DE4016306A1 - Radialkolbenpumpe - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Radialkolbenpumpe mit einem
Pumpenträger, in dem zwei auf einer Geraden liegende Pumpenkam
mern ausgebildet sind, in denen sich auf der Geraden hin- und
herbewegbare Pumpenkolben befinden, die durch Kopplung mit einem
Mitnehmerteil bei einer relativen Drehung des Mitnehmerteils
bezüglich dem Pumpenträger um eine die Gerade schneidende und
mittig zwischen den Pumpenkammern liegende Drehachse bewegt
werden, wobei mit jeder der Pumpenkammern an ihrem der Drehachse
näheren Ende zumindest ein Fluidkanal verbunden ist, der in
Abhängigkeit von der relativen Lage von Mitnehmerteil und
Pumpenträger geschlossen ist.
Bei einer bekannten Radialkolbenpumpe dieser Art (DE-OS 36 15 885),
die als Gas-Verdichter eingesetzt werden soll, sind im
kreuzförmigen Pumpenträger zwei Paare von Pumpenkammern vorhan
den, von denen jedes Paar auf einer Geraden liegt, wobei die
beiden Geraden sich senkrecht in der Drehachse schneiden. Die in
den Pumpenkammern vorhandenen Pumpenkolben stehen mit ihren
hinteren Enden in Eingriff mit einer Führung, die von einem um
die Drehachse drehenden Gehäuse ausgebildet ist, so daß die Pum
penkolben bei Drehung des Gehäuses um den Pumpenträger in den
Pumpenkammern auf den Geraden hin- und herbewegt werden, wobei
die Pumpenkolben eines Paares beide gleichzeitig nach außen oder
beide gleichzeitig nach innen bewegt werden, d. h. es erfolgt eine
gleichsinnige Bewegung der auf einer gemeinsamen Geraden
liegenden Pumpenkolben.
An die der Drehachse näheren Enden der Pumpenkammern schließen
Fluidkanäle an, die sich parallel zur Drehachse bis zu einer
Seite des Pumpenträgers erstrecken, während im Gehäuse auf dem
gleichen Radius Öffnungen ausgebildet sind, die sich in bestimm
ten Drehstellungen in fluchtender Lage mit den Fluidkanälen
befinden. Diese Öffnungen dienen dazu, Gas durch die Fluidkanäle
in die Pumpenräume eintreten und verdichtetes Gas aus ihnen
austreten zu lassen, während bei vom Gehäuse abgedeckten
Fluidkanälen der Verdichtungsvorgang durchgeführt wird.
Diese bekannte Radialkolbenpumpe ist lediglich als Verdichter
geeignet, da für jede Pumpenkammer lediglich ein einziger
Fluidkanal vorhanden ist. Darüber hinaus ist die Abdichtung im
Bereich der Fluidkanäle äußerst mangelhaft, weil sie lediglich
durch die umlaufende Gehäusewand bewirkt wird, wobei darüber
hinaus der Übergang zwischen geschlossenem Fluidkanal und
vollständig geöffnetem Fluidkanal durch ein allmähliches Ändern
des Öffnungsquerschnittes des Fluidkanals erfolgt, was zu einem
sehr ungleichmäßigen Strömungs- und Förderverlauf führt.
Bei einer anderen bekannten Radialkolbenpumpe (DE-PS 24 36 627)
sind mehrere Pumpenkammern sternförmig im Pumpenträger an
geordnet, und das Mitnehmerteil ist exzentrisch bezüglich der
Mitte des Pumpenträgers gehaltert, so daß bei Drehbewegung des
Pumpenträgers die mit dem Mitnehmerteil gekoppelten Kolben in den
Pumpenkammern hin- und herbewegt werden. Im Mittelbereich des
Pumpenträgers befinden sich eine Druckleitung und eine Sauglei
tung, und diese werden bei Drehung des Mitnehmerteils abwechselnd
mit den Pumpenkammern in Verbindung gebracht, ohne daß die Art
der Verbindung im einzelnen erläutert würde.
Bei dieser bekannten Radialkolbenpumpe ist eine in besonderer
Weise ausgebildete Kopplung der Pumpenkolben mit dem Mitnehmer
teil erforderlich, da Pumpenträger und Mitnehmerteil nicht
konzentrisch gelagert sind. Der Aufbau ist daher verhältnismäßig
kompliziert.
Die bekannten Radialkolbenpumpen sind zwar für zahlreiche
Anwendungsfälle geeignet. Wenn jedoch kleine Flüssigkeitsmengen,
etwa in der Größenordnung von Mikrolitern gleichförmig und mit
hoher Genauigkeit gefördert werden sollen, so sind nicht nur sehr
genau gefertigte Einzelteile erforderlich, sondern die Steuerung
der Kolbenbewegung in genauer Zuordnung zum Öffnen und Schließen
der Fluidkanäle der Pumpenkammern erfordert einen erheblichen
mechanischen Aufwand. Aus diesem Grund werden derartige Kolben
pumpen zwar als Einzelstücke im Laborbereich eingesetzt, können
jedoch in vielen Anwendungsfällen aus Kostengründen nicht benutzt
werden.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Radialkolbenpumpe derart zu
auszubilden, daß mit ihr sehr genau auch sehr kleine Flüssig
keitsmengen gesteuert ausgetragen werden können, wobei die Pumpe
einfach aufgebaut ist, so daß sie sich gegebenenfalls so gar als
Einmalartikel eignet.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Radialkolbenpumpe der
eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß derart ausgestaltet, daß
die Pumpenkolben gegensinnig hin- und herbewegt werden, daß jede
Pumpenkammer mit einem Ansaug-Fluidkanal und mit einem Ausstoß-
Fluidkanal verbunden ist, in deren Verlauf jeweils eine Ven
tilanordnung vorgesehen ist, die mit am Mitnehmerteil vor
gesehenen Betätigungseinrichtungen zusammenwirken, und daß die
Ansaug-Fluidkanäle mit einem gemeinsamen Hauptansaugkanal und die
Ausstoß-Fluidkanäle mit einem gemeinsamen Hauptausstoßkanal
verbunden sind.
