EP0983440B1 - Kolbenmembranpumpe mit dichtungsloser kolben-zylindereinheit - Google Patents

Kolbenmembranpumpe mit dichtungsloser kolben-zylindereinheit Download PDF

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EP0983440B1 EP98929297A EP98929297A EP0983440B1 EP 0983440 B1 EP0983440 B1 EP 0983440B1 EP 98929297 A EP98929297 A EP 98929297A EP 98929297 A EP98929297 A EP 98929297A EP 0983440 B1 EP0983440 B1 EP 0983440B1
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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F05C2203/00—Non-metallic inorganic materials
    • F05C2203/08—Ceramics; Oxides
    • F05C2203/0804—Non-oxide ceramics

Definitions

  • the invention relates to a seal of the metering piston-cylinder unit of piston diaphragm pumps and a piston diaphragm pump for suction and dispensing a liquid dosing medium with a pump interior and by immersing a dosing piston in an Pump unit arranged cylinder unit separable compression space, the compression space being a metering opening for dispensing of the dosing medium and the pump interior a suction valve for the feeding of dosing medium and a return valve for the dispensing surplus dosing medium.
  • the accuracy of dosing with piston diaphragm pumps depends on the Accuracy of the sealing of the dosing piston in the associated cylinder unit from.
  • mechanical sealing elements for example of O-rings
  • the invention is based on the technical problem of simple Installation conditions permanent, exact sealing of the metering piston-cylinder unit to ensure.
  • the dosing piston and the cylinder are off Oxide ceramics are made as embodied in the invention provides.
  • the manufacture of the metering piston-cylinder element pairing made of oxide ceramics has the particular advantage that tight tolerances are easy to manufacture.
  • a drive with a drive piston 5 projects laterally into the diaphragm pump into it.
  • a membrane 6 in a pump interior 14 arranged in a circular seal.
  • the Membrane 6 is tightly clamped peripherally and allows a back and forth movement by the drive piston 5 in which by a double arrow indicated directions of movement.
  • Towards the interior of the pump 14 continues the drive piston 5 with a membrane 6 arranged thereon Lifting or suction movement (suction stroke) and towards the pump interior 14 to a pressure movement (pump stroke).
  • a metering piston 1 and a cylinder 2 are inside the pump interior 14 a metering piston 1 and a cylinder 2 as a cooperating Element pair arranged.
  • the metering piston 1 and Cylinder 2 is a metering piston-cylinder unit.
  • the metering piston 1 is over a clutch 4 connected to the drive piston 5, so that the Stroke and pressure movements are transferred to the metering piston 1.
  • the cylinder 2 is penetrated by a control bore 8. Via a pressure valve 9 becomes a metering opening 11 opposite the membrane 6 Piston diaphragm pump controlled.
  • the piston diaphragm pump on opposite sides of the pump interior 14 Suction valve 7 and a return pressure valve 10.
  • the piston diaphragm metering pump works in such a way that when moving the membrane moved by the drive piston 5 in the direction of Pump interior 14 on (suction stroke) dosing medium or product over the suction valve 7 is sucked in and in the compression chamber 15 of the metering piston-cylinder unit 1, 2 a vacuum or negative pressure is created.
  • the control bore 8 released in cylinder 2 flows through the stroke of the Membrane 6 in the pump interior 14 product conveyed into this Compression chamber 15.
  • the control bore 8 closed again.
  • the coupling connecting the metering piston 1 and the drive piston 5 4 has one of the corresponding in the direction of the drive or membrane piston 5 Face of the membrane piston 5 adapted shape and connects the metering piston 1 and the drive piston 5 "floating", so that here by installation and manufacturing tolerances, for example a Center offset can be compensated in a simple manner, which is an inexpensive Manufacturing enables because the specification of narrow tolerances the "floating" connection is avoided.

