CN112840124B

CN112840124B - 精确恒流的往复泵

Info

Publication number: CN112840124B
Application number: CN201980067442.9A
Authority: CN
Inventors: 弗洛朗·朱诺; 蒂埃里·纳瓦罗
Original assignee: Swissinnov Product SARL
Current assignee: Swissinnov Product SARL
Priority date: 2018-10-14
Filing date: 2019-10-10
Publication date: 2023-06-16
Anticipated expiration: 2039-10-10
Also published as: JP2022502591A; WO2020078825A1; CA3115604A1; CN112840124A; EP3824183A1; AU2019360341A1; BR112021006246A2; US11867162B2; KR20210075100A; US20210293226A1

Abstract

披露了一种泵，该泵包括两个活塞，这两个活塞由属于外部转子的凸轮驱动并且插入到两个缸体中，这两个缸体彼此平行地安装，其方式为使得形成两个相反、平行、偏心的泵送室，这两个泵送室具有至少一个入口端口，在这些活塞的填充冲程期间通过该至少一个入口端口将液体吸入这些泵送室中，然后在这些活塞的排空冲程期间将液体从这些泵送室排出到至少一个出口端口，其出流速是恒定且均匀的。

Description

精确恒流的往复泵

本发明涉及一种容积泵，该容积泵包括两个活塞，以准确且流速可变地分配液体、药品、食物、洗涤剂、化妆品、化学化合物或任何类型的流体、胶体或气体。

背景技术

存在如专利PCT/IB 2013/059393中描述的多种不同的具有凸轮的泵，在该专利中，操作原理在于驱动包含两个缸和活塞的转子，以获得均匀的流速。

在专利PCT/IB 2013/059393中，借助于轴来驱动每个活塞，该轴由延伸穿过放置于定子中的凸轮的轴的一端或两端并且可选地通过盖件中相反的相似凸轮导向。该机构并入由可抛塑料制成的流体模块或可交换泵头中。

此系统所遇到的主要问题源于以下事实：活塞的驱动元件并入由廉价塑料制成的可交换流体模块中，考虑到活塞的冲程取决于沿凸轮的导向轴传递的运动品质，这将影响泵的准确度。塑料零件的磨损缩短了泵头的寿命，甚至在一些情况下，泵头的寿命因凸轮在轴沿凸轮的摩擦产生的热量持续很久而断裂时结束。凸轮的侧向支撑件也可能在泵中的压力增加时变形或者甚至断裂，这限制了这种类型的泵用于需要大于几巴的压力的应用。

另一个缺点在于转子与定子之间的密封使用圆形形式的密封件制成，该圆形形式的密封件在操作泵时经受单向圆形摩擦，因此在转子上产生显著的局部加热，该转子可能快速变形并且致使泵不起作用。

发明内容

本发明涉及一种高效泵，该高效泵由数量减少的零件构成，具有非常低的生产成本，以均匀可变的流速泵送和配送液体、粘性产品或气体。

本发明通过定位在可交换流体模块外部的泵的驱动机构中的单个转子控制活塞和阀的切换元件的运动(优选地是线性的并且彼此平行)解决了上述问题。驱动机构的所有运动均由稳健且准确的标准导向元件产生，从而可靠地确保了活塞的导向，并能够承受泵中非常高的压力。因此，可以生产出一种均匀可变流速的泵，该泵非常准确、耐用并且适用于需要大于几巴的压力的应用。

