DE2338423A1 - Hochdruckpumpe mit regeleinrichtung zur vermeidung von druckanstiegen bei besonderen betriebsbedingungen - Google Patents

Description

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Anmelderi Heinz Norbert Körsgen

7772 Uhldingen-Mühlhofen 2 Waldweg 34

Bezeichnung: Hochdruckpumpe mit Regeleinrichtung zur Vermeidung von Druckanstiegen bei besonderen Betriebsbedingungen.

Beschreibung.

Die Erfindung bezieht sich auf Hochdruckpumpen, insbesondere Hochdruck-Membranpumpen mit starr angetriebener Membran zur Förderung dickflüssiger Medien wi« Farben und Lacke und ist insbesondere τοη Bedeutung für die Vermeidung hoher Druckanstiege beim Schließen der an solchen Puapen betriebenen Spritapistolen. Der Betrieb solcher Pumpen bei geschlossener Spritzpistole oder rerstopfter Spritzdüse stellt eine besondere, kritische Betriebsbedingung dar.

Ea sind bereits Hochdruck-Membran-Farbspritzgeräte bekannt, bei denen über eine mechanisch angetriebene Kolbenpumpe Drucköl erzeugt wird zum Antrieb einer der Kolbenpumpe nachgeschalteten Membranpumpe zur Förderung des Spritzmediums. Die Membran ist hierbei mit dem Kolben der Kolbenpumpe nicht mechanisch Terbunden. Sie wird lediglich durch einseitige pulsierende Beaufschlagung mit Drucköl der Kolbenstufe in pumpende Bewegung Tersetzt, wobei das Drucköl gleichzeitig die rückwärtige Abstützung der Membran gegen das Spritzmediu» übernimmt.

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Hochdruckpumpen dieser Art lassen sich über den Ölkreislauf der Kolbenstufe sehr gut und feinfühlig regeln. Sie- haben jedoch den Nachteil eines schlechten Wirkungsgrades der Membranstufe. Hervorgerufen durch unkontrollierbare und ungleichmäßige Bewegungen der im wesentlichen frei schwingenden membran, werden die Schließ- und Öffnungszeiten des Ansaugventile ungünstig beeinflußt, was zu einem schlechten Füllgrad führt. Dieses äußert sich auch darin, daß besonders zähflüssige Medien von solchen Pumpen entweder überhaupt nicht oder nur in verdünntem Zustand angesaugt werden, wodurch die Einsatzmöglichkeit der Pumpen begrenzt ist.

Es sind auch bereits Hochdruck-Membran-Farbspritzgeräte bekannt, bei denen die Membran zwangsweise über einen mit ihr fest verbundenen Stößel mechanisch angetrieben wird. Solche Geräte besitzen infolge der erzwungenen gleichmäßigen Bewegung der Membran einen guten Wirkungsgrad, und es können alt ihnen auch zähflüssige Medien besser gefördert werden. Ein erheblicher Nachteil ist jedoch in der schlechten Regelbarkeit solcher Geräte zu sehen. Insbesondere bei plötzlich geschlossener Farbspritzpistole wächst der Druck des Mediums infolge der erzwungenen Bewegung der starr angetriebenen Membran schlagartig an und kann zur Zerstörung des Gerätes bzw. einzelner seiner Teile führen.

Zur Verhinderung solcher unerwünschter Druckanstiege ist es bekannt, den antreibenden Elektromotor über einen druckabhängigen Schalter so lange abzuschalten, bis der Bedienende die Spritzpistole wieder öffnet und dadurch der Druck abfällt. Diese Lösung

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hat den Hinge 1, dad der i'ctor infolge des sehr.oft auftretenden Anlaufstromes und der damit verbundenen zusätzlichen Erwärmung leistungsmäjsig· nicht voll ausgenutzt werden kann und seine Lebensdauer sich verkürzt.

