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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verdrängerpumpe für Flüssigkeiten gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem einen mit einer derartigen Verdrängerpumpe ausgestatteten Getränkeautomaten oder Kaffeevollautomaten.
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Eine gattungsgemäße Verdrängerpumpe für Flüssigkeiten ist bspw. aus der
DE 197 25 462 A1 bekannt und wird in der dort beschriebenen Ausführungsform überwiegend für medizinische Zwecke, insbesondere für die Endoskopie, oder in einem Labor eingesetzt. Die bekannte Verdrängerpumpe weist dabei zwei miteinander kämmende Zahnräder als Förderelemente auf, von denen eines mit einem Antrieb verbunden ist. Die Zahnräder sind dabei in zylindrischen Öffnungen eines Pumpengehäuses aufgenommen, die ihrerseits mit einem Auslass und einem Einlass verbunden sind. Für eine erleichterte Reinigung der gattungsgemäßen Verdrängerpumpe, wird vorgeschlagen, diese zapfenlagerfrei in den Öffnungen im Pumpengehäuse zu lagern. Ein Antrieb zumindest eines der beiden Zahnräder erfolgt dabei über eine Antriebseinrichtung, welche über eine Steckkupplung mit einem der beiden Zahnräder verbunden ist. Nachteilig ist hierbei jedoch, dass insbesondere im Bereich der Steckkupplung schwierig zu reinigende Nischen entstehen, welche bei einer Verwendung der Verdrängerpumpe im medizinischen oder lebensmitteltechnischen Bereich hohen Reinigungsaufwand erfordern.
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Aus der
DE 23 43 630 A1 ist eine rotierende Verdrängerpumpe bekannt, bei der der Querschnitt des Gehäuses im Inneren einen Hohlraum für eine Radkammer und Flüssigkeitseintritts- und Flüssigkeitsaustrittsräume besitzt und bei der in dem Gehäuse zwei auf Wellen befestigte, einander gegenüberliegende, Zahnräder angeordnet sind. Die Wellen sind dabei in Lagerbuchsen im Gehäuse gelagert. Um die Verdrängerpumpe möglichst gleich montieren bzw. demontieren zu können und zugleich eine gute Zugänglichkeit zu allen Teilen für eine Reinigung zu schaffen, wird vorgeschlagen, die Lagerbuchsen in Lagerkörpern anzuordnen, die mit Deckeln jeweils gemeinsame Formteile bilden oder mit diesen fest verbunden sind, wobei an den Deckeln nach außen hin offene und sich verengende Nuten zur Aufnahme von Dichtringen vorgesehen sind.
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Aus der
GB 2 399 145 A ist eine gattungsgemäße Verdrängerpumpe für Flüssigkeiten bekannt, welche ein Pumpengehäuse und zumindest zwei in Wirkverbindung zueinander stehende Förderelemente aufweist, die im Pumpengehäuse der Verdrängerpumpe drehbar gelagert sind. Über eine entsprechende Anzahl an Elektromagneten erfolgt dabei ein berührungsloser Antrieb der beiden Förderelemente.
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Aus der
US 3,986,797 ist eine Verdrängerpumpe mit einem Pumpengehäuse und zumindest zwei in Wirkverbindung zueinander stehenden Förderelementen bekannt, welche im Pumpengehäuse der Verdrängerpumpe drehbar gelagert sind. Ein Elektromotor treibt dabei ein drehbares Magnet an, welches ein Drehmoment berührungslos an das Förderelement überträgt.
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Aus der
EP 0 230 868 A2 und der
US 2007/0098576 A1 sind eine Rotationsmaschine bekannt, welche in einem Gehäuse miteinander in Wirkverbindung stehende Förderelemente aufweist.
