DE102012012229A1

DE102012012229A1 - Dosierpumpe

Info

Publication number: DE102012012229A1
Application number: DE201210012229
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Hamm; Michael Oerter; Uwe Schlesinger; Dr. Schulz René
Original assignee: Thomas Magnete GmbH
Current assignee: Thomas Magnete GmbH
Priority date: 2012-06-19
Filing date: 2012-06-19
Publication date: 2013-12-19

Abstract

Kurzfassung Aufgabe: Fördern und Dosieren von zähflüssigen Fluiden mit einer ventillosen Pumpe Lösung: Dosierpumpe (1) mit einem Schlauch (2) zur Umfassung des zu dosierenden Fluids und einer Vorrichtung (9) zur mechanischen abschnittsweisen Verformung des Schlauchs, die mit einer Mehrzahl von Aktoren (3) zyklische aufeinander abgestimmte Bewegungen erzeugt, wobei jederzeit mindestens ein Aktor (3) über flexible Mittel (4) und (5) den Schlauch (2) soweit zusammendrückt, dass das Fluid in der betreffenden Zone des Schlauchs nicht vor- oder zurückströmen kann und dass mit einem großen Zeitanteil gleichzeitig aus mindestens einer zweiten Zone das Fluid durch einen anderen Aktor verdrängt wird und dass mit einem großen Zeitanteil gleichzeitig in mindestens eine dritte Zone das Fluid durch eine Erweiterung des Schlauchs bei dem Zurückweichen eines dritten Aktors angesaugt wird. Anwendung: Fördern und Dosieren von zähflüssigen Fluiden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Dosierpumpe entsprechend dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs. Ventillose Schlauchpumpen sind seit langem bekannt, zum Beispiel aus der Druckschrift DE 741972 .
Es sind auch Schlauchpumpen bekannt, die unter Nutzung des Wanderwellenprinzips arbeiten, zum Beispiel aus der Druckschrift EP 1 317 626 . Hier wird ein biegesteifes Kraftübertragungsmittel verwendet, um aus den von diskreten Aktoren erzeugten Bewegungen kontinuierliche Wanderwellen zu erzeugen.
Bei Schlauchpumpen der Bauart „Barak” ( US6881043 ) wird ein Schlauch aus elastischem Material als Pumpelement eingesetzt. 12 Stößel die über eine Nockenwelle angetrieben werden, erzeugen dabei eine Wanderwelle, die das Medium im Schlauch verdrängt. 3 der 12 Stößel drücken aufgrund ihrer Geometrie den Schlauch über einen längeren Zeitraum dicht zusammen und verhindern dabei den Rückfluss.
Bei Schlauchpumpen der Bauart „Fresenius” ( DE2820281 ) kommt auch eine Nockenwelle zum Einsatz, die dort drei Stößel antreibt. Der erste und dritte Stößel sind im Kontaktbereich zum Schlauch sehr spitz gestaltet und haben eine Absperrfunktion, während der mittlere breite Stößel die Verdrängerfunktion erfüllt. Als Aufnahmemittel des Fluids wird ein Schlauch verwendet. Der erste Stößel verhindert einen Rückfluss an der Saugseite, während der mittlere Stößel die Pumpfunktion ausführt. Der dritte Stößel verhindert einen Rückfluss von der Druckseite, während die anderen beiden Stößel sich zurück bewegen. Dabei weitet sich der Schlauch wieder und dadurch saugt diese Pumpe an.
Der Antrieb der bekannten Schlauchpumpen ist aufwendig, und meist haben die verwendeten Schläuche nur eine geringe Lebensdauer, weil sie stark walkend und reibend beansprucht werden. In vielen Anwendungen sind aber besonders betriebssichere Dosierpumpen gefordert.
