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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Verdrängerpumpe
vom Kolbentyp und gleichermaßen auf eine Ventilanordnung, die
beispielsweise als ein Einlaßventil solcher Pumpen verwendet werden kann.
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Die (nicht vorveröffentlichte) europäische Patentanmeldung
0374114 offenbart Verdrängerpumpen vom Kolbentyp, von denen einige
Ausführungsformen mit Klappenventilen und andere Ausführungsformen mit
mechanisch betätigten Klemmventilen für das Sperren bzw. Entsperren der
Strömung von Fluid zwischen einem Einlaß und einer Pumpenkammer
ausgestattet sind, und in einigen Fällen auch zwischen der Pumpenkammer und
einem Auslaß.
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Ein wichtiges Merkmal der Pumpen, die in der vorgenannten
Patentanmeldung offenbart sind, besteht darin, daß der Einlaß mit der
Pumpenkammer über eine Strömungspassage kommuniziert in Form eines Spalts,
der sich um den vollen Umfang der Pumpenkammer erstreckt oder mindestens
über einen größeren Teil des Umfangs.
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In jenen Ausführungsformen, wo der Auslaß zentral in der
Pumpenkammer positioniert ist kann die Pumpe ohne weiteres so aufgebaut
werden, daß die Strömungspassage sich vollständig um die Pumpenkammer
herum erstreckt derart, daß die Passage eine maximale Umfangslänge für
einen gegebenen Durchmesser der Pumpenkammer besitzt und demgemäß eine
maximale Querschnittsfläche erhalten kann. Mit der Strömungspassage
unmittelbar außerhalb derselben befindet sich eine Versorgungs- oder
Vorratskammer, die sich ebenfalls vollständig rings um die Pumpenkammer
erstreckt. Einige dieser Ausführungsformen umfassen Klappenventile, während
andere Klemmventile umfassen, die zwangsweise durch mechanische
Betätigungsmittel betrieben werden.
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Im Falle anderer Ausführungsformen wird ein kleiner Teil des
Pumpenkammerumfangs verwendet zur Aufnahme einer Auslaßverbindung aus der
Pumpenkammer, wobei die Umtangsenden der Strömungspassage nahe der
Auslaßverbindung auf beiden Seiten derselben angeordnet sind. In diesen
Ausführungsformen wird die Strömung von Fluid durch die Strömungspassage
mittels Klappenventilen gesteuert.
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In allen Ausführungsformen, die in der vorgenannten
Patentanmeldung dargestellt sind, werden jene Teile der Pumpe, die in Kontakt mit
dem gepumpten Fluid gelangen, durch einen Behälter gebildet, der aus
einem
flexiblen Material hergestellt ist (Kunststoffolie oder
Kunststofffilm) und der eine Einlaßverbindung, eine Versorgungs- oder
Vorratskammer, in die sich die Einlaßverbindung öffnet, eine Pumpenkammer, eine
Strömungspassage, die sich zwischen den beiden Kammern erstreckt und
eine Auslaßverbindung aufweist, die sich von der Pumpenkammer erstreckt
und die eine Ausgleichskammer umfassen kann. Der Behälter wird von zwei
überlagerten Kunststoffolienbahnen gebildet, die miteinander verschweißt
sind zur Ausbildung der gerade erwähnten Teile.
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Eine Pumpe mit den Merkmalen der Oberbegriffe der Ansprüche 1
oder 5 ist aus WO-A-8 701769 bekannt.
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Wenn Pumpen der beschriebenen Art als eine Zumeßpumpe oder
volumetrische Chargenpumpe zu verwenden sind, bei der hohe Anforderungen
bezüglich der Genauigkeit des Volumens an zugemeßenem Fluid oder der
Charge durch die Pumpe gestellt werden, wie dies der Fall ist bei
beispielsweise Flüssigkeitsverpackungsmaschinen, ist es bevorzugt,
mechanisch und sicher gesteuerte Klemmventile zu verwenden, da Klappenventile
nicht in der Lage sind, mit hinreichender Genauigkeit zu schließen. Die
Verwendung von positiv gesteuerten Klemmventilen wirft keine besonderen
Probleme in jenen Fällen auf wo die Strömungspassage sich um den
gesamten Pumpenkammerumfang herum erstreckt, da in solchen Fällen die
Behälterwandungen sich voneinander längs einer geschlossenen Kurve (Kreis)
entfernen können, um die Strömungspassage zu öffnen. Andererseits wird
ein Problem erzeugt, wenn die Strömungspassage unterbrochen oder gestört
ist für die Aufnahme einer Auslaßverbindung, da die Behälterwandungen
miteinander verschweißt sind oder in irgendeiner anderen Weise an den
Enden der Strömungspassage zusammengehalten werden.
