DE2906234A1 - Zerstaeuberkolbenpumpe - Google Patents
ZerstaeuberkolbenpumpeInfo
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- B05B11/00—Single-unit hand-held apparatus in which flow of contents is produced by the muscular force of the operator at the moment of use
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- B05B11/1001—Piston pumps
- B05B11/1016—Piston pumps the outlet valve having a valve seat located downstream a movable valve element controlled by a pressure actuated controlling element
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Description
Beschreibung zum Patentgesuch
der Firma Calmar-Albert GmbH, Märkische Straße 14, 5870 Hemer
betreffend:
"Zerstäuberkolbenpumpe"
"Zerstäuberkolbenpumpe"
Die Erfindung betrifft eine Zerstäuberkolbenpumpe zum absatzweisen
Versprühen und Applizieren von flüssigen Zubereitungen für kosmetische und technische Zwecke, bestehend aus
einer auf den jeweiligen Flüssigkeitsbehälter abgestimmten Kappe, in der ein abgestufter, zum Flüssigkeitsbehälter hin
mit einem Steigrohr versehener Pumpenzylinder angeordnet ist, in den innerhalb des durchmessergrößeren Pumpenzylinderabschnitts
ein axial beweglicher und über lippen zur Zylinderwandung abdichtender Pumpenkolben eingesetzt ist, dessen Kolbenschaft
eine Bohrung in der Kappe durchsetzt und mit einem auf das Schaftende aufgesteckten Zerstäuberkopf versehen ist, der
über eine axiale Bohrung des Kolbenschaftes mit dem Raum unterhalb des Pumpenkolbens in Verbindung steht, wobei die axiale
Bohrung des Pumpenkolbens durch den Fortsatz eines im durchmesserkleineren Pumpenzylinderabschnitts angeordneten, mit
nach außen zur Zylinderwandung einwirkenden Dichtlippen versehenen Servokölbens durch den Druck einer auf diesen einwirkenden,
vorgespannten Feder solange verschlossen wird, bis bei Betätigung des Pumpenkolbens über den Zerstäuberkopf der
Servokolben infolge der größeren Flüssigkeitsverdrängung des Pumpenkolbens eine Relativbewegung zu letzterem ausführt.
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Eine Zerstäuberkolbenpumpe der beschriebenen Bauart ist aus der DT-PS 1.290.043 bekannt, wobei der Servokolben ein
in Förderrichtung öffnendes Ventil aufweist, welches in der genannten Schrift in zwei unterschiedlichen Bauformen dargestellt
ist. Einmal wird vorgeschlagen, als Ventil eine innerhalb eines Raumes im Servokolben frei bewegliche und
auf einer die Zylinderräume verbindenden Bohrung lose aufsitzenden Kugel zu verwenden und zum anderen, den Servokolben
mit einer sehr dünnwandigen elastischen Dichtlippe zu versehen, die im Druckbereich zur Zylinderwandung in Anlage kommen, zu
dieser abdichten und im Unterdruckbereich von der Zylinderwandung abheben und der Flüssigkeit ein Nachströmen in den
Raum zwischen Pumpen- und Servokolben ermöglichen soll. Wie sich jedoch gezeigt hat, haften beiden Ausführungen beträchtliche
Mangel an. Der Vorschlag mit der flexiblen, dünnwandigen Dichtlippe ist insofern nicht praktikabel, als sich
herausgestellt hat, daß eine derart extrem dünne Dichtlippe in Serie nicht zuverlässig herstellbar ist und aß eine derartige
Dichtlippe im Rahmen der bei diesen Pumpen vorkommenden Innendrücke nicht genügend Standfestigkeit aufweist,
sich zwischen Zylinderwandung und Servokolben verklemmt und die Funktion der Pumpe negativ beeinflußt. Die Kugelausführung
ist zwar herstellbar und arbeitsfähig, ergibt jedoch starke wirtschaftliche Nachteile, da der Servokolben in diesem Fall
aus mindestens drei Bauteilen besteht, die vor dem eigentlichen Zusammenbau der Pumpe in einem getrennten Vorgang vormontiert
werden müssen, wodurch sich neben zusätzlichen Qualitätsbeeinträchtigungen insbesondere die Gestehungskosten der
Pumpe erhöhen und deren Wettbewerbsfähigkeit verringert wird.
