DE9311067U1 - Axial piston pump, especially fine metering pump - Google Patents
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Description
- 1 - PSA022de- 1 - PSA022en
Saphirwerk Industrieprodukte AG, CH-2555 Brügg b. BielSaphirwerk Industrial Products AG, CH-2555 Brügg b. Biel
Die Erfindung betrifft eine Axialkolbenpumpe, insbesondere eine Feindosierpumpe, wie sie beispielsweise in der chemischen Analysentechnik oder in der Medizinaltechnik eingesetzt werden kann. Von derartigen Pumpen wird höchste Fördergenauigkeit bei verschiedenen Durchflussmengen und -Drücken erwartet. Je nach Anwendungszweck sind bereits verschiedene, gattungsmässig vergleichbare Pumpen bekannt geworden.The invention relates to an axial piston pump, in particular a fine metering pump, such as can be used in chemical analysis technology or in medical technology. Such pumps are expected to deliver the highest delivery accuracy at different flow rates and pressures. Depending on the application, various pumps of comparable generic type are already known.
Die DE-C-31 22 091 beschreibt eine Tauchkolbenpumpe mit einem axial verschiebbaren Tauchkolben und mit einer Kolbenführungshülse aus keramischem Material. Der Verdrängungsraum, in dem sich der Tauchkolben bewegt, ist auf der Saugseite und auf der Druckseite mit je einem Kugelventil verschlossen. Die Hubbewegung des Tauchkolbens wird mittels Präzisionsnocken gesteuert, wie dies beispielsweise aus der EP-A-228 628 ersichtlich ist. Derartige Tauchkolbenpumpen arbeiten im Mitteldruck- bis Hochdruckbereich von beispielsweise 5 bis 600 bar. Die Durchflussmengen sind relativ gering und liegen etwa bei 0,1 bis 100 ml/Min.DE-C-31 22 091 describes a plunger pump with an axially movable plunger and with a piston guide sleeve made of ceramic material. The displacement chamber in which the plunger moves is closed with a ball valve on the suction side and on the pressure side. The stroke movement of the plunger is controlled by means of precision cams, as can be seen, for example, in EP-A-228 628. Such plunger pumps work in the medium pressure to high pressure range of, for example, 5 to 600 bar. The flow rates are relatively low and are around 0.1 to 100 ml/min.
Durch die CH-A- (Anmeldung Nr. 3666/89) ist eine ventillose Axialkolbenpumpe bekannt geworden, bei welcher der Kolben selbst abwechslungsweise die Eintrittsöffnung und die Austrittsöffnung im Zylinder verschliesst. Zu diesem Zweck ist der Kolben drehbar gelagert und mit einer Ausnehmung versehen, welche beim Ausführen des Kolbenhubes wechselweise mit einer der Zylinderöffnungen kommuniziert. Ein Kurvengetriebe sorgt für die periodische axiale Bewegung des Kolbens im Verlaufe der Drehbewegung. Der Vorteil dieses Pumpentyps besteht in der einfachen Bauweise, da Ventile, Ventildichtungen und die Nockensteuerung des Kolbens wegfallen. Derartige Pumpen können aber nur im Niederdruckbereich von beispielsweise 0,1 bis 2 bar bei geringen Durchflussmengen eingesetzt werden.A valveless axial piston pump has become known through CH-A (application no. 3666/89), in which the piston itself alternately closes the inlet opening and the outlet opening in the cylinder. For this purpose, the piston is rotatably mounted and provided with a recess which alternately communicates with one of the cylinder openings when the piston stroke is carried out. A cam gear ensures the periodic axial movement of the piston during the rotary movement. The advantage of this type of pump is its simple design, as valves, valve seals and the cam control of the piston are eliminated. However, such pumps can only be used in the low pressure range of, for example, 0.1 to 2 bar with low flow rates.
