DE4028029C1

DE4028029C1 - Liquid measuring and dispensing device e.g. for food or chemicals - has controller which alternately connects each two cylinder working chambers with liquid feed and return according to shaft rotation

Info

Publication number: DE4028029C1
Application number: DE19904028029
Authority: DE
Inventors: Bernhard 4799 Borchen De Huester
Original assignee: Tankanlagen Salzkotten GmbH
Current assignee: Gilbarco Verwaltungs GmbH
Priority date: 1990-09-04
Filing date: 1990-09-04
Publication date: 1992-03-12
Anticipated expiration: 2010-09-05

Abstract

The lifting cylinder liquid measurement and dispensing arrangement has three cylinders contg. movable pistons (5) working in conjunction with a drive or driven shaft, a controller and a separate pump which supplies the controller with liquid. The controller alternately connects each two cylinder working chambers with a liquid feed and return according to the shaft rotation. - The three pistons are arranged with parallel axes in a rotor (2) enclosed by a cylinder housing and rotatable about a central axis parallel to the cylinder axes. As the rotor turns each piston impacts a periodic lifting motion by rolling on a cam ring (8).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Meß- und Dosiereinrichtung für Flüssigkeiten in Hubkolbenbauart mit drei Zylindern und in diesen bewegbaren Kolben, die mit einer An- oder Abtriebswelle zusammenwirken, mit einer Steuervorrichtung, welche jeweils zwei Arbeitsräume der Zylinder entsprechend der Drehung der An- oder Abtriebswelle im Wechsel mit einem Flüssigkeitszu lauf und einem Flüssigkeitsablauf verbindet und mit einer Fremd pumpe, welche die Flüssigkeit der Steuervorrichtung zuführt.The invention relates to a measuring and metering device for liquids in reciprocating piston design with three cylinders and in this movable piston with an input or output shaft cooperate with a control device, each two working spaces of the cylinders according to the rotation of the Input or output shaft alternating with a liquid supply barrel and a liquid drain connects and with a foreign pump which supplies the liquid to the control device.

Meß- und Dosiereinrichtungen dieser Art, die in vielfältigem Aufbau in der Chemie,- in Pharmazie-, in Lebensmittelindustrie und Mineralölwirtschaft eingesetzt werden, arbeiten meist als rotierende Verdrängerpumpen, oszillierende Membran- oder Kol benpumpen oder auch als komplizierte Flüssigkeitsmeßgeräte mit Ventilsteuereinrichtungen.Measuring and dosing devices of this type, which in many Structure in chemistry, - in pharmacy, in food industry and mineral oil management are mostly used as rotating displacement pumps, oscillating diaphragm or col benpumpen or as complicated liquid meters with valve control devices.

Sogenannte Drehkolbenpumpen sind mechanisch abdichtende Pumpen, bei denen für eine Messung oder Dosierung von dünnflüssigen Medien eine hohe Präzision in der Bearbeitung erforderlich ist, wobei diese Bauart sehr leicht zu Schwergang oder Blockierung neigt. Außerdem sind umfangreiche technische Mittel erfor derlich, um derartige rotierende Verdrängerpumpen in ihrer Dosierrate, bezogen auf die Umdrehung des Antriebs, auf genaue Meßeinheit zu justieren.So-called rotary lobe pumps are mechanically sealing pumps, in those for a measurement or dosing of low viscosity Media high precision in machining is required this design is very easy to stiff or block tends. Extensive technical means are also required to such rotary displacement pumps in their Dosing rate, based on the revolution of the drive to adjust the exact measuring unit.

Bekannte oszillierende Membran- oder Kolbendosiereinrich tungen werden in ihren Membran- oder Kolbenbewegungen durch Kurbeln oder Exzentertriebe angetrieben, die eine sinus förmige Bewegung und damit eine unerwünschte ungleichförmige Flüssigkeitsabgabe erzeugen. Zur meßgenauen Abgrenzung der abgegebenen Flüssigkeitsmengen sind Justiereinrichtungen auch hierbei nur durch großen technischen Aufwand darzustellen.Known oscillating membrane or piston metering device are in their membrane or piston movements Cranks or eccentric drives that drive a sinus shaped movement and thus an undesirable non-uniform Generate fluid release. For precise measurement of the dispensed quantities of liquid are adjusting devices too to represent only through great technical effort.

