EP0298140A1 - Metering pump with a rotary piston - Google Patents

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EP0298140A1
EP0298140A1 EP87109720A EP87109720A EP0298140A1 EP 0298140 A1 EP0298140 A1 EP 0298140A1 EP 87109720 A EP87109720 A EP 87109720A EP 87109720 A EP87109720 A EP 87109720A EP 0298140 A1 EP0298140 A1 EP 0298140A1
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axis
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rotary piston
dosing pump
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EP87109720A
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András Odrobina
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Dozsa Mezogazdasagi Termeloszovetketzet
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B7/00—Piston machines or pumps characterised by having positively-driven valving
    • F04B7/04—Piston machines or pumps characterised by having positively-driven valving in which the valving is performed by pistons and cylinders coacting to open and close intake or outlet ports
    • F04B7/06—Piston machines or pumps characterised by having positively-driven valving in which the valving is performed by pistons and cylinders coacting to open and close intake or outlet ports the pistons and cylinders being relatively reciprocated and rotated

Definitions

  • the invention relates to a metering pump with a rotary piston, the stroke length and delivery capacity can be changed continuously during operation, and which works without valves.
  • Dosing pumps with rotary lobes are mainly used in the chemical, pharmaceutical and food industries when the necessary liquid components are continuously supplied during a work process. For this reason, such pumps are commonly referred to as metering pumps.
  • the first group includes those machines whose pistons perform a pendulum motion of variable length.
  • the characteristic of this type of machine is that the control of the conveyed liquid flowing in one direction is ensured by automatic valves.
  • the second group includes metering pumps with pistons but without valves. With these machines, the piston moving back and forth makes one complete revolution per stroke. This complex piston movement makes it possible for the piston which carries out a pendulum or rotary movement to alternately open and close the suction opening or the pressure opening, as a result of which the conveyed liquid only flows in one direction.
  • the invention is based on the object of developing a mechanism which sets the piston in motion, which enables reduced machine dimensions and machine dimensions as well as advantageous and simple producibility and easy assembly.
  • the machine according to the invention is also intended to be suitable for designing series and twin machines and series machines in a multi-headed design, based on the principle of the modular system.
  • the invention relates to a metering pump with a slot-controlled rotary piston in which a rotating hub is provided for moving the rotary piston.
  • the center point of the driver ball joint fastened to the hub and arranged outside the axis of rotation lies in the bore of the free-running and rotatable control disk which encloses an angle with the axis of rotation.
  • the free-running control disk of the metering pump is arranged in the interior of the adjusting disk, wherein the angle enclosed with the axis of the hub can be changed.
  • the angle of inclination of the adjusting disc of the metering pump is changed with the aid of the - advantageously articulatedly connected - in the direction of the nut and axially adjustable threaded spindle.
  • the radial axis of symmetry of the driver ball joint encloses an angle of 90 ° or approximately 90 ° with the radial axis of symmetry of the control opening configured on the piston skirt.
  • a switching element which permits axial displacement between the drive shaft and the hub, advantageously a feather key, is arranged.
  • the metering pump is moved using the output shaft 1 of any drive.
  • the drive shaft 1 is detachably connected to a hub 3 via a parallel key 2.
  • the feather key 2 is designed such that a slight axial movement of the hub 3 is possible.
  • the hub 3 carries a driver ball joint 4 which engages in the radial bore of a free-running control disk 5.
  • the control disk 5 can be tilted with an adjusting disk 6 about the axis center point "A", the tilt angle being determined by a driver pin 8 guided between the legs of a fork 7 or its position.
  • the driving pin 8 forms a unit with a nut 9, the axial position of which can be changed by turning a screw spindle 10 provided with a handwheel.
  • a rotary piston 14 is connected in a rotationally fixed manner to the hub 3 via a securing pin 13 and is mounted in the interior of a cylinder 16 via a seal 15.
  • a suction port 17 and a pressure port 20 are connected to the cylinder 16, which is closed by a closure cap 19 which is arranged adjacent to the free end of the rotary piston 14.
  • the stroke length is proportional to the distance between the zero point "O" of the scale present on the window 11 and the character "D" present on the displaced nut 9:
  • C the distance between the screw spindle and the center of the axis
  • O the starting point of the position sign
  • D the given point on the map describe.
  • the hub 3 During a complete revolution of the output shaft 1, the hub 3 also executes a reciprocating movement of the size "S" in addition to the complete revolution.
  • the free end of the rotary piston 14 is hollow on the end face.
  • a control opening 18 lies in this bore.
  • the radial axis of symmetry of the control opening 18 and the radial axis of the driving ball joint 4 form an angle of 90 ° with one another.
  • the suction port 17 and the pressure port 20 are closed by the piston skirt in the upper and lower dead positions of the driver ball joint 4.
  • the control opening 18 connects the suction port 17, or another time the pressure port 20, alternately with the space of the cylinder 16 Role of the pressure port 20 takes over.
  • the metering pump according to the invention with a rotary piston works without valves.
  • the omission of the valves is made possible by the mechanism according to the invention, which ensures the rotating and oscillating movement of variable length required for slot control.
  • the advantage of the invention is in particular that the mechanism is much smaller than in the known solutions, that its arrangement and dimensions allow easy adaptation to the output shaft of any drive, and that the stroke length can be changed easily and also during operation, which in addition, an infinitely variable change in the delivery rate enables.

