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Dokumentenidentifikation DE69725458T2 22.07.2004
EP-Veröffentlichungsnummer 0000927822
Titel Ventillose Dosierpumpe
Anmelder Stearns, Stanley D., Houston, Tex., US;
Werner, Paul, Sursee, CH
Erfinder Stearns, Stanley D., Houston, Tex., US;
Werner, Paul, Sursee, CH
Vertreter Dr. Werner Geyer, Klaus Fehners & Partner GbR, 80687 München
DE-Aktenzeichen 69725458
Vertragsstaaten CH, DE, FR, GB, IT, LI, NL
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 30.12.1997
EP-Aktenzeichen 973106610
EP-Offenlegungsdatum 07.07.1999
EP date of grant 08.10.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 22.07.2004
IPC-Hauptklasse F04B 7/06

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Verdrängerpumpen, insbesondere auf Dosierpumpen zur Abgabe relativ präziser Fluidvolumina aus einer Quelle in ein Auffanggefäß bei genau gesteuerten Geschwindigkeiten und Volumina durch Verwendung einer ventillosen Verdrängerkolbenpumpe, die mit einem Präzisionsbetätigungsmechanismus für Rotations-/Linearbewegungen gekoppelt ist.

Ventillose Verdränger-Dosierpumpen wurden bei vielen Anwendungen erfolgreich eingesetzt, bei denen eine sichere und genaue Handhabung von Fluiden erforderlich ist. Mehrere solcher Pumpen sind in dem US-Patent Nr. 5,020,980 von Pinkerton erörtert. Wie Pinkerton ausführt, wird die ventillose Pumpfunktion durch die synchrone Drehung und Hin- und Herbewegung eines Kolbens in einer präzise angepaßten Zylinderbohrung erreicht. Pro Zyklus erfolgt ein vollständiger Druckhub und ein vollständiger Saughub. Ein Schlitz an dem Kolben verbindet ein Paar Zylinderöffnungen wechselweise mit der Pumpkammer. Eine Öffnung steht während des Druckhubes in Fluidverbindung mit der Pumpkammer und die andere Öffnung steht während des Saughubes in Fluidverbindung mit der Pumpenkammer. Der Kolben und der Zylinder bilden eine ventillose Verdrängerpumpe. Es wurde festgestellt, daß diese Arten von Pumpen sowohl gasförmige als auch flüssige Fluide präzise übertragen.

Bei zahlreichen Arten von Fluidsystemen muß die Vermischung von Fluiden mit einem hohen Maß an Genauigkeit gesteuert werden. Bei einem solchen System ist ein Pumpenkopfmodul, das den Kolben und den Zylinder enthält, so montiert, daß es ein winkelmäßiges Verschwenken relativ zum sich drehenden Antriebeselement gestattet. Der Grad des Winkels steuert die Hublänge und damit die Pumpenleistung. Die Richtung des Winkels steuert die Fließrichtung.

Die Art und Weise, in der das Pumpenkopfmodul relativ zum Antriebselement verschwenkt wird, unterscheidet sich bei den verschiedenen erhältlichen Dosierpumpen. Bei einer im Handel erhältlichen Pumpe ist das Pumpenkopfmodul an einer Platte befestigt, die wiederum an der Basis der Pumpe montiert ist. Die Platte ist abhängig von der Winkelausrichtung des Moduls um eine von zwei Schwenkachsen verschwenkbar. Die Basis kann mit Einteilungen versehen sein, um den Prozentsatz der maximalen Fließgeschwindigkeit anzuzeigen, der bei dem jeweiligen Winkel, unter dem das Modul ausgerichtet ist, erreicht wird. Die maximale Fließgeschwindigkeit wird erreicht, wenn sich das Modul unter seinem maximalen Winkel zur Achse des sich drehenden Antriebselementes befindet.

In einer solchen Dosierpumpe führt der Kolben eine Drehbewegung und eine Hin- und Herbewegung aus. Der Kolben ist mit einer Abflachung oder einem Schlitz versehen, die/der sich bis zum Ende des Kolbens erstreckt. Wird der Kolben zurückgezogen und gedreht, öffnet sich der Kolbenschlitz zur Einlaßöffnung hin, wodurch ein Sog erzeugt wird, der die Pumpenkammer mit Fluid füllt. Sobald der Kolben seinen höchsten Punkt im Hin- und Herbewegungszyklus erreicht, weist die Pumpenkammer ihr maximales Fassungsvermögen auf. Durch Fortsetzen der Kolbendrehung wird die Einlaßöffnung dicht verschlossen. Sobald die Einlaßöffnung dicht verschlossen und die Pumpenkammer bis zu ihrem maximalen Fassungsvermögen gefüllt ist, öffnet sich die Auslaßöffnung. Durch Fortsetzen der Drehbewegung und der Hin- und Herbewegung wird der Kolben nach unten gedrückt, und der Kolbenschlitz öffnet sich zur Auslaßöffnung hin. Es wird ein Auslaß erzeugt und Fluid aus der Pumpenkammer abgepumpt. Der Kolben befindet sich am Ende des Druckhubes für einen maximalen Fluid- und Blasenabzug am unteren Ende. Durch eine Fortsetzung der Kolbendrehung wird die Auslaßöffnung dicht verschlossen. Wenn die Auslaßöffnung dicht verschlossen und die Pumpenkammer leer ist, öffnet sich die Einlaßöffnung, um einen weiteren Saughub einzuleiten.

