EP0286792A2 - Antriebsvorrichtung für eine Pumpe, insbesondere eine Flüssigkeitsdosierpumpe - Google Patents

Antriebsvorrichtung für eine Pumpe, insbesondere eine Flüssigkeitsdosierpumpe Download PDF

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EP0286792A2
EP0286792A2 EP88101750A EP88101750A EP0286792A2 EP 0286792 A2 EP0286792 A2 EP 0286792A2 EP 88101750 A EP88101750 A EP 88101750A EP 88101750 A EP88101750 A EP 88101750A EP 0286792 A2 EP0286792 A2 EP 0286792A2
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EP
European Patent Office
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eccentric
motor shaft
pump
rotation
motor
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP88101750A
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English (en)
French (fr)
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EP0286792A3 (de
Inventor
Rudi Siller
Heinrich Dipl.-Ing. Seibel (Fh)
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Cillit Wassertechnik & Co GmbH
Original Assignee
Cillit Wassertechnik & Co GmbH
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B49/00Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00
    • F04B49/12Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00 by varying the length of stroke of the working members
    • F04B49/123Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00 by varying the length of stroke of the working members by changing the eccentricity of one element relative to another element
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B9/00Piston machines or pumps characterised by the driving or driven means to or from their working members
    • F04B9/02Piston machines or pumps characterised by the driving or driven means to or from their working members the means being mechanical
    • F04B9/04Piston machines or pumps characterised by the driving or driven means to or from their working members the means being mechanical the means being cams, eccentrics or pin-and-slot mechanisms
    • F04B9/045Piston machines or pumps characterised by the driving or driven means to or from their working members the means being mechanical the means being cams, eccentrics or pin-and-slot mechanisms the means being eccentrics

Definitions

  • the invention relates to a drive device for a pump, in particular a liquid metering pump, of the type specified in the preamble of claim 1.
  • Known metering pumps with an electric motor drive of this type have a reduction gear via which an eccentric is driven, which acts on the pump plunger with its outer surface.
  • the return stroke is carried out with a return spring.
  • a stroke limiter can also be provided, which is adjustable from the outside. This principle can be used for both diaphragm pumps and piston pumps.
  • the motor power is only used for the forward stroke of the pump tappet. The engine is turned back empty on the return stroke.
  • the force F actually to be used to advance the pump tappet increases steadily from a lower initial value at the rear dead center to a maximum value at the front dead center. This increase is primarily due to the gradual compression of the return spring in the feed direction.
  • the drive motor must be designed with regard to its power and thus its torque M such that, taking into account the power transmission characteristic F ( ⁇ ), the force in each angular position ⁇ is sufficient to overcome the counterforce K acting on the tappet.
  • the critical point in this regard occurs near the minimum of the F ( ⁇ ) curve. In the known metering pumps, however, this means that the available engine power remains unused over a large part of the stroke cycle, in particular during the return stroke, so that on average an oversizing of the motor is required.
  • the invention has for its object to provide a drive device of the type specified, with which even without energy storage With simple kinematic precautions, an improvement in the overall efficiency and thus a reduction in the nominal power of the drive motor used can be achieved for a given pump power.
  • the solution according to the invention is based on the idea of influencing the force transmission characteristic F ( ⁇ ) between the motor, eccentric and pump tappet with the aid of the simplest possible kinematic means without energy storage in such a way that the minimum of the force transmission is expanded in a plateau-like manner with a small range of fluctuation and as wide as possible is simultaneously raised compared to the minimum of the parabolic shape with a directly driven circular eccentric disc.
  • these precautions can also be formulated in such a way that the feed speed of the ram in the pre-stroke phase over a range of rotation angle of the motor shaft at least 160 °, preferably from 240 ° to 290 °, has a plateau-like maximum with a fluctuation range of less than 35%, preferably less than 15%, based on the maximum value of the feed rate.
  • this goal can already be achieved in that the power transmission and / or transmission means arranged between the motor shaft and the pump tappet are used to set an extension of the preliminary stroke phase beyond a rotation angle range of the motor shaft of more than 180 °, at the expense of the return phase angular range to be traversed.
  • a smaller transmission ratio and thus a lower power requirement in the pre-stroke phase are sufficient, so that a smaller motor dimensioning is possible for a given pump output. This then leads to a faster return stroke.
