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Die Erfindung betrifft eine Hubverdrängerpumpe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie ein dafür einsetzbares Überdruck-Ventil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 12.
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Als technologischer Hintergrund für die vorliegende Erfindung ist die
WO 2014/150397 A1 zu nennen, die eine Hubverdrängerpumpe mit den grundlegenden Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 offenbart. Demgemäß umfasst eine solche Pumpe eine Pumpkammer und ein darin angeordnetes, oszillierend angetriebenes Pumporgan, wie etwa eine Membran oder einen Verdrängerkolben. Ein Einlass- und ein Auslass-Ventil sind einerseits mit der Pumpkammer, andererseits mit einem saug- bzw. druckseitigen Pumpenanschluss verbunden. Die Ventile sind jeweils als Membranventile mit einer elastischen Ventilmembran als Ventilkörper ausgebildet. Schließlich ist ein ebenfalls als Membranventil mit einer elastischen Ventilmembran als Ventilkörper ausgebildetes Überdruck-Ventil vorgesehen, das in einer Fluid-Verbindung zwischen dem saug- und druckseitigen Pumpenanschluss angeordnet ist.
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Aus der
EP 2 372 157 B1 ist eine Membranpumpe für eine Sitzeinstellungsvorrichtung bekannt, bei der gemäß den dargestellten Ausführungsbeispielen in die Pumpenmembran die Ventilmembran eines Druckentlastungsventils integral eingeformt ist. In einem Ventilelement sind ferner die als Membranventile ausgelegten Einlass- und Auslass-Ventile angeordnet.
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Nachteilig bei dieser gezeigten Membranpumpe ist der relativ komplexe Aufbau, bei dem die verschiedenen Ventile durch unterschiedliche, getrennte Komponenten realisiert werden.
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Der Erfindung liegt davon ausgehend die Aufgabe zu Grunde, eine Hubverdrängerpumpe, insbesondere Kolben- oder Membranpumpe, so zu verbessern, dass unter verbesserter Funktionalität die angegebenen Ventile, also Einlass-, Auslass- und Über-Druckventil konstruktiv besonders einfach ausgelegt und rationell montierbar sind.
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Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichnungsteil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst. Demnach ist eine Anordnung von Einlass-, Auslass- und Überdruck-Ventil mit ihren Ventilkörpern in einer Ebene im Pumpenkopf vorgesehen, wobei Einlass-, Auslass- und Überdruck-Ventil durch Verbindungsschenkel als einstückige Ventilmembran-Baugruppe ausgebildet sind.
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Durch diese Ausgestaltung sind drei grundsätzliche Ventilfunktionen, nämlich Einlass-, Auslass- und Überdruck-Ventil bezüglich deren Ventilkörper in ein einheitliches, in einem Fertigungsschritt zu verbauendes Bauteil integriert, das aufgrund der Ebenen-gleichen Lage der Ventilkörper darüber hinaus eine kompakte und raumsparend im Pumpenkopf unterzubringende Baugruppe bildet. Letztere kann damit beispielsweise in eine entsprechende Aufnahme im Pumpenkopf, die in einer entsprechenden Trennebene zwischen zwei Kopfbauteilen angeordnet ist, einfach eingelegt werden.
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Bevorzugte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. So können die drei Ventilkörper der Baugruppe in einer Dreieckskonfiguration angeordnet sein, was eine optimale Ausnutzung des im Pumpenkopf verfügbaren Bauraumes mit sich bringt.
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Dies kann noch dadurch verbessert werden, dass diese Dreieckskonfiguration als gleichschenkliges oder vorzugsweise gleichseitiges Dreieck ausgeführt ist, wobei Einlass- und Auslass-Ventil an den Ecken der Basis des Dreiecks und das Überdruck-Ventil an dessen Spitze angeordnet ist. Ein bevorzugter Basiswinkelbereich dieser Dreieckskonfiguration liegt zwischen 30° und 80°, bei einem gleichseitigen Dreieck betragen alle Winkel logischerweise 60°. Durch die vorstehenden Gestaltungsmerkmale liegt das Überdruck-Ventil seitlich zwischen den beiden anderen Ventilen, was eine besonders kompakte Bauform mit sich bringt.
