DE102016204953A1

DE102016204953A1 - Dosierpumpe für eine Dosiervorrichtung sowie Dosiervorrichtung

Info

Publication number: DE102016204953A1
Application number: DE102016204953.4A
Authority: DE
Inventors: Hyeck-Hee Lee; Ute Steinfeld; Markus Mahler; Frank Holzer
Original assignee: F Holzer GmbH
Current assignee: F Holzer GmbH
Priority date: 2016-03-24
Filing date: 2016-03-24
Publication date: 2017-09-28
Also published as: JP7257950B2; HRP20210175T1; CA3018015A1; PT3433493T; AU2017236368A1; JP7382483B2; US20190101108A1; KR20180123050A; LT3433493T; JP2019511676A; BR112018069248A2; CN109416033B; HUE053054T2; CN109416033A; EP3433493A1; KR20210107156A; KR102484986B1; EP3433493B1; WO2017162655A1; PL3433493T3

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dosierpumpe für eine Dosiervorrichtung, wobei die Dosierpumpe mit einem Vorratsbehältnis verbindbar ist. Die Dosierpumpe umfasst dabei ein Rückschlagventil, das bodenseitige Dichtelemente aufweist, die eine innere Abdichtung der Dosierpumpe ermöglichen. Zudem betrifft die vorliegende Erfindung eine Dosiervorrichtung, bei der die erfindungsgemäße Dosierpumpe mit einem Vorratsbehältnis verbunden ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dosierpumpe für eine Dosiervorrichtung, wobei die Dosierpumpe mit einem Vorratsbehältnis verbindbar ist. Die Dosierpumpe umfasst dabei ein Rückschlagventil, das bodenseitige Dichtelemente aufweist, die eine innere Abdichtung der Dosierpumpe ermöglichen. Zudem betrifft die vorliegende Erfindung eine Dosiervorrichtung, bei der die erfindungsgemäße Dosierpumpe mit einem Vorratsbehältnis verbunden ist.
Pumpen und Flaschen für konservierungsmittelfreie Formulierungen brauchen passgenaue flüssigkeits- oder luftdichte Ventile. Die Dichtigkeit derartiger Ventile beruht allerdings maßgeblich auf der Passgenauigkeit der Formteile, die entsprechenden Dosierpumpen zugrunde liegen. Mittlerweile werden prinzipiell alle nichtmetallischen Bestandteile von Dosierpumpen, insbesondere auch Ventile etc. aus Kostengründen mittels Spritzguss hergestellt. Ungenauigkeiten bei den Spritzgussarbeiten und beim Montageprozess verursachen allerdings Fehler bei der Passgenauigkeit der einzelnen Bauteile, insbesondere bei der horizontalen und/oder vertikalen Passgenauigkeit. Diese konstruktiv bedingten Fehler führen allerdings dazu, dass die entsprechenden Dosierpumpen in der Praxis eine mangelnde Dichtigkeit aufweisen können, so dass in den Dosierpumpen bzw. den Dosiervorrichtungen unbeabsichtigte fluidische Strömungen, beispielsweise eines abzugebenden Fluids, aber auch Gasen, stattfinden können.
Um bei aus dem Stand der Technik bekannten Dosiervorrichtungen dennoch eine hinreichende Dichtigkeit, insbesondere Luftdichtigkeit zu garantierten, sind die Ventilstrukturen eng und mit wenig Spiel montiert. Dies sowie die oben genannten Fehler in der Passgenauigkeit führt allerdings zu Schwergängigkeit der Pumpe. Zudem wird in der Regel eine starke Feder zum Ventilschluss verbaut, um ein inneres Abdichten durch Kraftschluss der Bauteile zu bewirken. Auch eine starke Feder kann eine weitere Ursache für eine schwergängige Bedienung sein. Problematisch hierbei ist weiterhin, dass die zuvor genannten Gründe häufig zum Verklemmen beweglicher Bauteile in derartigen Dosierpumpen führen können.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, aus dem Stand der Technik bekannte Dosierpumpen derart weiterzubilden, um die oben genannten Probleme zu lösen. Insbesondere soll die der Erfindung zugrunde liegende Dosierpumpe so ausgestaltet sein, dass eine möglichst hohe fluidische Dichtigkeit gewährleistet ist, trotz alledem allerdings eine hinreichend einfache mechanische Bedienbarkeit gewährleistet ist, so dass auf starke Federn und damit einhergehende große Bedienkräfte weitestgehend verzichtet werden kann. Zudem soll eine erfindungsgemäße Dosierpumpe eine geringere Tendenz zu Verklemmungen aufweisen.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich einer Dosierpumpe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, hinsichtlich einer Dosiervorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 17 gelöst. Die jeweilig abhängigen Patentansprüche stellen dabei vorteilhafte Weiterbildungen dar.
