DE4039326A1

DE4039326A1 - Dosing and=or controlling flow of liquid or gas - using cylindrical body contg. stepped piston with inlet and outlet near step for operation independent of pressure in inlet and outlet

Info

Publication number: DE4039326A1
Application number: DE19904039326
Authority: DE
Inventors: Guenter Obstfelder
Original assignee: F & O Electronic Systems
Current assignee: F & O Electronic Systems
Priority date: 1990-12-10
Filing date: 1990-12-10
Publication date: 1992-06-17
Also published as: DE4039326C2

Abstract

An arrangement for dosing or controlling the flow of a liquid or gaseous medium contains at least one circular cylinder (1) with inlet and outlet lines for the medium and a piston (2) movable inside the cylinder for displacing the medium. The top surface of the piston is divided into two surfaces (17, 17`) at different levels by a shoulder-shaped step (5, 6). The inlet and outlet lie near the step and the maximum piston stroke is equal to the height (h) of the step. The stroke can be adjusted within this height. The piston can rotate about its central axis. The rotation is synchronised with the axial motion. USE/ADVANTAGE - Doses or controls flow of liquid or gas independently of pressure in feed or return connected to inlet and outlet.

Description

Technical field:

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Dosieren und/oder Steuern oder Regeln des Durchflusses eines flüssigen oder gasförmigen Mediums gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a device for dosing and / or controlling or regulating the flow of a liquid or gaseous medium according to the Preamble of claim 1.

State of the art:

In der Regelungs- und Steuerungstechnik von flüssigen oder gasförmigen Medien sind Kolbenpumpen als Dosier- oder Einspritz-pumpen und Kreisel-, Schleuder- und Zentrifugalpumpen bekannt. Bei den Kolben- oder Membrankolbenpumpen kann der Förderstrom meist stufenlos verändert werden durch Verstellen des Hubes, um den Liefergrad der Pumpe zu verändern. (Lueger Lexikon der Technik; rororo TB, Bd. 39, 210). Derartige Dosierungspumpen dosieren aufgrund einer Druckdifferenz des Eingangs- bezüglich des Ausgangsdruckes, wobei zum Befüllen der Vorrichtung der Eingangsdruck höher als der Ausgangsdruck sein muß. Eine Dosierung gegenüber einem höheren Ausgangsdruck als der Eingangsdruck ist nicht möglich.In the regulation and control technology of liquid or gaseous media are piston pumps as metering or injection pumps and centrifugal, centrifugal and Centrifugal pumps known. With piston or diaphragm piston pumps, the The flow rate can usually be changed continuously by adjusting the stroke to the Change the delivery rate of the pump. (Lueger Lexicon of Technology; rororo TB, Vol. 39, 210). Such metering pumps meter due to a pressure difference of Inlet with respect to the outlet pressure, with the Inlet pressure must be higher than the outlet pressure. A dosage versus a higher outlet pressure than the inlet pressure is not possible.

Technical task:

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Dosieren und/oder Steuern oder Regeln des Durchflusses eines flüssigen oder gasförmigen Mediums zu schaffen, die imstande ist, unabhängig von den Drücken innerhalb der Zu- und Ableitungen eine Dosierung vorzunehmen, wobei der Förderstrom der Vorrichtung in vorgebbarer Weise veränderbar, aber von den Drücken in der Zu- oder Ableitung nicht beeinflußbar sein soll; ebenso soll die Vorrichtung mechanisch einfach ohne federbewegte Teile aufgebaut sein.The invention has for its object a device for dosing and / or Controlling or regulating the flow of a liquid or gaseous medium which is able to create, regardless of the pressures within the feed and Deductions to make a dosage, the flow rate of the device in can be specified, but can be changed by the pressures in the supply or discharge should not be able to be influenced; the device should also be mechanically simple without spring-moving parts must be built.

Presentation of the invention and its advantages:

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. The object is achieved according to the invention by the features of claim 1.
Further advantageous embodiments of the invention are characterized in the subclaims.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung besitzt den hervorstechenden Vorteil, daß mit ihr ein flüssiges oder gasförmiges Medium unabhängig von den herrschenden Drücken in den Zuleitungs- und den Ableitungskanälen dosiert und gefördert werden kann. Da erfindungsgemäß prinzipiell aufgrund der Drehbewegung des Kolbens die Einlaßphase fluid- und druckmäßig vollständig von der Auslaßphase getrennt ist und da die Vorrichtung aufgrund der Hubbewegung des Kolbens während der Einlaßphase ansaugend arbeitet und während der Auslaßphase das Medium durch den innerhalb des Zylinders erzeugbaren Druck gegen den Druck innerhalb der Ableitungskanäle in dieselben gefördert werden kann, kann ein Dosieren unabhängig von der Druckdifferenz innerhalb der Zuleitungs- bezüglich der Ableitungskanäle erfolgen, weshalb mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung insbesondere auch dann ein Dosieren möglich ist, wenn in den Ableitungskanälen ein höherer Druck als in den Zuleitungskanälen herrscht.The device according to the invention has the salient advantage that with it a liquid or gaseous medium regardless of the prevailing pressures can be metered and conveyed in the supply and discharge channels. Since according to the invention in principle due to the rotary movement of the piston The inlet phase is completely separated in terms of fluid and pressure from the outlet phase and because the device due to the stroke of the piston during the Intake phase works and during the outlet phase through the medium the pressure that can be generated inside the cylinder against the pressure inside the cylinder Discharge channels can be conveyed into the same, dosing can regardless of the pressure difference within the supply line regarding the Discharge channels take place, which is why with the device according to the invention In particular, dosing is also possible if in the discharge channels a higher pressure than in the supply ducts.

