CN101460742A - 包括驱动机构的容积泵 - Google Patents

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Abstract

一种容积泵包括位于圆柱形壳(2)内部的至少一个活塞(1)和引起圆柱形壳(2)与活塞(1)之间的相对往复线性运动以产生容积泵的冲程的装置。该泵进一步包括作为阀的双向角可旋转盘(4)和驱动机构，盘(4)将至少一个入口孔和至少一个出口孔(5、5’)交替地连接到位于壳(2)内部的至少一个泵室(6、6’)，驱动机构设置成至少部分地使可旋转盘(4)的双向角运动与壳(2)的往复线性运动分离。该驱动机构设置成使得可旋转盘(4)达到角位置，当没有圆柱形壳(2)和活塞(1)之间的相对往复线性运动时，可旋转盘(4)在该位置打开和/或闭合入口孔和/或出口孔(5、5’)。

Description

包括驱动机构的容积泵
本发明涉及一种包括驱动机构的容积泵(volumetric pump)，以确保流体的精确量的传输。
作为已有技术的一部分的活塞泵通常包括由转子致动的驱动机构，使得所述转子的角运动转变成活塞的双向线性运动和角运动。在一种实施方式中，WO2006/056828公开了一种包括位于第一中空圆柱形部件内部的第一活塞的容积泵。该泵具有入口孔和出口孔，液体可在活塞的内向冲程(instroke)过程中通过入口孔被抽吸到泵室内，液体可在活塞的向外冲程(outstroke)过程中通过出口孔被排出。第二活塞相对于第一活塞设置在第二中空圆柱形部件内部，两个圆柱形部件面向彼此端对端地组装，以形成壳。包括入口孔和出口孔的可旋转元件安装在所述壳内部的中间。所述元件设置成由组合的双向线性运动和角运动激活，以引起沿所述活塞的轴线在圆柱形壳和活塞之间的相对往复滑动，同时同步地闭合入口孔和出口孔，以确保持续的流传输(flow delivery)。
该泵的主要缺点源于转子将组合的双向线性运动和角运动传递到可旋转元件。结果，在入口孔和出口孔的打开和闭合过程中，活塞仍然相对于壳运动，从而产生不真正精确的泵冲程(pump stroke)。
本发明的目的是提出包括改进的驱动机构的容积泵，优选由单一的转子来运行，这确保了在入口孔和/或出口孔的打开和/或闭合过程中，没有抽吸运动(pumping movement)。该泵允许更大的阀交换角(valvecommuting angle)，这允许设计更小的泵机构和可任意处理件(disposable)。其还能产生更精确的泵冲程，从而导致更准确传输的流体体积。
该目的通过例如在权利要求1中所陈述的容积泵来实现。该容积泵包括位于圆柱形壳内部的至少一个活塞和引起圆柱形壳与活塞之间的相对往复运动以产生容积泵的冲程的装置。该泵进一步包括双向角可旋转盘(bi-directional angular rotatable disc)和驱动机构，可旋转盘起阀的作用，将至少一个入口孔和至少一个出口孔交替地连接到位于壳内部的至少一个泵室，驱动机构设置成至少部分地使可旋转盘的双向角运动与壳的往复线性运动分离。该驱动机构被设置成使得，当没有圆柱形壳和活塞之间的相对往复线性运动时，可旋转盘达到其打开和/或闭合入口孔和/或出口孔的角位置。
参考附图的以下多种实施方式的详细描述，将能更好地理解本发明，其中：
图1表示没有驱动机构的透明的容积泵的顶部透视图。
图2表示构成中空圆柱形壳的两个圆柱形部件中的一个的透视图。
图3表示可旋转的盘的正视图和侧视图。
图4表示沿图3线C-C截取的截面图。
图5a表示图1的端视图，而图5b表示在循环开始处沿图5a线A-A截取的截面图。
图6a表示图1的端视图，而图6b表示在作为驱动机构的一部分的可旋转构件的90°旋转后沿图6a线A-A截取的截面图。