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Description

Die Erfindung betrifft eine Abdichtung der Dosierkolben-Zylindereinheit von Kolbenmembranpumpen sowie eine Kolbenmembranpumpe zur Ansaugung und Abgabe eines flüssigen Dosiermediums mit einem Pumpeninnenraum und davon durch Eintauchen eines Dosierkolbens in eine im Pumpeninnenraum angeordnete Zylindereinheit abtrennbarem Kompressionsraum, wobei der Kompressionsraum eine Dosieröffnung für die Abgabe des Dosiermediums und der Pumpeninnenraum ein Saugventil für das Hereinfördern von Dosiermedium und ein Rücklaufventil für die Abgabe überschüssigen Dosiermediums aufweißt.
Die Genauigkeit der Dosierung mit Kolbenmembranpumpen hängt von der Exaktheit der Abdichtung des Dosierkolbens in der zugehörigen Zylindereinheit ab. Bei Verwendung mechanischer Dichtungselemente, beispielsweise von O-Ringen, ist es von Nachteil, daß die Dichtelemente verschleißen und damit die Dosiergenauigkeit abnimmt. Außerdem ist es häufig sehr schwierig und aufwendig, bei der Montage die für eine ausreichende Genauigkeit unabdingbaren engen Toleranzen einzuhalten.
In der europäischen Patentschrift EP-B-0 129 187 ist eine Kolbenmembranpumpe mit Vorförderung beschrieben. Bei dieser wird der Dosierkolben über einen gleitgelagerten Antriebskolben betätigt. Das Förder- oder Dosiermedium wird dem Dosierkolben mit Hilfe einer Membran vorgelegt. Dabei erfolgt die Abdichtung der Dosierkolben-Zylindereinheit mit O-Ringen als Dichtelement. Das System aus Dosierkolben, Dichtelementen und Hubeinstellschraube unterliegt dem Verschleiß und begrenzt die Standzeiten. Je höher die Anforderung an die Dosiergenauigkeit ist, um so kürzer kann ein solches System ohne Nachjustierung oder Ersatz der Dichtelemente eingesetzt werden.
Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, bei einfachen Montageverhältnissen eine dauerhaft exakte Abdichtung der Dosierkolben-Zylindereinheit zu gewährleisten.
Bei einer Abdichtung der eingangs bezeichneten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Dosierkolben-Zylindereinheit verwendet wird, die im Mikrometerbereich nahezu spielfrei ist und deren Abdichtung über eine hydrodynamische Spaltdichtung erfolgt.
Bei einer Kolbenmembranpumpe der eingangs bezeichneten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Dosierkolben im den Kompressionsraum ausbildenden Bereich des Zylinders mit Toleranz im Bereich von µm nahezu spielfrei geführt und die Dichtung eines zwischen Dosierkolben und Zylindert verbleibenden Spaltes als mittels des angesaugten Dosiermediums abdichtende, hydrodynamische Spaltdichtung ausgebildet ist.
Eine solche Abdichtung der Dosierkolben-Zylindereinheit von Kolbenmembranpumpen bzw. mit einer derartigen Abdichtung versehene Kolbenmembranpumpen haben den Vorteil, daß die hydrodynamische Spaltdichtung verschleißfrei arbeitet und damit im Hinblick auf die Abdichtung des Systems praktisch unbegrenzte Standzeiten erlaubt.
Von Vorteil ist es hierbei, wenn der Dosierkolben und der Zylinder aus Oxid-Keramik hergestellt sind, wie dies die Erfindung in Ausgestaltung vorsieht. Die Herstellung der Elementenpaarung Dosierkolben-Zylinder aus Oxid-Keramik hat den besonderen Vorteil, daß engste Toleranzen herstellungstechnich einfach darstellbar sind.
In Weiterbildung der Abdichtung und der Kolbenmembranpumpe sieht die Erfindung auch noch vor, daß der Dosierkolben über eine Kupplung schwimmend angesteuert bzw. bei der Kolbenmembranpumpe der Dosierkolben mittels einer Kupplung schwimmend mit einem Antriebskolben verbunden ist. Die schwimmende Ansteuerung des Dosierkolbens über eine Kupplung ermöglicht eine einfache Montage und gewährleistet einen problemlosen Einsatz der Dosierkolben-Zylindereinheit.
Die Erfindung ist nachstehend anhand einer einzigen Figur beispielhaft näher erläutert. Bei der in der Figur dargestellten Kolbenmembranpumpe ragt ein Antrieb mit einem Antriebskolben 5 seitlich in die Membranpumpe hinein. Zwischen zwei Pumpengehäuseteilen 12, 13 ist eine Membran 6 in einen Pumpeninnenraum 14 kreisförmig abdichtend angeordnet. Die Membran 6 ist peripher dicht eingespannt und erlaubt eine Hin- und Herbewegung durch den Antriebskolben 5 in dessen durch einen Doppelpfeil angedeuteten Bewegungsrichtungen. In Richtung vom Pumpeninnenraum 14 fort führt der Antriebskolben 5 mit daran angeordneter Membran 6 eine Hub-oder Saugbewegung (Saughub) und in Richtung auf den Pumpeninnenraum 14 zu eine Druckbewegung (Pumphub) aus.
In der Mitte der Kolbenmembranpumpe sind innerhalb des Pumpeninenraumes 14 ein Dosierkolben 1 und ein Zylinder 2 als zusammenwirkendes Elementenpaar angeordnet. insofern bilden der Dosierkolben 1 und der Zylinder 2 eine Dosierkolben-Zylindereinheit. Der Dosierkolben 1 ist über eine Kupplung 4 mit dem Antriebskolben 5 verbunden, so daß dessen Hub- und Druckbewegungen auf den Dosierkolben 1 übertragen werden. Der Zylinder 2 ist von einer Steuerbohrung 8 durchsetzt. Über ein Druckventil 9 wird eine der Membran 6 gegenüberliegende Dosieröffnung 11 der Kolbenmembranpumpe angesteuert. Weiterhin weist die Kolbenmembranpumpe auf gegenüberliegenden Seiten des Pumpeninnenraumes 14 ein Saugventil 7 und ein Rücklaufdruckventil 10 auf. Die Abdichtung des Spaltes 3 zwischen dem Dosierkolben 1 und dem Zylinder 2 erfolgt hydrodynamisch mittels des im Pumpeninnenraum 14 und in einem Kompressionsraum 15 befindlichen flüssigen Dosiermediums. Der Dosierkolben 1 ist in diesem, den Kompressionsraum 15 ausbildenden Bereich des Zylinders 2 mit im Bereich von µm (Mikrometerbereich) liegender Toleranz nahezu spielfrei geführt.
Die Kolbenmembrandosierpumpe funktioniert in der Weise, daß bei Bewegung der vom Antriebskolben 5 bewegten Membran in Richtung vom Pumpeninnenraum 14 fort (Saughub) Dosiermedium oder Produkt über das Saugventil 7 angesaugt wird und im Kompressionsraum 15 der Dosierkolben-Zylindereinheit 1, 2 ein Vakuum bzw. Unterdruck entsteht. Wird bei entsprechender Hubbewegung des Dosierkolbens 1 die Steuerbohrung 8 im Zylinder 2 freigegeben, strömt das durch die Hubbewegung der Membran 6 in den Pumpeninnenraum 14 vorgeförderte Produkt in diesen Kompressionsraum 15. Bei der Druckbewegung (Pumphub) des Antriebskolbens 5 mit Dosierkolben 1 in Richtung zur Dosieröffnung 11 hin, wird die Steuerbohrung 8 wieder verschlossen. Auf die dann im Kompressionsraum 15 eingeschlossene Flüssigkeit wird vom Dosierkolben 1 Druck ausgeübt, mit der Folge, daß das Druckventil 9 öffnet und flüssiges Dosiermedium durch die Dosieröffnung 11 dosiert wird. Gleichzeitig wird über das Rücklaufdruckventil 10 überschüssiges Produkt in einen mit der Kolbenmenbranpumpe in Wirkverbindung stehenden Ansaugbehälter zurückgefördert, wobei das Rücklaufdruckventil 10 aufgrund des von der Membran 6 auf das im Pumpeninnenraum 14 befindliche Dosiermedium ausgeübten Druckes öffnet.
Die den Dosierkolben 1 und den Antriebskolben 5 verbindende Kupplung 4 hat in Richtung des Antriebs- oder Membrankolbens 5 eine der entsprechenden Stirnfläche des Membrankolbens 5 angepaßte Form und verbindet den Dosierkolben 1 und den Antriebskolben 5 "schwimmend", so daß hier durch Einbau- und Fertigungstoleranzen, beispielsweise auch ein Mittenversatz in einfacher Weise ausgeglichen werden, was eine kostengünstige Fertigung ermöglicht, da die Vorgabe enger Toleranzen aufgrund der "schwimmenden" Verbindung vermieden wird.