Bekannt ist die eingangs genannte Vorrichtung zum Messen von Flüssigkeitsmengen mit drei Zylindern aus der US-PS 19 70 538. Die Kolben rollen hierbei kolbenstangenseitig innen an einer zur Mittelachse konzentrischen zylinderförmigen Fläche ab. Jeweils zwei der Arbeitsräume sind im Wechsel mit einem Ein lauf und einem Auslauf verbindbar. Nachteilig ist der große Durchmesser der zylinderförmigen Lauffläche, welcher etwa der Summe aus der zweifachen Kolbenlänge und einem Kolbenhub ent sprechen muß.The above-mentioned device for measuring is known Liquid quantities with three cylinders from US-PS 19 70 538. The pistons roll on the inside of the piston rod cylindrical surface concentric to the central axis. Two of the work rooms alternate with an on barrel and an outlet connectable. The big one is a disadvantage Diameter of the cylindrical tread, which is about the Sum of twice the piston length and one piston stroke must speak.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Meß- und Dosiereinrichtung der eingangs genannten Art Füllung und Ab gabe der Flüssigkeit durch die Kolben im zeitlichen Ablauf gleichförmiger als bei der volumetrischen Dosierung und Messung bisher bekannter Vorrichtungen zu gestalten.The invention has for its object in a measurement and Dosing device of the type mentioned filling and Ab Pass the liquid through the pistons over time more uniform than with volumetric dosing and To design measurement of previously known devices.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die drei Zylinderkolben mit ihren Achsen parallel zueinander in einem Rotor angeordnet sind, der von einem Zylindergehäuse umgeben und um dessen zu den Achsen der Zylinder parallel ver laufenden Mittelachse drehbar ist, und daß bei der Rotation des Rotors jedem Kolben durch Abrollen auf einem Kurvenring eine periodische Hubbewegung erteilt wird. This object is achieved according to the invention in that the three cylinder pistons with their axes parallel to each other in a rotor are arranged by a cylinder housing surrounded and ver around it parallel to the axes of the cylinders current center axis is rotatable, and that in the rotation of the Rotors each piston by rolling on a cam ring one periodic lifting movement is issued.

Durch das wechselweise Kommunizieren von zwei Arbeitsräumen von drei Kolben mit dem Ein- und Auslauf der Einrichtung wird erreicht, daß der Arbeitsraum des dritten Kolbens während eines vorgegebenen, sich periodisch wiederholen den Zeitintervalls verhältnismäßig inaktiv gehalten wird und die Übergänge zwischen Füllen und Abgeben der Flüssig keit weicher verlaufen.By alternately communicating two work rooms of three pistons with the inlet and outlet of the device is achieved that the working space of the third piston repeating periodically during a given one the time intervals are kept relatively inactive and the transitions between filling and dispensing the liquid course softer.

Durch geeignete Formgebung des Kurvenrings, auf dessen Laufbahn die drei Kolben abrollen, kann, bezogen auf 120° Drehbewegung der An- oder Abtriebswelle, jede erdenkliche Dosier- und Abgabecharakteristik erzielt werden, beispiels weise eine gleichbleibende lineare Abgabecharakteristik mit konstanter Förderleistung. Die Formgebung des Kurven rings bestimmt unmittelbar die axiale Hubbewegung der Kolben. Durch eine Änderung der Form läßt sich darüber hinaus der Kolbenhub aller drei Kolben begrenzen.By suitable shaping of the cam ring, on its Race the three pistons can roll, based on 120 ° Rotary movement of the input or output shaft, every conceivable Dosing and dispensing characteristics can be achieved, for example exhibit a constant linear delivery characteristic with constant delivery rate. The shape of the curve rings directly determines the axial stroke movement of the Piston. By changing the shape you can do that limit the piston stroke of all three pistons.

Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unter ansprüchen.Further advantages and features result from the sub claims.

Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert; es zeigt The invention is based on one in the drawing illustrated embodiment explained in more detail; it shows

Bild 1 einen Längsmittelschnitt durch das Zylindergehäuse mit den darin in einem Rotor drehbaren und axial auf- und abwärts bewegbaren Kolben; Figure 1 shows a longitudinal central section through the cylinder housing with the pistons rotatable therein and axially movable up and down in a rotor;

Bild 2 einen Schnitt durch die Kolben entlang der Linie A-A in Bild 1; Figure 2 shows a section through the pistons along the line AA in Figure 1;

Bild 3 eine Ansicht auf die Steuerfläche des das Zylinder gehäuse abschließenden Oberteils von unten entlang der Linie B-B in Bild 1; Figure 3 is a view of the control surface of the upper part closing the cylinder housing from below along the line BB in Figure 1;

Bild 4 eine Seitenansicht auf den Kurvenring mit Schnitt durch die Bodenplatte im Bereich zweier Befesti gungspunkte und einer Einstellschraube; Figure 4 is a side view of the cam ring with a section through the base plate in the area of two fastening points and an adjusting screw;

Bild 5 eine Draufsicht auf die Bodenplatte mit Befesti gungspunkten und Einstellschrauben; Figure 5 is a plan view of the base plate with fastening points and adjusting screws;

Bild 6 eine Abwicklung der Laufbahn des Kurvenrings; Figure 6 a development of the raceway of the cam ring;

Bild 7 ein Funktionsdiagramm der einzelnen Kolben während einer Rotorumdrehung. Figure 7 is a functional diagram of the individual pistons during one rotor revolution.

Wie Bild 1 zeigt, ist ein auf einer Bodenplatte 19 fest stehendes Zylindergehäuse 1 vorgesehen, in dem ein Rotor 2 mit einer ihn oben abschließenden Steuerplatte 3 und einer daran befestigten Abtriebswelle 4 drehbar gelagert ist.As shown in Figure 1, a cylinder housing 1 which is fixed on a base plate 19 is provided, in which a rotor 2 with a control plate 3 closing it at the top and an output shaft 4 attached to it is rotatably mounted.

Im Rotor 2 sind drei um 120° winkelversetzte Zylinder 20 mit jeweils axial auf- und abwärts beweglichen Kolben 5 angeordnet, die an ihrem oberen Ende mit einer Manschette 6 abgedichtet sind und am Kolbenboden in einem nach unten vor stehenden Doppelflansch jeweils eine darin gelagerte Lauf rolle 7 aufweisen.In the rotor 2 three by 120 ° offset cylinders 20 each with axially upward and downward moving pistons 5 are arranged, which are sealed at their upper end with a sleeve 6 and roll on the piston head in a downwardly projecting double flange each one of the bearings stored therein 7 have.

Auf der Bodenplatte 19 ist konzentrisch zur Drehachse der Abtriebswelle 4 ein Kurvenring 8 befestigt, auf dessen Laufbahn 24 die Laufrollen 7 der drei Kolben 5 ab rollen, wodurch diesen eine in axialer Richtung begrenzte Hubbewegung erteilt wird, die sich der Rotationsbewegung überlagert. Wie die Schnittdarstellung A-A in Bild 2 zeigt, liegen die Umlaufebenen der Laufrollen 7 tangential an einem strichpunktiert dargestellten Kreis an, der zugleich die Mittellinie der Laufbahn 24 bildet.On the base plate 19 is a concentric to the axis of rotation of the output shaft 4, a cam ring 8 is fixed, on the raceway 24, the rollers 7 of the three pistons 5 roll, whereby this is given a limited axial movement, which overlaps the rotational movement. As the sectional illustration AA in Figure 2 shows, the orbital planes of the rollers 7 lie tangentially on a circle shown in dot-dash lines, which at the same time forms the center line of the raceway 24 .

