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Die
Erfindung betrifft einen Druckluftöler, mit einem Hauptkanal,
der im Betrieb von der zu ölenden,
unter einem Systemdruck stehenden Druckluft durchströmt wird,
mit
einer Ölmengen-Dosiereinrichtung,
die ein hubbeweglich in einem Arbeitsraum angeordnetes Förderglied
aufweist,
mit einem Ölreservoir,
das zum einen durch einen Beaufschlagungsdruck beaufschlagbar und
zum anderen über
einen Zuführkanal
mit dem Arbeitsraum verbunden ist, wobei in den Zuführkanal
ein in Richtung zum Arbeitsraum offenes Rückschlagventil eingeschaltet
ist,
und mit einem den Arbeitsraum mit dem Hauptkanal verbindenden
Dosierkanal,
wobei das Förderglied
in der Lage ist, über
den Zuführkanal
in den Arbeitsraum eingeströmtes Öl im Rahmen
einer Förderhubbewegung
durch den Dosierkanal hindurch in den Hauptkanal auszustoßen.
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Druckluftöler werden
eingesetzt, um die in pneumatischen Systemen eingesetzte Druckluft
mit Schmieröl
für die
zu betäti genden
Verbraucher anzureichern. Bei einer aus der
DE 195 32 566 C1 bekannten
Bauform der eingangs genannten Art ist eine Ölmengen-Dosiereinrichtung vorhanden,
die einen Arbeitsraum definiert, in dem ein mittels eines Hubmagneten
bewegliches Förderglied
angeordnet ist. Am einen Ende des Arbeitsraumes mündet ein
Zuführkanal
ein, der mit Öl
aus einem Ölreservoir
gespeist wird. Vom entgegengesetzten Ende des Arbeitsraumes geht
ein Dosierkanal ab, der in einen Hauptkanal mündet, welcher im Betrieb des
Druckluftölers
von der mit dem Öl
zu versetzenden Druckluft verströmt
wird. Zwischen dem Förderglied
und der Wandung des Arbeitsraumes liegt ein Ringspalt vor, an dem
sich das zugeführte Öl vorbeizwängt, wenn das
Förderglied
in Richtung der Mündung
des Zuführkanals
bewegt wird. Wird das Förderglied
anschließend
in entgegengesetzter Richtung verlagert, schiebt es das in den Arbeitsraum
eingeströmte Öl in den
Dosierkanal und somit in den Hauptkanal aus.
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Da
das Öl
bei dem bekannten Druckluftöler einen
engen Spalt zwischen dem Förderglied
und der Wandung des Arbeitsraumes durchströmen muss, hängt die Betriebsweise stark
von der Viskosität
des Öles
ab. Temperaturschwankungen, die sich auf die Ölviskosität auswirken, verhindern somit
eine reproduzierbare Betriebsweise bei wechselnden Umgebungseinflüssen. Die
exakt dosierte Ölzufuhr
wird stark beeinträchtigt.
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Ähnlich gelagert
ist die Situation bei dem aus der
DE 2 059 557 A bekannten Druckluftöler, bei
dem die Ölmengen-Dosiereinrichtung
aus einer Art Drosselschraube besteht, die einen Strömungsspalt
begrenzt, der vom zuzuführenden Öl zu durchströmen ist.
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Aus
der
DE 94 01 848 U1 ist
ein Druckluftöler bekannt,
unter anderem mit einem Hauptkanal, der im Betrieb von der zu ölenden,
unter einem Systemdruck stehenden Druckluft durchströmt wird.
Er enthält
eine Ölmengen-Dosiereinrichtung,
die ein hubbeweglich in einem Arbeitsraum angeordnetes Förderglied
aufweist, und ferner ein Ölreservoir,
das zum einen durch einen Beaufschlagungsdruck beaufschlagbar und
zum anderen über
einen Zuführkanal mit
dem Arbeitsraum verbunden ist. In den Zuführkanal ist ein in Richtung
zum Arbeitsraum öffnendes Rückschlagventil
eingeschaltet. Der Arbeitsraum ist mit dem Hauptkanal über einen
Dosierkanal verbunden.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Druckluftöler zu schaffen,
der eine weitgehend temperaturunabhängige, exakte Ölmengendosierung
zulässt.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe ist vorgesehen, dass das Förderglied den Arbeitsraum unter
Abdichtung in eine Steuerkammer und eine Dosierkammer unterteilt,
wobei sowohl der Dosierkanal als auch der Zuführkanal mit der Dosierkammer
verbunden sind und wobei in den Dosierkanal ein in Richtung zum Hauptkanal öffnendes
Rückschlagventil
eingeschaltet ist, und dass die Steuerkammer mit einem Steuerkanal
verbunden ist, der mit unter einem Steuerdruck stehender Druckluft
versorgt wird und in den ein zur Steuerung der Druckluftbeaufschlagung
der Steuerkammer dienendes Steuerventil eingeschaltet ist.