泵头的生产也更经济，这是因为泵头与流体接触的元件有利地数量减少，即，两个优选地相同的缸体、两个优选地相同的活塞、一个阀的切换元件、以及优选地密封件。

泵送原理在于驱动放置在泵的机构中的转子，该转子设有导向凸轮凹槽，该凸轮凹槽允许活塞经由滑架在缸体中独立地轴向移位。此凸轮凹槽由六个区段构成：

-排空开始区段，具有小于泵的公称流速的流速

-长排空区段，具有泵的公称流速

-排空结束区段，具有小于泵的公称流速的流速

-在泵送室的出口端口与入口端口之间进行切换阀的切换区段

-填充区段

-在泵送室的入口端口与出口端口之间进行切换的阀的切换区段

在以泵的公称流速排空一个室的阶段期间，另一个室从出口端口切换至入口端口，然后被完全填满并且从入口端口切换至出口端口。在另一方面，两个室同时各自沿着两个相对地布置在凸轮上的排空开始区段和排空结束区段以减小的流速排出至出口端口。这两个减小的流速的总和等于泵的公称流速，使得出口流速始终保持等于公称流速，连续、不间断且均匀。转子还包括偏心轴，该偏心轴允许阀的切换元件经由阀滑架与活塞的泵送冲程同步地移位。

附图说明

参照附图，通过阅读以纯粹指示性和非限制性的方式给出的示例的描述，将更好地理解本发明，在附图中：

-图1是可交换流体模块的视图。

-图2是可交换流体模块的仰视图。

-图3是泵送机构的概图。

-图4是插入有可交换流体模块的泵送机构的概图。

-图5是可交换流体模块的分解视图。

-图6是阀的切换元件的视图。

-图7是本发明的前视图。

-图8是本发明的俯视图。

-图9是沿图7的线A-A的截面视图。

-图10是沿图7的线C-C的截面视图。

-图11是沿图8的线B-B的截面视图。

-图12是沿图8的线E-E的截面视图。

-图13是沿图8的线D-D的截面视图。

-图14是沿图7的线F-F的截面视图。

-图15是示出了根据转子的角位移的活塞的线性位移的曲线图，该曲线图叠放有第二曲线图，该第二曲线表示了随阀的轴的角度而变的阀状态。

-图16是通过注塑成型生产的可交换流体模块的视图。

-图17是通过注塑成型生产的可交换流体模块的分解视图。

-图18是可交换流体模块的前视图。

-图19是沿图18的线G-G的截面视图。

-图20是沿图18的线I-I的截面视图。

-图21是可交换流体模块的变体的视图，其中阀的切换元件是圆柱形的。

-图22是可交换流体模块的变体的分解视图，其中阀的切换元件是圆柱形的。

-图23是可交换流体模块的变体的前视图，其中阀的切换元件是圆柱形的。

-图24是沿图23的线D-D的截面视图。

-图25是沿图23的线A-A的截面视图。

-图26是可交换流体模块的变体的侧视图，其中阀的切换元件是圆柱形的。

-图27是沿图26的线B-B的截面视图。

-图28是沿图26的线C-C的截面视图。

-图29是可交换流体模块的变体的视图，其中阀的切换元件是圆柱形的并且在中央驱动。

-图30是可交换流体模块的变体的单件式双缸体的变体的视图，其中阀的切换元件是圆柱形的并且在中央驱动。

-图31是可交换流体模块的变体的视图，其中阀的切换元件是圆柱形的并且在一侧驱动，并且其中入口端口和出口端口固定在缸体上。

-图32是图31的侧视图。

-图33是沿图32的线B-B的截面视图。

-图34是图31的可交换流体模块的变体的阀的圆柱形切换元件的立体图。

根据图1至图5以及图11和图13，可交换流体模块(1)由两个(优选地相同的)缸体(2，2’)和定位在两个缸体(2，2’)之间的阀的切换元件(4)构成，这两个缸体关于与活塞的位移轴线(35，35’)平行的连结线(34)相反地连结。缸体(2，2’)的背面包括开口(70’，70”)，以便当这些缸体连结时形成开口(70)，从而允许从外部触及阀的切换元件(4)。每个缸体(2，2’)的背面相应地包括开口(80，80’)，以便允许从外部触及活塞(3，3’)。转子(14)的旋转轴线(97)优选地位于活塞的位移轴线(35，35’)之间并且与每个位移轴线相距相等距离。转子(14)的旋转轴线(97)优选地与活塞的位移轴线(35，35’)成直角并且与切换轴(7)平行。