Zwar sind Verdrängerpumpen in der Lage, eine präzise Abgabe von Fluiden bereitzustellen, doch es können zahlreiche mögliche Probleme auftreten. Beispielsweise können die vorhandenen Verdrängerpumpen lecken, sich nicht selbst ausrichten, aufgrund der Ansammlung von Feststoffen verstopfen und aufgrund einer Luftblasenansammlung im Kolbenschlitz ungenau sein. Zusätzlich kann ein Druckaufbau in der Pumpenkammer am Ende jedes Kolben-Druckhubes aufgrund einer axialen Bewegung des Kolbens am Übergangspunkt zwischen der Einlaß- und der Auslaßöffnung eine Undichtigkeit um den Kolben herum hervorrufen und eine Fluidverbindung in Form einer Strömungsbahn zwischen der Einlaß- und der Auslaßöffnung ergeben.

Die vorliegende Erfindung stellt eine Dosierpumpe bereit, mit:

einem zylindrischen Pumpengehäuse mit einem geschlossenen Ende;

einer Kolbeneinrichtung, die in dem Gehäuse angeordnet ist und mit diesem eine Pumpenkammer festlegt, wobei die Kolbenoberfläche eine Formgebung aufweist, die mit der Seite des Gehäuses eine Fluiddurchlaßeinrichtung bildet, die sich bis zur Pumpenkammer hin erstreckt;

einer Einlaßöffnungseinrichtung und einer Auslaßöffnungseinrichtung in dem Gehäuse, die benachbart der Kolbenoberfläche münden, und

einer Antriebseinrichtung, die dazu eingerichtet ist, den Kolben in eine Hin- und Herbewegung zu versetzen, um abwechselnde Saug- und Verdichtungshübe bereitzustellen, die durch Verweilzeiträume voneinander beabstandet sind, und den Kolben in eine Drehbewegung zu versetzen, um die Fluiddurchlaßeinrichtung, zumindest während eines Teils eines Saughubes, neben die Einlaßöffnungseinrichtung zu bringen, und um die Fluiddurchlaßeinrichtung, zumindest während eines Teils des Verdichtungshubes, neben die Auslaßöffnung zu bringen,

wobei die Dosierpumpe dadurch gekennzeichnet ist, daß die Fluiddurchlaßeinrichtung sich kreuzende, schlitzförmige Einlaß- und Auslaßabschnitte umfaßt, wobei der schlitzförmige Einlaßabschnitt im wesentlichen schraubenförmig ausgebildet ist, um während des Teils des Saughubes eine Fluidverbindung mit der Einlaßöffnungseinrichtung aufrechtzuerhalten, und wobei der schlitzförmige Auslaßabschnitt im wesentlichen schraubenförmig ausgebildet ist, um während des Teils des Verdichtungshubes eine Fluidverbindung mit der Auslaßöffnungseinrichtung aufrechtzuerhalten.

Ferner stellt die Erfindung ein Verfahren zum Pumpen eines dosierten Fluidvolumens bereit, wobei das Verfahren folgendes umfaßt: Bereitstellen eines zylindrischen Gehäuses mit einem verschlossenen Ende, wobei in dem Gehäuse ein Kolben montiert ist, um eine Pumpenkammer festzulegen, und das Gehäuse eine Einlaßöffnung sowie eine Auslaßöffnung aufweist, die an der zylindrischen Oberfläche des Kolbens münden, wobei die Oberfläche so geformt ist, daß sie mit dem Gehäuse einen Fluiddurchlaß bildet, der sich bis zur Pumpenkammer hin erstreckt, und die Fluiddurchlaßeinrichtung sich kreuzende, schlitzförmige Einlaß- und Auslaßabschnitte umfaßt, wobei der schlitzförmige Einlaßabschnitt im wesentlichen schraubenförmig ausgebildet ist, um während des Teils eines Saughubes eine Fluidverbindung mit der Einlaßöffnungseinrichtung aufrechtzuerhalten, und der schlitzförmige Auslaßabschnitt im wesentlichen schraubenförmig ausgebildet ist, um während des Teils eines Verdichtungshubes eine Fluidverbindung mit der Auslaßöffnungseinrichtung aufrechtzuerhalten, wobei das Verfahren ferner die folgenden, zyklisch aufeinanderfolgenden Schritte umfaßt:

  • (a) Zurückziehen des Kolbens, um einen Saughub durchzuführen, während die Einlaßöffnungseinrichtung und der Fluiddurchlaß in Fluidverbindung miteinander stehen;
  • (b) Drehen des Kolbens über eine Stellung, in der keine der Öffnungseinrichtungen in Fluidverbindung mit dem Fluiddurchlaß steht, bis die Auslaßöffnungseinrichtung in Fluidverbindung mit dem Fluiddurchlaß gebracht wird,
  • (c) Bewegen des Kolbens zu dem Gehäuse hin, um einen Verdichtungshub durchzuführen, während die Auslaßöffnungseinrichtung und der Fluiddurchlaß in Fluidverbindung miteinander stehen, und
  • (d) Drehen des Kolbens über eine Stellung, in der keine der Öffnungseinrichtungen in Fluidverbindung mit dem Fluiddurchlaß steht, bis die Einlaßöffnungseinrichtung in Fluidverbindung mit dem Fluiddurchlaß gebracht wird.

Die Erfindung ermöglicht die Bereitstellung einer Drehhubkolbenpumpe, die einen Drehhubkolben als integralen Ventilmechanismus verwendet, bei dem die Axialhublänge des Drehhubkolbens über einen Nockenantriebsmechanismus präzise gesteuert werden kann. Bei Ausführungsformen der Erfindung wird die axiale Kolbenbewegung während der Kolbendrehung unterbrochen, z. B. während mindestens 10° der Kolbendrehung, oder ausreichend lange, um einen Transfer der Fluidverbindung mit dem Kolbenschlitz zwischen der Einlaß- und der Auslaßöffnung zu gestatten, so daß nur eine Fluidöffnung zu einem bestimmten Zeitpunkt offen ist, wodurch die Druck- und Ansaugöffnungen niemals miteinander verbunden sind.

Die Erfindung ermöglicht zudem die Bereitstellung einer Drehhubkolbenpumpe, die mit einer einzigen Drehung des Kolbens durchgespült werden kann.

Das US-Patent Nr. 3,230,892 (Burns) beschreibt eine Drehhubkolbenpumpe mit Schraubennuten an der Oberfläche eines hin- und herlaufenden und rotierenden Kolbens. Bei dieser Pumpe schneiden sich die Nuten jedoch nicht.

Wertere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden durch ein Studium der beigefügten Ansprüche, auf die der Leser verwiesen wird, und beim Lesen der nachfolgenden, detaillierteren Beschreibung einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung deutlich. Es zeigen:

1 eine Längsschnittdarstellung einer Ausführungsform der Dosierpumpe gemäß der Erfindung;

2 eine teilweise geschnittene Draufsicht auf die Dosierpumpe aus 1, die das Ventil zu Beginn des Einlaß-(Saug-)Hubes zeigt;

3 eine ähnliche, vergrößerte Teilschnittdarstellung der Dosierpumpe aus 1, die das Ventil am Ende des Einlaßhubes (Saughubes) zeigt;

4 eine ähnliche, vergrößerte Teilschnittdarstellung der Dosierpumpe aus 1, die das Ventil am Übergangspunkt zeigt, an dem der Auslaßhub (Verdichtungshub) beginnt;

5 eine ähnliche, teilweise vergrößerte schematische Darstellung der Vorrichtung nach der Erfindung, die das Ventil am Ende des Auslaßhubes zeigt, und

6 eine ähnliche, teilweise vergrößerte schematische Darstellung der Vorrichtung nach der Erfindung, die das Ventil zu Beginn des Einlaßhubes nach Beendigung einer einzelnen Drehung des Kolbens zeigt.