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Auf
diese Weise definiert das sich in der Grundstellung befindliche
Förderglied
eine Dosierkammer mit einem exakt vorgegebenen Volumen, das über den
Zuführkanal
aus dem Ölreservoir
mit einer fest vorgegebenen Menge gefüllt wird. Der Füllvorgang
findet selbsttätig
allein durch den im Ölreservoir
herrschenden Beaufschlagungsdruck statt. Um das Öl in den Hauptkanal zu verbringen,
wird das Steuerventil aktiviert, so dass das Förderglied eine Förderhubbewegung
ausführt,
bei der das Öl
aus der Dosierkammer in den Dosierkanal verdrängt wird. Die Rückhubbewegung
des Fördergliedes
wird durch das Öl
aus dem Ölreservoir
hervorgerufen, wenn die Steuerkammer durch entsprechendes Umschalten des
Steuerventils entlüftet
wird. Durch die beliebige Aktivierung des Steuerventils kann der Öleinspritzzeitpunkt
nach Bedarf sehr exakt vorgegeben werden. Es besteht ferner die
Möglichkeit,
die Bewegungen des Fördergliedes
ohne zu Hilfenahme externer Energie hervorzurufen, wenn der Beaufschlagungsdruck
und der Steuerdruck aus dem herrschenden Systemdruck abgegriffen
werden, also insbesondere unmittelbar aus dem Hauptkanal. Hier ist
dann lediglich die für
die Betätigung
des Steuerventils erforderliche Energie aufzubringen, welche sehr
gering ist. Der Druckluftöler
arbeitet weitgehend unabhängig von
der Ölviskosität.
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Als
solches bekannt sind bereits sogenannte Membranpumpen wie sie aus
der
DE 39 26 348 A1 hervorgehen.
Dort wird ein hubbewegliches Membranglied eingesetzt, um ein Fluid
aus einer Leitung anzusaugen und in eine andere Leitung auszustoßen.
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Ein
Einsatz für
Druckluftöler
ist dort jedoch nicht vorgesehen. Zudem muss das Membranglied in beiden
Hubrichtungen durch externe Energie angetrieben werden, so dass
ein hoher Energieverbrauch auftritt. Das Membranglied wird zudem
nicht fluidisch aktiviert, sondern mechanisch über einen mit einem Piezoaktor
gekoppelten Übertragungsmechanismus.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
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Das
Steuerventil ist vorzugsweise von einer Bauart, die sich elektrisch
aktivieren lässt.
Dadurch kann der Druckluftöler
bequem in eine elektronische Steuerung integriert werden, die in
Abhängigkeit
von gewissen Zustandsgrößen die Ölmengen-Dosiereinrichtung
aktiviert.
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Bevorzugt
handelt es sich bei dem Steuerventil um ein einfaches 3/2-Wegeventil,
mit dem sich je nach Schaltstellung die Steuerkammer entweder entlüften oder
an den Steuerdruck anlegen lässt.
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Eine
optimale Zerstäubung
des in den Hauptkanal eingebrachten Öls lässt sich durch eine Einspritzung
unter hohem Druck erzielen. Um den entsprechenden Druck ohne großen Aufwand
aufbauen zu können,
wird das Förderglied
zweckmäßigerweise
nach Art eines Kraftübersetzers
ausgebildet, wobei seine der Dosierkammer zugeordnete Arbeitsfläche kleiner
ist als seine der Steuerkammer zugeordnete Steuerfläche. Somit
kann mit einem verhältnismäßig geringen
Steuerdruck, beispielsweise dem Systemdruck, ein sehr hoher Dosierdruck
erzeugt werden.