Die Erfindung betrifft somit eine Dosierpumpe für eine Dosiervorrichtung zur dosierten Abgabe einer Flüssigkeit, die mit einem Vorratsbehältnis verbindbar ist, umfassend
einen zylindrischen Pumpenkörper, der einen ersten in Richtung des Vorratsbehältnisses offenen hohlzylindrischen Pumpenkörperabschnitt und einen zweiten in Richtung eines Betätigungskörpers offenen hohlzylindrischen Pumpenkörperabschnitts umfasst,
einen an beiden Enden offenen inneren Hohlzylinder, der am ersten Pumpenkörperabschnitt befestigt ist und konzentrisch zu diesem angeordnet ist,
einen einen durchgehenden Kanal aufweisenden Kolben, der konzentrisch im Pumpenkörper und im inneren Hohlzylinder beweglich gelagert ist, und mit einer inneren Wandung des inneren Hohlzylinders dichtend ausgebildet ist,
sowie einen mit dem Pumpenkörper verbundenen und gegenüber dem Pumpenkörper beweglich gelagerten Betätigungskörper, der an einem oberen Ende einen Auslass für Flüssigkeit und eine in Richtung des zweiten Pumpenkörperabschnitts offene Aussparung aufweist,
wobei innerhalb Aussparung des Betätigungskörpers ein Liner aufgenommen ist, der eine in Richtung des zweiten Pumpenkörperabschnitts offene Aussparung aufweist, wobei der Liner fluidisch dichtend zum Kolben angeordnet ist bzw. anordenbar ist und einen Flüssigkeitskanal aufweist, durch den eine Flüssigkeit von der Aussparung des Liners zum Auslass des Betätigungskörpers geführt werden kann,
wobei innerhalb der Aussparung des Liners ein beweglich gelagertes und gegenüber der Aussparung des Liners fluidisch abdichtend ausgebildetes Rückschlagventil angeordnet ist, das in unbetätigtem Zustand der Dosierpumpe den Kanal des Kolbens gegenüber der Aussparung des Liners fluidisch abdichtet und den Kanal des Kolbens sowie den Flüssigkeitskanal des Liners während des Betätigens der Dosierpumpe freigibt,
wobei
das Rückschlagventil mindestens ein Dichtelement aufweist, das ein fluidisches Abdichten des Rückschlagventils gegenüber dem Kolben ermöglicht.
Die vorliegende Erfindung betrifft somit eine Dosierpumpe, die zusammen montiert mit einem Vorratsbehältnis eine Dosiervorrichtung ergibt.
Die wesentlichen Bestandteile der Dosierpumpe sind dabei:

– ein zylindrischer Pumpenkörper. Der zylindrische Pumpenkörper ist dabei in zwei funktionelle Abschnitte unterteilt und weist einen ersten hohlzylindrischen Pumpenkörperabschnitt auf, der nach unten, in Richtung des anzubringenden Vorratsbehältnisses offen ausgestaltet ist. Zudem weist der zylindrische Pumpenkörper einen zweiten offenen hohlzylindrischen Pumpenkörperabschnitt auf, der nach oben, in Richtung eines anzubringenden bzw. angebrachten Betätigungskörpers offen ausgebildet ist. Der zylindrische Pumpenkörper kann in seiner Mitte, d. h. zwischen den beiden Abschnitten ein Führungselement aufweisen, mit dem ein Kolben innerhalb des zylindrischen Pumpenkörpers führbar ist.
– Einen offenen inneren Hohlzylinder. Der offene innere Hohlzylinder ist am unteren, ersten Pumpenkörperabschnitt befestigt und mit diesem konzentrisch angeordnet. Die konzentrische Anordnung führt dazu, dass die zylindrische Aussparung des Pumpenkörpers und des Hohlzylinders axial zueinander angeordnet sind.
– Einen Kolben. Der Kolben ist dabei als Hohlkolben ausgebildet und weist einen durchgehenden Kanal auf. Der Kolben ist dabei derart dimensioniert, dass er konzentrisch in den Pumpenkörper und den am Pumpenkörper befestigten Hohlzylinder geführt werden kann. Der Kolben ist beweglich im Pumpenkörper und im Hohlzylinder angeordnet und dabei zumindest an seinem unteren Ende dichtend gegenüber der inneren Wandung des inneren Hohlzylinders ausgebildet. Aufgrund seiner Beweglichkeit kann dabei ein Hohlvolumen im inneren Hohlzylinder ausgebildet werden, das auch als „Pumpenkammer” bezeichnet werden kann.
– Ein Betätigungskörper. Der Betätigungskörper ist mit dem oberen Teil des hohlzylindrischen Pumpenkörpers, dem zweiten Pumpenkörperabschnitt, verbunden bzw. kann mit diesem verbunden werden. Der Betätigungskörper ist dabei gegenüber dem Pumpenkörper beweglich gelagert. Der Betätigungskörper weist dabei an seinem oberen Ende einen Auslass für Flüssigkeit auf. Innerhalb des Betätigungskörpers ist eine in Richtung des zweiten Pumpenkörperabschnitts offene Aussparung ausgebildet, in die ein Liner aufgenommen werden kann. Durch Bewegen, z. B. Drücken des Betätigungskörpers in Richtung des Pumpenkörpers kann dabei die Dosierpumpe zur Abgabe einer Flüssigkeit betätigt werden.
– Ein Liner. Der Liner ist dabei in der dafür vorgesehenen Aussparung des Pumpenkörpers aufgenommen. Der Liner weist dabei seinerseits eine Aussparung auf, in die ein Rückschlagventil aufgenommen werden kann. Zudem weist der Liner einen Flüssigkeitskanal auf, über den Flüssigkeit aus der Aussparung des Liners zum Auslass am Betätigungskörper geführt werden kann. Der Flüssigkeitskanal ist dabei bevorzugt von der Aussparung durch die Wandung des Liners durchgeführt und verläuft entlang der äußeren Oberfläche des Liners in Richtung des Auslasses. Der Liner ist dabei fluidisch dichtend zum Kolben angeordnet, indem er mit seinem unteren Ende beispielsweise auf dem oberen Ende des Hohlkolbens aufsitzt und dort (z. B. konstruktionsbedingt durch entsprechende Bemessung der Aussparung des Betätigungskörpers und des Liners) in Position gehalten wird.