Abstract

The invention relates to a metering pump with a slot-controlled rotary piston (14) which is moved by way of an accompanying hub (3). The centre point of the carrier ball joint (4) fixed to the hub (3) and arranged outside the axis of rotation lies in the hole of the freely revolving disc cam (5) enclosing an angle with the axis of rotation of the hub (3). The freely running disc cam (5) is arranged inside a setting disc (6), by means of which the angle enclosed with the axis of the hub (3) can be modified. A pivotally connected nut (9) and an axially adjustable screw spindle (10) provided with a thread serve for modifying the angle of inclination of the setting disc (6). <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Dosierpumpe mit einem Drehkolben, deren Hublänge und Förderleistung während des Betriebs kontinuierlich geändert werden können, und die ohne Ventile arbeitet.The invention relates to a metering pump with a rotary piston, the stroke length and delivery capacity can be changed continuously during operation, and which works without valves.

Dosierpumpen mit Drehkolben werden vorwiegend in der chemischen, pharmazeu­tischen und Lebensmittelindustrie dann eingesetzt, wenn bei einem Arbeitsprozess die erforderlichen Flüssigkeitskomponenenten kontinuierlich zugeführt werden. Aus diesem Grund werden derartige Pumpen üblicher Weise auch als Dosierpum­pen bezeichnet.Dosing pumps with rotary lobes are mainly used in the chemical, pharmaceutical and food industries when the necessary liquid components are continuously supplied during a work process. For this reason, such pumps are commonly referred to as metering pumps.

In den obenangeführten Industriezweigen finden auf voneinander verschiedenen Funktionsprinzipien beruhende Dosierpumpen Anwendung.Metering pumps based on different functional principles are used in the above-mentioned industries.

Aufgrund der Kolbenbewegung können diese Maschinen in zwei Gruppen aufgeteilt werden.Due to the piston movement, these machines can be divided into two groups.

Zu der ersten Gruppe gehören diejenigen Maschinen, deren Kolben eine Pendelbe­wegung veränderlicher Länge ausführt. Das Charakteristikum dieses Maschinen­typs besteht darin, daß die Steuerung der geförderten, in einer Richtung fließenden Flüssigkeit durch selbsttätige Ventile gewährleistet wird.The first group includes those machines whose pistons perform a pendulum motion of variable length. The characteristic of this type of machine is that the control of the conveyed liquid flowing in one direction is ensured by automatic valves.

