DE9308066U1

DE9308066U1 - Kolbenpumpe

Info

Publication number: DE9308066U1
Application number: DE9308066U
Authority: DE
Original assignee: Lincoln GmbH
Current assignee: SKF Lubrication Systems Germany GmbH
Priority date: 1993-02-20
Filing date: 1993-02-20
Publication date: 1993-09-09
Anticipated expiration: 2003-02-21

Description

Keil&Schaafhausen

PATENTANWÄLTE

Frankfurt am Main 27.05.1993
H 5 PG38

Lincoln GmbH
Heinrich-Hertz-Straße

6909 Walldorf/Baden

Kolbenpumpe

Beschreibung:

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kolbenpumpe zum Fördern von Medien, insbesondere von UV-härtenden Druckfarben oder Lacken, mit einem einen Pumpenraum aufweisenden Pumpenkörper und einer eingangsseitig über ein Saugventil angeschlossene Saugleitung, mit einem in dem Pumpenraum über eine Kolbenstange hin- und hergewegbaren Kolben, wobei der Kolben mit einem Druckventil versehen ist, welches bei Saugbewegung des Kolbens geschlossen und bei Druckbewegung des Kolbens geöffnet wird, und mit einem auslaßseitig an den Pumpenraum anschließenden einen Auslaßkanal aufweisenden Druckraum.

Derartige Kolbenpumpen finden in der Praxis u.a. Anwendung zur Förderung von hochviskosen Materialien, wie Druckfarben oder Lacken oder ähnliche Fördermedien. UV-härtende Druckfarben weisen im Vergleich zu Druckfarben auf Ölbasis den Vorteil einer schnelleren Durchhärtung des Farbfilms und einer damit einhergehenden erhöhten Druckgeschwindigkeit auf. Bei der

^{H 5} ^PG38 Keil&Schaafhausen

- 2 - PATENTANWÄLTE

Förderung solcher UV-härtenden Druckfarben treten wegen deren erhöhter Temperaturempfindlichkeit mit den herkömmlichen Kolbenpumpen allerdings Förderungsprobleme auf. Die bei herkömmlichen Kolbenpumpen auftretenden Reibungsverluste tragen zu einer unerwünschten Erwärmung des Fördermediums bei, so daß bereits während des Förderungsvorganges eine vorzeitige Polymerisation auftreten kann. Das durch die vorzeitige Polymerisation aushärtende bzw. sich verfestigende Medium lagert sich dann in der Kolbenpumpe ab und beeinträchtigt dessen Funktion.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kolbenpumpe der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß mit ihr auch ein unter Wärmeeinwirkung leicht polymerisierbares bzw. aushärtendes Medium sicher und störungsfrei förderbar ist.

Diese Aufgabe wird bei einer Kolbenpumpe der eingangs genannten Art im wesentlichen dadurch gelöst, daß der Kolben ohne Dichtungsringe oder dgl. mit geringem Spiel im wesentlichen berührungsfrei in dem Pumpenraum hin- und herbewegbar ist.

Durch diese Maßnahme wird das Entstehen von Reibungswärme in der Kolbenpumpe erheblich verringert und dadurch die Neigung zu einer vorzeitigen Polymerisation des Fördermediums verringert. Die Hauptwärmeguellen in einer Kolbenpumpe, welche das Fördermedium beeinträchtigen können, sind vor allem die Kolbendichtungen des bewegten Kolbens in dem Pumpenkörper. Als Dichtungsringe werden in den herkömmlichen Kolbenpumpen meist Nutringe aus Polyuretan verwendet. Damit diese Nutringe ihre Dichtfunktion hinreichend erfüllen, müssen sie mit einer bestimmten Vorspannung auf dem Kolben montiert sein. Die Vor-

^{H 5 p}G 3 8 Keil&Schaafhausen

_ 3 _ PATENTANWÄLTE

spannung der Nutringe bewirkt eine erhöhte Reibung und folglich auch eine erhöhte Wärmeentwicklung. Mit der Erfindung werden im Pumpenraum bzw. im Bereich des Kolbens jegliche Wärmeguellen eliminiert, da der Kolben keine Dichtungsringe aufweist und im wesentlichen berührungsfrei im Pumpenraum geführt ist.

