DE7211897U - Hydraulische Regelvorrichtung für Kolben- oder Membranpumpen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum hydraulischen Regeln der Fördermenge von Kolben- oder Membranpumpen mit einem Ansaug- und einem Auslassventil in Abhängigkeit von der Arbeitsleistung mittels eines vom Arbeitsdruck beaufschlagten Steuerkolbens, der gegen Federdruck auf ein bewegliches Regelorgan einwirkt.

Insbesondere bei Hochdruckpumpen, die zum Verspritzen von

Farbe, Lacken oder dergleichen benutzt werden, ist eine Regelvorrichtung erforderlich, die beim Schließen des sich in der Druckleitung der Pumpe befindlichen Ventils, z.B. einer Spritzpistole, die Förderleistung der Pumpe auf Null bzw. auf den zulässigen Förderdruck reduziert, um eine Beschädigung der Pumpe zu vermeiden. Solche Regelvorrichtungen haben also den Zweck, die Pumpleistung einem bestimmten maximalen Arbeitsdruck anzupassen.

Bei Farbförderpumpen ist es bereits bekannt, ein Umlauffördersystem zu verwenden, bei dem über ein Überdruckventil das Fördergut in das Resservoir zurückfließt. Diese Umlauffördersysteme haben aber wesentliche Nachteile und lassen sich nicht für alle Fördermedien verwenden, weil insbesondere Klebeteile,
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durch die Umlaufförderung entwertet oder zerstört werden.

Bei einer anderen bekannten Förderpumpe wird dieser Nachteil dadurch vermieden, dass als Pumporgan eine Membrane vorgesehen ist, die hydraulisch mittels eines mechanisch bewegten Kolbens betätigt wird. Dabei befindet sich zwischen dem Kolben und der Pumpmembrane eine Druckflüssigkeit, welche die Kolbenbewegungen auf die Membrane überträgt. Zur Vermeidung schädlicher Überdrücke auf der Arbeitsseite der Membran ist für die hydraulische Druckflüssigkeit eine Rücklaufförderleitung mit einem Überdruckventil vorgesehen, durch welche die Druckflüssigkeit zwischen dem Kolben und der Membrane bei geschlossener Spritzpistole in den Vorratsbehälter zurückgepumpt wird. Während der Schließzeiten des Spritzpistolenventils kommt dabei die Pumpmembrane zum Stillstand.

Diese Farbförderpumpen sind jedoch sehr umständlich in der Handhabung. Außerdem sind sie teuer und sehr störanfällig.

Bei einer anderen bekannten Hochdruck-Farbförderpumpe (DT-OS 1 958 079) ist ein Nullhub-Regler vorgesehen, bei dem mit dem oszillierend angetriebenen Pumporgan ein zweiarmiger Hebel schwenkbar verbunden ist, dessen einer Hebelarm von einem Motor oszillierend angetrieben wird und dessen zweiter Hebelarm sich an einem von der Druckregelvorrichtung über seine ganze Länge verstellbaren Gegenlager abstützt. Die Druckregelvorrichtung besteht dabei aus einem gegen Federkraft verstellbaren Schieber, auf den ein vom Arbeitsdruck beaufschlagter Kolben einwirkt. Mit diesem Schieber ist das über die Länge des einen Hebelarms verstellbare Gegenlager verbunden, so dass durch die jeweilige Lage des Schiebers die wirksame Länge des die Arbeitsbewegung auf das Pumporgan übertragenden Hebelarmes bestimmt wird.

Diese bekannte Regelvorrichtung arbeitet relativ träge, weil ihre Bauteile den hohen Reaktionskräften zwischen dem Antriebsexzenter und dem Pumporgan ausgesetzt sind. Nachteilig ist dabei besonders, dass beim Schließen der Spritzpistole der sich während des trägen Steuervorganges aufbauende Druck den gewünschten Arbeitsdruck zumindest kurzzeitig erheblich übersteigt und eine entsprechend stabile und kostenerhöhende konstruktive und materielle Auslegung der Bauteile erfordert, welche diesen erhöhten Kräften ausgesetzt sind.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Regelvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche diese Nachteile durch kürzere Ansprechzeiten vermeidet und welche darüber hinaus einfacher und billiger herstellbar ist sowie eine erhöhte Funktionssicherheit aufweist.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass der Steuerkolben das Schließorgan eines den Ansaugkanal mit der Pumpkammer verbindenden Ventils betätigt.