Eine andere Zerstäuberkolbenpumpe ähnlicher, vom Erfindungsgegenstand aber abweichender Bauart ist aus der DT-OS 27 13
bekannt. Hierbei ist der Servokolben zwar einteilig ausgeführt, weist jedoch selbst keine Dichtlippen auf, sondern die Abdichtung
soll durch eine ringförmige Einschnürung im Bereich des kleinen Zylinders hergestellt werden. Diese Anordnung ist
aus einer Reihe von Gründen nachteilig. Da der Servokolben in
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der Ruhestellung der Pumpe nicht im kleinen Zylinder geführt ist, sondern zu diesem freisteht, kommt es beim Auftreten von
Seitenkräften durch Quellung oder durch Lösen von inneren Spannungen des Kunststoffmaterials zu gegenseitigen Verformungen
zwischen der ringförmigen Einschnürung des Zylinders
und des Servokolbens, was je nach WerkstoffZusammenstellung
der beiden Teile zur Folge hat, daß die Pumpe entwede.r bei der Betätigung hakt oder kein vollständiger Dichtschluß zwischen
Servokolben und Einschnürung mehr hergestellt werden kann. Da die Einschnürung im Vergleich zu einem lippenförmigen Dichtelement
starr reagiert und praktisch keine elastischen Eigenschaften aufweist, ist diese Anordnung neben einem nur geringen Toleranzspielraum
für die Herstellung der einzelnen Bauteile nur geringfügig in der Lage, auftretende und durch die Flüssigkeiten und
deren Inhaltsstoffe verursachte Quellüngen des Kunststoffmaterials
ohne Beeinträchtigung der Pumpenfunktion aufzunehmen
und auszugleichen. Je nach WerkstoffZusammenstellung verklemmt
entweder der Servokolben im Zylinder Qjjer es wird kein völliger
Dichtschluß zwischen Servokolben und Zylinder mehr hergestellt, wodurch die Pumpe in beiden Fällen funktionsuntüchtig wird.
Auch die in Fig. 3 der Schrift dargestellte Ausführungsart, bei der der Servokolben im Abdichtbereich hohl ausgebildet ist,
erbringt keine ausreichende Verbesserung, da der hierdurch erzielte Elastizitätsgewinn des Servokolbens nur gering ist
und zum Ausgleich der Materialquellungen keineswegs ausreicht. Auch die weiterhin vorgeschlagene Anordnung einer im großen
Zylinderabschnitt eingeklemmten und mit einer Dichtlippe am Servokolben abdichtenden Manschette, bringt hinsichtlich der
Empfindlichkeit gegenüber Materialquellungen insofern keine zufriedenstellende Lösung, als die Manschettenlippen zur Zylinderwandung
vollkommen freistehen und sich bei Volumenvergrößerung durch Quellung im inneren Durchmesser ungehindert erweitern
können, wodurch der Dichtschluß zum Servokolben verloren geht und die Pumpe dann keine oder nur noch eine stark verringerte
Ausbringung ergibt. Daneben ist diese Anordnung auch aus wirtschaftlichen Gründen nachteilig, da die zusätzliche
Manschette die Gestehungs- und Montagekosten der Pumpe erhöht und zusätzliche Qualitätsprobleme verursacht.
