EP0443665A1 - Pressure pump - Google Patents

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Publication number
EP0443665A1
EP0443665A1 EP91200297A EP91200297A EP0443665A1 EP 0443665 A1 EP0443665 A1 EP 0443665A1 EP 91200297 A EP91200297 A EP 91200297A EP 91200297 A EP91200297 A EP 91200297A EP 0443665 A1 EP0443665 A1 EP 0443665A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pump
pressure
piston
working
stroke
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP91200297A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Leo Betram
Hugo Dr. Schemmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Philips Patentverwaltung GmbH
Philips Gloeilampenfabrieken NV
Koninklijke Philips Electronics NV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Philips Patentverwaltung GmbH, Philips Gloeilampenfabrieken NV, Koninklijke Philips Electronics NV filed Critical Philips Patentverwaltung GmbH
Publication of EP0443665A1 publication Critical patent/EP0443665A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B11/00—Equalisation of pulses, e.g. by use of air vessels; Counteracting cavitation
    • F04B11/005—Equalisation of pulses, e.g. by use of air vessels; Counteracting cavitation using two or more pumping pistons
    • F04B11/0075—Equalisation of pulses, e.g. by use of air vessels; Counteracting cavitation using two or more pumping pistons connected in series
    • F04B11/0083—Equalisation of pulses, e.g. by use of air vessels; Counteracting cavitation using two or more pumping pistons connected in series the pistons having different cross-sections