Wie Bild 5 zeigt, ist der Kurvenring 8 auf der Bodenplatte 19 an zwei Befestigungspunkten 9 elastisch abgestützt, welche um 120° winkelversetzt zu einer Einstellschraube 10 liegen, die ihrerseits in unmittelbarer Nähe des am tiefsten liegenden Kulminationspunktes 25 der Laufbahn 24 ange ordnet ist. Von diesem Punkt aus steigt die Laufbahn 24 des Kurvenringes 8 gleichmäßig an, bis sie nach jeweils 120° Bogenwinkel an den Befestigungspunkten 9 in einen zur Bodenplatte 19 parallelen, flachen Laufbahnabschnitt übergeht und die Befestigungspunkte 9 verbindet. Die Be festigungspunkte 9 bilden hierbei eine Kipplinie X, um die der Kurvenring 8 zur genauen Justierung der gewünsch ten Dosier- und Abgabemengen pro Rotor-Umdrehung begrenzt verstellbar gelagert ist. Zur Verstellung dient die nahe dem Kulminationspunkt 25 angeordnete und von der Unter seite der Bodenplatte 19 aus zugängliche Einstellschraube 10 in Verbindung mit einer zu dieser diametral angeordneten weiteren Einstellschraube 10.As Figure 5 shows, the cam ring 8 is elastically supported on the base plate 19 at two fastening points 9 , which are offset by 120 ° to an adjusting screw 10 , which in turn is in the immediate vicinity of the lowest culmination point 25 of the raceway 24 . From this point, the runway 24 increases the cam ring 8 at evenly until they parallel to each 120 ° bend angle at the attachment points 9 in a to the base plate 19, passes over the flat track portion, and connects the attachment points. 9 Be the attachment points 9 here form a tilt line X, around which the cam ring 8 for limited adjustment of the desired dosing and dispensing amounts per rotor revolution is limited adjustable. Is used to adjust the near the culmination point 25 is arranged and from the underside of the bottom plate 19 from accessible adjusting screw 10 in conjunction with a further at this diametrically disposed adjusting screw 10th

Bild 6 zeigt die Kolben- und Rollenstellungen (I, II und III) auf einer Abwicklung des Kurvenrings in den jeweiligen Kulminationspunkten. Da die axiale Hubbewegung der Kolben 5 unmittelbar abhängig ist von der Formgebung der Laufbahn 24, läßt sich jede gewünschte Durchfluß- und Abgabecharakte ristik für die zu messende bzw. zu dosierende Flüssigkeit herstellen. Figure 6 shows the piston and roller positions (I, II and III) on a development of the cam ring in the respective culmination points. Since the axial stroke movement of the piston 5 is directly dependent on the shape of the raceway 24 , any desired flow and discharge characteristics can be produced for the liquid to be measured or metered.

Wie in der Schnittdarstellung B-B Bild 3 zeigt, ist in der Steuerplatte 3 jedem Zylinder-Arbeitsraum 20 eine kreis runde Steuerbohrung 21 zugeordnet. Wie gestrichelt in Bild 3 angedeutet, liegen die drei Steuerbohrungen 21 für die drei Zylinder-Arbeitsräume 20 jeweils um 120° winkel versetzt auseinander. As shown in the sectional view BB Figure 3, a circular control bore 21 is assigned to each cylinder work chamber 20 in the control plate 3 . As indicated by dashed lines in Figure 3, the three control bores 21 for the three cylinder work spaces 20 are each offset by 120 °.