Des weiteren ist über eine vorgebbare Veränderung des Hubes des Kolbens in weiten Bereichen eine Mengen- oder Volumendosierung des Mediums, also die Fördermenge pro Hub, mittels der Vorrichtung möglich, wobei die Dosiermenge unabhängig vom Eingangsdruck oder vom Ausgangsdruck oder vom Druckunter schied zwischen beiden ist und nur von der Anzahl der Hübe pro Zeiteinheit und der jeweiligen Hubhöhe abhängt. Die geförderte Menge hängt somit nur von der Hubanzahl pro Zeiteinheit und der Hubhöhe ab, die veränderbar ist.Furthermore, a predetermined change in the stroke of the piston is in wide areas a quantity or volume metering of the medium, i.e. the Delivery rate per stroke, possible by means of the device, the metering amount independent of the inlet pressure or the outlet pressure or the pressure lower is between the two and only the number of strokes per unit of time and the depends on the respective lifting height. The amount funded depends only on the Number of strokes per unit of time and the lifting height, which can be changed.

Ebenso ist es möglich, aufgrund unterschiedlicher Gestaltung und/oder Größe der Teilflächen der Oberfläche des Kolbens und/oder unterschiedlicher Gestaltung der Mündungen der Zu- und Ableitungen für das Medium innerhalb der Mantelwandung des Zylinders - beispielsweise als schräge Längsschlitze, gleich- oder gegensinnig, verlaufend - die Ein- und Auslaßphase der Vorrichtung zu optimieren und vollständig voneinander zu trennen. Zum Beispiel kann sich der Kolben schon wieder oder noch bewegen, wenn die Zu- oder Ableitungen der Vorrichtung nur geringfügig - gerade noch oder schon wieder - geöffnet bzw. geschlossen sind. It is also possible due to the different design and / or size of the Partial surfaces of the surface of the piston and / or different design of the Mouths of the inlets and outlets for the medium within the jacket wall of the cylinder - for example as oblique longitudinal slots, in the same or opposite directions, ongoing - to optimize the inlet and outlet phase of the device and complete separate from each other. For example, the piston may or may not be moving again move when the inlets or outlets of the device only slightly - straight still or again - opened or closed.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann einfach wirkend mit in nur einer Hubrichtung wirkendem Kolben oder doppelt wirkend mit sowohl in Aufhub- als auch in Abhubrichtung wirkendem Kolben ausgestaltet sein. Ist die Vorrichtung doppelt wirkend in Auf- und Abhubrichtung ausgestaltet, so ist der Kolben symmetrisch zur Winkelhalbierenden bzw. sind die sich gegenüberliegenden Deckflächen des Kolbens diametral-symmetrisch gestaltet, damit jede Kolbenhälfte wirkmäßig in der Zwangssynchronisation der Hubbewegung des Kolbens mit seiner Drehbewegung bzw. seiner oszillierenden Bewegung in den entgegengesetzten Richtungen gleichwirkend ist.The device according to the invention can be single-acting in only one Piston acting in the stroke direction or double-acting with both lifting and be designed in the lifting direction piston. The device is double designed in the direction of lifting and lifting, the piston is symmetrical to Bisector or are the opposite top surfaces of the Piston designed diametrically symmetrical, so that each piston half effectively in the Forced synchronization of the stroke movement of the piston with its rotary movement or its oscillating movement in the opposite directions is equivalent.

In dieser Ausführung arbeitet der Kolben praktisch drucklos mit nur geringen bzw. vernachlässigbaren Reibungsverlusten, weil innerhalb der beiden durch den Kolben voneinander getrennten Kammern des Zylinders gleiche, entgegengesetzt wirkende Druckverhältnisse herrschen und weil beide Kammern, die volumen-mäßig völlig voneinander getrennt sind, fluidmäßig parallel, aber zeitlich versetzt - zum Beispiel um 90 Grad - angesteuert werden. Der Kolben ist somit druckmäßig symmetrisch belastet, so daß derselbe praktisch drucklos höhenverschieblich verstellbar ist und nur die Verschiebekräfte zum Überschieben des Mediums in die Ableitungskanäle aufzubringen und geringe Reibungskräfte zu überwinden sind. Ebenso werden zur Rotation bzw. zum Oszillieren des Kolbens innerhalb des Zylinders nur geringe Kräfte zur Überwindung der Reibungskräfte benötigt.In this version, the piston works practically without pressure with only minimal or negligible friction losses because within the two by the piston Separate chambers of the cylinder have the same, oppositely acting chambers Pressure conditions prevail and because of both chambers, the volume is completely are separated from each other, fluidly parallel, but staggered in time - for example by 90 degrees. The piston is therefore symmetrical in terms of pressure loaded so that the same is practically pressure-free adjustable in height and only the displacement forces for pushing the medium into the discharge channels to be applied and low friction forces to be overcome. Likewise, for Rotation or for oscillating the piston within the cylinder only slight Forces to overcome the friction forces needed.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die Dosiermenge nicht vom Druck beeinflußt und ist unabhängig von den in den Zu- und Ableitungen herrschenden Drücken. Die erfindungsgemäße Vorrichtung dosiert nicht über Reibung bzw. Druck, sondern in vorteilhafter Weise volumetrisch über die Veränderung der Hubhöhe und der Anzahl der Hübe pro Zeiteinheit.In the device according to the invention, the metered quantity is not dependent on the pressure influenced and is independent of those in the supply and discharge lines To press. The device according to the invention does not dose via friction or pressure, but in an advantageous manner volumetrically by changing the lifting height and the number of strokes per unit of time.