Vorzugsweise ist zwischen einer Umfangsflache des Kolbens und einer Innenwandfläche des Pumpenraums ein geringer, aber in Axialrichtung verhältnismäßig langer Spalt vorhanden ist. Durch diese Maßnahme werden Berührungen metallischer Teile im Bereich des Pumpenraums sicher vermieden und somit die aufgrund von möglichen Reibungsverlusten auftretende Wärmeentwicklung verringert, gleichzeitig aber trotz fallender Abdichtung des Kolbens gegenüber dem Pumpenkörper Druckverluste vermieden.

Gemäß einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen der Umfangsflache des Kolbens und der Innenwandfläche des Pumpenraums ein Spiel im Bereich 0,2 mm bis 1 ,0 mm, bevorzugt 0,5 mm bis 0,7 mm, vorhanden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die wirksame Länge des Kolbens etwa gleich dem oder größer als der Durchmesser des Pumpenraumes. Unter der wirksamen Länge des Kolbens soll die axiale Erstreckung der Umfangsflache des Kolbens verstanden werden, über welche dieser eng benachbart der Innenwandfläche des Pumpenraums angeordnet ist. Durch diese, gegenüber herkömmlichen Kolben verhältnismäßig große axiale Länge des Kolbens werden trotz einer im wesentlichen berührungsfreien Führung des Kolbens in dem Pumpenraum Druckverluste im Pumpenraum oder Druckraum sicher vermieden.

^{H 5 PG38} KEIL&SCHAAFHAUSEN

- 4 - PATENTANWÄLTE

Nach einer noch weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Druckraum zu der Kolbenstange hin mit einem Abstreifring abgedichtet. Diese Maßnahme dient nicht nur der Abdichtung des Druckraums sondern auch dazu, das Fördermedium von der sich hin- und herbewegenden Kolbenstange abzustreifen, um die von im Bereich der Kolbenstange auftretenden Reibungsverlusten hervorgerufene Erwärmung weitestgehend von dem zu fördernden Medium durch eine Verringerung der Kontaktdauer zwischen Kolbenstange und dem Fördermedium gering zu halten. Einer möglichen Polymerisation der an der Kolbenstange haftenden Schicht des Fördermediums wird dadurch wirksam entgegengetreten .

Von Vorteil ist zwischen dem Abstreifring und einem die Kolbenstange von dem Kolben aus gesehen jenseits des Abstreifrings umfassenden Dichtungsring eine Buchse mit einer Entlastungskammer angeordnet, welche vorzugsweise über eine in dem Kolbenstangengehäuse vorgesehene Auslaßbohrung nach außen geöffnet ist. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß eventuell an dem Abstreifring vorbeitretendes Fördermedium im Bereich der Kolbenstange aus dem Kolbenstangengehäuse austreten kann und nur über eine geringe Zeitdauer einer möglichen Erwärmung durch die von der Kolbenstange auf das zu fördernde Medium übertragene Wärmeeinwirkung ausgesetzt ist.

Von Vorteil ist die Auslaßbohrung mit dem Fördermedium-Vorrat, z.B. der Saugleitung verbunden, so daß der Teil des Fördermediums, der an dem Abstreifring vorbeitritt, erneut der Pumpe zugeführt werden kann. Leckverlusten des Fördermediums wird somit entgegengetreten.

^{H 4 &Rgr;&iacgr;&iacgr;38} Keil&Schaafhausen

_ 5 _ PATENTANWÄLTE

Wenn zwischen der Kolbenstange und der Buchse in dem Bereich zwischen dem Abstreifring und der Entlastungskammer ein Spalt vorgesehen ist, wird dafür Sorge getragen, daß das an dem Abstreifring vorbeitretende Fördermedium schnell in die Entlastungskammer gelangen kann.

Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beiliegenden Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der vorliegenen Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.

Die einzige Figur zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kolbenpumpe im Schnitt.

Die Kolbenpumpe 10 weist einen rohrförmigen Pumpenkörper 16 mit einem zylindrischen Pumpenraum 11 auf. An einen Eingangsabschnitt 13 des Pumpenkörpers 16 ist eine Saugleitung 12 für die Aufnahme des Fördermediums, insbesondere UV-härtende Druckfarben oder Lacke, in dem Pumpenraum 11 angeschlossen. In der Saugleitung 12 ist vor dem Eintritt in den Pumpenkörper 16 bzw. dessen Pumpenraum 11 ein als Rückschlagventil (im dargestellten Fall als Kugelventil) ausgebildetes Saugventil 22 angeordnet, welches einen konisch ausgebildeten zum Pumpenraum 11 hinweisenden Ventilsitz 24, einen pumpenraumseitig vor diesem angeordneten als Ventilkugel ausgebildeten Ventilkörper 26 und eine Rückhalteeinrichtung 28 aufweist. Mittels der Rückhalteeinrichtung 28 und des Ventilsitzes 24 ist eine Art Käfig gebildet, in welchem der Ventilkörper 26 eingefangen ist.