图3示出了联接至马达(30)的泵送机构(5)。泵送轴(6，6’)和切换轴(7)分别线性致动可交换流体模块(1)的两个活塞(3，3’)和阀的切换元件(4)。在图12中，泵送轴(6，6’)固定至由线性滚动轴承(24，24’，24”，24”’)导向的泵送滑架(15，15’)。每个滑架(15，15’)在转子(14)的角位移期间同时但彼此独立地被致动。阀的切换轴(7)固定在也由线性滚动轴承(25，25’)导向的阀的滑架(16)上。图4示出了插入有可交换流体模块(1)的泵送机构。入口端口(8)优选地位于缸体(2)，并且出口端口(9)优选地位于缸体(2’)。

根据图5、图6、图11和图13，两个活塞(3，3’)接纳密封元件、优选地O形环(10，10’，10”，10”’)并且插入到缸体(2，2’)的优选的圆柱形的相反的泵送室(11，11’)中，这些缸体是平行的并且相对于转子(14)的旋转轴线(97)偏心。泵送室(11)的端口(13)与开口(71)连接，并且泵送室(11’)的端口(13’)与开口(71’)连接。入口端口(8)与阀的入口端口(8’)连接，并且出口端口(9)与阀的出口端口(9’)连接。入口端口(8)和出口端口(9)放置在泵送室(11，11’)之间。

阀密封件(12，12’)插入在阀的切换元件(4)的每一侧上。每个形状密封件(12，12’)分别优选地包括三个围道(60，61，62)和(60’，61’，62’)，这三个围道可以在将形状密封件(12，12’)成型成单个密封件期间链接在一起。也可以通过使用未彼此链接的O形环密封件来产生形状密封件(12，12’)。形状密封件(12)的几何形状与密封件(12’)的几何形状不相同，以便允许一方面同时使泵送室(11，11’)的端口(13，13’)通向出口端口(9)、以及交替地使泵送室(11，11’)的端口(13，13’)通向入口端口(8)。围道(60，60’)和(61，61’)分别围绕着入口转移室(50，50’)和出口转移室(51，51’)。形状密封件(62，62’)确保了与外部的密封气密性。图5和图6尤其展示了阀的切换元件(4)，该阀的切换元件优选地具有矩形块的几何形状。

端口(22)允许入口转移室(50，50’)之间的链接，并且端口23允许出口转移室(51，51’)之间的链接。因此，入口转移室(50，50’)始终与入口端口(8)链接。因此，出口转移室(51，51’)始终与出口端口(9)链接。

转子(14)通过往复运动使阀的切换元件移位，并且因此将通向泵送室(11)的端口(13)与入口转移室(50)链接来进行填充、或与出口转移室(51)链接来进行排空，以及将泵送室(11’)的端口(13’)与入口转移室(50’)链接来进行填充、或与出口转移室(51’)链接来进行排空。这些链接与活塞的运动同步。

入口转移室(50)优选地被布置成在出口转移室(51)的任一侧。

根据图3、图9和图12，转子(14)联接在马达(30)的轴上，并且由球轴承(19，19’)固持在泵送机构(5)的基座(20)上。导向元件(17)、优选地是球轴承往复线性驱动由线性轴承(25，25’)导向的阀的滑架(16)，该导向元件放置在偏心地安装在转子(14)上的阀的驱动轴(18)上并且容纳在凹槽(33)中。

根据图9、图10和图12，轴向地置于转子(14)中的凸轮凹槽(36)使得可以通过使导向元件(21，21’，21”，21”’)、优选地球轴承在凸轮凹槽(36)内部滚动而使泵送轴移位，并且因此对由线性导向件(24，24’，24”，24”’)导向的泵送滑架(15，15’)施加往复线性运动。阀的滑架(16)的运动是通过线性导向元件(25，25’)进行的。

