DE2219042A1 - Digital steuerbare kolbendosierpumpe - Google Patents

Description

• Digital steuerbare Kolbendosierpumpe Die Erfindung betrifft eine digital steuerbare Kolbendosierpumpe, welche einen in einem Zylinder mittels einer Kolbenstange verschiebbaren Kolben umfaßt, mit einem zugeordneten Antriebsmotor nebst mechanischem Zwischengetriebe.
• Es sind bereits Kolbendosierpumpen bekannt, die pro Dosiervorgang, bei dem eine bestimmte Gesamtmenge zu dosieren ist, mehrere (z.B. 10) volle Kolbenhübe ausführen.
• Durch Voreinstellung der Anzahl der ausgeführten vollen Kolbenhübe kann das pro Dosierung abgegebene Volumen digital in groben Abstufungen gesteuert werden. Teilweise sind diese Pumpen noch mit Einrichtungen zur mechanischen stufenlosen.Yerstellung (s.B. Kipphetelgetriebe3 des Hubraumes über die Hubhöhe ausgestattet. Damit kann die pro Dosierung abgegebene Blüssigkeitsmenge praktisch mit beliebig feiner Abstufung eingestellt werden. Das Verstellen der Hubhöhe über ein mechanisches Getriebe erfordert jedoch erheblichen Zeitaufwand, so daß Pumpen dieser Art für häufig und schnell durchzuführende Anderungen des pro Dosiervorgang zu fördernden Flüssigkeitsvolumens nicht geeignet sind. Die Steuerung dieser Pumpen durch DigjtalreShner erfordert überdies beträchtlichen Aufwand, so daß ihre Verwendbarkeit in der Labor- und Verfahrenstechnik auf Einsatzfälle beschränkt ist, bei denen Steuerung durch Prozeßrechner und schnelle Umstellbarkeit des Chargenvolumens nicht erforderlich sind.
• Es sind auch Kolbendosierpumpen mit einem bezogen auf die durchschnittlich zu dosierende Gesamtmenge, verhältnismäßig geringen Hubvolumen bekannt, welche pro Dosiervorgang eine Vielzahl von Rüben ausführen. Mit einer solchen Kolbendosierpumpe ist eine digitale Dosierung von Plüssigkeiten möglich, wobei die Abstufungen, mit denen die zu dosierende Gesamtmenge variiert werden kann, mit sinkendem Hubvolumen kleiner. werden Da jedoch der Schnelläufigkeit mechanischer Kolbendosierpumpen eine Grenze bei etwa 10 Hüben pro Sekunde gesetzt ist, kann mit einer solchen Kolbendosierpumpe in vielen Fällen eine ausreichend geringe Dosierzeit pro Dosiervorgang nicht erzielt werdc Aufgabe der Erfindungist die Schaffung einer gegenüber dem Stand der Technik sehr schnell arbeitenden, digital steuerbaren Kolbendosierpumpe, welche bei geringem Bauaufwand eine sehr hohe Dosiergenauigkeit besitzt. Erreicht wird dies dadurch, daß'eine zumindest achsparallel, vorzugsweise koaxial, zu der Kolbenstange drehbar, jedoch.axial unverschieblich gelagerte Gewindespindel vorgesehen ist, welche mit einer an der demgegenüber undrehbaren Kolbenstange befestigten Innengewindebüchse bzw. Mutter in Eingriff steht und seitens des Zwischengetriebes angetrieben ist, und daß der Antriebsmotor als Schrittmotor ausgebildet ist, welcher durch einen digitalen Vorwahlzähler angesteuert ist.
• Der in der erfindungsgemäßen Kolbendosierpumpe vorgesehene Schrittmotor ermöglicht eine Drehung der Gewindespindel um beliebig ganzzahlige- Vielfache eines Binheitswinkelschrittes, der als beliebig kleiner Bruchteil einer Umdrehung gewählt werden kann. Zur Steuerung der abzugebenden Blüssigkeitsmenge wird eine entsprechende Ziffer voreingestellt, die ihrerseits die Anzahl der vom Schrittmotor ausgeführten Winkelschritte und damit über die Zahl der Umdrehungen der Spindel (diexAnzahl der ganzen Umdrehungen zuzüglich eines gewissen Bruchteiles einer ganzen Umdrehung) die Länge der Verschiebung des Kolbens im Zylinder bestimmt. Es ist daher zur Einstellung des pro Dosiervorgang abzugebenden Flüssigkeitsvolumens weder die Verstellung eines mechanischen Getriebes noch die Hin- und Herbewegung von Teilen in der Kolbendosierpumpe erforderlich.
• Da Schrittmotoren mit Schrittfrequenzen bis zu 100000 Schritten pro Sekunde laufen, kann mit einer erfindungsgemäßen Kolbendosierpumpe ein Dosiervorgang innerhalb max. 1 Sekunde abgeschlossen sein und dennoch die abgegebene Flüssigkeitsmenge in Abstufungen von 0,01 Vo eingestellt werden. Die Steuerung der Pumpe durch Digitalrechner erfordert minimalen Aufwand, da seitens des Rechners lediglich der erwähnte Vorwahlzähler gesetzt werden muß. Die Voreinstellung der digitalen Steuergröße kann an einem elektronischen Vorwahlzähler innerhalb von 10 6 Sekunden vor Beginn des Dosiervorganges erfolgen. Mit diesen Eigenschaften stellt die erfindungsgemäße digital steuerbare Kolbendosierpumpe einen klaren Fortschritt gegenüber dem Stand der Technik dar.