图7a表示图1的端视图，而图7b表示在可旋转构件的180°旋转后沿图7a线A-A截取的截面图。
图8a表示图1的端视图，而图8b表示在可旋转构件的270°旋转后沿图8a线A-A截取的截面图。
图9表示依据本发明第一实施方式的容积泵的驱动机构的透视图。
图10表示图9驱动机构的部分透视图。
图11表示没有容积泵的类似图10的驱动机构的部分透视图。
图12表示图11的底部透视图。
图13表示图10的纵向截面图。
图14表示沿图13线C-C截取的截面图。
图15表示可旋转构件的透视图，该可旋转构件的角运动由转子通过传动带来传动。
图16表示描绘了关于泵冲程的量级的相比于标准机构的由改进机构的可旋转元件的角运动所产生的阀顺序的演进的图表。
图17表示当可旋转构件即将逆时针旋转时改进机构的部分底视图。
图18表示当可旋转构件即将顺时针旋转时改进机构的部分底视图。
图19表示依据本发明第二实施方式的容积泵的驱动机构的透视图。
图20表示图19的纵向截面图。
图21表示没有容积泵的类似图19的驱动机构的透视图。
图22表示图21的顶视图。
图23表示图21的底视图。
图24表示依据前两种实施方式的变化形式从转子到可旋转元件的运动传动。
图25表示依据本发明另一实施方式的驱动机构的透视图。
图26表示图25的正视图。
依据本发明的第一实施方式，类似于WO2006/056828的一种实施方式中所描述的泵的泵包括此后所描述的驱动机构。
该泵包括第一活塞和第二活塞(1、1’)，如图1所显示的，所述第一活塞和第二活塞(1、1’)彼此相对地固定地定位于可移动的中空圆柱形壳(2)内部。所述壳(2)由彼此面对端对端地组装的两个同样的圆柱形部件(3、3’)构成。包括优选彼此以180°定位的入口孔和出口孔(5、5’)的盘(4)(图3和4)在两个圆柱形部件(3、3’)之间安装在所述壳(2)内部的中间。这样的组装产生第一室和第二室(6、6’)。盘(4)可相对于壳(2)有角地运动，并通过以后描述的轴由驱动机构致动。
在WO2006/056828中，轴(8)的球形末端(7)插入到位于盘(4)下的洞内，以将组合的双向线性运动和角运动传递到所述盘(4)，与WO2006/056828中所描述的容积泵不同，本发明的容积泵包括修改成使得可适合于本发明的驱动机构的盘(4)。该盘(4)包括在其底部部件上沿其整个宽度的孔(10)，所述孔(10)具有半圆柱形凹进部分(11)，在所述驱动机构运行时，作为驱动机构的一部分的轴(8)的球形末端(7)可沿凹进部分(11)滑动，从而避免轴(8)也将双向线性运动传递到盘(4)，而轴(8)将双向线性运动传递到盘(4)将使壳(2)沿活塞(1、1’)的轴线往复滑动。壳(2)沿所述活塞(1、1’)的轴线的双向线性运动通过如以后陈述的驱动机构来传递。
通过组合的圆柱形壳(2)的线性运动和盘(4)的角运动，圆柱形壳(2)沿两个活塞(1、1’)的轴线往复滑动，同时闭合入口孔和出口孔(5、5’)，以便确保一方面将来自入口孔(5)的流体分别交替地抽吸到第一室和第二室(6、6’)，并在另一方面将流体(12)分别从第一室和第二室(6、6’)交替地排出出口孔(5’)。
两个室(6、6’)之间的抽吸和推进阶段的同步通过位于盘(4)内部的第一T形槽和第二T形槽(13、13’)来实现，如图4所显示的。槽(13、13’)将入口孔(5)交替地连接到第一室和第二室(6、6’)，且当所述槽(13、13’)与位于如图2所显示的部件(3)的圆柱形部件(3、3’)端部的第一开口和第二开口(14、14’)交替重叠时，将第一室和第二室(6、6’)交替地连接到出口孔(5’)。