Auch die Verwendung eines Überdruckventils zur Verhinderung des Druckanstiegs bei geschlossener Spritzpistole ist bekannt. Diese Lösung hat den Nachteil-, daß bei geschlossener Pistole das ,gesam- · te, von der Pumpe geförderte Medium über das Überdruckventil abgeleitet wird. Hierzu wird dem Antriebsmotor ein Maximum an Leistung entnommen, die zum größten Teil am Überdruckventil in Wärme umgesetzt wird. Abgesehen davon, da3 in vielen Fällen eine Erwärmung des Farbmediums unerwünscht und aus Sicherheitsgrünien nicht gestattet ist, muß auch mit einer Zersetzung der Farbe bei längerem Umlauf unter Druck über das Überdruckventil gerechnet werden»

Ebenfalls bekannt ist eine Hochdruckpumpe mit starr angetriebener Membran, bei der zur Vermeidung von Überdrucken "bei geschlossener Spritzpistole ein vom entstehenden Überdruck beaufschlagter Arbeitskolben ein Hebelgestänge betätigt, mittels dem über einen Schaltstift der Schließkörper des Einlaßventils der Pumpe abgehoben wird, so daß das Einlaßventil dauernd geöffnet ist und die Pumpe keinen Druck mehr aufbaut. Der zur Abhebung des Einlaßventils erforderliche auf den Arbeitskolben wirkende Druck des Mediums steht so lange an, bis die Spritzpistole wieder geöffnet wird. Infolge des dann auftretenden Druckabfalls wird der federbelastete Arbeitskolben so verschoben, daß das Eingangsventil vom hebelbetätigten Schaltstift in seiner Bewegung nicht mehr blockiert wird und wieder arbeitet.

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Nachteilig an dieser Lösung ist der hohe mechanische Aufwand für das Hebelgestänge mit Lagerstellen und Schaltstift, der exakter Führung bedarf. Als Mangel hat sich auch die mechanische Abnutzung des Schaltstiftes herausgestellt, der bei jedem Regelvorgang gegen die Kugel des Einlaßventils stößt. Eine zusätzliche Abnützung ergibt sich aus der Anordnung des Schaltstiftes in der Ansaugbohrung der Pumpe, wo das vorbeiströmende, meist abrasive Farbmedium, dauernd schmirgelnden Einfluß ausübt. Auch kommt es häufig zu Verklebungen der dem Farbstrom ausgesetzten Betätigungsmechanik.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der Nachteile und Mängel bereits bekannter Konstruktionen, eine Hochdruckpumpe, insbesondere Membranpumpe zur Förderung dickflüssiger Medien wie Farben und Lacke,zu schaffen, bei der die beim Schließen der vorgeschalteten Farbspritzpistole auftretende Druckerhöhung weitgehend vermieden wird und der antreibende Motor entlastet bleibt, so lange die Spritzpistole geschlossen ist.

Gemäß der Erfindung wird die gestellte Aufgabe gelöst durch druckabhängiges Zuschalten eines hydraulischen Leitungsweges an geeigneter Stelle parallel zum Einlaßventil der Hochdruckpumpe zwecks Beeinflussung der Wirksamkeit des Eingangsventile auf rein hydraulischem Wege.

In den Zeichnungen ist die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht und beschrieben. Abbildung 1 zeigt einen Schnitt der Hochdruckpumpe. Abbildung 2 zeigt einen Schnitt durch die Ebene A-A der Abbildung 1.

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Der im Ausfiihrungsbexspiel als Elektromotor dargestellte Antriebsmotor 1 treibt über einen auf seiner Welle gelagerten Exzenter 2 einen in der Laufbuchse 3 geführten Stößel 4 an.» der mit einer Membran 5 fest verbunden ist und diese zwangsweise in hin- und hergehende Bewegung versetzt. Über die Rückholfeder 6 wird stetige Auflage des Stößels 4 &m. Exzenter 2 erreicht. Durch die erzwungene Bewegung der Membran 5 wird das zu fördernde Medium während der Saugphase über eine Einlaßbohrung 7 und ein aus Tentilring 8 und Ventilkegel 9 bestehendes Ansaugventil» das auch als Kugelventil ausgebildet sein kann, in den Saugraum 10 angesaugt. Von hier·/ aus gelangt das Medium während der Druckphase der Membran über die Bohrung 11 an das aus Ring 12 und Yentilkugel 13 bestehende Auslaßventil. Diese öffnet sich durch den membraneeitig anstehenden Druck, wodurch das Medium pulsierend in den Raum 14 und weiter über den Stutzen 15 und den Druckschlauob 16 zur Spritzpistole 17 gelangt.