Die Vorrichtung wirkt wie eine Schleuse, die volumetrisch, nicht jedoch über Reibungsverluste, aus jedem beliebigen Zuleitungsdruck in jeden beliebigen Druck innerhalb der Ableitung fördern kann. Die Dosiermenge des Mediums sind auch bezüglich der Ein- und Auslaßquerschnitte der Zu- und Ableitungen sowie der Lage der Mündungen derselben innerhalb der Wandung des Zylinders in weiten Bereichen optimierbar, weil die Reibung des Mediums innerhalb der Vorrichtung vernachlässigbar ist.The device acts like a lock, which is volumetric, but not over Friction losses, from any supply pressure to any pressure can promote within the derivative. The dosing amount of the medium are too with regard to the inlet and outlet cross sections of the inlets and outlets and the location the mouths of the same within the wall of the cylinder Areas can be optimized because of the friction of the medium within the device is negligible.

Die Vorrichtung vereinigt in erfinderischer Weise einen Hubkolben mit einem oszillie renden bzw. rotierenden Kolben, wobei beide Bewegungen des Kolbens über einander gelagert und in der Übereinanderlagerung zwangsweise synchronisiert sind, und sie stellt eine volumetrische Dosiervorrichtung mit veränderlichem Meß raum dar. Die oszillierende Drehbewegung des Kolbens ermöglicht daneben in vorteilhafter Weise eine hohe Dosierfrequenz der Vorrichtung.The device combines a reciprocating piston with an oscillator in an inventive manner renden or rotating piston, both movements of the piston over stored one above the other and forcibly synchronized in the superimposition are, and it provides a volumetric metering device with variable measurement space. The oscillating rotary movement of the piston also allows in advantageously a high dosing frequency of the device.

Brief description of the drawings:

Fig. 1 einen schematischen Querschnitt durch ein Vorrichtung, bestehend aus einem Zylinder mit doppelt wirkendem Kolben, Fig. 1 shows a schematic cross section through a device, consisting of a cylinder with double-acting piston,

Fig. 2 eine Draufsicht auf den Kolben gemäß der Fig. 1, dessen Teilflächen beider Deckflächen sektorförmig gestaltet sind, FIG. 2 shows a top view of the piston according to FIG. 1, the partial surfaces of which are designed to be sector-shaped on both cover surfaces, FIG.

Fig. 3 eine Draufsicht auf einen weiteren Kolben, dessen Teilflächen der Deckfläche hälftig gleich groß gestaltet sind, Fig. 3 is a plan view of a further piston whose partial surfaces of the top surface are designed in half the same size,

Fig. 4 eine Draufsicht auf einen weiteren Kolben, dessen Teilflächen der Deck fläche segmentförmig gestaltet sind und Fig. 4 is a plan view of a further piston, the partial surfaces of the deck surface are segment-shaped and

Fig. 5 einen schematischen Querschnitt durch einen Teil einer Vorrichtung mit einem Zylinder mit doppelt wirkendem Kolben wie in Fig. 1, wobei der Zylinder in seiner Deckfläche eine Aussparung aufweist, in die die Stufe der Deckfläche des Kolbens mit der Annäherung an seinen Umkehrpunkt einläuft. Fig. 5 is a schematic cross section through part of a device with a cylinder with a double-acting piston as in Fig. 1, the cylinder having in its top surface a recess into which the step of the top surface of the piston enters with the approach of its turning point.

Preferred embodiment of the invention:

Gemäß den Figuren Fig. 1 und 2 besteht die Vorrichtung aus einem rohrförmigen Zylinder 1 mit kreisrundem Querschnitt, der oben und unten geeignet verschlossen ist. Innerhalb des Zylinders 1 befindet sich ein Kolben 2 in Form einer kreisförmigen Scheibe oder eines Zylinders mit kreisrundem Querschnitt, wobei der Kolben 2 abgedichtet innerhalb des Zylinders 1 höhenverschieblich beweglich ist, beispiels weise mittels einer schematisch angedeuteten Kolbenstange 7. Der Kolben 2 teilt den Zylinder 1 in eine obere und untere Kammer 3 und 4 auf, die volumenmäßig völlig voneinander getrennt sind.According to the figures, Fig., The device consists of a tubular cylinder 1 with a circular cross-section which is suitable top and bottom are 1 and 2. Within the cylinder 1 there is a piston 2 in the form of a circular disk or a cylinder with a circular cross section, the piston 2 being sealed and movable in height within the cylinder 1 , for example by means of a schematically indicated piston rod 7 . The piston 2 divides the cylinder 1 into an upper and lower chamber 3 and 4 , which are completely separated in volume.