– Ein Rückschlagventil. Innerhalb der Aussparung des Liners ist ein beweglich gelagertes und gegenüber der Aussparung des Liners fluidisch abdichtend ausgebildetes Rückschlagventil angeordnet. Das Rückschlagventil kann sich dabei innerhalb der Aussparung derart betätigen, dass in unbetätigtem Zustand der Kanal vom Rückschlagventil fluidisch abgedichtet wird, während des Betätigens durch den Flüssigkeitsstrom das Rückschlagventil derart aus seiner Ruheposition ausgelenkt wird, dass der Kanal des Liners freigegeben wird und Flüssigkeit vom Vorratsbehältnis durch den Kanal des Kolbens in Richtung Auslassöffnung im Betätigungskörper fließen kann.

Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass bodenseitig am Rückschlagventil mindestens ein Dichtelement angeordnet ist, das ein fluidisches Abdichten des Rückschlagventils gegenüber dem Kolben ermöglicht.
Das Rückschlagventil ermöglicht somit eine zusätzliche bzw. besonders effiziente Abdichtung des Kolbens, und insbesondere des Hohlvolumens des Kolbens gegenüber der Aussparung des Liners. Durch diese zusätzliche Abdichtung können von der Produktion herrührende Fertigungsfehler ausgeglichen werden, so dass auch bei nicht idealer geometrischer Ausgestaltung bzw. Anordnung sämtlicher Bestandteile der Dosierpumpe eine effiziente Abdichtung des inneren Strömungsweges der zu dosierenden Flüssigkeit und/oder Gasen gewährleistet ist.
Besonders vorteilhaft ist hierbei, dass das Rückschlagventil durch eine durch den Kanal des Kolbens auf das Rückschlagventil nach Beendigung des Betätigungsvorgangs auf das Rückschlagventil wirkende Absaugkraft über das mindestens eine Dichteelement das fluidische Abdichten ermöglicht. Das Abdichten erfolgt damit sobald das Dichteelement Kontakt mit der Wandung bzw. dem Hals des Kolbens hergestellt hat. Durch den Hubvorgang des Kolbens nach Beendigung des Betätigungsvorgangs der Dosierpumpe wird dabei Flüssigkeit aus dem Vorratsbehältnis in die Pumpenkammer nachgesaugt. Durch den Hubvorgang des Kolbens entsteht dabei innerhalb des Kanals des Kolbens wie auch in der Pumpenkammer ein Unterdruck, durch den das Nachsaugen von Flüssigkeit aus dem Vorratsbehältnis ermöglicht ist. Andererseits wird dieser Unterdruck auch auf das Rückschlagventil (die sogenannte „Absaugkraft”), das dadurch an den Kolben angesaugt wird. Insbesondere bei flexibler bzw. elastischer Ausbildung der Dichtelemente, wie beispielsweise in Form von Dichtlippen ist dadurch ein verbessertes Abdichten möglich.
Eine bevorzugte Ausführungsform sieht somit vor, dass das Dichtelement elastisch ausgebildet ist.
Insbesondere von Vorteil ist es, wenn das mindestens eine Dichtelement als Dichtlippe, insbesondere als konzentrisch den Kanal des Kolbens einfassende oder partiell in den Kanal einführbare Dichtlippe ausgebildet ist.
Ferner ist es von Vorteil, wenn in unbetätigtem Zustand der Dosierpumpe das mindestens eine Dichtelement formschlüssig mit der Wandung des Kolbens abschließt und/oder in den Kanal des Kolbens eingreift.
Weiter bevorzugt ist, das mindestens eine Dichtelement an das Rückschlagventil einstückig mit dem Rückschlagventil ausgebildet oder an das Rückschlagventil angespritzt ist. Eine einstückige Ausbildung kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass das komplette Rückschlagventil inklusive zugehörigem Dichtelement, wie beispielsweise Dichtlippe in einem Spritzgussverfahren hergestellt wird. Bei dieser Ausführungsformen ist das Dichtelement und das Rückschlagventil bevorzugt aus den gleichen Materialien gebildet. Andererseits kann es ebenso möglich sein, ein oder mehrere Dichtelemente an das Rückschlagventil anzuspritzen. Bei dieser Ausführungsform kann es gegeben sein, das Dichtelement und Rückschlagventil aus unterschiedlichen Materialkammern, aber auch aus den gleichen Materialien gebildet sind.
Das mindestens eine Dichtelement kann eine in Richtung des Kolbens ausgeprägte Höhe von 0,3 bis 5,0 mm, bevorzugt von 0,5 bis 2,0 mm und/oder Dicke bzw. Breite von 0,05 bis 3,0 mm, bevorzugt von 0,1 bis 1,5 mm aufweisen.
Eine weiter bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass das mindestens eine Dichtelement (151, 152) bodenseitig am Rückschlagventil (150) angeordnet ist und bevorzugt bezüglich des Bodens des Rückschlagventils (150) in einem Winkel von 5 bis 175°, bevorzugt 45 bis 135°, weiter bevorzugt 80 bis 100°, insbesondere 90° angeordnet ist.
