DE19509247C2 - Geber zur kontinuierlichen, dosierten Abgabe einer Flüssigkeit - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Geber zur kon­ tinuierlichen, dosierten Abgabe einer Flüssigkeit über einen einstellbaren Zeitraum, wobei die Flüs­ sigkeit mit einem beweglichen Arbeitskolben aus ei­ nem Vorratsgefäß ausgeschoben wird und der Antrieb des Arbeitskolbens durch Federkraft erfolgt und ein Steuerelement vorhanden ist, das der Bewegung des Arbeitskolbens mit einer Bremskraft entgegenwirkt, die kleiner als die Antriebskraft ist, und Arbeits­ kolben und Steuerelement mechanisch verbunden sind.

Geber dienen der kontinuierlichen und dosierten Ab­ gabe von Flüssigkeiten über einen längeren Zeit­ raum, der einstellbar ist und in der Regel im Be­ reich von Monaten liegt. Ihr bedeutendster Einsatz­ bereich besteht in der Abgabe von Stoffen zur Dau­ erschmierung von Lagern. Die Viskosität der abgege­ benen Flüssigkeit kann dabei, beispielsweise im Fall von Schmierfetten, vergleichsweise groß sein und in den Bereich einer plastischen Masse reichen. Die Entleerung des Gebers erfolgt, indem die Flüs­ sigkeit mit einen beweglichen Arbeitskolben aus ei­ nem Vorratsgefäß ausgeschoben wird. Um eine gleich­ mäßige Flüssigkeitsabgabe über den gesamten Entlee­ rungszeitraum zu gewährleisten, sind drei Grundty­ pen des Kolbenantriebes bekannt. In elektrolytisch betriebenen Gebern wird in einer chemischen Reak­ tion ein Gas entwickelt, das den Kolben bewegt, wobei über die Kon­ zentration der Reaktionspartner die Reaktionsgeschwindigkeit und da­ mit der Entleerungszeitraum bestimmt wird. Der Nachteil elektrolyti­ scher Geber darin, dass die Reaktionsgeschwindigkeit und damit der Abgabezeitraum temperaturabhängig ist. Zudem muss sich zu Beginn der Reaktion zunächst ein Gasdruck aufbauen, so dass die erste Flüs­ sigkeitsabgabe verzögert erfolgt. Weiterhin werden über eine Batterie versorgte elektromechanische Antriebe zur Bewegung des Kolbens verwendet, bei denen der Entleerungszeitraum über einen elektrischen Schaltkreis beeinflusst wird. Diese Form des Kolbenantriebs ist jedoch vergleichsweise aufwendig, und es fällt zudem Sondermüll in Form der Batterie an. Schließlich sind mechanische Federsysteme zum Kolben­ antrieb bekannt, für die sowohl Druck- als auch Drehfedern eingesetzt werden. In beiden Fällen besteht der Nachteil darin, dass die Kraft einer Feder proportional ihrer Auslenkung ist, d. h. die Federkraft lässt mit zunehmender Kolbenbewegung nach und die pro Zeiteinheit abgege­ bene Flüssigkeitsmenge nimmt entsprechend ab.

Aus der DE 37 04 210 A1 ist eine Dosierpistole für Flüssigkeiten be­ kannt, bei der das Ausdrücken von Flüssigkeiten durch einen federbe­ triebenen Kolben erfolgt, wobei von einer Bremsvorrichtung eine der Federkraft entgegengesetzt wirkende Kraft auf den Kolben ausgeübt wird. Die Bremswirkung wird dabei von einer sogenannten Bandbremse erzielt, bei der ein Federband eine Reibungskraft auf eine Seiltrommel ausübt, auf die ein mit dem Kolben verbundenes Seil aufgewickelt ist. Als nachteilig hierbei ist anzusehen, dass die Größe der Bremskraft über einen handebetätigten Hebelmechanismus reguliert wird, der eine exakte Regulierung nicht erlaubt.