Es sei zunächst auf 1 Bezug genommen, in welcher die allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnete Dosierpumpenvorrichtung nach der Erfindung gezeigt ist. In 1 ist eine Dosierpumpenvorrichtung 10 dargestellt. Es versteht sich jedoch, daß eine oder mehrere Pumpenvorrichtungen 10 dazu eingerichtet sein können, Fluid von einer Quelle zuzuführen. Beispielsweise können zwei Pumpenvorrichtungen 10 um 180° phasenverschoben angeordnet sein, um einen konstanten Fluidstrom von einer Fluidquelle zu einer Aufnahmevorrichtung zu liefern. Wie in 1 gezeigt, wird die Vorrichtung 10 von einem Motor 12 angetrieben, der in Wirkverbindung mit der Pumpenvorrichtung 10 steht. Die Pumpenvorrichtung 10 hat die Aufgabe, Fluid von einer Quelle zu einer Aufnahmevorrichtung hin in genau gesteuerten Mengen und Volumina zu transferieren, und ist in der Lage, Fluidvolumina im Nanoliterbereich abzugeben.

Noch immer unter Bezugnahme auf 1 umfaßt die Vorrichtung 10 eine ventillose Verdrängerdosierpumpe 14, eine Betätigungseinrichtung 16 für eine Drehbewegung/geradlinige Bewegung und einen Motor 12, der in einem offenen Rahmen montiert ist, welcher durch Endplatten 18 und 20 festgelegt ist. Die Pumpe 14 umfaßt ein Pumpengehäuse 22, das an der Endplatte 18 über mehrere Schrauben 24 montiert ist, die durch das Pumpengehäuse 22 hindurchlaufen und in Löchern 26, die in der Endplatte 18 ausgebildet sind, verschraubbar aufgenommen sind.

Das zylindrische Pumpengehäuse 22 weist eine Axialbohrung 28 und eine Senkbohrung 30 auf. In der Senkbohrung 30 ist ein zylindrischer Pumpengehäuse-Einsatz 32 aufgenommen. Das eine Ende des zylindrischen Einsatzes 32 läuft gegen eine Schulter 34 an, die das innere Ende der Senkbohrung 30 bildet. Das gegenüberliegende Ende des Einsatzes 32 ragt ein wenig aus der Senkbohrung 30 hervor und ist mit einer Endkappe 36 verschlossen, die an der Endfläche des Einsatzes 32 befestigt und an dem zylindrischen Gehäuse 22 mit Gewindeschrauben 24 montiert ist. Geeignete O-Ringdichtungen oder dergleichen (nicht in den Zeichnungen gezeigt) sind an der Kontaktstelle der Endkappe 36 mit der Endfläche des Einsatzes 32 vorgesehen, um eine fluiddichte Dichtung mit diesem zu bilden. Der Einsatz 32 ist mit einem Axialdurchlaß 38 zur gleitenden und verdrehbaren Aufnahme eines Kolbens 40 darin versehen.

Das zylindrische Gehäuse 22 ist mit diametral gegenüberliegenden, mit Innengewinden versehenen Fluidöffnungen 42 und 44 versehen. Die Öffnungen 42 und 44 laufen nach innen spitz zu und laufen in Radialdurchlässen 46 und 48 aus. Die Radialdurchlässe 46 und 48 weisen kleinere Durchmesser als die Öffnungen 42 und 44 auf und laufen durch das zylindrische Gehäuse 22 bis zur Senkbohrung 30. Die Radialdurchlässe 46 und 48 sind zu Radialdurchlässen 50 und 52 ausgerichtet, die in dem zylindrischen Einsatz 32 ausgebildet sind und durch diesen hindurchlaufen. Die Durchmesser der Durchlässe bzw. Kanäle 50 und 52 sind gleich den Durchmessern der Radialdurchlässe 46 und 48 und so bemessen, daß sie paßgenau mit Kreuzungsschlitzen 54 und 55 ausgerichtet werden können, die an dem Kolben 40 ausgebildet sind, der nachfolgend noch genauer beschrieben wird.

Wie zuvor erwähnt, umfaßt die Pumpenvorrichtung 10 nach der Erfindung drei Hauptbestandteile: Die Verdrängerpumpe 14, die Nockenbetätigungseinrichtung 16 und den Motor 12. Diese drei Bauteile sind mittels Endplatten 18 und 20 in axialer Ausrichtung gelagert. Der Halterahmen umfaßt ferner Flanschelemente 60 und 62, die mit den Endplatten 18 und 20 durch Montagebolzen 64 und 66 gekoppelt sind, die zusammen den offenen Rahmenaufbau der Pumpenvorrichtung 10 bilden. Der Abstand zwischen den Endplatten 18 und 20 wird durch zylindrische Abstandselemente 68 aufrechterhalten, die um den Montagebolzen 64 und 66 herum gelagert sind, wie dies in 1 gezeigt ist.