Der Hauptvorteil, der dadurch erzielt wird, besteht darin, dass die Regelung nicht wie bei den bekannten Geräten durch die Veränderung des Kolben- oder Membranhubes herbeigeführt zu werden braucht, wodurch der gesamte Antriebsmechanismus des Pumporgans wesentlich einfacher und billiger ausgestaltet werden kann und Funktionsstörungen in diesem Bereich völlig vermieden werden können. Die Regelung an sich erfolgt wesentlich flinker, so dass beim Schließen der Druckleitung praktisch keine Überdrücke entstehen können und andererseits beim Öffnen der Spritzpistole oder eines Ventils in der Druckleitung der Förderpumpe augenblicklich die volle Förderleistung wieder zur Verfügung steht.

Wenn dabei der Steuerkolben das Schließorgan des Ansaugventils betätigt, kann nicht nur ein zusätzliches Ventil zwischen dem Ansaugkanal und der Pumpenkammer eingespart werden, sondern es wird auch die Bildung einer Umlaufförderung vermieden, welche sich schädlich auf das zu fördernde Medium auswirken kann. Dies ist insbesondere wichtig bei Farbspritzgeräten. Eine Umlaufförderung kann nicht nur zur Zersetzung von Farben infolge mechanischer Überbeanspruchung sondern auch zur Verdampfung des Bindemittels und zur Bildung von Gasblasen infolge von Erhitzung führen, wenn die Umlaufförderung längere Zeit anhält.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass auf dem Steuerkolben ein unter einstellbarem Federdruck stehender Hebelarm eines schwenkbar gelagerten Übertragungshebels aufliegt, wobei zwischen dem zweiten Hebelarm des Übertragungshebels und dem Schließorgan des Ansaugventils ein beweglicher Stößel angeordnet ist. Auf diese Weise ergibt sich nicht nur ein konstruktiv einfacher Aufbau, sondern es wird dadurch auch eine einwandfreie Funktionsweise der gesamten Regelvorrichtung gewährleistet.

Dadurch dass der auf dem Stößel aufliegende Hebelarm des Übertragungshebels länger ist als der auf dem Steuerkolben aufliegende Hebelarm, wird die Regelfunktion empfindlicher und schneller und demzufolge exakter, und es bedarf keiner großen Bewegungsstrecken des Steuerkolbens.

Zweckmäßig ist es dabei, wenn der Übertragungshebel mit einer auf dem Stößel aufliegenden Justierschraube versehen ist, damit die Übertragung der Bewegungen des Steuerkolbens über den Stößel auf das Schließorgan des Ansaugventils spielfrei erfolgen kann und gewährleistet ist, dass das Schließorgan des Ansaugventiles sicher schließt, wenn die volle Pumpleistung gefordert ist.

Um zu verhindern, dass der Steuerkolben mit dem zu verarbeitenden Medium in Berührung kommt, ist es für die Funktionssicherheit wichtig, dass er druckseitig mittels einer Folie abgedichtet ist.

Um diese Folie bei den Kolbenbewegungen vor schädlichen Scherwirkungen zu schützen, ist in weiterer Ausbildung der Erfindung vorgesehen, dass sich zwischen der druckseitigen Stirnfläche des Steuerkolbens und der Folie eine formelastische Scheibe befindet, deren Durchmesser größer ist als derjenige des Steuerkolbens und dass der Hub des Steuerkolbens durch einen Anschlag begrenzt ist.

Anhand der beiliegenden Zeichnung wird nun im folgenden die Erfindung näher erläutert.

Das Pumpengehäuse 1 besitzt einen Ansaugkanal 2 und einen Auslass- oder Druckkanal 3. An dem Ansaugkanal ist ein nicht dargestellter Schlauch angeschlossen, dessen freies Ende in einen Flüssigkeitsbehälter ragt, aus welchem z.B. Farbe angesaugt werden soll. An dem Auslasskanal 3 ist ein Hochdruckschlauch angeschlossen, an dessen Ende sich beispielsweise eine Spritzpistole zum Verspritzen der angesaugten Farbe befindet.