- 2 - PSA022de- 2 - PSA022en
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine neue Axialkolbenpumpe zu schaffen, welche die Vorteile verschiedener, bisher bekannter Pumpentypen in sich vereinigt und welche bei kompakter Bauweise in einem Bereich einsetzbar ist, der von Niederdruck bis Mitteldruck, also von ca. 0,1 bis 50 bar reicht. Die Aufgabe wird erfindungsgemäss mit einer Axialkolbenpumpe gelöst, welche die Merkmale im Anspruch 1 aufweist. Der axial verschiebbare und drehbare Kolben sorgt mit seinem Kurvengetriebe für eine hochpräziese Dosierung der Durchflussmenge, wobei keine komplizierten Steuermechanismen erforderlich sind. Anders als bei den bisher bekannten Kolbenpumpen mit kombinierter Dreh- und Hubbewegung übernimmt der Kolben jedoch keine Ventilfunktion. Das wechselweise Verschliessen der Saugöffnung und der Drucköffnung wird durch separate Ventile übernommen, was höhere Arbeitsdrücke erlaubt . Die Drehung des vorgespannten Kolbens dient nur noch dazu, am Kurvengetriebe eine Hubbewegung zu erzielen. Demnach genügt es auch, wenn der Kolben in einer Kolbenführungshülse präzise geführt wird. Der Verdrängungsraum selbst könnte dagegen auch einen grösseren Durchmesser aufweisen, als der Kolben.The object of the invention is to create a new axial piston pump which combines the advantages of various previously known pump types and which, with a compact design, can be used in a range from low pressure to medium pressure, i.e. from approx. 0.1 to 50 bar. The object is achieved according to the invention with an axial piston pump which has the features in claim 1. The axially displaceable and rotatable piston with its cam gear ensures highly precise metering of the flow rate, whereby no complicated control mechanisms are required. Unlike the previously known piston pumps with combined rotary and lifting movements, however, the piston does not perform a valve function. The alternating closing of the suction opening and the pressure opening is carried out by separate valves, which allows higher working pressures. The rotation of the pre-tensioned piston only serves to achieve a lifting movement on the cam gear. Accordingly, it is sufficient if the piston is precisely guided in a piston guide sleeve. The displacement chamber itself could, however, also have a larger diameter than the piston.
Besonders vorteilhaft schneiden die Einlassbohrung und die Auslassbohrung die Stirnseite des Verdrängungsraumes an, wobei sie schräg zu dessen Mittelachse verlaufen. Damit ist gewährleistet, dass der Kolben den Verdrängungsraum vollständig ausstossen kann, ohne dass im Verlauf der Hubbewegung der Querschnitt der Bohrungen verändert wird.It is particularly advantageous if the inlet bore and the outlet bore intersect the front side of the displacement chamber, whereby they run at an angle to its central axis. This ensures that the piston can completely eject the displacement chamber without the cross-section of the bores being changed during the stroke movement.
Das Pumpenkopfgehäuse besteht vorteilhaft aus Edelstahl oder aus einem chemisch inerten Kunststoffmaterial. Auf diese Weise kann die Pumpe auch zur Förderung aggressiver Chemikalien eingesetzt werden.The pump head housing is preferably made of stainless steel or a chemically inert plastic material. This means that the pump can also be used to pump aggressive chemicals.
Besonders gute Resultate werden erzielt, wenn das Einlassventil und das Auslassventil Kugelventile sind, welche in das Pumpengehäuse eingeschraubt sind. Kugelventile mit hochprä-Particularly good results are achieved when the inlet valve and the outlet valve are ball valves that are screwed into the pump housing. Ball valves with high-precision
- 3 - PSA022de- 3 - PSA022en
ziesen Ventilkugeln, beispielsweise aus Rubin oder Saphir, sind äusserst resistent und dichten besonders gut. Da die Ventile nur eingeschraubt sind, können sie zu Reinigungszwecken besonders leicht entfernt werden. ziese valve balls, for example made of ruby or sapphire, are extremely resistant and seal particularly well. Since the valves are only screwed in, they can be removed particularly easily for cleaning purposes.