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Schließlich ist aus der
DE 603 06 337 T2 ein Getränkeautomat mit einer Extraktionspumpe bekannt.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Verdrängungspumpe der gattungsgemäßen Art, eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich besonders einfach reinigen lässt und insbesondere keine nur schwer zu reinigenden Stellen bzw. Nischen besitzt.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, Förderelemente in einer Verdrängerpumpe für Flüssigkeiten insbesondere berührungslos anzutreiben. Die zumindest zwei Förderelemente, welche in einem Pumpengehäuse der Verdrängerpumpe gelagert sind, bewirken durch ihre Verdrehung und ein gleichzeitiges Ineinandergreifen eine Förderung der zu pumpenden Flüssigkeit, wobei durch den berührungslosen Antrieb, nicht nur zahlreiche (Lager-)Nischen entfallen, die schwierig zu reinigen und desinfizieren sind und dadurch eine Niststelle für Bakterien bilden können, sondern es erleichtert sich auch die Montage und Demontage der Förderelemente deutlich, da diese zum Montieren lediglich direkt in das Pumpengehäuse oder in ein im Pumpengehäuse eingesetztes Zwischenelement eingelegt werden müssen und aufgrund der Formgebung des Pumpengehäuses bzw. des Zwischenelements in diesem geführt sind. Durch eine leichte, insbesondere zapfenlose, Lagerung und den gleichzeitig berührungslosen Antrieb, kann somit eine an sich geschlossene Förderkammer geschaffen werden, welche abgesehen von zumindest einem Zulauf und einem Ablauf, keine weiteren Öffnungen, insbesondere Durchbrüche für Antriebskupplungen, aufweist und dadurch besonders einfach und hygienisch zu reinigen ist. Ein weiterer großer Vorteil des berührungslosen Antriebs besteht dabei in einem deutlich ruhigeren Betrieb der Verdrängerpumpe, da der berührungslose Antrieb, insbesondere verbunden mit einer zapfenlosen Lagerung der Förderelemente, äußerst leise arbeitet. Erfindungsgemäß sind die zumindest zwei Förderelemente über ihren jeweiligen Umfang in einer Förderkammer im Pumpengehäuse oder in einem, im Pumpengehäuse anordenbaren Zwischenelement geführt. Sind die zumindest zwei Förderelemente bspw. als Zahnräder ausgebildet, so ist denkbar, dass im Pumpengehäuse bzw. in einem in diesem angeordneten Zwischenelement zylindrische Öffnungen eingebracht sind, welche einen im Wesentlichen komplementär zum Außendurchmesser der Zahnräder ausgebildeten Innendurchmesser aufweisen und dadurch in der Lage sind, die als Zahnräder ausgebildeten Förderelemente aufgrund ihrer Kontur zu führen, ohne dass hierfür zusätzliche Lagerzapfen erforderlich sind. Selbstverständlich ist dabei die Form der Förderelemente nicht nur auf Zahnräder beschränkt, sondern kann sämtliche Arten von Förderelementen umfassen, so zum Beispiel auch Kreiskolben für eine Kreiskolbenpumpe.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung, ist wenigstens eines der Förderelemente mittels elektrischer/magnetischer Feldkräfte angetrieben. Magnetische Feldkräfte können dabei bspw. durch einen Permanentmagneten erzeugt werden, welcher auf einer Außenseite der Förderkammer drehbar gelagert ist und durch eine Verdrehung über die von diesem ausgesandten magnetischen Feldkräfte gleichzeitig eine Verdrehung des zumindest einen Förderelements bewirkt. Die Kraftübertragung erfolgt dabei erfindungsgemäß berührungslos. Durch die Verzahnung bzw. das Ineinandergreifen der zumindest zwei Förderelemente, ist zum Betrieb der Verdrängerpumpe lediglich der Antrieb eines Förderelements erforderlich, wobei auch denkbar ist, dass zwei oder sämtliche Förderelemente mit jeweils zugeordneten und drehbar gelagerten Permanentmagneten angetrieben sind. Alternativ zu den Permanentmagneten, können auch Elektromagnete verwendet werden, welche die auf das zumindest eine Förderelement einwirkenden Feldkräfte lediglich dann entfalten, sofern sie bestromt sind. Ein Antrieb mittels elektrischer/magnetischer Feldkräfte bewirkt dabei einerseits einen besonders geräuscharmen Antrieb und andererseits einen äußerst verschleißarmen Antrieb, da Antriebskupplungen sowie weitere verschleißanfällige Antriebsmechanismen entfallen können. Gleiches gilt auch für eine optionale, zapfenlose Lagerung der Förderelemente, so dass auch hier ein äußerst verschleißarmer Betrieb möglich ist.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung, weist zumindest eines der Förderelemente einen verschleißfesten und einen, den Reibwiderstand reduzierenden Kunststoffüberzug auf. Dieser Kunststoffüberzug schützt den magnetisierbaren bzw. magnetischen Innenkern des Förderelements, bspw. vor einem Korrosionsangriff, und bewirkt darüber hinaus, dass das Förderelement besonders reibarm in der Förderkammer der Verdrängerpumpe bewegt werden kann. Gleichzeitig ermöglicht ein derartiger Kunststoffüberzug auch eine Reduzierung der Geräuschemission, was insbesondere für den Komfort beim Betrieb der Verdrängerpumpe von wesentlichem Vorteil ist. Derartige Kunststoffüberzüge lassen sich einerseits kostengünstig und andererseits in nahezu in beliebiger Ausgestaltung herstellen, so dass selbst metallische Förderelemente mit Kunststoffüberzug als Wegwerfelemente konzipiert werden können.