Der Kolben 2 besitzt in seiner oberen und unteren Deckfläche je eine schulterför mige Stufe 5 bzw. 6, die jeweils von der Peripherie bzw. der Mantelfläche des Kolbens 2 ausgeht, wobei die Form einer Stufe vorzugsweise sektorförmig ist, was aus der Draufsicht der Fig. 2 zu entnehmen ist. Die beiden Stufen 5,6 liegen sich diametral-symmetrisch gegenüber und können zum Beispiel symmetrisch zur Win kelhalbierenden ausgestaltet sein und besitzen vorzugsweise jeweils die gleiche Höhe h. Die Form der schulterförmigen Stufe kann statt sektorförmig auch halbkreisförmig, segmentförmig oder beliebig entsprechend spezifischen Erfor dernissen gestaltet sein, geht aber immer von der Mantelfläche des Kolbens aus. Durch diese Stufe 5, 6 wird die jeweilige Deckfläche des Kolbens in je zwei Teilflä chen 17, 17′, aufgeteilt, die ein unterschiedliches Niveau der Höhe h aufweisen.The piston 2 has in its upper and lower top surface each a shoulder-shaped step 5 or 6 , each of which starts from the periphery or the outer surface of the piston 2 , the shape of a step is preferably sector-shaped, which from the top view of FIG. 2 can be seen. The two stages 5, 6 are diametrically symmetrical opposite each other and can, for example, be configured symmetrically to the angle bisector and preferably each have the same height h. The shape of the shoulder-shaped step can be designed instead of sector-shaped also semi-circular, segment-shaped or any according to specific requirements, but always starts from the outer surface of the piston. Through this stage 5 , 6 , the respective top surface of the piston is divided into two partial surfaces 17 , 17 ', which have a different level of height h.

Der Kolben 2 ist innerhalb des Zylinders 1 in der Höhe hubmäßig höhenverschieb lich angeordnet, zum Beispiel mittels der Kolbenstange 7, die durch Bohrungen 16, 16′ innerhalb der oberen und unteren Bodenwandung 30, 30′ des Zylinders 1 abgedichtet nach außen ragt. Gleichzeitig ist der Kolben 2 - entweder mittels der Kolbenstange 7 um dieselbe oder bei Fehlen einer Kolbenstange in geeigneter Weise um seine Mittelachse - zu drehen bzw. zu oszillieren imstande dergestalt, daß die Hubbewegung und die Drehbewegung zwangsweise überlagert sind, was durch den kreisförmigen und den gestreckten Bewegungspfeil 14,15 in Fig. 1 angedeutet ist. Bei Vorhandensein einer Kolbenstange 7 ist dieselbe gleichzeitig die Mittelachse des Kolbens 2.The piston 2 is arranged within the cylinder 1 in terms of height, vertically displaceable, for example by means of the piston rod 7 , which projects through holes 16 , 16 'within the upper and lower bottom wall 30 , 30 ' of the cylinder 1 to the outside. At the same time, the piston 2 - either by means of the piston rod 7 about the same or in the absence of a piston rod in a suitable manner about its central axis - is able to rotate or oscillate in such a way that the lifting movement and the rotary movement are forcibly superimposed, which is indicated by the circular and the straight movement arrow 14 , 15 is indicated in FIG. 1. If a piston rod 7 is present, it is also the central axis of the piston 2 .

Bei einer vollständigen Hubbewegung, bestehend aus einer Auf- und einer Abbewe gung, führt der Kolben 2 vorzugsweise eine oszillierende Hin- und Herbewegung mit vorgebbarem Drehwinkel kleiner 360 Grad aus. Bei einer besonderen Ausführung kann der Kolben auch eine Drehung um seine Mittelachse von n·360 Grad ausführen. In the case of a complete stroke movement, consisting of an upward and a downward movement, the piston 2 preferably executes an oscillating back and forth movement with a predeterminable angle of rotation of less than 360 degrees. In a special embodiment, the piston can also rotate about its central axis of n × 360 degrees.

Eine Zuleitung 10 für ein flüssiges oder gasförmiges Medium ist in zwei parallele Zuleitungskanäle 11 und 11′ aufgeteilt, die höhenmäßig übereinanderliegen und jeweils im Bereich der beiden Stufen 5, 6 des Kolbens 2 in den Zylinder 1 münden. Ebenso liegen zwei parallele Ableitungskanäle 13, 13′, die höhenmäßig überein ander in gleicher Höhe wie die Zuleitungskanäle 11, 11′ liegen, den Zuleitungs kanälen 11, 11′, vorzugsweise gegenüber und somit ebenfalls jeweils im Bereich der beiden Stufen 5, 6 des Kolbens 2. Beide Ableitungskanäle 13, 13′ sind zu einer gemeinsamen Ableitung 12 zusammengeführt.A feed line 10 for a liquid or gaseous medium is divided into two parallel feed channels 11 and 11 ', which are superimposed in height and each open into the cylinder 1 in the area of the two stages 5 , 6 of the piston 2 . Likewise, there are two parallel discharge channels 13, 13 'which in terms of height match the other at the same height as the feed channels 11, 11' channels are, the feedline 11, 11 ', preferably opposite, and thus also in each case in the region of the two levels 5, 6 of the piston 2nd Both discharge channels 13 , 13 'are merged into a common derivative 12 .

Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist folgende:
Es sei davon ausgegangen, daß der Kolben 2 sich in der Mittelstellung innerhalb des Zylinders 1 in der Mitte zwischen seinen Umkehrebenen 8 und 9 der höhen mäßigen Bewegungsrichtung befindet und sich nach unten zur unteren Boden wandung 30′ hin bewegt und dabei um die Kolbenstange 7 oszilliert, beispielsweise führt der Kolben gerade eine Drehbewegung im Gegenuhrzeigersinn aus.The device works as follows:
It should be assumed that the piston 2 is in the middle position within the cylinder 1 in the middle between its reversing planes 8 and 9 of the height moderate direction of movement and down wall 30 'moves down and thereby oscillates around the piston rod 7 , for example the piston is currently rotating in a counterclockwise direction.

Dadurch ist innerhalb der Kammer 4 der Zuleitungskanal 11′ durch die Stufe 6 des Kolbens 2 geschlossen und der Ableitungskanal 13′ wegen der um die Höhe h höher liegenden Stufe 5 des Kolbens 2 geöffnet, die Kammer 4 befindet sich somit in der Auslaßphase; umgekehrt ist innerhalb der Kammer 3 der Zuleitungskanal 11 geöffnet und der Ableitungskanal 13 geschlossen, die Kammer 3 befindet sich in der Einlaßphase. Über die Zuleitung 10 wird auf beide Zuleitungskanäle 11 und 11′ ein Medium, vorzugsweise flüssig, unter einem bestimmten Druck p₁aufgegeben.As a result, the inlet channel 11 'is closed within the chamber 4 by the stage 6 of the piston 2 and the outlet channel 13 ' is opened because of the higher stage 5 of the piston 2 , the chamber 4 is thus in the outlet phase; conversely, the inlet channel 11 is open and the outlet channel 13 is closed within the chamber 3 , the chamber 3 is in the inlet phase. Via the feed line 10 , a medium, preferably liquid, is applied to both feed channels 11 and 11 'under a certain pressure p ₁ .

Bei einem Kolbenarbeitsdruck p_k verdrängt der Kolben 2 somit das Medium aus der unteren Kammer 4 in den Ableitungskanal 13′, in welchem der Druck p₂ herrscht; gleichzeitig saugt der Kolben 2 durch den Zuleitungskanal 11 in die obere Kammer 3 Medium an. Der Zufluß und der Abfluß von Medium innerhalb der beiden Kam mern 3 und 4 geschieht solange, bis aufgrund der Rotation des Kolbens 2 die obere periphere Mantelwandung 19 desselben den Zuleitungskanal 11 vollständig abgesperrt und dafür den Ableitungskanal 13 freigegeben hat, wie gleichermaßen zu gleichen Zeiten die untere periphere Mantelwandung 20 den unteren Zuleitungskanal 11′ freigibt und den unteren Ableitungskanal 13′ sperrt. Der Kolben 2 hat sich somit um einen gegebenen Winkel gedreht. Gleichzeitig hat der Kolben 2 hubmäßig beim Erreichen der Ebene 9 die untere Umkehrstellung erreicht, so daß die Bewegungsrichtung des Kolbens 2 umgekehrt wird und der Kolben 2 sich unter fortlaufender Rotation nach oben bewegt. Der Hub, den der Kolben dergestalt ausführt, ist höchstens gleich oder kleiner der Höhe der Stufe h, wobei von der gezeichneten Mittelstellung aus der Kolben 2 jeweils h/2 nach oben und nach unten verfährt. Jeweils höchstens während einer halben Umdrehung des Kolbens oder weniger ist der obere Zuleitungskanal 11 geöffnet, der obere Ableitungskanal 13 gleichermaßen geschlossen sowie gleichermaßen der untere Zuleitungskanal 11′ geschlossen und der untere Ableitungskanal 13′ geöffnet und umgekehrt. Wenn mit Erreichen der oberen Ebene 8 der Kolben 2 hubmäßig seine oberste Stellung er reicht, so hat sich der Kolben um einen gegebenen Winkel im gleichen Drehsinn wei tergedreht und sowohl einen vollen Hub der Höhe h, als auch eine vollständige Hin- und Herdrehbewegung vollendet. In den Umkehrpunkten besitzt der Kolben 2 die Hubgeschwindigkeit Null, aber seine größte Rotationsgeschwindigkeit, in der Mittel stellung des Kolbens 2 bei der größten Hubgeschwindigkeit ist die Rotations geschwindigkeit Null.At a piston working pressure p _k , the piston 2 thus displaces the medium from the lower chamber 4 into the discharge channel 13 ', in which the pressure p ₂ prevails; at the same time, the piston 2 sucks medium through the feed channel 11 into the upper chamber 3 . The inflow and outflow of medium within the two chambers 3 and 4 happens until, due to the rotation of the piston 2, the upper peripheral jacket wall 19 of the same has completely closed off the feed channel 11 and has released the drain channel 13 , as at the same time lower peripheral casing wall 20 releases the lower supply duct 11 'and blocks the lower discharge duct 13 '. The piston 2 has thus rotated through a given angle. At the same time, the piston 2 has reached the lower reversing position in terms of stroke when it reaches level 9 , so that the direction of movement of the piston 2 is reversed and the piston 2 moves upwards with continuous rotation. The stroke that the piston executes in this way is at most equal to or less than the height of step h, with the piston 2 moving up and down from the piston 2 in each case h / 2. At most during half a revolution of the piston or less, the upper supply duct 11 is open, the upper discharge duct 13 is equally closed, and likewise the lower supply duct 11 'is closed and the lower discharge duct 13 ' is opened and vice versa. When the piston 2 reaches its uppermost position when it reaches the upper level 8, the piston has rotated further by a given angle in the same direction of rotation and has completed both a full stroke of height h and a complete reciprocating movement. In the reversal points, the piston 2 has the stroke speed zero, but its greatest rotational speed, in the middle position of the piston 2 at the greatest stroke speed, the rotational speed is zero.