Die Aufgabe, eine besonders betriebssichere Dosierpumpe zu beschreiben, wird durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Anspruchs gelöst, vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Der Aufbau und die Funktion der erfindungsgemäßen Dosierpumpe werden anhand der beispielhaften Ausführungen beschrieben, dies soll hier nicht wiederholt werden.
Die erfindungsgemäße Dosierpumpe zeichnet sich durch einen besonders einfachen, robusten und betriebssicheren Aufbau aus. Insbesondere die Tatsache, dass die Aktoren nicht auf dem Schlauch gleiten, verlängert die Lebensdauer des Schlauchs erheblich.
Anwendung findet die erfindungsgemäße Dosierpumpe in der Labor- und Medizintechnik, insbesondere in solchen Anwendungsbereichen, in denen ein Schlauch über eine längere Zeit verwendet werden soll, und nicht nach kurzer Zeit aus anderen Gründen als dem Verschleiß ausgetauscht wird.
Bilder
Das Bild 1 zeigt eine erfindungsgemäße Dosierpumpe im Schnitt
Das Bild 2 zeigt einen scheibenförmigen Aktor in der Seitenansicht
Das Bild 3 zeigt die Radien R1, R2 und R3 sowie ihre Ableitungen V1, V2 und V3 als Funktion des Drehwinkels für drei rotatorische Aktoren.
Das Bild 4 zeigt den Schlauch mit seiner Umgebung im Querschnitt.
Beispielhafte Ausführung
Die Dosierpumpe 1 weist einen Schlauch 2 zur Umfassung des zu dosierenden Fluids und eine Vorrichtung 9 zur mechanischen abschnittsweisen Verformung des Schlauchs auf. Die Verformung erzeugt eine gerichtete Bewegung des Schlauchinhalts. Die Vorrichtung 9 erzeugt mit einer Mehrzahl von mechanisch oder elektrisch gekoppelten rotierenden oder längsbeweglichen Aktoren 3 zyklische aufeinander abgestimmte Bewegungen, wobei jederzeit mindestens ein Aktor 3 über flexible Mittel 4 und 5 den Schlauch 2 soweit gegen ein Lager 8 drückt, dass das Fluid in der betreffenden Zone des Schlauchs nicht vor- oder zurückströmen kann. Überwiegend gleichzeitig wird aus mindestens einer zweiten Zone das Fluid durch einen anderen Aktor verdrängt und in mindestens eine dritte Zone wird Fluid durch die Erweiterung des Schlauchs angesaugt. Die Erweiterung des Schlauchs wird durch eine elastische Rückstellung bewirkt und durch den Rückzug eines dritten Aktors ermöglicht. Diese drei Zonen zum Verdrängen, Sperren und Saugen werden bei der Bewegung der Aktoren zyklisch vertauscht, wie in dem Bild 3 dargestellt. Eine auf den Schlauch 2 gerichtete Bewegungskomponente der Oberflächen der Aktoren 3 wird durch die flexiblen Mittel 4 und 5 auf den Schlauch 2 übertragen, während eine tangentiale Bewegungskomponente nicht auf den Schlauch 2 übertragen wird, weil die Oberflächen der Aktoren 3 relativ zu den flexiblen Mitteln 4 gleiten. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das flexible Mittel 5 eine im Gehäuse 6 der Dosierpumpe gelagerte Membran, die die Vorrichtung 9 von dem Arbeitsraum des Schlauchs 2 abtrennt Das flexible Mittel 4 ist in diesem Beispiel ein federnder Streifen aus metallischem Blech, aus Keramik oder aus Kunststoff, auf dem die Oberfläche des zugeordneten Aktors gleitet und der nur die auf den Schlauch gerichtete Bewegungskomponente der Oberflächenbewegung an das flexible Mittel 5 weiterleitet. Zur Ableitung der Reibkräfte, die bei dem Gleiten erzeugt werden, ist das flexible Mittel 4 mindestens einseitig im Gehäuse 6 der Dosierpumpe gelagert. Der federnde Steifen 4 entlastet durch seine Federwirkung, die auf den zugeordneten Aktor gerichtet ist, die Membran 5 und den Schlauch 2. Alternativ zur Nutzung der Federwirkung des Streifens 4 kann die Entlastung durch zusätzliche Federmittel 13 erfolgen, die den Streifen beaufschlagen.