图11示出了活塞(3，3’)中泵送轴(6，6’)和阀的切换元件(4)中切换轴(7)的联接。该截面视图还使得可以展示阀的切换元件(4)周围的端口，即泵送室(11，11’)与端口(13，13’)、入口端口(8)与阀入口端口(8’)、以及出口端口(9)与阀出口端口(9’)之间的链接。

图13示出了转子(14)中的凸轮凹槽(36)的轮廓。两个活塞(3，3’)经由泵送轴(6，6’)沿凸轮凹槽(36)的轮廓相反地(即，彼此成180°)进行其相应且独立的线性位移。该轮廓被分成6个区段(26，27，28，29，30，31)，这些区段旨在使转子(14)顺时针旋转。凸轮凹槽(36)的轮廓还可以被设置成使转子(14)沿逆时针方向旋转。区段(26)与活塞移位减小的初始排空阶段相对应，所述移位减小优选地与公称流速的一半相对应。区段(27)与活塞公称移位的排空阶段相对应，所述公称移位与公称流速相对应。区段(28)与活塞移位减小的最终排空阶段相对应，所述移位减小优选地与公称流速的一半相对应。区段(29)与阀的切换阶段相对应，该切换阶段关闭了泵送室的端口与相应的出口转移室之间的链接，然后将入口转移室与泵送室的端口链接，活塞没有移动。区段(30)与填充泵送室的阶段相对应。区段(31)与阀的切换阶段相对应，该切换阶段关闭了泵送室的端口与相应的入口转移室之间的链接，然后将出口转移室与泵送室的端口链接，活塞没有移动。用于排空室的区段(26，27，28)的尺寸被设置成产生与转子(14)的旋转角度成比例的活塞(3，3’)的线性位移。相对放置的区段(26)和(28)使得可以获得连续的线性流速，这是因为在区段(26)开始其排空阶段的活塞与在区段(28)结束其排空阶段的活塞同时递送。

根据图14，容纳在阀的滑架(16)的凹槽(33)中的球轴承(17)允许阀的滑架往复线性移位，以便通过驱动阀的切换元件(4)来切换阀，阀的切换元件放置在缸体(2，2’)之间并且经由切换轴(7)链接至阀的滑架(16)。

图15示出了两个叠放的曲线图，展示了泵根据两个活塞沿凸轮的区段的位移的不同操作顺序的同步性(上曲线图)、以及阀的驱动轴(18)的角位移引起阀的切换元件(4)的运动和阀的多个状态(下曲线图)。竖直线(32)对应于图12中泵的角位置。“室1”曲线涉及与泵送室(11)相对应的泵送轴(6)，并且“室2”曲线涉及与泵送室(11’)相对应的泵送轴(6’)。图12所示的凸轮凹槽(36)的泵送区段(26，27，28，29，30，31)由室1曲线上的大括号指示，这些大括号也适用于室2。

曲线(100)对应于两个活塞在每个室的出口阀打开的那段时间内的累计位移，随转子的角位移而变。可以看出，该曲线(100)是不间断的连续直线，其对应于泵的出口流速是连续的、不间断的且均匀的。

在下曲线图中，根据室1和室2的泵送区段来指示阀的切换。

根据以上描述，活塞(3，3’)和阀的切换元件(4)的受控位移优选地交替且彼此平行地完成，同时与转子(14)的角位移同步。

凸轮凹槽(36)的尺寸可以被设置成产生任何形式的出口和入口流速信号。

图16至图20示出了零件通过注塑成型生产的可交换流体模块(101)的版本。通过夹子(37，37’，37”，37”’)确保缸体之间的固定。通向活塞和泵送室的通路由保护元件(38，38’)保护，使得可以由一个缸体覆盖另一个缸体的泵送室，反之亦然。固定在阀的切换元件上的箭头(39)指示泵的入口(8)和出口(9)。活塞(103，103’)在泵送室(11，11’)中的插入和取向通过分别容纳在位于缸体(102，102’)的凹槽(43，43’)内的角度定位凸耳(42，42’)来确保。

