CH556474A - Stopfbuchslose dosierpumpe. - Google Patents

Description

  
 



   Dosierpumpen sind in den verschiedensten Ausführungen bekannt. Für verhältnismässig geringe Förderleistungen werden häufig Membrankolbenpumpen verwendet, bei denen der Förderstrom meist stufenlos durch von Hand oder automatisch erfolgende Verstellung des Hubes geregelt wird. Zur Förderung chemisch aggressiver oder gesundheitsschädlicher (radioaktiver) Flüssigkeiten dienen stopfbuchslose Förderpumpen, wie die sogenannten Chemiepumpen oder Spaltrohrpumpen, die üblicherweise als Kreiselpumpen ausgeführt sind und bei denen alle rotierenden Teile, oft auch der ganze Antriebsmotor, in einem geschlossenen Gehäuse untergebracht sind, das von der Förderflüssigkeit durchströmt wird.

  Die bekannten stopfbuchslosen Förderpumpen sind in ihrem Aufbau ziemlich kompliziert und da der Förderstrom über eine elektrische Analog-Steuerung der Motordrehzahl verändert wird, ist schon für eine einigermassen genaue Dosierung ein zusätzlicher Aufwand erforderlich, so dass diese bekannten Pumpen aus preislichen Gründen in vielen Fällen nicht verwendet werden können. Eine Steuerung mit Impulsfolgen ergibt bekanntlich mit weniger Aufwand eine grössere Genauigkeit als eine mit analogen elektrischen Signalen. Für die Dosierung von Flüssigkeitsmengen sind beispielsweise Kolbenpipetten bekannt, deren Kolben von einem Schrittmotor verstellt werden, wobei die dem Schrittmotor zugeleitete Anzahl Schrittimpulse die Flüssigkeitsmenge bestimmt.



   Zweck der Erfindung ist, eine stopfbuchslose Dosierpumpe mit durch die Folgefrequenz elektrischer Steuerimpulse bestimmtem Förderstrom zu schaffen, die zufolge ihres einfachen Aufbaus wesentlich preisgünstiger hergestellt werden kann, als die bekannten stopfbuchslosen Förderpumpen.



   Die erfindungsgemässe stopfbuchslose Dosierpumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass in einem Pumpengehäuse eine Zahnradpumpe mit einem ein durch Elektromagnete angetriebenes Schrittrad aufweisenden elektromagnetischen Schrittantrieb kombiniert ist und das mit einem Flüssigkeitszulauf und einem Flüssigkeitsablauf versehene.Pumpengehäuse mindestens in einem Umfangsbereich des Schrittrades des elektromagnetischen Schrittantriebes aus nichtmagnetischem Werkstoff besteht, in welchen die Magnetkerne der aussen am Pumpengehäuse angeordneten Elektromagneten mit auf der Innenseite des Gehäuseteiles dem Schrittrad zugewandten Polflächen flüssigkeitsdicht eingesetzt sind.

  Hierbei kann ein Zahnrad der Zahnradpumpe als Schrittrad des elektromagnetischen Schrittantriebes verwendet werden, wodurch sich eine besonders einfache Konstruktion ergibt, die aber nur in wenigen Fällen zu befriedigenden Ergebnissen führt. Vorzugsweise ist die Zahnradpumpe in einer ersten Kammer des Pumpengehäuses und ein die Zahnradpumpe antreibendes Schrittrad des elektromagnetischen Schrittantriebes in einer zweiten Gehäusekammer untergebracht, wobei die das Schrittrad enthaltende zweite Kammer mit der ersten Kammer durch einen zur Zahnradpumpe hinführenden Flüssigkeitskanal verbunden ist und die Magnetkerne der Elektromagnete in der Gehäusewandung der zweiten Kammer über den Umfang des Schrittrades verteilt eingesetzt sind.



   Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, auf welcher ein Ausführungsbeispiel für eine stopfbuchslose Dosierpumpe gemäss der Erfindung veranschaulicht ist. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch einen Axialschnitt durch eine Dosierpumpe mit Zahnradpumpe und Schrittrad und
Fig. 2 einen Radialschnitt durch die Dosierpumpe der Fig. 1.



   Die in der Zeichnung wiedergegebene stopfbuchslose Dosierpumpe weist ein zylindrisches Gehäuse 1 mit Deckel 2 und Boden 3 auf, das aus einem nichtmagnetischen Werkstoff, z. B. Messing oder Aluminium, besteht. Die bodenseitige Hälfte des Gehäusehohlraumes ist von einem Montageblock 4 eingenommen, der aus gleichem Material wie das Gehäuse bestehen und auch Teil des Gehäuses selbst sein kann. Im Montageblock 4 ist auf der dem Gehäuseboden 3 zugewandten Stirnseite eine erste Kammer 13 für die Aufnahme der beiden einander kämmenden Zahnräder 8. 9 einer Zahnradpumpe gebildet. Die Wellen 10, 11 der Zahnräder 8, 9 sind in dem Montageblock 4 gelagert, wobei die Welle 10 des antreibenden Zahnrades 8 der Zahnradpumpe über die deckelseitige Stirnfläche des Montageblocks 4 hinausragt. An dem herausragenden Ende der Welle 10 ist das Schrittrad 12 des elektromagnetischen Schrittantriebes befestigt.