为了避免入口孔和/或出口孔(5、5’)打开或闭合时的任何抽吸运动，驱动机构包括由两个球轴承(9’)限制的可旋转构件(9)(图13和14)。该可旋转构件(9)由转子(19)致动，而转子(19)通过传动带(20)将角运动传递到圆形滑轮(21)，滑轮(21)是所述可旋转构件(9)的一部分。可旋转构件(9)因偏心地定位的轴(8)而沿其整个高度是横向的。线性和旋转轴承(8”)围绕轴(8)安装，使得轴(8)可关于其自身的轴线(8’)自由地旋转。轴(8)的一个末端适合于如以上所描述的将双向角运动传递到容积泵的盘(4)，以便恰当地打开和闭合所述容积泵的入口孔和出口孔(5、5’)。
驱动机构进一步包括连接件(15)，连接件(15)的一端围绕环(15’)连接，环(15’)的轴线(15”)向前成角度地定位到轴(8)的轴线(8’)，所述连接件的另一端连接到第一中间元件(22)。该连接件(15)将可旋转构件(9)的旋转运动转换成由保持架(cage)(16)构成的块的双向线性运动，而保持架(16)的两侧连接到第一中间元件和第二中间元件(22、22’)。每一中间元件(22、22’)的每一侧可滑动地安装在两个平行杆(23)上。保持架(16)将双向线性运动传递到可移动的支撑件(17)，而可移动的支撑件(17)可滑动地安装在泵保持架(16)内部。容积泵的壳固定地调整到支撑件(17)内，而轴(24、24’)穿过每一活塞(1、1’)，以将所述活塞(1、1’)固定地连接到不可移动的元件(25、25’)。横向游隙(lateralplay)(17’)设置在泵保持架(16)和所述支撑件(17)之间，以延迟支撑件(17)的滑动运动以及随后容积泵的壳(2)的线性运动。
壳(2)沿活塞(1、1’)的线性运动必须与可旋转元件(4)的角运动同步，以确保无论保持架(16)的初始位置和可旋转构件(9)的旋转方向如何，在入口孔和/或出口孔(5、5’)的打开和/或闭合过程中都没有抽吸运动。图16描绘了关于泵冲程的量级的与标准机构相比由改进机构的可旋转元件(4)的角运动所产生的阀顺序的演进。当用改进机构运行时，阀的交换顺序由围绕横坐标定位的阴影区域来表示。
所谓的“空转抽吸阶段(idle pumping stage)”(图16)不发生抽吸运动且对应于如以上所描述的设置在泵保持架(16)和所述支撑件(17)之间的横向游隙(17’)，为了协调阀与所谓的“空转抽吸阶段”的交换顺序，游隙由凹槽(40)(图17和18)提供，以按角度变化正弦曲线，使得容积泵一达到冲程的末尾就开始入口孔或出口孔(5、5’)的闭合顺序。该角度延迟闭合和打开顺序，使得它们仅在空转抽吸阶段发生。这确保了入口孔或出口孔(5、5’)的完全打开顺序刚好发生于由壳(2)沿另一活塞(1、1’)的滑动运动产生的下一冲程前。用标准机构，阀仍将交换，同时抽吸运动仍将发生，因此产生并非真正精确的泵冲程。
该凹槽(40)形成了一种不依赖于泵保持架(16)的位置和可旋转构件(9)(图17和18)的旋转方向的可逆机构(reversible mechanism)。该游隙是完成入口孔或出口孔(5、5’)的打开或闭合顺序所需要的角度的两倍。
因为轴(8)偏心地安装在可旋转构件(9)上，所以传递到容积泵的壳(2)的双向线性运动在其遵循正弦曲线时不是恒定的。为了确保恒定的流传输，驱动机构必须置于伺服之下，以确保恒定的线性运动。
在本发明的第二实施方式(图19、20、21、22和23)中，往复线性运动由可旋转元件(9)直接传递到圆柱形壳(2)的支撑件(17)的一部分，而无需连接件(15)、第一中间元件和第二中间元件(22、22’)以及泵保持架(16)。与第一实施方式不同，球轴承(42)围绕可任意处理的支撑件(17)的两个接触表面(43)部分之间的轴(8)的上部部分组装。这两个接触表面(43)之间的距离比球轴承(42)的外径宽，以产生横向游隙(17’)来确保在入口孔和/或出口孔(5、5’)打开或闭合时不发生抽吸运动。
