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Kolbenpumpe für zähflüssige Medien.
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Die Erfindung betrifft eine Pumpe für zähflüssige Medien mit einem
in das Fördermedium eintauchenden Pumpenzylinder und einem Druckluftzylinder' wobei
die beiden Kolben auf einer gemeinsamen Kolbenstange angeordnet sind.
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Es ist bereits eine derartige Pumpe mit einem rohrförmigen Gehäuse
bekannt, an dessen unterem Ende der Arbeitszylinder ausgebildet ist. Der hierin
bewegliche Pumpenkolben ist verschiebbar auf der Kolbenatange angeordnet und wird
dort durch zwei Anschläge fixiert. Zwischen dem Kolben und der Kolbenstange ist
eine Auslaßöffnung vorgesehen, die durch den unteren der beiden Anschläge während
des Saughubs verschlossen wird. Die Einlaßöffnung befindet sich im Zylinderboden
und ist mittels eines Kugelrückschlagventils während des Druckhubs verschließbar.
Das Fördermedium steigt durch die Auslaßöffnung in dem rohrförmigen Gehäuse hoch
und tritt an dessen oberem Ende durch eine Anschlußbohrung in.
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die Förderleitung über. Auf dem Druckluftzylinder ist eine Drehachiebersteuerung
befestigt' die durch eine Verlängerung der Kolbenstange betätigt wird. Diese bekannte
Kolben pumpe weist eine Vielzahl von mit engen Toleranzen zu fertigenden É;nzelteilen
auf und ist daher äußerst kostspielig.
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Sie ist sehr empfindlich gegen das Eindringen von Fremdkörpern mit
dem Fördermedium' die sich z.B. zwischen dem Schleppkolben und den Anschlägen auf
der Kolbenstange festsetzen konnen, wodurch die Pumpe funktionsunfähig wird.
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Außerdem ist die Pumpe nur schwer zu reinigen, da die enge Auslaßöffnung
zwischen Kolben und Kolbenstange und das gesamte Gehäuseinnere nur bei einer weitgehenden
Demontage zu erreichen sind.
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Weiter ist eine Kolbenpumpe für Flüssigkeiten bekannt, bei welcher
der ins Fördermedium eintauchende Arbeitszylinder durch mehrere dünne Rohre mit
einem Druckluftzylinder verbunden ist. Der Druckluftkolben, der Pumpenkolben sowie
ein Verdrängerkolben sitzen auf einer gemeinsamen massiven Kolbenstange und werden
durch eine entsprechende Steuerung der Druckluft zusammen bewegt.
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Im Boden des nach oben durch den Verdrängerkolben ständig abgeschlossenen
Pumpeneylinders ist ein Saugventil angeordnet, während sich das Auslaßventil im
Pumpenkolben befindet. Das Fördermedium wird während der Abwärtsbewegung des Kolbens
bei geschlossenem Saugventil durch das Auslaßventil hindurch in einen Sammelraum
gedrückt und beider Aufwärtsbewegung durch den Kolben in einem der Verbindungsrohre
zu einer Anschlußbohrung gehoben. Auch bei dieser bekannten Pumpe ist das Innere
des Pumpenzylinders und das Auslaßventil erst nach einer teilweisen Demontage zu
erreichen, so daß ein Entfernen von eingedrungenen Fremdkörpern oder von verhärteten
Rückständen des Fördermediums äußerst zeitraubend ist. Außerdem ist diese sowie
auch die oben beschriebene bekannte Pumpe nicht gut zur Förderung von extrem zähflüssigen
Medien geeignet, da diese durch das enge Einlaßventil nur sehr langsam nachfließen,
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten Ausführungen
zu beheben und eine Kolbenpumpe für zähflüssige Medien zu schaffen, die einfach
aufgebaut und unempfindlich gegen das Eindringen von Festkörpern ist, die leicht
gereinigt werden kann und eine weitgehend umlenkungsfreie und damit schonende Führung
des Fördermediums auSweist. Zudem soll eine sichere Förderung auch extrem zähflüssiger'
pastöser Medien erreicht werden.
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Diese Aufgabe wird bei einer Pumpe der eingangs genannten Art erfindungsgemäß
einmal dadurch gelöst daß der Pumpenkolben und die Kolbenstange zur Bildung einer
Außlaß8ffnung bzw. einer Förderleitung hohl ausgeführt sind und die Auslaßöffnung
in
an sich bekannter Weise mit einem Rückschlagventil; vorzugsweise einem Eugelventil,-versehen
ist und daß zwischen dem an einer Seite geschlossenen Pumpenzylinder und dem Druckluftzylinder
vorzugsweise drei den Pumpenkolben führende, stangenartige Verbindungselemente angeordnet
sind, wobei zwischen der offenen Seite des Pumpenzylin~ ders und dem im Bereich
des oberen Totpunkts befindlichen Pumpenkolben eine ringförmige Einlaßöffnung verbleibt.
