DE3537297A1 - Antriebsvorrichtung fuer eine pumpe, insbesondere eine fluessigkeitsdosierpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für eine Pumpe, insbesondere eine Flüssigkeitsdosierpumpe, der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.

Bekannte Dosierpumpen mit elektromotorischem Antrieb dieser Art weisen ein Untersetzungsgetriebe auf, über das eine Exzenter- oder Kurvenscheibe angetrieben wird, die ihrerseits auf den Pumpenstößel einwirkt. Der Rück­ hub wird mit einer Rückholfeder ausgeführt. Weiter kann ein Hubbegrenzer vorgesehen sein, der von außen einstellbar ist. Dieses Prinzip ist sowohl für Membran­ pumpen als auch für Kolbenpumpen anwendbar. Die Motor­ kraft wird dort nur für den Vorschub des Pumpenstößels aufgewandt. Beim Rückhub wird der Motor leer zurückge­ dreht. Im Verlauf des Vorschubs nimmt die vom Elektro­ motor auf den Pumpenstößel zu übertragende Kraft von einem relativ niedrigen Wert stetig bis zu einem Spitzenwert bei maximaler Auslenkung zu. Der Antriebs­ motor muß dabei hinsichtlich seiner Leistung für die Spitzenlast ausgelegt werden. Bei den bekannten Dosier­ pumpen bedeutet dies aber, daß über einen großen Teil des Hubzyklus, vor allem beim Rückhub, die zur Verfügung stehende Motorleistung ungenutzt bleibt, so daß im Mittel eine Überdimensionierung des Motors erforderlich ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die bekannt Antriebsvorrichtung dahingehend zu verbessern, daß trotz gleicher Spitzenbelastung in der Vorschubphase eine kleinere Motordimensionierung ermöglicht wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird die im Kennzeichenteil des Anspruchs 1 angegebene Merkmalskombination vorge­ schlagen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Der erfindungsgemäßen Lösung liegt der Gedanke zugrunde, daß während der Rückholphase des Pumpenstößels Motor­ energie in Form von potentieller mechanischer Energie gespeichert wird, die in der Vorschubphase zur Unter­ stützung der Motorkraft genutzt werden kann. Dement­ sprechend ist erfindungsgemäß eine Anordnung zur Speicherung mechanischer Energie vorgesehen, die im Verlauf der Rückholphase des Pumpenstößels durch die motorgetriebene Exzenter- oder Kurvenscheibe auf einen Zustand höherer potentieller Energie aufladbar ist und durch die eine entgegen der Kraft der Rückholfeder gerichtete Kraft auf den Pumpenstößel übertragbar ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Speicheranordnung mindestens eine unter Vor­ spannung stehende Feder als Speicherorgan auf. Hierfür kommt vor allem eine Druckfeder, insbesondere ein Tellerfedernpaket in Betracht. Aber auch Schrauben­ federn, Torsionsfedern oder Spiralfedern sind als Feder­ organe möglich. Grundsätzlich ist es auch möglich, ein elastomeres Material oder einen Gasdruckspeicher als Speicherorgane zu verwenden.

Die Speicheranordnung weist zweckmäßig einen im Gegen­ takt zum Pumpenstößel entgegen der Kraft des Speicher­ organs durch die motorgetriebene Scheibe verschiebbaren Speicherstößels sowie ein zwischen dem Pumpenstößel und dem Speicherstößel angeordnetes, die Scheibe über­ brückendes Kopplungsglied auf. Das Kopplungsglied hält die einander zugewandten, gegen die Scheibe wirkenden Stirnflächen der beiden Stößel auf einem Abstand vonein­ ander, der geringfügig, vorzugsweise um etwa 0,1 bis 0,3 mm, größer als der Scheibendurchmesser ist.

Eine optimale Anpassung der Speicheranordnung an die Pumpenlast wird dann erzielt, wenn die von der Speicher­ anordnung auf den Pumpenstößel übertragbare Kraft etwa 25 bis 50 % der Spitzenlast entspricht und wenn die von der motorgetriebenen Scheibe zur Ladung der Speicheranordnung aufzuwendende Kraft maximal etwa 50 bis 75 % der auf der Seite des Pumpenstößels auf­ tretenden Spitzenlast entspricht. Eine solche Antriebs­ vorrichtung kann bei gegebener Leistung des Elektro­ motors um etwa 30% mehr Pumpenleistung erbringen. Umgekehrt kann bei gegebener Pumpenleistung ein ent­ sprechend kleinerer und dadurch billigerer Motor als bisher verwendet werden.

In der Zeichnung ist ein bevorzugtes Ausführungsbei­ spiel der Erfindung in schematischer Weise dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 bis 3 eine Draufsicht auf eine Antriebsvor­ richtung für einen Pumpenstößel mit mechanischer Speicheranordnung in ver­ schiedenen Betriebszuständen.

