DE60009577T2

DE60009577T2 - Dosierpumpe zum fördern von flüssigkeiten

Info

Publication number: DE60009577T2
Application number: DE60009577T
Authority: DE
Inventors: Philippe Zimmermann; Joseph Ruegg
Original assignee: Pomtava SA
Current assignee: Pomtava SA
Priority date: 2000-05-08
Filing date: 2000-05-08
Publication date: 2005-03-24
Anticipated expiration: 2020-05-09
Also published as: WO2001086150A1; AU2000240967A1; EP1280996B1; US6857860B1; ATE263315T1; EP1280996A1; DE60009577D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dosierpumpe für flüssige Produkte gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Für die Feindosierung von flüssigen Produkten sind insbesondere zwei Vorrichtungsarten bekannt, die motorisierte Zahnradpumpe und der Durchflussmesser mit Durchflussregler. Diese beiden Vorrichtungsarten weisen Probleme auf, insbesondere wenn es erforderlich ist, das zu dosierende flüssige Produkt so schnell wie möglich zu wechseln, wie beispielsweise in robotisierten Lackierungsanlagen von Fahrzeugkarosserien. Wenn nämlich das zu dosierende Produkt rasch gewechselt werden muss, ist es notwendig, dass die Dosiervorrichtung rasch und einfach gespült werden kann, so dass bei der Dosierung eines bestimmten Produkts kein Partikel des vorherigen Produkts in der Dosiervorrichtung verbleibt. Die beiden bekannten Vorrichtungsarten weisen Spülungsprobleme auf, und zwar wegen der schwierigen Zugänge für das Spül- oder Reinigungsprodukt, oder aufgrund von Störräumen, in denen sich das zu entfernende Produkt in Form eines Films oder einer Anhäufung sammeln kann. Andererseits führt eine nicht optimierte Spülung zu einer Erhöhung des Produktverbrauchs sowie zu einer Verlängerung der für eine annehmbare Spülung erforderlichen Zeit.
Im allgemeinen geht man davon aus, dass die Zahnradpumpe die zuverlässigste und präziseste Dosiervorrichtung darstellt, sie jedoch ebenfalls die am schwierigsten ordnungsgemäß zu spülende Dosiervorrichtung ist. Eine Zahnradpumpe der hier betrachteten Art umfasst mindestens ein antreibendes Zahnrad und ein angetriebenes Zahnrad, wobei die besagten Zahnräder jeweils von einer auf im Körper der Pumpe angeordneten Lagern montierten Welle getragen werden. Diese Lager verursachen Störräume, die schwierig zu spülen sind und aufgelöstes, kristallisiertes oder verhärtetes Pumpprodukt zurückhalten können. Eine Möglichkeit, diese Störräume zu vermeiden, besteht darin, auf jedem Lager Dichtungen anzuordnen, d.h. mindestens vier Dichtungen je Pumpe. Diese Dichtungen sind teuer, im allgemeinen wartungsbedürftig und können stets lecken.
Die Unterlage JP-04041984 beschreibt eine Zahnradpumpe, bei der die beiden Zahnräder über die äußere Umfangsfläche der Zähne geführt werden, wobei sie auf einer internen Umfangsfläche der Pumpenkammer reibend gleiten. Wenn die oben genannten Probleme auch teilweise durch das Entfernen der Tragwellen der Zahnräder beseitigt werden, so wird die Drehung des antreibenden Zahnrads dieser Vorrichtung von einer fest daran befestigten Welle angetrieben. Dies hat insbesondere den Nachteil, dass das antreibende Zahnrad seitlich positioniert werden muss, was eine Verbreiterung des Pumpenraums erforderlich macht, wodurch zusätzliche seitliche Störräume entstehen, die schwierig zu spülen sind.