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Die Wirkungsweise dieser Ausführung der erfindungsgemäßen Pumpe wird
im folgenden beschrieben. Es wird dabei davon ausgegangen, daß die Pumpe derart
in einem Behälter o.dgl. angeordnet ist, daß der Pumpenzylinder in das Fördermodium
eintaucht und der Kolben des Druckluft zylinders und damit der Pumpenkolben die
untere Totlage einnehmen. wird nun der Pumpenkolben durch eine entspechende Steuerung
der Druckluft nach oben bewegt, so schließt sich das in der Auslaßöffnung vorgesehene
Rückschlagventil und es entsteht in dem abgeschlossenen Pumpenzylinder ein Unterdruck.
Kurz vor Erreichen der oberen Tot lage hat sich der Pumpenkolben völlig aus dem
Pumpenzylinder herausbewegt, so daß nun zwischen dem Zylinderrand und dem Kolbenboden
eine ringförmige, nur durch" die stangenfo'rtigen Verbindungselemente unterbrochene
Einlaßöffnung entsteht. Die Kolbenführung erfolgt hier allein durch die stangenförmigen
Verbindungselemente.
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Durch den im Pumpenzylinder herrschenden Unterdruck wird das Fördermedium
durch die Einlaßöffnung in den Zylinder bewegt. Da die Einlaßöffnung infolge der
erfindungsgemäßen Ausbildung einen äußerst großen Querschnitt aufweist und die Saugwirkung
unterstützt vom statischen Druck des Fördermediume, sehr stark ist, könne auch sehr
zähflüssige bzw. pastöse Medien sicher gefördert werden. Bei der nun folgenden Abwärtsbewegung
des Pumpenkolbens wird zuerst die Einlaßöffnung verschlossen und dann das im Zylinder
befindliche Medis durch das sich öffnende Rd'ckschlagrentil in die hohle Kolbenstanze
gedrückt. Am oberen Ende der Kolbenstange
ist zur Weiterleitung
des Fördermediums zweckmäßigerweise ein elastischer Schlauch angeschlossen, der
sich der Bewegung der Kolbenstange anpassen kann.
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Da die Führung des Pumpenkolbens der erfindungsgemäßen Pumpe in erster
Linie durch die stangenförmigen, vorzugsweise einen kreisförmigenWQuerschnitt aufweisenden
Verbindungselemente erfolgt, kann das Spiel zwischen Kolben und Zylinder relativ
groß gehalten werden. Hierdurch werden zum einen große Herstellungstoleranzen und
damit eine kostengünstige Fertigung ermöglicht und zum anderen eine Unempfindlichkeit
gegen Verschmutzungen und Fremdkörper im Fördermedium erreicht. Eventuelle Leckverluste
sind infolge der großen Viskosität des Fördermediums gering und können sich nicht
nachteilig auswirken, dar Pumpenkolben völlig vom Fördermedium umgeben ist. Die
Pumpe ist sehr leicht- zu reinigen, da der Pumpenzylinder und die Auslaßöffnung
von außen zu erreichen sind, wenn der Pumpenkolben in der oberen Totlage steht,
und die stangenförmigen Verbindungselemente und der Pumpenkolben von allen Seiten
zugängig sind. Ein spezielles Einlaßventil ist nicht vorhanden, wodurch eine wesentliche
Störungsquelle entfällt. Durch die erfindungsgemaße AuSbildung der Kolbenführung
wird schließlich auch erreicht, daß ein Verhärten des dünnen Films des Fördermediums
zwischen Kolben und Zylinder und damit ein Festsetzen des Kolbens verhindert wird,
sofern sich dieser in der oberen Totlage befindet. Dies ist besonders für die Förderung
von Beim und beim Arbeiten mit Förderpausen gunstig, wodurch sich die erfindungsgemäße
Pumpe für die Verwendung als Klebstoffpumpe in Etikettiermaschinen eignet. Weitere
vorteilhafte Anwendungsmöglichkeiten für diese erfindungsgemäße Pumpenausführung
ergeben sich in der Nahrungsmittelindustrie, insbesondere zur Förderung von Konfitüren,
Marmeladen o.dg da die Gefahr des Zerstückelns und Zerquetschens der Früchte zegendber
den bekannten Pumpen mit ihrer Vielzahl von Engpässen und Umlenkungen für dns Fö.rdermedium
stark herab-PMeFetzt
Ein anderes vorteilhaftes Merkmal der Erfindung
besteht darin, daß das Befestigungsmittel für den Pumpenkolben auf der hohlen Kolbenstange
gleichzeitig das Haltemittel für den Ventilkörper des Rückschlagventils bildet.
