DE3544016A1 - Pumpenanordnung zur dosierten abgabe von mindestens zwei komponenten - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Pumpenanordnung zur dosierten Abgabe von mindestens zwei Komponenten mit einstellbarem Mischungsverhältnis, mit einer Doppelpumpe, bei der eine von einem Motor, insbesonde­ re einem pneumatischen Axialkolbenmotor, hin und her angetriebene Betätigungsstange an ihren Mitnehmer­ enden je einen in einem Arbeitszylinder verschiebbaren Verdrängerkolben aufweist und bei der der Hubraum jedes Arbeitszylinders mit einem flüssigkeitsgefüll­ ten Arbeitsraum auf der der Pumpenkammer abgewandten Seite eines axial hin und her bewegbaren Pumpelements, insbesondere einer Membran, verbunden ist, und mit Vorrichtungen zur Verstellung der wirksamen Hubvolu­ mina.

Bei einer bekannten Membranpumpenanordnung dieser Art (DE-OS 30 31 067) sind die Verdrängerkolben an den Enden der Kolbenstange eines pneumatischen Axialkolbenmotors vorgesehen. Stattdessen kann der Antrieb auch mittels eines rotierenden Exzenters erfolgen, der zwischen den beiden Abschnitten einer geteilten Betätigungsstange angeordnet ist. Der Arbeitszylinder ist von der freien Stirnseite her axial verstellbar, so daß durch Verlagerung von Öffnungen im Arbeitszy­ linder, die mit einer Nachfüllkammer verbunden sind, das wirksame Hubvolumen geändert werden kann. Beim Vorhandensein dieser Verstellvorrichtung kann sich die Membran der zugehörigen Einzelpumpe nicht koaxial zum Verdrängerkolben erstrecken, sondern muß in einem seitlichen Gehäusefortsatz angeordnet werden.

Jede der beiden Einzelpumpen fördert eine Komponen­ te eines Produktes, wie Farbe, Lacke, Harze o.dgl., wobei das Mischungsverhältnis mit Hilfe der Verstell­ vorrichtung einstellbar ist. Da aber die beiden Einzelpumpen immer abwechselnd betätigt werden, werden die beiden Komponenten jeweils zeitlich ver­ setzt zugeführt. Dies ist in vielen Fällen störend. Die Komponenten werden daher zunächst in einen Misch­ behälter geleitet. Andernfalls würde sich beim Auf­ tragen die Zusammensetzung einer Farbe oder das Aushärteverhalten eines Lackes aufgrund des schwanken­ den Mischungsverhältnisses ändern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Pumpen­ anordnung zur dosierten Abgabe von mindestens zwei Komponenten anzugeben, bei der das einstellbare Mischungsverhältnis zeitlich weitgehend konstant bleibt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß für jede Komponente mindestens eine Doppelpumpe vorgesehen ist, deren Einzelpumpen parallel geschaltet sind, daß die Betätigungsstangen aller Doppelpumpen mit dem Motor antriebsmäßig verbunden sind und daß bei mindestens einer Doppelpumpe die Verstellvorrich­ tungen beider Einzelpumpen im Sinne einer symmetri­ schen Verstellung durch eine Kupplungsvorrichtung miteinander verbunden sind.

Da für jede Komponente abwechselnd betätigte Einzel­ pumpen vorgesehen sind, wird jede Komponente mit einer zeitlich annähernd konstanten Menge gefördert. Die Fördermengen der Komponenten sind wegen des gemeinsamen Antriebs proportional. Die Kupplungsvor­ richtung stellt sicher, daß die einer Doppelpumpe zugeordneten Verstellvorrichtungen nur gemeinsam betätigbar sind. Es ist daher gewährleistet, daß beide Einzelpumpen jeweils das gleiche Hubvolumen fördern und daher keine taktmäßigen Änderungen des Mischungsverhältnisses auftreten können. Es ist daher möglich, daß die Komponenten ohne vorherige Beruhigung in einem Mischraum unmittelbar einer Spritz- oder Sprühpistole zugeführt werden, so daß die Mischung erst innerhalb der Pistole oder sogar erst im Sprühstrahl oder beim Auftreffen auf den zu beschichtenden Gegenstand erfolgt.

Bei einer bevorzugten Konstruktion ist dafür gesorgt, daß ein die Betätigungsstangen mit dem Motor verbin­ dender Mitnehmer in einem Freiraum zwischen zwei Gehäuseteilen hin- und herbewegbar ist, die je den einen Arbeitszylinder und das eine Pumpelement einer jeden Doppelpumpe sowie eine Führung für eine An­ triebsstange des Motors aufweisen, und daß der Motor auf der Außenseite des einen Gehäuseteils angeordnet ist. Dies ergibt einen sehr einfachen Aufbau und eine kompakte Bauform.