  • this is not a disadvantage.
  • a gearbox with a variable step-down and transmission ratio is arranged between the drive shaft and the eccentric depending on the angle of rotation of the motor shaft.
  • a transmission can be realized, for example, by two equal-sized elliptical wheels that roll on each other on their circumference, preferably carrying a ring gear, one of which is coupled directly to the motor shaft near its one focal point and the other close to its one focal point by one to the other Motor shaft parallel, arranged at a distance from this axis is rotatable.
  • the eccentric which has a circular outline, should in this case be connected to the driven elliptical wheel in such a way that the diameter of the eccentric axis, which coincides with the axis of rotation of the elliptical wheel, is oriented essentially perpendicular to the main direction of the ellipse, which runs through the two focal points of the elliptical wheel .
  • the lateral surface of the eccentric with a circular outline can in this case be formed by the outer ring of a ball bearing arranged on an eccentrically driven shaft.
  • the elliptical gear leads to an approximate solution to the desired goal of a power transmission from the motor to the tappet that is as independent as possible of the angle of rotation ⁇ of the motor shaft in the course of the preliminary stroke phase.
  • an eccentric which can be driven directly via the motor shaft and which has an angular range of min at least 160 °, preferably from 280 ° to 310 °, the outline shape of a spiral widening from an initial radius to an end radius, which is closed in the residual angle range by a smooth outline curve extending between the end radius and the initial radius.
  • the residual angle region of the eccentric curve can have the shape of a straight line or a tapering spiral, in particular an Archimedean spiral, at least in sections.
  • the eccentric consists of hardened steel at least in the area of its outer surface and if the pump tappet is supported on the outer surface with a roller.
  • the drive device shown in FIG. 1 essentially consists of an electric geared motor 18, the gearbox of which additionally has two gearwheels 22, 24 arranged outside the motor housing, an elliptical gear 28,30 driven via the geared motor shaft 24 ⁇ , an eccentric 10 connected to the driven elliptical wheel 30, 15 and a pump plunger 14 with its rear end face 42 against the outer surface 17 of the eccentric under the action of a return spring 12.
  • the pump plunger 14 extends through an axial guide 22 in the housing 20.
  • a frustoconical stop 52 is arranged on the tappet, which can abut against a pin 48 with a conical tip 50 that is axially adjustable in the housing 20.
  • the cylindrical eccentric 10 is guided with its upper cylindrical end in a bearing 16 arranged on the housing.
  • it is loosely mounted together with the elliptical wheel 30 on the shaft 38 which projects from the motor housing and which in turn carries the gear wheel 22 of the outer part of the motor transmission 22, 24.
  • the gear 24 is loosely mounted on the shaft 26 together with the elliptical gear 28.
  • the driving elliptical wheel 28 engages with its ring gear 29 in the ring gear 31 of the driven elliptical wheel 30.
  • an eccentric 10 ⁇ is present, which is driven about the axis 38 ⁇ directly in the direction of arrow 36, and on the outer surface 17 ⁇ , 17 ⁇ the plunger 14 is supported with its rear end face.
  • the outline curve extends on a widening from an initial radius to an end radius Spiral.

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Abstract

Die für eine Flüssigkeitsdosierpumpe bestimmte Antriebsvorrichtung besteht im wesentlichen aus einem motorisch angetriebenen Exzenter (10) und einem durch den Exzenter entgegen der Kraft einer Rückholfeder (12) verschiebbaren Pumpenstößel (14). Zwischen Motorwelle (24') und Exzenter (10) ist ein Getriebe (28,28') mit variablem Unter- und Übersetzungsverhältnis in Abhängigkeit vom Drehwinkel der Motorwelle (24') angeordnet. Mit diesen einfachen kinematischen Vorkehrungen wird eine Verbesserung des Gesamtwirkungsgrads und damit bei gegebener Pumpleistung eine Reduzierung der Nennleistung des verwendeten Antriebsmotors erzielt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für eine Pumpe, insbesondere eine Flüssigkeitsdosierpumpe, der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.