Vor diesem Hintergrund hat sich die Erfindung zur Aufgabe gestellt, einen federbetriebenen Flüssigkeitsgeber zu entwickeln, der die Flüs­ sigkeit während des gesamten Entleerungszeitraumes gleichzeitig ab­ gibt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Position des Arbeitskolbens die Bremskraft des Steuerelements derart beein­ flusst, dass die Differenz aus Federkraft und Bremskraft mit abnehmen­ dem Flüssigkeitsvorrat konstant ist.

Bei dem vorgeschlagenen Flüssigkeitsgeber wirkt der Bewegung des Arbeitskolbens die Bremskraft eines Steuerelementes entgegen, die kleiner als die Antriebskraft des Arbeitskolbens ist, so dass der Geber weiterhin entleert wird. Über eine mechanische Verbindung von Ar­ beitskolben und Steuerelement wird die Bremskraft derart beeinflusst, dass sie mit abnehmenden Flüssigkeitsvorrat in gleichem Maße wie die Federkraft abnimmt, mit dem Ergebnis, dass die Differenz aus der Brems- und der Antriebskraft des Kolbens zeitlich konstant und auf die­ se Weise eine gleichmäßige Flüssigkeitsabgabe gewährleistet ist.

Der erfindungsgemäße Flüssigkeitsgeber vereinigt einen einfachen me­ chanischen Aufbau mit einer zeitlich konstanten Flüssigkeitsabgabe. Im Gegensatz zu einem chemisch betriebenen Arbeitskolben erfolgt die Flüssigkeitsabgabe sofort und ist temperaturabhängig. Im Gegensatz zu einem elektromechanischen Antrieb ist der Geber kompakt und ein­ fach aufgebaut und enthält keine Batterie, die als Sondermüll zu ent­ sorgen wäre. Zudem ist der vorgeschlagene Geber durch erneutes Be­ füllen wiederverwendbar.

Ein zweckmäßiges Steuerelement des Gebers weist eine flüssigkeits­ gefüllte Kammer mit darin angeordneten Steuerkolben auf, wobei die Bewegung des Steuerkolbens die Flüssigkeit aus der Kammer presst. Der Bewegung der Flüssigkeit wirkt ein Strömungswiderstand entge­ gen, der die veränderliche Bremskraft auf den Steuerkolben ausübt. Die Viskosität der Steuerflüssigkeit kann dabei sehr groß sein, d. h. in den Bereich einer plastischen Massen kommen, wenn der Geber über einen langen Zeitraum hinweg arbeiten soll. Der Strömungswiderstand be­ steht vorzugsweise in einer Öffnung mit einem geringen Durchmesser, die die Flüssigkeit beim Verlassen der Kammer passiert. Insbesondere wenn der Geber zur mehrfachen Verwendung vorgesehen ist, ist es vorteilhaft, dass eine weitere Kammer im Steuerelement die ausströ­ mende Flüssigkeit aufnimmt.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist der Arbeitskolben mit einem Steuerkolben verbunden, der die Flüssigkeit im Steuerelement ver­ drängt. Die Verbindung beider Kolben kann starr oder beweglich, bei­ spielsweise über eine Spindel, erfolgen. Strömt die Flüssigkeit im Steu­ erelement zwischen zwei Kammern, so ist es zweckmäßig, dass ihre Trennung durch den Steuerkolben erfolgt. Auf diese Weise nimmt das Volumen der die Flüssigkeit aufnehmenden Kammer auf Kosten der abgebenden Kammer zu, so dass der Platzbedarf des Steuerelementes verringert wird. Ist der Steuerkolben als Ringkolben ausgebildet, erfolgt die Strömung dabei ganz oder teilweise durch ihn hindurch.

Für die Änderung des Strömungswiderstandes im Steuerelement be­ stehen zwei unterschiedliche Möglichkeiten. Sind Arbeits- und Steuer­ kolben beweglich miteinander verbunden, so ist ihre Bewegungsge­ schwindigkeit relativ zueinander veränderbar.

Insbesondere läßt sich durch eine geeignete Über­ setzung erreichen, daß die Strecke, die sich der Steuerkolben bei einer vorgegebenen Bewegung des Arbeitskolbens verschiebt, mit abnehmendem Flüssig­ keitsvorrat abnimmt. Damit sinkt bei festem Durch­ laßquerschnitt der Strömungswiderstand durch Ab­ nahme der Strömungsgeschwindigkeit im Steuerele­ ment. Entsprechend nimmt auch die Bremskraft ab, so daß die Veränderung der Federkraft kompensiert wird und die Abgaberate des Gebers konstant bleibt.

