DE2446805A1

DE2446805A1 - Pulsationsfrei arbeitende dosierpumpe

Info

Publication number: DE2446805A1
Application number: DE19742446805
Authority: DE
Inventors: Adolf Dipl Ing Mueller
Original assignee: Lewa GmbH
Current assignee: Lewa GmbH
Priority date: 1974-10-01
Filing date: 1974-10-01
Publication date: 1976-04-08
Also published as: GB1480002A; JPS5161003A; JPS5317762B2

Description

Patentanwälte Lied!, Dr. Paniani, NOtH₁ Zeitler München 22, Steinsdorfstraße 21-22, Telefon 089/29 84 62

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LEWA Herbert Ott KG 725 Leonberg, Ulmer Straße 10

Pulsationsfrei arbeitende Dosierpumpe

Die Erfindung betrifft eine Zweifachpumpe, insbesondere Zweifachdosierpumpe, deren beide gegenläufig oszillierende Kolben beim Saughub unter der Wirkung einer Druckfeder stehen und beim Verdrängerhub mit jeweils einem von zwei gegeneinander um 180 versetzten, an einer Antriebswelle befestigten Nocken in Wirkverbindung stehen, wobei die am Umfang der Nocken vorgesehenen Nockenkurven einen positiven Bereich für die Kolbenbewegung in Verdrängerrichtung sowie einen negativen Bereich für die Kolbenbewegung in Saugrichtung aufweisen.

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Eine solche Pumpe arbeitet mit wenigstens zwei Pumpenköpfen, die als Kolben- oder Membranpumpenköpfe ausgeführt sein können. Die oszillierende Kolbenbewegung wird einerseits durch die auf der Antriebswelle befestigten Hubnocken und andererseits durch die als Rückholfedern dienenden Druckfedern erzeugt.

Bei den bisher bekannten Pumpentriebwerken der eingangs genannten Art sind die Nocken um 180 gegeneinander versetzt und derart ausgebildet, daß die Summe der Geschwindigkeiten der beiden Kolben in Verdrängerrichtung, das ist die sogenannte positive Richtung, konstant ist. Eine derartige Pumpe weist den Nachteil auf, daß sie nur bei sehr kleinen Arbeitsdrücken den gewünschten pulsationsfreien Mengenstrom erzeugt. Bei höheren Drücken tritt aufgrund der Elastizität des Arbeiteraumes im Pumpenkopf und aufgrund der Kompressibilität der Förderflüssigkeit beim Übergang der Förderung von dem einen zum anderen Pumpenkopf ein vorübergehender Mengenetromabfall ein, was darauf beruht, daß ein bestimmter Teil des Kolbenhubes benötigt wird, um die erforderliche Vorkompression zum Arbeitsdruck aufzubringen. Dieser zur Vorkompression erforderliche Kolbenweg ist abhängig vom Arbeitsdruck und von der Kompressibilität des Förder mediums und ist daher konstant. Durch die grundsätzlich vorhandene Elastizität des Arbeitsraumes und die Kompressibilität des Fördermediums wird außerdem der mittlere Mengenstrom vom jeweiligen Arbeitsdruck abhängig.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu beseitigen und die Pumpe der eingangs genannten Art derart auszugestalten, daß mit geringem konstruktiven Aufwand ein vollkommen pulsationsfreier Mengenstrom erzeugt werden kann und der jeweils erzeugte Mengenstrom vom jeweiligen Arbeitsdruck unabhängig ist.