  • Bekannte Dosierpumpen mit elektromotorischem Antrieb dieser Art weisen ein Untersetzungsgetriebe auf, über das ein Exzenter angetrieben wird, der mit seiner Mantel­fläche auf den Pumpenstößel einwirkt. Der Rückhub wird mit einer Rückholfeder ausgeführt. Weiter kann ein Hubbe­grenzer vorgesehen sein, der von außen einstellbar ist. Dieses Prinzip ist sowohl für Membranpumpen als auch für Kolbenpumpen anwendbar. Die Motorkraft wird dort nur für den Vorhub des Pumpenstößels aufgewandt. Beim Rückhub wird der Motor leer zurückgedreht. Bei Verwendung eines unmittelbar über die Motorwelle angetriebenen Ex­zenters mit kreisförmigen Umriß nimmt die durch den Motor mit konstantem Drehmoment M auf den Stößel übertragbare Kraft F(φ) von einem sehr großen, theoretisch unendlichen Wert im rückwärtigen Totpunkt (φ = 0°) allmählich bis zu einem Minimum bei φ = 90° ab um dann wieder auf den sehr großen Wert beim Erreichen des vorderen Totpunkts (φ = 180°) anzusteigen. Dieser parabelförmige Kurvenver­lauf ist in dem in Fig. 3 gezeigten Diagramm als Kurve A eingezeichnet; er ergibt sich aus der Beziehung
    F(φ) = M/l(φ)      (1)
    wobei l die vom Drehwinkel φ der Motorwelle abhängige Hebellänge des Exzenters bedeutet.
  • Hinzu kommt, daß die für den Vorschub des Pumpenstößels tatsächlich aufzugwendende Kraft F von einem niedrigeren Anfangswert im rückwärtigen Totpunkt stetig bis zu einem Höchstwert beim vorderen Totpunkt zunimmt. Diese Zunahme ist vor allem durch das allmähliche Zusammendrücken der Rückholfeder in Vorschubrichtung bedingt. Der Antriebs­motor muß hinsichlich seiner Leistung und damit seines Drehmoments M so ausgelegt werden, daß unter Berück­sichtigung der Kraftübertragungscharakteristik F(φ) die Kraft in jeder Winkelstellung φ zur überwindung der am Stößel angreifenden Gegenkraft K ausreicht. Der kritische Punkt in dieser Hinsicht tritt in der Nähe des Minimums der F(φ)-Kurve auf. Bei den bekannten Dosierpumpen be­deutet dies aber, daß über einen großen Teil des Hubzy­klus, insbesondere beim Rückhub, die zur Verfügung stehende Motorleistung ungenutzt bleibt, so daß im Mittel eine Überdimensionierung des Motors erforderlich ist.
  • Es ist bereits vorgeschlagen worden (DE-OS 35 37 297) die bisher in der Rückhubphase des Pumpenstößels unge­nutzt bleibende Motorenergie in Form von potentieller mechanischer Energie zu speichern und in der Vorhubphase zur Unterstützung der Motorkraft zu nutzen. Die ungünstige Kraftübertragungs-Charakteristik F(φ) der Antriebsvor­richtung wird durch diese Maßnahme jedoch nicht berührt. Insbesondere bleibt es bei der gleichbleibenden Unter­teilung des Vorhub- und Rückhubwegs auf jeweils eine halbe Umdrehung (180°) der Motorwelle, was im Falle der Energiespeicherung in der Rückhubphase sogar von Vorteil ist.
  • Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zu­grunde, eine Antriebsvorrichtung der eingangs angegebenen Art zu schaffen, mit der auch ohne Energiespeicherung mit einfachen kinematischen Vorkehrungen eine Verbesserung des Gesamtwirkungsgrads und damit bei gegebener Pump­leistung eine Reduzierung der Nennleistung des verwenden­den Antriebsmotors erzielbar ist.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe werden die in den Patentan­sprüchen 1,3,4,5 und 8 angegebenen Merkmalskombinationen vorgeschlagen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den ab­hängigen Ansprüchen.