Das Patent FR 2.163.935 beschreibt eine Zahnradpumpe, deren antreibendes Zahnrad von einer Antriebswelle angetrieben wird, die so befestigt ist, dass sie ihm nur ein Drehmoment überträgt, wobei das angetriebene Zahnrad keine Tragachse umfasst. Die Antriebswelle dieser Pumpe umfasst keine Dichtung, wobei die Dichtheit von einem Film der gepumpten Flüssigkeit gewährleistet wird. Eine derartige Anordnung erleichtert das Spülen der Pumpe nicht und macht ihre Benutzung demnach im Fall von häufigen Wechseln der gepumpten Flüssigkeit schwierig.
Die in der Unterlage DE 14.03.912 beschriebene Dichtung kann in keinem Fall für eine Pumpe geeignet sein, wie sie hier bereit gestellt wird, da sie für eine Pumpe geeignet ist, deren angetriebenes Zahnrad fest an der Antriebswelle befestigt ist, wobei sie zwischen zwei Traglagern der Antriebswelle angeordnet ist.
Eine erste Aufgabe der Erfindung ist demnach, eine in Bezug auf die bekannten Dosierpumpen verbesserte Dosierpumpe für flüssige Produkte bereit zu stellen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, eine Dosierpumpe bereit zu stellen, deren Spülbarkeit in Bezug auf bekannte Pumpen deutlich verbessert ist.
Noch eine weitere Aufgabe ist, eine Dosierpumpe bereit zu stellen, die ein Flüssigkeitsvolumen präzise dosieren kann.
Diese verschiedenen Aufgaben werden mit einer Dosierpumpe für flüssige Produkte gelöst, die die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Merkmale besitzt. Varianten und besondere Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Eine bevorzugte Ausführungsform einer Dosierpumpe für flüssige Produkte ist nachfolgend beschrieben, wobei diese Beschreibung in Bezug auf die beigefügte Zeichnung erfolgt, deren Figuren zeigen:
1 eine Seitenansicht nach einem ersten Schnitt einer erfindungsgemäßen Dosierpumpe für flüssige Produkte,
2 die gleiche Pumpe nach einem Schnitt in einer senkrecht zur Schnittebene der vorherigen Figur verlaufenden Ebene,
3 eine schematische Darstellung des Bestandteile einer Dosierpumpe.
1 zeigt, dass der Körper 1 der Pumpe eine Bodenplatte 10, eine Zwischenplatte 11 und eine Vorderplatte 12 umfasst, wobei diese drei Platten hier eine im wesentlichen viereckige Außenform ähnlicher Abmessungen aufweisen und übereinander liegen, wie aus der Figur ersichtlich. Bei 13 schematisierte Befestigungsmittel halten diese drei Platten zusammen. Eine nicht in der Figur dargestellte Dichtung gewährleistet die Dichtheit der mit diesen drei Platten in Kontakt stehenden Flächen.
Die Zwischenplatte 11, in Elevationsansicht in 2, besteht im wesentlichen aus einer bei dieser Ausführungsform viereckigen Platte mit einer Kammer 110, bestehend aus mindestens zwei Flügeln, die jeweils ein Zahnrad 30, 31 eines Zahnradsatzes 3 aufnehmen können. Wie aus 1 ersichtlich, durchquert die Kammer 110 bei der dargestellten Ausführungsform der Pumpe die Zwischenplatte 11 komplett. Die Zwischenplatte 11 umfasst ferner einen in die Kammer 110 mündenden Flüssigkeitseintrittskanal 111 sowie einen aus der besagten Kammer herausführenden Flüssigkeitsaustrittskanal 112. Die Öffnungen der beiden Kanäle können jeweils an einer Seitenwand der Zwischenplatte 11 angeordnet sein, wie hier dargestellt, oder die Kanäle 111 und/oder 112 können sich bis in die Bodenplatte 10 oder die Vorderplatte 12 verlängern, wobei ihre Öffnungen an einer Außenseite diese Platten angeordnet sind.
Die Pumpe umfasst ferner einen Zahnradsatz 3 mit einem antreibenden Zahnrad 30 und mindestens einem angetriebenen Zahnrad 31 sowie Antriebsmittel 4 und Dichtungsmittel 5.