Mit einer der Spritzpistole 17 zugeordneten Düse wird das geförderte Medium bei geöffneter Spritzpistole zerstäubt. Der hierbei maximal auftretende Spritzdruck richtet sich im wesentlichen nach dem Hubvolumen der Membran, nach der Drehzahl des Antriebsmotor und nach der Größe der in der Spritzpistole befindlichen Düsenöffnung. Sind durch die Konstruktion des Gerätes da* Hubvolumen und die Irehsahl konstant vorgegeben, so richtet sich der auftretende Spritzdruck im wesentlichen nur nach ä.9T Größe der Düsenöffnung. Bei großer Düsenöffnung fällt der Druck ab, bei kleiner Düsenöffnung steigt der Druck an. Bei geschlossener Spritzpistole und laufendem Antriebsmotor steigt der Druck schlagartig an, bis

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entweder ein Konstruktionsteil des Aggregates der Belastung nicht mehr Stand hält, oder bis der Antriebsmotor infolge Überlastung s tehen bleibt.

Zur Vermeidung dieses unerwünschten, gefährlichen Betriebszustandes ist der Baum I4 mit einer Bohrung 18 verbunden, in welcher ein Steuerkolben 19 verschiebbar gelagert ist. Bei Überschreiten eines bestimmten Druckes Ib Haus I4 wird der Steuerkolben 19 gegen die Kraft der Torgespannten und auf den Druck abgestimmten Federsäule verschoben, bis die Kolbenringnut 21 die Bohrungen 22 und 23 miteinander verbindet. Die Bohrung 22 ist über die Bohrung 11 mit dem Saugraum 10 verbunden. Die Bohrung 23 steht über die Bohrung 24 und 25, wie aus ABB.2 ersichtlich, mit der Binlaöbohrung 7 in Verbindung. Gegen den Raum I4 ist die Kolbenringnut 21 abgedichtet mittels O-Bing 26. Der O-Ring 27 dient ebenfalls der Abdichtung.

Durch die Verschiebung des Steuerkolbens 19 wird mit Hilfe der Kolbenringnut 21 eine Verbindung des Saugraumes 10 mit der Einlaßbohrung 7 bewirkt. Diese Verbindung ist eine Parallelverbindung sum leg über das Ansaugventil, wodurch dessen abwechselnde Schließ- und Öffnungsfunktion wirksam unterbrochen wird und die Membran 5 nicht mehr in der Lage ist, weiteren Druck aufiubauen. Die Membran schiebt über die hydraulische Verbindung des Saugraumes 10 mit der Binlaßbohrung 7 parallel zum Ansaugventil die angesaugte Flüssigkeitsmenge lediglich hin und her.Hierbei ist der Saufraum 10 im wesentliche» drucklos und die Membran 5 in ihrer Bewegung kaam behindert, wodurch auch der Antriebsmotor entlastet wird. Der im Verhältnis su Saugraum 10 hohe Druck im Kaum 14 bewirkt gleichseitig »in festes Schließen der Ventilkugel 13 des Attslairentils.