Durch ein Ansaugventil 4 ist der Ansaugkanal 2 mit der Pumpkammer 5 verbunden, in welche der Kopf 6 eines Pumpkolbens 7 hineinragt, welcher von einem motorisch angetriebenen Exzenter 8, der auf die Kolbenstange 9 einwirkt, oszillierend bewegt wird. Eine Druckfeder 10, welche sich einerseits auf dem Gehäuseboden 11 und andererseits auf dem Flansch 12 der Kolbenstange abstützt, drückt die Kolbenstange 9 gegen den Umfang des Exzenters 8.

Durch eine am Kolbenkopf 6 befestigte Flächenmembrane 13, deren kreisförmiger Rand im Gehäuse eingespannt ist, wird der Pumpenraum 5 gegen den Kolbenraum 14 abgeschlossen und es wird das Eindringen des zu fördernden Mediums in den Kolbenspalt 15 dadurch verhindert.

Das Einlassventil 4 besteht aus einer Kugel 16 und einem Kegelsitz 17 sowie aus einer Ventilfeder 18, welche sich auf der Stirnfläche des Kolbenkopfes 6 abstützt und die Kugel 16 in Schließrichtung auf den Kegelsitz 17 drückt. Im Druckkanal 3 befindet sich ein Auslassventil 19 sowie eine Querbohrung 20, in deren axialer Verlängerung ein Steuerkolben 21 axial beweglich angeordnet ist. Der Steuerkolben 21 ist in einer Buchse 22 geführt. Seine untere Stirnseite 23 liegt auf einer Gummischeibe 24 auf, deren Durchmesser größer ist als der Durchmesser des Steuerkolbens 21. Zwischen der Buchse 22 und dem unteren erweiterten Rand 25 der Querbohrung 20 ist eine Membranfolie 26 eingespannt, auf welcher die Gummischeibe 24 aufliegt. Aufgabe der Membranfolie ist es, den Steuerkolben 21 von dem sich im Auslasskanal befindenden Medium zu trennen, wobei die Gummischeibe 24 dazu dient, Axialbewegungen der Membranfolie 26 auf den Steuerkolben 21 zu übertragen und dabei Scherwirkungen, welche die Membranfolie 26 beschädigen könnten, zu verhindern.

In einer Ausnehmung 27 des Gehäuses 1 ist auf einer Welle 28 ein Übertragungshebel 29 schwenkbar gelagert und so angeordnet, dass dessen kurzer Arm 30 auf dem oberen Ende des Steuerkolbens 21 aufliegt. Oberhalb des Hebelarmes 30 ist ein Druckbolzen 31 in axialer Verlängerung des Steuerkolbens 21 axial beweglich angeordnet. Der Druckbolzen 31 wird durch eine Druckfeder 32 von oben gegen den Hebelarm 30 gedrückt, wobei sich die wirksame Kraft der Druckfeder 32 durch eine Stellschraube 33 einstellen lässt.

Der auf dem Hebelarm 30 aufliegende Kopf 34 des Druckbolzens 31 ist mit einer Anschlagscheibe 35 versehen, die den Bewegungsweg des Druckbolzens 31 und damit des Steuerkolbens 21 nach oben begrenzt.

Der längere Hebelarm 30' des Übertragungshebels 29 ist an seinem Ende mit einer Justierschraube 36 versehen, deren unteres Ende auf dem Kopf 37 eines Stößels 38 aufliegt, der zwischen dem Hebelarm 30' und der Kugel 16 des Ansaugventiles 4 axial beweglich angeordnet ist. Durch eine Rückholfeder 39 wird der Stößel 38 nach oben gedrückt. Das untere Ende des Stößels 38 liegt auf der Kugel 16 auf, so dass bei einer Aufwärtsbewegung des Steuerkolbens 21 die Kugel 16 nach unten gedrückt und dadurch das Ansaugventil 4 geöffnet wird.

Die Justierschraube 36 des Hebelarms 30 ist durch eine Bohrung 40 zugänglich, die durch einen Verschlussstopfen 41 nach der entsprechenden Einjustierung der Justierschraube 36 verschlossen wird.