  • Der erfindungsgemäßen Lösung liegt der Gedanke zugrunde, die Kraftübertragungs-Charakteristik F(φ) zwischen Motor, Exzenter und Pumpenstößel unter Zuhilfenahme möglichst einfacher kinematischer Mittel ohne Energiespeicherung dahingehend zu beeinflussen, daß das Minimum der Kraft­übertragung über einen möglichst großen Winkelbereich plateauähnlich mit geringer Schwankungsbreite ausgedehnt und dabei gleichzeitig gegenüber dem Minimum des parabel­förmigen Verlaufs bei direkt angetriebener kreisförmiger Exzenterscheibe angehoben wird.
  • Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen, daß zwischen Motorwelle und Pumpenstößel Kraftübertragungs- und/oder Getriebemittel angeordnet sind, die bewerkstelligen, daß die vom Exzenter auf den Stößel übertragbare Vorschub­kraft F(φ) in der Vorschubphase über einen Bereich des Drehwinkels φ der Motorwelle von mindestens 160°, vorzugs­weise von 240° bis 290° ein plateauartiges Minimum mit einer Schwankungsbreite von weniger als 50 %, vorzugs­weise weniger als 20 % bezogen auf den Minimalwert der Vorschubkraft aufweist. Anders ausgedrückt können diese Vorkehrungen auch dahingehend formuliert werden, daß die Vorschubgeschwindigkeit des Stößels in der Vorhub­phase über einen Drehwinkelbereich der Motorwelle von mindestens 160°, vorzugsweise von 240° bis 290° ein plateauartiges Maximum mit einer Schwankungsbreite von weniger als 35 %, vorzugsweise weniger als 15 % bezogen auf den Maximalwert der Vorschubgeschwindigkeit aufweist.
  • Unabhängig davon kann dieses Ziel auch schon dadurch erreicht werden, daß mit den zwischen Motorwelle und Pumpenstößel angeordneten Kraftübertragungs- und/oder Getriebemitteln eine Ausdehnung der Vorhubphase über einen Drehwinkelbereich der Motorwelle von über 180° hinaus eingestellt wird, und zwar auf Kosten des in der Rückholphase zu durchlaufenden Winkelbereichs. Dadurch kommt man mit einem kleineren Übersetzungsverhältnis und sonach mit einem geringeren Kraftbedarf in der Vorhub­phase aus, so daß bei gegebener Pumpenleistung eine kleinere Motordimensionierung möglich ist. Dies führt dann zwar zu einem schnelleren Rückhub. Solange noch keine Kavitation beim Ansaugen der Dosierflüssigkeit auftritt, ist dies jedoch nicht von Nachteil.
  • Dementsprechend wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß zwischen Motorwelle und Pumpenstößel kinematische Kraftübertragungs- und/oder Getriebemittel angeordnet sind, über welche ein von der Motorwelle durchlaufener Drehwinkelbereich von mehr als 180° in einen Stößelvorhub und ein Drehwinkelbereich von weniger als 180° in einen Stößelrückhub umsetzbar ist. Vorteilhafterweise sollte ein Drehwinkelbereich der Motorwelle von mehr als 270°, vorzugsweise von 280° bis 310° in einen Stößelvorhub und ein Drehwinkelbereich von weniger 90°, vorzugsweise von 80° bis 50° in einen Stößelrückhub umgesetzt werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen Antriebswelle und Exzenter ein Getriebe mit variablem Unter- und Übersetzungsverhältnis in Abhänigkeit vom Drehwinkel der Motorwelle angeordnet. Ein solches Getriebe kann beispielsweise durch zwei an ihrem vorzugs­weise einen Zahnkranz tragenden Umfang aufeinander ab­rollende, gleichgroße Ellipsenräder realisiert werden, von denen das eine in der Nähe ihres einen Brennpunkts unmittelbar mit der Motorwelle gekuppelt ist und das andere in der Nähe ihres einen Brennpunkts um eine zur Motorwelle parallele, im Abstand von dieser angeordnete Achse drehbar ist. Der einen kreisförmigen Umriß auf­weisende Exzenter sollte in diesem Falle so mit dem ange­triebenen Ellipsenrad verbunden sein, daß der durch die mit der Drehachse des Ellipsenrads zusammenfallende Ex­zenterachse verlaufende Durchmesser des Exzenters im wesentlichen senkrecht zu der durch die beiden Brenn­punkte des Ellipsenrads verlaufende Hauptrichtung der Ellipse ausgerichtet ist.