Von Vorteil ist es ferner, wenn das mindestens eine Dichtelement aus einem thermoplastischen Material, insbesondere aus einem Polyolefin, wie z. B. Polyethylen, Polypropylen, Polystyrol, aus einem elastomeren Material, insbesondere Gummi oder Kautschuk, oder aus einem thermoplastischen Elastomeren, insbesondere TPE-U, gebildet ist.
Hierbei kann es vorgesehen sein, dass das mindestens eine Dichtelement aus demselben Material wie das Rückschlagventil ausgebildet ist.
Bevorzugt wird das Rückschlagventil durch ein elastisches Element, das eine in Richtung des Kolbens wirkende Rückstellkraft auf das Rückschlagventil ausübt, insbesondere eine Feder, im nicht betätigtem Zustand in einer gegenüber dem Kanal des Kolbens sowie den Flüssigkeitskanal des Liners fluidisch abdichtenden Position gehalten wird.
Zudem ist es möglich, dass zwischen Betätigungskörper und Pumpenkörper ein Element angeordnet ist, das auf den Betätigungskörper während und/oder nach Betätigen eine Rückstellkraft ausübt, insbesondere ein Federelement.
Der erste Pumpenkörperabschnitt kann eine Vorrichtung zur Befestigung des Vorratsbehältnisses aufweisen. Diese Vorrichtung kann beispielsweise als Schnappverschluss oder aber als Schraubverschluss ausgebildet sein. In diesem Fall weisen sowohl das Vorratsbehältnis, als auch der erste Pumpenkörperabschnitt entsprechende Elemente zur entsprechenden Befestigung des Vorratsbehältnisses auf.
Zudem ist es von Vorteil, wenn im Bereich des ersten Pumpenkörperabschnitts eine Dichtung angeordnet ist, die das Vorratsbehältnis gegenüber der Dosierpumpe abdichtet. Die Dichtung kann z. B. in einer dafür vorgesehenen Aussparung des ersten Pumpenkörperabschnitts angeordnet sein.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass der innere Hohlzylinder an seinem in Richtung des Vorratsbehältnisses offenen Ende einen Ventilabschnitt aufweist, in dem ein Einlassventil, das insbesondere als Scheibenventil oder als Kugelventil ausgebildet ist, angeordnet ist.
Von Vorteil ist ferner, dass am in Richtung des Vorratsbehältnisses offenen Ende des inneren Hohlzylinders ein Steigrohr angeordnet ist. Das Steigrohr kann dabei so bemessen sein, dass es bis zum Boden eines an die Dosierpumpe befestigten Vorratsbehältnisses reicht.
Zwischen der Außenseite des Kolbens und der Innenseite des zweiten Pumpenkörperabschnitts kann am Inneren des zweiten Pumpenkörperabschnitts ein Dichtelement zur Abdichtung des Kolbens angeordnet sein. Eine derartige Dichtung ist im Detail DE 10 2009 099 262 beschrieben. Sämtliche Ausführungen bezüglich dieses Dichtelementes gelten auch uneingeschränkt für die vorliegende Erfindung. Der Offenbarungsgehalt dieser Patentanmeldung wird durch Bezugnahme auf den Gegenstand der vorliegenden Patentanmeldung geltend gemacht.
Zudem betrifft die vorliegende Erfindung eine Dosiervorrichtung, die eine zuvor beschriebene erfindungsgemäße Dosierpumpe sowie ein Vorratsbehältnis umfasst, wobei Dosierpumpe und Vorratsbehältnis miteinander zur Dosiervorrichtung verbunden sind.
Vorratsbehältnis und Dosierpumpe können dabei beispielsweise mittels eines Schnappverschlusses, aber auch mittels einer Schraubverbindung miteinander zur Dosiervorrichtung verbunden sein.
Insbesondere kann die Dosiervorrichtung als druckausgleichslose Dosiervorrichtung oder als druckausgleichende Dosiervorrichtung ausgebildet sein.
Die vorliegende Erfindung wird anhand der nachfolgenden Ausführungen und Figuren näher beschrieben, ohne die vorliegende Erfindung auf die dargestellten speziellen Ausführungsformen zu beschränken.
Hierbei zeigen:
1 eine erfindungsgemäße Dosiervorrichtung.
2 einen Ausschnitt einer Dosierpumpe nach dem Stand der Technik.
3 einen Ausschnitt einer Dosierpumpe nach dem Stand der Technik.
4 verschiedene Ausführungsformen eines Rückschlagventils zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Dosierpumpe.
5 die erfindungsgemäß Dosierpumpe in geöffnetem Zustand.
6 die erfindungsgemäße Dosierpumpe in fast geschlossenem Zustand.
7 die erfindungsgemäße Dosierpumpe in geschlossenem Zustand.
8 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Dosierpumpe in geöffnetem Zustand.
9 die Dosierpumpe nach 9 in fast geschlossenem Zustand.
10 die erfindungsgemäße Dosierpumpe in vollständig geschlossenem Zustand.
In den nachfolgenden Figuren werden mit gleichen Bezugszeichen stets gleiche Bestandteile gekennzeichnet.