Definitions

  • the invention relates to a pressure pump for generating a pressure in a flowable medium in a device, in particular in an espresso machine, in which the force acting on a working piston in a working pump chamber increases to a maximum value during a pumping cycle during the pressure stroke and is low during the suction stroke.
  • a two-pole single-phase synchronous motor serving as the drive motor, which has a strongly changing motor torque depending on the rotor position and the current, and which has an eccentric slide which is driven directly by the permanent-magnet rotor without the interposition of a gear, alternately the working piston which can be moved in the working pump chamber moved back and forth in the pressure stroke and back in the suction stroke, inlet and outlet valves for the medium being provided in the wall of the working pump chamber.
  • a piston made of soft magnetic material is movable in a solenoid.
  • the coil is connected to the network via a diode so that current flows through it during one half-wave of the supply voltage, while it is de-energized during the other half-wave.
  • a force is exerted on the soft magnetic piston, which accelerates it against a mechanical return spring and the back pressure of the water in a piston chamber. If the pressure exceeds an adjustable limit, a valve opens and the water is pressed into the heating chamber, which is also under pressure, and from there is further pressed through the ground coffee.
  • a pressure pump which is driven by a single-phase synchronous motor and moves a piston via an eccentric or crank drive arrangement.
  • This pump which is used in an oral irrigator, is a single-phase synchronous motor of about 10 W with a permanent magnetic rotor that drives the piston. The engine returns the piston during the suction stroke.
  • This pressure pump works with flap valves. With this oral irrigation pump, an overpressure of about 2 to 4 bar can be achieved.
  • a metering pump which is actuated by an electric motor drive with a reduction gear.
  • the pressure stroke of the pump tappet takes place via an eccentric or cam disc, while the suction stroke is effected with the aid of a return spring.
  • the return spring is tensioned during the pressure stroke;
  • the greatest spring load on the motor occurs when the pump tappet is deflected to the maximum. Added to this is the operating load on the pump.
  • the motor is not loaded by the pump tappet during the suction stroke; rather, it is pushed through the return spring. Due to the reduction gear, the motor experiences a gradually increasing load during a number of revolutions during the pressure stroke, whereas it is not loaded by the piston for a few revolutions when the plunger returns.
  • the motor must be designed for the power that occurs at the end of the pressure stroke and is determined largely by the return spring, apart from the pump load. This high motor power is not required during the return.
  • the pump according to DE-PS 35 37 297 is additionally equipped with an arrangement for storing mechanical energy in the form of disc springs which can transmit a force directed against the force of the return spring to the pump tappet and which through the motor cam disk in the course of the suction stroke of the pump tappet is charged to a state of higher potential energy. During the pressure stroke against the return spring the disc spring supports the motor. Working against each other of return springs and energy storage spring reduces the performance of each of the spring systems.
  • the object is achieved according to the invention by use as a pump with valves for higher pump pressures from 8 to 18 bar, the pump being designed as a differential pump with an additional displacement piston in an additional displacement pump chamber, which is connected to the working pump chamber during the pressure stroke, the Pistons in the pump chambers alternately displace the flowable medium contained therein, and the cross section of the working piston in the working pump chamber is larger than the cross section of the displacement piston in the displacement pump chamber and thus, with the same piston stroke, the displaced volume in the working pump chamber is larger than the displaced volume in the displacement pump chamber.
  • the system After switching on the pump, the system is filled with the flowable medium.
  • the differential force of the opposing forces acts on the eccentric drive during operation directed piston forces.
  • the force acting on the eccentric can be reduced to the desired value during the pressure stroke.
  • the displacement piston in the displacement pump chamber thus supports the working piston in the working pump chamber during the pressure stroke. While the piston force in the working pump chamber drops to approximately zero during the suction stroke, the displacement piston in the displacement pump chamber still has to displace the smaller volume of liquid with the smaller piston force.
  • a force also acts on the eccentric during the suction stroke, but this force is smaller than the pressure force peak on the working piston during the pressure stroke and depends on the surface of the displacement piston and on the pressure built up during the pressure stroke.
  • Differential pumps are known per se from DE-PS 256 603 and US-PS 33 30 217. With different working piston diameters or lifting speeds, a uniform power requirement is aimed for.
  • the cross section of the working piston in the working pump chamber is approximately twice as large as that of the displacement piston in the displacement pump chamber.
  • center lines of the pump chambers and the axes of the pistons which are displaceable in them, are aligned with one another and coincide in a center line. This creates a uniaxial structure that is easy to manufacture.
  • the pistons are arranged on mutually distant sides of the eccentric.
  • the drawing shows a pump housing 1 with a water inlet socket 3 and a water outlet socket 5.
  • the water ducts 3a and 5a in the water inlet socket 3 and 5 lead to valve seats 3b, 5b which can be closed by means of valve balls 3c and 5c with the aid of valve springs 3d and 5d.
  • a working pump chamber 7 Between the valves 3e and 5e thus formed there is a working pump chamber 7, in which a working piston 9 can be displaced in the pressure direction 10 and suction direction 11.
  • the working piston 9 is connected to a slide 12 which, together with the working piston 9, is displaceable along a center line 16 in a slide guide 13.
  • the working piston 9 is attached to a side surface 18 of the slide 12 by means of an extension 17.
  • a displacement piston 21 is provided on a side 19 of the slide lying away from the side surface 18 .
  • This displacement piston 21 works in a displacement pump chamber 22.
  • Working pump chamber 7 and displacement pump chamber 22 as well as working piston 9 and displacement piston 21 are in alignment, so that their center lines or axes coincide in the center line 16.
  • the piston cross section F V in the cylindrical displacement pump chamber 22 is half the size of the piston cross section F A in the working pump chamber 7, so that, with the same piston stroke, the displaced volume in the working pump chamber 7 is twice as large as the displaced volume in the displacement pump chamber 22.
  • the displacement pump chamber 22 opens into the water duct 5a, which, coming from the valve 5e, leads in an indicated manner to a pressure container 24 (heating chamber in an espresso machine) in a device 25.
  • a pressure container 24 heating chamber in an espresso machine
  • an excess pressure forms in the water duct 5a, in the displacement pump chamber 22 and in the pressure vessel 24 of the device 25.
  • transverse slot 26 which extends transversely to the center line 16.
  • An eccentric 27 engages in this slot and is flanged onto the shaft 28 of a single-phase synchronous motor, not shown.
  • the pressure pump now works in the following way. If the slide 12 is moved in the direction of the arrow 11, the suction valve 3e opens and flowable medium, for example water, is sucked into the working pump chamber 7. After the piston stroke has been completed, the suction process is completed and the suction valve 3e closes again. The slide 12 then moves in the pressure stroke direction in accordance with the Arrow 10 to the left, then the pressure valve 5e opens, and the flowable medium in the working pump chamber 7 is expelled into the water duct 5a. This initial pumping process leads to the flowable medium being pumped into the water duct 5a, into the displacement pump chamber 22 and into the pressure vessel 24, and the system pressure is then built up in this system.
  • flowable medium for example water
  • the displacement piston 21 with the cross section F V is also pressurized.
  • the displacement piston 21 simultaneously displaces the flowable medium under pressure from the displacement pump chamber 22 into the water duct 5a.
  • a force acts on the cross section F V of the displacement piston 21 in the displacement pump chamber 22, which is half the size of the pressure force on the working piston 9 in accordance with the mentioned cross section ratio F V / F A.
  • the pressure stroke in the direction of arrow 10 therefore acts Force of the displacement piston 21 against the pressure force of the working piston 9, so that only the differential force acts on the eccentric 27, which is also half the size of the working piston 9 in the working pump chamber in accordance with the present piston cross-sectional ratios.