Bei der erfindungsgemäßen Radialkolbenpumpe werden die auf der
Geraden liegenden Pumpenkolben gegensinnig bewegt, so daß in die
eine Pumpenkammer über ihren Ansaug-Fluidkanal Fluid angesaugt
wird, während aus der anderen Pumpenkammer über ihren Ausstoß-
Fluidkanal Fluid ausgestoßen wird, wodurch ein kontinuierliches
Fördern von Fluid mit einer vorgegebenen Rate ermöglicht wird.
Dabei wird das Fluid für beide Ansaug-Fluidkanäle aus dem diesen
gemeinsamen Hauptansaugkanal angesaugt und aus den beiden
Ausstoß-Fluidkanälen dem ihnen gemeinsamen Hauptausstoßkanal
zugeführt. Das Öffnen und Schließen der Ventilanordnungen für die
Ansaug-Fluidkanäle und die Ausstoß-Fluidkanäle erfolgt in genau
gesteuerter Weise, da das Mitnehmerteil, das durch Drehung um die
Drehachse die zwangsgeführte Bewegung der Pumpenkolben bewirkt,
auch mit den auf ihm vorgesehenen Betätigungseinrichtungen die
Ventilanordnungen für die Fluidkanäle in einen geöffneten und in
einen geschlossenen Zustand bringt. Dadurch werden die Bewegungen
der Pumpenkolben und die Steuerung der Ventilanordnungen für die
Fluidkanäle in genau vorgegebener Weise synchron zueinander
durchgeführt, so daß die Fluidförderung in der vorbestimmten
Weise vollständig reproduzierbar erfolgt. Dies ist ein besonderer
Vorteil, wenn die erfindungsgemäße Radialkolbenpumpe als
Infusionspumpe im Medizinbereich eingesetzt wird, da mit ihr auf
einfache Weise über verhältnismäßig lange Zeiträume mit konstan
ter Förderrate sehr geringe Flüssigkeitsmengen pro Zeiteinheit
abgegeben werden können, wozu die Aufnahmevolumina der Pumpen
kammern in der Größenordnung von Mikrolitern liegen können.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das
Mitnehmerteil mindestens eine um die Drehachse drehbare Steuer
scheibe auf, die mindestens eine Mitnehmerkurve für einen
Pumpenkolben trägt und an der eine Betätigungseinrichtung für
mindestens die Ventilanordnungen im Ansaug-Fluidkanal der einen
Pumpenkammer und im Ausstoß-Fluidkanal der anderen Pumpenkammer
vorgesehen ist.
Bei diesem Aufbau dient somit eine einzige Steuerscheibe zur
Bewegung des einen Pumpenkolbens sowie zur Betätigung von zwei
Ventilanordnungen, wobei es auch möglich ist, die Mitnehmerkurven
für beide Pumpenkolben an dieser Steuerscheibe vorzusehen sowie
gegebenenfalls auch die Betätigungseinrichtungen für alle
Ventilanordnungen an ihr auszubilden.
Wenn eine Steuerscheibe mit einer Mitnehmerkurve für einen
Pumpenkolben und einer Betätigungseinrichtung für die Ven
tilanordnungen eines Ansaug-Fluidkanals und eines Ausstoß-
Fluidkanals an der einen Seite des Pumpenträgers angeordnet wird,
kann eine entsprechende Steuerscheibe mit einer Mitnehmerkurve
für den anderen Pumpenkolben sowie mit einer Betätigungseinrich
tung für die anderen Ventilanordnungen an der gegenüberliegenden
Seite des Pumpenträgers und ebenfalls auf der Drehachse befestigt
sein, so daß das Mitnehmerteil aus zwei fest miteinander
verbundenen, zu beiden Seiten des Pumpenträgers liegenden
Steuerscheiben besteht, die sich einfach herstellen und montieren
lassen.
Die Betätigungseinrichtungen können jeweils ein unverdrehbar am
Pumpenträger gehaltertes, elastisch verformbares Betätigungs
element aufweisen, an dessen Enden an der dem Pumpenträger
zugewandten Seite Betätigungsvorsprünge zur Einwirkung auf die
zugehörige Ventilanordnung vorgesehen sind, während die dem
Pumpenträger abgewandte Seite des Betätigungselementes in
Eingriff mit an der Steuerscheibe ausgebildeten Nockenflächen
bringbar ist.
Bei einem solchen Aufbau dient also ein einziges, unverdrehbar
am Pumpenträger gehaltenes Betätigungselement dazu, die Ven
tilanordnungen zu aktivieren, wozu auf das Betätigungselement an
der Steuerscheibe vorgesehene Nockenflächen einwirken. Auf diese
Weise wird die elastische Verformung des Betätigungselementes und
somit die Beeinflussung der Ventilanordnung durch in ihrer Form
exakt festgelegte und unveränderbare Nockenflächen bewirkt,
wodurch eine große Genauigkeit erzielt wird.
Dazu können an der dem Pumpenträger abgewandten Seite des
Betätigungselementes Betätigungsnocken vorgesehen sein, und die
Nockenfläche kann durch Eingriff mit einem Betätigungsnocken eine
elastische Verformung des Betätigungselementes zum Ineingriff
bringen eines Betätigungsvorsprungs bewirken.