Claims (6)

  1. Dosierkolben-Zylindereinheit einer Kolbenmembranpumpe,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Dosierkolben-Zylindereinheit (1, 2) im Mikrometerbereich (µm) nahezu spielfrei ist und deren Abdichtung über eine hydrodynamische Spaltdichtung erfolgt.
  2. Dosierkolben-Zylindereinheit nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Elementenpaarung Dosierkolben-Zylinder (1, 2) aus Oxid-Keramik hergestellt ist.
  3. Dosierkolben-Zylindereinheit nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Dosierkolben (1) über eine Kupplung (4) schwimmend angesteuert ist.
  4. Kolbenmembranpumpe zur Ansaugung und Abgabe eines flüssigen Dosiermediums mit einem Pumpeninnenraum (14) und davon durch Eintauchen eines Dosierkolbens (1) in einen im Pumpeninnenraum (14) angeordneten Zylinder (2) abtrennbarem Kompressionsraum (15), wobei der Kompressionsraum (15) eine Dosieröffnung (11) für die Abgabe des Dosiermediums und der Pumpeninnenraum (14) ein Saugventil (7) für das Hereinfördern von Dosiermedium und ein Rücklaufdruckventil (10) für die Abgabe überschüssigen Dosiermediums aufweist,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Dosierkolben (1) im den Kompressionsraum (5) ausbildenden Bereich des Zylinders (2) mit Toleranz im Bereich von µm nahezu spielfrei geführt und die Dichtung eines zwischen Dosierkolben (1) und Zylinder (2) verbleibenden Spaltes (3) als mittels des angesaugten Dosiermediums abdichtende, hydrodynamische Spaltdichtung ausgebildet ist
  5. Kolbenmembranpumpe nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Dosierkolben (1) und Zylinder (2) aus Oxid-Keramik hergestellt sind.
  6. Kolbenmembranpumpe nach Anspruch 4 oder 5,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Dosierkolben (1) mittels einer Kupplung (4) schwimmend mit einem Antriebskolben (5) verbunden ist.
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