Auf dem oberen Rand des Zylindergehäuses 1 ist ein Ober teil 16 befestigt, in dem sich für die zu messende oder zu dosierende Flüssigkeit ein Eintrittskanal 14 und ein Austrittskanal 15 diametral gegenüberstehen. Das Ober teil 16 enthält weiterhin eine Durchgangsbohrung für die nach oben herausgeführte Abtriebswelle 4. Die Unterseite des Oberteils 16 wirkt in bezug auf die Oberseite der mit dem Rotor 2 verbundenen Steuerplatte 3 als Steuerfläche 26. Vom Eintrittskanal 14 und vom Austrittskanal 15 aus münden in dieser Steuerfläche 26 zwei diametral zueinander angeordnete Steueröffnungen 22 und 23 in Form von aus gefrästen nierenförmigen Taschen, von denen im Wechsel immer eine Steueröffnung bei Rotation den Durchgang über die sich momentan während eines Bogenwinkels von geringfügig mehr als 120° vorbeibewegende Steuerbohrung 21 entweder zum Einlaß kanal 14 oder zum Austrittskanal 15 freigibt. Eine der artige Anordnung der beiden Steueröffnungen 22 und 23 ermöglicht hierbei Überschneidungen mit den jeweils pas sierenden Steuerbohrungen 21 derart, daß sich ein Zylin der I mit Flüssigkeit füllt, während ein weiterer Zylin der II Flüssigkeit abgibt und ein dritter Zylinder III weder mit dem Zulauf noch mit dem Ablauf verbunden ist und für eine bessere Steuerung der Übergänge sorgt.On the upper edge of the cylinder housing 1 , an upper part 16 is fastened, in which an inlet channel 14 and an outlet channel 15 are diametrically opposed for the liquid to be measured or metered. The upper part 16 also contains a through hole for the output shaft 4 leading upwards. The underside of the upper part 16 acts as a control surface 26 with respect to the upper side of the control plate 3 connected to the rotor 2 . From the inlet channel 14 and from the outlet channel 15 , two control openings 22 and 23 arranged diametrically to one another in the form of milled kidney-shaped pockets open out in this control surface 26 as a 120 ° moving control bore 21 either to the inlet channel 14 or to the outlet channel 15 releases. One of the arrangement of the two control openings 22 and 23 enables overlaps with the respective control holes 21 in such a way that one cylinder of the I fills with liquid, while another cylinder of the II releases liquid and a third cylinder III neither with the inlet nor is connected to the process and provides better control of the transitions.

Für eine lineare Durchfluß- und Abgabecharakteristik sind die einzelnen Befüllungs- und Abgabezyklen der drei Arbeits räume (I, II und III), bezogen auf eine Rotorumdrehung von 360°, in Bild 7 dargestellt. Hieraus ist erkennbar, daß bei spielsweise in einer ersten Drehphase von 120° sich der Zylin der I füllt, der Zylinder II Flüssigkeit abgibt und sich der Zylinder III in der neutralen Stellung befindet; nach weiteren 120° übernimmt der Zylinder III die Füllphase, während der Zylinder I Flüssigkeit abgibt und sich der Zylinder II neutral verhält, wohingegen in der letzten Drehphase sich der Zylinder II in der Füllphase, der Zylinder III in der Abgabe-Phase und der Zylinder I in der Neutral-Stellung befinden.For a linear flow and discharge characteristic, the individual filling and discharge cycles of the three work rooms (I, II and III), based on a rotor rotation of 360 °, are shown in Figure 7. It can be seen from this that, for example, in a first rotation phase of 120 °, the cylinder of the I fills, the cylinder II releases liquid and the cylinder III is in the neutral position; After a further 120 °, the cylinder III takes over the filling phase, while the cylinder I releases liquid and the cylinder II behaves neutrally, whereas in the last rotation phase the cylinder II is in the filling phase, the cylinder III in the dispensing phase and the cylinder I are in the neutral position.

Zur sicheren Abdichtung der Steuerfläche 26 des Ober teils 16 gegenüber dem Rotor 2 wird der Rotor gegen die Steuerfläche durch ein Federpaket 17 angedrückt, welches sich auf einem in der Bodenplatte 19 einge lassenen Drucklager 18 abstützt.To securely seal the control surface 26 of the upper part 16 with respect to the rotor 2 , the rotor is pressed against the control surface by a spring assembly 17 , which is supported on a thrust bearing 18 left in the base plate 19 .

Zur Auffüllung des Gesamtsystems einschließlich der unteren Räume mit Flüssigkeit sind im Rotor 2 Bohrungen 12 vorgesehen, die über eine Aussparung 13 mit einer im Austrittskanal 15 ausmündenden Entlüftungsbohrung 11 im Oberteil 16 in Verbindung stehen, wodurch die unteren Zylinderräume und damit die Unterseiten der Kolben 5 mit dem Austrittskanal 15 verbunden sind.To fill the entire system including the lower spaces with liquid, 2 bores 12 are provided in the rotor, which are connected via a recess 13 to a vent bore 11 in the upper part 16 opening out in the outlet duct 15 , so that the lower cylinder spaces and thus the undersides of the pistons 5 are connected are connected to the outlet duct 15 .