Die kreisbogenförmige Ergänzung der Nockenfläche kann aus einer
Vertiefung zur Aufnahme der Betätigungsnocken bestehen, an deren
Enden Übergänge zur Nockenfläche bildende Rampen vorgesehen sind,
so daß der einen Betätigungsnocken tragende Bereich des Betäti
gungselementes unverformt ist, wenn sich der Betätigungsnocken
innerhalb der Vertiefung befindet. Der Betätigungsnocken kann zum
Übergang von Vertiefung zu Nockenfläche und zurück über die
entsprechende Rampe gleiten.
Zur Bewegung der Pumpenkolben mittels einer oder mehrerer
Steuerscheiben, kann an jedem Pumpenkolben ein seitlich vor
stehender Nockenstift vorgesehen sein, der in Eingriff mit der
zugehörigen Mitnehmerkurve der Steuerscheibe steht. Auf diese
Weise wird eine definierte mechanische Zuordnung von Stellung der
Steuerscheibe zu Stellung der Pumpenkolben erreicht, ohne daß die
Gefahr des Kippens der Pumpenkolben während der Ver
lagerungsbewegungen besteht.
Um einen besonders einfachen Aufbau der erfindungsgemäßen
Radialkolbenpumpe zu erhalten, die sich für die Förderung kleiner
Flüssigkeitsmengen eignet, kann jeder Fluidkanal eine seitliche
Öffnung aufweisen und in diesem Bereich von einem flexiblen
Dichtschlauch umgeben sein. Das Betätigungselement zum Schließen
der Ventilanordnung kann den im Bereich der Öffnung befindlichen
Teil des Dichtschlauches durch die seitliche Öffnung in dichtende
Anlage an der ihr gegenüberliegenden Wandung des Fluidkanals
drücken, um auf diese Weise den Fluidkanal zu schließen.
Die der Öffnung gegenüberliegende Wandung kann durch einen
Ringbereich gebildet sein, der einen senkrecht zur Mittelachse
der Öffnung verlaufenden Abschnitt des Fluidkanals umgibt.
Dadurch kann der Dichtschlauch dichtend an diesen Ringbereich
gedrückt werden, um den senkrecht zur Mittelachse der Öffnung
verlaufenden Abschnitt des Fluidkanals sicher zu verschließen.
Der Aufbau kann noch dadurch vereinfacht werden, daß sowohl die
Öffnungen beider Ansaug-Fluidkanäle als auch die Öffnungen beider
Ausstoß-Fluidkanäle jeweils koaxial zueinander liegen und die
senkrecht zur Mittelachse der Öffnung verlaufenden Abschnitte
miteinander verbunden sind, wobei an diese Verbindungen der
zugehörige Hauptkanal angeschlossen ist.
Auf diese Weise kann mit einem einzigen Dichtschlauch bzw.
Dichtschlauchabschnitt die Abdeckung der Öffnungen beider Ansaug-
Fluidkanäle und mit einem anderen Dichtschlauch bzw. Dicht
schlauchabschnitt die Abdeckung der Öffnungen beider Ausstoß-
Fluidkanäle vorgenommen werden. Mittels der zugehörigen Betäti
gungselemente kann beispielsweise abwechselnd der eine Ansaug-
Fluidkanal und der eine Ausstoß-Fluidkanal abgedichtet werden,
während die anderen beiden Fluidkanäle geöffnet gehalten werden,
so daß durch den geöffneten Ansaug-Fluidkanal aus dem Hauptan
saugkanal Flüssigkeit in den zugehörigen Pumpenraum gesaugt wird,
während aus dem anderen Pumpenraum Flüssigkeit durch den
geöffneten Ausstoß-Fluidkanal zum Hauptausstoßkanal gedrückt
wird.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der schematisch und
vereinfacht ein Ausführungsbeispiel zeigenden Figuren näher
erläutert.
Fig. 1 zeigt in einem vereinfachten, schematischen Schnitt
entlang der Linie I-I aus Fig. 3 eine Radialkolben
pumpe.
Fig. 2 zeigt einen vereinfachten, schematischen Schnitt entlang
der Linie II-II aus Fig. 1.
Fig. 3 zeigt einen vereinfachten, schematischen Schnitt entlang
der Linie III-III aus Fig. 1.
Fig. 4 zeigt in einer Explosionsdarstellung und teilweise
aufgebrochen den Pumpenträger, die Steuerscheiben und
weitere Teile der Radialkolbenpumpe aus den Fig. 1
bis 3.
Fig. 5 zeigt in einer schematischen Darstellung die Anordnung
der Fluidkanäle zwischen den Pumpenkammern und den
Hauptkanälen.
Fig. 6 zeigt in einem Diagramm die verschiedenen Betriebsstel
lungen und -zustände von Teilen der Radialkolbenpumpe
gemäß Fig. 1 bis 5.