Das Antriebsmittel 4 umfasst ein nicht in dieser Figur dargestelltes motorisiertes Mittel, das mit einer Antriebswelle 40 endet, die ein in der Vorderplatte 12 vorgesehenes Lager 120 durchläuft. Das Lager 120 kann wie hier dargestellt ein Gleitlager oder ein Wälzlager sein. Das Ende 41 der Welle 40 ist so ausgebildet, dass es in eine Aufnahme 300 des Zahnrads entsprechender Form eingeführt werden kann, um die Drehung des besagten Zahnrads anzutreiben. In dem hier dargestellten Fall weisen das Ende 41 und die Aufnahme 300 beide eine Sechskantform auf, aber jede andere, einen Rotationsantrieb ermöglichende Form könnte ebenfalls geeignet sein.
In der Figur sieht man, dass die Zahnräder 30 und 31 von keiner Welle getragen werden, sondern nur von der äußeren, in gleitendem Kontakt auf dem inneren Umfang der Flügel der Kammer 110 stehenden Umfangsfläche der Zähne drehbar geführt sind. Die Schmierung der sich die eine in Bezug auf die andere bewegenden Flächen wird durch das Pumpprodukt gewährleistet. Die über ihr Ende 41 mit dem antreibenden Zahnrad 30 nicht fest verbundene Welle 40 dient nur zum Antrieb des besagten Zahnrads, ohne eine Träger- oder Führungsfunktion zu erfüllen. Die Welle 40 bzw. ihr Ende 41 können demnach nur ein Drehmoment an das antreibende Zahnrad 30 übertragen, ausschließlich jeder anderen Kraft nach jeder beliebigen Richtung. Da die Zahnräder 30 und 31 nicht mehr seitlich von einer Welle geführt werden, können sie sich unter der Wirkung des auf ihre Seitenflächen ausgeübten Drucks des Pumpprodukts seitlich positionieren. So erhält man demnach auf jeder Seite eines jedes Zahnrads einen möglichst kleinen Seitenraum, vorausgesetzt, dass man über einen Strahl des unter Druck stehenden Produkts verfügt, der die seitliche Zentrierung des Zahnrads in seinem Flügel gewährleistet. Damit werden die Hohlräume deutlich reduziert, die man zwischen zwei zu pumpenden Produkten spülen müsste, und man braucht nur eine einzige Dichtung 5 auf die Welle 40 zu montieren.
Die Dichtung 5 kann in bekannter Weise aus Füllungen, Lippendichtungen oder, wie hier dargestellt, aus einer mechanischen Dichtung bestehen. In Bezug auf die anderen bekannten Dichtungsarten hat die mechanische Dichtung den Vorteil, die geringste Rotationsreibungskraft zu bieten. Vorzugsweise wählt man demnach eine mechanische Dichtung, mit einem frei um die Welle 40 herum montierten Dichtring 50, der sich axial in eine im Lager 120 vorgesehene Aufnahme 121 versetzen kann, wobei er von einem elastischen Mittel, beispielsweise einer Feder 51, gegen die Vorderseite des Zahnrads 30 gedrückt wird, um mechanisch die Dichtheit zwischen der Kammer 110 und der Welle 40 zu gewährleisten. Ein O-Ring 52 gewährleistet die statische Dichtheit an der Rückseite des Dichtrings 50. Nicht in der Figur dargestellte Mittel ermöglichen, die Rotation des Dichtrings zu verhindern. Der hier beschriebene Aufbau der Dichtung 5 ermöglicht, die Dichtheitsbarriere in Bezug auf die bekannten Aufbauten so nah wie möglich des Endes 41 der Welle 40 herzustellen, was einen wesentlichen Beitrag zur Verringerung der Hohlräume leistet, die man zwischen zwei Pumpprodukten spülen müsste. Es wurde bereits erwähnt, dass das Zahnrad 30 durch das Gleichgewicht der auf seine Seitenflächen ausgeübten Drücke seitlich positioniert ist. Da die Oberfläche der wie beschrieben mit der Welle 40 verbundenen Seitenfläche des Zahnrads 30 kleiner ist als die gegenüberliegende Seitenfläche, würde das Zahnrad 30 dazu neigen, gegen die Innenfläche der Vorderplatte 12 gedrückt zu werden. Die elastischen Mittel 51 müssen demnach so bemessen sein, dass sie eine axiale Kraft ausüben, um die Differenz der auf die beiden gegenüberliegenden Flächen des Zahnrads 30 ausgeübten Kräfte zu kompensieren.