在本发明的第一和第二实施方式的变化形式中，作为可旋转构件(9)的一部分的圆形滑轮(21)被椭圆形滑轮(未显示)代替。该滑轮的圆周经过计算，使得将壳(2)的非恒定的线性运动转化成恒定的线性运动，以确保恒定的流传输。椭圆形滑轮的使用避免了将驱动机构置于伺服之下。在这两种实施方式的另一变化形式中，可旋转元件(9)具有与由转子(19)直接驱动的蜗杆(44)啮合的外部带齿的直径(45)。
在本发明的第四实施方式(图25和26)中，驱动机构包括包含方形凹槽(27)的定子(26)，方形凹槽(27)在每一角上具有特定的半径。第一滚针轴承(28)设置在凹槽(26)的底部上，而其中插入了可任意处理的轴(30)的第二滚针轴承(29)设置在第一滚针轴承(28)上。盘(31)可旋转地连接到定子(26)的中心，并通过传动带(32)由转子(未显示)驱动。所述盘(31)具有孔(33)，第二滚针轴承(29)设置通过孔(33)。第二滚针轴承(29)和孔(33)的边缘之间的横向游隙允许盘(31)沿凹槽(27)拖动轴(30)。轴(30)的行程由第一滚针轴承(28)给定，当盘(31)拖动保持轴(29)的第二滚针轴承(29)时，第一滚针轴承(28)沿凹槽(27)滚动。
尽管参考具体实施方式描述了本发明，但是本说明书不应被认为有限制性意义。

Claims (14)

1.一种容积泵，其一方面包括位于圆柱形壳(2)内部的至少一个活塞(1)和引起所述圆柱形壳(2)与所述活塞(1)之间的相对往复线性运动以产生所述容积泵的冲程的装置，而另一方面包括优选的双向角可旋转元件(4)和驱动机构，所述元件(4)起阀的作用，将至少一个入口孔(5)和至少一个出口孔(5’)交替地连接到位于所述壳(2)内部的至少一个泵室(6)，所述驱动机构设置成至少部分地使所述元件(4)的双向角运动与所述壳和所述活塞(1)之间的相对往复线性运动分离，其特征在于：所述驱动机构设置成使得当所述可旋转元件(4)达到没有或基本上没有所述圆柱形壳(2)和所述活塞(1)之间的相对往复线性运动的角位置时，所述可旋转元件(4)打开和/或闭合所述入口孔和/或所述出口孔(5、5’)。
2.如权利要求1所述的容积泵，其中所述入口孔和/或出口孔(5、5’)的打开和/或闭合发生于泵冲程的开端或末尾，从而确保了准确的流传输。
3.如权利要求1或2所述的容积泵，其包括在第一中空圆柱形部件(3)中的固定的第一活塞(1)和在第二中空圆柱形部件(3’)内部相对于所述第一活塞(1)定位的固定的第二活塞(1’)，两个圆柱形部件(3、3’)面对彼此端对端地组装，以形成所述壳(2)，所述可旋转元件(4)安装在所述壳(2)内部的中间，所述可旋转元件(4)可按双向角运动来运动，使得所述可旋转元件(4)起阀的作用，一方面将所述入口孔(5)交替地连接到第一室和第二室(6、6’)，流体(12)可在泵的内向冲程过程中通过第一槽(13)被抽吸到所述第一室和第二室(6、6’)中，而另一方面将出口孔(5’)交替地连接到所述第一室和第二室(6、6’)，其中流体(12)可在泵的向外冲程过程中通过第二槽(13’)排出，所述泵的内向冲程和向外冲程通过所述壳(2)沿所述活塞(1、1’)的线性滑动运动产生。
4.如权利要求3所述的容积泵，其中所述驱动机构包括具有偏心轴(8)的可旋转构件(9)，所述偏心轴(8)的其中一端适合于将双向角运动传递到所述容积泵的所述可旋转元件(4)，以便恰当地打开和闭合所述容积泵的所述入口孔和出口孔(5、5’)，所述驱动机构进一步包括连接于所述轴(8)的另一端或接近所述轴(8)的另一端来连接的至少一个连接件(15)，所述连接件(15)将所述可旋转构件(9)的旋转运动间接转换成所述容积泵的所述壳(2)沿所述活塞(1、1’)的轴线的双向线性运动。