Weitere Vorteile können erreicht werden, wenn die Kolbenführungshülse an ihrer aus dem Pumpenkopfgehäuse ragenden Stirnseite unmittelbar als Kurventräger ausgebildet ist. Die Kolbenführungshülse kann dabei in einer Befestigungshülse gefasst sein, welche in das Pumpenkopfgehäuse eingeschraubt ist. Dadurch ist eine Entfernung zu Reinigungszwecken leicht möglich. Ausserdem können für die Befestigungshülse und für die Kolbenführungshülse ganz unterschiedliche Materialien eingesetzt werden, wie z.B. ein keramischer Werkstoff für die Kolbenführunghülse und Edelstahl für die Befestigungshülse. Die Befestigungshülse kann dabei auf die Kolbenführungshülse aufgeschrumpft sein.Further advantages can be achieved if the piston guide sleeve is designed as a cam carrier on its front side protruding from the pump head housing. The piston guide sleeve can be held in a fastening sleeve which is screwed into the pump head housing. This makes it easy to remove for cleaning purposes. In addition, very different materials can be used for the fastening sleeve and the piston guide sleeve, such as a ceramic material for the piston guide sleeve and stainless steel for the fastening sleeve. The fastening sleeve can be shrunk onto the piston guide sleeve.
Da infolge der höheren Drücke auch das Kurvengetriebe grösseren Belastungen ausgesetzt ist, wird ein möglichst verschleissfester Betrieb des Kurvengetriebes dadurch gewährleistet, dass das Eingriffsglied als flächig auf dem Kurventräger aufliegender Gleitschuh ausgebildet ist. Damit kann die Flächenpressung wesentlich reduziert werden und das Einfressen einer Nut im Kurventräger wird auch bei hohen Drehzahlen und starken Belastungen vermieden. Besonders vorteilhaft ist der Gleitschuh ein den Kolben umgebender Ring, der über einen Mitnehmerstift kraftschlüssig mit dem Kolben verbunden ist. Der Ring verteilt die axialen Druckkräfte praktisch auf die gesamte Fläche des Kurventrägers. Wenn der Gleitschuh aus einem geeigneten Kunststoffmaterial besteht, können besonders günstige Reibungswerte erzielt werden. Ähnlich wie die Kolbenführungshülse kann auch der Kolben selbst aus einem keramischen Werkstoff bestehen.As the cam gear is also exposed to greater loads due to the higher pressures, the cam gear is designed to be as wear-resistant as possible by designing the engagement element as a sliding shoe that rests flat on the cam carrier. This means that the surface pressure can be significantly reduced and the erosion of a groove in the cam carrier is avoided even at high speeds and under heavy loads. A particularly advantageous feature is that the sliding shoe is a ring that surrounds the piston and is connected to the piston in a force-locking manner via a driver pin. The ring distributes the axial pressure forces practically over the entire surface of the cam carrier. If the sliding shoe is made of a suitable plastic material, particularly favorable friction values can be achieved. Similar to the piston guide sleeve, the piston itself can also be made of a ceramic material.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachstehend genauer beschrieben. EsAn embodiment of the invention is shown in the drawings and is described in more detail below. It
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zeigen:show:
Figur 1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemässe Pumpe mit dem Kolben in der unteren Hubstellung, undFigure 1 shows a cross section through a pump according to the invention with the piston in the lower stroke position, and
Figur 2 die Pumpe gemäss Figur 1 mit dem Kolben in der oberen Hubstellung.Figure 2 shows the pump according to Figure 1 with the piston in the upper stroke position.
Figur 1 zeigt die erfindungsgemässe Axialkolbenpumpe im Querschnitt ohne Antriebsmotor. Im Pumpenkopfgehäuse 1 ist ein hohlzylindrischer Verdrängungsraum 2 angeordnet. Dieser Verdrängungsraum wird an seiner Stirnseite 6 von einer Einlassbohrung 4 und von einer Auslassbohrung 5 angeschnitten. Die beiden Bohrungen verlaufen in einem Winkel schräg zur Mittelachse des Verdrängungsraums.Figure 1 shows the axial piston pump according to the invention in cross section without a drive motor. A hollow cylindrical displacement chamber 2 is arranged in the pump head housing 1. This displacement chamber is cut into on its front side 6 by an inlet bore 4 and an outlet bore 5. The two bores run at an angle oblique to the central axis of the displacement chamber.