Alternativ wird der Durchlaßquerschnitt der Strö­ mung durch die Position des Arbeitskolbens mit ab­ nehmenden Flüssigkeitsvorrat vergrößert. Durch die erweiterte Öffnung strömt die Flüssigkeit mit ge­ ringerem Widerstand, so daß der Bewegung des Ar­ beitskolbens eine geringere Bremswirkung entgegen­ gesetzt wird. Bei geeigneter Querschnittszunahme mit zunehmender Bewegung ist die Abnahme der Kraft der Antriebsfedern auf diese Weise ausgeglichen.

Um den Durchlaßquerschnitt für die Flüssigkeit im Steuerelement zu verändern, wird vorgeschlagen, daß sich der Kammerquerschnitt in Bewegungsrichtung des Steuerkolbens verbreitert. Dabei tritt die Flüssig­ keit aus dem Spalt zwischen Kammerwand und einem scheibenförmigen Kolben aus. Zu Beginn der Entlee­ rung des Gebers, d. h. wenn die Kraft der Antriebs­ federn groß ist, ist nur ein geringer Durchlaßquer­ schnitt vorhanden. Ist der Geber dagegen weitgehend geleert und hat die Kraft der Antriebsfedern ent­ sprechend abgenommen, ist der Abstand zwischen Kol­ ben und Kammerwand groß und der Strömungswiderstand somit gering. Entsprechend nimmt der Widerstand ge­ gen die Bewegung des Arbeitskolbens ab. Eine ge­ eignete Kammergestalt ist beispielsweise ein Kegel oder ein Kegelabschnitt.

Eine alternative Querschnittsverbreiterung ist ge­ geben, wenn die Steuerelementkammer die Gestalt ei­ nes Zylinders hat, in dessen Wand eine Nut einge­ lassen ist, die sich in Bewegungsrichtung des Steu­ erkolbens verbreitert. Der Kolben liegt allseitig an der Zylinderwand an und wird durch die Nut um­ strömt. Auch auf diese Weise wird der Strömungs­ querschnitt mit abnehmenden Flüssigkeitsvorrat ver­ größert. Eine zylindrische Kammergestalt bietet je­ doch den Vorteil einer ständigen Führung des Steu­ erkolbens.

Zweckmäßig ist ein Vorratsgefäß des Gebers aus durchsichtigem oder durchscheinendem Material, bei­ spielsweise Glas oder dem Kunststoff Polypropylen. Auf diese Weise ist jederzeit die verbleibende Flüssigkeitsmenge des Gebers ablesbar. Weiterhin sind beide Materialien recyclefähig.

Lösbare Verbindungen von Steuerelement und/oder An­ triebsfedern mit dem Vorratsgefäß sowie mit dem Ar­ beitskolben gestatten einen Austausch einzelner Teile des Gebers, der insbesondere im Zusammenhang mit den nachfolgend erläuterten Verfahren vorteil­ haft ist.

Ein wesentliches Merkmal eines Flüssigkeitsgebers besteht darin, daß der Zeitraum, über den die Ab­ gabe erfolgt, einstellbar ist. Bei dem vorgeschla­ genen Geber werden zur Änderung dieses Zeitraumes zunächst die Antriebsfedern des Arbeitskolbens zu­ gängig gemacht und gegen solche mit einer unter­ schiedlichen Federkonstanten ausgetauscht. Ist der Arbeitskolben zur Beaufschlagung mit mehreren Fe­ dern eingerichtet, so kann auch ihre Anzahl verän­ dert werden. In beiden Fällen ändert sich die An­ triebskraft des Arbeitskolbens und entsprechend die Entleerungszeit des Gebers. Gegebenenfalls wird der Antrieb des Gebers abschließend verschlossen.