Die in 1 dargestellte erfindungsgemäße Dosiervorrichtung 300 weist eine Dosierpumpe 100 auf, die auf ein Vorratsbehältnis 200 montiert ist. Die erfindungsgemäße Dosierpumpe besteht dabei aus einem zylindrischen Pumpenkörper 110, der einen unteren Abschnitt 111 und einen oberen Abschnitt 112 aufweist. Am unteren Abschnitt 111 ist dabei ein innerer Hohlzylinder 120 befestigt, der beispielsweise über einen Schnappverschluss mit dem Pumpenkörper 110 verbunden sein kann. Der zylindrische Pumpenkörper 110 und der innere Hohlzylinder 120 weisen dabei eine konzentrische Aussparung auf, in der ein Hohlkolben 105 mit einem inneren Hohlvolumen 106 beweglich nach oben und unten geführt werden kann. Am oberen Pumpenkörperabschnitt 112 ist dabei ein Betätigungskörper 130 befestigt, der über ein Federelement 170 in der in 1 dargestellten Position durch eine Rückstellkraft gehalten wird. Der Betätigungskörper 130 weist dabei eine Aussparung 132 auf, innerhalb der ein Liner 140 fixiert ist. Der Liner 140 weist dabei ebenso eine Aussparung 141 auf, die nach unten offen ausgebildet ist. Der Liner weist zudem einen Flüssigkeitskanal 142 auf, der mit dem Auslass 131 im Betätigungskörper 130 in Verbindung steht. Der Flüssigkeitskanal 142 kann dabei Fluid aus der Aussparung 141 des Liners 140 durch dessen Wandung hin zum Auslass 131 führen. Der Flüssigkeitskanal 142 ist dabei bevorzugt als Aussparung in der äußeren Wandung des Liners 140 ausgebildet. Über den oben angeordneten Auslass 131 kann abzugebendes Fluid nach außen aus der Dosiervorrichtung bei Betätigung des Betätigungskörpers 130 austreten. Innerhalb der Aussparung 141 des Liners 140 ist dabei ein Rückschlagventil 150 beweglich angeordnet, das in der Aussparung 141 beispielsweise über eine Rückstellfeder 160 nach unten gedrückt wird. Das Rückschlagventil 150 wird dabei von der Feder 160 in Ruheposition der Dosiervorrichtung auf das obere Ende des Kolbens 105 aufgedrückt und verschließt somit die durchgängige Aussparung 106 des Kolbens 105. Der Betätigungskörper 130 ist gegenüber dem zylindrischen Pumpenkörper mittels einer Rückstellfeder 170 ausgebildet. Der nach unten offene hohlzylindrische Pumpenkörperabschnitt 111 weist dabei an seinem unteren Ende ein Einlassventil, beispielsweise ein Scheibenventil 121 auf.
Bei Betätigen des Betätigungskörpers 130, d. h. bei Drücken des Betätigungskörpers 130 in Richtung des zylindrischen Pumpenkörpers 110 wird somit der Kolben 105 ebenso nach unten gedrückt. Hierbei wird das vom unteren Ende des Kolbens 105 im inneren Hohlzylinder 120 eingeschlossene Volumen (Pumpenkammer 122) minimiert, so dass darin eingeschlossene Flüssigkeit durch den Kanal 106 des Kolbens 105 nach oben in Richtung des Liners 140 strömt. Durch den sich aufbauenden Druck wird dabei das Rückschlagventil 150 im Liner 140 nach oben bewegt, der Strömungskanal 142 wird freigegeben, so dass Flüssigkeit in Richtung des Auslasses 131 fließen kann und dort ausströmt. Die Feder 170 gewährleistet nach Beendigung des Betätigungsvorgangs eine Rückstellkraft, die auf den Betätigungskörper 130 wirkt und diesen vom Pumpenkörper 110 in seine Ruheposition wie in 1 dargestellt zurückbewegt. Dadurch wird auch der Kolben 105 nach oben bewegt, so dass sich in der Pumpkammer 122, d. h. im vom Kolben 105 innerhalb des inneren Hohlzylinder gebildeten Volumens ein Unterdruck ausbildet. Durch das Einlassventil 121 wird somit das Volumen dieser Pumpkammer durch Nachsaugen von im Vorratsbehältnis 200 bevorrateter Flüssigkeit nachgefüllt. Das Vorratsbehältnis 200 ist dabei mittels einer Dichtung 180 abdichtend gegenüber dem Pumpenkörper 110 mit diesen verbunden. Oberseitig kann der Betätigungskörper mit einer abnehmbaren Kappe 190 verschlossen sein, so dass der Auslass 131 bei Nichtgebrauch beispielsweise vor Verschmutzung und/oder Austrocknung geschützt werden kann. Erfindungswesentlich ist dabei, dass das Rückschlagventil 150 abdichtende Elemente, beispielsweise Dichtlippen 151 und 152 aufweist, die ein Abdichten des Rückschlagventils gegenüber dem Kolben 105 und somit gegenüber dem Kanal 106 des Kolbens 105 ermöglichen.
Die in 1 die Aussparung 141 des Liners 142 einrahmende Umrahmung I ist in den nachfolgenden Figuren in vergrößerter Ausführung (mit Ausnahme der 4) dargestellt.