Als Option wird die oben beschriebene Dichtung 5 durch eine Versorgung 53 mit einer Sperrflüssigkeit aus einem externen Reservoir 54 ergänzt. Die Sperrflüssigkeit füllt den auf der Seite des O-Rings 52 angeordneten Abschnitt der Aufnahme 121, die sich gegenüber derjenigen befindet, die von der Pumpflüssigkeit umspült wird, und übt somit einen Gegendruck auf diesen Dichtring aus, um seine Dichtung zu verbessern. Ein Leck der Sperrflüssigkeit in Richtung der Kammer 110 oder der Pumpflüssigkeit durch den Dichtring 52 führt zu einer Schwankung des Füllstands der Sperrflüssigkeit im Reservoir 54. Durch Überwachung dieses Füllstands ist es demnach möglich, ein Flüssigkeitsleck an der Dichtung in der einen oder anderen Richtung festzustellen. Das Vorhandensein einer Sperrflüssigkeit in den hohlen Teilen der Aufnahme 121 verhindert ferner eine Kondensation und Kristallisation der Pumpflüssigkeit in diesen hohlen Teilen.
Die oben beschriebene Zahnrad-Dosierpumpe ist demnach optimiert, um ihre Spülbarkeit wesentlich zu verbessern, indem die zwischen zwei verschiedenen zu pumpenden Produkten zu spülenden Hohlräume beseitigt werden, wodurch Produkt eingespart und die Spülzeit verkürzt werden kann. Der vereinfachte Aufbau der Pumpe, der die Anzahl ihrer Bestandteile verringert und nur das Vorhandensein einer einzigen Dichtung erfordert, reduziert um so mehr die Produktionskosten sowie das Leckrisiko und erhöht ihre Zuverlässigkeit.
Die obige Pumpe kann vorteilhaft zum Dosieren eines zu pumpenden Produkts verwendet werden, wobei das Volumen des gepumpten Produkts im wesentlichen proportional zur Anzahl der Umdrehungen der Zahnräder 30 oder 31 ist. Durch Regelung dieser Umdrehungsanzahl ist es demnach möglich, eine Präzisions-Dosierpumpe zu erhalten. Eine derartige Pumpe ist schematisch in 3 dargestellt.
In dieser Figur erkennt man den Pumpenkörper 1 mit dem antreibenden Zahnrad 30, das wie zuvor beschrieben von der Welle 40 angetrieben wird. Das andere Ende der Welle 40 wird von einem Motor 41 angetrieben, vorzugsweise von einem Elektromotor, der jedoch ebenfalls ein Pneumatik- oder Hydraulikmotor oder ein Motor eines beliebigen bekannten Typs sein kann und geeignet ist, die Welle 40 anzutreiben. Auf der Welle 40 kann zwischen dem Motor 41 und der Pumpe ein Getriebe 42 angeordnet sein. Die Drehzahl der Zahnräder 30 und 31 der Pumpe, bzw. das gepumpte Flüssigkeitsvolumen, ist demnach gleich oder proportional zur Anzahl der Umdrehungen der Welle 40 und des Motors 41. Ein Codierer 43, der diese Anzahl Umdrehungen messen kann, kann demnach ein Steuersignal an eine Steuereinheit 44 senden, beispielsweise eine elektronische Einheit, die einen programmierten Mikroprozessor enthält oder nicht, die dieses Signal aufzeichnen und das Pumpverfahren regeln kann, beispielsweise durch Abschalten der Versorgung des Motors 41, wenn die gewünschte Produktmenge gepumpt wurde. Der Codierer kann am Wellenende auf dem Motor 41 angeordnet sein, wie dies durch den Codierer 43 in Position A schematisiert ist, oder auf der Welle 40 vor oder hinter dem eventuellen Getriebe 42, wie dies durch die Positionen B und C schematisiert ist, oder in der Pumpe selbst, wie dies durch die Position D schematisiert ist. Der Codierer 43 ist von einem beliebigen bekannten Typ, optisch, induktiv, kapazitiv oder dergleichen, der die Anzahl der Umdrehungen des Motors 41, der Welle 40 oder eines Zahnrads 30 oder 31 je nach der Position A, B, C oder D, in der er sich befindet, messen kann.