图19展示了在活塞(103，103’)上的入口倒角(40，40’)，以允许泵送轴(6，6’)的插入，而与活塞(103，103’)的位置无关。

图20展示了阀的切换元件(104)上的开口(44)周围的入口倒角(41)，从而允许切换轴(7)的插入，而与其位置无关。

入口端口(8)和出口端口(9)可以放置于缸体(2，2’，102，102’)的前面或侧面。在未展示的变体中，阀密封件(12，12’)可以容纳在缸体(2，2’，102，102’)中，与阀的切换元件(4，104)接触。

在图21至图30展示的变体中，可交换流体模块(201)具有优选为圆柱形截面的阀的切换元件(204)。此阀的切换元件(204)在由两个开口(271，271’)形成的壳体中滑动，这两个开口优选地与泵送室(211，211’)平行地在缸体(202，202’)中续接。阀的切换元件(204)优选地在其端部处被驱动，优选地被固定在阀的滑架(16)上的两个相反的元件(未展示)驱动。

阀的切换通过使泵送室的端口(213)与入口转移室(250)或出口转移室(251)对准、以及使泵送室的端口(213’)与入口转移室(250’)或出口转移室(251’)对准来执行。泵送室(211)的端口(213)与开口(271)连接，并且泵送室(211’)的端口(213’)与开口(271’)连接。

入口转移室(250，250’)和出口转移室(251，251’)的外周密封优选地通过O形环(274，274’，274”)和(275，275’，275”)来确保。位于开口(271，271’)之间并且围绕这些开口的密封件(280)确保了缸体(202，202’)之间的内部密封。

阀的切换元件(204)的入口连接端口(222)与泵的入口转移室(250，250’)和入口端口(208)连接。阀的切换元件(204)的出口连接端口(223)与泵的出口转移室(251，251’)和出口端口(209)连接。

入口端口(208)和出口端口(209)放置在泵送室(211，211’)之间。

图29表示了可交换流体模块(201)的变体，该可交换流体模块具有在中间驱动的圆柱形截面的阀的切换元件(204)。位于缸体(220，220’)之间的开口(240)允许驱动元件(未展示)触及阀的切换元件(204)。

图30表示了可交换流体模块(201)的变体，该可交换流体模块具有圆柱形截面的阀的切换元件(204)，或者缸体被制成单件(230)。

根据图31至图34，入口端口(308)和出口端口(309)放置在缸体(302，302’)上。入口端口(308)优选地具有宽的截面，以便能够以高流速吸入粘性流体，并且固定在缸体(302’)的开口(371)的端部。出口端口(309)优选地固定在缸体(302)的面上并且与阀芯(304)的运动成直角。

阀的切换元件(304)的入口连接端口(322)与泵的入口转移室(350，350’)和入口端口(308)连接。阀的切换元件(304)的出口连接端口(323)与泵的出口转移室(351，351’)和出口端口(309)连接。

阀的切换元件(304)优选地在其一侧上包括接纳切换轴(7)的开口(344)。

在未展示的变体中，优选地与入口端口和出口端口链接的管道可以放置在缸体中并且被适配为链接压力测量元件，例如膜或对压力变化起反应的任何其他部件。

在未展示的变体中，阀芯可以被完全或部分地圆化成在活塞的运动期间借助于转子(14)枢转或旋转。

缸体可以优选地通过夹子、螺钉、圆锥形件、焊接或熔接连结。

活动零件与固定零件之间的密封优选使用弹性体、O形环、形状密封件、包覆成型的密封件或任何其他密封元件来产生。然而，可以优选地通过在零件之间的装配来生产不具有密封密封件的泵。

构成可交换流体模块(1，101，201，301)的元件优选地由可抛塑料优选地通过注塑成型或机加工来生产。例如，可以对泵进行消毒以分配食物、药品或体液。然而，材料的选择不限于塑料。