Zu der zweiten Gruppe gehören Dosierpumpen mit Kolben, aber ohne Ventile. Bei diesen Maschinen führt der sich vor- und rückwärts bewegende Kolben je Hub eine vollkommene Umdrehung aus. Durch diese komplexe Kolbenbewegung wird es ermöglicht, daß der eine Pendel-, bzw. Drehbewegung ausführende Kolben die Saugöffnung bzw. die Drucköffnung alternierend öffnet und schließt, wodurch erreicht wird, daß die geförderte Flüssigkeit nur in einer Richtung strömt.The second group includes metering pumps with pistons but without valves. With these machines, the piston moving back and forth makes one complete revolution per stroke. This complex piston movement makes it possible for the piston which carries out a pendulum or rotary movement to alternately open and close the suction opening or the pressure opening, as a result of which the conveyed liquid only flows in one direction.

Da die Erfindung der zuletzt genannten Gruppe zuzuordnen ist, beschäftigen wir uns im folgenden nur mit diesem Maschinentyp.Since the invention belongs to the latter group, we only deal with this type of machine in the following.

Eine von den bekannten Herstellern der Maschinen mit Drehkolben ist die Firma ORLITA GmbH & Co. KG. (Gießen).One of the well-known manufacturers of machines with rotary lobes is ORLITA GmbH & Co. KG. (To water).

Außerdem sind Produkte mit ähnlicher Kinematik der Firma WALBERSDORF­-SONDERMASCHINENBAU (Burbach) bekannt.Products with similar kinematics from WALBERSDORF-SONDERMASCHINENBAU (Burbach) are also known.

Der gemeinsame Nachteil dieser Pumpen besteht darin, daß der die Bewegung des Kolbens erzeugende Mechanismus sehr groß dimensioniert werden muß. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß eine Zwillingsanordnung bzw. eine serien­mäßige mehrköpfige Gestaltung überhaupt nicht oder nur mit Schwierigkeiten erreicht werden kann.The common disadvantage of these pumps is that the mechanism producing the movement of the piston must be very large. Another disadvantage is that a twin arrangement or a standard multi-head design cannot be achieved at all or only with difficulty.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen den Kolben in Bewegung set­zenden Mechanismus zu entwickeln, der reduzierte Maschinenabmessungen und Maschinenmasse sowie eine vorteilhafte und einfache Produzierbarkeit und eine leichte Montage ermöglicht. Die erfindungsgemäße Maschine soll ferner zur Ge­staltung von Serien- und Zwillingsmaschinen sowie Serienmaschinen in mehrköpfi­ger Ausführung - auf dem Prinzip des Baukastensystems beruhend - geeignet sein.The invention is based on the object of developing a mechanism which sets the piston in motion, which enables reduced machine dimensions and machine dimensions as well as advantageous and simple producibility and easy assembly. The machine according to the invention is also intended to be suitable for designing series and twin machines and series machines in a multi-headed design, based on the principle of the modular system.

Dementsprechend bezieht sich die Erfindung auf eine Dosierpumpe mit einen schlitzgesteuerten Drehkolben bei der zur Bewegung des Drehkolbens eine sich mit diesem drehende Nabe vorgesehen ist. Der Mittelpunkt des an der Nabe be­festigten und außerhalb der Drehachse angeordneten Mitnehmerkugelgelenks liegt in der Bohrung der mit der Drehachse einen Winkel einschließenden, freilaufenden und drehbaren Steuerscheibe.Accordingly, the invention relates to a metering pump with a slot-controlled rotary piston in which a rotating hub is provided for moving the rotary piston. The center point of the driver ball joint fastened to the hub and arranged outside the axis of rotation lies in the bore of the free-running and rotatable control disk which encloses an angle with the axis of rotation.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die freiumlaufende Steuerscheibe der Dosierpumpe im Inneren der Stellscheibe angeordnet, wobei der mit der Achse der Nabe eingeschlossene Winkel geändert werden kann.According to an advantageous embodiment of the invention, the free-running control disk of the metering pump is arranged in the interior of the adjusting disk, wherein the angle enclosed with the axis of the hub can be changed.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführung der erfindungsgemäßen Lösung wird der Neigungswinkel der Stellscheibe der Dosierpumpe mit Hilfe der - vorteilhaf­terweise gelenkig angeschlossenen - in Richtung der Mutter und axial verstell­baren mit einem Gewinde versehenen Spindel geändert.In a further advantageous embodiment of the solution according to the invention, the angle of inclination of the adjusting disc of the metering pump is changed with the aid of the - advantageously articulatedly connected - in the direction of the nut and axially adjustable threaded spindle.