Insbesondere können die Pumpelemente eines Gehäuse­ teils durch eine gemeinsame Membranenplatte gebildet sein. Hierdurch wird die Montage der Gehäuseteile erleichtert.

Ferner empfiehlt es sich, daß in jedem Gehäuseteil eine allen darin befindlichen Hubräumen gemeinsame Nachfüllkammer vorgesehen ist. Im einfachsten Fall kann der gesamte Hohlraum des Gehäuseteils außerhalb der Arbeitszylinder und der Führung der Antriebsstan­ ge als Nachfüllkammer benutzt werden.

Mit besonderem Vorteil ist die Kupplungsvorrichtung im Freiraum angeordnet und dieser von außen zugäng­ lich. Man kann daher die gewünschte Verstellung auf einfache Weise von außen her vornehmen.

Besonders günstig ist es, daß die Betätigungsstange mindestens einer Doppelpumpe geteilt ist, der Abstand der Stangenteile voneinander durch die Kupplungsvor­ richtung änderbar ist und in den Arbeitszylindern gehäusefeste Öffnungen, die mit einer Nachfüllkammer verbunden sind, vorgesehen sind. Da die Stangenteile einander benachbart sind, ergibt sich auch eine einfache Kupplungsvorrichtung.

Insbesondere kann die Kupplungsvorrichtung durch eine Spannschloßhülse gebildet sein, die eine Dreh­ moment-Angriffsfläche aufweist und mit dem einen Stangenteil über ein Rechtsgewinde und mit dem ande­ ren Stangenteil über ein Linksgewinde in Eingriff steht.

In weiterer Ausgestaltung ist es zweckmäßig, daß jeder Verdrängerkolben in dem Arbeitszylinder mit einem Dichtring abgedichtet und relativ zur Betäti­ gungsstange um ein begrenztes Stück axial verschieb­ bar ist, daß sein Antrieb beim Druckhub durch Anlage einer Stirnfläche der Betätigungsstange an der dem Hubraum abgewandten Stirnfläche des Verdrängerkolbens und beim Saughub mittels zweier einander entgegenge­ setzt gerichteter Mitnahmeflächen an Betätigungs­ stange und Verdrängerkolben erfolgt und daß ein zur Nachfüllkammer hin öffnendes Ventil zwischen den beim Druckhub aufeinanderliegenden Stirnflächen von Betätigungsstange und Verdrängerkolben gebildet ist. Wegen des abgedichtet geführten Verdrängerkol­ bens lassen sich Leckverluste beim Druckhub praktisch vollständig vermeiden und daher auch Änderungen des Mischungsverhältnisses, die aufgrund unterschied­ licher Leckverluste auftreten könnten.

Besonders günstig ist es hierbei, daß zwischen die Mitnahmeflächen eine Feder geschaltet ist und daß ein Anschlag vorgesehen ist, der die Rückbewegung des Verdrängerkolbens beim Saughub stoppt, ehe die Betätigungsstange ihre Endlage erreicht. Durch Verwen­ dung der Feder bleibt das Nachfüllventil unabhängig von der Einstellung der Verstellvorrichtung bis zum Ende des Saughubes geschlossen. Eine Rückführung der Membran in die Ausgangsstellung ist daher auch ohne Rückstellfeder oder mit einer schwachen Rück­ stellfeder möglich.

Die Erfindung wird nachstehend anhand in der Zeich­ nung dargestellter, bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Pumpenanordnung,

Fig. 2 ein schematisches Schaltbild für den betrieb­ lichen Anschluß dieser Anordnung und

Fig. 3 einen Teillängsschnitt durch eine abgewandel­ te Ausführungsform.

Die in Fig. 1 veranschaulichte Pumpenanordnung weist ein Gehäuse 1 auf, das aus zwei Gehäuseteilen 2 und 3 besteht, welche durch eine Basis 4 miteinander verbunden sind. Das Gehäuseteil 2 besteht aus einer Außenplatte 5, einem Zwischenteil 6 und einer Innen­ platte 7. In gleicher Weise besteht das Gehäuseteil 3 aus einer Außenplatte 8, einem Zwischenteil 9 und einer Innenplatte 10. Zwischen die Außenplatte 5 und das Zwischenteil 6 ist eine gemeinsame Membranen­ platte 11, zwischen die Außenplatte 8 und das Zwi­ schenteil 9 eine gemeinsame Membranenplatte 12 ge­ klemmt.