Der Motor 12 ist mittels Montageschrauben 70, die durch einen in Umfangsrichtung verlaufenden Montageflansch 13 des Motors 12 hindurchlaufen und verschraubbar in Löchern aufgenommen sind, welche in der Endplatte 20 ausgebildet sind, an der Endplatte 20 montiert. Durch eine Öffnung 74 in der Endplatte 20 steht eine Rotorwelle 72 aus dem Motor 12 hervor. Eine zylindrische Antriebswellenkupplung 76 ist um die Rotorwelle 72 herum montiert und mit dieser über eine Klemmschraube 78 verbunden, die durch die Kupplung 76 hindurchläuft und in Eingriff mit einer abgeflachten Seite 80 tritt, die an der Rotorwelle 72 ausgebildet ist. Von der abgeflachten, ebenen Oberfläche 82 der Kupplung 76 steht ein Paar Antriebsverbindungsstifte 84 hervor (die in 1A am besten zu sehen sind).

Es sei nun auf die Nockenbetätigungseinrichtung 16 Bezug genommen, die zwischen dem Motor 12 und der Pumpe 14 axial gelagert ist, wobei die Nockenbetätigungseinrichtung 16 mit einem Flansch versehene zylindrische Endelemente 90 und 92 umfaßt, die mittels Montageschrauben 94 mit Stützrahmenelementen 60 bzw. 62 verschraubt sind. Die mit einem Flansch versehenen Endelemente 90 und 92 sind an gegenüberliegenden Enden eines Zylinders 96 montiert, der, wenn er mit den Endelementen 90 und 92 zusammengebaut wird, eine Nockenkammer 98 festlegt. Die Endelemente 90 und 92 sind mit zylindrischen Erweiterungen 100 und 102 versehen, die aufeinander zu laufen und zwischen sich eine Nocken-Passage oder -Bahn 103 bilden.

Eine Nockenantriebswelle 104 läuft durch die Nockenkammer 98 und durch Axialbohrungen hindurch, die in den Endelementen 90 und 92 und den Tragerahmenelementen 60 und 62 ausgebildet sind. Buchsen 106, die durch die Axialbohrungen der Endelemente 90 und 92 und die Tragerahmenelemente 60 und 62 hindurchlaufen, sind um die Nockenwelle 104 herum gelagert. Die Innendurchmesser der Buchsen 106 sind etwas größer als der Durchmesser der Nockenwelle 104, wodurch die Nockenwelle 104 in den Buchsen 106 frei rotieren und hin- und herlaufen kann.

Die Nockenwelle 104 weist einen erweiterten Abschnitt 108 auf, der etwa um den Mittelpunkt der Nockenwelle 104 herum ausgebildet ist. Der erweiterte Abschnitt 108 ist mit einer Axialöffnung versehen, die senkrecht zur Drehachse der Nockenwelle 104 verläuft, zur Aufnahme eines Verbindungsstiftes 110 durch diese. Ein Abstandselement 112, das um den Verbindungsstift 110 herum montiert ist, bildet eine Stützschulter für einen Kugellager-Haltering 114. Ein innerer mit einem Flansch versehener Haltering 116 wirkt mit dem Ring 114 zusammen, um eine Laufbahn für Kugellager 118 zu bilden, die zwischen den Ringen 114 und 116 aufgenommen sind. Der mit einem Flansch versehene Haltering 116 weist ein Innengewinde zur Verbindung mit dem Verbindungsstift 110 auf. Der Haltering 114 ist so bemessen, daß er in der Nockenbahn 103 laufen kann, die zwischen den zylindrischen Erweiterungen 100 und 102 der Nockenbetätigungs-Endelemente 90 und 92 festgelegt ist.

Die Nockenwelle 104 ragt aus jedem Ende der Nockenbetätigungskammer 98 hervor. An einem Ende der Antriebswelle 104 ist eine Motorkupplung 120 durch eine Klemmschraube 122 befestigt. Die Kupplung 120 ist mit Schlitzen 124 versehen, die durch diese hindurchlaufen. In den Schlitzen 124 sind Buchsen 126 aufgenommen, um die aus der Motorantriebskupplung 76 vorgestehenden Stifte 84 aufzunehmen. Die Buchsen 126 gleiten frei auf den Stiften 84, wodurch die Stifte 84 sich während der Hin- und Herbewegung der Nockenwelle 104 in Längsrichtung bewegen können und gleichzeitig die Nockenwelle 104 durch die Motorkupplung 120 in eine Drehbewegung versetzen.