Es ist ebenfalls als vorteilhaft zu betrachten, wenn die radiale Symmetrieachse des Mitnehmerkugelgelenks mit der radialen Symmetrieachse der an dem Kolben­mantel ausgestalteten Steueröffnung einen Winkel von 90° oder annähernd 90° einschließt.It is also to be regarded as advantageous if the radial axis of symmetry of the driver ball joint encloses an angle of 90 ° or approximately 90 ° with the radial axis of symmetry of the control opening configured on the piston skirt.

Schließlich ist es von Vorteil, wenn bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung zur Übertragung des zum Antreiben der Nabe erforderlichen Moments ein eine axiale Verschiebung zwischen der Antriebswelle und Nabe zulassendes Schaltelement, vorteilhafterweise eine Paßfeder, angeordnet ist.Finally, it is advantageous if, in a further embodiment of the invention, to transmit the torque required to drive the hub, a switching element which permits axial displacement between the drive shaft and the hub, advantageously a feather key, is arranged.

Die erfindungsgemäße Dosierpumpe wird anhand einer vorteilhaften Ausführungsform, die im Schnitt aus der beiliegenden Zeichnung ersichtlich ist, näher erläutert.The metering pump according to the invention is explained in more detail using an advantageous embodiment, which can be seen in section from the accompanying drawing.

Die Dosierpumpe wird mit Hilfe der Abtriebswelle 1 eines beliebigen Antriebs bewegt. Die Antriebwelle 1 ist über eine Paßfeder 2 mit einer Nabe 3 lösbar verbunden. Die Paßfeder 2 ist derart ausgelegt, daß eine leichte axiale Bewe­gung der Nabe 3 möglich ist. Die Nabe 3 trägt ein Mitnehmerkugelgelenk 4, das in die radiale Bohrung einer freilaufenden Steuerscheibe 5 eingreift. Die Steuer­scheibe 5 kann mit einer Stellscheibe 6 um den Achsenmittelpunkt "A" geneigt werden, wobei der Neigungswinkel durch einen zwischen den Schenkeln einer Gabel 7 geführten Mitnehmerbolzen 8 bzw. dessen Position bestimmt wird.The metering pump is moved using the output shaft 1 of any drive. The drive shaft 1 is detachably connected to a hub 3 via a parallel key 2. The feather key 2 is designed such that a slight axial movement of the hub 3 is possible. The hub 3 carries a driver ball joint 4 which engages in the radial bore of a free-running control disk 5. The control disk 5 can be tilted with an adjusting disk 6 about the axis center point "A", the tilt angle being determined by a driver pin 8 guided between the legs of a fork 7 or its position.

Der Mitnehmerbolzen 8 bildet mit einer Mutter 9 eine Einheit, deren axiale Po­sition durch Drehen einer mit Handrad versehenen Schraubenspindel 10 geändert werden kann. An der oberen Ebene der Mutter 9 ist das die Position des Mitnehmerbolzens 8 anzeigende Lagezeichen "D" vorhanden, das unter dem eine Skala tragenden Fenster 11 fortlaufend den eingetellten Hubwert anzeigt, d.h. daß der Betrag des jeweiligen Abstands vom Nullpunkt "O" abgelesen werden kann.The driving pin 8 forms a unit with a nut 9, the axial position of which can be changed by turning a screw spindle 10 provided with a handwheel. On the upper level of the nut 9 there is the position symbol "D" which indicates the position of the driving pin 8 and which continuously shows the set stroke value under the window 11 which carries a scale, i.e. that the amount of the respective distance from the zero point "O" can be read.