^{H 5 p}^³⁸ Keil&Schaafhausen

- 6 - PATENTANWÄLTE

In einem an einen Ausgangsabschnitt 15 des Pumpenkörpers 16 angeschlossenen Kolbenstangengehäuse 52 ist ein einen Auslaßkanal 66 aufweisenden Auslaßstutzen 14 für eine (nicht dargestellte) Druckleitung angeschlossen, durch die das Fördermedium aus der Kolbenpumpe 10 austritt. Ein Kolben 18 ist in dem Pumpenraum 1 1 über eine in dem Gehäuse 52 geführte Kolbenstange 20 von einem in dem Pumpenraum 11 (nicht dargestellten) z.B. als Luftmotor ausgebildeten Antrieb der Kolbenstange 20 in eine Hin- und Herbewegung versetzbar.

Der Kolben 18 besitzt eine saugventilseitige zylindrische Ausnehmung 30 , die durch einen Boden 32 und eine an diesen anschließende ringförmige Seitenwand 36 begrenzt ist. Der Boden 32 verjüngt sich kolbenstangenseitig und ist mit einer Axialbohrung 34 versehen, welche im Abstand von der Ausnehmung 30 in Radialbohrungen 35 übergeht. In der Axialbohrung 34 ist mit Spiel eine Ventilstange 40 aufgenommen, die an dem in die Ausnehmung 30 hineinragenden Endabschnitt einen Ventilkörper 42 mit einer axialbohrungsseitigen Kegelfläche 43 aufweist. Der Kegelfläche 43 ist ein Ventilsitz 44 zugeordnet, der von derr, die Axialbohrung 34 begrenzenden Umfangsabschnitt der Innenfläche 65 des Bodens 32 gebildet ist.

Der kolbenstangenseitige Endabschnitt der Ventilstange 40 ist mit einer Verdickung 48 versehen, die in eine zentrische mit der Axialbohrung 34 des Kolbens 18 koaxiale Sacklochbohrung 46 der Kolbenstange 20 eintaucht. Die Verdickung 48 und damit die Ventilstange 40 sind in der Sacklochbohrung 46 über einen Haltering 50 mit geringem axialem Spiel gehalten. Die Ventilstange 40 mit dem Ventilkörper 42 und der Ventilsitz 44 bilden zusammen ein Druckventil 38.

^{H 5 P638} Keil&Schaafhausen

-7- PATENTANWÄLTE

Der Kolben 18 weist im Bereich des Bodens 32 und der Seitenwand 36 einen Außendurchmesser auf, der um ein geringes Maß kleiner ist als der Innendurchmesser des Pumpenraums 1 1 . Zwischen der Umfangsflache des Kolbens 18 und der Innenwandfläche des Pumpenraums 11 ist ein Spalt 37 vorhanden, so daß eine metallische Berührung vermieden ist. Der Spalt 37 ist vorzugsweise derart bemessen, daß der Kolben 18 in dem Pumpenraum 11 mit einem Spiel im Bereich von 0,2 mm bis 1,0 mm, bevorzug 0,5 mm bis 0,7 mm geführt ist.

Die axiale Länge 1 der Seitenwand 36 einschließlich der Dicke des Bodens 32 des Kolbens 18 ist im Vergleich zum Durchmesser d des Pumpenraums 11 groß bemessen. Im Ausführungsbeispiel ist die Länge 1 etwas größer als der Durchmesser d.

In dem Gehäuse 52 ist zur Aufnahme der Kolbenstange 20 eine Buchse 54 vorgesehen, die an ihrem dem Kolben 18 zugewandten Endabschnitt einen Abstreifring 56 trägt , der die Kolbenstange 20 eng umschließt. Der Innendurchmesser der Buchse 54 ist etwas größer als der Außendurchmesser der Kolbenstange 20 , so daß zwischen beiden Teilen ein geringer Spalt 55 vorhanden ist.