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Die Merkmale der zur Lösung dieser Aufgabe geschaffenen Pumpe ergeben sich aus den Ansprüchen.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die beiden für die Kolben vorgesehenenNocken derart auszugestalten, daß zusätzlich zu dem eigentlichen Arbeitsbereich ein gesonderter Vorkompressionsbereich geschaffen ist. Es ist daher derjenige Teil jedes Nockens, der eine Kolbenbewegung in positiver Richtung, d.h. in Verdrängerrichtung,erzeugt und üblicherweise als Archimedische Spirale mit parabolischen Übergängen ausgeführt ist, erfindungsgemäß derart ausgestaltet, daß ein Arbeitsbereich und ein Vorkompressionsbereich gebildet ist. Der Arbeitsbereich der Nocken ist derart ausgeführt, daß die Summe der Kolbengeschwindigkeiten in Verdrängerrichtung konstant ist. Demgegenüber kann das Geschwindigkeitsgesetz des Vorkompressionsbereichs jedes Nockens beliebig ausgeführt werden. Dieser Vorkompressionsbereich dient dazu, im Pumpenkopf einen dem Arbeitsdruck entsprechenden Druck vorher aufzubauen. Der Arbeitsdruck muß bei derjenigen Nockenstellung erreicht sein, bei welcher der Vorkompressionsbereich in den Arbeitsbereich übergeht. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß beim Übergang der Förderung von dem einen zum anderen Pumpenkopf keinerlei Mengenstromabfall eintritt, da in diesem Augenblick der mit der Arbeit beginnende Kolben aufgrund des Vorkompressionsbereiches der Nockenkurve bereits eine Stellung erreicht hat, in der er mit dem Arbeitsdruck zu arbeiten beginnt.

Da entsprechend dem jeweiligen Arbeitsdruck und der jeweiligen Kompressibilität des Fördermediums unterschiedliche Kompressionswege erforderlich sind, ist der zur Vorkompression erforderliche Kolbenweg erfindungsgemäß einstellbar. Dies erfolgt mittels der Hubverstelleinrichtung, mit welcher der Kolbenweg in Saugrichtung durch einen Anschlag begrenzt wird. Hierbei hebt die mit dem Nocken zusammen-

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wirkende Stirnfläche des Kolbens von diesem Nocken ab und kommt erst in derjenigen Nockenstellung wieder mit dem Nocken in Eingriff, bei welcher der Vorkompressionsweg gerade so groß wird, daß der Pumpenkopf beim Übergang vom Vorkompressionsbereich in den Arbeitsbereich auf Arbeitsdruck gebracht ist.

Die einem bestimmten Betriebszustand entsprechende Hubeinstellung, die mittels der Hubverstelleinrichtung erzielt wird, kann manuell oder automatisch erreicht bzw. geändert werden. Bei der manuellen Verstellung kann der jeweils erforderliche Anschlag als am Pumpengehäuse angeordnete Stellschraube ausgebildet sein, die in den Verschiebeweg des Kolbens ragt und durch Hineindrehen in das Gehäuse oder durch Herausdrehen in entsprechender Weise einstellbar ist.

Demgegenüber kann bei der automatisch arbeitenden Hubverstelleinrichtung das erforderliche Signal zur Betätigung eines Stellantriebs über eine Mengenstrom- oder Druckmeßeinrichtung erzeugt werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in:

Fig. 1 die Pumpe gemäß der Erfindung im Schnitt;

Fig. 2 im Diagramm die Beziehung zwischen Kolbenweg und Kurbelwinkel;

Fig. 3 einen der Nocken im Schnitt quer zur Achse der Antriebswelle und

Fig. 4 diesen Nocken im Schnitt mit der Aufteilung in Sektoren zur Berechnung seines Kurvenverlaufes.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, sind an ein Gehäuse 1 zwei identisch ausgebildete Pumpenköpfe 2, 2' angeschlossen, die als Kolben- oder Membranpumpenköpfe ausgeführt sein können. In diesen Pumpenköpfen 2,2' ist je\*e ils

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ein Kolben 3,3' oszillierend bewegbar, der mit seiner Kolbenstange 4,4' in der aus Fig. 1 ersichtlichen Weise abgedichtet durch einen entsprechenden Gehäusedeckel 5,5' hindurch ins Innere des Gehäuses 1 ragt.

Jede Kolbenstange 4,4'weist im Bereich ihres freien Endes einen Umfangflansch β, 6' auf, gegen dessen eine Seite sich eine Druckfeder 7, 7' mit ihrem einen Ende abstützt. Das andere Ende der Druckfeder 7, 7' stützt sich an der Innenseite des Gehäusedeckeis 5, 5'ab.