Die in den Fig. 1 bis 4 dargestellte Radialkolbenpumpe hat
einen kreuzförmigen Pumpenträger 1 mit einer Mittelöffnung 48
(Fig. 4), deren Mittelachse mit der noch zu beschreibenden
Drehachse 50 zusammenfällt. In einander gegenüberliegenden
Abschnitten des Pumpenträgers 1 sind auf einer senkrecht zur
Achse der Mittelöffnung 48 verlaufenden und die Achse schneiden
den Geraden 51 Pumpenkammern 10, 11 ausgebildet, die an gegen
überliegenden Seiten der Achse der Mittelöffnung 48 und in
gleichem Abstand von dieser liegen. In die Pumpenkammern 10, 11
sind Pumpenkolben 4, 5 eingesetzt, die an ihren vorderen Enden
nicht näher bezeichnete, in den Fig. 1 und 2 angedeutete
Dichtlippen aufweisen. An den hinteren Enden der Pumpenkolben 4,
5 sind radial nach außen stehende Nockenstifte 6, 7 und 8, 9
angeformt, die sich in Führschlitze 53, 54 im Pumpenträger 1
erstrecken, die an ihren radial außen liegenden Enden offen sind,
wobei die Nockenstifte 6, 7 und 8, 9 in Richtung ihrer Längser
streckung etwas über den Pumpenträger 1 vorstehen, wie dies
insbesondere in Fig. 2 zu erkennen ist.
In dem einen der um 90° gegenüber den Pumpenkammern 10, 11 des
kreuzförmigen Pumpenträgers 1 versetzten Abschnitte ist ein
Hauptansaugkanal 13 und in dem anderen um 90° versetzten
Abschnitt ein Hauptausstoßkanal 12 ausgebildet. Diese Abschnitte
des Pumpenträgers 1 können mit entsprechenden Schlauch- oder
rohrförmigen Verbindungen an einen Flüssigkeitsvorrat angeschlos
sen bzw. mit einem Flüssigkeitsempfänger verbunden werden, wobei
diese Abschnitte auch dazu dienen können, den Pumpenträger
mittels eines nicht dargestellten Rahmens auf einer ebenfalls
nicht dargestellten Trägerplatte zu haltern.
Von den der Mittelöffnung 48 nahen Böden der Pumpenkammer 10, 11
verlaufen Fluidkanäle zu den Hauptkanälen 12 und 13, und zwar von
der Pumpenkammer 10 ein Ansaug-Fluidkanal 17 zum Hauptansaugkanal
13 und ein Ausstoß-Fluidkanal 14 zum Hauptausstoßkanal 12 sowie
vom Boden der Pumpenkammer 11 ein Ansaug-Fluidkanal 15 zum
Hauptansaugkanal 13 und ein Ausstoß-Fluidkanal 16 zum Haupt
ausstoßkanal 12. An den inneren Enden von Hauptansaugkanal 13 und
Hauptausstoßkanal 12 sind durchgehende, sich quer erstreckende
Abschnitte 19 und 18 vorhanden, an deren Enden die von den
Abschnitten 19 und 18 gebildeten Öffnungen umgebende Ringkanäle
21 und 23 bzw. 20 und 22 vorgesehen sind, die jeweils mit einem
Fluidkanal 17, 15, 14, 16 verbunden sind. Dabei bildet die innere
Wand jedes dieser Ringkanäle eine Ringwulst, so daß die Ringwulst
29 und die Ringwulst 27 die Öffnungen an den Enden des Abschnit
tes 19 und die Ringwulst 26 und die Ringwulst 28 die Öffnungen
an den Enden des Abschnittes 18 umgeben.
Es sei erwähnt, daß sich der kreuzförmige Pumpenträger 1 sehr
einfach im Spritzgußverfahren aus Kunststoff herstellen läßt und
so in großen Stückzahlen gefertigt werden kann.
Im montierten Zustand befindet sich der Pumpenträger 1 zwischen
zwei Steuerscheiben 2, 3, die durch eine koaxial zur Drehachse
50 angeordnete Achse 49 fest miteinander verbunden sind, wobei
die Achse 49 drehbar von der Mittelöffnung 48 des Pumpenträgers
1 aufgenommen wird. Die Achse 49 kann drehbar in einem nicht
dargestellten Rahmen gehaltert sein, mit dessen Hilfe sie axial
bezüglich dem Pumpenträger 1 positioniert gehalten wird. Mittels
einer Antriebseinrichtung, die beispielsweise auf die Achse 49
wirkt oder über ein am dann gezahnten Umfang der Steuerscheiben
2 und 3 angreifendes Zahnrad, kann die Einheit aus Steuerscheiben
2, 3 und Achse 49 um die Drehachse 50 gedreht werden.
Die Steuerscheiben 2, 3 sind im wesentlichen gleich ausgebildet,
so daß nachfolgend lediglich der Aufbau der Steuerscheibe 3, der
in Fig. 4 zu erkennen ist, näher erläutert wird.
In der dem Pumpenträger 1 zugewandten Fläche der Steuerscheibe
3 ist eine geschlossene Mitnehmerkurve 31 vorhanden, mit der die
Nockenstifte 7 und 9 der Kolben 4 und 5 in Eingriff stehen. Eine
gleich geformte und gleich ausgerichtete Mitnehmerkurve 30 (Fig.
3) befindet sich in der Steuerscheibe 2, und in diese erstrecken
sich die Nockenstifte 6 und 8 der Kolben 4 und 5. Bei Drehung der
Steuerscheiben 2, 3 um die Drehachse 50 werden somit die Kolben
4 und 5 entsprechend der Form der Mitnehmerkurven 30 und 31
gegeneinander axial hin- und herbewegt, wie dies in Zusammenhang
mit Fig. 6 im einzelnen erläutert werden wird.