  • Die Mantelfläche des Exzenters mit kreisförmigem Umriß kann in diesem Falle durch den Außenring eines auf einer exzentrisch angetriebenen Welle angeordneten Kugellagers gebildet sein.
  • Das Ellipsengetriebe führt zu einer Näherungslösung des angestrebten Ziels einer vom Drehwinkel φ der Motorwelle möglichst unabhängigen Kraftübertragung vom Motor auf den Stößel im Verlauf der Vorhubphase.
  • Eine exakte Lösung dieses Problems läßt sich mit einem Exzenter erzielen, der unmittelbar über die Motorwelle antreibbar ist und der über einen Winkelbereich von min­ destens 160°, vorzugsweise von 280° bis 310° die Umrißge­stalt einer sich von einem Anfangsradius bis zu einem Endradius erweiternden Spirale aufweist, die im Rest­winkelbereich durch eine zwischen dem Endradius und dem Anfangsradius verlaufende glatte Umrißkurve geschlossen ist. Besonders vorteilhaft ist hierbei die Archimedische Spirale, deren Gleichung in Polarkoordinaten wie folgt lautet:
    r = a φ      (2)
    wobei a eine Konstante und r den Abstand zwischen der Motorwelle und dem Kurvenpunkt bedeuten. Mit der Archi­medischen Spirale als Exzenterkurve erhält man bei kon­stanter Winkelgeschwindigkeit der Motorwelle eine kon­stante Vorschubgeschwindigkeit des Pumpenstößels. Grund­sätzlich ist es jedoch möglich, die Vorschubgeschwindig­keit des Stößels durch entsprechende Auslegung der Spirale an die von innen nach außen ansteigende Gegenkraft K der Pumpe anzupassen. Dies führt zu einer leichten Ab­flachung der Archimedischen Spirale.
  • Der Restwinkelbereich der Exzenterkurve kann zumindest abschnittsweise die Gestalt einer Geraden oder einer sich verjüngenden Spirale, insbesondere einer Archi­medischen Spirale aufweisen.
  • Zur Erhöhung der Standzeit einer solchen Pumpe ist es von Vorteil, wenn der Exzenter zumindest im Bereich seiner Mantelfläche aus gehärtetem Stahl besteht und wenn der Pumpelstößel sich mit einer Laufrolle auf der Mantelfläche abstützt.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
    • Fig. 1 eine Antriebsvorrichtung für eine Flussigkeits­pumpe mit Ellipsengetriebe in senkrecht ge­schnittener Darstellung;
    • Fig. 2a bis d das Ellipsengetriebe nach Fig. 1 in vier verschiedenen Drehstellungen;
    • Fig. 3 ein Diagramm der Kraftübertragungscharakteristik F(φ) für das Ellipsengetriebe nach Fig. 1 und 2 (Kurve B) und für einen direkt angetriebenen Exzenter mit kreisförmigem Umriß (Kurve A);
    • Fig. 4 ein direkt angetriebener Exzenter mit spiral­förmiger Vorhub- und Rückhubkurve.
  • Die in Fig. 1 gezeigte Antriebsvorrichtung besteht im wesentlichen aus einem elektrischen Getriebemotor 18, dessen Getriebe zusätzlich zwei außerhalb des Motorge­häuses angeordnete Zahnräder 22,24 aufweist, einem über die Getriebemotorwelle 24ʹ angetriebenen Ellipsenge­triebe 28,30 einem mit dem angetriebenen Ellipsenrad 30 verbundenen Exzenter 10,15 und einem mit seiner rück­wärtigen Stirnfläche 42 gegen die Mantelfläche 17 des Exzenters unter der Einwirkung einer Rückholfeder 12 anliegenden Pumpenstößel 14. Der Pumpenstößel 14 greift durch eine Axialführung 22 in dem Gehäuse 20 hindurch. Zur Hubeinstellung ist auf dem Stößel ein kegelstumpf­förmiger Anschlag 52 angeordnet, der gegen einen im Ge­häuse 20 axial verstellbaren Stift 48 mit konischer Spitze 50 anschlagen kann. Der zylindrische Exzenter 10 ist mit seinem oberen zylindrischen Ende in einem am Gehäuse angeordneten Lager 16 geführt. Außerdem ist er zusammen mit dem Ellipsenrad 30 lose auf der aus dem Motorgehäuse ragenden Welle 38 gelagert, die ihrerseits das Zahnrad 22 des äußeren Teils des Motorgetriebes 22,24 trägt. Das Zahnrad 24 ist zusammen mit dem Ellipsenrad 28 lose auf der Welle 26 gelagert. Das treibende Ellipsenrad 28 greift mit seinem Zahnkranz 29 in den Zahnkranz 31 des angetriebenen Ellipsenrads 30 ein.