Über einen Sicherungstift 13 ist an die Nabe 3 drehfest ein Drehkolben 14 ange­schlossen der über eine Dichtung 15 im Inneren eines Zylinders 16 gelagert ist. Ein Saugstutzen 17 und ein Druckstutzen 20 sind an dem Zylinder 16 ange­schlossen, der über eine Verschlußkappe 19 verschlossen ist, die benachbart dem freien Ende des Drehkolbens 14 angeordnet ist.A rotary piston 14 is connected in a rotationally fixed manner to the hub 3 via a securing pin 13 and is mounted in the interior of a cylinder 16 via a seal 15. A suction port 17 and a pressure port 20 are connected to the cylinder 16, which is closed by a closure cap 19 which is arranged adjacent to the free end of the rotary piston 14.

Die theoretische Hublänge der Maschine wird durch den Einstellwinkel α nach der folgenden Beziehung bestimmt:
    S = 2B · sinα
wobei S = die Hublänge
    B = den Abstand zwischen dem Mitnehmerkugelgelenk und dem Achsen­mittelpunk und
    α = den Einstellwinkel
bezeichnen.The theoretical stroke length of the machine is determined by the setting angle α according to the following relationship:
S = 2B sinα
where S = the stroke length
B = the distance between the driver ball joint and the axis center and
α = the setting angle
describe.

Nach der folgenden Gleichung ist die Hublänge mit dem Abstand zwischen dem Nullpunkt "O" der an dem Fenster 11 vorhandenen Skala und dem an der ver­schobenen Mutter 9 vorhandenen Zeichen "D" proportional:

Figure imgb0001
wobei C = den Abstand zwischen der Schraubenspindel und dem Achsenmittel­punkt,
    O = den Anfangspunkt des Lagezeichens und
    D = den gegebenen Punkt des Lagezeichens
bezeichnen.According to the following equation, the stroke length is proportional to the distance between the zero point "O" of the scale present on the window 11 and the character "D" present on the displaced nut 9:
Figure imgb0001
 where C = the distance between the screw spindle and the center of the axis,
O = the starting point of the position sign and
D = the given point on the map
describe.

Während eines kompletten Umlaufs der Abtriebswelle 1 führt die Nabe 3 außer dem kompletten Umlauf auch eine Hin- und Herbewegung der Größe "S" aus.During a complete revolution of the output shaft 1, the hub 3 also executes a reciprocating movement of the size "S" in addition to the complete revolution.

An der Stirnseite ist das freie Ende des Drehkolbens 14 hohl ausgebildet. In dieser Bohrung liegt eine Steueröffnung 18. Die radiale Symmetrieachse der Steueröffnung 18 und die radiale Achse des Mitnehmerkugelgelenks 4 schließen einen Winkel von 90° miteinander ein. Als Erfolg werden bei der oberen und unteren Totstellung des Mitnehmerkugelgelenks 4 der Saugstutzen 17 und der Druckstutzen 20 durch den Kolbenmantel verschlossen. In den Positionen zwischen den Totpunkten verbindet die Steueröffnung 18 einmal den Saugstutzen 17, bzw. ein anderes Mal den Druckstutzen 20 abwechselnd mit dem Raum des Zylinders 16. Durch die Änderung der Drehrichtung der Abtriebswelle 1 wird der Drehsinn ebenfalls vertauscht, wobei der Saugstutzen 17 die Rolle des Druckstutzens 20 übernimmt.The free end of the rotary piston 14 is hollow on the end face. A control opening 18 lies in this bore. The radial axis of symmetry of the control opening 18 and the radial axis of the driving ball joint 4 form an angle of 90 ° with one another. As a success, the suction port 17 and the pressure port 20 are closed by the piston skirt in the upper and lower dead positions of the driver ball joint 4. In the positions between the dead centers, the control opening 18 connects the suction port 17, or another time the pressure port 20, alternately with the space of the cylinder 16 Role of the pressure port 20 takes over.

