Flüssigkeitspumpvorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Flüssigkeitspumpvorrichtung mit einem Gehäuse, das eine Mehrzahl von Zylinderräumen hat, in jedem von welchen ein Pumpkolben arbeitet zur abwechslungsweisen Vergrösserung und Verkleinerung der vor ihm gelegenen Pumpkammer, wobei ein Mechanismus zum Antrieb dieser Pumpkolben vorhanden ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung dieser Art zu schaffen, die einen geringen Bauund Kostenaufwand erfordert und betriebssicher ist.
Dies kann erfindungsgemäss dadurch erreicht werden, dass das an die zugehörige Pumpkammer angrenzende Ende jedes Pumpkolbens in der äusseren Endlage dieses letzteren mit einem zugeordneten, an einem Gehäusedeckel ausgebildeten Ringsitz zusammenarbeit zum Abschliessen einer zugeordneten, vom Ringsitz umgebenen Öffnung, die somit eine kolbengesteuerte Öffnung ist, dass Kanäle die im Gehäusedeckel ausgebildet sind, eine Verbindung ergeben für den Übertritt von zu pumpender Flüssigkeit von einem Einlass, der an die dem ersten Kolben der Folge von Kolben zugeordnete kolbengesteuerte Öffnung angeschlossen ist, zu einem Auslass, der an die, dem letzten Kolben dieser Folge von Kolben zugeordnete kolbengesteuerte Öffnung angeschlossen ist, und dass der Antriebsmechanismus ein Organ mit einer Steuerkurve ist, welche die Bewegungen sämtlicher Kolben so aufeinander abgestimmt herbeiführt,
dass a) die genannte Verbindung im Normalbetrieb der Vorrichtung stets an mindestens einer der kolbengesteuerten Öffnungen unterbunden ist und b) das in die erste Pumpkammer angesaugte Flüssigkeitsvolumen von der ersten zur zweiten, dritten ... und schliesslich zur letzten Pumpkammer übertritt u. schliesslich aus dieser letzteren verdrängt wird, wobei die Summe der Volumina sämtlicher Pumpkammern während des ganzen Arbeitszyklus unverändert bleibt.
Eine besonders günstige Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass zwischen dem die Zylinderräume aufweisenden Gehäusekörper und dem Gehäusedeckel eine flexible Membran abdichtend eingespannt ist, die sich durch sämtliche Pumpkammern hindurch erstreckt, an den an die Pumpkammern angrenzenden Stirnflächen der einzelnen Kolben anliegend befestigt ist und auch mit den Ringsitzen zusammenarbeitet, wobei dank Anschrägungen am Gehäusekörper und am Gehäusedeckel freiliegende ringförmige Membranabschnitte vorhanden sind. Dabei ergibt sich der Vorteil, dass die zu pumpende Flüssigkeit nicht zwischen die Pumpkolben und das dieselben führende Gehäuse gelangen kann; eine solche Ausführung eignet sich deshalb besonders gut für das Pumpen von aggressiven und von nicht-schmierenden Flüssigkeiten.
Eine besonders einfache Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass sie vier Pumpkolben aufweist, die in achsparalleler Anordnung gleichmässig verteilt in einem Kranz angeordnet sind, dessen Achse mit der Drehachse einer im Gehäusekörper drehbar gelagerten Antriebswelle übereinstimmt, dass ferner das genannte Organ des Antriebsmechanismus ein Ring ist, der drehfest mit dieser Antriebswelle verbunden ist und als Steuerkurve eine Nut in seiner Mantelfläche hat.
Bei einer solchen Ausführungsform kann weiterhin in vorteilhafter Weise vorgesehen sein, dass der innere Laufring eines kombinierten Axial- und Radiallagers mittels welchem die Antriebswelle am Gehäusekörper gelagert ist, auch als Abstützung einer Feder dient, welche den längsschiebbar auf der Antriebswelle angeordneten Ring gegen die im Normalbetrieb auftretenden Pumpkolbenreaktionskräfte abstützt, bei Auftreten einer Verstopfung aber nachgibt, so dass die im Normalbetrieb abwechselungsweise verschlossenen kolbengesteuerten öffnungen offen bleiben.