2 zeigt eine Ausführungsform eines Rückschlagventils 150, das im Liner 140 angeordnet ist, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist. Auch hier weist der Liner 140 eine nach unten offene Aussparung 141 auf, innerhalb der das Rückschlagventil 150 angeordnet ist. Der Liner 140 sitzt dabei auf dem Kolben 105 auf, das Rückschlagventil 150 soll dabei ebenso mit dem oberen Rand des Kolbens 105 abschließen. Das Rückschlagventil 150 wird dabei von einem Federelement 160 an den oberen Rand des Kolbens 105 angedrückt. Das Rückschlagventil 150 weist dabei allerdings keine Dichtelemente auf. In 2 ist eine typische Situation aus der Praxis dargestellt, in der beispielsweise Produktionsfehler und/oder produktionsbedingter Verzug einiger Bauteile, beispielsweise des Kolbens 105 und/oder des Liners 140 dazu führen, dass eine Fehlstelle X₁ vorhanden ist, an der beispielsweise der Liner 140 nicht stimmig und formschlüssig mit dem Kolben 105 abschließt. Auch das darin geführte Rückschlagventil 150 ist somit in Verschlussposition nicht absolut mit dem oberen Ende des Kolbens 105 formschlüssig ausgebildet, so dass die abdichtende Funktion des Rückschlagventils nur unzulässig ausgebildet ist. Es kommt somit zur Ausbildung einer Fehlstelle X₁, an der keine zufriedenstellende Dichtfunktion des Rückschlagventils 150 gewährleistet ist. Hierbei können beispielsweise durch Saugkräfte S bedingte, ungewollte Strömungen von Flüssigkeit und/oder Gasen stattfinden, die eine ungewollte fluidische Kommunikation zwischen dem Auslasskanal 142 und dem Kanal 106 des Kolbens 105 in geschlossenem Zustand der Dosierpumpe bzw. der Dosiervorrichtung ermöglichen.
Diese in 2 gezeigt Fehlstellung kann weiter zu dem in 3 gezeigten Problem führen. Durch die in 2 dargestellte Saugkraft S bedingt kann das Rückschlagventil 150 vollständig und korrekt an den Kolben 105 angedrückt bzw. durch auftretende Absaugkraft F₂ angesaugt werden, hierbei kommt es allerdings zu einer wie mit X₂ bezeichneten Fehlstellung, nämlich einer Verkantung des Rückschlagventils 150 innerhalb des Liners 140. Hierbei kann es gegeben sein, dass aufgrund der stattfindenden Verkantung des Rückschlagventils 150 keine Bewegung des Rückschlagventils 150 nach oben bei Betätigung der Dosierpumpe erfolgt und somit der Fluidkanal 142 nicht freigegeben wird. Bei Betätigen der Dosierpumpe tritt dabei keine Flüssigkeit aus der Dosierpumpe aus.
Diese Fehler können dadurch behoben werden, dass in der erfindungsgemäßen Dosierpumpe ein wie in 4 dargestelltes modifiziertes Rückschlagventil 150 eingesetzt wird. Das Rückschlagventil ist dabei wie in den 2 bzw. 3 dargestellt, ausgebildet und kann beispielsweise eine innere Aussparung 153 aufweisen, in die das Federelement 160 eingreift. Unterseitig, d. h. am Boden des Rückschlagventils 150 sind dabei zwei Dichtlippen 151 und 152 (4a) bzw. eine Dichtlippe 151 (4b) angebracht. Die in 4 dargestellte zweidimensionale Abbildung des Rückschlagventils 150 ist dabei so zu verstehen, dass die Dichtlippen konzentrische Kreise darstellen, die die zylindrische Aussparung des Kolbens 105 umschließen können bzw. in diese eingreifen können. Die genaue Funktionsweise dieser Dichtelemente in Form von Dichtlippen ist in den nachfolgenden Abbildungen noch näher erläutert. Das bzw. die Dichtelemente 151, 152 sind dabei normal zum Boden des Rückschlagventils 150 ausgebildet.
5 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Dosierpumpe bzw. Dosiervorrichtung, die prinzipiell an die Ausgestaltung wie in 2 dargestellt, anlehnt. Im Unterschied zur Ausführungsform der 2 beinhaltet die Dosierpumpe bzw. Dosiervorrichtung nach 5 jedoch ein wie in 4a beschriebenes Rückschlagventil 150. In 5 ist die offene Stellung der Dosierpumpe dargestellt, wobei das Rückschlagventil 150 in der Aussparung 141 des Liners 140 durch Überdruck des von unten durch die Aussparung 106 des Kolbens 105 strömende Flüssigkeit (Pfeil A₁) das Rückschlagventil 150 nach oben bewegt. Hierbei wird der Flüssigkeitskanal 142 vom Rückschlagventil 150 freigegeben, so dass Flüssigkeit durch den Flüssigkeitskanal 142 nach oben in Richtung des Auslasses strömen kann (Pfeil A₂). Das Rückschlagventil 150 weist zwei am Boden angeformte Dichtlippen 151 und 152 auf. Wie in 2 ist auch hier der Liner 140 nicht ideal auf dem Kolben 105 angeordnet, so dass die gleiche Fehlstellung, wie in 2 angedeutet, resultiert. Mit Δ ist die Abweichung der axialen Ausrichtung des Liners 140 zur axialen Ausrichtung des Kolbens 105 angedeutet.