Abstract

The invention relates to a pressure pump for generating a pressure in a flowable medium in a device (25), especially in an espresso machine, in which the force acting in a working pump chamber (7) on a working piston (9) rises during a pumping cycle to a maximum value in the case of the pressure stroke, and is low in the case of the suction stroke, which pressure pump has a two-pole single-phase synchronous motor serving as drive motor, which over one revolution has a rapidly changing motor torque that depends upon the rotor position and the current, and which is driven via an eccentric slide (12, 27) which is driven, without the interposition of a gear, directly by the permanently magnetic rotor (28), and the working piston (9), which can be displaced in the pump working chamber (7), is alternately moved forward and back in the pressure stroke and suction stroke, respectively, inlet (3e) and outlet (5e) valves for the medium being provided in the wall of the pump working chamber. The pressure pump is suitable for use as a pump having valves (3e, 5e) for relatively high pump pressures of 8 to 18 bars, the pump being designed as a differential pump having an additional displacement piston (21) in an additional pump displacement chamber (22), which in the case of the pressure stroke is connected to the pump working chamber (7), the pistons (9, 21) in the pump chambers (7, 22) alternately displacing the flowable medium contained in them, and the cross-section of the working piston (9) in the pump working chamber (7) being larger than the cross-section of the displacement piston (21) in the pump displacement chamber (22), and thus, given the same piston stroke, the displaced volume in the pump working chamber (7) also being larger than the displaced volume in the pump displacement chamber (22). <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Druckpumpe zum Erzeugen eines Druckes in einem fließfähigen Medium in einem Gerät, insbesondere in einer Espressomaschine, bei der die in einem Arbeitspumpenraum auf einen Arbeitskolben wirkende Kraft während eines Pumpzyklusses beim Druckhub auf einen Maximalwert ansteigt und beim Saughub gering ist, mit einem als Antriebsmotor dienenden zweipoligen Einphasensynchronmotor, der über eine Umdrehung ein von der Rotorstellung und dem Strom abhängiges, stark wechselndes Motormoment aufweist und der über einen Exzenterschieber, der ohne Zwischenschaltung eines Getriebes unmittelbar vom dauermagnetischen Rotor angetrieben wird, den in dem Arbeitspumpenraum verschiebbaren Arbeitskolben abwechselnd im Druckhub vor und im Saughub zurück bewegt, wobei in der Wand des Arbeitspumpenraumes Ein- und Auslaßventile für das Medium vorgesehen sind.The invention relates to a pressure pump for generating a pressure in a flowable medium in a device, in particular in an espresso machine, in which the force acting on a working piston in a working pump chamber increases to a maximum value during a pumping cycle during the pressure stroke and is low during the suction stroke. with a two-pole single-phase synchronous motor serving as the drive motor, which has a strongly changing motor torque depending on the rotor position and the current, and which has an eccentric slide which is driven directly by the permanent-magnet rotor without the interposition of a gear, alternately the working piston which can be moved in the working pump chamber moved back and forth in the pressure stroke and back in the suction stroke, inlet and outlet valves for the medium being provided in the wall of the working pump chamber.

Bei der Espresso-Zubereitung wird Wasser unter hohem Druck durch das Kaffeemehl gepreßt. Zur Erzielung einer guten Espresso-Qualität ist ein Druck von etwa 10 bar erforderlich. Erst bei etwa diesem Druck entsteht eine für den Kenner unverzichtbare emulsionsartige Substanz, die an der Oberfläche der Flüssigkeit schwimmt und nur bei hohem Druck aus dem Kaffeemehl gelöst wird.When preparing espresso, water is pressed through the ground coffee under high pressure. A pressure of around 10 bar is required to achieve good espresso quality. Only at this pressure does an emulsion-like substance become indispensable for the connoisseur, which floats on the surface of the liquid and is only released from the ground coffee at high pressure.

Es sind elektrisch betriebene Pumpen für die Espresso-Zubereitung bekannt, bei denen ein aus weichmagnetischem Material bestehender Kolben in einer Zylinderspule beweglich ist. Die Spule ist über eine Diode an das Netz angeschlossen, so daß sie während einer Halbwelle der Versorgungsspannung von Strom durchflossen ist, während sie während der anderen Halbwelle stromlos ist. Solange Strom fließt, wird auf den weichmagnetischen Kolben eine Kraft ausgeübt, die diesen gegen eine mechanische Rückholfeder und den Gegendruck des Wassers in einem Kolbenraum beschleunigt. Überschreitet der Druck einen einstellbaren Grenzwert, so öffnet ein Ventil, und das Wasser wird in die sich ebenfalls unter Druck befindliche Heizkammer und von dort aus weiter durch das Kaffeemehl gepreßt. Setzt der Strom aus, so drückt die Rückholfeder den Kolben zurück, der Wasserdruck im Kolbenraum bricht zusammen, und das Auslaßventil schließt wieder. Gleichzeitig öffnet sich ein Einlaßventil, und erneut kann Wasser in den Pumpenraum eindringen. Mit der nächstfolgenden Halbwelle der Spannung wiederholt sich der Vorgang.Electrically operated pumps for the preparation of espresso are known, in which a piston made of soft magnetic material is movable in a solenoid. The coil is connected to the network via a diode so that current flows through it during one half-wave of the supply voltage, while it is de-energized during the other half-wave. As long as current is flowing, a force is exerted on the soft magnetic piston, which accelerates it against a mechanical return spring and the back pressure of the water in a piston chamber. If the pressure exceeds an adjustable limit, a valve opens and the water is pressed into the heating chamber, which is also under pressure, and from there is further pressed through the ground coffee. If the power fails, the return spring pushes the piston back, the water pressure in the piston chamber collapses, and the outlet valve closes again. At the same time an inlet valve opens and water can enter the pump chamber again. The process repeats itself with the next half wave of voltage.

Der elektromechanische Wirkungsgrad einer derartigen Anordnung ist schlecht. Demzufolge ist die erforderliche aufgenommene Leistung hoch und das Leistungsvolumen niedrig. Dies führt dazu, daß die bekannten Pumpenaggregate ein großes Bauvolumen haben und wegen des damit verbundenen Materialaufwandes nicht wirtschaftlich zu fertigen sind.The electromechanical efficiency of such an arrangement is poor. As a result, the required power consumption is high and the power volume is low. This leads to the fact that the known pump units have a large construction volume and cannot be manufactured economically because of the associated material expenditure.