在未展示的变体中，阀的切换元件可以是旋转盘的形式，优选地轴向旋转并直接与转子接合。

本发明可以并入旨在泵送化学产品、制药产品或石油产品或任何其他种类的流体的单元中。本发明也可以并入旨在将流体注入人体或从人体中吸取流体的医疗装置中。这些装置可以将多个泵与外部元件(比如阀、连接器或任何其他使得可以产生多个流体回路的部件)并联或串联组合。本发明本身特别适合于需要在压力和高压下准确地扩散或混合流体的使用。本发明也可以用于需要手动或自动地动态控制流速的系统，比如医用泵/注射器和配送/填充系统。

该泵还可以用作空气压缩机，并且由耐用材料制成，例如用于需要密集使用且寿命长的装置的钢和陶瓷。

尽管根据一个实施例描述了本发明，但是存在没有呈现的其他变体。因此，本发明的范围不限于先前描述的这个实施例。

Claims

1.一种具有可交换流体模块(1)的泵，该泵包括：放置在两个相反泵送室中的通过两个泵送滑架(15，15’)致动的至少两个活塞(3，3’)，这两个泵送室分别位于两个缸体(2，2’，202，202’，302，302’)中，这两个缸体与这些活塞的位移轴线(35，35’)平行地固持在一起并且具有至少一个入口端口(8，208，308)，在这些活塞的填充冲程期间通过该至少一个入口端口将流体吸入这些泵送室(11，11’，211，211’，311，311’)中，然后在这些活塞的排空冲程期间将流体从这些泵送室排出到至少一个出口端口(9，209，309)，其特征为：阀的切换元件(4，204，304)，该阀的切换元件包括借助于位于该阀的切换元件(4，204，304)中的入口连接端口(22，222，322)和出口连接端口(23，223，323)连接的该泵的入口转移室(50，50’，250，250’，350，350’)和出口转移室(51，51’，251，251’，351，351’)，凸轮凹槽(36)，其置于转子(14)上，该转子(14)的旋转轴线垂直于该活塞的位移轴线，该转子同时独立地驱动两个泵送滑架以及阀的切换元件(4，204，304)的运动；其中，这两个泵送室在该转子的凸轮凹槽的区段上同时排出至该出口端口。

2.如权利要求1所述的泵，其中，该阀的切换元件(4)通过由转子驱动的阀的滑架(16)以往复运动的方式移动。

3.如权利要求1所述的泵，其中，该入口端口和该出口端口位于这些泵送室之间。

4.如权利要求1所述的泵，其中，出口流速是连续且无脉动的。

5.如权利要求1所述的泵，其中，该凸轮凹槽的轮廓由六个区段构成。

6.如权利要求1所述的泵，其中，该可交换流体模块的部件由塑料制成并且是一次性的。

7.如权利要求1所述的泵，其中，该可交换流体模块的活动零件与固定零件之间的密封由密封件实现。

8.如权利要求1所述的泵，其中，该入口端口和/或该出口端口放置在缸体上。

9.如权利要求8所述的泵，其中，这些缸体被制成单件(230)。

10.如权利要求8所述的泵，其中，至少一个缸体包括开口(70，70’，70”)，该开口(70，70’，70”)允许从外部接近该阀的切换元件。

11.如权利要求1所述的泵，其中，该泵的该阀的切换元件平行于活塞放置在这些缸体之间。

12.如权利要求1所述的泵，其中，用于驱动该活塞和该阀的切换元件的机构位于该可交换流体模块的外部。

13.如权利要求1所述的泵，其中，该阀的切换元件(204，304)为圆柱形，通过O形环密封件(274，274’，274”，275，275’，275”)确保密封。

14.如权利要求1所述的泵，其中，该泵的入口端口(208、308)和/或出口端口(209、309)设置在阀的切换元件(204、304)上。