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Kolbenpumpe für die Zerstäubung eines Fluids
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Kolbenpumpe für die Zerstäubung
eines in einem Behälter gehaltenen Fluids, mit einem länglichen Pumpengehäuse, einem
in einem Zylinder des Pumpengehäuses dichtend bewegbaren, mit einer Handhabe verbundenen
ersten Kolben, einem in einem zweiten Zylinder dichtend bewegbaren und gegen Federdruck
verstellbaren, eine kleinere Kolbenfläche aufweisendenzweiten biben, dessen Verstellung
in Förderrichtung durch den ersten Kolben begrenzt wird und der mit letzterem eine
Kammer bildet, einem in Förderrichtung schliessenden, mit dem ersten Kolben zusammenwirkenden
ersten Ventil und einem in Förderrichtung öffnenden, dem zweiten Kolben zugeordneten
zweiten Ventil.
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Eine derartige Pumpenanordnung ist bekannt (DT-AS 1 290 043).
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Sie arbeitet nach dem Doppelkolbenprinzlp, bei dem bei Betätigung
des ersten Kolbens von Hand zu Abgabezwecken der zweite
Kolben infolge
seiner geringeren Kolbenfläche einen größeren Hubweg zurücklegt und dabei das erste
Ventil öffnet, damit das Medium unter dem Druck des ersten Kolbens beispielsweise
über eine Sprühdüse entweichen kann. Das zweite Ventil ist als Rückschlagventil
ausgebildet, das bei einem Unterdruck in der Kammer beim Hochbewegen des ersten
Kolbens öffnet, um das Medium in die Kammer einzusaugen. Als Ventilelement dient
eine Ventil kugel.
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Nachteilig bei der bekannten Pumpenanordnung ist der verhältnismäßig
hohe Material- und Montageaufwand. Der zweite Kolben weist einen stangenförmigen
Abschnitt mit radialen Fingern auf, die in Schlitzen eines Ventilelements begrenzt
beweglich geführt sind.
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Die Ventilkugel ist in einem eigens hierfür geformten Käfig untergebracht.
Somit gestaltet sich die Montage dieser Teile ziemlich umständlich. Auch ist die
Fertigung dieser normalerweise außer der Kugel aus Kunststoff hergestellten Teile
verhältnismäßig aufwendig im Hinblick auf die Werkzeugform. Schließlich stellt die
Ventilkugel ein teures Bauteil dar.
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Da derartige Kolbenpumpen als Massenartikel angesehen werden müssen,deren
Einsatz neben ihrer Wirksamkeit entscheidend von der kostengünstigen Fertigung und
Montage abhängt, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Kolbenpumpe für
die Zerstäubung eines Fluids zu schaffen, die aus wenigen einfach geformten Teilen
aufgebaut ist und sich leicht und schnell montieren läßt.
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Ventil Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das
zweite/
ein hülsenförmiges Ventilglied aufweist mit einer ylindrischen
Bohrung zur dichtenden Aufnahme des zweiten Kolbens und einer Ventilfläche an der
Außenseite, die mit einer Sitzfläche an der Innenseite des Pumpengehäuses zusammenwirkt
und einen Durchgang zwischen Außenseite des Ventilglieds und dem Pumpengehäuse vom
Behälterinneren zur Kammer absperrt.
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Bei der erfindungsgemäßen Kolbenpumpe wird das zweite Ventil von einem
einzigen beweglichen Ventilelement gebildet, nämlich der Ventilhülse, deren Bohrung
zugleich den Zylinder für den zweiten Kolben mit der kleineren Kolbenfläche darstellt.
Die Ventilhülse ist ein einfach zu formendes Teil und mit geringen Werkzeug- und
Material kosten herstellbar. Es ist ferner äußerst leicht zu montieren, da es sich
ohne weiteres in das Innere des Pumpengehäuses einschieben läßt. Da zwischen dem
zweiten Kolben und der Bohrung der Ventilhülse mehr oder weniger große Reibung besteht,
wird die Ventilfläche der Ventilhülse beim Einschieben des zweiten Kolbens in die
Hülsenbohrung gegen den Ventilsitz gedrückt, um die Abdichtung herbeizuführen. Diese
Abdichtung kann noch unterstützt werden durch den sich in der Kammer aufbauenden
Druck infolge der Verschiebung des ersten Kolbens mit der größeren Kolbenfläche
nach unten. In diesem Fall wirkt die Ventilhülse als Ventilkolben.