6 zeigt eine Stellung des Rückschlagventils 150, nachdem der Betätigungsvorgang und somit die Abgabe von Flüssigkeit durch die Dosierpumpe beendet wurde. Durch die rückstellende Federkraft F₁ der Feder 160 wird das Rückschlagventil 150 in Richtung des Kolbens 105 bewegt. Durch den sich beim Beenden des Dosiervorgangs nach oben bewegenden Kolben 105 (siehe 1) wird in der Pumpkammer ein Unterdruck erzeugt, der zum einen gewährleistet, dass erneut Flüssigkeit aus dem Vorratsbehältnis in die Pumpkammer über das Ventil 121 strömen kann. Andererseits bewirkt der Unterdruck, der sich über das zylindrische Volumen 106 des Kolbens 105 fortsetzt, auch, dass eine Rückstellkraft F₂ (die sogenannte „Absaugkraft”) auf das Rückstellventil 150 wirkt. Dies führt dazu, dass das Rückstellventil, trotz vorhandener Fertigungsfehler oder gegebenenfalls geringerer Stärke der Feder 160, an den Kolben 105 angesaugt wird. Aufgrund der Elastizität der Dichtlippen 151 und 152 kann dies dazu führen, dass die Dichtelemente verformt werden und beispielsweise umklappen oder einknicken und somit fest an Kolben 105 angepresst werden.
In 7 ist dieser Zustand dargestellt, hierbei wird der Kolben durch die bei Beenden des Betätigungsvorgangs entstehenden Unterdruck F₂ wirkende Kraft (Absaugkraft) vollständig an den Kolben 105 angesaugt. Obwohl somit keine ideale geometrische Anordnung des Liners 140 zum Kolben 105 gegeben ist (siehe Δ), kann somit eine vollständige Abdichtung des Kolbens 105 gegenüber der Aussparung 141 des Liners hergestellt werden.
In 8 ist die Funktionsweise einer alternativen Ausführungsform eines Rückschlagventils 150, wie in 4b dargestellt, beschrieben. 8 stellt eine analoge Ausführungsform wie 5 dar, auch hier ist die Dosierpumpe in geöffnetem Zustand dargestellt. Mit Unterschied zur 5 umfasst das Rückschlagventil 150 hierbei nur eine Dichtlippe 151, die allerdings in ihrer Längsdimension (d. h. der Höhe bzw. der Dimension in Richtung des Kolbens 105) ausgestaltet ist, wie die Ausführungsform des Dichtventils 150 nach 4a. In 8 ist ein weiterer typischer Fertigungsfehler dargestellt. Der Liner 140 ist hierbei lateral gegenüber dem Kolben 105 versetzt.
Bei Schließen des Rückschlagventils 150 bei Beendigung des Betätigungsvorgangs wird – wie in 9 dargestellt – in Analogie zur 6 das Rückschlagventil 150 in Richtung des Kolbens 105 durch Federkraft (Bezugszeichen F₁) der Rückstellfeder 160 gedrückt. Die Dichtlippe 151 ist dabei so ausgestaltet, dass ein geometrisches Eingreifen in den Kanal 106 des Kolbens 105 ermöglich ist. Die Dichtlippe wird somit in den Kanal 106 eingeführt und aufgrund ihrer Elastizität an die Wandung des Kolbens 105 angepresst. Auch hierbei kommt es aufgrund des Abdichtens zu einer Wirkung des in der Pumpkammer erzeugten Unterdrucks (siehe 10, Bezugszeichen F₂), so dass durch diese Absaugkraft bedingt ein weiteres Ansaugen des Rückschlagventils 150 auf den Kolben 105 erfolgt und somit ein sicheres Abdichten des Kolbens 105 gegenüber der inneren Aussparung 141 des Liners 140 ermöglicht wird. Eine Erhöhung der Kraft der Feder 160 ist somit nicht erforderlich.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009099262 [0026]

Claims

Dosierpumpe (100) für eine Dosiervorrichtung zur dosierten Abgabe einer Flüssigkeit, die mit einem Vorratsbehältnis (200) verbindbar ist, umfassend einen zylindrischen Pumpenkörper (110), der einen ersten in Richtung des Vorratsbehältnisses (200) offenen hohlzylindrischen Pumpenkörperabschnitt (111) und einen zweiten in Richtung eines Betätigungskörpers (130) offenen hohlzylindrischen Pumpenkörperabschnitts (112) umfasst, einen an beiden Enden offenen inneren Hohlzylinder (120), der am ersten Pumpenkörperabschnitt (111) befestigt ist und konzentrisch zu diesem angeordnet ist, einen einen durchgehenden Kanal (106) aufweisenden Kolben (105), der konzentrisch im Pumpenkörper (110) und im inneren Hohlzylinder (120) beweglich gelagert ist, und mit einer inneren Wandung des inneren Hohlzylinders (120) dichtend ausgebildet ist, sowie einen mit dem Pumpenkörper (110) verbundenen und gegenüber dem Pumpenkörper (110) beweglich gelagerten Betätigungskörper (130), der an einem oberen Ende einen Auslass (131) für Flüssigkeit und eine in Richtung des zweiten Pumpenkörperabschnitts (112) offene Aussparung (132) aufweist, wobei innerhalb Aussparung (132) ein Liner (140) aufgenommen ist, der eine in Richtung des zweiten Pumpenkörperabschnitts (112) offene Aussparung (141) aufweist, wobei der Liner (140) fluidisch dichtend zum Kolben (105) angeordnet ist und einen Flüssigkeitskanal (142) aufweist, durch den eine Flüssigkeit von der Aussparung (141) des Liners (140) zum Auslass (131) des Betätigungskörpers geführt werden kann, wobei innerhalb der Aussparung (141) des Liners (140) ein beweglich gelagertes und gegenüber der Aussparung (141) des Liners (140) fluidisch abdichtend ausgebildetes Rückschlagventil (150) angeordnet ist, das in unbetätigtem Zustand der Dosierpumpe den Kanal (106) des Kolbens (105) gegenüber der Aussparung (141) des Liners (140) fluidisch abdichtet und den Kanal (108) des Kolbens (105) sowie den Flüssigkeitskanal (142) des Liners (140) während des Betätigens der Dosierpumpe freigibt, wobei das Rückschlagventil (150) mindestens ein Dichtelement (151, 152) aufweist, das ein fluidisches Abdichten des Rückschlagventils (150) gegenüber dem Kolben (105) ermöglicht.