  Zwischen Montageblock 4 und Gehäusedeckel 2 erstreckt sich die zweite Kammer 14, die durch einen Kanal 7 im Montageblock 4 mit der ersten Kammer 13 verbunden ist. Der Kanal 7 kann eine gerade Bohrung im Montageblock 4 sein, die als Flüssigkeitszulauf zur Zahnradpumpe hin gerichtet ist. Der Gehäusedeckel 2 trägt einen Rohrstutzen als Flüssigkeitszulauf 5 und der Gehäuseboden 3 einen Rohrstutzen als Flüssigkeitsablauf 6. In die Mantelwandung des Gehäuses 1 sind in Höhe des Schrittrades 12 die Magnetkerne 16 der Elektromagnete flüssigkeitsdicht eingesetzt. Die Magnetkerne 16 sind gerade Bolzen aus einem ferromagnetischen Material und sind radial auf die Drehachse des Schrittrades 12 ausgerichtet. Die im Gehäuseinneren freiliegenden Stirnflächen der ferromagnetischen Bolzen sind die Polflächen 17 der Magnetkerne 16.

  Auf die Magnetkerne 16 sind die Spulenkörper mit den Erregerwicklungen 15 aufgeschoben.



   Wie in Fig. 1 gezeigt ist, besteht bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel jeder Elektromagnet des Schrittantriebes aus einem Paar Magnetspulen 15, deren beide Magnetkerne 16 ausserhalb des Gehäuses 1 durch ein Magnetrückschluss Segment 19 miteinander verbunden sind, so dass bei jedem Elektromagneten ein über den einen Magnetkern, das Rückschluss-Segment, den anderen Magnetkern und dem zwischen den Polflächen der Magnetkerne liegenden Teil des Schrittrades führender geschlossener Magnetkreis gebildet ist.

  Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind vier solcher Elektromagnete A, B, C, D vorgesehen, deren Magnetkerne im Gehäuse so angeordnet sind, dass, wenn den Polflächen des einen Elektromagneten A die Stirnflächen von zwei Zähnen 18 des Schrittrades direkt gegenüberstehen, bei dem zweiten Elektromagneten B die halben Stirnflächen, bei dem dritten Elektromagneten C die Zahnzwischenräume und bei dem vierten Elektromagneten D wiederum die halben Stirnflächen den Polflächen der jeweiligen Magnetkerne gegenüberstehen. Die beiden Erregerwicklungen sind bei jedem Elektromagneten hintereinandergeschaltet. Die Anfänge der Erregerwicklungspaare sind an eine gemeinsame Anschlussklemme 20 und ihre Enden je an eine eigene Anschlussklemme 21-24 angeschlossen.

  An die Anschlüsse   20    .24 wird ein Fortschaltgerät angeschlossen, das auf einen Steuerimpuls ein Wicklungspaar an eine Stromquelle anschliesst und bei einem folgenden Steuerimpuls das Wicklungspaar des folgenden Elektromagneten an die Stromquelle anschliesst und gleichzeitig das erste Wicklungspaar von dieser abtrennt. Solche Fortschaltgeräte sind bekannt und enthalten üblicherweise hintereinandergeschaltete Flip-Flops.

 

   Die über den Zulauf 5 zugeleitete Flüssigkeit füllt die das Schrittrad 12 enthaltende zweite Kammer 14 des Gehäuses aus und gelangt durch den Kanal 7 im Lagerblock 4 und durch die eventuell undichten Lager der Zahnradwellen in die die Zahnräder 8, 9 der Zahnradpumpe enthaltende erste Kammer 13.



  Wird über das Fortschaltgerät zuerst an die Klemmen 20 und 21 Betriebsspannung angelegt, so wird der erste Elektromagnet A erregt und das Schrittrad 12 nimmt die in Fig. 1 gezeigte Ausgangslage ein, in welcher den Polflächen dieses   Elektromagneten Zahnstirnflächen gegenüberliegen. Diese Ausgangslage ist stabil. Bei einem ersten Steuerimpuls wird dann über das Fortschaltgerät zunächst Betriebsspannung an die Klemmen 20 und 22 gelegt, so dass der zweite Elektromagnet B erregt wird und unmittelbar darauf wird die Betriebsspannung von den Klemmen 20 und 21 weggenommen, so dass der erste Elektromagnet A entregt und von dem erregten zweiten Elektromagneten B das Schrittrad 12 um eine halbe Zahnbreite in der durch einen Pfeil in Fig. 1 gezeigten Drehrichtung bewegt wird. Um den gleichen Drehwinkel drehen sich auch die Zahnräder 8, 9 der Zahnradpumpe.

