetzt und mit einem auf das Schaftende aufgesteckten Zerstäuberkopf (6) versehen ist, der über eine axiale Bohrung (18) des Kolbenschaftes (11) mit dem Raum (17) unterhalb des Pumpenkolbens (10) in Verbindung steht, wobei die axiale Bohrung (18) des Pumpenkolbens (10) durch einen Fortsatz eines in einem durchmesserkleinerem Pumpenzylinderabschnitts (3") angeordneten, mit zur Zylinderwandung mittels einer Lippendichtung (23, 35) abgedichteten einteiligen Servokolbens (21) durch den Druck einer auf diesen einwirkenden, vorgespannten Feder (22) solange verschlossen wird, bis bei der Betätigung des Pumpenkolbens (10) über den Zerstäuberkopf (6) der Servokolben (21) infolge der grösseren Flüssigkeitsverdrängung des Pumpenkolbens (10) eine Relativbewegung zu letzterem ausführt, wobei in der oberen unbetätigten Stellung des Pumpenkolbens (10) eine kommunizierende Verbindung des Raums (17) im durchmessergrösseren Pumpenzylinderabschnitt (3') zwischen Pumpen- und Servokolben (10, 21) mit dem Raum (26) unterhalb des Servokolbens 21 bei gleichzeitiger Führung des Servokolbens (21) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet , dass der Servokolben (21) mit der Lippendichtung (23, 35) einstückig ausgebildet und in dem durchmesserkleineren Pumpenzylinderabschnitt (3") durch ein lippenartiges elastisches Führungsteil (23, 34) geführt ist, das sich auch in der oberen, unbetätigten Stellung des Pumpenkolbens (10) in dem durchmesserkleineren Pumpenzylinderabschnitt (3") befindet, und dass die kommunizierende Verbindung aus Durchbrüchen (25, 31, 32, 33) besteht, die bei gleichzeitiger Verwendung der Lippendichtung (23) als Führungsteil im oberen Teil der Wandung des durchmesserkleineren Pumpenzylinderabschnitts (3") bzw. bei separatem Führungsteil (34) und in der oberen, unbetätigten Stellung freistehender Lippendichtung (35) in dem Führungsteil (34) ausgebildet sind.

2. Zerstäuberkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Führungsglied und Dichtlippe (23) des Servokolbens (21) identisch sind.

3. Zerstäuberkolbenpumpe nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung der Räume (17, 26) zwischen Pumpen- und Servokolben (10, 21) und unterhalb des Servokolbens über kanalartige Ausnehmungen (31) im oberen Teil der Wandung (3") des kleinen Zylinderabschnitts unter Umgehung des Dichtsitzes der Dichtlippe (23) des Servokolbens (21) erfolgt.

4. Zerstäuberkolbenpumpe nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderräume (17, 26) über unterhalb des Dichtsitzes der Dichtlippe (23) des Servokolbens (21) in der Wandung des kleinen Zylinders angeordnete Durchbrüche (23, 32) miteinander verbunden sind.

5. Zerstäuberkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb des mit Durchbrüchen oder Aussparungen (33) versehenen Führungsgliedes (34) eine von der Wandung des kleinen Zylinderabschnitts freistehende, als Teil des Servokolbens (21) ausgebildete Dichtlippe (35) angeordnet ist.

6. Zerstäuberkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zum Dichtschluss des Servokolbens (21) im kleinen Zylinderabschnitt (3") benötigte Pumpenhub mindestens 0,2 mm beträgt.