Die beiden Bohrungen 4 und 5 enden in je einer Ventilkammer 23 und 23'.The two bores 4 and 5 each end in a valve chamber 23 and 23'.
Über der Einlassbohrung 4 ist ein Einlassventil 7 in die Ventilkammer 23 eingeschraubt. Dabei handelt es sich um ein Kugelventil mit hochpräzisen und chemisch resistenten Bauteilen. Die Ventilkugel kann aus Rubin und der Ventilsitz aus Saphir gefertigt sein. Das Ventil wird stirnseitig mitttels einer Dichtung dichtend gegen die Mündung der Einlassbohrung 4 gepresst. Auf genau die gleiche Weise ist über der Auslassbohrung 5 ein Auslassventil 8 angeordnet. Dieses Ventil ist grundsätzlich von gleicher Bauart, wie das Einlassventil 7, wobei selbstverständlich die Strömungsrichtung anders verläuft. An inlet valve 7 is screwed into the valve chamber 23 above the inlet bore 4. This is a ball valve with high-precision and chemically resistant components. The valve ball can be made of ruby and the valve seat of sapphire. The valve is pressed against the mouth of the inlet bore 4 by means of a seal. An outlet valve 8 is arranged above the outlet bore 5 in exactly the same way. This valve is basically of the same design as the inlet valve 7, although the flow direction is of course different.
Der Kolben 3 ist in einer Kolbenführungshülse 9 geführt, welche beispielsweise aus Keramik besteht. Vorzugsweise ist auch der Kolben aus keramischem Material gefertigt. Die Kolbenführungshülse 9 ist beispielsweise durch Schrumpfen oder Kleben in einer Befestigungshülse 15 gefasst, welche derart in das Pumpenkopfgehäuse 1 eingeschraubt werden kann, dass die Füh-The piston 3 is guided in a piston guide sleeve 9, which is made of ceramic, for example. Preferably, the piston is also made of ceramic material. The piston guide sleeve 9 is held, for example by shrinking or gluing, in a fastening sleeve 15, which can be screwed into the pump head housing 1 in such a way that the guide
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rungsbohrung 10 der Kolbenführungshülse 9 koaxial mit dem Verdrängungsraum 2 verläuft. Zur Abdichtung des Verdrängungsraums 2 ist in das Pumpenkopfgehäuse eine Kolbendichtung 17 eingelassen.bore 10 of the piston guide sleeve 9 runs coaxially with the displacement chamber 2. To seal the displacement chamber 2, a piston seal 17 is embedded in the pump head housing.
Die aus dem Pumpenkopfgehäuse ragende Stirnseite der Kolbenführungshülse 9 ist umittelbar als Kurventräger 14 ausgebildet. Als Kurventräger dient hier eine plane Anschrägung der Kolbenführungshülse. Es wäre aber selbstverständlich auch denkbar, dass der Kurventräger für bestimmte Spezialfälle einen komplizierteren Kurvenverlauf aufweist.The front side of the piston guide sleeve 9 protruding from the pump head housing is designed directly as a cam carrier 14. A flat bevel of the piston guide sleeve serves as the cam carrier here. However, it would of course also be conceivable for the cam carrier to have a more complicated curve for certain special cases.
Am Ende des Kolbens 3 ist ein Kolbenendstück 18 befestigt, das ebenfalls aufgeschrumpft oder aufgeklebt werden könnte. Das Kolbenendstück trägt einen Mitnehmerstift 13, der an seinem Ende sphärisch ausgebildet ist. Dieser Mitnehmerstift greift in eine Vertiefung in einem Ring 16, der auf dem Kurventräger 14 flächig aufliegt. Der Ring 16 bildet damit zusammen mit dem Mitnehmerstift 13 ein Eingriffsglied zum Abtasten der Kurve.A piston end piece 18 is attached to the end of the piston 3, which could also be shrunk or glued on. The piston end piece has a driver pin 13, which is spherical at its end. This driver pin engages in a recess in a ring 16, which rests flat on the cam carrier 14. The ring 16 thus forms, together with the driver pin 13, an engagement element for scanning the cam.