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Das
Förderglied
ist bevorzugt als Membranglied ausgebildet, könnte jedoch prinzipiell auch
als Kolbenglied ausgeführt
werden. Die Ausgestaltung als Membranglied hat den Vorteil, dass
sich die beiden Kammern des Arbeitsraumes sehr zuverlässig gegeneinander
abdichten lassen.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Die
einzige Figur zeigt einen Längsschnitt
durch eine bevorzugte Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Druckluftölers.
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Der
abgebildete Druckluftöler 1 verfügt über ein
Gehäuse 2,
an dessen Unterseite zur Bildung eines Ölreservoirs 3 unter
Abdichtung eine Aufnahmeschale 4 angesetzt ist. Der von
der Aufnahmeschale 4 begrenzte Innenraum 5 des Ölreservoirs 3 ist
bis zu einer bestimmten Füllhöhe mit zum
Schmieren von Druckluft geeignetem Öl 9 gefüllt. Zweckmäßigerweise
vorhandene Mittel zum Nachfüllen
verbrauchten Öls
sind in der Zeichnung nicht dargestellt.
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Das
Gehäuse 2 ist
von einem Hauptkanal 6 durchsetzt. Dieser besitzt einen
Einlass 7 und einen Auslass 8. Über den
Einlass 7 kann Druckluft gemäß Pfeil 12 zuströmen, die
nach dem Durchtritt durch den Hauptkanal 6 über den
Einlass 7 gemäß Pfeil 13 wieder
austritt. Die Druckluft im Hauptkanal 6 steht unter einem
vorgegebenen Systemdruck pS, beispielsweise
in der Größenordnung
von 6 bar.
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An
den Einlass 7 und den Auslass 8 können der
Zufuhr und Abfuhr der Druckluft dienende Druckluftleitungen angeschlossen
werden. Auch besteht die Möglichkeit,
den Druckluftöler
mit anderen zur Druckluftaufbereitung dienenden Wartungsgeräten zu kombinieren,
die sich unmittelbar an das Gehäuse 2 anbauen
lassen, so dass sie mit dem Hauptkanal 6 in Fluidverbindung
stehen.
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Im
Betrieb des Druckluftölers 1 steht
der Innenraum 5 des Ölreservoirs 3 unter
einem Beaufschlagungsdruck pB. Dieser wird
zweckmäßigerweise
aus dem Steuerdruck pS abgegriffen und entspricht
zweckmäßigerweise
diesem Steuerdruck pS. Ein geeigneter Abgriffskanal 14,
der im Gehäuse 2 zwischen
dem Hauptkanal 6 und dem Innenraum 5 verläuft, ist
aus der Zeichnung ersichtlich.
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In
das Gehäuse 2 ist
eine Ölmengen-Dosiereinrichtung 15 integriert.
Mit ihrer Hilfe kann der im Hauptkanal 6 strömenden Druckluft Öl aus dem Ölreservoir 3 als
Schmiermittel zugesetzt werden. Dies ist in bestimmten Anwendungsfällen wünschenswert, beispielsweise
wenn bewegte Komponenten der mit der Druckluft zu versorgenden Verbraucher
einer Schmierung bedürfen.
Beispielsweise kann auf diese Weise die Lauffläche eines Kolbens innerhalb
einer Pneumatikzylinders geschmiert werden.
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Die Ölmengen-Dosiereinrichtung 15 verfügt über einen
in dem Gehäuse 2 ausgebildeten
Arbeitsraum 16. Dieser ist durch ein in ihn eingesetztes
hubbewegliches Förderglied 17 axial
in eine Dosierkammer 18 und eine Steuerkammer 19 unter
Abdichtung unterteilt. Das Förderglied 17 kann
innerhalb des Arbeitsraumes 16 eine durch einen Doppelpfeil
angedeutete lineare Hubbewegung 22 – beim Ausführungsbeispiel in vertikaler
Richtung – ausführen. Auf diese
Weise lässt
es sich zwischen einer aus der Zeichnung ersichtlichen, als Grundstellung
bezeichneten ersten Endlage und einer durch die entgegengesetzte
zweite Endlage definierten ausgelenkten Stellung verlagern. In der
Grundstellung hat das Volumen der Dosierkammer 18 ein Maximum
und das Volumen der Steuerkammer 19 ein Minimum. In der ausgelenkten
Stellung sind diese Gegebenheiten vertauscht.