Die in der Zeichnung dargestellte Antriebsvorrichtung besteht im wesentlichen aus einer motorisch ange­ triebenen Exzenterscheibe 10, einem durch die Exzenter­ scheibe entgegen der Kraft einer Rückholfeder 12 ver­ schiebbaren Pumpenstößel 14 sowie einer Anordnung 16 zur Speicherung mechanischer Energie. Die Speicheran­ ordnung 16 weist einen in einer gehäusefesten Führung 18 geführten Speicherstößel 20 sowie einen Satz auf dem Stößel 20 angeordneter, zwischen einer Stößel­ schulter 22 und einer gehäusefesten Schulter 24 unter Vorspannung eingespannter Tellerfedern 26 auf. An dem Speicherstößel 20 ist ein Kopplungsglied 28 angeformt, das die Exzenterscheibe mit seinen Auslegern 29 im seitlichen Abstand käfigartig umgreift und mit seiner Stirnfläche 30 gegen eine Ringschulter 32 des Pumpen­ stößels 14 anschlagbar ist. Die Stirnfläche 30 des Kopplungsgliedes 28 ist durch einen ringförmigen An­ schlagschuh 30′ gebildet, der auf dem rückwärtigen Teil 14′ des Pumpenstößels 14 geführt ist.

Die aus einer Innenscheibe 34 und einem auf dieser kugelgelagerten Laufring 36 bestehende Exzenterscheibe 10 ist mit ihrer exzentrischen Drehachse 38 auf der Abtriebswelle eines nicht dargestellten elektrischen Getriebe- oder Schrittmotors gelagert. Diese Drehachse 38 ist ortsfest zwischen den beiden Stößelführungen 18, 40 angeordnet. Die Exzenterscheibe befindet sich zwischen den einander zugewandten Stirnflächen 42, 44 der beiden Stößel 14, 20, gegen die sie mit ihrer Mantelfläche 46 je nach Drehlage wechselweise anschlägt. Durch das gegen die Ringschulter 32 des Pumpenstößels 14 anschlagende Kopplungsglied 28 des Speicherstößels 20 wird zwischen den beiden Stirnflächen 42, 44 ein Abstand definiert, der geringfügig, vorzugsweise um ca. 0,1 bis 0,3 mm, größer als der Scheibendurchmesser aber wesentlich kleiner als der Stößelhub ist. Aus Gründen der besseren Darstellung sind diese Abstände in der Zeichnung nicht maßstäblich wiedergegeben. Zur Einstellung des Pumpenhubs ist am Gehäuse ein stift­ förmiger Begrenzungsanschlag 48 in seiner Achsrichtung verschiebbar angeordnet, gegen dessen kegelförmige Spitze 50 eine schräge Anschlagfläche 52 des Pumpen­ stößels 14 unter der Einwirkung der Rückholfeder 12 anschlagbar ist.

In dem in Fig. 1 dargestellten Ausgangszustand ist die Exzenterscheibe 10 zum Speicherstößel 20 hin maximal ausgelenkt und liegt gegen dessen Stirnfläche 44 zentral an. Das Federpaket 26 ist zwischen den beiden Schultern 22, 24 auf seine geringste Ausdehnung zusammengedrückt und weist die im Verlauf eines Zyklus maximale potentielle Energie auf. Auf der anderen Seite liegt der Pumpenstößel 14 mit seiner Anschlagfläche 52 gegen den Begrenzungsstift 48 an. Sowohl die Exzenterscheibe 10 als auch das Kopplungsglied 28 ist von der zuge­ hörigen Stirn- bzw. Schulterfläche 32, 42 des Pumpen­ stößels abgehoben.

Wird nun die Exzenterscheibe um die Achse 38 im Uhr­ zeigersinn in die in Fig. 2 gezeigte Stellung weiterge­ dreht, so verschiebt sich der Speicherstößel 20 unter Ausdehnung des Federpakets in Richtung Pumpenstößel 14, bis das Kopplungsglied 28 mit seinem Anschlagschuh 30′ gegen die Ringschulter 32 des Pumpenstößels 14 anschlägt und diesen unter der Einwirkung der Kraft des Federpakets 26 entgegen der Kraft der Rückholfeder 12 vom Anschlag 50 abhebt. Im weiteren Verlauf des Stößelvorschubs nimmt die zu überwindende Gegenkraft zu, bis sie schließlich der vom Federpaket 26 über­ tragenen Kraft entspricht. Von diesem Punkt an hebt die Exzenterscheibe 10 von der Stirnfläche 44 des Speicherstößels 20 ab und schlägt gegen die rückwärtige Stirnfläche 42 des Pumpenstößels 14 an, so daß die fehlende Kraft nunmehr vom Motor auf den Pumpenstößel 14 übertragen wird. Auch im letzten Abschnitt der Vor­ schubbewegung bis zu der in Fig. 3 gezeigten Stellung trägt jedoch das Federpaket 26 aufgrund seiner Vor­ spannung zur Überwindung der Gegenkraft mit einem ge­ wissen Anteil bei. Zweckmäßig werden Federeigenschaften und Vorspannung so gewählt, daß bei Erreichen der Spitzenlast im Zustand der Fig. 3 noch etwa 25 bis 50% der auf den Pumpenstößel 14 einwirkenden Vorschub­ kraft von der Speicheranordnung 16 übertragen werden.