  • Die Funktion des Ellipsengetriebes im Vergleich mit der direkt angetriebenen kreisförmigen Exzenterscheibe läßt sich anhand der Fig. 2 und 3 wie folgt beschreiben:
  • In Stellung a befindet sich der Stößel 14 am rückwärtigen Totpunkt des Exzenters 10,15. In dieser Stellung wird der Drehwinkel φ der Motorwelle und damit des treibenden Ellipsenrads um die Achse 26 mit 0° bzw. 360° definiert. Ohne Getriebe bei direkt über die Achse 38 angetriebener Exzenterscheibe wäre die Hebellänge in dieser Stellung 1 = 0, die gemäß Gl. (1) zu einer theoretisch unendlich großen übertragbaren Kraft führt. Aufgrund des Ellipsen­getriebes erhält man ein variables Über- bzw. Unter­setzungsverhältnis zwischen dem treibenen Ellipsenzahn­rad 28 und dem getriebenen Ellipsenzahnrad 30, das zu einem endlichen Wert für die Kraftübertragung zwischen Motorwelle 24ʹ und Stößel 14 führt. Beim Weiterdrehen des Zahnrads 28 in Pfeilrichtung in die Stellung b wird der Stößl 14 in Vorschubrichtung bewegt und erreicht hier eine Zwischenlage. Ohne das Ellipsengetriebe wäre hier das Minimum der über den Exzenter übertragbaren Kraft erreicht (Kurve A bei φ = 90° in Fig. 3). Das Ellipsengetriebe hat an dieser Stelle sein größtes Hebel­verhältnis, das zu einer Untersetzung von etwa 1 : 3 führt. Daraus resultiert eine Anhebung der übertragbaren Kraft F, die zu dem Zwischenmaximum im Diagramm B bei φ = 142,5° führt. Das Minimum wurde bei einem Winkel von etwa 30° erreicht, bei welchem die übertragbare Kraft F mehr als doppelt so groß wie im Minimum der Kurve A (bei 90°) ist. Beim Weiterdrehen in Pfeilrichtung erreicht der Stößel schließlich den oberen Totpunkt gemäß Position c. Hier würde beim direkt angetriebenen Exzenter wegen der verschwindenden Hebellänge theoretisch wieder ein unendlicher Wert für die übertragbare Kraft F erreicht werden (Kurve A bei φ = 180°). Die treibende Ellipse 28 erreicht hier einen Winkel von 285°. Man erhält eine endliche Kraftübertragung, deren Wert sich aus dem lokalen Übersetzungsverhältnis zwischen den beiden Ellipsen er­gibt. Beim Weiterdrehen von der Position c nach d und von dort nach a wird die Rückhubphase des Stößels 14 durchlaufen. In dieser Phase ist das Übersetzungsverhält­nis des Getriebes am größten: Bei einer Drehung der Motor­welle 24ʹ um 75° dreht sich der Exzenter um 180°. In der Zwischenstellung gemäß Position d, bei φ= 322,5°, wird ein Punkt mit minimaler Kraftübertragung erreicht, der jedoch in der Rückhubphase keine Bedeutung hat. Die Rückhubgeschwindigkeit muß so gewählt werden, daß im Saugbereich der Pumpe noch keine Kavitation auftritt.