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Zweckmäßig sind in dem Pumpengehäuse und optional in dem Zwischenelement jeweils zumindest zwei Zulaufkanäle und ein Ablaufkanal vorgesehen, so dass die Verdrängerpumpe als Mischeinrichtung verwendet werden kann. Hierbei ist insbesondere der Einsatz einer derartigen Verdrängerpumpe in einem Getränkeautomaten oder in einem Kaffeevollautomaten denkbar, bei welchem bspw. Fruchtsäfte und Wasser oder Luft und Milch gemischt werden sollen. Selbstverständlich können bei einer derartigen als Mischeinrichtung ausgebildeten Verdrängerpumpe auch mehr als ein Ablaufkanal vorgesehen werden, so dass bspw. ein Befüllen von mehreren Getränkebehältem gleichzeitig möglich ist.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläutemden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
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Dabei zeigen, jeweils schematisch,
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1a eine Schnittdarstellung durch eine mögliche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verdrängerpumpe,
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1b eine Darstellung wie in 1, jedoch mit dazu unterschiedlichen Verdrängerelementen,
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2 eine Explosionsdarstellung der gemäß der 1a dargestellten Verdrängerpumpe.
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Entsprechend den 1a und 1b, weist eine jeweils dargestellte Verdrängerpumpe 1 ein Pumpengehäuse 2 sowie zumindest zwei in Wirkverbindung miteinander stehende Förderelemente 3 und 3' auf. Die Förderelemente 3 und 3' sind dabei in einer Förderkammer 6, vorzugsweise zapfenlos, drehbar gelagert, die sich entweder direkt im Pumpengehäuse 2 oder, wie in den 1 und 2 gezeigt ist, in einem in das Pumpengehäuse 2 eingesetzten Zwischenelement 4 befindet. Es ist z. B. denkbar, dass das Pumpengehäuse 2 eine kugelabschnittförmige Wölbung hat, die sehr leicht zu reinigen ist. Ebenso ist eine komplementär dazu ausgebildete kugelabschnittförmige Vertiefung in dem Förderelement 3, 3' leicht zu reinigen. Sowohl die beiden Förderelemente 3 und 3' als auch das Zwischenelement 4 sind dabei leicht aus dem Pumpengehäuse 2 zu entnehmen, so dass die Verdrängerpumpe 1 generell einfach zu reinigen ist. Durch eine optionale zapfenlose Lagerung der beiden gezeigten Förderelemente 3 und 3', entstehen darüber hinaus keine Nischen oder schwer zu reinigende Lagerstellen, welche eine hygienische Reinigung der Verdrängerpumpe 1 erschweren würden.
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Erfindungsgemäß erfolgt bei der Verdrängerpumpe 1 ein Antrieb zumindest eines der beiden Förderelemente 3, 3' berührungslos mittels einer Antriebseinrichtung 5 (vgl. 2), so dass auch hierfür keine eine Wandung der Förderkammer 6 durchbrechende Öffnung, bspw. für eine Steckkupplung, vorgesehen werden muss. Generell sind dabei gemäß den 1 und 2 jeweils lediglich zwei Förderelemente 3 und 3' gezeigt, wobei auch denkbar ist, dass drei oder mehr Förderelemente vorgesehen sind, die derart in Wirkverbindung miteinander stehen, dass sie einerseits eine Förderung der zu fördernden Flüssigkeit und andererseits einen Antrieb über lediglich eines der Förderelemente ermöglichen.
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Generell kann die Verdrängerpumpe 1 bspw. als Zahnradpumpe (vgl. 1a und 2), als Drehkolbenpumpe oder als Kreiskolbenpumpe (vgl. 1b) ausgebildet sein, wobei im ersten Fall die beiden Förderelemente 3 und 3' als miteinander kämmende Zahnräder ausgebildet sind. Um die zumindest zwei Förderelemente 3 und 3' in der Förderkammer 6 lagern zu können, ist ein Innendurchmesser der Förderkammer 6 auf einen jeweiligen Außendurchmesser der Förderelemente 3 und 3' derart abgestimmt, dass die zumindest zwei Förderelemente 3 und 3' über ihren jeweiligen Umfang im Pumpengehäuse 2 bzw. im Zwischenelement 4 geführt sind. Eine axiale Führung der zumindest zwei Förderelemente 3 und 3' erfolgt dabei über zumindest eine Stirnplatte 7 (vgl. 2), welche zum Reinigen der Verdrängerpumpe 1 ebenfalls leicht abzunehmen ist. Dabei sind sowohl die Förderelemente 3 und 3' als auch das Zwischenelement 4 äußerst einfach zu montieren bzw. zu demontieren, was Voraussetzung für eine besonders einfache und hygienische Reinigung der Verdrängerpumpe 1 ist.