Seitlich neben dem Gehäuseteil 2 ist ein pneumatischer Axialkolbenmotor 13 veranschaulicht, dessen Kolben 14 in einem Zylinder 15 mit Hilfe von Druckluft hin­ und herbewegt wird. Die Umsteuerung erfolgt mit einer nicht im einzelnen veranschaulichten Schieber­ steuervorrichtung 16. Mit dem Kolben 14 ist eine Antriebsstange 17 verbunden, die in einer Führung 18 des Gehäuseteils 2 und in einer Führung 19 des Gehäu­ seteils 3 gelagert ist.

Im Gehäuse 1 befinden sich zwei Doppelpumpen, die je aus einem Paar von Einzelpumpen 20, 21 bzw. 22 und 23 bestehen. Sie sind je einer Komponente zugeord­ net und daher parallelgeschaltet. Zum Antrieb dieser Einzelpumpen sind zwei Verdrängerkolben 24 und 25 an den Mitnahmeenden einer Betätigungsstange 26 und zwei Verdrängerkolben 27 und 28 an den Mitnahme­ enden einer Betätigungsstange 29 vorgesehen. Diese Verdrängerkolben tauchen jeweils in Arbeitszylinder 30 bis 34, die in den Zwischenteilen 6 und 9 ausgebil­ det sind. Die Betätigungsstangen 26 und 29 werden von der Antriebsstange 17 über einen jochartigen Mitnehmer 35 axial hin- und herverschoben. Wie es in Verbindung mit der Einzelpumpe 21 beschrieben ist, besitzt jede Pumpe ein Pumpelement 36 in der Form einer Membran, die eine Pumpenkammer 37 von einem flüssigkeitsgefüllten Arbeitsraum 38 trennt, der mit dem Hubraum 39 des zugehörigen Ar­ beitszylinders in Verbindung steht. Daher wird das Pumpelement 36 beim Druckhub des Verdrängerkolbens im Sinne einer Verkleinerung der Pumpenkammer 37 verlagert, wie dies in der Zeichnung für die Einzel­ pumpen 20 und 22 veranschaulicht ist. Beim Saughub dagegen wird das Pumpelement 36 im Sinne einer Ver­ größerung der Pumpenkammer 37 verlagert, wie dies in der Zeichnung für die Einzelpumpen 21 und 23 veranschaulicht ist.

In beiden Gehäuseteilen 2 und 3 befindet sich ein Nachfüllraum 40 bzw. 41, der jeweils über eine gehäu­ sefeste Öffnung 42 mit dem Hubraum 39 in Verbindung gebracht wird, wenn die Stirnseite 43 des zugehörigen Verdrängerkolbens 25 die Öffnung im Bereich des saugseitigen Totpunkts freigibt. Der wirksame Druckhub beginnt erst, wenn diese Öffnung wieder verschlossen ist. Durch einen Vergleich der Einzelpumpen 21 und 23 erkennt man, daß die Stirnfläche 43 des Verdränger­ kolbens 25 die Öffnung 42 zu einem früheren Zeitpunkt verschließt als die Stirnfläche 44 des Verdrängerkol­ bens 28 die zugehörige Öffnung 45. Demzufolge ist das wirksame Hubvolumen der Einzelpumpe 23 kleiner als dasjenige der Einzelpumpe 21.

Um bei den Einzelpumpen 22 und 23 eine Verstellung des Hubvolumens vornehmen zu können, besteht die Betätigungsstange 29, wie Fig. 1 und 3 zeigen, aus zwei Stangenteilen 46 und 47. Der Stangenteil 46 weist als Verstellvorrichtung 49 ein Linksgewinde und der Stangenteil 47 als Verstellvorrichtung 50 ein Rechtsgewinde auf. Als Kupplungsvorrichtung 51 dient eine Spannschloßhülse mit einem Sechskant als Drehmoment-Angriffsfläche 52 und einem Innen- Linksgewinde 53 sowie einem Innen-Rechtsgewinde 54. Durch Verdrehen dieser Kupplungsvorrichtung 51 wird der Abstand zwischen den Stangenteilen 46 und 47 symmetrisch verändert, so daß auch die Hubvo­ lumina der Einzelpumpen 22 und 23 um gleiche Werte verändert werden.