In einer bevorzugten Ausführung besteht jeder Aktor aus einem scheibenförmigen Körper, wobei die Aktoren mechanisch um jeweils 120° zueinander verdreht verbunden sind und gemeinsam rotierend angetrieben werden.
Wie in dem Bild 1 dargestellt, ergibt sich der wirksame Hub eines Aktors aus dem variablen Radius des scheibenförmigen Körpers in der Winkellage, die den Steifen 4 berührt. Wie in dem Bild 3 dargestellt, weist die den Streifen 4 berührende Oberfläche eines Aktors mindestens drei Zonen auf, eine erste Zone mit einem bei einer bestimmungsgemäßen Drehung des Körpers ansteigenden Hub 10, eine zweite Zone mit einer Rast 11 bei maximalem Hub und eine dritten Zone mit einem abfallenden Hub 12. Die Zonen des ansteigenden Hubs 10 und des abfallenden Hubs 12 weisen vorzugsweise nicht eine konstante Steigung des Hubs als Funktion des Drehwinkels und der Zeit auf, sondern einen Kurvenverlauf mit möglichst geringer Beschleunigung in radialer Richtung. Dies wird durch einen konstanten Anstieg beziehungsweise einen konstanten Abfall der Geschwindigkeit als Funktion der Zeit erreicht, wie in 3 gezeigt.
In einer alternativen Ausführung sind drei mechanisch voneinander unabhängige Aktoren 3 vorhanden, die elektromagnetisch oder piezoelektrisch linear wirken und durch ihre elektrische Ansteuerung in ihrer Bewegung so gesteuert und gekoppelt sind, dass die für die Ausführung mit scheibenförmigen Körpern beschriebenen Bewegungen in gleicher Wirkung, nämlich belastend, sperrend und entlastend, auf den Schlauch erfolgen. Die Bewegungen erfolgen in gleicher Weise zeitlich versetzt und zyklisch vertauscht.
Die Aktoren 3 sind so bemessen und von dem Schlauch 2 beabstandet, dass zu jeder Zeit mindestens ein Aktor den Schlauch soweit gegen das Lager 8 drückt, dass eine Rückströmung des Fluids in dem Schlauch verhindert wird, wobei die Elastizität des Schlauchs 2 und der Mittel 4 und 5 für den Ausgleich der Toleranzen in der Form des Aktors und im Abstand zwischen dem Schlauch 2 und der Vorrichtung 9 genutzt wird. Auch das Lager 8 kann elastisch ausgeführt sein und einen zusätzliche Ausgleich ermöglichen.
Die flexiblen Mittel 4 und das flexible Mittel 5 stehen mindestens kraftschlüssig, vorteilhafterweise aber auch formschlüssig oder stoffschlüssig miteinander in Verbindung.
Der Schlauch 2 weist in einer vorteilhaften Ausführung eine Innenkontur auf, die durch ihre ausgeprägten Ecken 14 nur geringe Materialspannungen im Schlauchmaterial beim Zusammendrücken des Schlauchs entstehen lässt, wobei der Schlauch mittels einer äußeren Rippe 7 lagerichtig im Lager 8 positioniert ist. Bei einer Umkehr der Drehrichtung der mechanisch gekoppelten Aktoren 3 wird auch die zeitliche Reihenfolge der Belastungen, Rastzustände und Entlastungen, die auf die Schlauchabschnitte wirken, vertauscht und infolge dessen kehrt die Förderung des Mediums im Schlauch um. Entsprechend lässt sich die Förderrichtung bei der Verwendung der durch ihre elektrischen Signale gekoppelten linearwirkenden elektromechanischen Aktoren umkehren, indem die zeitliche Reihenfolge der Ansteuersignale für die Aktoren verändert wird.
Bezugszeichenliste