Die Höhe des Hubes des Kolbens kann innerhalb der Amplitude Null bis Höhe h, zum Beispiel über eine (nicht gezeigte) Kurvenscheibe, eingestellt werden.The height of the stroke of the piston can range from zero to height h, for example via a cam (not shown).

Die Deck- und Bodenwandung 30, 30′ des Zylinders - und wahlweise auch die Deckflächen 17, 17′, 18, 18′ - können vorzugsweise eine elastische Beschichtung 31,3′ bzw. 29, 29′, 29′′, 29′′′ aufweisen, beispielsweise eine Gummibeschichtung, die als Volumenfeder dient. Eine derartige Volumenfeder ist insbesondere bei oszil lierenden Kolben mit einem flüssigen Medium vorteilhaft.The top and bottom walls 30 , 30 'of the cylinder - and optionally also the top surfaces 17 , 17 ', 18 , 18 '- can preferably be an elastic coating 31.3 ' or 29 , 29 ', 29 '', 29 '''Have, for example a rubber coating that serves as a volume spring. Such a volume spring is particularly advantageous in oscillating pistons with a liquid medium.

Um nämlich eine absolute Dichtigkeit der Vorrichtung in den Schließphasen der Zuleitungs- und Ableitungskanäle ohne einen Rückfluß zu erreichen und um die Einlaßphase vollständig von der Auslaßphase zu trennen, ist es vorteilhaft, die Stufe bzw. Stufen innerhalb der Deckflächen des oszillierenden Kolbens so zu gestalten, daß das Schließen eine kurze Zeitspanne vor dem Erreichen des Umkehrpunktes des Kolbens erfolgt, was insbesondere vorteilhaft durch eine sektorförmige Gestaltung der Deckflächen des oszillierenden Kolbens unter schiedlicher Fläche möglich ist. Dann findet bei der Weiterbewegung des Kolbens bis zum Umkehrpunkt noch eine geringfügige Volumenverkleinerung der Kammer bis zum minimalen Kammervolumen statt. Die Hubgeschwindigkeit des oszil lierenden Kolbens ist im Umkehrpunkt Null, die Rotationsgeschwindigkeit jedoch am größten, d. h. die größte Kolbenrotation ist bei Hubstillstand gegeben. Diese Volumenverkleinerung der Kammer bei Verwendung eines inkompressiblen Mediums im Zeitpunkt der größten Kolbenrotation bei Hubstillstand des Kolbens, wenn also der Einlaßkanal gerade geschlossen worden ist und der Auslaßkanal noch geschlossen bleibt, wird durch die elastischen Beschichtungen ausgeglichen, die als Volumenfeder wirken.To ensure that the device is absolutely leak-tight in the closing phases of the Inlet and outlet channels without reaching a return flow and around the To completely separate the inlet phase from the outlet phase, it is advantageous to Step or steps within the top surfaces of the oscillating piston design that the closing a short period of time before reaching the Reversal point of the piston, which is particularly advantageous by a sector-shaped design of the top surfaces of the oscillating piston different area is possible. Then takes place when the piston continues to move a slight reduction in volume of the chamber to the point of reversal up to the minimum chamber volume. The lifting speed of the oszil piston is zero at the reversal point, but the rotational speed is at largest, d. H. the greatest piston rotation occurs when the lift is at a standstill. These Volume reduction of the chamber when using an incompressible Medium at the time of the largest piston rotation when the piston is at a standstill, if the inlet duct has just been closed and the outlet duct remains closed, is compensated for by the elastic coatings, that act as a volume spring.

Other ways of carrying out the invention:

Ein weiterer Kolben 21 für eine oszillierende oder rotierende Drehbewegung ist zum Beispiel in den Fig. 3 und 4 gezeigt. Die Teilflächen 23 und 23′ mit unterschiedlichem Niveau eines Kolbens 21 in Fig. 3 sind je hälftig gleich groß, in Fig. 4 sind die Teilflächen 27, 27′ mit unterschiedlichem Niveau eines Kolbens 25 Segmente 27, 27′ und unterschiedlich groß und weisen jeweils ein unterschied liches Niveau auf. Die Ausgestaltungen gemäß den Fig. 3 und 4 können bei spezifischen Anwendungen zweckmäßig sein. Sind die Kolben 21, 25 doppelt wirkend, so sind dieselben symmetrisch zur Winkelhalbierenden gestaltet.Another piston 21 for an oscillating or rotating rotary movement is shown for example in FIGS. 3 and 4. The partial surfaces 23 and 23 'with different levels of a piston 21 in Fig. 3 are each half the same size, in Fig. 4, the partial surfaces 27 , 27 ' with different levels of a piston 25 segments 27 , 27 'and different sizes and each have a different level. The embodiments according to FIGS. 3 and 4 may be expedient in specific applications. If the pistons 21 , 25 are double-acting, they are designed symmetrically to the bisector.