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Eine bezüglich der Ventilfunktion optimierte Bauform für die Lagerung der Ventilmembranen von Einlass- und Auslass-Ventil sieht spiralförmig von den Membranen nach außen abstehende Lagerarme vor, die einstückig an einen umlaufenden Lagerring angebunden sind. Durch die Auslegung dieser Lagerarme kann das Ansprechverhalten der Ventile an allfällige Spezifikationen angepasst werden.
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Ein besonderer Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt auch in bevorzugten Weiterbildungen des Überdruck-Ventils. Dessen Ventilkörper kann demgemäß in seine Schließrichtung durch eine Feder beaufschlagt sein, was ein bezüglich des Grenzdrucks des Überdruck-Ventils sehr definiertes Auslöseverhalten ermöglicht. Insbesondere können höhere Auslöse-Druckwerte, als bei einem rein durch die Eigenelastizität der Membran gesteuerten Ventil erreicht werden.
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Die bereits mehrfach angesprochene Kompaktheit und konstruktive Einfachheit der Ventilbaugruppe wird weiter durch eine bevorzugte Ausführungsform verbessert, bei der der Ventilkörper des Überdruck-Ventils mit einem zentralen Funktionsstössel versehen ist, der mit der als Blattfeder ausgebildeten Beaufschlagungsfeder kooperiert. Damit ist eine optimale Übertragung der von der Feder hervorgerufenen Schließkraft bei gleichzeitig optimaler Dichtwirkung des Ventilkörpers des Überdruck-Ventils gewährleistet. Dies begünstigt weiter das exakt definierte Ansprechverhalten des Überdruck-Ventils.
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Zur weiteren Verbesserung des abgedichteten Einbaus des Überdruck-Ventils in den Pumpenkopf ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ein Dichtring an Umfang des Ventilkörpers des Überdruck-Ventils vorgesehen, mit welchem Dichtring die Ventilkammer des Überdruck-Ventils wirkungsvoll abgedichtet wird.
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Im Hinblick darauf, dass dieser Dichtring im Überdeckungsbereich mit der zur Vorspannung der Ventilmembran dienenden Blattfeder aufgrund des für diese Blattfeder vorgesehenen Aufnahmeschlitzes im Pumpenkopf keine Unterstützung erfahren würde, ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ein Stützring für diesen Dichtring vorgesehen, der den Aufnahmeschlitz überspannt. Damit wird die oben erwähnte Dichtheit der Ventilkammer des Überdruck-Ventils weiter verbessert.
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Eine weitere, sehr wichtige Fortbildung des Erfindungsgegenstandes betrifft die Erweiterung des Funktionsspektrums der erfindungsgemäßen Ventilmembran-Baugruppe über die drei erwähnten Ventilfunktionen Einlass-Auslass-Überdruck hinaus. Der Ventilkörper kann nämlich durch eine flexible, deformierbare Auslegung in einer Ringzone zwischen seinem Zentrum und äußeren Rand zusätzlich als sogenannte Saughilfe für den Ansaugtakt der Hubverdrängerpumpe dienen. Derartige Saughilfen sind grundsätzlich als getrenntes Bauteil bei solchen Pumpen bekannt und bestehen aus einem elastischen, nachgiebigen Bauteil im Ansaugtrakt der Pumpe, durch dessen Flexibilität Druckstöße in der ansaugseitigen Fluidsäule vermieden oder zumindest auf ein akzeptables Maß reduziert werden. Diese Saughilfe-Funktion ist aufgrund der erfindungsgemäßen Weiterbildung nun direkt in die Ventilmembran des Überdruck-Ventils integriert, wodurch ein zusätzliches Bauteil dafür entfallen kann. Dies vermindert den konstruktiven und montagetechnischen Aufwand für die Pumpe und verbessert weiter die Kompaktheit der im Pumpenkopf unterzubringenden Komponenten.