In einem dem Kolben 18 abgewandten Endabschnitt der Buchse 54 ist ein die Kolbenstange 20 dicht umschließender Dichtungsring 64 vorgesehen, der mittels einer Hülse 62 axial festgelegt ist. In dem pumpenkörperseitigen Endabschnitt des Gehäuses 52 ist zwischen der Buchse 54 bzw. dem Abstreifring 56 einerseits und dem Boden 32 des Kolbens 18 andererseits ein Druckraum 57 gebildet, von welchem der Auslaßkanal 66 des Auslaßstutzens 14 abzweigt. Die Buchse 54 weist zwischen dem Abstreifring 56 und dem Dichtungsring 64 eine Entlastungskammer 58 auf , die zur

H 5 Pß 3 8

Keil&Schaafhausen PATENTANWÄLTE

Aufnahme von aus der Druckkammer 57 an dem Abstreifring 56 vorbei austretendem Fördermedium vorgesehen ist. Die Entlastungskammer 58 steht über eine Auslaßbohrung 60 in der Wandung des Gehäuses 52 in Verbindung, so daß das in der Entlastungskammer 58 angesammelte Medium durch eine (nicht dargestellte) Leitung in den Mediumvorratsbehälter bzw. die Saugleitung 12 zurückgeführt wird.

Die beschriebene Pumpenanordnung arbeitet wie folgt:

Wird von dem Antrieb die Kolbenstange 20 aus ihrer unteren (nicht dargestellten Totpunktlage nach oben gezogen, so wird zunächst die Ventilstange 40 mitgenommen, bis die Kegelfläche 43 an dem Dichtsitz 44 zur Anlage kommt. Dadurch schließt sich das Druckventil 38 selbsttätig.

Bei einer weiteren Aufwärtsbewegung der Kolbenstange 20 und der Ventilstange 40 wird der Kolben 18 über den Ventilkörper 42 mitgenommen. Aufgrund des dabei im Pumpenraum 11 entstehenden Unterdrucks öffnet auch das Saugventil 22 , so daß das Fördermedium in den Pumpenraum 11 gelangt.

Wenn der Kolben 18 seinen oberen Totpunkt erreicht hat, wechselt die Bewegungsrichtung der Kolbenstange 20 von oben nach unten, der stirnseitige Abstand zwischen Kolbenstange 20 und Kolben 18 nimmt ab, bis die entsprechenden Stirnflächen 67, 68 aneinanderliegen. Bei diesem Teil der Bewegung wird der Ventilkörper 42 des Druckventils 38 von dem Ventilsitz 44 in die in der Figur dargestellte Öffnungsstellung abgehoben, so daß das Druckventil 38 geöffnet ist.

^{H 5 P638} Keil&Schaafhausen

_ 9 _ PATENTANWÄLTE

Bei der weiteren Bewegung des Kolbens 18 in Richtung der unteren Totpunktlage wird in dem Pumpenraum 1 1 ein Druck aufgebaut, aufgrund dessen der Ventilkörper 26 des Saugventils 22 in Schließstellung überführt wird.

Bei der anschließenden Bewegung des Kolbens 18 nach unten wird das Fördermedium von dem Pumpenraum 1 1 durch die Axialbohrung 34 und die Radialbohrungen 35 in den Druckraum 5 7 gedrückt. Aus dem Druckraum 57 tritt das Fördermedium durch den Auslaßkanal 66 des Anschlußstutzens 14 aus.

Wenn man dann an dem unteren Totpunkt die Kolbenstange 20 wieder nach oben bewegt wird, heben die beiden Stirnflächen 67, 68 zunächst weider voneinander ab, um das Druckventil 38 zu schließen. Bei der dann folgenden Mitnahme des Kolbens 18 mittels der Ventilstange 40 wird weiteres in dem Druckraum 57 verbliebenes Medium über den Auslaßkanal· 66 herausgedrückt. Die Kolbenpumpe 10 arbeitet daher doppelwirkend.

Dadurch, daß der Kolben 18 unter Vermeidung von Dichtungsringen oder dgl. im Pumpenraum 11 im wesentlichen berührungsfrei bewegt wird, wird eine Erwärmung im Bereich des Fördermediums mit den einhergehenden Problemen einer vorzeitigen Polymerisation des Mediums weitgehend vermieden. Druckverluste werden trotz dieser im wesentlichen berührungsfreien Führung des Kolbens 18 im Pumpenraum 11 dadurch vermieden, daß der Kolben 18 eine große axiale Länge aufweist, der Spalt 37 also verhältnismäßig lang ist, im dargestellten Fall wenigstens so lang wie der Durchmesser d des Pumpenraums 11.