In den Steuerscheiben 2 und 3 befinden sich ferner koaxial zur
Drehachse 50 verlaufende, kreisbogenförmige Vertiefungen, wobei
in Fig. 4 zu erkennen ist, daß die kreisbogenförmige Vertiefung
in der Steuerscheibe 3 aus mehreren Abschnitten besteht, nämlich
einem Mittelabschnitt 33, der eine größere Breite hat als die an
ihm anschließenden äußeren Abschnitte 34. An der radial innen
liegenden Kante der den Abschnitt 33 seitlich begrenzenden
Wandung sind an den Enden ansteigende Rampen 35 ausgebildet, die
an der im wesentlichen durchgehenden oberen Fläche der Steuer
scheibe 3 enden. Die Fortsetzungen des Abschnittes 33 bildenden
Abschnitte 34 liegen mit ihrer radial inneren Wand etwas weiter
entfernt von der Drehachse 50, und die Abschnitte 34 enden an
Rampen 36, die auf die im wesentlichen durchgehende, ebene Fläche
der Steuerscheibe 3 führen.
Eine entsprechend geformte Vertiefung 37 ist in der dem Pum
penträger 1 zugewandten Fläche der Steuerscheibe 2 ausgebildet
(Fig. 3), jedoch ist diese Vertiefung in Umfangsrichtung
gegenüber der durch die Abschnitte 33 und 34 gebildeten Ver
tiefung versetzt, wie dies später in Zusammenhang mit dem
Diagramm gemäß Fig. 6 erläutert werden wird.
Vorab sei erwähnt, daß die an die Rampen 35 und 36 anschließenden
kreisbogenförmigen, konzentrisch zur Drehachse 50 liegenden
Flächenbereiche auf der nicht vertieften Oberfläche der Steuer
scheibe 3 in den Figuren nicht angedeutete und auch nicht
bezeichnete Nockenflächen bilden.
An beiden Seiten des Pumpenträgers 1 sind als Betätigungseinrich
tungen für die Ventilanordnungen dienende, rechteckförmige
Plattenelemente 38, 39 unverdrehbar gehalten, wobei das Plat
tenelement 38 zwischen Pumpenträger 1 und der ihm zugewandten
Fläche der Steuerscheibe 2 und das Plattenelement 39 zwischen
Pumpenträger 1 und der ihm zugewandten Fläche der Steuerscheibe
3 angeordnet ist und beide Plattenelemente 38, 39 sich mit ihrer
Längserstreckung parallel zu den auf einer gemeinsamen Geraden
liegenden Mittelachse der Hauptkanäle 12, 13 liegen.
Die beiden Plattenelemente 38 und 39 sind gleich aufgebaut und
bestehen aus elastisch verformbarem Material, beispielsweise
Kunststoff oder Metall.
An der jeweils der benachbarten Steuerscheibe 2, 3 zugewandten
Fläche weist jedes Plattenelement 38, 39 Betätigungsnocken 42,
43 und 40, 41 auf (Fig. 3 und 4), von denen die Betätigungs
nocken 43 und 41 einen solchen Abstand von der Drehachse 50
haben, daß sie bei Drehung der Steuerscheiben 2, 3 die beiden
Abschnitte der Vertiefungen in den Steuerscheiben, also der
Betätigungsnocken 41 die Abschnitte 33 und 36 der Vertiefung in
der Steuerscheibe 3, durchlaufen und an der einen Endrampe (36
in Fig. 4) aus dieser austreten und an der anderen Endrampe (36
in Fig. 4) in diese eintreten können. Demgegenüber haben die
Betätigungsnocken 42 und 40 der Plattenelemente 38 und 39 einen
etwas geringeren Abstand von der Drehachse 50, so daß sie nur in
den mittleren Abschnitt der Vertiefung eintreten können, d. h. in
der Steuerscheibe 3 durchläuft der Steuernocken 40 lediglich den
Abschnitt 33 und tritt an einer der Rampen 35 aus und an der
anderen Rampe 35 in den Abschnitt 33 der Vertiefung ein.
Befindet sich einer der Nocken 42, 43 bzw. 40, 41 der Platten
elemente 38, 39 in der zugehörigen Vertiefung in der Steuerschei
be 2 bzw. 3, so ist das Ende des zugehörigen Plattenelementes 38,
39 unverformt, wie dies für das den Betätigungsnocken 43 tragende
Ende des Plattenelementes 38 und das den Betätigungsnocken 41
tragende Ende des Plattenelementes 39 in Fig. 3 dargestellt ist.
Ist demgegenüber die zugehörige Steuerscheibe 2, 3 so verdreht,
daß sich ein Betätigungsnocken außerhalb der Vertiefung befindet,
so wird dieses Ende des Plattenelementes durch den eine Nocken
fläche bildenden Bereich der Steuerscheibe 2, 3 elastisch in
Richtung auf den Pumpenträger 1 verformt. Diese verformte
Stellung ist für das den Betätigungsnocken 42 tragende Ende des
Plattenelementes 38 und daß den Betätigungsnocken 40 tragende
Ende des Plattenelementes 39 in Fig. 3 dargestellt.
An den den Betätigungsnocken 42, 43 und 40, 41 gegenüberliegenden
Seiten der Plattenelemente 38 und 39 sind im wesentlichen
halbkugelförmige Betätigungsvorsprünge 46, 47 und 44, 45
angebracht, deren Abstand von der Drehachse 50 so gewählt ist,
daß sie genau mittig bezüglich den querverlaufenden Abschnitten
18 bzw. 19 der Hauptkanäle 12, 13 liegen. Daher ist der Betäti
gungsvorsprung 44 mittig zur Ringwulst 26, der Betätigungsvor
sprung 45 mittig zur Ringwulst 29, der Betätigungsvorsprung 46
mittig zur Ringwulst 28 und der Betätigungsvorsprung 47 mittig
zur Ringwulst 27 angeordnet (Fig. 3).