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Die Erfindung hat sich unter Vermeidung vorgenannter Nachteile zur Aufgabe gestellt, eine Zerstäuberpumpe zu schaffen,
die mit einem Minimum an Bauteilen mit praktikablen Toleranzbereichen in einer Massenfabrikation wirtschaftlich herstellbar
ist und deren Funktionssicherheit, bei Quellung oder anderweitiger Verformung durch freiwerdende innere Spannungen der
Bauteile im Bereich des Servokolbens, unbeeinflußt erhalten bleibt.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß in
der oberen, unbetätigten Stellung des Pumpenkolbens eine kommunizierende Verbindung des Raumes im größeren Pumpenzylinderabschnitt
zwischen Pumpen- und Servokolben mit dem Raum unterhalb des Servokolbens, bei gleichzeitiger Führung
des Servokolbens im kleinen Pumpenzylinderabschnitt durch mindestens ein, als Teil der Servokolbens ausgebildetes und
mindestens teilweise an der Wandung des kleinen Zylinderabschnitts anliegendes, lippenartig gestaltetes, elastisches
Führungsglied bei gleichzeitig einteiliger Ausführung des Servokolbens, gegeben ist.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn Führungsglied und Dichtlippe des Servokolbens identisch sind. Dadurch ist sichergestellt,
daß sich Quellungen der Dichtlippe des Servokolbens sowie freiwerdende innere Spannungen durch den Verbleib der
Dichtlippe in der Zylinderbohrung des kleinen Zylinders auch in der Ruhestellung der Pumpe nicht negativ auf die Pumpenfunktion
auswirken können, da die dadurch erzeugte erhöhte Vorspannung der Dichtlippe selbsttätig über eine bleibende
Verformung des Kunststoffmaterials im Bereich der Dichtlippe bis auf eine für eine vollständige Abdichtung dieser gegenüber
der Wandung des kleinen Zylinders ausreichende Restspannung abgebaut wird und Verklemmungen des Servokolbens im Zylinder
oder Schwergängigkeit der Pumpe damit nicht auftreten können. Die Dichtlippe des Servokolbens paßt sich somit selbsttätig
den auftretenden Quellerscheinungen an.
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Zur Verbindung der Räume zwischen Pumpen- und Servokolben
und unterhalb des Servokolbens ist es dabei zweckmäßig, dies über kanalartige Ausnehmungen im oberen Teil der Wandung des
kleinen Zylinderabschnitts unter Umgehung des Dichtsitzes der Dichtlippe des Servokolbens erfolgen zu lassen. Wenn diese Verbindungskanäle
entsprechend schmal und die Übergangsstellen zur Zylinderwandung hin verrundet ausgeführt werden, ist keine
Gefahr vorhanden, daß hierdurch die Dichtlippe des Servokolbens verformt oder beschädigt wird.
Eine derartige Gefahr ist völlig ausgeschaltet, wenn die Zylinderräume
über unterhalb des Dichtsitzes der Dichtlippe des Servokolbens in der Wandung des kleinen Zylinders angeordnete
Durchbrüche miteinander verbunden sind.
Ein weiterer erfindungsgemäßer Lösungsweg besteht darin, oberhalb des in der Ruhestellung der Pumpe im Zylindereingriff
verbleibenden und mit Durchbrüchen oder Aussparungen versehenen Führungsgliedes eine, von der Wandung des kleinen Zylinderabschnitts
freistehende Dichtlippe anzuordnen. Wie sich gezeigt hat, kann die bei dieser Anordnung gegebene höhere Quellempfindlichkeit
der Dichtlippe, da diese in diesem Fall keine Führungs- und Zentrierfunktion zu erfüllen hat, dadurch auf
ein für die Praxis ausreichendes Maß gesenkt werden, daß die Wandstärke der Dichtlippe soweit verringert wird, wie dies die
Druckverhältnisse in der Pumpe erlauben. Die Anordnung hat jedoch den wirtschaftlichen Vorteil, daß bei bereits, bestehenden
Produktionseinrichtungen und -Werkzeugen lediglich Änderungen am Servokolben und nicht auch noch am Zylinder notwendig werden.