Beiliegende Zeichnung stellt beispielsweise eine solche Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes dar.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt,
Fig. 2 eine Stirnansicht,
Fig. 3 einen teilweisen Schnitt längs einer Zylinderfläche durch die Achsen der vier Pumpkolben und die Fig. 4a bis 4h eine Folge von der Fig. 3 ähnlichen, aber schematischen Abbildungen, welche die Stellungen der Pumpkolben bei sukzessiven Drehschritten des Antriebsorgans von 450 veranschaulichen.
Die gezeigte Flüssigkeitspumpvorrichtung weist ein Gehäuse mit einem zylindrischen Gehäusekörper 1, einem hinteren Gehäusedeckel 2 und einem vorderen Gehäusedeckel 3 auf; die Gehäusedeckel 2, 3 sind mittels Schraubbolzen 4 am Gehäusekörper 1 befestigt.
Der Gehäusekörper 1 hat neben dem Gehäusedeckel 2, in dem mittels eines Axial- und Radialwälzlagers 5 eine Antriebswelle 6 drehbar und unverschiebbar gelagert ist, eine weite zentrische Ausnehmung 7 und eine Sackbohrung la, in welcher der innere Endteil der Welle 6 dreht. Mittels einer Schiebekeilverbindung 9 ist auf der Welle 6 ein Ring 8 drehfest aber verschiebbar angeordnet, der sich mittels einer vorgespannten Feder 10 auf dem mitdrehenden inneren Laufring des Wälzlagers 5 abstützt.
Der Gehäusekörper 1 hat ausserdem einen zur Welle 6 konzentrischen Kranz von vier achsparellelen Bohrungen oder Zylinderräumen 11, die in Winkelabständen von 900 voneinander angeordnet sind und in jeder bzw.
jedem von welchen ein Pumpkolben 12 längsbeweglich angeordnet ist. Diese haben je einen hinteren Fortsatz
12a mit einem darin festgesetzten Zapfen 13; die Zapfen 13 greifen mit etwas Spiel in eine Nut 14 ein, die in der Mantelfläche des Ringes 8 eingeschnitten ist und deren Verlauf aus der Fig. 3 ersichtlich ist. Dort sind die vier Pumpkolben mit 121, 122, 122 bzw. 12i bezeichnet.
In der Fortsetzung jeder Bohrung 11 des Gehäusekörpers 1 erstreckt sich eine entsprechende Bohrung 15 im vorderen Gehäusedeckel 3, wobei diese Bohrungen
11 und 15 an ihren benachbarten Enden lla, 15a kegelig gegeneinander erweitert sind. Eine flexible Membran 16 ist zwischen dem Gehäusekörper 1 und dem Gehäusedeckel 3 festgespannt und mittels je einer Schraube 17 mit zugehöriger Unterlagsscheibe 18 an der vorderen Stirnfläche jedes der vier Pumpkolben 12 festgespannt.
In zwei nebeneinanderliegenden der vier Bohrungen 15 ist ein Einsatzteil 19 (Fig. 3 mit 191 bzw. 192 bezeichnet) dichtend eingepresst, der einen Anschlussstutzen 19a für ein Schlauch oder dergleichen hat, sowie eine durchgehende Bohrung 20 (in Fig. 3 mit 201 und 202 bezeichnet), deren inneres Ende 20a erweitert ist.
In den beiden anderen Bohrungen 15 ist je ein Einsatzteil 21 (in Fig. 3 mit 211 bzw. 212 bezeichnet) dichtend eingepresst, der eine Sackbohrung 22 hat, deren innerer Endteil gleich ausgebildet ist wie der innere Endteil 20a der Bohrungen 20. Der engere äussere Endteil jeder Sackbohrung 22 ist durch ein Querloch 23 mit einer äusseren Ringnut 24 verbunden.