Wie insbesondere in Fig. 3 zu erkennen ist, befinden sich auf
den die Hauptkanäle 12, 13 bildenden Abschnitten des kreuzförmi
gen Pumpenträgers 1 Schläuche, vorzugsweise Silikonschläuche 24
und 25, die fest auf diesen Abschnitten sitzen und die die
seitliche Öffnungen bildenden Bereiche der Fluidkanäle 14, 16
und 15, 17 dichtend abdecken.
Die Schläuche 24 und 25, die aus leicht elastisch verformbarem
Material bestehen, werden, wie insbesondere Fig. 3 erkennen
läßt, durch die elastische Verformung der Enden der Plattenele
mente 38 und 39 infolge Eingriffs mit den an diesen Enden
sitzenden Betätigungsvorsprüngen 46, 47 und 44, 45 so elastisch
verformt, daß sie zur dichtenden Anlage an der benachbarten
Ringwulst kommen und dadurch den zugehörigen Fluidkanal gegenüber
dem Hauptkanal abdichten. So ist in Fig. 3 infolge elastischer
Verformung des den Betätigungsvorsprung 46 tragenden Endes des
Plattenelementes 38 der benachbarte Bereich des Schlauchs 24
gegen die Ringwulst 28 gedrückt, so daß der die Ringwulst 28
umgebende Ringkanal 22 einschließlich des mit diesem Ringkanal
verbundenen Ansaug-Fluidkanals 15 dichtend gegenüber dem quer
verlaufenden Abschnitt 18 und damit gegenüber dem Hauptansaug
kanal 13 abgedichtet ist, d. h. die Ansaugverbindung für die Pum
penkammer 11 ist geschlossen, während ihre Ausstoßverbindung über
den nicht abgedichteten Ausstoß-Fluidkanal 16 geöffnet ist.
Entsprechend wird durch den Betätigungsvorsprung 44 der benach
barte Bereich des Silikonschlauches 24 gegen die Ringwulst 26
gedrückt und dadurch Ringkanal 20 und Ansaug-Fluidkanal 17
gegenüber dem Hauptansaugkanal 13 abgedichtet, d. h. die Ansaug
verbindung für die Pumpenkammer 10 ist ebenfalls geschlossen,
während die Ausstoßverbindung über den Ausstoß-Fluidkanal 14
geöffnet ist.
Wie bereits vorstehend erwähnt, erfolgt im Betrieb der darge
stellten Radialkolbenpumpe eine Drehung der Steuerscheiben 2, 3
um die Drehachse 50, so daß die Mitnehmerkurven 30 und 31 und die
durch die Vertiefungen 37 und 33 und 36 begrenzten Nockenflächen
der Steuerscheiben 2 und 3 entsprechend der Form der Kurven auf
die Nockenstifte 6, 7 und 8, 9 der Kolben 5 und 6 sowie auf die
Betätigungsnocken 42, 43 und 40, 41 einwirken, um die Kolben 5,
6 zum Ansaugen und Ausstoßen von Fluid, vorzugsweise Flüssigkeit
gesteuert hin- und herzubewegen sowie die Ansaug-Fluidkanäle und
die Ausstoß-Fluidkanäle in gesteuerter Weise zu öffnen und zu
schließen.
Ein typischer und bevorzugter Verlauf dieser Betätigungen ist im
Diagramm gemäß Fig. 6 gezeigt, wobei die Ansaugbewegung der
Kolben schneller ist als die Ausstoßbewegung und wobei die
Öffnungs-und Schließbewegungen der verschiedenen Fluidkanäle in
den Ruhestellungen der zugehörigen Kolben stattfindet, so daß
genau definierte Flüssigkeitsmengen in den entsprechenden
Pumpenraum eingesaugt und aus ihm ausgestoßen werden. Dabei
erfolgt die Bewegung der Pumpenkolben 5, 6 derart, daß das
Ausstoßen von Flüssigkeit durch einen Pumpenkolben beginnt, wenn
das Ausstoßen von Flüssigkeit durch den anderen Pumpenkolben
endet, so daß kontinuierlich Flüssigkeit gefördert wird, und zwar
wegen der konstanten Verlagerungsgeschwindigkeit der Pumpenkolben
beim Ausstoßen auch mit konstanter Förderrate.
Das Diagramm gemäß Fig. 6 verdeutlicht die verschiedenen
Bewegungsabläufe während einer vollständigen Umdrehung der
Steuerscheiben 2, 3.
Es wird davon ausgegangen, daß sich in der mit 0° bezeichneten
Lage der Pumpenkolben 5 in der vollständig in die Pumpenkammer
11 eingefahrenen Lage befindet, während der Pumpenkolben 4 gerade
mit der Bewegung in die Pumpenkammer 10 hinein beginnt, also
Flüssigkeit ausstößt, wie dies in den Fig. 1, 2 und 3 gezeigt
ist. In dieser Lage ist der Ansaug-Fluidkanal 17, der in Verbin
dung mit der den Pumpenkolben 4 aufnehmenden Pumpenkammer 10
steht, geschlossen, weil der Betätigungsnocken 40 des Platten
elementes 39 in Eingriff mit der Nockenfläche der Steuerscheibe
3 steht und dadurch eine den Betätigungsvorsprung 44 verlagernde
elastische Verformung stattfindet. Der Ausstoß-Fluidkanal 14 ist
demgegenüber geöffnet, so daß Flüssigkeit aus dem Pumpenraum 10
durch den Ausstoß-Fluidkanal 14 in den Hauptausstoßkanal 12
gedrückt werden kann. Der Ausstoß-Fluidkanal 16, der mit der
Pumpenkammer 11 in Verbindung steht, ist wegen der gerade
beendeten Ausstoßbewegung des Pumpenkolbens 5 noch geöffnet
(oberer Teil des Diagramms gemäß Fig. 6), wird jedoch kurz
danach geschlossen. Entsprechend ist der Ansaug-Fluidkanal 15
noch geschlossen, da sich der Pumpenkolben 5 in der eingefahrenen
Stellung befindet und kein Ansaugvorgang stattfinden soll.