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Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist, eine Lösung für das
eben genannte Problem zu schaffen.
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Dieses Ziel wird erreicht gemäß der Erfindung durch Aufbau der
Pumpe und der Ventilanordnung, wie in den Ansprüchen ausgeführt.
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Die Erfindung wird nun in größeren Einzelheiten unter
Bezugnahme auf die beigefügten schematischen Zeichnungen beschrieben.
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Fig. 1 ist eine schematische Vertikalschnittansicht einer
Pumpe,
aufgebaut gemäß der Erfindung und in der Lage, als eine Zumeß- oder
volumetrische Chargenpumpe verwendet zu werden für das wiederholte
Abgeben von Flüssigkeitschargen oder Portionen, deren Volumina innerhalb
enger Toleranzen gehalten werden; und
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Fig. 2 ist eine schematische Draufsicht auf ein
Behälterelement, enthalten in der Pumpe und ein Klemmventilmittel, das mit dem
Behälterelement zusammenwirkt.
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Die schematisch in den Zeichnungen dargestellte Pumpe ist in
Übereinstimmung mit den Prinzipien aufgebaut, die in der vorgenannten
europäischen Patentanmeldung erläutert sind, deren beschreibender Teil
und zugehörigen Zeichnungen hier durch Bezugnahme mit aufgenommen
werden. Die in den beigefügten Zeichnungen dargestellte Pumpe wird nun hier
nur in dem Ausmaß beschrieben, wie es erforderlich ist für das
Verständnis der vorliegenden Erfindung im Lichte der Offenbarung der
vorgenannten europäischen Patentanmeldung. Für eine genauere Erläuterung der
Pumpen wird auf die genannte Patentanmeldung bezug genommen, insbesondere
auf die Beschreibung der in Fig. 6 und 10 dargestellten
Ausführungsformen.
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Die dargestellte Pumpe gemäß der vorliegenden Erfindung hat
zwei Verdrängerglieder 25A und 25B, die in derselben Weise wie ähnliche
Verdrängerelemente arbeiten, die unter Bezugnahme auf Fig. 9A, 9B der
vorgenannten europäischen Patentanmeldung beschrieben sind. Demgemäß hat
das Verdrängerglied 25B einen Antriebsmechanismus 26B, der dazu bestimmt
ist, das Verdrängerglied zwangsweise aufwärts zu bewegen, während das
Verdrängerglied 25A einen einstellbaren Federmechanismus 26A besitzt,
der dauernd das Verdrängerelement nach oben drückt.
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Die beiden Verdrängerelemente 25A und 25B und die zugeordneten
Abteile oder Kammerabschnitte 16A und 16B des Behälterelements 12,
erzeugt aus Kunststoffolie, mit ihrer Einlaßverbindung 13, Versorgungs-
oder Vorratskammer 15 und Auslaßverbindung 14 liegen seitlich
nebeneinander unter einem Faltdeckel oder Abdeckglied, das einen oberen Support
für die Kammerabschnitte des Behälterelements bildet.
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Eine Einlaßströmungspassage 17 erstreckt sich zwischen der
oberen Wandung und der unteren Wandung des Behälterelements 12 an der
Stoßstelle zwischen der Versorgungs- oder Vorratskammer 15 und dem
Pumpenkammerabschnitt 16B, welche Einlaßströmungspassage die Form eines
sich in Umfangsrichtung erstreckenden Spalts aufweist, dessen
Umfangslänge etwa 300º beträgt. Der Spalt wird geöffnet durch Bewegung der
Wandungen des Behälterelements voneinander weg über die Umfangslänge des
Spalts. Die Einlaßströmungspassage oder der Spalt 17 wird geöffnet und
geschlossen mittels eines Ventilglieds 23 in Form einer Stange, die
gekrümmt ist derart, daß sie an die Krümmung des Spalts angepaßt ist und
welche sich demgemäß über einen zentralen Winkel von etwa 300º
erstreckt. Die Stange liegt zentral unter jenem Teil der unteren Wandung
des Behälterelements, welcher den Boden des Spalts bildet.