Um nach erfolgtem Betätigungshub eine schnelle Wiederauffüllung des Raumes zwischen Pumpen- und Servokolben sicherzustellen,
ist vorgesehen, daß der zum Dichtschluß des Servokolbens im kleinen Zylinderahschnitt benötigte Pumpenhub
mindestens 0,2 mm beträgt.
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Die Erfindung ist nachstehend anhand von Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Zerstäuberpumpe in Ruhestellung, wobei der Raum
zwischen Pumpen- und Servokolben mit dem Raum unterhalb des Servokolbens über kanalartige Ausnehmungen
in der Wandung des kleinen Zylinders verbunden ist.
Fig. 2 einen Ausschnitt aus Fig. 1, wobei die Räume jedoch
über die Wandung des kleinen Zylinders voll durchbrechende kanalartige Ausnehmungen verbunden sind.
Fig. 3 einen Ausschnitt wie Fig. 2, wobei jedoch die Verbindung der Räume durch unterhalb des Dichtlippensitzes
angeordnete Durchbrüche in der Wandung des kleinen Zylinders hergestellt wird.
Fig. 4 einen Ausschnitt wie Fig. 2 und 3/ mit einer mit
Durchbrüchen versehenen Führungslippe und darüber angeordneter Dichtlippe, wobei der rechte Teil der
Fig. den Servokolben in Ansicht zeigt,
Fig.1 zeigt eine Zerstäuberpumpe/ bestehend aus einer zum
Aufschrauben auf einen nicht dargestellten Flüssigkeitsbehälter mitGewindegängen 1 versehenen Kappe 2, in der ein Zylinder 3
über seinen Flansch 4 durch Haltekrallen 5 befestigt ist und dem Sprühkopf 6 mit der Austrittsdüse 7 sowie dem im Zylinder
befestigten Steigrohr 8. Die am Zylinder anliegende und mit Durchbrüchen versehene Dichtung 9 dient zur Abdichtung der Pumpe
gegenüber dem Flüssigkeitsbehälter. Innerhalb des oberen, durchmessergrößeren Teils 31 des Zylinders ist ein Pumpenkolben 10
angeordnet, dessen Kolbenschaft 11 eine Bohrung 12 der Kappe
durchtritt, in dieser in der Ruhestellung mittels des konusartigen Fortsatzes 13 abdichtet und auf dessen Schaftende 14
der Sprühkopf 6 übergreifend aufgesetzt ist. Der Druckausgleich zwischen dem Behälterinneren und der Atmosphäre erfolgt bei
betätigter Pumpe über die Bohrung 12 und die Kanäle 15, 15'.
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Die Dichtlippe 16 des Pumpenkolbens liegt mit Vorspannung
an der Zylinderwandung dichtend an und sperrt den Zylinderraum
17 nach oben hon ab. Der Kolbenschaft weist eine axiale
Bohrung 18 auf, die sich am unteren Ende zu einer kleineren,
abgesetzten Bohrung 19 verengt und von der kegelförmigen
Spitze 20 des Servokolbens 21 durch die Kraft der auf diesen einwirkenden vorgespannten Feder 22 verschlossen wird. Der
Servokolben weist eine umlaufende elastische Dichtlippe 23 auf, die innerhalb des durchmesserkleineren Zylinderabschnitts
31· angeordnet ist. Am übergang vom größeren zum kleineren
Zylinderabschnitt befinden sich in der Wandung des Fortsatzes 24 des kleineren Zylinders kanalartige Ausnehmungen 25. Die
Länge der einzelnen Bauteile der Pumpe ist dabei si abgestimmt, daß die Dichtlippe des Servokolbens in der Ruhestellung der
Pumpe im Bereich dieser Ausnehmungen angeordnet ist, wodurch über diese eine Verbindung des Zylinderraums 17 mit dem Zylinderraum