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Zwischen dem Umfang der Ventilhülse und dem Inneren des Pumpengehäuses
ist mindestens ein Durchgang geschaffen, durch den das Medium aus dem Behälter in
die Kammer treten kann, wenn das zweite Ventil geöffnet ist, Dieser Durchgang kann
beispielsweise durch einen Ringspalt zwischen Ventilhülse und Gehäusebohrung
hergestellt
werden. Alternativ hierzu oder ergänzend können eine oder mehrere Nuten in der Ventilhülse
oder in dem Pumpengehäuse vorgesehen werden, um einen ausreichenden Durchströmquerschnitt
bereitzustellen.
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in Die Ventilhülse kann/irgendeiner geeigneten Art und Weise geformt
sein, um ihre Funktionen auszuführen. In einer Ausgestaltung der Erfindung hierzu
ist vorgesehen, daß die Ventilhülse einen radialen Bund mit einer konischen Ventilfläche
aufweist, die mit einer entsprechend konischen Ventilsitzfläche des Pumpengehäuses
zusammenwirkt. Die Ventilsitzfläche kann beispielsweise durch eine Durchmesserverringerung
der Pumpengehäusebohrung erreicht werden mit abgeschrägter Schulter, gegen die sich
die abgeschrägte Schulter des radialen Bundes der Ventilhülse anlegt. Damit nun
die Ventilhülse bei Aufwärtsbewegung des zweiten Kolbens aus der Ventilhülsebohrung
heraus von dem Kolben nicht nach oben mitgenommen wird,sieht eine weitere Ausgestaltung
der Erfindung vor, daß das Pumpengehäuse an der Innenseite einen Anschlag aufweist
zur Begrenzung des Verstellwegs der Ventilhülse in Förderrichtung. Als Anschlag
können beispielsweise ein oder mehrere radiale Vorsprünge im Innern des Pumpengehäuses
vorgesehen sein, gegen die sich der Bund bei der Aufwärtsbewegung der Ventilhülse
anlegt. Die Vorsprünge können dabei so geformt sein, daß sie sich von oben nach
unten leicht, von unten nach oben jedoch schwer verformen lassen, um einer seits
eine leichte Montage der Ventilhülse zu ermöglichen, andererseits jedoch dieser
einen ausreichenden Widerstand bei der Aufwärtsbewegung entgegensetzen.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß
die Ventilhülse einen dem ersten Kolben zugekehrten axialen Vorsprung, vorzugsweise
in Form eines axialen Bundes, aufweist, der die Verstellung des ersten Kolbens entgegen
der Förderrichtung begrenzt. Der axiale Vorsprung legt somit den Hub des ersten
Kolbens fest und damit die maximal.abgebbare Menge des zu zerstäubenden Mediums.
Durch änderung der Länge des axialen Vorsprungs kann somit das Spendevolumen geändert
werden. Man braucht daher lediglich eine Auswahl von Ventilhülsen mit unterschiedlich
langen Vorsprüngen bereitzustellen, um eine entsprechende Auswahl an Dosiermengen
zu erhalten.
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Bei einer Bewegung des zweiten Kolbens in die Ventilhülse hinein soll
die Ventilhülse mitgenommen werden, damit sie gegen die Ventilsitzfläche gehalten
wird. Eine verhältnismäßig hohe Reibung des zweitens Kolbens in der Bohrung ist
daher erwünscht. In diesem Zusammenhang sieht eine weitere Ausgestaltung der Erfindung
vor, daß der zweite Kolben an seiner Außenseite eine elastisch nachgebende Dichtlippe
aufweist, deren Außendurchmesser größer ist als der Innendurchmesser der Ventilhülsenbohrung.
Die Dichtlippe kann in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung hierzu von einem
kegelringförmigen Umfangsabschnitt des zweiten Kolbens gebildet sein, der von der
Ventilhülse nach oben in Richtung Kolbenachse verformt werden kann. Die Dichtlippe
nimmt bei der Abwärtsbewegung des zweiten Kolbens die Ventilhülse mit und übt bei
ihrer Verformung, bei der sie an die Außenfläche des Kolbens gelegt wird, einen
verhältnismäßig großen Druck auf die Ventilhülse auf, um eine ausreichende Dichtwirkung
herbeizuführen. Einen verhältsnirnäßig hohen Reibungswiderstand setzt die Dichtlippe
auch
in entgegengesetzter Richtung einerRelativverschiebung zwischen Ventilhülse und
zweitem Kolben entgegen. Dies hat zur Folge, daß bei der Betätigung der Pumpenanordnung
kein gnz sanftes Gleiten der Teile zueinander erfolgt, vielmehr ein mehr stoßweises
Gleiten stattfindet, was zur Folge hat, daß insbesondere das erste Ventil schlagartig
öffnet und schließt, so daß eine schlagartige "Entladung" des Mediums aus der Druckkammer
erfolgt bzw. eine abrupte Beendigung der Entladung. Dieser Effekt wirkt sich äußerst
günstig bei einem Versprühen des gepumpten Mediums mit Hilfe einer Sprühdüse oder
dergleichen aus.
