DE2446805A1 - Pulsationsfrei arbeitende dosierpumpe - Google Patents
Pulsationsfrei arbeitende dosierpumpeInfo
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Description
C 6767
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-r0 + | 2 | + b (φ |
"Φ )
το; |
φ β ο | . φο | ||||
Sektor | II | : r = ro + | |||
Φ-Φο | |||||
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Sektor ΙΠ
Sektor IV
Φ= ( π+Φ „ + Φι) — (π + ΦΛ + 2φ
Sektor V
φ.(-φ2) JL. Q ζ ^ = ^ - a φ 2
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 (6)
- -9- 2US805Patentansprüche\.) 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.60981 5/0691
- 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, daßder 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.6098 15/0691
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