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Eine Anpassung der Ringzone an die gewünschten Spezifikationen der Saughilfe kann durch einen Variierung der Dicke und/oder der Härte des Materials des Ventilkörpers in dieser Ringzone vorgenommen werden.
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Die Erfindung betrifft schließlich auch die Ausbildung des Überdruck-Ventils per se, das in der vorstehend umrissenen Spezifikation mit Blattfeder-Unterstützung, zentralem Funktionsstössel, umlaufendem Dichtring, Lagerung über den Stützring und/oder spezieller Auslegung der Ringzone des Ventilkörpers als Saughilfe auch losgelöst von dem Einlass- bzw. Auslass-Ventil in einer Hubverdrängerpumpe vergebaut werden kann.
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Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der beigefügten Zeichnungen. Es zeigen:
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1 einen Schnitt durch eine Hubverdrängerpumpe entlang der Schnittlinie I-I nach 2,
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2 eine Draufsicht auf die Hubverdrängerpumpe nach 1,
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3 eine Draufsicht auf die in der Hubverdrängerpumpe gemäß 1 verbauten Ventilmembran-Baugruppe,
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4 einen Schnitt durch die Hubverdrängerpumpe entlang der Schnittlinie IV-IV nach 2, und
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5 einen Detailschnitt gemäß der Einzelheit V nach 4.
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Wie insbesondere aus 1 hervorgeht, weist die Membranpumpe 1 einen Pumpenkopf 2 mit einer Pumpkammer 3 auf, die von der aus einem gummielastischen Material bestehenden Membran 4 begrenzt ist. Letztere ist zentral an eine Pleuelstange 5 angekoppelt, die von einem Exzenter 6 in eine quer zur Hauptebene der Membran 4 verlaufende Oszillationsbewegung versetzt wird. Der Antrieb des Exzenters 6 erfolgt in üblicher Weise über einen nicht dargestellten Elektromotor.
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Im Pumpenkopf 2 sind in einem Ventilgehäuse 7 ein Einlass-Ventil 8 bzw. ein Auslass-Ventil 9 in einer Trennebene T angeordnet, die das Ventilgehäuse 7 in ein der Pumpkammer 3 zugewandtes Sockelteil 10 und ein darauf sitzendes Deckelteil 11 gliedert. In letzteren ist eine als Ganzes mit 12 bezeichnete Fluid-Verbindung angelegt, die ausgehend von einem Saug-Anschluss 13 der Pumpe einen Leitungskanal 14 zur Ventilkammer 15 des Einlass-Ventils 8 und von dort einen weiteren Leitungskanal 16 zur Pumpkammer 3 aufweist. Ferner gehören zu dieser Fluid-Verbindung 12 ein Leitungskanal 17 von der Pumpkammer 3 zur Ventilkammer 18 des Auslass-Ventils 9 und von dort ein Leitungskanal 19 zum Druck-Anschluss 20 der Pumpe.
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Die Ventile 8, 9 arbeiten als wechselseitig wirksame Rückschlagventile, deren grundlegende Funktion innerhalb der Membranpumpe 1 in Zusammenwirkung mit der Bewegung der Membran 4 üblich ist und daher keiner näheren Erläuterung bedarf.
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Die Membran-Ventile 8 bzw. 9 weisen – wie aus 3 deutlich wird – jeweils einen zentralen Ventilkörper 21e, 21a mit einer scheibenförmigen, elastischen Ventilmembran 22e, 22a auf, die über spiralförmig nach außen stehende Lagerarme 23e, 23a einstückig mit einem umlaufenden Lagerring 24e, 24a verbunden sind. Die Ventilmembranen 22e, 22a dichten dabei mit jeweils nicht näher dargestellten Ventilssitzen um die Mündungen des Leitungskanals 16 in die Ventilkammer 15 des Einlass-Ventils 8 bzw. die Mündungen des Leitungskanals 17 in die Ventilkammer 18 des Auslass-Ventils 9 ab. Mit den Lagerringen 24e, 24a sitzen die Ventilmembranen 22e, 22a jeweils zur Abdichtung der Fluid-Verbindung 12 in Aufnahmenuten 25e, 25a, die in der Trennebene T in den einander zugewandten Seiten von Sockel- und Deckelteil 10, 11 der Ventileinheit 7 eingeformt sind.