Der Aufbau der Dosierpumpe kann kompakt sein, wobei der Motor 41 unmittelbar am Pumpenkörper 1 sitzt, oder er kann etwas verstreuter sein, wobei die Welle 40 dann aus einer flexiblen Antriebswelle besteht. Eine derartige Pumpe ist vorteilhaft einem robotisierten Lackierarm zugeordnet, beispielsweise zum Lackieren von Fahrzeugkarosserien, wobei die Pumpe sowie ihr Antriebsmotor in dem mobilen Teil des robotisierten Arms angeordnet sind, oder, um die sich bewegenden Massen auf ein Minimum zu reduzieren, kann der Motor 41 in einem Sockelteil des robotisierten Arms angeordnet sein, während der Pumpenkörper im mobilen Ende des Arms untergebracht ist, wobei die beiden Elemente über eine flexible Welle 40 verbunden sind. Ein verstreuter Aufbau mit einer flexiblen oder starren Antriebswelle 40 ermöglicht ebenfalls, eine Anti-Explosions-Pumpe zu erhalten, wobei der Motor 41, der einen Funken erzeugen kann, vom Pumpenkörper 1 entfernt sein kann, der sich in einer explosiven Atmosphäre befinden könnte.
Bei jeder möglichen Anwendung einer derartigen Dosierpumpe wird der Einbau oder nicht eines Getriebes 42 sowie die Positionierung des Codierers 43 in einer beliebigen oben beschriebenen Position je nach der betrachteten Anwendung festgelegt.
Der beschriebene modulare Aufbau ermöglicht demnach die Verwendung einer derartigen Dosierpumpe in zahlreichen Anwendungen, Lackieren, Dosieren von chemischen und pharmazeutischen Produkten, Nahrungsmitteln oder dergleichen.
Die Bestandteile des Pumpenkörpers 1 sowie die Zahnräder 3 und die Dichtung 5 bestehen aus Materialen, die im wesentlichen mit den gepumpten Produkten kompatibel sind, wobei diese Materialien Metalle oder Legierungen, beispielsweise rostfreier Stahl, synthetische oder keramische Materialien sein können, wobei diese Materialien mit einer Schutzschicht beschichtet werden können oder nicht. Es ist nicht erforderlich, dass die verschiedenen Bestandteile der Pumpe aus dem gleichen Material bestehen.
Für den Aufbau einer erfindungsgemäßen Zahnrad-Dosierpumpe können verschiedene Ausführungsvarianten in Betracht gezogen werden. Gemäß der obigen Beschreibung umfasst die Pumpe ein antreibendes Zahnrad und ein angetriebenes Zahnrad; sie könnte ebenfalls eine Mehrzahl angetriebener Zahnräder aufweisen, die am Umfang eines antreibenden Zahnrads angeordnet sind. Die Kammer des Pumpenkörpers umfasst dann die erforderliche Anzahl Flügel, um jedes Zahnrad aufzunehmen. Gemäß der obigen Beschreibung besteht der Pumpenkörper aus drei zusammengefügten Platten, um zwar um die Bearbeitung der Kammer 110 der Zwischenplatte zu vereinfachen. Es wäre ebenfalls möglich, dass die Zwischenplatte 11 aus einem einzigen Teil besteht mit entweder der Bodenplatte 10 oder der Vorderplatte 12. Der Pumpenkörper 1 wurde ebenfalls als viereckig beschrieben, könnte jedoch jede beliebige Form aufweisen, die eine Pumpenkammer wie beschrieben aufnehmen kann. Andererseits wurde beschrieben, dass die Dosierpumpe insbesondere einen Elektromotor und einen Codierer umfasst. Diese beiden Elemente könnten durch einen Schrittmotor ersetzt werden, wobei die Anzahl durchzuführender Schritte durch das zu pumpende Produktvolumen bestimmt wird.