Der Kolben 3 ist an eine Antriebswelle 11 angekuppelt und gleichzeitig gegen den Verdrängungsraum 2 axial vorgespannt. Dazu dient eine Federkupplung 12 in der Form einer Schraubenfeder, welche auf einen unteren Klemmflansch 19 und auf einen oberen Klemmflansch 21 aufgepresst ist. Zur Befestigung der Klemmflansche mit dem Kolbenendstück 18 bzw. mit der Antriebswelle 11 dienen die Klemmschrauben 20 und 22. Bei einer Drehung der Antriebswelle 11 in Pfeilrichtung &khgr; führt der Kolben 3 ersichtlicherweise neben dieser Drehbewegung gleichzeigig eine Hubbewegung in Pfeilrichtung y aus.The piston 3 is coupled to a drive shaft 11 and at the same time axially preloaded against the displacement chamber 2. This is done by a spring coupling 12 in the form of a helical spring, which is pressed onto a lower clamping flange 19 and an upper clamping flange 21. The clamping screws 20 and 22 are used to fasten the clamping flanges to the piston end piece 18 or to the drive shaft 11. When the drive shaft 11 rotates in the direction of the arrow x, the piston 3 obviously carries out a lifting movement in the direction of the arrow y in addition to this rotary movement.
Figur 1 zeigt den Kolben 3 in seiner untersten Kolbenstellung mit geschlossenem Einlassventil 7 und mit geöffnetem Auslassventil 8. Nach einer Umdrehung der Antriebswelle von 180° nimmt die Pumpe die in Figur 2 dargestellte Position ein. Der Kolben 3 wird durch das Kurvengetriebe emporgehoben, wobeiFigure 1 shows the piston 3 in its lowest piston position with the inlet valve 7 closed and the outlet valve 8 open. After the drive shaft has rotated 180°, the pump assumes the position shown in Figure 2. The piston 3 is raised by the cam gear, whereby
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die Federkupplung 12 fast auf Block zusammengepresst wird.
Während dieser Hubbewegung ist das Einlassventil 7 geöffnet
und das Auslassventil geschlossen und der Verdrängungsraum 2
füllt sich mit Flüssigkeit. Bei einer weiteren Drehung der
Antriebswelle beginnt wiederum der Ausstossvorgang, bis wieder
die in Figur 1 dargestellte Position erreicht ist.the spring clutch 12 is pressed almost to a block.
During this stroke, the inlet valve 7 is open
and the outlet valve is closed and the displacement chamber 2 is filled with liquid. With a further rotation of the
The ejection process begins again on the drive shaft until the position shown in Figure 1 is reached again.
Um einen übermässig starken Verschleiss des Ringes 16 zu vermeiden, ist der Kurventräger 14 vorzugsweise mit einer Rauheit von weniger als 0,05 &mgr;&pgr;&igr; bearbeitet. Die Führungsbohrung 10 in der Kolbenführungshülse 9 sollte eine Rauheit von weniger als 0,2 &mgr;&pgr;&igr; aufweisen.In order to avoid excessive wear of the ring 16, the cam carrier 14 is preferably machined to a roughness of less than 0.05 μπα. The guide bore 10 in the piston guide sleeve 9 should have a roughness of less than 0.2 μπα.
Claims (13)
den Verdrangungsraum (2) eingreift.12. Axial piston pump according to one of claims 1 to 11, characterized in that the piston (3) fits precisely in
the displacement chamber (2).
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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| DE9311067U1 true DE9311067U1 (en) | 1993-09-09 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108843558A (en) * | 2018-06-15 | 2018-11-20 | 深圳市益思精密五金有限公司 | High pressure constant flow pump, its flexible column stopper rod and the method for reducing pressure fluctuation |
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1992
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-
1993
- 1993-07-23 DE DE9311067U patent/DE9311067U1/en not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108843558A (en) * | 2018-06-15 | 2018-11-20 | 深圳市益思精密五金有限公司 | High pressure constant flow pump, its flexible column stopper rod and the method for reducing pressure fluctuation |
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| CH686974A5 (en) | 1996-08-15 |
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