Da sich die Kupplungsvorrichtung 51 in einem von außen zugänglichen Freiraum 55 zwischen den beiden Gehäuseteilen 2 und 3 befindet, läßt sich die ge­ wünschte Änderung des Volumens bequem durchführen. Soll die Gesamtfördermenge geändert werden, kann man dies durch Drosselung des den Motor 13 betreiben­ den Luftstroms oder durch den Hub des Kolbens 14 beschränkende Anschläge erreichen.

Fig. 2 zeigt schematisch die Schaltung der Pumpenan­ ordnung. Der Steuervorrichtung 16 wird Druckluft von einer Druckluftquelle 56 zugeführt. Die Saugan­ schlüsse T der Pumpen 20 und 21 sind über ein Lei­ tungssystem mit einem Vorratsbehälter 58 für eine erste Komponente und die Sauganschlüsse T der Einzel­ pumpen 22 und 23 über ein Leitungssystem 59 mit einem Vorratsbehälter 60 für eine zweite Komponente verbunden. Die Druckanschlüsse P der Einzelpumpen 20 und 21 sind über ein Leitungssystem 61 parallelge­ schaltet und mit dem Anschluß 62 einer Zweikomponen­ ten-Sprühvorrichtung 63 verbunden. Die Druckanschlüs­ se P der Einzelpumpen 22 und 23 sind über ein Lei­ tungssystem 64 parallelgeschaltet und mit einem Anschluß 65 der Sprühvorrichtung 63 verbunden. Daher wird gleichzeitig an den Sprühdüsen 66 und 67 dieser Sprühvorrichtung ein Sprühstrahl aus jeweils einer Komponente abgegeben. Die Komponenten vermischen sich im Sprühstrahl und beim Auftreffen auf das zu beschichtende Gut. In Fig. 3 ist rechts ein abge­ wandelter Verdrängerkolben 125 veranschaulicht, der in seinem Arbeitszylinder 131 mit einem Dichtring 168 abgedichtet geführt ist. Er ist relativ zu der Betätigungsstange 29 um ein begrenztes Stück gegen die Kraft einer Feder 169 axial verschiebbar. Diese erstreckt sich zwischen einer Mitnahmefläche 170 am Verdrängerkolben 125 und einer entgegengerichteten Mitnahmefläche 171 an einem mit der Betätigungsstange 29 über einen Stift verbundenen Kopf 172. Anschläge 173 an der Innenplatte 110 begrenzen die Rückwärts­ bewegung des Verdrängerkolbens 125, auch wenn sich die Betätigungsstange 29 noch weiter bewegt. Hierdurch wird ein Ventil 174 geöffnet, das zwischen einem Dichtring an der Stirnfläche 175 des Verdrängerkolbens 125 und der Stirnfläche 176 der Betätigungsstange 29 gebildet ist. Der Verdrängerkolben 125 erfährt seinen Antrieb beim Druck durch Anlage dieser Stirn­ fläche 176 an der Stirnfläche 175 des Ver­ drängerkolbens 125, während beim Saughub die Mitnah­ me über die Mitnahmefläche 171, die Feder 169 und die Mitnahmefläche 170 erfolgt. Bei diesem Verdränger­ kolben 125 beginnt daher der wirksame Druckhub erst, wenn die Kolbenstange 29 den Verdrängerkolben 125 mitnimmt. Durch eine Verkleinerung des Abstandes zwischen den beiden Stangenteilen 46 und 47 läßt sich dieser unwirksame Anfangshub vergrößern und damit das wirksame Hubvolumen ändern.

Von den veranschaulichten Ausführungsbeispielen kann in vielfacher Hinsicht abgewichen werden, ohne den Grundgedanken der Erfindung zu verlassen. Die Verstel­ lung der Hubvolumina kann auch dadurch erfolgen, daß nicht die Verdrängerkolben gegeneinander verstell­ bar sind sondern die die Öffnungen 42, 45 tragenden Arbeitszylinder. Wenn deren Verstellvorrichtungen einander im Freiraum 55 zugewandt sind, kann man sie mit einer gemeinsamen Kupplungsvorrichtung symme­ trisch verstellen. Um die Betätigungsstangen der paarweise einander zugeordneten Einzelpumpen axial hin und her anzutreiben, können auch andere bekannte Motoren, beispielsweise rotierende Motoren mit Exzen­ ter, verwendet werden. Als Pumpelemente kommen auch an sich bekannte Scheibenkolben in Betracht. Statt der veranschaulichten zwei Doppelpumpen können auch drei oder mehr Doppelpumpen von einem Motor angetrie­ ben werden. Beispielsweise können die zugehörigen Betätigungsstangen parallel zueinander verlaufen und mit gleichem Winkelabstand auf einem Kreis um die Antriebsstange des Motors angeordnet sein, wobei der Mitnehmer statt zweier einander gegenüber liegen­ der Arme drei oder mehr um einander gleiche Winkel zueinander versetzte Arme aufweist.

