DE19714100C1 - Druckluftbetriebene Pumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine druckluftbetriebene Pumpe mit einer gegen die Kraft einer Feder betätigbaren Kolbeneinheit aus einem mit Druckluft beaufschlagbaren An­ triebskolben sowie einem damit fest verbundenen, das zu fördernde Medium unter Überdruck setzenden Förderkolben und mit einer gegen die Kraft einer Feder betä­ tigbaren Steuereinrichtung aus einem eine Druckluftzuleitung zu einem Zylinder des Antriebskolbens wahlweise freigebenden bzw. versperrenden Druckluftein- und -auslaßventil sowie einem damit fest verbundenen Steuerkolben, wobei ein Zylinder des Steuerkolbens über eine Steuerleitung mit dem Zylinder des Antriebskolbens verbindbar ist.

Derartige Pumpen sind häufig mit einer hydraulischen und einer pneumatischen Schubkolbeneinheit ausgestattet, deren im Durchmesser verschieden groß bemes­ sene Kolben miteinander verbunden sind. Der mit Druckluft beaufschlagene größere Pneumatikkolben ist mittels eines Steuerschiebers hin- und herverlagerbar. Der Steuerschieber weist am Umfang durch radiale Nutenstege mit eingelegten Dicht­ ringen voneinander getrennte Ringräume, eine Axialbohrung sowie eine von dieser abzweigende Radialbohrung auf. Der Steuerschieber verbindet in Abhängigkeit von seiner Betriebsstellung den Arbeitsraum des Pneumatikkolbens einerseits mit der Druckluftquelle und andererseits mit der Atmosphäre. Ferner ist ein mit einer Steu­ erstange in den Arbeitsraum hineinragender Hilfsschieber endseitig des Arbeits­ raumes vorgesehen, der ständig an die Druckluftquelle angeschlossen ist.

Um eine solche, zum Beispiel mit allen zuvor beschriebenen Merkmalen aus der DE 26 26 954 A1 bekannte druckluftbetriebene Hydraulikpumpe zu schaffen, die sowohl hinsichtlich des mit Druckluft beaufschlagten steuerungsmechanischen Teils als auch des hydraulischen Arbeitsteils einfacher aufgebaut, problemloser zu fertigen und weniger störanfällig ist, wird gemäß der DE 26 26 954 A1 vorgeschlagen, daß der Steuerschieber eine große und eine kleine stirnseitige Wirkfläche aufweist, die Bestandteil von in eigenen Wirkräumen gleitenden Nutenstegen ist. Von den Wirkflächen steht die kleine über den Druckluft-Zufuhrkanal ständig mit der Druck­ luftquelle in Verbindung. Die große Wirkfläche ist dagegen durch den Hilfsschieber an die Druckluftquelle und über einen absperrbaren Kanal an die Außenluft an­ schließbar. Ferner sind zwei gegen die große und die kleine Wirkfläche abgedichte­ te Ringräume am Umfang des Steuerschiebers vorgesehen.

Bei der vorbeschriebenen Pumpe erfordern insbesondere deren Hilfsventile Bautei­ le mit aufwendigen Bearbeitungsvorgängen. Dadurch sind die Herstellungskosten für diese Pumpen relativ hoch. Aber auch hinsichtlich der Lebensdauer wirken sich bei der bekannten Pumpe die Hilfsventile ebenso wie der Steuerschieber des Hauptventils negativ aus, da die Dichtungen durch Reibung einem relativ schnellen Verschleiß ausgesetzt sind.

Aus der DE 27 38 177 A1 ist des weiteren eine strömungsmittelbetriebene hydrauli­ sche Pumpe bekannt, bei der mit Hilfe des Kolbens eines Luftmotors ein Stößel ei­ ner Hydraulikpumpe antreibbar ist. Zwischen dem Kolben und dem Pumpenstößel besteht jedoch keine feste Verbindung, vielmehr stützt sich ein verbreiterter Kopf mit einer abgerundeten sphärischen Lagerfläche des Pumpenstößels auf einer kom­ plementär abgerundeten Fläche des Kolbens ab. Außerdem erfolgen die Beauf­ schlagung des Arbeitsraums des Kolbens und dessen Entlüftung während des Rückhubes durch voneinander getrennte Querschnitte, die einerseits mittels eines Drucklufteinlaßventils und andererseits mittels eines Druckluftauslaßventils ver­ schlossen bzw. freigegeben werden. Beide vorgenannten Ventile werden von einem gemeinsamen Steuerkolben betätigt, der über eine Leitung an den Zylinderraum des Kolbens im Bereich dessen unteren Totpunkts angeschlossen ist. Das Verschließen der Druckluftauslaßöffnung und die gleichzeitige Freigabe der Drucklufteinlaßöff­ nung erfolgen durch mechanische Betätigung durch den Kolben selbst und zwar, wenn dieser seine obere Totpunktstellung erreicht. Die vorbeschriebene Pumpe besitzt einen komplizierten Aufbau und ist aufgrund der Vielzahl der bewegten Teile einem erhöhten Verschleiß ausgesetzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine druckluftbetriebene Pumpe der ein­ gangs beschriebenen Art vorzuschlagen, die sich gegenüber den bekannten gat­ tungsgemäßen Pumpen durch einen weiterhin vereinfachten Aufbau auszeichnet und infolgedessen kostengünstiger herstellbar ist und darüber hinaus eine hohe Lebensdauer sowie eine geringe Störanfälligkeit aufweist.