Die an den inneren Stirnseiten eines jeden der Einsätze 20 und 21 übrigbleibende, schmale Ringfläche 25 bildet einen Ringsitz, an welchen die Membran 16 abdichtend angedrückt wird, jedesmal wenn der zugehörige Kolben 12 seine äussere Endlage einnimmt. Die vom Ringsitz 25 umgebene Öffnung 26 ist also eine kolbengesteuerte Öffnung.
Der vor jedem der Pumpkolben 12 und dem zwischen den kegeligen Anschrägungen 1 la, 15a freiliegenden, ringförmigen Membranabschnitt gelegene Raum 27, dessen Volumen bei der Pumpkolbenbewegung geändert wird, bildet die diesem Kolben zugeordnete Pumpkammer. In Fig. 3 sind die vier Pumpkammern mit 271, 272, 27 bzw. 274 bezeichnet. Wie auch aus Fig. 3 hervorgeht, sind im Gehäusedeckel 3 Kanäle eingebohrt, und zwar ein Kanal 28, der die Pumpkammer 271 mit der Ringnut 241 und somit mit der Sackbohrung 221 verbindet, ein Kanal 29, der die Pumpkammer 272 mit der Ringnut
242 und somit mit der Sackbohrung 22 verbindet, und ein Kanalpaar 30, das die Pumpkammer 273 mit der Bohrung 2()., verbindet.
Es ergibt sich auf diese Weise eine Verbindung für den übertritt von zum pumpenden Flüssigkeit von einem Einlass - bei einem Drehsinn der Antriebsorgane 6, 8 wie dies die Bohrung 20, -, der an die dem ersten Kolben 121 der Folge von Kolben zugeordnete kolbengesteuerte Öffnung 261 angeschlossen ist, zu einem Auslass - Bohrung 202 - der an die, dem letzten Kolben 124 der Folge von Kolben zugeordnete kolbengesteuerte Öffnung 264 angeschlossen ist.
Die Steuerkurve bzw. -nut 14 im Antriebsring 8 hat den aus der Fig. 3 ersichtlichen, teckigem) Verlauf, dank welchem die Bewegungen der Kolben so aufeinander abgestimmt herbeigeführt werden, dass a) die vorgenannte Verbindung im Normalbetrieb der Vorrichtung stets an mindestens einer von zwei der kolbengesteuerten öffnungen 261 ... 264 unterbunden ist, und b) das in die erste Pumpkammer angesaugte Flüssigkeitsvolumen von der ersten zur zweiten, dritten und schliesslich zur vierten Pumpkammer übertritt und schliesslich aus dieser letzteren nach dem Auslass hin verdrängt wird, wobei die Summe der Volumina sämtlicher Pumpkammern während einem ganzen Arbeitszyklus unverändert gross (nämlich gleich dem Doppelten des Maximalvolumens einer dieser Pumpkammern) bleibt.
Das eben unter a) und b) Gesagte kann anhand der Fig. 4a bis 4b nachgeprüft werden, in welchem die Drehrichtung des Antriebsringes 8 mit dem Pfeil 31 angedeutet ist. Die Pumpvorrichtung ist offensichtlich selbstansaugend und ausserdem auch reversibel, d.h. sie kann unter Umkehrung des Drehsinne der Antriebsorgane 6, 8 - bei 202 ansaugen und bei 201 ausstossen; der Arbeitszyklus würde dann der Figurenfolge Fig. 4a, 4f, 4e, ... 4b entsprechen.
Die Pumpvorrichtung erleidet keinen Schaden falls irgendeine teilweise oder vollständige Verstopfung eintritt; sie geht dann selbsttätig von Normalbetrieb in Leerlaufbetrieb über, indem die den Ring 8 abstützende Feder 10 unter der Einwirkung einer übergross werdenden Pumpkolbenreaktionskraft nachgibt, mit dem Ergebnis, dass keine der kolbengesteuerten Öffnungen 261 - 26. mehr geschlossen wird.
Es ist noch wichtig hervorzuheben, dass die beschriebene Pumpvorrichtung stopfbüchsenlos ist und für das Pumpen von Unreinheiten enthaltenden Flüssigkeiten verwendet werden kann.