26 unterhalb des Servokolbens und in Fortführung über die Zylinderbohrung 27 und die Bohrung 28 des Steigrohrs 8 mit der
Flüssigkeit im nicht dargestellten Flüssigkeitsbehälter hergestellt
ist. Ausgehend von einer in der Ruhestellung befindlichen, mit Flüssigkeit gefüllten Pumpe, bewegt sich bei der
Betätigung der Pumpe durch Druckausübung auf den Sprühkopf dieser mit dem Pumpenkolben 10 und dem Servokolben 21 entgegen
der Federkraft abwärts. Der Pumpenkolben verdrängt dabei solange Flüssigkeit über die kanalartigen Ausnehmungen
aus dem Zylinderraum 17 in den Flüssigkeitsbehälter zurück, bis die Dichtlippe 23 des Servokolbens aus dem Bereich der Ausnehmungen
herausgelaufen ist und voll zur Zylinderwandung abdichtend wirkt. Da der Pumpenkolben mehr Volumen verdrängt als
bei gleicher Axialbewegung des Servokolbens an Raum im kleinen Zylinder freigegeben wird, reagiert bei weiterem Vorlauf des
Pumpenkolbens der Servokolben entgegen der Federkraft mit einer zusätzlichen Ausweichbewegung, wodurch der Dichtkonus 20 des
Servokolbens von der Bohrung 19 des Pumpenkolbens 10 angehoben,
die Flüssigkeit über die Axialbohrung 18 in den Sprühkopf 6
gefördert und nach Verwirbelung durch die Tangentialkanäle über die Düsenbohrung 30 versprüht wird. Hat 4er Pumpenkolben
die untere Endstellung erreicht, sinkt der Druck im Zylinder-
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■-/ζ
49*
raum 17 zwischen Pumpen- und Servok-lben wieder ab und der
Servokolben geht in die Abdichtposition zurück und hält diese auch während des Rückhubs bei. Beim Rückhub des Pumpenkolbens
baut sich im stetig vergrößernden Zylinderraum 17 solange
ein Unterdruck auf, bis die Dichtlippe 23 des Servokolbens
wieder in den Bereich der kanalartigen Ausnehmungen 25 gelangt und Flüssigkeit über diese aus dem Raum unterhalb
des Servokolbens in den Zylinderraum 17 unter Füllung desselben bis zum Druckausgleich eingesaugt wird.
Die in den nachfolgenden Fig. 2 bis· 4 dargestellten Anordnungen,
die in Form von Ausschnitten aus Fig. 1 wiedergegeben sind, entsprechen in ihrem Funktionsverhalten der vorhergehenden
Beschreibung und stellen weitere mögliche Ausführungsarten nach dem Erfindungsgedanken dar.
Fig. 2 unterscheidet sich von Fig. 1 lediglich dadurch, daß die kanalartigen Ausnehmungen 31 den Fortsatz 24 des
kleineren Zylinderabschnitts voll durchsetzen, womit für die Flüssigkeit durch die Vergrößerung der Durchtrittsfläche eine
höhere Nachströmgeschwinaigkeit und damit eine schnellere Auffüllung
des Zylinderraums 17 gegeben ist.
In Fig. 3 ist die Verbindung der Zylinderräume in der Ruhestellung der Pumpe durch unterhalb des Sitzes der Dichtlippe
23 des Servokolbens die Wandung des Fortsatzes 24 des kleinen Zylinders durchbrechende Bohrungen 32 hergestellt.
Die Herstellung dieser Ausführung ist zwar gegenüber den vorhergehenden Darstellungen etwas schwieriger, hat aber den Vorteil,
daß die Dichtlippe des Servokolbens auch in der Ruhestellung auf vollem Umfang an der Wandung des kleinen Zylinders
anliegt.