5.如权利要求4所述的容积泵，其中由所述驱动机构的所述连接件(15)传递的所述壳(2)的双向线性运动通过泵保持架(16)传递到支撑件(17)，而支撑件(17)可滑动地安装在所述泵保持架(16)内部，所述支撑件(17)适合于接纳所述容积泵。
6.如权利要求5所述的容积泵，其中所述驱动机构的所述泵保持架(16)和所述支撑件(17)设置成使得在所述保持架(16)和所述支撑件(17)之间存在横向游隙，以延迟所述壳(2)的滑动运动来确保在所述入口孔和所述出口孔打开和/或闭合的过程中没有所述容积泵的抽吸运动。
7.如权利要求3至6中的任一项所述的容积泵，其中所述驱动机构包括单一的转子(19)，所述转子(19)通过传动带(20)将角运动传递到围绕所述可旋转构件(9)连接的滑轮(21)。
8.如权利要求7所述的容积泵，其中所述驱动机构的所述滑轮(21)为圆形。
9.如权利要求7所述的容积泵，其中所述驱动机构的所述滑轮(21)为椭圆形。
10.如权利要求1或2所述的容积泵，其中所述驱动机构包括定子(26)、第一滚针轴承(28)、第二滚针轴承(29)和盘(31)，所述定子(26)包含方形凹槽(27)，所述第一滚针轴承(28)设置在凹槽(26)的底部，所述第二滚针轴承(29)包括轴(30)，所述第二滚针轴承(29)设置在所述第一滚针轴承(28)上，而所述盘(31)可旋转地连接到所述定子(25)的中心，并通过传动带(31)由转子驱动。
11.如权利要求10所述的容积泵，其中所述盘(31)具有孔(33)，所述第二滚针轴承(29)设置通过所述孔(33)，在所述第二滚针轴承(29)和所述孔(33)的边缘之间存在横向游隙，所述横向游隙允许所述盘(31)沿所述凹槽(27)拖动所述轴(30)，使得所述轴(30)的位移由所述第一滚针轴承(28)给定，当所述盘(31)在旋转时拖动所述第二滚针轴承(29)时，所述第一滚针轴承(28)沿所述凹槽(27)滚动。
12.一种用于如权利要求1至9中的任一项所述的容积泵的驱动机构，其包括具有偏心轴(8)的可旋转构件(9)和连接件(15)，所述轴(8)的其中一端适合于将双向角运动传递动到所述可旋转元件(4)，所述连接件(15)连接于所述轴(8)的另一端或接近所述轴(8)的另一端连接，所述连接件(15)将所述可旋转构件(9)的旋转运动间接转换成所述容积泵的所述壳(2)沿所述活塞(1、1’)的轴线的双向线性运动。
13.一种用于如权利要求10或11所述的容积泵的驱动机构，其包括定子(26)、第一滚针轴承(28)、第二滚针轴承(29)和盘(31)，所述定子(26)包括方形凹槽(27)，所述第一滚针轴承(28)设置在凹槽(26)的底部，所述第二滚针轴承(29)包括轴(30)，所述第二滚针轴承(29)设置在所述第一滚针轴承(28)上，而所述盘(31)可旋转地连接到所述定子(25)的中心，并通过传动带(31)由转子驱动。
14.一种用于如权利要求13所述的容积泵的驱动机构，其中所述盘(31)具有孔(33)，所述第二滚针轴承(29)设置通过孔(33)，在所述第二滚针轴承(29)和所述孔(33)的边缘之间存在横向游隙，所述横向游隙允许所述盘(31)沿所述凹槽(27)拖动所述轴(30)，使得所述轴(30)的位移由所述第一滚针轴承(28)给定，当所述盘(31)在旋转时拖动所述第二滚针轴承(29)时，所述第一滚针轴承(28)沿所述凹槽(27)滚动。
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