Der Zylinder kann innen an mindestens einer seiner Bodenwandungen eine Aussparung aufweisen, in die die Stufe des Kolbens - oder beide Stufen des Kolbens - bei seiner Hub- und Drehbewegung in der Umkehrstellung des Kolbens passend einzugreifen imstande ist. Eine derartige Gestaltung zeigt Fig. 5 in einem schematischen Querschnitt durch einen Teil einer Vorrichtung mit einem Zylinder 32 mit einem doppelt wirkenden Kolben 35, wobei der Zylinder 32 und der Kolben 35 wie in Fig. 1 gestaltet sein können. Der Zylinder 32 weist in seiner Bodenwandung 33 eine Aussparung 34 auf, in die die Stufe 37 der Deckfläche 36 des Kolbens 35 mit der Annäherung des Kolbens 35 an seinen Umkehrpunkt einläuft. Dadurch kann in vorteilhafter Weise das Restvolumen des Zylinders 32 praktisch bis auf Null verkleinert werden, um dergestalt immer eine weitgehende oder vollständige Leerung der Kammern des Zylinders zu erreichen, wodurch der Liefergrad ver bessert wird. Durch diese Gestaltung ist auch eine leichtere Reinigung der erfin dungsgemäßen Vorrichtung gewährleistet.The cylinder can have a recess on the inside of at least one of its bottom walls, into which the step of the piston - or both steps of the piston - is able to engage appropriately during its lifting and rotating movement in the reverse position of the piston. Such a design is shown in FIG. 5 in a schematic cross section through part of a device with a cylinder 32 with a double-acting piston 35 , wherein the cylinder 32 and the piston 35 can be designed as in FIG. 1. The cylinder 32 has a recess 34 in its bottom wall 33 , into which the step 37 of the top surface 36 of the piston 35 enters as the piston 35 approaches its point of reversal. As a result, the remaining volume of the cylinder 32 can advantageously be reduced practically to zero, in order to always achieve extensive or complete emptying of the chambers of the cylinder, as a result of which the delivery rate is improved. This design also ensures easier cleaning of the device according to the invention.

Wird das erfindungsgemäße Vorrichtung zum Dosieren eines Gases verwendet, so ist es vorteilhaft, den Ausdehnungskoeffizienten des Gases zu berücksichtigen und zusätzlich die Temperatur des Gases innerhalb der Vorrichtung mittels eines Temperatursensors zu messen.If the device according to the invention is used for metering a gas, then it is advantageous to take into account the coefficient of expansion of the gas and additionally the temperature of the gas inside the device by means of a Measure temperature sensor.

Industrial applicability:

Die Vorrichtung besitzt einen weiten gewerblichen Anwendungsbereich in der Hydrotechnik und kann zum Beispiel vorteilhaft als Dosier- und Einspritzpumpe mit veränderbarem Meßraum zum Dosieren bzw. Einspritzen von Flüssigkeiten oder Gasen unter Druck bei chemischen oder biochemischen Verfahren eingesetzt werden.The device has a wide commercial application in the Hydrotechnik and can, for example, advantageously be used as a metering and injection pump changeable measuring room for dosing or injecting liquids or Gases used under pressure in chemical or biochemical processes will.

Liste der Bezugszeichen:List of reference numerals:

1 Zylinder
2 Kolben
3, 4 obere und untere Kammer
5, 6 Stufen innerhalb der Deckflächen des Kolbens
7 Kolbenstange bzw. Mittelachse
8, 9 Ebenen der Umkehr der Bewegungsrichtung des Kolbens
10, 12 Zuleitung bzw. Ableitung
11, 11′, 13, 13′ Zuleitungskanäle bzw. Ableitungskanäle
14, 15 Bewegungspfeile
16, 16′ Bohrungen
17, 18 höher gelegene Teilflächen der Deckflächen des Kolbens
17′, 18′ tiefer gelegene Teilflächen der Deckflächen des Kolbens
19 obere Mantelfläche des Kolbens
20 untere Mantelfläche des Kolbens
21 Kolben
22 Stufe
23, 23′ Teilflächen der Deckfläche des Kolbens 21
24 Doppel-Bewegungspfeil
25 Kolben
26 Stufe
27, 27′ Teilfläche der Deckfläche des Kolbens 25
28 Doppel-Bewegungspfeil
29, 29′, 29′′, 29′′′ elastische Beschichtung
30, 30′ Bodenwandungen
31, 31′ elastische Beschichtung
32 Zylinder
33 Bodenwandung des Zylinders
34 Aussparung innerhalb der Bodenwandung
35 Kolben
36 Deckfläche des Kolbens
37 Stufe innerhalb der Deckfläche des Kolbens
h Höhe der Stufen = maximaler Hub des Kolbens
p₁, p₂ Druck innerhalb der Zuleitung bzw. der Ableitung
p_k Kolbenarbeitsdruck 1 cylinder
2 pistons
3, 4 upper and lower chamber
5, 6 steps within the top surface of the piston
7 piston rod or central axis
8, 9 levels of reversing the direction of movement of the piston
10, 12 supply or discharge
11, 11 ', 13, 13 ' supply channels or discharge channels
14, 15 movement arrows
16, 16 'holes
17, 18 higher partial areas of the top surfaces of the piston
17 ' , 18 ' lower parts of the top surfaces of the piston
19 upper surface of the piston
20 lower surface of the piston
21 pistons
22 level
23, 23 'partial surfaces of the top surface of the piston 21
24 double movement arrow
25 pistons
26 level
27, 27 'partial surface of the top surface of the piston 25
28 double movement arrow
29, 29 ′, 29 ′ ′, 29 ′ ′ ′ elastic coating
30, 30 'bottom walls
31, 31 ′ elastic coating
32 cylinders
33 bottom wall of the cylinder
34 Recess inside the bottom wall
35 pistons
36 top surface of the piston
37 step inside the top surface of the piston
h Height of the steps = maximum stroke of the piston
p₁, p₂ pressure within the supply line or the discharge line
p _k piston working pressure