Die Funktionsweise der oben beschriebenen Regelvorrichtung ist folgende:

Mit Hilfe der Stellschraube 33 ist die Druckfeder 32 des Druckbolzens 31 dem gewünschten Arbeitsdruck entsprechend vorgespannt, so dass bei geöffneter Spritzpistole der Steuerkolben 21 seine in der Zeichnung dargestellte Ruhelage einnimmt, in welcher der Stößel 38 ein vollständiges Schließen des Ansaugventils 4 zulässt und die Pumpe mit voller Pumpleistung arbeitet. Die Kugel 16 wird also durch den Stößel 38 nicht daran gehindert, sich bei dem Aufwärtshub des Pumpkolbens 7 bei Normalbetrieb in den Kegelsitz 17 zu legen und ein Rückströmen des angesaugten Mediums in den Ansaugkanal 2 zu verhindern.

Wird jedoch die an den Auslass- oder Druckkanal 3 angeschlossene Spritzpistole ganz oder teilweise geschlossen, so wird durch den dabei entstehenden höheren Druck der Querbohrung 20 der Steuerkolben 21 durch Überwindung der Druckkraft der Druckfeder 32 nach oben bewegt und der Übertragungshebel 29 in Gegenuhrzeigerrichtung verschwenkt. Durch diese Schwenkbewegung des Übertragungshebels 29 ergibt sich eine Abwärtsbewegung des Stößels 38, der dadurch die Kugel 16 vom Kegelsitz 17 des Rückschlagventils 4 abhebt, so dass das sich in der Pumpkammer 5 befindende Medium bei der darauffolgenden Aufwärtsbewegung des Pumpkolbens 7 wieder in den Ansaugkanal 2 zurückfließen kann.

Sobald die Spritzpistole wieder geöffnet wird, fällt der Staudruck im Auslasskanal 3 ab. Die Druckfeder 32 drückt den Übertragungshebel 29 und den Steuerkolben 21 in die ursprüngliche Lage zurück, so dass der Stößel 38 infolge der Wirkung der Rückholfeder 39 die Ventilkugel 16 wieder freigibt und die Pumpe wieder ihre normale Förderleistung bringt.

Selbstverständlich sind auch Zwischenstellungen des Steuerkolbens 21 und damit der Ventilkugel 16 möglich, welche zur Folgen haben, dass der Stößel 38 die Schließ- und Öffnungszeiten der Ventilkugel 16 ändert und so die Fördermenge beeinflusst. Fördermenge und Förderdruck sind auf diese Weise direkt abhängig von der mit Hilfe der Stellschraube 33 einstellbaren Druckkraft der Druckfeder 32.

Claims (10)

1. Vorrichtung zum hydraulischen Regeln der Fördermenge von Kolben- oder Membranpumpen mit einem Ansaug- und einem Auslassventil in Abhängigkeit von der Arbeitsleistung mittels eines vom Arbeitsdruck beaufschlagten Steuerkolbens, der gegen Federdruck auf ein bewegliches Regelorgan einwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkolben (21) das Schließorgan (16) eines dem Ansaugkanal (2) mit der Pumpkammer (5) verbindenden Ventils (4) betätigt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkolben (21) das Schließorgan (16) des Ansaugventils (4) betätigt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Steuerkolben (21) ein unter einstellbaren Federdruck stehender Hebelarm (30) eines schwenkbar gelagerten Übertragungshebels (29) aufliegt, wobei zwischen dem zweiten Hebelarm (30') des Übertragungshebels (29) und dem Schließorgan (16) des Ansaugventils (4) ein beweglicher Stößel (38) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der auf dem Stößel (38) aufliegende Hebelarm (30') des Übertragungshebels (29) länger ist als der auf dem Steuerkolben aufliegende Hebelarm.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Übertragungshebel (29) mit einer auf dem Stößel (38) aufliegenden Justierschraube (36) versehen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, der der Stößel (38) mit einer Rückholfeder (39) ausgerüstet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkolben (21) druckseitig mittels einer Membranfolie (26) abgedeckt ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen der druckseitigen Stirnfläche des Steuerkolbens (21) und der Membranfolie (26) eine formelastische Scheibe (24) befindet, deren Durchmesser größer ist als derjenige des Steuerkolbens (21).

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Hub des Steuerkolbens durch einen Anschlag (35) begrenzt ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das vom Steuerkolben (21) betätigte Ventil als Schließorgan eine Kugel (16) oder einen Kegel aufweist, deren bzw. dessen Schließfeder (18) sich auf der Stirnfläche des Pumpkolbens (7) abstützt.