Hiermit ergibt sich eine einfache Bauweise.
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Eine zweite gleichwertige Lösung der der Erfindung grunde liegenden
Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß bei einer Pumpe der eingangs genannten
Art der Pumpenkolben und die Kolbenstange zur Bildung einer Auslaßöffnung bzw. einer
Förderleitung hohl auæCeführt sind, wobei der freie Qutrschnitt des hohlen Kolbens
und /oder der hohlen Kolbenstange derart ausgebildet ist, daß dem Durchfluß des
Fördermediums so hoher Widerstand entgegengesetzt wird, daß ein Rückfließen des
bereits geförderten Mediums in den Pumpenzylinder während des Saughubs weitgehend
verhindert wird, und daß zwischen dem nach unten abgeschlossenen Pumpenzylinder
und dem Druckluftzylinder vorzugsweise drei den Pumpenkolben führende, stangenartige
Verbindungselemente angeordnet sind, wobei zwischen der offenen Seite des Pumpenzylinders
und dem im Bereich des oberen Totpunkts befindlichen Pumpenkolben eine ringförmige
Einlaß~ öffnung verbleibt. Eine besonders zweckmäßige Ausführung wird nach einem
weiteren Merkmal der Erfindung durch eine düsenartige Ausbildung der Auslaßöffnung
geschaffen.
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Die zweite Ausführung einer erfindungsgemäßen Pumpe arbeitet ähnlich
wie die erste, sie weist jedoch kein Ventil im herkömmlichen Sinn auf. Bei der Abwärtsbewegung
des Pumpenkolbens wird das Fördermddium infolge des sich im Zylinder aufbauenden
Drucks, der im allgemeinen ein mehrfaches des atmosphörischen Drucks beträgt, durch
die düsenartige Auslaßöffnung in die hohle Kolbenstange gedrückt. Bei der Aufwärtsbewegung
dagegen fließt, bei entsprechender Auslegung der Düse, nur ein Bruchteil des
bereits
geförderten Mediums zurück, da der sich aufbauende Unterdruck im Zylinder maximal
einen auf das Fördermedium einwirkenden Druck von der Größe des atmosphärischen
Drucks hervorrufen könnte. Die Einbuße an Förderleistung ist deshalb gering. Dafür
ist diese Ausführung der erfindungsgemäßen Pumpe äußerst einfach aufgebaut, weist
keine beweglichen Ventile auf und besitzt daher eine große Betriebssicherheit.
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Zur näheren Erläuterung der Erfindung werden im folgenden zwei Ausführungsbeispiele
anhand der Zeichnung beschrieben.
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Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Pumpe
mit Rückschlagventil, wobei die Kolben die untere Totlage einnehmen, Fig. 2 einen
Längsschnitt durch denrunteren Teil der Pumpe nach Fig. 1, wobei der Pumpenkolben
die obere Totlage einnimmt, Fiz. 3 eine Draufsicht der Pumpe nach Fig. 1, Fig. 4
einen Längsschnitt durch den unteren Teil einer ventillosen Pumpe, Fig. 5 eine perspektivieche
Ansicht des unteren Teils der Pumpe nach Fig, 1 bzw. 4.
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Die Pumpe nach Fig. 1 bis 3 weist einen Pumpenzylinder 1 und einen
Druckluftzylinder 2 auf, die durch drei Stangen 3 von kreisförmigem Querschnitt
verbunden sind. Die Stangen 3 sind beispielsweise in den Boden des Druckluftzylinders
2 eingeschraubt und am anderen Ende mit Gewindezapfen 4 versehen, auf denen der
rt ofige Pumpenzylinder 1 und ein Deckel 5 befestigt sind. Der innerhalb des Pumpenzylinders
1 bewegliche Pumpenkolben 6 wird durch einen 'Stift 7 auf der hohlen Kolbenstange
8 gehalten und besitzt eine Bohrung
mit einem Absatz, der zur Bildung
des Auslaßventils'mit einer Kugel 9 zusammenwirkt. Der Stift 7 dient gleichzeitig
als Begrenzungsmittel Nr die Bewegung der Ventilkugel 9.