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Ein Antrieb des zumindest einen Förderelements 3, 3' über die Antriebseinrichtung 5 kann dabei bspw. mittels elektrischer oder magnetischer Feldkräfte erfolgen, wobei die Antriebseinrichtung 5 bspw. einen rotierenden und bezüglich seiner Rotationsbewegung steuerbaren bzw. regelbaren, Permanentmagneten aufweisen kann. Denkbar ist auch, dass ein derartiges magnetisches Feld mittels eines Elektromagneten erzeugt wird, so dass eine magnetische Beeinflussung der Förderelemente 3 und 3' lediglich in bestromtem Zustand der Antriebseinrichtung 5 erfolgt.
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Um ein Verdrehen der Förderelemente 3 bzw. 3' mittels magnetischer oder elektrischer Feldkräfte bewirken zu können, muss zumindest eines der antreibbaren Förderelemente 3, 3' ein magnetisches oder magnetisierbares Material aufweisen, welches optional von einem verschleißfesten und insbesondere einen den Reibwiderstand reduzierenden Kunststoffüberzug überzogen sein kann. Ein derartiger Kunststoffüberzug gewährleistet einerseits die magnetische Wirkverbindung zwischen Antriebseinrichtung 5 und Förderelement 3, 3', reduziert andererseits aber sowohl Verschleißerscheinungen als auch eine Geräuschemission beim Betrieb der Verdrängerpumpe 1. Selbstverständlich ist auch eine Elastomerummantelung der Förderelemente 3 und 3' denkbar, ebenso wie ein elektrisch leitendes Kernmaterial für die Förderelemente 3 und 3', sofern die Antriebseinrichtung 5 elektrische Feldkräfte zum Antrieb der Förderelemente 3, 3' aussendet. Die Förderelemente 3 und 3' sind dabei vorzugsweise derart ausgebildet, dass sie miteinander kämmende Zähne aufweisen, die wahlweise schräg- oder geradverzahnt sind und dadurch ein reibungsreduziertes und verschleißarmes Ineinandergreifen ermöglichen.
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Gemäß den Darstellungen in den 1 und 2, sind jeweils Pumpengehäuse 2 bzw. Zwischenelemente 4 gezeigt, die jeweils einen Zulaufkanal 8 und einen Ablaufkanal 9 aufweisen. Denkbar ist selbstverständlich auch, dass in dem Pumpengehäuse 2 und optional in dem Zwischenelement 4 jeweils zumindest zwei Zulaufkanäle 8 und zumindest ein Ablaufkanal 9 vorgesehen sind, so dass die Verdrängerpumpe 1 bspw. als Mischeinrichtung verwendet werden kann. Dies ist insbesondere beim Einsatz in Getränkeautomaten, in welchem bspw. Fruchtsäfte mit Wasser gemischt werden sollen, oder in Kaffeevollautomaten, in welchem Kaffee und Milch gemischt werden sollen, von großem Vorteil.
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Desweiteren ist denkbar, dass die Verdrängerpumpe 1 bspw. in einer Kühleinheit, einem Vorratsbehälter für die zu fördernde Flüssigkeit, in einem Auslauf oder an einer anderen einfach zugänglichen Stelle eines Getränkeautomatens eingebaut ist. Bei einer speziellen Steuerung der Antriebseinrichtung 5 kann diese auch als Durchflussmengenmesser verwendet werden, da eine definierte Verdrehung der Förderelemente 3, 3' gleichzeitig eine definierte Fördermenge an geförderter Flüssigkeit bedingt.
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Zusammenfassend lassen sich die wesentlichen Merkmale der Erfindung wie folgt charakterisieren. Mit der erfindungsgemäßen Verdrängerpumpe 1 kann eine geräusch- und verschleißarm arbeitende Pumpe bereitgestellt werden, welche darüber hinaus insbesondere für medizinische und lebensmitteltechnische Einsatzgebiete besonders geeignet ist, da sie sich äußerst einfach reinigen lässt und insbesondere keine schwer zu reinigenden Nischen, wie bspw. Lagerstellen oder Kupplungen, aufweist. Darüber hinaus ist die erfindungsgemäße Verdrängerpumpe 1 äußerst einfach montierbar bzw. demontierbar, so dass auch ein Reparatur- und Wartungsaufwand im Vergleich zu herkömmlichen Verdrängerpumpen deutlich reduziert ist.