Die Abtriebswelle 4 kann zur Messung und Dosierung von Flüssigkeitsmengen an verschiedene Leitsysteme, wie bei spielsweise Durchflußzähler, Meßmotoren oder Schrittmotoren angeschlossen werden.The output shaft 4 can be connected to various control systems, such as flow meters, measuring motors or stepper motors, for measuring and metering liquid quantities.

Claims

1. Measuring and metering device for liquids in reciprocating piston type with three cylinders and in this movable piston, which cooperate with an input or output shaft, with a control device, which alternately two working spaces of the cylinder according to the rotation of the input or output shaft with a liquid inlet and a liquid outlet and with an external pump which supplies the liquid to the control device, characterized in that the three cylinder pistons ( 5 ) are arranged with their axes parallel to one another in a rotor ( 2 ) which is separated from a cylinder housing ( 1 ) to give and about which to the axes of the cylinder parallel central axis is rotatable, and that in the rotation of the rotor ( 2 ) each piston ( 5 ) by rolling on a cam ring ( 8 ) a periodic stroke movement is given.

2. Device according to claim 1, characterized in that the rotor ( 2 ) at the upper edge with a Ar the working spaces ( 20 ) of the piston ( 5 ) final control erplatte ( 3 ) is provided, with the central upwards through one the cylinder housing ( 1 ) attached upper part ( 16 ) through or driven shaft ( 4 ) is connected.

3. Device according to claim 1, characterized in that on the underside of the pistons ( 5 ) rollers ( 7 ) are mounted, which can be unrolled on a raceway ( 24 ) of the curve ring ( 8 ), each provided with a gradient and incline.

4. Device according to claim 3, characterized in that the cam ring ( 8 ) on a cylinder housing ( 1 ) supporting base plate ( 19 ) tiltably attached and aligned with respect to the inlet and outlet of the liquid ( 14 and 15 ) that its deepest cul mination point ( 25 ) between the slope and slope essentially below the inlet ( 14 ) and its highest section of the race substantially below half of the outlet ( 15 ).

5. Device according to claim 4, characterized in that the slope and the slope of the track ( 24 ) each extend to 120 ° arc angle and the remaining 120 ° arc angle are bridged by a flat, parallel to the track section.

6. Device according to claim 4, characterized in that the cam ring ( 8 ) on the base plate ( 19 ) in two fastening points ( 9 ) is fixed by interposition of elastic means, which are located at the transitions between the parallel section of the track and slope or slope in a tilt line (X).

7. Device according to claims 4 and 6, characterized in that the cam ring ( 8 ) for changing the stroke of the piston ( 5 ) below the cul mination point ( 25 ) of his career ( 24 ) with respect to the tilt line (X) by an adjustment screw ( 10 ) is pivotable and adjustable.

That there is provided 8. Device according to claim 7, characterized in that determining the skew of the cam ring (8) with respect to the tilting line (X) diametrically to the adjusting screw (10) screw, an additional counter (10).

9. Device according to claim 8, characterized in that the adjusting screw and lock screw ( 10 ) from the underside of the base plate ( 19 ) are accessible and adjustable.

10. The device according to claim 2, characterized in that the control plate ( 3 ) three with the work spaces ( 20 ) of the piston ( 5 ) connected control bores ( 21 ), of which when the rotor ( 2 ) rotates always two in alternation With two diametrically arranged in the upper part ( 16 ), provided with pocket-shaped cutouts, each extending over an arc angle of slightly more than 120 °, the control openings ( 22 , 23 ) communicate, each with the inlet ( 14 ) and the outlet ( 15 ) are connected.

11. The device according to claim 2, characterized in that the rotor ( 2 ) with its control plate ( 3 ) under the action of resilient means against which the upper part ( 16 ) of the cylinder housing ( 1 ) to the control openings ( 22 , 23 ) below concluding ßende Control surface ( 26 ) can be pressed.

12. The device according to claim 11, characterized in that the elastic means are formed as a spring assembly ( 17 ) which is supported on a pressure bearing ( 18 ) arranged in the base plate ( 19 ).

13. The device according to claim 1, characterized in that for venting the interior at the first filling in the rotor wall radially directed Boh stanchions ( 12 ), over the height of the rotor ( 2 ) outside edge recesses ( 13 ) and one in the outlet ( 15th ) opening bore ( 11 ) are seen before.