Claims

1. Device for metering and / or controlling or regulating the flow of a liquid or gaseous medium, consisting of at least one tubular cylinder of circular cross-section with supply and discharge for the medium, a movable piston for displacing the medium being arranged so as to be longitudinally displaceable within the cylinder , characterized by the following features:

a) the piston ( 2 ) has in its top surface a shoulder-shaped step ( 5 , 6 , 22 , 26 ), which covers the top surface in two partial surfaces ( 17 , 17 '; 18 , 18 ', 23 , 23 ', 27 , 27 ′) Divides that have a different level of height (h),
b) the inlet and outlet ( 11 , 11 ', 13 , 13 ') of the cylinder ( 1 ) are in the region of the step ( 5 , 6 )
c) the stroke of the piston ( 2 ) is a maximum of the height (h) of the step ( 5 , 6 ) within the top surface and is adjustable within this height
d) the piston ( 2 ) is arranged rotatably about its central axis ( 7 ) within the cylinder ( 1 ), the rotary movement of the piston ( 2 ) being forcibly synchronized with its stroke movement.

2. Device according to claim 1, characterized in that the rotary movement of the piston ( 21 , 25 ) is discontinuous and carries out the same oscillating movements such that during a full stroke movement (up and down) of the piston ( 21 , 25 ) the same one complete oscillating rotary motion (reciprocating motion) of less than 360 degrees.

3. Apparatus according to claim 1, characterized in that the inlet and outlet ( 11 , 11 ', 13 , 13 ') of the cylinder ( 1 ) in the area of the step ( 5 , 6 ) of the piston diametrically opposite one another at the same height are.

4. The device according to claim 1, characterized in that the piston ( 2 ) is double-acting and forms two separate chambers ( 3 , 4 ) within the cylinder ( 1 ) and in each of the two top surfaces of the piston ( 2 ) one step ( 5 , 6 ) is arranged, which divide the top surfaces into two partial surfaces ( 17 , 17 '; 18 , 18 ') with different levels of height (h) and which are diametrically symmetrical to the bisector, with the piston ( 2 ) around its middle position is vertically displaceable upwards and downwards and that the inlet and outlet ( 10 , 12 ) are each separated into two parallel channels ( 11 , 11 , 13 , 13 '), of which one inlet and one outlet channel ( 11 , 11 ', 13 , 13 ') in height in the range of each step ( 5 , 6 ) of each chamber ( 3 , 4 ).

5. The device according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that the partial surfaces ( 23 , 23 ') formed by the step ( 22 ) within the top surface of the piston ( 21 ) are designed at different levels in the plan view depending on the sector .

6. The device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the partial surfaces ( 17 , 17 '; 18 , 18 ') formed by the step ( 5 , 6 ) within the top surface of the piston ( 2 ) with different levels of height (h) are each semicircular in plan view.

7. The device according to one or more of the preceding claims 1 to 6, characterized in that the partial surfaces ( 27 , 27 ') formed by the step ( 26 ) within the top surface of the piston ( 25 ) at different levels in plan view, each segment-shaped are designed.

8. The device according to claim 1, characterized in that the piston ( 2 ) attached to a piston rod ( 7 ) which coincides with the central axis of the piston and by means of the same from the outside of the cylinder ( 1 ) vertically displaceable and simultaneously rotatable or in an oscillating Rotational movement is held displaceable.

9. The device according to claim 1 for the use of a liquid medium, characterized in that the cylinder ( 1 ) inside on the top surfaces ( 17 , 17 '; 18 , 18 ') of the piston ( 2 ) opposite bottom walls ( 30 , 30 ' ) and / or the top surfaces ( 17 , 17 '; 18 , 18 ') of the piston ( 2 ) have an elastic coating ( 29 , 29 ', 29 '', 29 ''', 31 , 31 ').

10. The device according to claim 1 or 6, characterized in that that the cylinder has recesses on the inside in which the Stages of the piston to reduce the residual volume of the cylinder in the Reverse position of the piston are able to intervene appropriately.