Mittels eines Zapfens 8,8' ist weiterhin im Bereich des freien Endes jeder Kolbenstange 4,4' eine Abwälzrolle 9,9' frei drehbar gelagert, die in der aus Fig. 1 ersichtlichen Weise jeweils mit Nocken 10,10' zusammenwirkt. Die Nocken 10,10' sind in entsprechendem Abstand voneinander drehfest mit einer Antriebswelle 11 verbunden, die mittels Lagern 12, 13 im Gehäuse 1 drehbar gelagert ist. Die Nocken 10,10' sind um 180° gegeneinander versetzt an der Antriebwelle lib efestigt. Der Umfang 14,14' der Nocken 10,10' dient als Nockenkurve; welche die aus Fig. 3 ersichtliche Ausbildung aufweist. Hierbei ist ein Saughubbereich, der sogenannte negative Bereich, vorgesehen, bei dem sich der Kolben 3, wenn dieser Saughubbereich in Eingriff mit der Abwälzrolle 9 kommt, in Saugrichtung (in Fig. 1 nach unten) bewegt und der Kolbenweg imDiagramm gemäß Fig. 2 eine negative Steigung aufweist. Der restliche Bereich der Nockenkurve 14 stellt den sogenannten positiven oder Verdrängerbereich dar, bei dem der Kolben 3, wenn dieser Bereich in Eingriff mit der Abwälzrolle 9 steht, in Verdrängerrichtung (in Fig. 1 nach oben) bewegt wird und der Kolbenweg im Diagramm gemäß Fig. 2 eine positive Steigung aufweist. Wie aus Fig. 3 ersichtlich, ist der positive Bereich der Kurve 14 des Nockens 10 in einen Arbeitsbereich und in einen Vorkompressionsbereich unterteilt. Der Vorkompressionsbereich schließt sich in der Drehrichtung A (Fig. 3) des Nockens 10 hinter den Saughubbereich an, während sich hinter den

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Vorkompressionsbereich der Arbeitsbereich anschließt. Der Vorkompressionsbereich erstreckt sich über einen Winkel ^d von etwa 60 -70 der gesamten Nockenkurve 14 und ist derart ausgestaltet, daß sich der Kolben 3 gerade dann in seiner Arbeitsdruckstellung befindet, wenn die Abwälzrolle 9 mit dem Nocken 10 und der Übergangsstelle zwischen Vorkompressionsbereich und Arbeitsbereich in Eingriff kommt.

Das oben zur Ausbildung der Nockenkurve 14 des Nockens 10 Gesagte gilt selbstverständlich - wegen der identischen Ausbildung von Nocken und Nocken 10' - in entsprechendem Sinn auch für den Nocken 10'.

Da Arbeitsdruck und Kompressibilität bei verschiedenen Fördermedien unterschiedlich groß sind, ist auch in Anpassung hierzu derjenige Weg, den die Kolben 3, 3' während des Vorkompressionshubes zurücklegen, in seiner Länge veränderbar. Dies erfolgt mittels einer jedem Kolben 3, 3' zugeordneten Hubverstelleinrichtung 15 bzw. 15', die beim dargestellten Ausführungsbeispiel manuell verstellbar und als am Gehäuse 1 befestigte Stellschraube ausgebildet ist. Diese Verstellschraube 15, 15' ragt ins Innere des Gehäuses 1 sowie in axialer Richtung in den Weg jedes Kolbens 3, 3' bzw. jeder Kolbenstange 4,4' und wirkt mit dem Umfangsflansch 6, 6' der Kolbenstangen 4,4' in der aus Fig. 1 ersichtlichen Weise zusammen. Durch Hereindrehen oder Herausdrehen der Stellschrauben 15,15' läßt sich erreichen, daß der Umfangsflansch 6, 6' früher oder später in Anschlag mit dem freien Ende der Stellschraube 15,15'kommt, wodurch der Saughub der Kolben 3, 3' begrenzt bzw. beendet wird und die Abwälzrolle 9, 9' über einen entsprechend langen Zeitraum außer Eingriff mit der Nockenkurve 14,14' kommt. Bei Inbetriebnahme der Pumpe ergibt sich der über dem Kurbelwinkel aufgezeichnete Weg der Kolben 3, 3' in der aus Fig. 2 ersichtlichen Weise, wobei leicht deutlich wird, daß sich mittels der beschriebenen Zweifachpumpe ein vollkommen pulsationsfreier Mengenstrom erzeugen

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läßt. Hierbei ist der Arbeitsbereich der Nockenkurven 14, 14' der Nocken 10, 10' derart ausgestaltet, daß die Summe der Geschwindigkeiten der Kolben 3, 3' in Verdrängerrichtung konstant ist. Demgegenüber ist das Geschwindigkeitsgesetz des jeweiligen Vorkompressiohsbereichs jedes Nockens 10, 10' beliebig ausgeführt.