^{H 5 &rgr;&bgr;38} Keil&Schaafhausen

- 10 - PATENTANWÄLTE

Eine weitere Verbesserung der Funktion der erfindungsgemäßen Kolbenpumpe 10 wird dadurch erreicht, daß der Druckraum 57 zur Kolbenstange 20 hin mittels des Abstreifringes 56 abgedichtet ist. An dem Abstreifring 56 dennoch vorbeitretendes Fördermedium wird in der Entlastungskammer 58, die zwischen dem Abstreifring 56 und dem Dichtungsring 64 in der Buchse 62 gebildet ist, aufgefangen und kann über die Auslaßbohrung 60 dem Fördermedium-Vorrat wieder zugeführt werden.

^{H 5} ^³⁸ Keil&Schaafhausen

-11 - PATENTANWÄLTE

Bezugszeichenliste:

10	Kolbenpumpe
1 1	Pumpenraum
12	Saugleitung
13	Eingangsabschnitt
14	Anschlußstutzen
15	Ausgangsabschnitt
16	Pumpenkörper
18	Kolben
20	Kolbenstange
22	Saugventil
24	Ventilsitz
26	Ventilkörper
28	Rückhalteeinrichtung
30	Ausnehmung
32	Boden
34	Axialbohrung
35	Radialbohrungen
36	Seitenwand
37	Spalt
38	Druckventil
40	Ventilstange
42	Ventilkörper
43	Kegelfläche
44	Ventilsitz
46	Sacklochbohrung
48	Verdickung
50	Haltering
52	Gehäuse
54	Buchse
55	Spalt

^H 5 ps 38 Keil&Schaafhausen

_ ig PATENTANWÄLTE

56	Abstreifring
57	Druckraum
58	Entlastungskammer
60	Auslaßbohrung
62	Hülse
64	Dichtungsring
65	Innenfläche
66	Außlaßkanal
67	Stirnfläche (Kolben)
68	Stirnfläche (Kolbenstange)
1	Länge
d	Durchmesser

Claims

H 5 Pg38 Keil&Schaafhausen -1- PATENTANWÄLTE Schutzansprüche:

1. Kolbenpumpe (10) zum Fördern von Medien, insbesondere von UV-härtenden Druckfarben oder Lacken, mit einem einen Pumpenraum (11) aufweisenden Pumpenkörper (16) und einer eingangsseitig über ein Saugventil (22) angeschlossene Saugleitung (12), mit einem in dem Pumpenraum (11) über eine Kolbenstange (20) hin- und herbewegbaren Kolben (18), wobei der Kolben (18) mit einem Druckventil (38) versehen ist, welches bei Saugbewegung des Kolbens (18) geschlossen und bei Druckbewegung des Kolbens (18) geöffnet wird, und mit einem auslaßseitig an den Pumpenraum (11) anschließenden einen Auslaßkanal (66) aufweisenden Druckraum (57), dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (18) ohne Dichtungsringe oder dgl. mit geringem Spiel im wesentlichen berührungsfrei in dem Pumpenraum (11) hin- und herbewegbar ist.

2. Kolbenpumpe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einer Umfangsflache des Kolbens (18) und einer Innenwandfläche des Pumpenraums (11) ein geringer, aber verhältnismäßig langer Spalt (37) vorhanden ist.

3. Kolbenpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen der Umfangsflache des Kolbens (18) und der Innenwandfläche des Pumpenraums (11 ) ein Spiel im Bereich von 0,2 mm bis 1,0 mm, bevorzugt 0,5 mm bis 0,7 mm, vorhanden ist.

4. Kolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die wirksame Länge (1) des Kolbens (18) etwa gleich oder größer als der Durchmesser (d) des Pumpenraumes (11 ) ist.

H 5 PG 38 KEIL&SCHAAFHAUSEN

PATENTANWÄLTE

5. Kolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckraum (57) zur Kolbenstange (20) hin mit einem Abstreifring (56) abgedichtet ist.

6. Kolbenpumpe nach Anspruch 5 , dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Abstreifring (56) und einem die Kolbenstange (20) umfassenden Dichtungsring (64) eine Buchse (54) mit einer Entlastungskammer (58) angeordnet ist.

7. Kolbenpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlastungskammer (58) über eine in dem Kolbenstangengehäuse (52) vorgesehene Auslaßbohrung (60) nach außen geöffnet ist.

8. Kolbenpumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßbohrung (60) mit dem Fördermedium-Vorrat, z.B. der Saugleitung (12) verbunden ist.

9. Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Kolbenstange (20) und der Buchse (54) in dem Bereich zwischen dem Abstreifring (56) und der Entlastungskammer (58) ein Spalt (55) vorgesehen ist.