Es sind auch andere Ausführungsformen denkbar als die beschriebene. Unter anderem wäre auch eine Anordnung der Kolben dn Reihe denkbar, wobei der Antrieb der Kolben durch eine Nockenwelle erfolgen könnte.
Liquid pumping device
The invention relates to a liquid pumping device with a housing which has a plurality of cylinder chambers, in each of which a pump piston works to alternately enlarge and reduce the pump chamber in front of it, a mechanism for driving these pump pistons being present.
The invention is based on the object of creating a device of this type which requires little construction and costs and is operationally reliable.
According to the invention, this can be achieved in that the end of each pump piston adjoining the associated pump chamber, in the outer end position of the latter, cooperates with an associated ring seat formed on a housing cover to close an associated opening surrounded by the ring seat, which is thus a piston-controlled opening, that channels that are formed in the housing cover provide a connection for the passage of liquid to be pumped from an inlet, which is connected to the piston-controlled opening assigned to the first piston of the series of pistons, to an outlet, which is connected to the last piston of this Piston-controlled opening assigned to a sequence of pistons is connected, and that the drive mechanism is an organ with a control cam which brings about the movements of all pistons so coordinated with one another,
that a) the mentioned connection is always blocked at at least one of the piston-controlled openings during normal operation of the device and b) the liquid volume sucked into the first pump chamber passes from the first to the second, third ... and finally to the last pump chamber u. is finally displaced from the latter, the sum of the volumes of all the pump chambers remaining unchanged during the entire working cycle.
A particularly favorable embodiment is characterized in that a flexible membrane is clamped in a sealing manner between the housing body having the cylinder chambers and the housing cover, which membrane extends through all the pump chambers, is attached to the end faces of the individual pistons adjoining the pump chambers and also with the ring seats cooperates, thanks to bevels on the housing body and on the housing cover exposed annular membrane sections are present. This has the advantage that the liquid to be pumped cannot get between the pump piston and the housing which guides the same; Such a design is therefore particularly suitable for pumping aggressive and non-lubricating liquids.
A particularly simple embodiment is characterized in that it has four pump pistons which are evenly distributed in an axially parallel arrangement in a ring, the axis of which coincides with the axis of rotation of a drive shaft rotatably mounted in the housing body, and that said member of the drive mechanism is also a ring , which is non-rotatably connected to this drive shaft and has a groove in its outer surface as a control cam.
In such an embodiment, it can also be provided in an advantageous manner that the inner race of a combined axial and radial bearing by means of which the drive shaft is mounted on the housing body also serves as a support for a spring that pushes the ring arranged longitudinally on the drive shaft against the ring in normal operation occurring pump piston reaction forces, but gives way when a blockage occurs, so that the piston-controlled openings, which are alternately closed during normal operation, remain open.
The accompanying drawing shows, for example, such an embodiment of the subject matter of the invention.
Show it:
1 shows a longitudinal section,
Fig. 2 is an end view,
3 shows a partial section along a cylinder surface through the axes of the four pump pistons, and FIGS. 4a to 4h show a series of diagrams similar to FIG. 3, but which illustrate the positions of the pump pistons during successive rotary steps of the drive member of 450.
The liquid pumping device shown has a housing with a cylindrical housing body 1, a rear housing cover 2 and a front housing cover 3; the housing covers 2, 3 are fastened to the housing body 1 by means of screw bolts 4.
The housing body 1 has, in addition to the housing cover 2, in which a drive shaft 6 is rotatably and immovably mounted by means of an axial and radial roller bearing 5, a wide central recess 7 and a blind hole la in which the inner end part of the shaft 6 rotates. A ring 8 is non-rotatably but displaceably arranged on the shaft 6 by means of a sliding wedge connection 9, which ring is supported by means of a pretensioned spring 10 on the co-rotating inner race of the roller bearing 5.