Ausgehend von einer druckluftbetriebenen Pumpe der im Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1 genannten Art, wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch die im kenn­ zeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Ausgehend von einer Pumpe der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art, wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung aber auch dadurch gelöst, daß die Steuerleitung über ein kombiniertes Drossel-Sperrventil an nur einem Punkt des Zylinders des Antriebskolbens so angeschlossen ist, daß in einer Totpunktlage des Antriebskolbens Druckluft in den Zylinder des Steuerkolbens einleitbar und dadurch das Druckluftein- und -auslaßventil öffenbar ist.

Mit dem kombinierten Drossel-Sperrventil läßt sich nämlich in einer Totpunktlage des Antriebskolbens Druckluft in den Zylinder des Steuerkolbens einleiten und da­ durch das Druckluftein- und -auslaßventil betätigen. Die Drossel verhindert bei der Rückwärtsbewegung des Arbeitskolbens einen vorzeitigen Druckabfall im Zylinder des Steuerkolbens, indem die unter Druck stehende Luft aus diesem nur langsam in den mit der Umgebung in Verbindung stehenden Raum unterhalb des Arbeitskol­ bens austreten kann. Somit wird ein vorzeitiges Umschalten des vom Steuerkolben bewegten Druckluftein- und -auslaßventils, das heißt, eine Druckbeaufschlagung der Oberseite des Arbeitskolbens vor Erreichen des oberen Totpunkts vermieden.

Vorzugsweise ist das Druckluftein- und -auslaßventil bei beiden Ausführungsformen als Sitzventil mit einem weichen Ventilteller ausgeführt. Dadurch ist die Ventilfunkti­ onsfähigkeit weder von einem Schmierzustand abhängig, noch unterliegt der Ventil­ teller infolge von gleitenden Dichtungen einem Verschleiß. Schließlich kann auch der Hub des Druckluftein- und -auslaßventils kurz sein, was sich geräuschmindernd beim Betrieb der erfindungsgemäßen Pumpe auswirkt.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Pumpe ist darin zu sehen, daß für die Umsteuerung des Druckluftein- und -auslaßventils keine Hilfsventile benötigt werden. Statt dessen besitzt der Zylinder des Antriebskolbens mindestens eine von der Dichtung des Antriebskolbens überfahrbare Bohrung für den Anschluß einer Steuerleitung, welche über ein kostengünstig realisierbares Sperrventil mit dem Zy­ linder des Steuerkolbens verbunden ist.

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele je einer erfindungsgemäßen druckluftbetriebenen Pumpe zur Förderung von Flüssigkeiten oder Gasen in einem Längsschnitt dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 eine Pumpe, bei welcher für den Anschluß der Steuerleitung der Zylinder des Antriebskolbens mit zwei Bohrungen versehen ist, und

Fig. 2 eine Pumpe, bei welcher für den Anschluß der Steuerleitung der Zylinder des Antriebskolbens mit nur einer Bohrung versehen ist.

Übereinstimmend in beiden Ausführungsbeispielen besteht die erfindungsgemäße Pumpe im wesentlichen aus einem zylindrischen Gehäuse 1. Im unteren Bereich des Gehäuses 1 ist für das zu fördernde Medium eine Saugleitung 2 mit einem Rückschlagventil 3 und eine Druckleitung 4 mit einem Rückschlagventil 5 vorgese­ hen. Die Saugleitung 2 und die Druckleitung 4 sind durch einen Speicherraum 6 miteinander verbunden, der durch einen Förderkolben 7 unter Überdruck setzbar ist.

Der Förderkolben 7 ist an seinem dem Speicherraum 6 abgewandten Ende mit ei­ nem Antriebskolben 8 starr verbunden. Gegen die Wirkung einer Feder 9 ist der Antriebskolben 8 innerhalb eines Zylinders 10 aus einer oberen Totpunktstellung in eine untere Totpunktstellung verschiebbar.

Im oberen Bereich des Gehäuses 1 ist stirnseitig eine Drucklufteinlaßleitung 11 vor­ gesehen, die mit einer radial angeordneten Druckluftauslaßleitung 12 verbindbar ist. Die Drucklufteinlaßleitung 11 und die Druckluftauslaßleitung 12 sind wechselweise durch ein als Sitzventil ausgebildetes Druckluftein- und -auslaßventil 13 absperrbar und freigebbar.

In der die Druckluftauslaßleitung 12 versperrenden dargestellten Position des Druckluftein- und -auslaßventils 13 besteht über eine Verbindungsleitung 14 von der Drucklufteinlaßleitung 11 aus ein Zugang zum Inneren des Zylinders 10, und zwar zu der Seite des Antriebskolbens 8, die der Feder 9 abgewandt ist. Die Ver­ bindungsleitung 14 schafft somit bei entsprechender Position des Druckluftein- und -auslaßventils 13 eine Verbindung zwischen dem Inneren des Zylinders 10 und der Atmosphäre.