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Durch dielschlagartige Freigabe des ersten Ventils steht sofort der
volle Druck an der Sprühdüse an, so daß der gewünschte Sprühstrahl in gewünschter
Ausformung und Größe erhalten wird. Das plötzliche Schließen des ersten Ventils
verhindert hingegen ein Nachlaufen oder Nachtropfen aus der Sprühdüse infolge langsamen
Druckanfalls, was ebenfalls äußerst unerwünscht ist.
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Eine weitere Vereinfachung der erfindungsgemäßen Kolbenpumpe ergibt
Sich gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung dann, wenn der zweite Kolben
an seinem im ersten Kolben zugekehrten Ende als Ventilstange ausgebildet ist, die
sich durch eine Bohrung des ersten Kolbens hindurcherstreckt und das freie Ende
der Ventilstange eine Ventilfläche aufweist, dient einer Ventilsitzfläche in der
Bohrung des ersten Kolbens zusammenwirkt. Das Ventilelement ist somit einstückig
mit dem zweiten Kolben geformt und die Anzahl der erforderlichen Teile weiterhin
reduziert.
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Bei dem Einsatz der erfindungsgemäßen Kolbenpumpe in Flaschen
oder
Behältern muß Sorge dafür getragen werden, daß ausreichende Ent- bzw. Belüftungsmöglichkeiten
vorgesehen werden.
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Zum einen muß die der Kammer abgewandten Seite des ersten Kolbens
ständig ent- bzw. belüftet werden, um eine Verschiebung des Kolbens Uberhaupt zu
ermöglichen. Außerdem muß verhindert werden, daß das Medium im Behälter bei der
Bewegung des zweiten Kolbens abwärts unter zu hohen Druck gesetzt wird.
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In diesem Zusammenhang sieht eine weitere Ausgestaltung der Erfindung
vor, daß das Pumpengehäuse nach oben durch ein Dichtelement abgeschlossen ist, ein
stiftartiger Fortsatz des ersten Kolbens mit Spiel durch eine Uffnung der Dichtung
hindurchgeführt ist, der erste Kolben einen ersten Dichtabschnitt aufweist, der
in dichtendem Eingriff mit dem Dichtelement bringbar ist, der erste Kolben einen
zweiten Dichtabschnitt aufweist, der in axialem Abstand zum ersten Dichtabschnitt
dichtend mit der Zylinderwandung in Eingriff bringbar ist, zwischen den Dichtabschnitten
ein lichter Raum vorgesehen ist und die Zylinderwandung mindestens eine Uffnung
aufweist, die bei Anlage des ersten Dichtabschnitts am Dichtelement mit dem lichten
Raum verbunden ist. Sobald der erste Dichtabschnitt von dem Dichtelement freikommt,
spätestens jedoch, wenn der erste Dichtabschnitt bei der Abwärtsbewegung des ersten
Kolbens die oeffnung in der Zylinderwandung überfahren hat, ist eine freie Verbindung
vom Behälterinnern über die oeffnung in der Zylinderwandung und dem Spalt im Dichtelement
hergeslellt, so daß auch bei weiterer Abwärtsbewegung des zweiten Kolbens das Innere
des Behälters nicht unter Druck gesetzt wird.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung soll nachfolgend anhand
einer
Zeichnung näher beschrieben werden.
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Die einzige Figur zeigt einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße
Kolbenpumpe.
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Ein längliches zylindrisches Pumpengehäuse 10 besitzt eine durchgehende.
Bohrung, die einen oberen Abschnitt 11, einen mittleren Abschnitt 12 und einen unteren
Abschnitt 13 aufweist. In dieser Reihenfolge verringert sich jeweils der Innendurchmesser
stufenweise bezüglich des vorausgehenden Abschnitts.