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Das Ventilglied 23 ist schwenkbeweglich an einem horizontalen
Gelenk 23A angelenkt, das sich quer über das Behälterelement erstreckt
in der Nähe der Positionen oder durch diese, wo die Umfangsenden des
Spalts befindlich sind. Auf der anderen Seite des Ventilglieds 23,
demgemäß in der Nähe der Einlaßverbindung 13, befindet sich ein
Kurbelantrieb 23B mit einer Kurbelwelle 23C, welche dazu dient, das
Ventilelement 23 aufwärts und abwärts zu schwenken, um das Gelenk 23A derart, daß
das Ventilelement 23, wenn es sich aufwärts bewegt, die
Behälterwandungen gegen den Deckel 11 klemmt, wodurch die Strömungspassage 17 zwischen
der Versorgungs- oder Vorratskammer 15 und dem Pumpenkammerabschnitt 16B
gesperrt (dieser Zustand ist in Fig. 1 gezeigt), während bei
Abwärtsbewegung das Ventilglied den Wandungen ermöglicht, sich voneinander weg zu
bewegen, um so einen Spalt zu bilden, dessen vertikales Ausmaß oder
dessen Höhe am größten ist auf der Seite, die nächst der Einlaßverbindung
13 liegt und null ist im Bereich der Gelenkwelle 23A.
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An der Stoßstelle zwischen dem Behälterabschnitt 16B und dem
Behälterabschnitt 16A befindet sich eine weitere Durchströmpassage 33,
die ebenfalls die Form eines Spalts hat, ausgebildet zwischen der oberen
und der unteren Wandung des Behälterelements 12. Dieser Spalt erstreckt
sich in Umfangsrichtung über etwa die Hälfte des Umfangs des
Behälterabschnitts 16A und wird synchron, jedoch nicht gleichzeitig, mit den
Bewegungen des Verdrängerelements 25B und des Ventilmechanismus 23, 23B, 23C
durch ein Ventilglied 31 geöffnet und geschlossen, das ähnlich dem
Ventilglied 23 ist. Das Ventilglied 31 umfaßt demgemäß eine
halbkreisförmige Stange, die schwenkbeweglich an ihren Enden an einem horizontalen
Gelenk 31A gelagert ist und betätigt wird durch eine Kurbelwelle und einen
Kurbelmechanismus 31B, 31C in einer Art und Weise ähnlich dem
Ventilelement 23.
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Fig. 1 zeigt das Ventilglied 31 in einer offenen Position und,
wie aus der Darstellung erkennbar, hat die offene, spaltähnliche
Strömungspassage 33 eine Höhe oder ein vertikales Ausmaß, das am größten ist
an der Stoßstelle des Behälterabschnitts 16B mit dem Behälterabschnitt
16A und welche sich allmählich bis auf null an dem Gelenk 31a
verringert.
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Das Verdrängerglied 25A und der zugeordnete Federmechanismus
26A haben dieselbe Funktion und arbeiten in der gleichen Weise wie das
entsprechende Verdrängerelement und der entsprechende Federmechanismus
der Pumpe, dargestellt in Fig. 10A bis 10C der vorgenannten europäischen
Patentanmeldung.