  Pro Steuerimpuls wird demnach eine sehr geringe Menge Flüssigkeit gefördert. Mit der schrittweisen Drehung des Schrittrades 12 wird von der Zahnradpumpe Flüssigkeit gefördert, und zwar entsprechend der schrittweisen Drehung ihrer Zahnräder in Schüben. Die geförderte Flüssigkeitsmenge in der Zeiteinheit ist hierbei durch die Folgefrequenz der Steuerimpulse gegeben.



  Versuchsausführungen haben gezeigt, dass ohne besondere Massnahmen, wie z. B. eine stirnseitige Abdichtung der Pumpenräder, bei Drücken von 10 Atü und mehr die Leckflüssigkeit vernachlässigbar gering ist und eine sehr genaue Dosierung erhalten wird.



   Bei Zahnradpumpen mit grösserem Zahnraddurchmesser kann in gewissen Fällen die Dosierpumpe noch weiter vereinfacht werden, indem als Schrittrad für den elektromagnetischen Schrittantrieb ein Pumpenzahnrad benutzt wird.



   Für den Pumpenkörper, d. h. Gehäuse und Montageblock sind verschiedene Ausführungsvarianten möglich. Die Abdichtung des Gehäuses gegen Leckflüssigkeit ist völlig problemlos.

 

  Die vorstehend im wesentlichen beschriebene stopfbuchslose Dosierpumpe besteht aus nur wenigen Teilen, die sehr preisgünstig hergestellt werden können. Da die Polflächen der Magnetkerne und das Schrittrad mit der Flüssigkeit in Kontakt stehen und das Material für die Magnetkerne und das Schrittrad vorgegeben ist, können ohne Hilfsmassnahmen alle jene Flüssigkeiten mit der Pumpe gefördert werden, die das Material dieser Teile nicht angreifen. Mit einer dünnen Kunststoffschicht auf Schrittrad und Polflächen kann die Verwendung der Dosierpumpe auch auf andere Flüssigkeiten ausgedehnt werden, wobei wegen des berührungsfreien elektromagnetischen Antriebes keine Gefahr besteht, dass die Kunststoffschicht beschädigt wird. Wegen ihres einfachen und robusten Aufbaus und ihrer wirtschaftlichen Herstellung eignen sich diese Pumpen insbesondere zur Förderung von Kraftstoff bei Verbrennungsmotoren. 

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH

   Stopfbuchslose Dosierpumpe, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Pumpengehäuse (1, 2, 3, 4) eine Zahnradpumpe (8, 9) mit einem ein durch Elektromagnete (A, B, C, D) angetriebenes Schrittrad aufweisenden elektromagnetischen Schrittantrieb kombiniert ist und das mit einem Flüssigkeitszulauf (5) und einem Flüssigkeitsablauf (6) versehene Pumpengehäuse mindestens in einem Umfangbereich des Schrittrades des elektromagnetischen Schrittantriebes aus nichtmagnetischem Werkstoff besteht, in welchem die Magnetkerne (16) der aussen am Pumpengehäuse angeordneten Elektromagnete (A, B, C, D) mit auf der Innenseite des Gehäuseteiles dem Schrittrad zugewandten Polflächen (17) flüssigkeitsdicht eingesetzt sind.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Dosierpumpe nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zahnrad der Zahnradpumpe als Schrittrad des elektromagnetischen Antriebs verwendet ist.

   2. Dosierpumpe nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnradpumpe (8, 9) in einer ersten Kammer (13) des Pumpengehäuses (1, 2, 3, 4) und ein die Zahnradpumpe (8, 9) antreibendes Schrittrad (12) des elektromagnetischen Antriebes in einer zweiten Gehäusekammer (14) untergebracht ist, wobei die das Schrittrad enthaltende zweite Kammer durch einen zur Zahnradpumpe hinführenden Flüssigkeitskanal (7) mit der ersten Kammer (13) verbunden ist und die Magnetkerne (16) der Elektromagnete (A, B, C, D) in der Gehäusewandung der zweiten Kammer über den Umfang des Schrittrades verteilt eingesetzt sind.

   3. Dosierpumpe nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpengehäuse (1, 2, 3, 4) einengontage- block (4) aufweist, in welchem die Welle (10, 11) für die Pumpen-Zahnräder (8, 9) und das Schrittrad (12) gelagert sind, und der auf seiner einen Stirnseite zusammen mit einem Bodenteil (3) des Gehäuses die erste Kammer (13) und auf seiner anderen Stirnseite zusammen mit einem Deckelteil (2) des Gehäuses die zweite Kammer (14) bildet, wobei in dem Montageblock (4) ein die beiden Kammern (13, 14) miteinander verbindender Kanal (7) vorgesehen ist.

   4. Dosierpumpe nach Unteranspruch 2 oder Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Elektromagnete (A, B, C, D) zwei hintereinander geschaltete Magnetspulen (15) mit je einem Magnetkern (16) aufweist und die beiden Magnetkerne (16) des Elektromagneten ausserhalb des Pumpengehäuses durch ein Magnetrückschluss-Segment (19) miteinander verbunden sind.