Am gegenüberliegenden Ende der Nockenwelle 104 ist eine Kolbenkupplung 130 mittels Klemmschrauben 132 am Ende der Nockenwelle 104 befestigt. Die Kupplung 130 weist eine Axialbohrung 134 und eine Axialsenkbohrung 136 auf. Das Ende der Nockenwelle 104 läuft gegen eine in Umfangsrichtung verlaufende Schulter 138 der Senkbohrung 136 an. Das distale Ende des Kolbens 40 ist in der Axialbohrung 134 aufgenommen und läuft gegen das Ende der Nockenwelle 104 an. Das Ende der Kupplung 130 ist bei 140 teilweise geschlitzt, so daß die Kupplung 130 um das Ende des Kolbens 40 herum durch Anziehen der Klemmschraube 142 festgeklemmt werden kann, um den Kolben 40 mechanisch mit der Nockenwelle 104 zu verbinden.

Nach der Montage der Bauteile der Vorrichtung 10, die in 1 gezeigt ist, ragt das proximate Ende des Kolbens 40 durch die Bohrung 28 des Pumpengehäuses 22 in den Einsatz 32 hinein. Eine Abdichtung um den Kolben 40 herum wird durch Verwendung eines O-Rings 144 erreicht, der in einer in Umfangsrichtung verlaufenden Aussparung aufgenommen ist, die in der Axialbohrung 28 des Pumpengehäuses 22 ausgebildet ist.

Unter erneuter Bezugnahme auf 1 ist festzustellen, daß der Kolben 40 nach der Erfindung mit schraubenförmigen Schlitzen 54 und 55 versehen ist, die sich kreuzen. Die schraubenförmigen Schlitze 54 und 55 sind in einen Abschnitt der Oberfläche des Kolbens 40 hineingeätzt, der aus einem keramischen Material oder aus jedem anderen geeigneten Material gebildet sein kann. Der schraubenförmige Schlitz 54 umfaßt einen winkelig verlaufenden Schlitzabschnitt 57, der sich bis zur Endfläche des Kolbens 40 erstreckt, wie dies in 2 am besten zu sehen ist.

Infolge der geometrischen Form der Schlitze 54 und 55 wird ein Fluidpumpvorgang gemäß der in den 2 bis 6 gezeigten Sequenz erzielt. Zum Zwecke der Veranschaulichung steht der Durchlaß 50, der sich durch den Einsatz 32 hindurch erstreckt, in Fluidverbindung mit der Einlaßöffnung 42, die in dem Pumpengehäuse 22 ausgebildet ist. Der Einsatzdurchlaß 52 steht in Fluidverbindung mit der Auslaßöffnung 44. Die Einlaßöffnung 42 und die Auslaßöffnung 44 liegen einander direkt gegenüber, um 180° voneinander beabstandet, auf dem zylindrischen Pumpengehäuse 22. Der Kolben 40 und der zylindrische Einsatz 32 sind so gefertigt, daß sie zwischen sich eine flüssigkeitsdichte Dichtung bilden.

Bei Betätigung des Motors 12 dreht sich der Kolben 40 im Uhrzeigersinn relativ zur Ausrichtung der Pumpe 10, wie dies in 1 gezeigt ist. Bei der Rotation wird der Kolben 40 gleichzeitig von der Nockenwelle 104 zurückgezogen, die ebenfalls zurückgezogen wird, während sich der Nockenring 114 entlang der Nockenbahn 103 bewegt. In der in 2 gezeigten Stellung mündet die Einlaßpassage 50 in den schraubenförmigen Schlitz 55. Wenn der Kolben 40 gedreht wird, tritt Fluid in die Schlitze 54 und 55 in Richtung der in 2 gezeigten Pfeile ein und füllt die Kolbenkammer 150. Das gleichzeitige Drehen und Zurückziehen des Kolbens 40 hält den Fluiddurchlaß 50 so zum schraubenförmigen Schlitz 55 ausgerichtet, daß Fluid in die Kolbenkammer 150 einströmt. Das Zurückziehen des Kolbens 40, um die Drehausrichtung des schraubenfönnigen Schlitzes 55 zum Fluiddurchlaß 50 beizubehalten, wird durch die Bewegung des Nockenwellen-Nockenringes 114 in der Nockenlaufbahn 103 in Richtung des in 3 gezeigten Pfeils erreicht. Während sich der Nockenring 114 entlang der Nockenlaufbahn 103 bewegt, zieht sich die Nockenwelle 104 zum Motor 12 hin zurück, wodurch der Kolben 40 in den zylindrischen Einsatz 32 zurückgezogen wird.