Aus der DE-PS 34 19 177 (PHD 84-079) ist eine Druckpumpe bekannt, die von einem Einphasensynchronmotor angetrieben wird und über eine Exzenter- oder Kurbeltriebanordnung einen Kolben bewegt. Bei dieser Pumpe, die bei einer Munddusche zum Einsatz kommt, wird ein Einphasensynchronmotor von etwa 10 W mit dauermagnetischem Läufer verwendet, der den Kolben antreibt. Das Rückholen des Kolbens beim Saughub bewirkt der Motor. Eine ausgeführte Konstruktion dieser Druckpumpe arbeitet mit Klappenventilen. Mit dieser Mundduschen-Pumpe läßt sich ein Überdruck von etwa 2 bis 4 bar erreichen.From DE-PS 34 19 177 (PHD 84-079) a pressure pump is known which is driven by a single-phase synchronous motor and moves a piston via an eccentric or crank drive arrangement. This pump, which is used in an oral irrigator, is a single-phase synchronous motor of about 10 W with a permanent magnetic rotor that drives the piston. The engine returns the piston during the suction stroke. One design of this pressure pump works with flap valves. With this oral irrigation pump, an overpressure of about 2 to 4 bar can be achieved.

Aus der DE-PS 35 37 297 ist eine Dosierpumpe bekannt, die von einem elektromotorischen Antrieb mit einem Untersetzungsgetriebe betätigt wird. Der Druckhub des Pumpenstößels erfolgt über eine Exzenter- oder Kurvenscheibe, während der Saughub mit Hilfe einer Rückholfeder bewirkt wird. Beim Druckhub wird die Rückholfeder gespannt; die stärkste Federbelastung des Motors tritt auf, wenn der Pumpenstößel maximal ausgelenkt ist. Hinzu kommt noch die Betriebsbelastung der Pumpe. Während des Saughubes wird der Motor vom Pumpenstößel nicht belastet; er wird vielmehr durch die Rückholfeder geschoben. Aufgrund des Untersetzungsgetriebes erfährt der Motor während einer Anzahl von Umdrehungen beim Druckhub eine allmählich zunehmende Belastung, wogegen er beim Rücklauf des Stößels während einiger Umdrehungen vom Kolben nicht belastet wird. Der Motor muß auf die Leistung ausgelegt werden, die am Ende des Druckhubes auftritt und außer durch die Pumpbelastung wesentlich durch die Rückholfeder bestimmt wird. Diese hohe Motorleistung wird während des Rücklaufes nicht benötigt. Die Pumpe nach der DE-PS 35 37 297 ist zusätzlich mit einer Anordnung zur Speicherung mechanischer Energie in Form von Tellerfedern ausgestattet, die eine entgegen der Kraft der Rückholfeder gerichtete Kraft auf den Pumpenstößel übertragen können und die im Verlauf des Saughubes des Pumpenstößels durch die Motorkurvenscheibe auf einen Zustand höherer potentieller Energie geladen wird. Während des Druckhubes gegen die Rückholfeder unterstützt die Tellerfeder den Motor. Das Gegeneinander-Arbeiten von Rückholfedern und Energiespeicherfeder mindert die Leistung jedes der Federsysteme.From DE-PS 35 37 297 a metering pump is known which is actuated by an electric motor drive with a reduction gear. The pressure stroke of the pump tappet takes place via an eccentric or cam disc, while the suction stroke is effected with the aid of a return spring. The return spring is tensioned during the pressure stroke; The greatest spring load on the motor occurs when the pump tappet is deflected to the maximum. Added to this is the operating load on the pump. The motor is not loaded by the pump tappet during the suction stroke; rather, it is pushed through the return spring. Due to the reduction gear, the motor experiences a gradually increasing load during a number of revolutions during the pressure stroke, whereas it is not loaded by the piston for a few revolutions when the plunger returns. The motor must be designed for the power that occurs at the end of the pressure stroke and is determined largely by the return spring, apart from the pump load. This high motor power is not required during the return. The pump according to DE-PS 35 37 297 is additionally equipped with an arrangement for storing mechanical energy in the form of disc springs which can transmit a force directed against the force of the return spring to the pump tappet and which through the motor cam disk in the course of the suction stroke of the pump tappet is charged to a state of higher potential energy. During the pressure stroke against the return spring the disc spring supports the motor. Working against each other of return springs and energy storage spring reduces the performance of each of the spring systems.

Einbau und Justierung der Energiespeicher, die in Form von Federn realisiert werden, sind aufwendig. Zudem wird durch den Federdruck die Anlaufreibung, die auf den Motor wirkt, vergrößert und damit das Starten erschwert.Installation and adjustment of the energy storage, which are realized in the form of springs, are complex. The spring pressure also increases the starting friction that acts on the engine, making starting more difficult.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine elektromechanische Druckpumpe zur Förderung von Flüssigkeiten zu realisieren, die kleinbauend ist, wirtschaftlich aus wenigen Teilen hergestellt werden kann und deren Anlaufreibung nicht über das beim Pumpbetrieb unvermeidbare Maß hinaus geht.It is an object of the invention to realize an electromechanical pressure pump for conveying liquids which is small in size, can be economically produced from a few parts and whose starting friction does not go beyond what is unavoidable in pump operation.

Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch die Verwendung als Pumpe mit Ventilen für höhere Pumpdrücke von 8 bis 18 bar, wobei die Pumpe als Differentialpumpe ausgeführt ist mit einem zusätzlichen Verdrängungskolben in einem zusätzlichen Verdrängungspumpenraum, der beim Druckhub mit dem Arbeitspumpenraum in Verbindung steht, wobei die Kolben in den Pumpenräumen das darin enthaltene fließfähige Medium abwechselnd verdrängen und wobei der Querschnitt des Arbeitskolbens im Arbeitspumpenraum größer ist als der Querschnitt des Verdrängungskolbens im Verdrängungspumpenraum und damit bei gleichem Kolbenhub auch das verdrängte Volumen im Arbeitspumpenraum größer ist als das verdrängte Volumen im Verdrängungspumpenraum.The object is achieved according to the invention by use as a pump with valves for higher pump pressures from 8 to 18 bar, the pump being designed as a differential pump with an additional displacement piston in an additional displacement pump chamber, which is connected to the working pump chamber during the pressure stroke, the Pistons in the pump chambers alternately displace the flowable medium contained therein, and the cross section of the working piston in the working pump chamber is larger than the cross section of the displacement piston in the displacement pump chamber and thus, with the same piston stroke, the displaced volume in the working pump chamber is larger than the displaced volume in the displacement pump chamber.

Nach dem Einschalten der Pumpe wird zunächst das System mit dem fließfähigen Medium gefüllt.After switching on the pump, the system is filled with the flowable medium.

Ist der Systemdruck erreicht, so wirkt im Betrieb auf den Exzenterantrieb die Differenzkraft der gegeneinander gerichteten Kolbenkräfte. Durch geeignete Wahl der Kolbenquerschnitte kann damit beim Druckhub die auf den Exzenter wirkende Kraft auf den gewünschten Wert reduziert werden. Der Verdrängungskolben im Verdrängungspumpenraum unterstützt damit den Arbeitskolben im Arbeitspumpenraum beim Druckhub. Während beim Saughub die Kolbenkraft im Arbeitspumpenraum auf etwa Null absinkt, muß der Verdrängungskolben im Verdrängungspumpenraum das kleinere Flüssigkeitsvolumen mit der kleineren Kolbenkraft noch verdrängen. Dadurch wirkt auch beim Saughub auf den Exzenter eine Kraft, die jedoch kleiner ist als die Druckkraftspitze auf den Arbeitskolben beim Druckhub und die von der Fläche des Verdrängungskolbens und vom während des Druckhubes aufgebauten Druck abhängt. Somit wird die auf den Exzenter wirkende Druckkraftspitze reduziert und die Belastung auf Druck- und Saughub verteilt. Auf den Einsatz von Energiespeicherfedern kann verzichtet werden. Lager- und Exzenterdruck werden kleiner, wodurch sich der Verschleiß verringert. Außerdem führt die Einführung des Verdrängungspumpenraumes auch zu einer Vergleichmäßigung des Volumenflusses. Durch das Wegfallen des Federdruckes der Energiespeicherfedern wird beim Anlaufen des Rotors die Anlaufreibung kleiner, wodurch der Anlauf erleichtert wird.If the system pressure is reached, the differential force of the opposing forces acts on the eccentric drive during operation directed piston forces. By suitable selection of the piston cross-sections, the force acting on the eccentric can be reduced to the desired value during the pressure stroke. The displacement piston in the displacement pump chamber thus supports the working piston in the working pump chamber during the pressure stroke. While the piston force in the working pump chamber drops to approximately zero during the suction stroke, the displacement piston in the displacement pump chamber still has to displace the smaller volume of liquid with the smaller piston force. As a result, a force also acts on the eccentric during the suction stroke, but this force is smaller than the pressure force peak on the working piston during the pressure stroke and depends on the surface of the displacement piston and on the pressure built up during the pressure stroke. This reduces the pressure force peak acting on the eccentric and distributes the load to the pressure and suction stroke. There is no need to use energy storage springs. Bearing and eccentric pressure are reduced, which reduces wear. In addition, the introduction of the displacement pump chamber also leads to an equalization of the volume flow. By eliminating the spring pressure of the energy storage springs, the starting friction becomes smaller when the rotor starts, which makes starting easier.