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In Fig. 1 nimmt der Pumpenkolben 6 die untere Totlage ein, während
er sich in Fig. 2 in der oberen Totlage befindet.
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Hierbei wird zwischen dem oberen Rand des Pumpenzylinders 1 und dem
Pumpenkolben 6, wie insbesondere auch aus Fig. 5 ersichtlich, eine ringgörmige Einlaßöffnung
von großem Querschnitt gebildet, wodurch auch bei extrem zähflüssigen Medien eine
gute Füllung erreicht wird. Der innerhalb des Druckluftzylinders 2 bewegliche Antriebskolben
10 sitzt ebenfalls auf der hohlen Kolbenstange 8 und ist durch mehrere nicht dargestellte
Schrauben mit einem Haltering 11 verbunden, Der Haltering 11 hat eine konische Bohrung
und stützt sich auf dem konischen Mantel eines geschlitzten Rings 12 abb der in
eine Ringnut der Kolbenstange 8 eingreift Wie aus Fig.3 zu ersehen, ist der'Druckluftzylinder
2 durch einen mit mehreren nicht dargestellten Schrauben befestigten Deckel 13 verschlossen,
an dem zur besseren Handhabung der Pumpe zwei Griffe 14 ausgebildet sind. Ferner
sind auf der Kolbenstange 8 zwei verstellbare Anschläge 15 angeordnet, die über
einen Schlepphebel 16 eine Schaltstange 17 im Ventilgehäuse 18 verschieben. Das
Ventilgehäuse 18 ist seitlich' am Druckluftzylinder 2 befestigt und steht durch
zwei Kanäle mit dem Druckraum in Verbindung. Die DruckluStstauerung im Ventilgehäuse
18, die nicht weiter dargestellt ist, besteht z.B. aus einem. bekannten Umsteuerventil
mit zwei durch Rändelschrauben 19 verstellbaren Drosseln das über zwei Entlüftungsventile
mit Schaltstiften und Anschläge auf der Schaltstange 17 betätigt wird. Die Kolbengeschwindig
keit für den Sauf- und den Druckhub kann so durch die Drosseln getrennt eingestellt
und auf die Viskosität des Fördermediums und die gewünschte Fördermenge eingeregelt
werden.
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Am oberen Ende der hohlen Kolbenstange 8 ist zur Weiterleitung des
Fördermediums ein elastischer Schlauch 20 angeschlossen, der sich der Bewegung der
Kolbenstange anpassen kann.
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Auf den drei Stangen 3 ist eine Halterung 21 für einen konischen Deckel
22 verschiebbar angeordnet, die durch eine Rändelschraube 23 fixiert werden kann.
Auf diese Weise ist ein einfaches Aufsetzen der Pumpe auf einen strichpunktiert
angedeuteten Behälter 24, ein Leimgebinde o.dgl., auch bei unterschiedlichen 'Duthmessern
und Höhen möglich.
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In Fig. 4 ist der untere Teil einer ventillosen Ausführung der erfindungsgemäßen
Pumpe dargestellt. Die im Kolben 6 vorgesehene Auslaßöffaung'besitzt die Borm einer
Düse 25, die,infolge ihres hohen Druchflußwiderstandes, die Punktion eines Rückschlagventils
übernimmt. Ihr Durchmesser ist von der Viskosität des Fördermediums abhängig, d.h.
je größer die Viskosität, desto größer kann die Düsenöffnung sein.
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Die Duse kann auch getrennt hergestellt und in eine Bohrung des Kolbens
eingesezt werden. Bei einer entsprechend engen Auslegung der Bohrung der hohlen
Kolbenstange und dem damit bereits vorhandenen hohen Druchflu ßwiderstand kann die
Düse wegfallen. Im übrigen ist diese Ausführung genauso wie die Pumpe nach Fig.
1 bis 3 aufgebaut.
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DiesePumpe ist vor allem bei hochviskosen Medien und geringen Förderleistungen
zweckmäßig, beispielsweise zur Förderung von Leim in Etikettiermaschinen.
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Die beschriebent Ausführungen der erfindungsgemäßen Pumpe für zähflüssige
Medien stellen nur Beispiele dar und es sind verschiedene konstruktive Abänderungen
möglich, so können beispielsweise anstatt der drei Verbindungsstangen auch zwei
oder vier gewählt werden und es kann eine andere Druckluftsteuerung Verwendung finden.
In jedem Falle wird durch die Erfindung eine einfache, robuste und betriebssichere-Pumpe
geschaffen, die beträchtliche Vorteile bei der Förderung zähflüssiger Medien erbringt.