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Das Pumpengehäuse wird vorzugsweise in einem Behälter eingesetzt,
beispielsweise eine Flasche oder eine Dose. Der Behälter ist hier fortgelassen.
Ein flexibles Steigrohr 14 erstreckt sich mit seinem oberen Ende durch eine untere
Uffnung 15 des Pumpengehäuses. Eine mit einer Uffnung 16 versehene Kappe 17 ist
über das im Abschnitt 13 hineinragende Stück des Steigrohres 14 gestülpt und sichert
das Steigrohr 14 an einem Herausfallen. Die Kappe 17 dient ferner zur Führung des
unteren Endes einer Feder 18, deren Außendurchmesser etwa dem des unteren Abschnitts
13 ist.
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Das obere Ende des Pumpengehäuses 10 besitzt einen radialen Bund 19
auf dem dichtend eine Dichtscheibe 20 aufliegt, die eine mittige oeffnung 21 besitzt.
Der Bund 19 ruht auf einem nicht gezeigten Flansch z. B. einer Dose, wobei ein nicht
gezeigter Deckel aufgeknüpft ist und den Bund am Dosenflansch festlegt. Ein erster
Kolben 22 befindet sich im Bohrungsabschnitt 11, Ein axialer, stiftartiger Fortsatz
23 des Kolbens
22 erstreckt sich mit radialem Spiel durch die Uffnung
21 nach außen und kann durch eine nicht gezeigte Handhabe betätigt, d. h. heruntergedrückt
werden. Außerdem kann auf dem Fortsatz 23 ein Sprühkopf mit einer Sprühdüse aufgesetzt
werden.
Der Kolben 22 besitzt eine erste Dichtmanschette 24, die dichtend mit der Unterseite
der Dichtscheibe 20 in Eingriff bringbar ist. Am anderen Ende besitzt der Kolben
22 eine weitere Dichtmanschette 25, die dichtend mit der Wandung des Bohrungsabschnitts
11 in Eingriff steht. Eine im Schnitt V-fördes mige Ausnehmung 25aam Umfang/Kolbens
22 bildet einen freien Raum, der in der in der Figur gezeigten Stellung des Kolbens
22 über eine Uffnung 26 mit der Außenseite des Pumpengehäuses 10 in Verbindung steht,
also dem Inneren des Behälters.
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Der Kolben 22 besitzt eine mittige Durchbohrung, die unterteilt ist
in einen oberen verhältnismäßig engen Kanal 27 und einem Kanalabschnitt 28. Der
Kanalabschnitt 28 geht über einen kegelförmigen Obergang 29 in den engen Kanal 27
über und bildet im oberen Bereich einen Ventil sitz 30. Ein zweiter Kolben 31 ist
nach oben zu einer Ventilstange 32 verlängert, die in einer Spitze 33 ausläuft.
Die Spitze 33 bildet eine Ventilfläche, die mit dem Ventilsitz 30 zusammenwirkt,
um den ringförmigen Spalt zwischen Ventilstange 32 und Wandung des Kanalabschnitts
28 von dem Kanalabschnitt 27 zu trennen.
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Eine Ventilhülse 34 erstreckt sich im wesentlichen im mittleren Bohrungsabschnitt
12,hat jedoch einen etwas geringeren Durchmesser als der Bohrungsabschnitt 12, so
daß ein Ringspalt gebildet ist. Ein radialer Bund 35 der Hülse 34 besitzt eine schräge
Ventilfläche 36, die mit einer entsprechend geschrägten Ventilsitzfläche 37 am Obergang
zwischen den Bohrungsabschnitten 11 und 12 dichtendzusammenwirkt. Der Durchmesser
des Bundes 35 ist wiederum etwas geringer als der Durchmesser des Bohrungsabschnitts
11,
um einen Durchgang für das Fluid zu bilden.
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Zusätzlich können jedoch auch Nuten oder dergleichen vorgesehen sein.
Am oberen Ende besitzt die Hülse 34 einen axialen Bund 38, der in die von den Kolben
22, 31, der Ventilhülse 34 und dem Pumpengehäuse 10 gebildete Kammer 39 hineinragt.
Er begrenzt den Hub des Kolbens 22 nach unten und bestimmt somit, wie weiter unten
noch ausgeführt werden soll, die Abfüllmenge.
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Mehrere noppenartige Vorsprünge 40 im Bohrungsabschnitt 11 begrenzen
den Hub der Ventilhülse 34 nach oben.