Dosierpumpe (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet das Rückschlagventil (150) durch eine durch den Kanal (106) des Kolbens (105) auf das Rückschlagventil nach Beendigung des Betätigungsvorgangs auf das Rückschlagventil (105) wirkende Absaugkraft (F₂) über das mindestens eine Dichtungselement (151, 157) das fluidische Abdichten ermöglicht.
Dosierpumpe (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Dichtelement (151, 152) elastisch ausgebildet ist.
Dosierpumpe (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Dichtelement als Dichtlippe, insbesondere als konzentrisch den Kanal (106) des Kolbens (105) einfassende oder partiell in den Kanal (106) des Kolbens (105) einführbare Dichtlippe ausgebildet ist.
Dosierpumpe (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in unbetätigtem Zustand der Dosierpumpe das mindestens eine Dichtelement (150) formschlüssig mit der Wandung des Kolbens (105) abschließt und/oder in den Kanal (106) des Kolbens (105) eingreift.
Dosierpumpe (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Dichtelement (151, 152) an das Rückschlagventil (150) einstückig mit dem Rückschlagventil (150) ausgebildet oder an das Rückschlagventil (150) angespritzt ist.
Dosierpumpe (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Dichtelement eine in Richtung des Kolbens (105) ausgeprägte Höhe von 0,3 bis 5,0 mm, bevorzugt von 0,5 bis 2,0 mm und/oder Dicke von 0,05 bis 3,0 mm, bevorzugt von 0,1 bis 1,5 mm aufweist.
Dosierpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Dichtelement (151, 152) bodenseitig am Rückschlagventil (150) angeordnet ist und bevorzugt bezüglich des Bodens des Rückschlagventils (150) in einem Winkel von 5 bis 175°, bevorzugt 45 bis 135°, weiter bevorzugt 80 bis 100°, insbesondere 90° angeordnet ist.
Dosierpumpe (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Dichtelement (151, 152) aus einem thermoplastischen Material, insbesondere aus einem Polyolefin, wie z. B. Polyethylen, Polypropylen, Polystyrol, aus einem elastomeren Material, insbesondere Gummi oder Kautschuk, oder aus einem thermoplastischen Elastomeren, insbesondere TPE-U, gebildet ist.
Dosierpumpe (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlagventil (150) durch ein elastisches Element (160), das eine Rückstellkraft auf das Rückschlagventil ausübt, insbesondere eine Feder, im nicht betätigtem Zustand in einer gegenüber dem Kanal des Kolbens (105) sowie den Flüssigkeitskanal (142) des Liners (140) fluidisch abdichtenden Position gehalten wird.
Dosierpumpe (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Betätigungskörper (130) und Pumpenkörper (110) ein Element (170) angeordnet ist, das auf den Betätigungskörper (130) während und/oder nach Betätigen eine Rückstellkraft ausübt, insbesondere ein Federlement.
Dosierpumpe (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Pumpenkörperabschnitt (111) eine Vorrichtung zur Befestigung des Vorratsbehältnisses (200) aufweist.
Dosierpumpe (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des ersten Pumpenkörperabschnitts (111) eine Dichtung (180) angeordnet ist, die das Vorratsbehältnis (200) gegenüber der Dosierpumpe (100) abdichtet.
Dosierpumpe (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Hohlzylinder (120) an seinem in Richtung des Vorratsbehältnisses (200) offenen Ende einen Ventilabschnitt aufweist, in dem ein Einlassventil (121), das insbesondere als Scheibenventil oder als Kugelventil ausgebildet ist, angeordnet ist.
Dosierpumpe (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am in Richtung des Vorratsbehältnisses (200) offenen Ende des inneren Hohlzylinders (120) ein Steigrohr angeordnet ist.
Dosierpumpe (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Außenseite des Kolbens (105) und der Innenseite des zweiten Pumpenkörperabschnitts (112) am Inneren des zweiten Pumpenkörperabschnitts (112) ein Dichtelement zur Abdichtung des Kolbens (105) angeordnet ist.
Dosiervorrichtung (300), umfassend eine Dosierpumpe (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche sowie ein mit der Dosierpumpe (100) verbundenes Vorratsbehältnis (200).
Dosiervorrichtung (300) nach vorhergehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass sie als druckausgleichslose Dosiervorrichtung (300) oder als druckausgleichende Dosiervorrichtung (300) ausgebildet ist.