Mit dem Teller des Druckluftein- und -auslaßventils 13 starr verbunden ist ein durch eine Feder 15 belasteter Steuerkolben 16, der in einem Zylinder 17 hin- und herbe­ wegbar ist.

Auf der der Feder 15 abgewandten Seite des Steuerkolbens 16 ist am Zylinder 17 eine Steuerleitung 18 angeschlossen.

Gemäß dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel gabelt sich die Steuerlei­ tung 18 in einen Leitungszweig 19 und einen Leitungszweig 20 mit je einem Rück­ schlagventil 21 bzw. 22. Beide Leitungszweige 19 und 20 sind zwischen den beiden Totpunktlagen des Antriebskolbens 8 am Zylinder 10 angeschlossen.

Die Rückschlagventile 21 und 22 sind so ausgerichtet, daß aus dem Zylinder 10 Druckluft nur über das Rückschlagventil 22 entweichen kann, wenn der Antriebskol­ ben 8 die untere Totpunktlage gegen den Druck der Feder 9 erreicht hat. Sodann gelangt Druckluft über das Rückschlagventil 22 und die Steuerleitung 18 in den Zy­ linder 17 des Steuerkolbens 16, der daraufhin gegen die Wirkung der Feder 15 das Druckluftein- und -auslaßventil 13 aus der in der Zeichnung dargestellten Ver­ schlußposition in die entgegengesetzte Öffnungsposition, bezogen auf die Druck­ luftauslaßleitung 12, verstellt.

Gemäß dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Steuerleitung 18 an ein Drossel-Sperrventil 23 angeschlossen, das seinerseits an nur einem Punkt mit dem Zylinder 10 des Antriebskolbens 8 verbunden ist. Erreicht der Antriebskolben 8 den unteren Totpunkt, so hat er den Punkt überfahren, an dem das Drossel- Sperrventil 23 angeschlossen ist. Über dieses gelangt infolgedessen Druckluft in den Zylinder 17 des Steuerkolbens 16. Dadurch wird das Druckluftein- und -auslaßventil 13 gegen die Wirkung der Feder 15 bewegt und verbindet daraufhin das Innere des Zylinders 10 mit der Druckluftauslaßleitung 12, wobei zeitgleich die Drucklufteinlaßleitung 11 durch das Druckluftein- und -auslaßventil 13 abgesperrt wird.

Der Antriebskolben 8 fährt daraufhin durch die Kraft der Feder 9 in den oberen Tot­ punkt zurück. Gleichzeitig kann die in dem Zylinder 10 eingeschlossene Druckluft über das Drossel-Sperrventil 23 zur Unterseite des Antriebskolbens 8 gelangen und über eine auch im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 vorgesehene Entlastungsboh­ rung 24 in die Atmosphäre entweichen.

Schließlich kehrt das Druckluftein- und -auslaßventil 13 durch die Kraft der Feder 15 in die dargestellte Ausgangsposition zurück.

Claims (2)

1. Druckluftbetriebene Pumpe mit einer gegen die Kraft einer Feder betätigbaren Kolbeneinheit aus einem mit Druckluft beaufschlagbaren Antriebskolben sowie einem damit fest verbundenen das zu fördernde Medium unter Überdruck set­ zenden Förderkolben und mit einer gegen die Kraft einer Feder betätigbaren Steuereinrichtung aus einem eine Druckluftzuleitung zu einem Zylinder des Antriebskolbens wahlweise freigebenden bzw. versperrenden Druckluftein- und -auslaßventil sowie einem damit fest verbundenen Steuerkolben, wobei ein Zylinder (17) des Steuerkolbens (16) über eine Steuerleitung (18) mit dem Zylinder (10) des Antriebskolbens (8) verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerleitung (18) über zwei Leitungszweige (19, 20) mit je einem Rückschlagventil (21, 22) an den Zylinder (10) des Antriebskolbens (8) ange­ schlossen ist, wobei die Leitungszweige (19, 20) an zwei mit axialem Abstand voneinander angeordneten Punkten des Zylinders (10) des Antriebskolbens (8) angeschlossen sind und beide Punkte innerhalb der Totpunktpositionen des Antriebskolbens (8) liegen und über ein Rückschlagventil (21) der Zylinder (17) des Steuerkolbens (16) und über ein Rückschlagventil (22) der Zylinder (10) des Antriebskolbens (8) abwechselnd belüftbar sind.

2. Druckluftbetriebene Pumpe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerleitung (18) über ein kombiniertes Drossel- Sperrventil (23) an nur einem Punkt des Zylinders (10) des Antriebskolbens (8) so angeschlossen ist, daß in einer Totpunktlage des Antriebskolbens (8) Druckluft in den Zylinder (17) des Steuerkolbens (16) einleitbar und dadurch das Druckluftein- und -auslaßventil (13) öffenbar ist.