An sich sind Differentialpumpen aus der DE-PS 256 603 und der US-PS 33 30 217 bekannt. Mit unterschiedlichen Arbeitskolbendurchmessern bzw. Hubgeschwindigkeiten wird dabei ein gleichmäßiger Leistungsbedarf angestrebt.Differential pumps are known per se from DE-PS 256 603 and US-PS 33 30 217. With different working piston diameters or lifting speeds, a uniform power requirement is aimed for.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Querschnitt des Arbeitskolbens im Arbeitspumpenraum etwa doppelt so groß ist wie der des Verdrängungskolbens im Verdrängungspumpenraum. Bei einer derartigen Anordnung beträgt die auf den Exzenter wirkende Differenzkraft nur die Hälfte der Kolbenkraft beim Druckhub und ist gleichmäßig auf Druck- und Saughub verteilt. Zusätzlich ist auch der Volumenstrom beim Druck- und Saughub vergleichmäßigt.According to a further embodiment of the invention it is provided that the cross section of the working piston in the working pump chamber is approximately twice as large as that of the displacement piston in the displacement pump chamber. With such a In this arrangement, the differential force acting on the eccentric is only half the piston force during the pressure stroke and is evenly distributed over the pressure and suction stroke. In addition, the volume flow during the pressure and suction stroke is evened out.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Mittellinien der Pumpenräume und die Achsen der Kolben, die in ihnen verschieblich sind, miteinander fluchten und in einer Mittellinie zusammenfallen. Auf diese Weise entsteht ein einachsig arbeitendes Gebilde, das einfach herstellbar ist.According to a further embodiment of the invention it is provided that the center lines of the pump chambers and the axes of the pistons, which are displaceable in them, are aligned with one another and coincide in a center line. This creates a uniaxial structure that is easy to manufacture.

Dabei ist es von Vorteil, wenn gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung die Kolben an voneinander abliegenden Seiten des Exzenters angeordnet sind.It is advantageous if, according to a further embodiment of the invention, the pistons are arranged on mutually distant sides of the eccentric.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert.The invention is explained in more detail with reference to the drawing.

Die Zeichnung zeigt ein Pumpengehäuse 1 mit einem Wassereinlaßstutzen 3 und einem Wasserauslaßstutzen 5. Die Wasserführungen 3a und 5a in den Wassereinlaßstutzen 3 und 5 führen zu Ventilsitzen 3b, 5b, die mittels Ventilkugeln 3c bzw. 5c verschließbar sind unter Zuhilfenahme von Ventilfedern 3d und 5d. Zwischen den so gebildeten Ventilen 3e und 5e befindet sich ein Arbeitspumpenraum 7, in dem ein Arbeitskolben 9 in Druckrichtung 10 und Saugrichtung 11 verschiebbar ist. Der Arbeitskolben 9 ist mit einem Schieber 12 verbunden, der in einer Schieberführung 13 zusammen mit dem Arbeitskolben 9 längs einer Mittellinie 16 verschiebbar ist. Der Arbeitskolben 9 ist mittels eines Ansatzes 17 an einer Seitenfläche 18 des Schiebers 12 befestigt. An einer von der Seitenfläche 18 abliegenden Seite 19 des Schiebers ist über einen zweiten Kolbenansatz 20 ein Verdrängungskolben 21 vorgesehen. Dieser Verdrängungskolben 21 arbeitet in einem Verdrängungspumpenraum 22. Arbeitspumpenraum 7 und Verdrängungspumpenraum 22 sowie Arbeitskolben 9 und Verdrängungskolben 21 liegen in einer Flucht, so daß deren Mittellinien bzw. Achsen in der Mittellinie 16 zusammenfallen.The drawing shows a pump housing 1 with a water inlet socket 3 and a water outlet socket 5. The water ducts 3a and 5a in the water inlet socket 3 and 5 lead to valve seats 3b, 5b which can be closed by means of valve balls 3c and 5c with the aid of valve springs 3d and 5d. Between the valves 3e and 5e thus formed there is a working pump chamber 7, in which a working piston 9 can be displaced in the pressure direction 10 and suction direction 11. The working piston 9 is connected to a slide 12 which, together with the working piston 9, is displaceable along a center line 16 in a slide guide 13. The working piston 9 is attached to a side surface 18 of the slide 12 by means of an extension 17. On a side 19 of the slide lying away from the side surface 18 is via a second piston shoulder 20 a displacement piston 21 is provided. This displacement piston 21 works in a displacement pump chamber 22. Working pump chamber 7 and displacement pump chamber 22 as well as working piston 9 and displacement piston 21 are in alignment, so that their center lines or axes coincide in the center line 16.

Der Kolbenquerschnitt FV im zylindrischen Verdrängungspumpenraum 22 ist halb so groß wie der Kolbenquerschnit FA im Arbeitspumpenraum 7, so daß bei gleichem Kolbenhub das verdrängte Volumen im Arbeitspumpenraum 7 doppelt so groß ist wie das verdrängte Volumen im Verdrängungspumpenraum 22.The piston cross section F V in the cylindrical displacement pump chamber 22 is half the size of the piston cross section F A in the working pump chamber 7, so that, with the same piston stroke, the displaced volume in the working pump chamber 7 is twice as large as the displaced volume in the displacement pump chamber 22.

Der Verdrängungspumpenraum 22 mündet offen in die Wasserführung 5a, die vom Ventil 5e kommend in angedeuteter Weise zu einem Druckbehälter 24 (Heizkammer in einer Espressomaschine) in einem Gerät 25 führt. Beim Arbeiten der Pumpe bildet sich in der Wasserführung 5a, in dem Verdrängungspumpenraum 22 und in dem Druckbehälter 24 des Gerätes 25 ein Überdruck aus.The displacement pump chamber 22 opens into the water duct 5a, which, coming from the valve 5e, leads in an indicated manner to a pressure container 24 (heating chamber in an espresso machine) in a device 25. When the pump is working, an excess pressure forms in the water duct 5a, in the displacement pump chamber 22 and in the pressure vessel 24 of the device 25.