  • Bei der in Fig. 4 schematisch dargestellten Antriebsvor­richtung ist ein Exzenter 10ʹ vorhanden, der um die Achse 38ʹ direkt in Pfeilrichtung 36 angetrieben ist, und auf dessen Mantelfläche 17ʹ,17ʺ sich der Stößel 14 mit seiner rückwärtigen Stirnfläche abstützt. Im Bereich der Mantel­fläche 17ʹ verläuft die Umrißkurve auf einer sich von einem Ausgangsradius zu einem Endradius erweiternden Spirale. Beim Drehen des Exzenters mit konstanter Winkel­geschwindigkeit wird der Stößel 14ʹ mit im wesentlichen gleichförmiger Lineargeschwindigkeit in Vorhubrichtung verschoben. Nach Überwindung des äußersten Totpunktes erfolgt der Rückhub auf der relativ kurzen Kurvenstrecke 17ʺ mit sehr viel höherer Geschwindigkeit als der Vorhub. Bei geeigneter Gestaltung der Vorhubspirale 17ʹ, bei­spielsweise als Archimedische Spirale, erhält man einen weitgehend konstanten Wert für die Kraftübertragung F auf den Stößel 14ʹ unabhängig von der Winkellage φ der Antriebswelle 38ʹ.

Claims (12)

1. Antriebsvorrichtung für eine Pumpe, insbesondere für eine Flüssigkeitsdosierpumpe, mit einem vorzugsweise als Getriebemotor ausgebildeten Antriebsmotor, einem unmittelbar oder mittelbar durch die Motorwelle ange­triebenen Exzenter und einem durch die Mantelfläche des Exzenters gegebenenfalls unter der Einwirkung einer Rückholfeder in einer Vorhubphase und einer Rückhubphase hin- und herverschiebbaren Pumpenstößel, wobei die Motor­welle und der Exzenter im Verlauf eines Vor- und Rückhubs insgesamt eine volle Umdrehung von 360° um ihre Drehachse ausführen, gekennzeichnet durch zwischen Motorwelle (24ʹ,38ʹ) und Pumpenstößel (14) angeordnete Kraftüber­tragungs- und/oder Getriebemittel (10,28,30;10ʹ), über welche ein von der Motorwelle (26) durchlaufener Dreh­winkelbereich (φ) von mehr als 180° in einen Stößelvorhub und ein Drehwinkelbereich von weniger als 180° in einen Stößelrückhub umsetzbar sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Drehwinkelbereich der Motorwelle (24ʹ,38ʹ) von mehr als 270°, vorzugsweise von 280° bis 310° in einen Stößelvorhub und ein Drehwinkelbereich von weniger als 90°, vorzugsweise von 80° bis 50° in einen Stößelrückhub umsetzbar sind.
3. Antriebsvorrichtung für eine Pumpe, insbesondere für eine Flüssigkeitsdosierpumpe, mit einem vorzugsweise als Getriebemotor ausgebildeten Antriebsmotor, einem unmittelbar oder mittelbar durch die Motorwelle ange­triebenen Exzenter und einem durch die Mantelfläche des Exzenters gegebenenfalls unter der Einwirkung einer Rückholfeder in einer Vorhubphase und einer Rückhub phase hin- und herverschiebbaren Pumpenstößel, wobei die Motorwelle und der Exzenter im Verlauf eines Vor- ­und Rückhubs insgesamt eine volle Umdrehung von 360° um ihre Drehachse ausführen, insbesondere nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorschubge­schwindigkeit des Stößels (14) in der Vorhubphase über ein Drehwinkelbereich der Motorwelle (24ʹ,38ʹ) von min­destens 160°, vorzugsweise von 240° bis 290°, ein plateauartiges Maximum mit einer Schwankungsbreite von weniger als 35 %, vorzugsweise weniger als 15 % bezogen auf den Maximalwert der Vorschubgeschwindigkeit aufweist.
4. Vorrichtung für eine Pumpe, insbesondere für eine Flüssigkeitsdosierpumpe, mit einem vorzugsweise als Getriebemotor ausgebildeten Antriebsmotor, einem un­mittelbar oder mittelbar durch die Motorwelle ange­triebenen Exzenter und einem durch die Mantelfläche des Exzenters gegebenenfalls unter der Einwirkung einer Rückholfeder in einer Vorhubphase und einer Rückhubphase hin- und herverschiebbaren Pumpenstößel, wobei die Motor­welle und der Exzenter im Verlauf eines Vor- und Rückhubs insgesamt eine volle Umdrehung von 360° um ihre Drehachse ausführen, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Motorwelle auf den Stößel übertragbare Vorschubkraft (F(φ)) in der Vorhubphase über einen Bereich des Drehwinkels (φ) der Motorwelle (24ʹ,38ʹ) von mindestens 160°, vorzugs­weise von 240° bis 290°, ein plateauartiges Minimum mit einer Schwankungsbreite von weniger als 50 %, vor­zugsweise weniger als 20 % bezogen auf den Minimalwert der Vorschubkraft aufweist.