Bei der Ausführung nach Fig. 4 weist der kleinere Zylinderabschnitt
selbst keinerlei Durchbrüche oder Ausnehmungen auf. Die Verbindung beider Zylinderräume wird hierbei über ein mit
Durchbrüchen 33 versehenes lippenartig gestaltetes Führungsglied 34 am Servokolben gewährleistet, welches auch in der Ruhestellung
der Pumpe im Bereich der Wandung des kleinen Zylinders verbleibt,
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M-
während die oberhalb des Führungsgliedes angeordnete Dichtlippe 35 in dieser Stellung keinen Kontakt zur Wandung des
kleinen Zylinders aufweist, sondern innerhalb des Zylinderraums 17 freisteht und über eine Ringfläche 36 solange eine
ungehinderte Kommunikation der beiden Zylinderräume erlaubt, bis bei der Abwärtsbewegung des Servokolbens die Dichtlippe
35 in Kontakt mit der Innenfläche des kleinen Zylinders tritt.
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Claims (6)
- Patentansprüchef 1 .j Zerstäuberpumpe zum absatzweisen Versprühen und, Applizieren von flüssigen Zubereitungen, bestehend aus einer auf den jeweiligen Flüssigkeitsbehälter abgestimmten Kappe, in der ein abgestufter, zum Flüssigkeitsbehälter hin mit einem Steigrohr versehener Pumpenzylinder angeordnet ist, in den innerhalb des durchmessergrößeren Pumpenzylinderabschnitts ein axial beweglicher und über Lippen zur Zylinderwandung abdichtender Pumpenkolben eingesetzt ist, dessen Kolbenschaft eine Bohrung in der Kappe durchsetzt und mit einem auf das Schaftende aufgesteckten Zerstäuberkopf versehen istf der über eine axiale Bohrung des Kolbenschaftes mit dem Raum unterhalb des Pumpenkolbens in Verbindung steht, wobei die axiale Bohrung des Pumpenkolbens durch den Fortsatz eines im durchmesserkleineren Pumpenzylinderabschnitts angeordneten, mit nach außen zur Zylinderwandung einwirkenden Dichtlippen versehenen Servokolbens durch den Druck einer auf diesen einwirkenden, vorgespannten Feder solange verschlossen wird, bis bei Betätigung des Pumpenkolbens über den Zerstäuberkopf der Servokolben infolge der größeren Flüssigkeitsverdrängung des Pumpenkolbens eine Relativbewegung zu letzterem ausführt, dadurch gekennzeichnet, daß in der oberen, unbetätigten STellung des Pumpenkolbens eine kommunizierende Verbindung des Raumes im größeren Pumpenzylinderabschnitt zwischen Pumpen- und Servokolben mit dem Raum unterhalb des Servokolbens, bei gleichzeitiger Führung des Servokolbens im kleinen Pumpenzylinderabschnitt durch mindestens ein, als Teil des Servokolbens ausgebildetes und mindestens teilweise an der Wandung des kleinen Zylinderabschnitts anliegendes, lippenartig gestaltetes, elastisches Führungsglied bei gleichzeitig einteiliger Ausführung des Servokolbens, gegeben ist.
- 2. Zerstäuberkalbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Führungsglied und Dichtlippe des Servokolbens identisch sind.030034/0405 - 11 -
- 3. Zerstäuberkolbenpumpe nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung der Räume zwischen Pumpen- und Servokolben und unterhalb des Servokolbens über kanalartige Ausnehmungen im oberen Teil der Wandung des
kleinen Zylinderabschnitts unter Umgehung des Dichtsitzes
der Dichtlippe des Servokolbens erfolgt. - 4. Zerstäuberkolbenpumpe nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderräume über unterhalb des Dichtsitzes der Dichtlippe des Servokolbens in der Wandung des kleinen Zylinders angeordnete Durchbrüche miteinander
verbunden sind. - 5. Zerstäuberkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb des mit Durchbrüchen oder Aussparungen versehenen Führungsgliedes eine von der Wandung des kleinen Zylinderabschnitts freistehende, als Teil des Servokolbens ausgebildete Dichtlippe angeordnet ist.
- 6. Zerstäuberkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zum Dichtschluß des Servokolbens im kleinen Zylinderabschnitt benötigte Pumpenhub
mindestens 0,2 mm beträgt.030034/0405
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