Beim Weiterdrehen der Exzenterscheibe 10 im Uhrzeiger­ sinn vom Zustand der Fig. 3 aus wird der Pumpenstößel 14 unter der Einwirkung der Rückholfeder 12 allmählich zurückbewegt, bis er gegen den Begrenzungsstift 48 anschlägt. Vom Punkt des Kräftegleichgewichts an, spätestens jedoch nach dem Anschlag des Pumpenstößels 14 hebt die Exzenterscheibe 10 von der Stirnfläche 42 des Pumpenstößels 14 ab und wirkt auf die Stirnfläche 44 des Speicherstößels 20 ein. In dieser Phase wird das Federpaket 26 unter Aufwendung von Motorkraft zu­ sammengedrückt und auf einen Zustand höherer poten­ tieller Energie gebracht. Die Federeigenschaften werden dabei zweckmäßig so gewählt, daß die aufzuwendende Spitzenkraft im Zustand der Fig. 1 etwa 50 bis 75 % der auf der Seite des Pumpenstößels auftretenden Spitzenlast entspricht.

Claims (13)

1. Antriebsvorrichtung für eine Pumpe, insbesondere eine Flüssigkeitsdosierpumpe, mit einer motorgetriebenen Exzenter- oder Kurvenscheibe und einem gegen die Mantel­ fläche der Scheibe zumindest zeitweilig anliegenden, entgegen der Kraft einer Rückholfeder verschiebbaren Pumpenstößel, gekennzeichnet durch eine Anordnung (16) zur Speicherung mechanischer Energie, durch die eine entgegen der Kraft der Rückholfeder (12) gerichtete Kraft auf den Pumpenstößel (14) übertragbar ist und die im Verlauf der Rückholphase des Pumpenstößels (14) durch die motorgetriebene Scheibe auf einen Zustand höherer potentieller Energie aufladbar ist.

2. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Speicheranordnung (16) mindestens eine unter Vorspannung stehende, vorzugsweise als Druck­ feder ausgebildete Feder (26) als Speicherorgan auf­ weist.

3. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Druckfeder als Tellerfederpaket (26) ausgebildet ist.

4. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Feder als Schraubenfeder, Torsions­ feder, Blattfeder oder Spiralfeder ausgebildet ist.

5. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Speicheranordnung (16) ein aus einem elastomeren Material bestehendes Speicherorgan aufweist.

6. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Speicheranordnung (16) einen Gasdruck­ speicher als Speicherorgan aufweist.

7. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicheranordnung (16) einen im Gegentakt zum Pumpenstößel entgegen der Kraft des Speicherorgans (26) durch die motorgetriebene Scheibe (10) verschiebbaren Speicherstößel (20) auf­ weist, und daß zwischen dem Pumpenstößel (14) und dem Speicherstößel (20) ein die Scheibe (10) überbrückendes Kopplungsglied (28) angeordnet ist.

8. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Kopplungsglied (28) die einander zugewandten, gegen die Scheibe (10) wirkenden Stirn­ flächen (42, 44) der beiden Stößel (14, 20) auf einem Abstand voneinander hält, der geringfügig, vorzugsweise um 0,1 bis 0,3 mm, größer als der Scheibendurchmesser ist.

9. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Kopplungsglied (28) mindestens einen mit dem Speicherstößel starr verbundenen Ausleger (29) aufweist, der mit seiner Stirnfläche (30) gegen eine rückwärtige Schulter (32) des Pumpenstößels (14) anschlagbar ist.

10. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Kopplungsglied zwei Ausleger (29) aufweist, die die Scheibe auf einander gegenüber­ liegenden Seiten ihrer Mantelfläche (46) käfigartig im Abstand überbrücken.

11. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Kopplungsglied (28) stirnseitig einen auf dem rückwärtigen Teil (14′) des Pumpenstößels (14) geführten ringförmigen Anschlagschuh (30′) aufweist.

12. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Speicheran­ ordnung (16) auf den Pumpenstößel (14) übertragbare Kraft etwa 25 bis 50 % der Spitzenlast entspricht.

13. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die von der motorge­ triebenen Scheibe (10) zur Ladung der Speicheranordnung (16) aufzuwendende Kraft maximal etwa 50 bis 75 % der auf der Seite des Pumpenstößels (14) auftretenden Spitzenlast entspricht.