• Gemäß einer besonderen Ausgestaltung umfaßt die Erfindung eine Anordnung zweier Kolbendosierpumpen in Gegentaktanordnung mit einem beiden Antriebsmotoren zugeordneten Umschalter zur wechselweisen digitalen Steuerung des einen Antriebsmotors in Vorwärtsrichtung des Kolbens sowie Steuerung des anderen Antriebsmotors in Umkehrrichtung im Sinne einer Rückführung des zugehörigen Kolbens in die Grundstellung. Da der Kolben in der erfindungsgemäßen Dosierpumpe durch den Spindelantrieb im Zylinder mit gleichbleibender Geschwindigkeit bewegt wird (bei Pumpen mit Kurbeltrieb nimmt die Kolbengeschwindigkeit im Gegensatz hierzu in erster Nährung sinusförmig zu und ab) ergibt sich bei geeigneter zeitlicher Zuordnung in der Steuerung der beiden Pumpen ein zeitlich vollkommen konstanter Förderstrom ohne jede Pulsation.
• Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kolbendosierpumpe, teilweise in vereinfachtem Axialschnitt, teilweise in Blockschaltbilddarstellung, Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung zweier Kolbendosierpumpen gemäß Fig. 1 im Gegentakt, teilweise in schematischer Darstellung, teilweise in Blockschaltbilddarstellung.
• Die in Fig. 1 veranschaulichte Kolbendosierpumpe umfaßt einen Zylinder 1, in welchem ein mittels einer hohlen Kolbenstange 10 verstellbarer Kolben 2 geführt ist. Das vom Kolben 2 entfernte Ende der Kobenstange 10 ist durch eine Mutter 4 abgeschlossen. Die Mutter 4 ist von einer Axialführung 11 umgeben und drehfest gehalten, deren eines Ende an ein Ende des Zylinders 1 angesetzt ist und deren vom Zylinder entferntes Ende durch einen Innenflansch 12 abgeschlossen ist, der ein zentrales Lager 13 zur Aufnahme des glatten Endes einer Gewindespindel 3 aufweist.
• Die Gewindespindel 3 steht mit der Mutter 4 in Eingriff und ragt mit einem Teil ihrer Gesamtlänge in die hohle Kolbenstange 10.
• Ein aus dem lager 13 ragender Endabschnitt der Gewindespindel 3 ist mit einem Stirnzahnrad 14 verbunden, welches mit einem Ritzel 15 eines Schrittmotors 5 kämmt. Dem Zylinder 1 sind zwei Ventile V1, V2- zugeordnet, wobei gemäß den gezeigten Pfeilen über das Ventil V1 Flüssigkeit angesaugt und über das Ventil V2 abgegeben wird. Die Ventile Vi und V2 können Rückschlægventile oder (z,B, elektronisch) fremdgesteuerte Ventile sein.
• Der Betrieb der Kolbendosierpumpe beginnt bei Blickrichtung gemäß Fig. 1 in der äußerst rechten Stellung des Kolbens 2 nebst Kolbenstange 10 bzw. der Mutter 4. Durch entsprechende Drehung der Gewindespindel 3 durch den Schrittmotor 5 über das Ritzel 15 sowie das Stirnzahnrad 14 wird die Mutter 4 nebst der Kolbenstange 10 sowie dem Kolben 2 kontinuierlich nach links gedrückt, wobei zu dosierende Flüssigkeit über das Ventil V2 abgegeben wird. Die von dem Kolben 2 zu durchlaufende Wegstrecke in dem Zylinder 1 kann nicht nur nach der ganzen Zahl der Umdrehungen der Gewindespindel 5, sondern auch nach BruchteIlen von Umdrehungen eingestellt werden, wobei die Feinheit der Unterteilung einer Umdrehung der Gewindespindel 3 von dem Übersetzungsverhältnis des Ritzels 15 zu dem Stirnzahnrad 14 sowie von der Stufenzahl des Schrittmotors 5 abhängt. Der Schrittmotor 5 wird über einen von einem Impulsgenerator 8 beaufschlagten Vorwahlzähler 7über einen Leistungsverstärker 6 angetrieben. Der Vorwahizähler 7 kann mittels einer Bedienungseinheit 16 oder über Dateneingangsleitungen von einer entfernten Baueinheit her eingestellt werden.
• Bei der Anordnung gemäß Fig. 2 sind einer Kolbendosierpumpe P entsprechend derjenigen gemäß Fig. 1 zwei Ventile Vi, V2 und einer gleichartig aufgebauten Kolbendosierpumpe P' Ventile V1', V2', zugeordnet. Die Kolbendosierpumpe P ist bezüglich ihrer Gewinde spindel 3 von dem Schrittmotor 5 angetrieben; die Kolbendosierpumpe P) ist in analoger Weise bezüglich ihrer Gewindespindel 3' durch einen Schrittmotor 5' angetrieben, wobei die beiden Kolbendosierpumpen P, P' jedoch im Gegentakt arbeiten. Ein elektronischer Umschalter 17 bewirkt automatisch eine Umschaltung, wenn bei einer der beiden Kolbendosierpumpen P, P' der Kolben eine in Blickrichtung von Pig. 1 und 2 äußerst linke Stellung erreicht hat.
• In diesem Augenblick wird durch entsprechende Umsteuerung des zugehörigen Schrit-tmotors 5 bzw. 5' ein Antrieb der jeweils in Grundstellung befindlichen Kolbendosierpumpe P bzw.
• P' bewirkt, während die jeweils andere Kolbendosierpumpe Pl bzw. 2 durch entgegengesetzte Drehung der Gewindespindel 3' bzw. 3 in ihre Grundstellung zurückgeführt wird, wo der Kolben 2 in Blickrichtung von Fig. 1 seine äußerst rechte Stellung einnimmt.