Ein weiteres Verfahren zur Beeinflussung des Ent­ leerungszeitraumes des Gebers besteht im Austausch der Steuerflüssigkeit, indem die Kammer des Steuer­ elementes geöffnet wird, die vorhandene Flüssigkeit entnommen, eine Flüssigkeit anderer Viskosität ein­ gefüllt und die Steuerelementkammer abschließend verschlossen wird. Auf diese Weise wird der Strö­ mungswiderstand geändert, der der Bewegung des Ar­ beitskolbens entgegenwirkt, und mit ihm der Entlee­ rungszeitraum. Alternativ kann ein lösbar befestig­ tes Steuerelement zusammen mit der enthaltenen Flüssigkeit ausgetauscht werden.

Da bei dem vorgeschlagenen Geber die konstante Flüssigkeitsabgabe über einen langen Zeitraum er­ reicht wird, indem die Feder- und die Bremskraft in gleichem Maße abnehmen, ist es vorteilhaft, An­ triebsfedern und Steuerelement bzw. die darin ent­ haltene Flüssigkeit stets gemeinsam auszutauschen oder Antrieb und Steuerelement als austauschbare Einheit auszuführen. Ohne eine Abstimmung der Kräfte ist andernfalls die Flüssigkeitsabgabe des Gebers nicht konstant.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung lassen sich dem nach­ folgenden Beschreibungsteil entnehmen, in dem anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert wird. Es zeigen in schematischer Darstellung

Fig. 1 Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Flüssigkeitsgeber

Fig. 2 Schnitt durch Antrieb und Steuerelement in Explosionsdarstel­ lung

Der Flüssigkeitsvorrat (1) des Gebers wird durch den Arbeitskolben (2) aus der Öffnung (3) ausgeschoben, wobei die Bewegung des Arbeits­ kolbens durch eine Antriebsfeder 84) erfolgt, die als Druckfeder wirkt. Da die Kraft einer Feder ihrer Auslenkung proportional ist, nimmt sie ab, je weiter sich der Arbeitskolben (2) nach unten bewegt. Aus diesem Grund ist seiner Bewegung die Bremskraft eines Steuerelementes ent­ gegengesetzt, die in gleicher Weise abnimmt, so dass die Differenz beider Kräfte konstant ist. Das Steuerelement enthält einen Steuerkol­ ben (5), der über eine Kolbenstange (6) mit dem Arbeitskolben (2) ver­ bunden ist. Bei einer Bewegung des Arbeitskolbens (2) bewegt sich daher auch der Steuerkolben (5) durch die flüssig­ keitsgefüllte Kammer (7) des Steuerelementes, wobei der Strömungswiderstand der verdrängten Flüssigkeit als Bremskraft über den Steuer- (5) auf den Ar­ beitskolben (2) wirkt. Ein durchsichtiges Gehäuse (8) ermöglicht es, jederzeit den Füllstand des Ge­ bers zu kontrollieren.

Die Wirkungsweise des Steuerelementes ist anhand der Explosionsdarstellung in Fig. 2 erkennbar. Zur Vermeidung von Wiederholungen sind die bereits in Fig. 1 dargestellten und beschriebenen Elemente nicht nochmals erwähnt; man erkennt, daß die innere Oberfläche der zylindrischen Kammer (7) von einer Hülse (9) gebildet wird. Sie ist mit einer Ausspa­ rung (10) versehen, die sich in Bewegungsrichtung von Arbeits- und Steuerkolben verbreitert und eine Nut in der Kammerwand bildet, wenn die Hülse (9) in die Kammer (7) eingeschoben ist. Wie in Fig. 1 dargestellt, liegt der Steuerkolben (5) an der Hülse (9) an, so daß seine Bewegung nur dann erfol­ gen kann, wenn die Flüssigkeit, die die Kammer (7) füllt, ihn durch die Aussparung (10) umströmt. Da sich die Aussparung nach unten verbreitert, nimmt der Strömungsquerschnitt zu. Entsprechend sinkt der Strömungswiderstand, d. h. die Bremskraft, die auf Steuer- (5) und Arbeitskolben (2) ausgeübt wird, nimmt ab, so daß die Abnahme der Kraft der An­ triebsfeder (4) ausgeglichen wird. Abschlußkappen (11) verschließen das Steuerelement und dichten es endseitig gegen Flüssigkeitsverlust ab.