Wird nun auf 3 Bezug genommen, so ist festzustellen, daß beim Drehen der Nockenwelle 104 um 150° der Kolben 40 seine maximal zurückgezogene Stellung erreicht hat und der Einlaßkanal 50 mit dem Ende des Schlitzes 55 ausgerichtet ist. Eine Drehung der Nockenwelle 104 um weitere 30°, von 150° auf 180°, positioniert den Auslaßkanal 52 in Ausrichtung mit dem Schlitz 54, wie dies in 4 gezeigt ist. Jedoch bewegt sich der Kolben 40 während dieser 30°-Drehung nicht in axialer Richtung, da die Nockenlaufbahn 103 ein Segment 105 über 30° der Drehung aufweist, das senkrecht zur Drehachse der Nockenwelle 104 verläuft, wodurch der Kolben 40 zur Ausrichtung mit dem Auslaßkanal 52 gedreht werden kann, aber in axialer Richtung unbewegt bleibt.

Eine weitere Drehung der Nockenwelle 104 von 180° auf 330° ändert die Richtung der Axialbewegung der Nockenwelle 104 zur Pumpe 14 hin, die gleichzeitig den Kolben 40 in die Kolbenkammer 150 hinein vorbewegt und das Fluid in der Kolbenkammer 150 zum Austreten durch den Auslaßkanal 52 bringt, wie dies in den 4 und 5 gezeigt ist. Während der Drehung des Kolbens 40 von 180° auf 330° befindet sich der Auslaßkanal 52 in einer Drehausrichtung zum schraubenförmigen Schlitz 54, der einen Fluidkanal zum Ausströmen von Fluid in eine Aufnahmevorrichtung bereitstellt. Am Ende des Ausstoßhubes ist der Einlaßkanal 50 gegenüber dem schraubenförmigen Schlitz 55, wie in 5 gezeigt, um 30° versetzt. Eine Drehung des Kolbens 40 auf 360° richtet den Einlaßkanal 50 zum schraubenförmigen Schlitz 55 aus, wie dies in 6 gezeigt ist, und der Saug-/Ausstoßzyklus wird wiederholt. Der Kolben 40 bewegt sich während der 30°-Drehung des Kolbens 40 zwischen 330° und 360° wiederum nicht in axialer Richtung, da die Nockenlaufbahn 103 ein zweites Segment 107 während 30° der Drehung umfaßt, das senkrecht zur Drehachse der Nockenwelle 104 verläuft, wodurch der Kolben 40 zur Ausrichtung mit dem Einlaßkanal 50 gedreht werden kann, in axialer Richtung jedoch unbewegt bleibt. Damit erfolgt kein Druckaufbau in der Kolbenkammer 150, wenn sowohl der Einlaßkanal 50 als auch der Auslaßkanal 52 durch den Kolben 40 verschlossen werden, während dieser gedreht wird, um den Saug-/Ausstoßzyklus zu vollenden.

Obwohl die vorstehende Beschreibung auf die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gerichtet ist, können auch andere und weitere Ausführungsformen der Erfindung erdacht werden, ohne von deren Grundumfang abzuweichen, und ihr Umgang ist durch die nachliegenden Ansprüche festgelegt.


Anspruch[de]
  1. Dosierpumpe (14) mit:

    einem zylindrischen Pumpengehäuse (22) mit einem geschlossenen Ende;

    einer Kolbeneinrichtung (40), die in dem Gehäuse angeordnet ist und mit diesem eine Pumpenkammer (38) festlegt, wobei die Kolbenoberfläche eine Formgebung aufweist, die mit der Seite des Gehäuses eine Fluiddurchlaßeinrichtung bildet, die sich bis zur Pumpenkammer hin erstreckt;

    einer Einlaßöffnungseinrichtung (42, 46) und einer Auslaßöffnungseinrichtung (44, 48) in dem Gehäuse, die benachbart der Kolbenoberfläche münden, und

    einer Antriebseinrichtung (12, 16), die dazu eingerichtet ist, den Kolben in eine Hin- und Herbewegung zu versetzen, um abwechselnde Saug- und Verdichtungshübe bereitzustellen, die durch Verweilzeiträume voneinander beabstandet sind, und den Kolben in eine Drehbewegung zu versetzen, um die Fluiddurchlaßeinrichtung, zumindest während eines Teils eines Saughubes, neben die Einlaßöffnungseinrichtung zu bringen, und um die Fluiddurchlaßeinrichtung, zumindest während eines Teils des Verdichtungshubes, neben die Auslaßöffnung zu bringen,