Aufgrund des Umstandes, daß bei jedem Nocken 10, 10' ein Vorkompressionsbereich vorgesehen ist, ist in jedem Fall gewährleistet, daß sich die Kolben 3, 3' sofort dann in ihrer Arbeitsdruckstellung befinden, wenn die Abwälzrollen Θ, 9* an der entsprechenden Übergangsstelle zwischen Vorkompressionsbereich und Arbeitsbereich mit dem entsprechenden Nocken 10, 10' in Eingriff kommen. Die Hubverstelleinrichtungen 15, 15' ermöglichen eine Anpassung an unterschiedliche Arbeitsdrücke und Kompressibilitäten verschiedener Fördermedien. Insgesamt wird dadurch in jedem Fall ein vollkommen pulsationsfreier Mengenstrom gewährleistet, wobei außerdem der von der beschriebenen Pumpe erzeugte Meng en stromdruck unabhängig ist.

Im folgenden sei anhand von Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel zur Berechnung des Kurvenverlaufs der Nocken 10, 10' angegeben. Hierbei gelten für die einzelnen Sektoren I - V der Nocken 10, 10' die folgenden unterschiedlichen Ge setzmäßigkeiten:

Sektor	I	: r-r_{0 +}	2	+ b (φ	"Φ ) ^το^;
φ β ο	. ^φο
Sektor	II	: r = r_{o +}
Φ-Φ_ο

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Sektor ΙΠ

Sektor IV

Φ= ( ^π+Φ „ + Φι) — (^π + Φ_Λ + 2φ

Sektor V

φ.(-φ₂) JL. Q ζ ^ = ^ - a φ ²

Zahlenwerte:

a = 5,99305 mm; φ = 0,15934; r = 24,5 mm

b = 1,90987 mm; φ - = 0,91340; r- = 30,5 mm

φ ₉ = 0,57769; r₀ = 20,5 mm

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Claims

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Patentansprüche

\.) Zweifachpumpe, insbesondere Zweifachdosierpumpe, deren beide gegenläufig oszillierende Kolben beim Saughub unter der Wirkung einer Druckfeder stehen und beim Verdrängerhub mit jeweils einem von zwei gegeneinander um 180° versetzten, an einer Antriebswelle befestigten ten Nocken in Wirkverbindung stehen, wobei die am Umfang der Nocken vorgesehenen Nockenkurven einen positiven Bereich für die Kolbenbewegung in Verdrängerrichtung sowie einen negativen Bereich für die Kolbenbewegung in Saugrichtung aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung eines pulsationsfreien Mengenstromes der positive Bereich jeder Nockenkurve (14,14') in einen Arbeitsbereich und in einen Vorkompressionsbereich unterteilt ist, wobei der Arbeitsbereich der Nockenkurve (14,14') beider Nocken (10,10') derart ausgestaltet ist, daß die Summe der Kolbengeschwindigkeiten in Verdrängerrichtung konstant ist, während der Vorkompressionsbereich derart ausgestaltet ist, daß der Kolben (3,3') bei der Nockenstellung am Übergang zwischen Vorkompressionsbereich und Arbeitsbereich seine Arbeitsdruckstellung erreicht hat.
2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorkompressionsbereich einen Winkel λ
Nockenkurve (14,14') überstreicht.

kompressionsbereich einen Winkel von etwa 60° - 70° der gesamten
3. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der jeweils zur Vorkompression erforderliche Kolbenweg in Verdrängerrichtung durch eine Hubverstelleinrichtung (15,15') einstellbar ist.

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4. Pumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubverstelleinrichtung aus einem in axialer Richtung im Weg jedes Kolbens (3,3*) angeordneten verstellbaren Anschlag (15,15') besteht, mit dem der Saughub des Kolbens (3, 3') begrenzbar ist.
5. Pumpe nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß

der Anschlag als am Pumpengehäuse (1) angeordnete Stellschraube (15,15') ausgebildet ist, die in den Verschiebeweg des Kolbens (3,3') ragt.
6. Pumpe nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubverstelleinrichtung automatisch über einen durch eine. Mengenstrom- oder Druckmeßeinrichtung betätigbaren Stellantrieb steuerbar ist.

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