Claims

Zahnrad-Dosierpumpe mit einem Pumpenkörper (1) mit einer aus mindestens zwei zylindrischen schneidenden Flügeln, wobei ein erster Flügel ein antreibendes Zahnrad (30) aufnimmt, wobei mindestens ein zweiter Flügel ein angetriebenes Zahnrad (31) aufnimmt, wobei die besagten Zahnräder nur über ihren äußeren Umfang auf die innere Umfangsfläche eines jeden Flügels gestützt getragen werden, wobei die Drehung des antreibenden Zahnrads (30) von einer Antriebswelle (40) angetrieben wird, deren Ende (41) in eine axiale Aufnahme (300) des besagten antreibenden Zahnrads eingeführt ist, wobei die Form des besagten Wellenendes (41) mit der Form der besagten axialen Aufnahme zusammenwirkt, um dem besagten antreibenden Zahnrad (30) ein Antriebsmoment zu liefern, wobei die Antriebswelle (40) kein radiales oder axiales Trag- oder Führungsmittel für das antreibende Zahnrad (30) bietet, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine auf die Antriebswelle (40) montierte Dichtung (5) umfasst, wobei die besagte Dichtung an der zum antreibenden Zahnrad (30) hin gerichteten Fläche einer Vorderplatte (12) des Pumpenkörpers in unmittelbarer Nähe des Endes (41) der besagten Welle montiert ist.
Dosierpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (5) aus einer mechanischen Dichtung besteht, die eine in einer zur Antriebswelle (40) koaxialen Aufnahme (121) angeordneten Hülse (50) umfasst, wobei die besagte Hülse von elastischen Mitteln (51) gegen einen seitlichen Wandabschnitt des antreibenden Zahnrads (30) gedrückt wird, wobei die besagte Dichtung Mittel umfasst, die die Rotation der Hülse (50) verhindern können, wobei die besagte Hülse einen O-Ring (52) trägt, der die Dichtheit der besagten koaxialen Aufnahme (121) gewährleistet.
Dosierpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elastischen Mittel (51) so bemessen sind, dass sie eine von der Hülse (50) übertragene axiale Kraft auf das antreibende Zahnrad (30) ausüben, die die axiale Kraft aus der anderen Richtung, die aufgrund der Differenz der Seitenflächen des antreibenden Zahnrads (30) entsteht, auf die der Druck des Pumpprodukts ausgeübt wird, ausgleichen können.
Dosierpumpe nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner eine Versorgung (53) mit einer Sperrflüssigkeit umfasst, die auf der Seite des O-Rings (52) in die besagte koaxiale Aufnahme (121) mündet, die derjenigen, die zum antreibenden Zahnrad (30) hin gerichtet ist, gegenüberliegt.
Dosierpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie einer Codiervorrichtung (43) zugeordnet ist, die ein zur Anzahl der von einem der Zahnräder (30, 31) der Pumpe ausgeführten Umdrehungen proportionales Signal (430) liefern kann.
Dosierpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das besagte Signal (430) an eine Steuereinheit (44) gesendet wird, die das Pumpverfahren gemäß dem empfangenen Signal regeln kann.
Dosierpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie einem Motor (41) zugeordnet ist, der die Drehung der besagten Antriebswelle (40) antreiben kann.
Dosierpumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (40) eine flexible Welle ist.
Dosierpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie einem robotisierten Arm zugeordnet ist, der insbesondere ein festes Sockelteil und einen mobilen Arm umfasst.
Dosierpumpe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpenkörper (1) sowie der Motor (41) an dem besagten mobilen Arm des robotisierten Arms montiert sind.
Dosierpumpe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpenkörper (1) an dem mobilen Arm montiert ist, während der Motor (41) an dem Sockelteil des robotisierten Arms montiert ist.