In dem Schieber 12 befindet sich ein Querschlitz 26, der quer zur Mittellinie 16 verläuft. In diesen Schlitz greift ein Exzenter 27 ein, der auf die Welle 28 eines nicht dargestellten Einphasensynchronmotors aufgeflanscht ist.In the slider 12 there is a transverse slot 26 which extends transversely to the center line 16. An eccentric 27 engages in this slot and is flanged onto the shaft 28 of a single-phase synchronous motor, not shown.

Die Druckpumpe arbeitet nun in folgender Weise. Wird der Schieber 12 in Richtung des Pfeiles 11 bewegt, dann öffnet das Saugventil 3e, und fließfähiges Medium, beispielsweise Wasser, wird in den Arbeitspumpenraum 7 eingesaugt. Nach Durchlaufen des Kolbenhubs ist der Saugvorgang abgeschlossen, und das Saugventil 3e schließt wieder. Fährt daraufhin der Schieber 12 in Druckhubrichtung entsprechend dem Pfeil 10 nach links, dann öffnet das Druckventil 5e, und das fließfähige Medium im Arbeitspumpenraum 7 wird in die Wasserführung 5a ausgestoßen. Dieser Anfangspumpvorgang führt dazu, daß in die Wasserführung 5a, in den Verdrängungspumpenraum 22 und bis in den Druckbehälter 24 hinein fließfähiges Medium gepumpt und daraufhin in diesem System der Systemdruck aufgebaut wird. Infolge dieses Druckaufbaus wird auch der Verdrängungskolben 21 mit dem Querschnitt FV unter Druck gesetzt. Im Bewegungsablauf des Saughubes in Richtung des Pfeiles 11 verdrängt gleichzeitig dann der Verdrängungskolben 21 das unter Druck stehende fließfähige Medium aus dem Verdrängungspumpenraum 22 in die Wasserführung 5a. Bei konstantem Systemdruck wirkt eine Kraft auf den Querschnitt FV des Verdrängungskolbens 21 im Verdrängungspumpenraum 22, die entsprechend dem genannten Querschnittsverhältnis FV/FA halb so groß ist wie die Druckkraft auf den Arbeitskolben 9. Beim Druckhub in Richtung des Pfeiles 10 wirkt deshalb die Kraft des Verdrängungskolbens 21 gegen die Druckkraft des Arbeitskolbens 9, so daß nur noch die Differenzkraft auf den Exzenter 27 wirkt, die entsprechend der vorliegenden Kolbenquerschnittsverhältnisse auch halb so groß ist wie die Druckraft des Arbeitskolbens 9 im Arbeitspumpenraum. Der Einphasensynchronmotor, über dessen Welle 28 und den Exzenter 27 der Schieber 12 mit den Kolben 9 und 21 ohne Zwischenschaltung eines Getriebes angetrieben wird, erfährt während des Saug- und Druckhubes eine gleichmäßigere Belastung mit Kräften, die auf den Exzenter 27 einwirken, die halb so groß sind wie die Druckkraftspitze während des Druckhubes.The pressure pump now works in the following way. If the slide 12 is moved in the direction of the arrow 11, the suction valve 3e opens and flowable medium, for example water, is sucked into the working pump chamber 7. After the piston stroke has been completed, the suction process is completed and the suction valve 3e closes again. The slide 12 then moves in the pressure stroke direction in accordance with the Arrow 10 to the left, then the pressure valve 5e opens, and the flowable medium in the working pump chamber 7 is expelled into the water duct 5a. This initial pumping process leads to the flowable medium being pumped into the water duct 5a, into the displacement pump chamber 22 and into the pressure vessel 24, and the system pressure is then built up in this system. As a result of this pressure build-up, the displacement piston 21 with the cross section F V is also pressurized. In the course of the movement of the suction stroke in the direction of arrow 11, the displacement piston 21 simultaneously displaces the flowable medium under pressure from the displacement pump chamber 22 into the water duct 5a. At a constant system pressure, a force acts on the cross section F V of the displacement piston 21 in the displacement pump chamber 22, which is half the size of the pressure force on the working piston 9 in accordance with the mentioned cross section ratio F V / F A. The pressure stroke in the direction of arrow 10 therefore acts Force of the displacement piston 21 against the pressure force of the working piston 9, so that only the differential force acts on the eccentric 27, which is also half the size of the working piston 9 in the working pump chamber in accordance with the present piston cross-sectional ratios. The single-phase synchronous motor, via the shaft 28 and the eccentric 27 of the slide 12 with the pistons 9 and 21 is driven without the interposition of a gearbox, experiences a more uniform load with forces acting on the eccentric 27 during the suction and pressure stroke, which is half as much are as large as the pressure force peak during the pressure stroke.