Die erfindungsgemäße Dosierpumpe mit einem Drehkolben arbeitet ohne Ventile. Das Weglassen der Ventile wird durch den erfindungsgemäßen Mechanismus ermöglicht, der die zur Schlitzsteuerung erforderliche Dreh- und Pendelbewegung mit veränderlicher Länge gewährleistet.The metering pump according to the invention with a rotary piston works without valves. The omission of the valves is made possible by the mechanism according to the invention, which ensures the rotating and oscillating movement of variable length required for slot control.

Der Vorteil der Erfindung liegt inbesondere darin, daß der Mechanismus wesent­lich kleiner ist als bei den bekannten Lösungen, daß dessen Anordnung und Ab­messungen eine leichte Anpassung an die Abtriebswelle irgendeines Antriebs er­möglichen und daß die Hublänge einfach und auch während des Betriebs konti­nuierlich geändert werden kann, was darüberhinaus auch eine stufenlose Änderung der Förderleistung ermöglicht.The advantage of the invention is in particular that the mechanism is much smaller than in the known solutions, that its arrangement and dimensions allow easy adaptation to the output shaft of any drive, and that the stroke length can be changed easily and also during operation, which in addition, an infinitely variable change in the delivery rate enables.

Claims (5)

1. Dosierpumpe mit einem schlitzgesteuerten Drehkolben, dadurch gekennzeich­net, daß der Drehkolben über eine Nabe (3) angetrieben ist und der Mittelpunkt eines an der Nabe (3) befestigten und außerhalb der Drehachse angeordneten Mitnehmerkugelgelenks (4) in der Bohrung einer mit der Drehachse der Nabe (3) einen Winkel einschließenden, frei umlaufenden Steuerscheibe (5) liegt.1. Dosing pump with a slot-controlled rotary piston, characterized in that the rotary piston is driven via a hub (3) and the center of a driver ball joint (4) fastened to the hub (3) and arranged outside the axis of rotation in the bore of one with the axis of rotation of the Hub (3) enclosing an angle, freely rotating control disc (5). 2. Dosierpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die freium­laufende Steuerscheibe (5) im Inneren der Stellscheibe (6) angeordnet ist und der mit der Achse der Nabe (3) eingeschlossene Winkel veränderbar ist.2. Dosing pump according to claim 1, characterized in that the free-rotating control disc (5) is arranged in the interior of the adjusting disc (6) and the angle enclosed with the axis of the hub (3) can be changed. 3. Dosierpumpe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Änderung des Neigungswinkels der Stellscheibe (6) eine gelenkig ange­schloßene Mutter (9) und eine axial verstellbare, mit einem Gewinde versehene Schraubenspindel (10) vorgesehen sind.3. Dosing pump according to claim 1 and 2, characterized in that an articulated nut (9) and an axially adjustable, threaded screw spindle (10) are provided for changing the angle of inclination of the adjusting disc (6). 4. Dosierpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Symmetrieachse des Mitnehmerkugelgelenkes (4) und die radiale Symmetrieachse der an dem Kolbenmantel vorhandenen Steueröffnung einen Winkel von 90°, oder annähernd 90° einschließen.4. Dosing pump according to one of claims 1 to 3, characterized in that the radial axis of symmetry of the driving ball joint (4) and the radial axis of symmetry of the control opening provided on the piston skirt enclose an angle of 90 °, or approximately 90 °. 5. Dosierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Übertragung des zum Antreiben der Nabe (3) erforderlichen Moments ein die axiale Ver­schiebung zwischen Abtriebswelle (1) und Nabe (3) zulassendes Verbindungs­element (Paßfeder 2) vorgesehen ist.5. Dosage according to claim 1, characterized in that for the transmission of the torque required to drive the hub (3), an axial displacement between the output shaft (1) and hub (3) allowing connecting element (feather key 2) is provided.
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