The housing body 1 also has a ring concentric to the shaft 6 of four axially parallel bores or cylinder spaces 11, which are arranged at angular distances of 900 from one another and in each or
each of which a pump piston 12 is arranged to be longitudinally movable. These each have a rear extension
12a with a pin 13 fixed therein; the pins 13 engage with some play in a groove 14 which is cut into the outer surface of the ring 8 and the course of which can be seen in FIG. There the four pump pistons are labeled 121, 122, 122 and 12i, respectively.
In the continuation of each bore 11 of the housing body 1 a corresponding bore 15 extends in the front housing cover 3, these bores
11 and 15 are conically widened towards one another at their adjacent ends 11a, 15a. A flexible membrane 16 is clamped between the housing body 1 and the housing cover 3 and is clamped by means of a screw 17 with an associated washer 18 on the front face of each of the four pump pistons 12.
In two of the four bores 15 lying next to one another, an insert part 19 (designated by 191 or 192 in FIG. 3) is pressed sealingly, which has a connecting piece 19a for a hose or the like, as well as a through bore 20 (in FIG designated), the inner end 20a of which is expanded.
In each of the other two bores 15 an insert part 21 (designated 211 or 212 in FIG. 3) is pressed in a sealing manner, which has a blind bore 22, the inner end part of which is designed the same as the inner end part 20a of the bores 20. The narrower outer one The end part of each blind bore 22 is connected to an outer annular groove 24 through a transverse hole 23.
The narrow annular surface 25 remaining on the inner end faces of each of the inserts 20 and 21 forms an annular seat against which the membrane 16 is pressed in a sealing manner each time the associated piston 12 assumes its outer end position. The opening 26 surrounded by the ring seat 25 is therefore a piston-controlled opening.
The space 27 in front of each of the pump pistons 12 and the annular membrane section exposed between the conical bevels 11a, 15a, the volume of which is changed during the pump piston movement, forms the pump chamber assigned to this piston. In Fig. 3, the four pump chambers are designated by 271, 272, 27 and 274, respectively. As can also be seen from FIG. 3, 3 channels are drilled into the housing cover, namely a channel 28 which connects the pump chamber 271 to the annular groove 241 and thus to the blind hole 221, a channel 29 which connects the pump chamber 272 to the annular groove
242 and thus with the blind bore 22, and a channel pair 30, which connects the pumping chamber 273 with the bore 2 ().
This results in a connection for the transfer of liquid to be pumped from an inlet - with a sense of rotation of the drive elements 6, 8 as is the bore 20 - the piston-controlled opening 261 assigned to the first piston 121 of the series of pistons is connected to an outlet - bore 202 - which is connected to the piston-controlled opening 264 associated with the last piston 124 of the series of pistons.
The control curve or groove 14 in the drive ring 8 has the course shown in FIG. 3, tacular), thanks to which the movements of the pistons are brought about so coordinated that a) the aforementioned connection in normal operation of the device always at at least one of two of the piston-controlled openings 261 ... 264 is blocked, and b) the volume of liquid sucked into the first pump chamber passes from the first to the second, third and finally to the fourth pump chamber and is finally displaced from the latter towards the outlet, the sum the volumes of all the pump chambers remains unchanged during an entire working cycle (namely equal to twice the maximum volume of one of these pump chambers).
What has just been said under a) and b) can be checked using FIGS. 4a to 4b, in which the direction of rotation of the drive ring 8 is indicated by the arrow 31. The pumping device is obviously self-priming and furthermore also reversible, i. while reversing the direction of rotation of the drive elements 6, 8, it can suck in at 202 and eject at 201; the working cycle would then correspond to the sequence of figures Fig. 4a, 4f, 4e, ... 4b.
The pumping device suffers no damage if any partial or total blockage occurs; it then automatically changes from normal operation to idle operation in that the spring 10 supporting the ring 8 yields under the action of an oversized pump piston reaction force, with the result that none of the piston-controlled openings 261-26 is closed any more.
It is also important to emphasize that the pump device described does not have a stuffing box and can be used for pumping liquids containing impurities.
Other embodiments than the one described are also conceivable. Among other things, an arrangement of the pistons in a row would also be conceivable, with the pistons being driven by a camshaft.