Bei weiterer Drehung der Steuerscheiben aus der Stellung 0° wird
mit konstanter Einfahrgeschwindigkeit des Pumpenkolbens 4, die
durch die Form des entsprechenden Abschnittes der Mitnehmerkurven
30 und 31 in den Steuerscheiben 2 und 3 bestimmt wird, Flüssig
keit aus der Pumpenkammer 10 herausgedrückt. Nach einer relativ
kurzen Drehung von etwa 7,5° beginnt das Schließen des Ausstoß-
Fluidkanals 16 der Pumpenkammer 11, und dieser Schließvorgang ist
nach etwa 22,5° beendet, worauf bei etwa 30° das Öffnen des
Ansaug-Fluidkanals 15 der Pumpenkammer 11 einsetzt und bei etwa
45° beendet ist. Während dieses Umschaltens der Fluidkanäle der
Pumpenkammer 11 hat sich der Pumpenkolben 5 nicht aus seiner
eingefahrenen Endstellung bewegt. Erst bei etwa 52,5° wird der
Pumpenkolben 5 entsprechend der Form der Mitnehmerkurven 30 und
31 mit verhältnismäßig großer Geschwindigkeit bezüglich der
Drehachse 50 radial nach außen verfahren und saugt durch den
Ansaug-Fluidkanal 15 Flüssigkeit an. Dieser Ansaugvorgang ist
bei etwa 127,5° beendet, und bei etwa 135° beginnt der Ansaug-
Fluidkanal 15 zu schließen, so daß er bei etwa 150° vollständig
geschlossen ist. Während dieser gesamten Zeit fördert der
Pumpenkolben 4 Flüssigkeit durch den Ausstoß-Fluidkanal 14.
Bei etwa 157,5° beginnt der Ausstoß-Kanal 16 der Pumpenkammer 11
zu öffnen, ohne daß eine Verlagerungsbewegung des vollständig
radial nach außen verfahrenen Pumpenkolbens 5 stattfindet. Dieser
Öffnungsvorgang endet bei etwa 172,5°.
Bei 180° hat der Pumpenkolben 4 seine Ausstoßbewegung beendet,
und der Pumpenkolben 5 beginnt seine Ausstoßbewegung mit gleicher
Geschwindigkeit wie zuvor der Pumpenkolben 4. Erst kurz danach,
bei etwa 187,5° beginnt das Schließen des Ausstoß-Fluidkanals 14
der Pumpenkammer 10, und dieser Fluidkanal ist bei etwa 202,5°
geschlossen. Danach beginnt bei etwa 210° das Öffnen des Ansaug-
Fluidkanals 17 der Pumpenkammer 10. Diese Öffnungsbewegung ist
bei etwa 225° beendet. Erst bei etwa 232,5° erfolgt dann der
Beginn der Rückzugbewegung des Pumpenkolbens 4 und damit das
Ansaugen von Flüssigkeit durch den offenen Ansaug-Fluidkanal 17.
Der Pumpenkolben 4 und die zugehörigen Fluidkanäle arbeiten nun
in der gleichen Weise, wie zuvor der Pumpenkolben 5 nach Beginn
seiner Ansaugbewegung bei etwa 52,5°, so daß der Pumpenkolben 4
sich bei 360° wieder in der Stellung gemäß 0° und der Pumpenkol
ben 5 bei 360° in der Stellung gemäß 0° befindet. Das gleiche
gilt für die verschiedenen Fluidkanäle.
Wie bereits erwähnt, dienen zur Steuerung dieser Bewegungsabläufe
die Mitnehmerkurven 30 und 31 sowie die durch die Vertiefungen
33, 34 und 37 begrenzten Nockenflächen der Steuerscheiben 2 und
3, und es ist klar, daß durch Änderung der Formen dieser
Mitnehmerkurven und Nockenflächen ein geänderter Verlauf der
Bewegungen der Pumpenkolben und des Öffnens und Schließens der
Fluidkanäle bewirkt werden kann.
Wie das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel zeigt, ist
die dargestellte Radialkolbenpumpe extrem einfach aufgebaut, denn
sie besteht im wesentlichen nur aus 6 Teilen, nämlich dem
Pumpenkreuz 1, einer Baueinheit aus durch die Achse 49 festver
bundenen Steuerscheiben 2 und 3, zwei Pumpenkolben 4, 5 und zwei
Plattenelementen 38 und 39. Diese Teile lassen sich, wie ohne
weiteres erkennbar ist, auf einfache Weise als Massenartikel,
etwa aus Kunststoff fertigen, und trotzdem ist mit Hilfe der
Pumpe eine sehr genau gesteuerte, kontinuierliche Förderung von
kleinen Flüssigkeitsmengen mit im wesentlichen konstanter
Förderrate möglich.