Claims (9)

1. Pumpenanordnung zur dosierten Abgabe von mindestens zwei Komponenten mit einstellbarem Mischungsver­ hältnis, mit einer Doppelpumpe, bei der eine von einem Motor, insbesondere einem pneumatischen Axialkolbenmotor, hin und her angetriebene Betäti­ gungsstange an ihren Mitnehmerenden je einen in einem Arbeitszylinder verschiebbaren Verdränger­ kolben aufweist und bei der der Hubraum jedes Arbeitszylinders mit einem flüssigkeitsgefüllten Arbeitsraum auf der der Pumpenkammer abgewandten Seite eines axial hin und her beweglichen Pumpele­ ments, insbesondere einer Membran, verbunden ist, und mit Vorrichtungen zur Verstellung der wirksamen Hubvolumina, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Komponente mindestens eine Doppelpumpe vorgesehen ist, deren Einzelpumpen (20, 21; 22, 23) parallel geschaltet sind, daß die Betätigungs­ stangen (26, 29) aller Doppelpumpen mit dem Motor (13) antriebsmäßig verbunden sind und daß bei mindestens einer Doppelpumpe die Verstell­ vorrichtungen (49, 50) beider Einzelpumpen (22, 23) im Sinne einer symmetrischen Verstellung durch eine Kupplungsvorrichtung (51) miteinander verbun­ den sind.

2. Pumpenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein die Betätigungsstangen (26, 29) mit dem Motor (13) verbindender Mitnehmer (35) in einem Freiraum (55) zwischen zwei Gehäuseteilen (2, 3) hin- und herbewegbar ist, die je den einen Arbeitszylinder (30, 31; 33, 34) und das ein Pumpelement (36) einer jeden Doppelpumpe sowie eine Führung (18, 19) für eine Antriebsstange (17) des Motors aufweisen, und daß der Motor (13) auf der Außenseite des einen Gehäuseteils (2) angeordnet ist.

3. Pumpenanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Pumpelemente (26) eines Gehäuse­ teils (2; 3) durch eine gemeinsame Membranplatte (11; 12) gebildet sind.

4. Pumpenanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Gehäuseteil (2, 3) eine allen darin befindlichen Hubräumen (39) gemeinsame Nachfüllkammer (40; 41) vorgesehen ist.

5. Pumpenanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungs­ vorrichtung (51) im Freiraum (55) angeordnet und dieser von außen zugänglich ist.

6. Pumpenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Betäti­ gungsstange (29) mindestens einer Doppelpumpe geteilt ist, der Abstand der Stangenteile (46, 47) voneinander durch die Kupplungsvorrichtung (51) änderbar ist und in den Arbeitszylindern (33, 34) gehäusefeste Öffnungen (45), die mit einer Nachfüllkammer (40, 41) verbunden sind, vorgesehen sind.

7. Pumpenanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kupplungsvorrichtung (51) durch eine Spannschloßhülse gebildet ist, die eine Drehmoment-Angriffsfläche (52) aufweist und mit dem einen Stangenteil (47) über ein Rechtsgewinde (50) und mit dem anderen Stangenteil (46) über ein Linksgewinde (49) in Eingriff steht.

8. Pumpenanordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Verdrängerkolben (125) in dem Arbeitszylinder (139) mit einem Dichtring (168) abgedichtet und relativ zur Betä­ tigungsstange (29) um ein begrenztes Stück axial verschiebbar ist, daß sein Antrieb beim Druckhub durch Anlage einer Stirnfläche (176) der Betäti­ gungsstange an der dem Hubraum abgewandten Stirn­ fläche (175) des Verdrängerkolbens und beim Saughub mittels zweier einander entgegengesetzt gerichteter Mitnahmeflächen (170, 171) an Betäti­ gungsstange und Verdrängerkolben erfolgt und daß ein zur Nachfüllkammer hin öffnendes Ventil (174) zwischen den beim Druckhub aufeinan­ derliegenden Stirnflächen von Betätigungsstange und Verdrängerkolben gebildet ist.

9. Pumpenanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwischen die Mitnahmeflächen (170, 171) eine Feder (169) geschaltet ist und daß ein Anschlag (173) vorgesehen ist, der die Rückbe­ wegung des Verdrängerkolbens (125) beim Saughub stoppt, ehe die Betätigungsstange (29) ihre Endlage erreicht.