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Beim Saugtakt der Pumpe mit sich nach unten bezogen auf 1 bewegender Membran 4 hebt die Ventilmembran 22e des Einlass-Ventils 8 vom Ventilsitz ab und es kann das zu fördernde Fluid zwischen den Lagerarmen 23e vom Saug-Anschluss 13 kommend in die Pumpkammer 3 eintreten. Dabei ist das Auslass-Ventil 9 geschlossen. Beim Drucktakt der Pumpe mit sich nach oben bezogen auf 1 bewegender Membran 4 dichtet die Ventilmembran 22e des Einlass-Ventils 8 ab, die Ventilmembran 22a des Auslass-Ventils 9 hebt von ihrem Ventilsitz ab und gibt den Durchfluss des Fluids zwischen den Lagerarmen 23a zum Druckanschluss 20 der Pumpe frei.
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Wie aus den Zeichnungen ferner deutlich wird, ist ein Überdruck-Ventil 26 in der Pumpe vorgesehen, das grundsätzlich als Membran-Rückschlagventil ausgelegt ist. Es ist zur Steuerung eines Fluid-Stromes in einer zusätzlichen Fluid-Verbindung 27 im Pumpenkopf 2 vorgesehen, die durch einen entsprechenden Leitungskanal 28 vom saugseitigen Leitungskanal 14 zur Ventilkammer 29 des Überdruck-Ventil 26 und einen weiteren Leitungskanal 30 von dort zum druckseitigen Leitungskanal 19 führt. Durch die Fluid-Verbindung 27 ist also ein direkter Fluid-Durchtritt von der Druckseite der Pumpe zu ihrer Saugseite möglich, wobei durch das noch näher zu erörternde Auslöseverhalten des Überdruck-Ventils 26 eine Druckentlastung bei zu hohen Druckverhältnissen auf der Druckseite der Pumpe gesichert werden kann.
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Das Überdruck-Ventil 26 weist als Herzstück einen im Ganzen mit 31 bezeichneten, membranartigen Ventilkörper mit einem zentralen, beidseitig quer zur Hauptebene des Ventilkörpers 31 abstehenden Funktionsstössel 32, einer diesen umgebenden, weich ausgelegten Ringzone 33 und einem wiederum diese umgebenden Dichtring 34 auf.
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Wie aus 1 und 3 deutlich wird, sind die Ventilkörper 21e, 21a, 31 von Einlass- 8, Auslass- 9 und Überdruck-Ventil 26 in einer gemeinsamen Ebene angeordnet, die in der in 1, 4 und 5 gezeigten Montageposition mit der Trennebene T zusammenfällt. Ferner sind die drei Ventilkörper 21e, 21a, 31 in einer in 3 erkennbaren Dreieckskonfiguration zueinander angeordnet und durch Verbindungsschenkel 35, 36, 37 aus dem Membranmaterial einstückig miteinander verbunden. Die Ventilkörper-Baugruppe 38 in Dreieckskonfiguration ist flach gleichschenklig, wobei die Ventilkörper 21e, 21a von Einlass- 8 und Auslass-Ventil 9 an den Ecken der Basis der Dreieckskonfiguration 38 und der Ventilkörper 31 des Überdruck-Ventils 26 an der Spitze der Dreieckskonfiguration angeordnet sind. Der Basiswinkel BW der Dreieckskonfiguration 38 beträgt dabei knapp 45°.
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Die Dreieckskonfiguration 38 wird bei abgenommenem Deckelteil 11 des Pumpenkopfs 2 in eine entsprechende, in den Zeichnungen nicht näher dargestellte Aufnahme in Sockelteil 10 eingelegt, wobei die Lagerringe 24 der Ventilkörper 21e, 21a in den entsprechenden Aufnahmenuten 25 im Sockel- 10 und Deckelteil 11 sitzen.