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Das Ölreservoir 3 ist über einen
Zuführkanal 23 mit
dem Arbeitsraum 16 verbunden. Genauer gesagt kommuniziert
der Zuführkanal 23 mit
der Dosierkammer 18 des Arbeitsraumes 16.
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Der
Arbeitsraum 16 kommuniziert ferner über einen Dosierkanal 24 mit
dem Hauptkanal 6. Wie schon der Zuführkanal 23 steht der
Dosierkanal 24 genauer gesagt mit der Dosierkammer 18 des
Arbeitsraumes 16 in Fluidverbindung.
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Der
Zuführkanal 23 besteht
beim Ausführungsbeispiel
aus einem das Gehäuse 2 durchsetzenden,
zwischen der Dosierkammer 18 und der den Innenraum 5 begrenzenden
Gehäuseaußenfläche verlaufenden
Gehäusekanal 25 und
einem sich daran anschließenden
Steigkanal 26, der beim Ausführungsbeispiel von einem Schlauch 27 gebildet
ist, der in das im Ölreservoir 3 befindliche Öl 9 eintaucht.
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In
den Verlauf des Zuführkanals 23 ist
ein erstes Rückschlagventil 28 eingeschaltet.
Dieses lässt
eine Ölströmung in
Richtung der Dosierkammer 18 zu, während es eine Strömung in
entgegengesetzter Richtung verhindert. Es verfügt über ein Ventilglied 32,
das mittels einer Feder 33 in seine Schließstellung
vorgespannt ist. Es öffnet
und lässt Öl passieren,
wenn der im Ölreservoir 3 herrschende
Beaufschlagungsdruck pB größer ist
als der in der Dosierkammer 18 herrschende Druck. Ein bevorzugt identisch
ausgebildetes zweites Rückschlagventil 29 ist
in den Verlauf des Dosierkanals 24 eingeschaltet. Dieses
ist so orientiert, dass es bei entsprechenden Druckverhältnissen
eine Ölströmung von
der Dosierkammer 18 zum Hauptkanal 6 zulässt, während es
in der Gegenrichtung sperrt.
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Beim
Ausführungsbeispiel
sind die Rückschlagventile 28, 29 als
federbelastete Kugelventile ausgebildet. Andere Bauarten sind jedoch
ebenfalls möglich.
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Die
Steuerkammer 19 ist an einen Steuerkanal 34 angeschlossen, über den
eine gesteuerte Versorgung der Steuerkammer 19 mit unter
einem Steuerdruck pSt stehenden Druckluft
möglich ist.
Diese Druckluft könnte
zwar prinzipiell von extern zugeführt werden, doch wird die im
Ausführungsbeispiel
gezeigte Bauform vorgezogen, bei der zur Reduzierung des entsprechenden
Aufwandes ein Abgriff des Steuerdruckes pSt aus
dem Systemdruck pS erfolgt. Der Steuerdruck
pSt entspricht vorzugsweise dem Systemdruck
pS. Dieser Abgriff geschieht zweckmäßigerweise
aus dem Hauptkanal 6, weshalb der Steuerkanal 34 zwischen
der Steuerkammer 19 und dem Hauptkanal 6 verläuft.
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Damit
jedoch der Steuerdruck pSt nicht ständig in
der Steuerkammer 19 anliegt, ist in den Verlauf des Steuerkanals 34 ein
Steuerventil 35 eingeschaltet, mit dem sich die Druckluftbeaufschlagung
der Steuerkammer 19 beeinflussen lässt. Bei dem Steuerventil 35 handelt
es sich insbesondere um ein Schaltventil, das es ermöglicht,
in der Steuerkammer 19 wahlweise den Steuerdruck pSt oder atmosphärischen Druck anzulegen.
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Als
besonders kostengünstig
für diesen Zweck
erweist sich ein Steuerventil in Gestalt eines 3/2-Wegeventils.