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Wie die Versorgungskammer der gerade erwähnten Pumpe, ist die
Versorgungs- und Vorratskammer 15 so konstruiert, daß sie in der Lage
ist, relativ frei zu expandieren, das heißt, gegen nur geringe oder
keine gegenwirkenden Kräfte unter der Wirkung des Drucks des Fluids, das
durch die Einlaßverbindung 13 eintritt derart, daß die Kammer 15 auch in
der Lage ist, Fluid aufzunehmen, das während jener Phasen des
Pumpenbetriebszyklus einströmt, in welchen die Einlaßströmungspassage 17
zwischen der Kammer 15 und dem Kammerabschnitt 16B geschlossen ist. Ein
Vorspannglied 24 und eine zugeordnete schwache Feder 25 dienen dazu,
eine gegebene jedoch relativ geringe Vorspannung oder Prätension auf die
Kammer 15 auszuüben. Die Feder 25 ist bemessen und angeordnet, daß ihre
Federkraft im wesentlichen nur dann zunimmt, wenn die Kammer 15 bis
nahezu zu ihrem maximalen Volumen expandiert ist.
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Wenn die Pumpe läuft, wird ein bestimmter Unterdruck (mit
nicht dargestellten Mitteln) in jenem Teil der Pumpe aufrecht erhalten,
in welchem sich der Behälterabschnitt 16B befindet. Dieser Unterdruck
hat dauernd die Tendenz, die Bodenwandung des Behälterabschnitts 168
nach unten zu ziehen, so daß der Behälterabschnitt 16B expandiert,
während Sog auf das einströmende Fluid ausgeübt wird, wenn das
Verdrängerelement 25B sich nach unten bewegt. Der Unterdruck trägt dazu bei, daß
dem Behälterabschnitt 16B während des Füllens der Pumpe eine
wohldefinierte Form gegeben wird, und dies trägt dazu bei, der Pumpe eine hohe
Zumeß-oder Chargiergenauigkeit zu verleihen. Natürlich erfordert dies,
daß das Behälterelement aus einem Material hergestellt wird, das sich in
merkbarem Ausmaß unter der Wirkung der positiven und negativen Drücke
dehnt, welchen es im Betrieb der Pumpe unterworfen ist.
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Das Pumpenbehälterelement 12 kann ohne weiteres ausgetauscht
werden und seine Konstruktion macht es geeignet für Einmalgebrauch. Wenn
beispielsweise die Pumpe verwendet wird, um ein Getränk zuzumessen oder
chargenweise abzugeben, kann das Behälterelement nach Beendigung jeder
Arbeitsperiode weggeworfen und durch ein neues Behälterelement für die
nächste Arbeitsperiode ersetzt werden. Infolgedessen ist es
normalerweise nicht notwendig, die Pumpe zu reinigen.
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Es versteht sich, daß zwar der Behälterabschnitt 16A und das
zugeordnete Verdrängungsglied 25A und der Federmechanismus 26A wertvolle
Vorteile bezüglich Verwendung und Betrieb der Pumpe liefern, diese
Pumpenkomponenten jedoch nicht absolut erforderlich sind. Es liegt demgemäß
innerhalb des Rahmens der Erfindung, diese Komponenten wegzulassen und
dann auch das Ventilelement 31 mit zugeordneten Antriebsmitteln
wegzulassen. In diesem Falle wird sich die Auslaßverbindung 14 direkt von dem
Behälterabschnitt 16B weg erstrecken.
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In einer zweiten Ausführungsform der Ventilanordnung (nicht
dargestellt), die wie die beschriebene und dargestellte Ventilanordnung
ebenfalls in anderen Pumpen als Zumeß- oder Chargierpumpen verwendet
werden kann, wird das Ventilelement nicht zwangsbetätigt wie im Falle
der dargestellten Ausführungsform. Demgemäß kann in bestimmten
Ausführungsformen das Ventilelement in seine Ventilschließ- und/oder
Ventilöffnungsrichtung unter der Wirkung von Kräften verschwenkt werden, die
das Fluid, gesteuert von der Ventilanordnung, auf das Ventilelement
ausübt. Das Ventilelement kann dann auch vorgespannt sein in einer
Richtung, beispielsweise mittels einer Federkraft.
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Es versteht sich, daß die Anordnung eines doppelten
Ventilelements ebenfalls im Rahmen der Erfindung liegt, das heißt für zwei
Ventilelemente, die einander gegenüber auf einander abgekehrten Seiten der
Strömungspassage angeordnet sind und welche Ventilelemente so angeordnet
sind, daß sie sich aufeinander zu bzw. voneinander weg bewegen, wenn die
Passage geschlossen bzw. geöffnet wird.