Claims (13)

1. Geber zur kontinuierlichen, dosierten Abgabe einer Flüssigkeit über einen einstellbaren Zeitraum, mit einem beweglichen Arbeitskolben, welcher die Flüssigkeit aus einem Vorratsgefäß ausschiebt, wobei der Antrieb des Arbeitskolbens durch Federkraft erfolgt und mit einem Steuerelement, welches mit dem Arbeitskolben mechanisch verbunden ist und welcher der Bewegung des Arbeitskolbens mit einer Bremskraft entgegenwirkt, die kleiner als die Antriebskraft ist, dadurch gekenn­ zeichnet, dass

• - die Position des Arbeitskolbens (2) die Bremskraft des Steuerele­ ments derart beeinflusst, dass die Differenz aus Federkraft und Brems­ kraft mit abnehmendem Flüssigkeitsvorrat konstant ist.

2. Geber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steu­ erelement eine flüssigkeitsgefüllte Kammer (7) mit einem darin beweg­ lich angeordneten Steuerkolben (5) aufweist, welcher mit dem Arbeits­ kolben (2) verbunden ist, wobei aus der Kammer (7) durch die Bewe­ gung des Steuerkolbens (5) die Flüssigkeit verdrängt wird und dieser Flüssigkeitsverdrängung zur Erzeugung der Bremskraft auf den Ar­ beitskolben (2) ein Strömungswiderstand entgegenwirkt.

3. Geber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Steuer­ element eine weitere Kammer vorhanden ist, in die die Flüssigkeit ein­ strömt.

4. Geber nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Steu­ erkolben (5) ein Ringkolben ist.

5. Geber nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass Steuerkolben (5) und Arbeitskolben (4) über eine Spindel miteinander verbunden sind, deren Übersetzung so ausgelegt ist, dass die Strecke, die sich der Steuerkolben (5) bei einer Bewegung des Arbeitskolbens (2) verschiebt, mit abnehmendem Flüssigkeitsvorrat abnimmt.

6. Geber nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, dass sich der Durchlassquerschnitt für die Flüssigkeit im Steuer­ element durch die Position im Steuerelement durch die Position des Arbeitskolbens (2) derart verändert, dass der Querschnitt mit abneh­ mendem Flüssigkeitsvorrat zunimmt.

7. Geber nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Kammerquerschnitt des Steuerelementes in Bewegungsrichtung des Steuerkolbens (5) bei abnehmendem Flüssigkeitsvorrat verbreitert, die Flüssigkeit entlang des Kolbenumfangs aus der Kammer austritt und der Steuerkolben (5) eine scheibenförmige Gestalt aufweist.

8. Geber nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kam­ mer (7) des Steuerelementes die Gestalt eines Zylinders hat, an dessen Wand der Steuerkolben (5) anliegt und in die eine sich in Bewegungs­ richtung des Steuerkolbens (5) verbreiternde Nut eingelassen ist.

9. Geber nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeich­ net, dass das Vorratsgefäß aus durchsichtigem oder durchscheinen­ dem Material besteht.

10. Geber nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeich­ net, dass Verbindungen von Steuerelement und/oder Antriebsfedern (4) mit dem Vorratsgefäß sowie dem Arbeitskolben (2) lösbar sind.

11. Verfahren zur Änderung des Entleerungszeitraums eines Gebers nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

• - Zugängigmachen der Antriebsfedern (4) des Arbeitskolbens (2),
• - Austausch der Antriebsfedern (4) gegen solche mit unterschiedlicher Federkonstanten oder Änderung der Federanzahl,
• - ggf. Verschließen des Geberantriebs.

12. Verfahren zur Änderung des Entleerungszeitraums eines Gebers nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

• - Zugängigmachen des Steuerelements,
• - Austausch des Steuerelements gegen ein solches mit unterschiedli­ cher Bremskraft,
• - ggf. Verschließen des Gebers.

13. Verfahren zur Änderung des Entleerungszeitraums eines Gebers nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

• - Zugängigmachen und Öffnen der Kammer (7) des Steuerelements,
• - Entnahme der Flüssigkeit,
• - Einfüllen einer Flüssigkeit anderer Viskosität,
• - Verschließen des Steuerelementes.