Dieses sperrt in der in der Zeichnung ersichtlichen ersten Schaltstellung
den vom Hauptkanal 6 kommenden ersten Kanalast 36 des Steuerkanals 34 ab
und verbindet gleichzeitig den von der Steuerkammer 19 kommenden
zweiten Kanalast 37 des Steuerkanals 34 mit der
Atmosphäre. In
der nicht dargestellten zweiten Schaltstellung werden die beiden
Kanaläste 36, 37 miteinander
verbunden.
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Beim
Ausführungsbeispiel
münden
die beiden Kanaläste 36, 37 an
einer Außenfläche des
Gehäuses 2,
an der das Steuerventil 35 installiert ist. Allerdings
könnte
das Steuerventil 35 auch in das Gehäuse 2 integriert sein.
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Um
eine einfache, ferngesteuerte Betätigung des Steuerventils 35 zu
ermöglichen,
ist dieses zweckmäßigerweise
elektrisch aktivierbar ausgebildet. Es kann sich beispielsweise
um ein Magnetventil oder um eine Piezoventil handeln. Bevorzugt
ist die erste Schaltstellung eine durch Federkraft vorgegebene Grundstellung,
so dass das Ventil durch elektrische Aktivierung in die zweite Schaltstellung
umgeschaltet und dort während
des gewünschten
Zeitraumes bis zur Deaktivierung gehalten wird.
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Die
die Dosierkammer 18 begrenzende Stirnfläche des Fördergliedes 17 bildet
eine Arbeitsfläche 41,
die von dem in der Dosierkammer 18 herrschenden Druck beaufschlagt
wird. In ähnlicher
Weise bildet die die Steuerkammer 19 begrenzende entgegengesetzte
Stirnfläche
des Fördergliedes 17 eine Steuerfläche 42,
die von dem in der Steuerkammer 19 herrschenden Druck beaufschlagt
wird.
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Befindet
sich das Steuerventil 35 in der ersten Schaltstellung ist
die Steuerkammer 19 entlüftet. Daher wird durch den
Beaufschlagungsdruck pB Öl aus dem Ölreservoir 3 durch
den Zuführkanal 23 hindurch
und unter Öffnung
des ersten Rück schlagventils 28 in
die Dosierkammer 18 gedrückt. Dadurch wird das Förderglied 17 in
die aus der Zeichnung ersichtliche Grundstellung zurückgeschoben.
Da nun stromauf und stromab des ersten Rückschlagventils 28 der
gleiche Druck herrscht, schließt
das erste Rückschlagventil 28 und
das in der Dosierkammer 18 befindliche Ölvolumen ist zwischen den beiden
Rückschlagventilen 28, 29 eingesperrt.
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Anschließend wird
das Steuerventil 35 durch ein entsprechendes Steuersignal
in die zweite Schaltstellung umgeschaltet. Dadurch baut sich in der
Steuerkammer 19 der Steuerdruck pST auf,
der dafür
sorgt, dass das Förderglied 17 eine
durch einen Pfeil angedeutet Förderhubbewegung 43 ausführt, bei
der es in die ausgelenkte Stellung verlagert wird. Aufgrund des
dabei in der Dosierkammer 18 auftretenden Druckanstieges öffnet das
zweite Rückschlagventil 29 und
das in der Dosierkammer 18 befindliche Öl wird durch den Dosierkanal 24 hindurch in
den Hauptkanal 6 und die darin strömende Druckluft ausgestoßen. Das
erste Rückschlagventil 28 verhindert
dabei ein Verdrängen
des Öls
zurück
in das Ölreservoir 3.
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Am
Ende des Förderhubes
sind wieder beide Rückschlagventile 28, 29 geschlossen.
Wird nun das Steuerventil 35 in die erste Schaltstellung
zurückgeschaltet,
kann der über
den Zuführkanal 23 in
der Dosierkammer 18 anstehende Beaufschlagungsdruck pB das Förderglied 17 in
die Grundstellung zurückschieben.
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Dabei
füllt sich
die Dosierkammer 18 erneut mit Öl und steht für einen
weiteren Ölungsvorgang zur
Verfügung.
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Da
das Förderglied 17 durch
den Öldruck selbst
in die Grundstellung zurückverlagert
wird, erübrigen
sich hierfür
gesonderte Antriebsmittel. Wenn wie beim Ausführungsbeispiel der Steuerdruck
pS und der Beaufschlagungsdruck pB gleich groß sind, wird die Förderhubbewegung 43 dadurch
gewährleistet,
dass die Arbeitsfläche 41 kleiner
ausgeführt wird
als die Steuerfläche 42.