Claims (4)

1. P a t e n t a n s p r ü c h e

   I?,)Dlgital steuerbare Kolbendosierpumpe, welche einen in einem Zylinder mittels einer Kolbenstange verstellbaren Kolben umfaßt, mit einem zugeordneten Antriebsmotor nebst mechanischem Zwischengetriebe, dadurch gekennzeichnet, daß eine zumindest achsparallel, vorzugsweise koaxial, zu der Kolbenstange (io) drehbar, jedoch unverschieblich gelagerte Gewindespindel (3) vorgesehen ist, welche mit einer an der demgegenüber undrehbaren Kolbenstange (10) befestigten Innengewindebüchse bzw. Mutter (4) in Eingriff steht und seitens des Zwischengetriebes (14, 15) angetrieben ist, wobei der Antriebsmotor als Schrittmotor (5) ausgebildet ist, welcher durch einen digitalen Vorwählzähler (7) angesteuert ist.
2. 2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei koaxial zu der Kolbenstange (10) verlaufender Gewindespindel (3) die Kolbenstange zur Aufnahme eines Teiles der Gewindespindel hohl ausgebildet ist und das vom Kolben (2) entfernte Ende der Kolbenstange durch die Mutter (4) abgeschlossen ist.
3. 3. Pumpe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mutter von einer Axialführung (11) umgeben ist, deren eines Ende an ein Ende des Zylinders (1) angesetzt ist und deren vom Zylinder entferntes Ende durch einen Innenflansch (12) abgeschlossen ist, der ein zentrales Lager (13) für die Gewindespindel (3) an deren angetriebenem Ende enthält.
4. 4. Anordnung zweier Kolbendosierpumpen nach einem der Ansprüche 1 bis 3 im Gegentakt mit einem beiden Antriebsmotoren (5, 5') zugeordneten Umschalter (17) zur wechselweisen digitalen Steuerung des einen Antriebsmotors in Vorwärtsrichtung des Kolbens sowie Steuerung des anderen Antriebsmotors in Umkehrrichtung im Sinne einer Rückführung des zugehörigen Kolbens in die Grundstellung. Leerseite