Dies ist vorteilhaft für den zum Antrieb dienenden zweipoligen Einphasensynchronmotor mit seinem in bekannter Weise über eine Umdrehung von der Rotorstellung und dem Strom abhängigen, stark wechselnden Motormoment und seiner Empfindlichkeit gegenüber pulsförmigen Belastungen. Der Motor braucht danamisch nicht für die hohe Druckkraftspitze dimensioniert zu werden. Da keine Energiespeicherfedern nötig sind, fällt der starke Federdruck auf den Exzenter 27 weg, was den Anlauf des Synchronmotors stark verbessert.This is advantageous for the two-pole single-phase synchronous motor used for driving, with its rotation in a known manner from the rotor position and the Current-dependent, strongly changing engine torque and its sensitivity to pulsed loads. The engine need not be dimensioned danamically for the high pressure force peak. Since no energy storage springs are necessary, the strong spring pressure on the eccentric 27 is eliminated, which greatly improves the start-up of the synchronous motor.

Claims (4)

Druckpumpe zum Erzeugen eines Druckes in einem fließfähigen Medium in einem Gerät (25), insbesondere in einer Espressomaschine, bei der die in einem Arbeitspumpenraum (7) auf einen Arbeitskolben (9) wirkende Kraft während eines Pumpzyklusses beim Druckhub auf einen Maximalwert ansteigt und beim Saughub gering ist, mit einem als Antriebsmotor dienenden zweipoligen Einphasensynchronmotor, der über eine Umdrehung ein von der Rotorstellung und dem Strom abhängiges, stark wechselndes Motormoment aufweist und der über einen Exzenterschieber (12, 27), der ohne Zwischenschaltung eines Getriebes unmittelbar vom dauermagnetischen Rotor (28) angetrieben wird, den in dem Arbeitspumpenraum (7) verschiebbaren Arbeitskolben (9) abwechselnd im Druckhub vor und im Saughub zurück bewegt, wobei in der Wand des Arbeitspumpenraumes Ein- (3e) und Auslaßventile (5e) für das Medium vorgesehen sind, gekennzeichnet durch die Verwendung als Pumpe mit Ventilen (3e, 5e) für höhere Pumpdrücke von 8 bis 18 bar, wobei die Pumpe als Differentialpumpe ausgeführt ist mit einem zusätzlichen Verdrängungskolben (21) in einem zusätzlichen Verdrängungspumpenraum (22), der beim Druckhub mit dem Arbeitspumpenraum (7) in Verbindung steht, wobei die Kolben (9, 21) in den Pumpenräumen (7, 22) das in ihnen enthaltene fließfähige Medium abwechselnd verdrängen und wobei der Querschnitt des Arbeitskolbens (9) im Arbeitspumpenraum (7) größer ist als der Querschnitt des Verdrängungskolbens (21) im Verdrängungspumpenraum (22) und damit bei gleichem Kolbenhub auch das verdrängte Volumen im Arbeitspumpenraum (7) größer ist als das verdrängte Volumen im Verdrängungspumpenraum (22).Pressure pump for generating a pressure in a fluid medium in a device (25), in particular in an espresso machine, in which the force acting on a working piston (9) in a working pump chamber (7) increases to a maximum value during a pumping cycle during the pressure stroke and during the suction stroke is low, with a two-pole single-phase synchronous motor serving as the drive motor, which has a strongly changing motor torque dependent on the rotor position and the current over one revolution, and which has an eccentric slide (12, 27) which is directly connected to the permanent-magnet rotor (28 ) is driven, the working piston (9), which is displaceable in the working pump chamber (7), moves back and forth alternately in the pressure stroke and in the suction stroke, inlet (3e) and outlet valves (5e) for the medium being provided in the wall of the working pump chamber, characterized by use as a pump with valves (3e, 5e) for higher pump pressures from 8 to 18 bar, the pump being designed as a differential pump with an additional displacement piston (21) in an additional displacement pump chamber (22), which is connected to the working pump chamber (7) during the pressure stroke, the pistons (9, 21) in the pump chambers ( 7, 22) alternately displace the flowable medium contained therein, and the cross section of the working piston (9) in the working pump chamber (7) is larger than the cross section of the displacement piston (21) in the displacement pump chamber (22) and thus also the displaced volume with the same piston stroke in the working pump chamber (7) is greater than the displaced volume in the displacement pump chamber (22). Druckpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt (FA) des Arbeitskolbens (9) etwa doppelt so groß ist wie der Querschnitt (FV) des Verdrängungskolbens (21) im Verdrängungspumpenraum (22).Pressure pump according to Claim 1, characterized in that the cross section (F A ) of the working piston (9) is approximately twice as large as the cross section (F V ) of the displacement piston (21) in the displacement pump chamber (22). Druckpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittellinien der Pumpenräume und die Achsen der Kolben, die von ihnen verschieblich sind, miteinander fluchten und in einer Mittellinie (16) zusammenfallen.Pressure pump according to Claim 1, characterized in that the center lines of the pump chambers and the axes of the pistons which are displaceable by them are aligned with one another and coincide in a center line (16). Druckpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,daß die Kolben (9, 21) an voneinander abliegenden Seiten (18, 19) des von einem Exzenter (27) bewegten Schiebers (12) angeordnet sind.Pressure pump according to Claim 3, characterized in that the pistons (9, 21) are arranged on mutually distant sides (18, 19) of the slide (12) moved by an eccentric (27).
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