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Hierdurch bleibt zwischen dem Auslaßventil und der geschlossenen Spritzpistole 17 der hohe Druck erhalten, wobei der Druckschlauch die Funktion eines elastischen Druckspeichers ausüben kann. Erst nach de« Öffnen der Spritzpistole 17 fällt der Druck im Raue 14 ab, entsprechend der an der Spritzpistole verwendeten Düsenöffnung. Die Federsäule 20 verschiebt den Steuerkolben 19 in Richtung des Raumes 14· Hierdurch wird die Verbindung des Saugraumes 10 mit der Einlaßbohrung 7 über die Kolbenringnut 21 unterbrochen. Das Ansaugventil stellt wieder den einzigen Zugang von der Einlaßbohrung 7 zum Saugraum 10 dar, und die Membran 5 fördert unter Druck das Medium über die Bohrung 11 zur Spritzpistole 17*

Bleibt die Spritzpistole bei laufendem Antriebsmotor längere Zeit geschlossen, so kann die Regelbewegung des Steuerkolbens 19 auch eingeleitet werden durch Druckabfall im Raum 14 infolge Leckverlustes zwischen Auslaßventil und dem Ventil der Spritzpistole. Zn dieses Fall genügen wenige Bewegungen der Membrane, um den ursprünglichen Druck im Raun 14 wieder zu eireichen und die Regelung erneut einzuleitern.

Die im gezeigten Ausführungsbeispiel fest vorgespannte Federsäule kann mittels Drehknopf in geeigneter Weise auch variabel vorgespannt werden, wodurch sich eine kontinuierliche* Druckregelung des Spritzmediums auch bei geöffneter Spritzpistole erreichen läßt, je nach verwendeter Düsengröß·.

Die Merkmale der Erfindung sind in ihrer Anwendung nicht auf Membranpumpen beschränkt. Sie können auch bei anderen Pumpensystemen, die Ansaug- und Auslaßventile besitzen, beispielsweise Kolbenpumpen

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sinnvoll angewendet werden.

Gemäß der Erfindung lassen sich die beim Schließen der Spritzpistole auftretenden unerwünschten und für das Pumpenaggregat schädlichen schlagartigen Druckerhöhungen auf einfache, kostensparende Weise vermeiden. Das Einbringen weniger Bohrungen zur Beeinflussung des Ansaugventils und damit der Druckentwicklung der Pumpe auf rein hydraulischem Wege stellt eine wesentliche Vereinfachung und infolge der im Vergleich zu mechanischen Systemen äußerst geringen Störanfälligkeit auch eine wirtschaftliche Verbesserung und Neuerung gegenüber dem bisher Bekannten dar.Die Regeleinrichtung gemäß der Erfindung unter Verwendung eines Minimums an beweglichen Teilen ist durch ihre einfache Herstellungsmöglichkeit im Hinblick auf den internationalen Wettbewerb auch volkswirtschaftlich bedeutungsvoll.

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Claims (1)

1. Patentansprüche:

   (1 ο!Hochdruckpumpe mit Regeleinrichtung zur Vermeidung plötzlicher Druckanstiege insbesondere der beim Schließen nachgeschalteter Spritzpistolen auftretenden Druckanstiege, dadurch gekennzeichnet, daß durch Verschieben eines geeigneten Steuerkolbens (I9) eine hydraulische Verbindung eines Saugraumes (1O) mit einer Einlaßbohrung (7) hergestellt wird, welche parallel zum Ansaugventil der Hochdruckpumpe ventilbeeinflussend angeordnet ist und daß die Verschiebung des Steuerkolbens (I9) durch den zwischen einem Auslaßventil der Hochdruckpumpe und einem, nachgeschalteten Verbraucher sich aufbauende Druck des zu fördernden Mediums gegen Federkraft' oder andere geeignete Mittel bewirkt wird.

   2, Hochdruckpumpe mit Regeleinrichtung zur Vermeidung plötzlicher Druckanstiege insbesondere der beim Schließen nachgeschalteter Spritzpistolen auftretenden Druckanstiege nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die hydraulische Verbindung eines Saugraumes (1O) mit einer Einlaßbohrung (7) herstellende Steuerkolben (I9) durch ein druckabhängig, elektrisch oder auf andere Weise betätigtes Ventil ersetzt wird.

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