1: Dosierpumpe
2: Schlauch
3: Aktor
4: Mittel zwischen Aktor und 5 (Streifen)
5: Mittel zwischen 4 und Schlauch (Membran)
6: Gehäuse (nicht gezeichnet)
7: Rippe
8: Lager
9: Vorrichtung (aus 3 Aktoren)
10: Ansteigender Hub
11: Rast
12: Abfallender Hub
13: Federmittel (nicht gezeichnet)
14: Ecke

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 741972 [0001]
EP 1317626 [0002]
US 6881043 [0003]
DE 2820281 [0004]

Claims

Dosierpumpe (1) mit einem Schlauch (2) zur Umfassung des zu dosierenden Fluids und einer Vorrichtung (9) zur mechanischen abschnittsweisen Verformung des Schlauchs, wobei die Vorrichtung (9) mit einer Mehrzahl von miteinander gekoppelten Aktoren (3) zyklische aufeinander abgestimmte Bewegungen erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass jederzeit mindestens ein Aktor (3) über flexible Mittel (4) und (5) den Schlauch (2) soweit gegen ein Lager (8) drückt, dass das Fluid in der betreffenden Zone des Schlauchs nicht vor- oder zurückströmen kann und dass mit einem großen Zeitanteil gleichzeitig aus mindestens einer zweiten Zone des Schlauchs das Fluid durch einen zweiten Aktor verdrängt wird und dass mit einem großen Zeitanteil gleichzeitig in mindestens einer dritten Zone das Fluid durch den sich erweiternden Schlauch angesaugt wird, wobei die Erweiterung durch den Rückzug eines dritten Aktors ermöglicht wird, und wobei die Zonen bei der Bewegung der Aktoren sich zyklisch vertauschen und wobei die auf den Schlauch (2) gerichtete Bewegungskomponente der Oberfläche der Aktoren (3) durch die flexiblen Mittel (4) und (5) auf den Schlauch (2) übertragen wird, während in tangentialer Richtung die Oberflächen der Aktoren (3) relativ zu den flexiblen Mitteln (4) gleiten.
Dosierpumpe nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das zweite flexible Mittel (5) eine Membran ist, die die Vorrichtung (9) von dem Arbeitsraum des Schlauchs (2) abtrennt, wobei die Membran im Gehäuse (6) der Dosierpumpe gelagert ist.
Dosierpumpe nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass das erste flexible Mittel (4) ein federnder Streifen aus metallischem Blech oder aus Kunststoff ist, auf dem die Oberfläche des Aktors (3) tangential gleitet und der die auf den Schlauch gerichtete Bewegungskomponente der Oberflächenbewegung an das flexible Mittel (5) weiterleitet, wobei der Streifen (4) mindestens einseitig im Gehäuse (6) der Dosierpumpe gelagert ist.
Dosierpumpe nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass der federnde Steifen (4) durch seine Federwirkung, die auf den zugeordneten Aktor gerichtet ist, die Membran (5) und den Schlauch (2) entlastet.
Dosierpumpe nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass der Streifen (4) durch federnde Mittel (13) gegen den Aktor gedrückt wird.
Dosierpumpe nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass jeder Aktor aus einem scheibenförmigen Körper besteht, wobei die Aktoren mechanisch um jeweils den gleichen Winkel zueinander verdreht verbunden sind, wobei die Summe der Winkel 360° ergibt, und wobei die scheibenförmigen Körper gemeinsam rotierend angetrieben werden, und wobei die den flexiblen Mitteln (4) zeitweise zugewandten Oberflächen jedes der Aktoren aus mindestens drei Zonen bestehen, einer ersten Zone mit einem bei einer bestimmungsgemäßen Drehung des Körpers ansteigenden Hub (10), einer zweiten Zone mit einer Rast (11) bei maximalem Hub und einer dritten Zone mit einem abfallenden Hub (12).
Dosierpumpe nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass der ansteigende Hub (10) und der abfallende Hub (12) einen zeitlichen Kurvenverlauf mit möglichst geringer Beschleunigung in radialer Richtung aufweisen, was beispielsweise durch abschnittsweise konstante Beschleunigung erreicht wird.
Dosierpumpe nach Anspruch 1 mit drei mechanisch voneinander unabhängigen Aktoren (3), die elektromagnetisch oder piezoelektrisch linear wirken und durch ihre elektrische Ansteuerung in ihrer Bewegung so gekoppelt und beaufschlagt sind, dass in jeweils einem Zyklus eines Aktors sich für den zeitlichen Hubverlauf nacheinander ein ansteigender Hub (10), eine Rast (11) und ein abfallender Hub (12) ergibt, wobei die Aktoren jeweils diesen Zyklus zeitlich versetzt durchlaufen.
Dosierpumpe nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Aktoren (3) so bemessen und von dem Schlauch (2) beabstandet sind, dass zu jeder Zeit mindestens ein Aktor den Schlauch soweit gegen das Lager (8) drückt, dass eine Rückströmung des Fluids in dem Schlauch verhindert wird, wobei die Elastizitäten des Schlauchs (2), der Mittel (4) und (5) und/oder des Lagers (8) die Toleranzen in der Form des Aktors und im Abstand zwischen dem Schlauch (2) und der Vorrichtung (9) ausgleichen.
Dosierpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass die flexiblen Mittel (4) und das flexible Mittel (5) formschlüssig oder stoffschlüssig miteinander in Verbindung stehen.
Dosierpumpe nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Schlauch (2) eine Innenkontur aufweist, die durch ihre ausgeprägten Ecken (9) nur geringe Materialspannungen im Schlauchmaterial beim Zusammendrücken des Schlauchs entstehen lässt, wobei der Schlauch mittels einer äußeren Rippe (7) lagerichtig im Lager (8) positioniert ist.