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Unter Bezugnahme auf die 4 und 5 ist ferner eine Vorspannung des Ventilkörpers 31 des Überdruck-Ventils 26 näher zu erläutern. So ist in der geschilderten Einbauposition im Sockelteil 10 der Ventileinheit 7 ein zentral unterhalb des Ventilkörpers 31 parallel zum Verbindungsschenkel 35 verlaufender Aufnahmeschlitz 39 mit einer darin eingelegten Blattfeder 40 vorgesehen. Letztere stützt sich mit ihren Enden auf Absätzen 41 im Sockelteil 10 ab und beaufschlagt den Funktionsstössel 32 des Ventilkörpers 31 des Überdruck-Ventils 26 in dessen Schließrichtung S. Zwischen dem Ventilkörper 31 und dem Aufnahmeschlitz 39 ist ein Stützring 42 eingefügt, in dem der Dichtring 34 des Ventilkörpers 31 sitzt. Der Stützring 42 überspannt den die Blattfeder 40 aufnehmenden Aufnahmeschlitz 39, wodurch die Dichtfunktion des Dichtrings 34 über dessen gesamten Umfang gewährleistet ist.
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Durch die Beaufschlagung des Funktionsstössels 32 in Schließrichtung S mittels der Blattfeder 40 sitzt der Kopf 43 des Funktionsstössels 32 mit einer entsprechenden Vorspannkraft auf dem Ventilsitz 44, der in der Ventilkammer 29 um die Mündung des Leitungskanals 30 zum Druckanschluss 20 angeordnet ist. Herrscht auf der Druckseite der Pumpe ein derart hoher Druck, dass die Vorspannkraft des Funktionsstössels 32 überwunden wird, hebt dieser vom Ventilsitz 44 ab und gibt das Überdruck-Ventil 26 frei. Damit erfolgt ein Druckausgleich direkt von der Druck- zur Saugseite der Pumpe, diese ist also auf ihrer Druckseite geschützt gegen einen schädlichen Überdruck, der einen durch die Vorspannkraft definierten Grenzdruck überschreitet. Sobald der Grenzdruck wieder unterschritten ist, schließt das Überdruck-Ventil und die Pumpe arbeitet wieder normal.
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Durch die Gestaltung des Ventilkörpers 31 des Überdruck-Ventils 26 ist eine weitere Funktion, nämlich die einer sogenannten Saughilfe in die Ventilkörper-Baugruppe 38 integriert. Die Ringzone 33 zwischen dem Funktionsstössel 32 und dem Dichtring 34 des Ventilkörpers 31 ist nämlich relativ nachgiebig flexibel durch eine entsprechende Shore-Härte und/oder begrenzte Materialdicke der Ringzone 33 ausgelegt und bildet damit eine gut deformierbare Ringmembran, die über den Leitungskanal 28 ständig mit der Saugseite der Pumpe in Verbindung steht. Druckstöße auf der Saugseite können durch eine Deformation dieser Ringzone 33 ausgeglichen werden, was die Funktion einer üblichen, als getrenntes Bauteil in Hubverdrängerpumpen eingebauten Saughilfe nachbildet.
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Die Ventilkörper-Baugruppe 38 kann beispielsweise als Spritzguss-Teil aus einem thermoplastischen Kunststoff gefertigt werden. Auch ein Ausstanzen aus einem elastischen Flächenmaterial ist möglich, wobei dann der Funktionsstössel 32 noch entsprechend angebracht werden muss.
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Schließlich ist darauf hinzuweisen, dass das Überdruck-Ventil 26 in der gezeigten und beschriebenen Konfiguration auch losgelöst von der Ventilkörper-Baugruppe 38, also ohne die Verbindungsschenkel 36, 37 in einer Hubverdrängerpumpe verbaut werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2014/150397 A1 [0002]
- EP 2372157 B1 [0003]