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koaxiale In der in der Zeichnung dargestellten Stellung greift derizweite
Kolben 31 mit einem Abschnitt 41 und einem Abschnitt 42 in die Bohrung 43 der Ventilhülse
34 ein. Der Durchmesser des Abschnitts 41 ist ganz geringfügig kleiner als der Durchmesser
des der Bohrung 43, während der/Abschnitts 42 erheblich geringer ist zwecks Bildung
einer Schulter, gegen die sich das obere Ende der Feder 18 anlegt, um die Ventilstange
32 ggen den Ventilsitz 30 zu halten. Zwischen einem Abschnitt 43ades Kolbens 31,
dessen Außendurchmesser etwas geringer ist als der Außendurchmesser des Abschnitts
41 befindet eine schräg nach oben sich erstreckende Dichtlippe 44, die auf dem Bund
38 aufliegt, durch Verformung nach oben und in Richtung der Kolbenachse jedoch in
die Bohrung 43 eingefahren werden kann, falls genügend Druck aufgebracht wird.
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Die Wirkungsweise der gezeigten Kolbenpumpe ist wie folgt: Bei einem
Druck auf den Fortsatz 23 nach unten bewegt sich der
Kolben 22
nach unten in die Kammer 39 hinein. Da die Feder 18 die Ventilfläche 33 gegen den
Ventilsitz 30 hält, nimmt der Kolben 22 den Kolben 31 mit nach unten. Dadurch legt
sich die Ventilfläche 36 gegen die Ventilsitzfläche 37 und sperrt die Kammer 39
gegenüber dem Bohrungsabschnitt 12 und damit gegenüber dem Behälterinneren. Infol-ge
der unterschiedlich großen Kolbenflächen der Kolben 22 und 31 ist der Kolben 31
gezwungen, einen größeren Weg nach unten zurückzulegen als der Kolben 22. Dadurch
fährt er mit der Dichtlippe 44 in die Bohrung 43sobald der Druck in der Kammer 39
den Druck der Feder 43 überwindet. Es muß jedoch nicht nur der Druck der Feder 43
überwunden werden, sondern auch der Widerstand der Dichtlippe 44, so daß der Kolben
mehr oder weniger schlagartig in die Bohrung 43 hineingeschoben wird und der Ventilsitz
33 die Ventilsitzfläche 30 freigibt. Falls sich in der Kammer 39 Luft befindet,
entweicht sie über den Ringkanal zwischen Ventil stange 32 und den Bohrungsabschnitte
28 und dem Kanalabschnitt 27.
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Eine Schulter 45 des Kolbens 31 nimmt den Kolben 22 über den Druck
der Feder 18 mit, wenn die Feder 18 ersteren nach oben drückt. Ober die Reibung
zwischen der Dichtlippe 44 und der Wandung der Bohrung 43 wird die Ventilhülse 34
nach oben mi.tgenommen gegen den Anschlag 35, so daß der Durchgang zwischen Ventilhülse
und Bohrungsabschnitt 12 nach unten und zur Kammer 3S frei ist, so daß der Kolben
22 über das Steigrohr 14 Medium aus dem Behälterinnern in die Kammer 39 saugt. Beim
nächsten Hub kann dann das Medium aus der Kammer 39 in der beschriebenen Weise nach
oben herausgepreßt werden. Die Abgabemenge wird dabei bestimmt durch den Hubweg
des Kolbens 22, der nach unten durch den axialen Bund 38 begrenzt ist.
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Der Abstand zwischen Schulter 45 und der Ventilsitzfläche der Kolbenstange
32 ist so bemessen, daß die Manschette 24 in der oberen Stellung des Kolbens 31
etwas verformt wird und sich dichtend gegen die Dichtscheibe 20 anlegt, um den Durchgang
oder die Uffnung 21 in der Dichtscheibe 20 abzusperren. Gleichwohl muß dafür gesorgt
werden, daß ein dichtender Einoriff von Ventilfläche 33 und Ventilsitzfläche 30
erzielt wird.
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Die Uffnunq 26 im Pumpengehäuse 10 stellt eine Verbindung des Behälterinnern
nach außen her über die Uffnung 21, wenn die Dichtmanschette 24 von der Dichtscheibe
20 abgehoben hat bzw.
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erstere an der Uffnung 26 vorbeigefahren ist, um ein Unterdrucksetzen
des Behälterinnern durch den zweiten Kolben 31 zu vermeiden.
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