    dadurch gekennzeichnet, daß die Fluiddurchlaßeinrichtung sich kreuzende, schlitzförmige Einlaß- und Auslaßabschnitte (55, 54) umfaßt, wobei der schlitzförmige Einlaßabschnitt (55) im wesentlichen schraubenförmig ausgebildet ist, um während des Teils des Saughubes eine Fluidverbindung mit der Einlaßöffnungseinrichtung aufrechtzuerhalten, und wobei der schlitzförmige Auslaßabschnitt (54) im wesentlichen schraubenförmig ausgebildet ist, um während des Teils des Verdichtungshubes eine Fluidverbindung mit der Auslaßöffnungseinrichtung aufrechtzuerhalten.
  2. Dosierpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Antriebseinrichtung eine Motoreinrichtung (12) umfaßt, die durch eine Nockenbetätigungseinrichtung in Wirkverbindung mit der Kolbeneinrichtung steht.
  3. Dosierpumpe nach Anspruch 2, bei der die Nockenbetätigungseinrichtung eine Antriebswelle (104) umfaßt, die mit der Motoreinrichtung gekoppelt und an der Kolbeneinrichtung befestigt ist, um eine Drehbewegung vom Motor an die Kolbeneinrichtung zu übertragen, wobei die Antriebswelle eine Nockeneinrichtung (16) aufweist, um die Antriebswelle und die Kolbeneinrichtung dazu zu bringen, sich bei einer Drehung der Antriebswelle durch die Motoreinrichtung der Hin- und Herbewegung zu unterziehen.
  4. Dosierpumpe nach Anspruch 3, bei der die Nockeneinrichtung folgendes umfaßt: eine Nockenlaufbahn (103), die von der Antriebswelle beabstandet ist und um diese herum verläuft, und einen Nockenstößel (114), der an der Antriebswelle befestigt ist und in Eingriff mit der Nockenlaufbahn steht, um zu bewirken, daß sich die Antriebswelle hin- und herbewegt, während sie sich dreht.
  5. Dosierpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Fluiddurchlaßeinrichtung im wesentlichen während eines ganzen Saughubes neben die Einlaßöffnungseinrichtung und im wesentlichen während des ganzen Verdichtungshubes neben die Auslaßöffnung gebracht wird.
  6. Dosierpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Einlaßöffnungseinrichtung und die Auslaßöffnungseinrichtung, zumindest während eines Teils jedes Verweilzeitraums, nahe einem ungeformten Abschnitt der Kolbenoberfläche münden und im wesentlichen von diesem verschlossen werden.
  7. Dosierpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem sich die Drehbewegung zumindest während eines Teils des Saug- und/oder des Verdichtungshubes fortsetzt.
  8. Verfahren zum Pumpen eines dosierten Fluidvolumens, wobei das Verfahren folgendes umfaßt: Bereitstellen eines zylindrischen Gehäuses (22) mit einem verschlossenen Ende, wobei in dem Gehäuse ein Kolben (40) montiert ist, um eine Pumpenkammer (38) festzulegen, und das Gehäuse eine Einlaßöffnung (42, 46) sowie eine Auslaßöffnung (44, 48) aufweist, die an der zylindrischen Oberfläche des Kolbens münden, wobei die Oberfläche so geformt ist, daß sie mit dem Gehäuse einen Fluiddurchlaß bildet, der sich bis zur Pumpenkammer hin erstreckt, und die Fluiddurchlaßeinrichtung sich kreuzende, schlitzförmige Einlaß- und Auslaßabschnitte (55, 54) umfaßt, wobei der schlitzförmige Einlaßabschnitt (55) im wesentlichen schraubenförmig ausgebildet ist, um während des Teils eines Saughubes eine Fluidverbindung mit der Einlaßöffnungseinrichtung aufrechtzuerhalten, und der schlitzförmige Auslaßabschnitt (54) im wesentlichen schraubenförmig ausgebildet ist, um während des Teils eines Verdichtungshubes eine Fluidverbindung mit der Auslaßöffnungseinrichtung aufrechtzuerhalten, wobei das Verfahren ferner die folgenden, zyklisch aufeinanderfolgenden Schritte umfaßt:

    (a) Zurückziehen des Kolbens, um einen Saughub durchzuführen, während die Einlaßöffnungseinrichtung und der Fluiddurchlaß in Fluidverbindung miteinander stehen;

    (b) Drehen des Kolbens über eine Stellung, in der keine der Öffnungseinrichtungen in Fluidverbindung mit dem Fluiddurchlaß steht, bis die Auslaßöffnungseinrichtung in Fluidverbindung mit dem Fluiddurchlaß gebracht wird,

    (c) Bewegen des Kolbens zu dem Gehäuse hin, um einen Verdichtungshub durchzuführen, während die Auslaßöffnungseinrichtung und der Fluiddurchlaß in Fluidverbindung miteinander stehen, und

    (d) Drehen des Kolbens über eine Stellung, in der keine der Öffnungseinrichtungen in Fluidverbindung mit dem Fluiddurchlaß steht, bis die Einlaßöffnungseinrichtung in Fluidverbindung mit dem Fluiddurchlaß gebracht wird.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






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