Dadurch ergibt sich ein Kraftüberschuss
in der Richtung der Förderhubbewegung 43,
der in der Lage ist, das Förderglied 17 in
die ausgelenkte Stellung zu bewegen.
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Durch
diese Kraftübersetzungsmaßnahme kann
während
des Förderhubes
in der Dosierkammer 18 ein Druck erzeugt werden, der deutlich über dem
Systemdruck liegt. Dies hat zur Folge, dass das Öl mit einem Einspritzvorgang
in die im Hauptkanal 6 strömende Druckluft abgegeben wird.
Um eine besonders feine Zerstäubung
zu erhalten, kann der Dosierkanal 24 dabei mit einer düsenartigen
Gestaltung 44 in den Hauptkanal 6 einmünden.
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Das
Förderglied 17 könnte als
bezüglich
dem Gehäuse 2 verschiebbares
Kolbenglied ausgebildet sein. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
handelt es sich jedoch um ein Membranglied. Der Vorteil dieser Ausgestaltung
liegt unter anderem in einer verschleißarmen, absoluten dichten Abtrennung
zwischen der Dosierkammer 18 und der Steuerkammer 19.
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Bei
einer aus der Zeichnung ersichtlichen bevorzugten Ausgestaltung
verfügt
das Förderglied 17 über zwei
gesonderte Membranen in Gestalt einer die Dosierkammer 18 begrenzenden
Arbeitsmembran 45 und einer die Steuerkammer 19 begrenzenden
Steuermembran 46. Die Arbeitsfläche 41 befindet sich
an der Arbeitsmembran 45 und die Steuerfläche 42 an
der Steuermembran 46. Beide Membranen bestehen zweckmäßigerweise
aus Material mit gummielastischen Eigenschaften und sind mit ihrem
umlaufenden Rand unter Abdichtung am Gehäuse 2 aufgehängt. Um
die Befestigung zu vereinfachen, kann das Gehäuse 2 mehrschichtig
aufgebaut sein, wobei die Membranen 45, 46 zwischen
aufeinanderliegenden Gehäuseschichten 47, 48 bzw. 48, 49 dicht
eingespannt sind. In vergleichbarer Weise können im übrigen auch die Rückschlagventile 28, 29 zwischen aufeinanderfolgenden
Gehäuseschichten 49, 50 installiert
sein.
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Die
beiden Membranen 45, 46 sind jeweils gasundurchlässig ausgebildet
und mittels eines in dem Arbeitsraum 16 zwischen ihnen
angeordneten starren Übertragungsteil 52 in
der Richtung der Hubbewegung 22 bewegungsgekoppelt. Das Übertragungsteil 52 ist
zweckmäßigerweise
von der umfangsseitigen Wandung des Arbeitsraumes 16 verschiebbar
geführt.
In den vom Übertragungsteil 52 eingenommenen
Längenabschnitt
des Arbeitsrau mes 16 mündet
ein ständig
mit der Atmosphäre
verbundener Entlüftungskanal 53.
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Die
beiden Membranen 45, 46 und das Übertragungsteil 52 können so
ausgebildet sein, dass sie axial nur lose aneinander anliegen und
dadurch nur Druckkräfte übertragen
werden können.
Allerdings ist auch eine wie auch immer geartete Befestigung möglich, beispielsweise
durch Verschrauben oder Verkleben.
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Bei
jedem Ölungsvorgang
wird der Druckluft eine durch das Volumen der Dosierkammer 18 vorgegebene,
dosierte Ölmenge
in bevorzugt zerstäubter Form
zugeführt.
Da diese Dosierung weitgehend temperaturunabhängig ist, kann eine exakte
Dosierung auch unter wechselnden Umgebungseinflüssen stattfinden. Über das
Steuerventil 35 besteht ferner die Möglichkeit, den jeweiligen Ölzugabezeitpunkt variabel
vorzugeben, beispielsweise unter Auswertung einer Sensorik, die
schmierungsrelevante Zustandsgrößen der
Druckluft erfasst.