Claims (13)
1. Radialkolbenpumpe mit einem Pumpenträger (1), in dem zwei auf
einer Geraden (51) liegende Pumpenkammern (10, 11) ausgebil
det sind, in denen sich auf der Geraden (51) hin- und
herbewegbare Pumpenkolben (4, 5) befinden, die durch Kopplung
mit einem Mitnehmerteil (2, 3) bei einer relativen Drehung des
Mitnehmerteils (2, 3) bezüglich dem Pumpenträger (1) um eine
die Gerade (51) schneidende und mittig zwischen den Pum
penkammern (4, 5) liegende Drehachse (50) bewegt werden, wobei
mit jeder der Pumpenkammern (10; 11) an ihrem der Drehachse
(50) näheren Ende zumindest ein Fluidkanal (14, 17; 15, 16)
verbunden ist, der in Abhängigkeit von der relativen Lage von
Mitnehmerteil (2, 3) und Pumpenträger (1) geschlossen ist,
dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpenkolben (4, 5) gegensin
nig hin- und herbewegt werden, daß jede Pumpenkammer (10; 11)
mit einem Ansaug-Fluidkanal (17; 15) und mit einem Ausstoß-
Fluidkanal (14; 16) verbunden ist, in deren Verlauf jeweils
eine Ventilanordnung (24, 25) vorgesehen ist, die mit am
Mitnehmerteil (2, 3) vorgesehenen Betätigungseinrichtungen
(38, 39) zusammenwirken, und daß die Ansaug-Fluidkanäle (15,
17) mit einem gemeinsamen Hauptansaugkanal (13) und die
Ausstoß-Fluidkanäle (14, 16) mit einem gemeinsamen Haupt
ausstoßkanal (12) verbunden sind.
2. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Mitnehmerteil (2, 3) mindestens eine um die Drehachse
(50) drehbare Steuerscheibe (2, 3) aufweist, die mindestens
eine Mitnehmerkurve (30; 31) für einen Pumpenkolben (4, 5)
trägt und an der eine Betätigungseinrichtung (38; 39) für
mindestens die Ventilanordnungen im Ansaug-Fluidkanal (15;
17) der einen Pumpenkammer (11; 10) und im Ausstoß-Fluidkanal
(14; 16) der anderen Pumpenkammer (10; 11) vorgesehen ist.
3. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das Mitnehmerteil (2, 3) zwei koaxial angeordnete, zu
beiden Seiten des Pumpenträgers (1) liegende Steuerscheiben
(2, 3) aufweist, von denen jede auf eine gleichartige
Betätigungseinrichtung (38; 39) wirkt.
4. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß jede der Steuerscheiben (2; 3) eine Mitnehmerkurve (30;
31) für die Pumpenkolben (4; 5) aufweist.
5. Radialkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtungen jeweils ein
unverdrehbar am Pumpenträger (1) gehaltertes, elastisch
verformbares Betätigungselement (38; 39) aufweisen, an dessen
Enden an der dem Pumpenträger (1) zugewandten Seite Betäti
gungsvorsprünge (46, 47; 44, 45) zur Einwirkung auf die
zugehörige Ventilanordnung (24; 25) vorgesehen sind, während
die dem Pumpenträger (1) abgewandte Seite des Betätigungs
elementes (38; 39) in Eingriff mit an der Steuerscheibe (2;
3) ausgebildeten Nockenflächen bringbar ist.
6. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß an der dem Pumpenträger (1) abgewandten Seite des
Betätigungselementes (38; 39) Betätigungsnocken (42, 43; 40,
41) vorgesehen sind und daß die Nockenfläche durch Eingriff
mit einem Betätigungsnocken (40, 41; 42, 43) eine elastische
Verformung des Betätigungselementes (38; 39) zum Ineingriff
bringen eines Betätigungsvorsprungs (44; 45; 46; 47) bewirkt.
7. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die kreisbogenförmige Ergänzung der Nockenfläche aus
einer Vertiefung (33, 34; 37) zur Aufnahme der Betätigungs
nocken (40, 41; 42, 43) besteht, an deren Enden Übergänge zur
Nockenfläche bildende Rampen (35; 36) vorgesehen sind.
8. Radialkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß an jedem Pumpenkolben (4; 5) mindestens
ein seitlich vorstehender Nockenstift (6, 7; 8, 9) vorgesehen
ist, der in Eingriff mit der zugehörigen Mitnehmerkurve (30;
31) der Steuerscheibe (2; 3) steht.
9. Radialkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß jeder Fluidkanal (14, 15, 16, 17) eine
seitliche Öffnung aufweist und in diesem Bereich von einem
flexiblen Dichtschlauch (24; 25) umgeben ist und daß das
Betätigungselement (38; 39) zum Schließen der Ventilanordnung
den Dichtschlauch (24; 25) durch die seitliche Öffnung in
dichtende Anlage an die ihr gegenüberliegende Wandung des
Fluidkanals (14; 15; 16; 17) drückt.
10. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die der Öffnung gegenüberliegende Wandung durch einen
Ringbereich (26; 27; 28; 29) gebildet ist, der einen
senkrecht zur Mittelachse der Öffnung verlaufenden Abschnitt
(18; 19) des Fluidkanals (14; 15; 16; 17) umgibt.
11. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß sowohl die Öffnungen beider Ansaug-Fluidkanäle (15; 17)
als auch die Öffnungen beider Ausstoß-Fluidkanäle (14, 16)
jeweils koaxial zueinander liegen und die senkrecht zur
Mittelachse der Öffnungen verlaufenden Abschnitte miteinander
verbunden sind, wobei an diese Verbindungen (18; 19) der
zugehörige Hauptkanal (12; 13) angeschlossen ist.
12. Radialkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, daß die Ansaugbewegung der Pumpenkolben (4;
5) schneller ist als die Ausstoßbewegung und daß der eine
Pumpenkolben (4; 5) sich bei Beginn der Ausstoßbewegung des
anderen Pumpenkolbens (5; 4) im Stillstand befindet.
13. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
daß das Öffnen und Schließen der Ventilanordnungen einer
Pumpenkammer (10; 11) während des Stillstandes des in der
Pumpenkammer (10; 11) befindlichen Pumpenkolbens (4; 5)
erfolgt.
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