5. Vorrichtung für eine Pumpe, insbesondere für eine Flüssigkeitsdosierpumpe, mit einem vorzugsweise als Getriebemotor ausgebildeten Antriebsmotor, einem un­mittelbar oder mittelbar durch die Motorwelle ange­triebenen Exzenter und einem durch die Mantelfläche des Exzenters gegebenenfalls unter der Einwirkung einer Rückholfeder in einer Vorhubphase und einer Rückhubphase hin- und herverschiebbaren Pumpenstößel, wobei die Motor­welle und der Exzenter im Verlauf eines Vor- und Rückhubs insgesamt eine volle Umdrehung von 360° um ihre Drehachse ausführen, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Motorwelle (24ʹ) und Exzenter (10) ein Getriebe (28,30) mit variablem Unter- und Übersetzungsverhältnis in Abhängigkeit vom Drehwinkel (φ) der Motorwelle (24ʹ) angeordnet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe zwei an ihrem vorzugsweise einen Zahn­kranz (29,31) tragenden Umfang aufeinander abrollende, gleichgroße Ellipsenräder (28,30) aufweist, von denen das eine in der Nähe ihres einen Brennpunkts unmittelbar mit der Motorwelle (24ʹ) gekuppelt ist und das andere in der Nähe ihres einen Brennpunkts um eine zur Motor­welle parallele, im Abstand von dieser angeordnete Achse (38) drehbar ist und den einen kreisförmigen Umriß (17) aufweisenden Exzenter (10) in einer solchen Anordnung trägt, daß der durch die mit der Drehachse (38) des Ellipsenrads (30) zusammenfallende Exzenterachse ver­laufende Durchmesser des Exzenters im wesentlichen senk­recht zu der durch die beiden Brennpunkte verlaufende Hauptrichtung des Ellipsenrads (30) ausgerichtet ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelfläche (17) des Exzenters durch den Außenring (15) eines auf einer exzentrisch angetriebenen Welle (10) angeordneten Kugellagers ge­bildet ist.
8. Vorrichtung für eine Pumpe, insbesondere für eine Flüssigkeitsdosierpumpe, mit einem vorzugsweise als Getriebemotor ausgebildeten Antriebsmotor, einem un­mittelbar oder mittelbar durch die Motorwelle ange­triebenen Exzenter und einem durch die Mantelfläche des Exzenters gegebenenfalls unter der Einwirkung einer Rückholfeder in einer Vorhubphase und einer Rückhubphase hin- und herverschiebbaren Pumpenstößel, wobei die Motor­welle und der Exzenter im Verlauf eines Vor- und Rückhubs insgesamt eine volle Umdrehung von 360° um ihre Drehachse ausführen, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der unmittelbar über die Motorwelle (38ʹ) antreibbare Exzenter (10ʹ) eine über einen Winkelbereich von mindestens 200°, vorzugs­weise von 280° bis 310°, die Umrißgestalt einer sich von einem Anfangsradius bis zu einem Endradius erweitern­den Spirale (17ʹ) aufweist, die im Restwinkelbereich durch eine zwischen dem Endradius und dem Anfangsradius verlaufende glatte Umrißkurve (17ʺ) geschlossen ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Exzenter (10ʹ) über den größeren Winkelbereich (17ʹ) die Umrißgestalt einer sich erweiternden Archi­medischen Spirale aufweist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Umrißkurve (17ʺ) im Restwinkelbereich zumindest abschnittsweise die Gestalt einer Geraden oder einer sich verjüngenden Spirale, vorzugsweise einer Archimedischen Spirale, aufweist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Exzenter (10ʹ) im Bereich seiner Mantelfläche aus gehärtetem Stahl besteht.
12. Vorichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpenstößel (14ʹ) eine sich auf der Mantelfläche (17ʹ,17ʺ) des Exzenters abstützende Laufrolle trägt.
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