EP2405139A1 - Dosierpumpenaggregat - Google Patents

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EP2405139A1
EP2405139A1 EP10007087A EP10007087A EP2405139A1 EP 2405139 A1 EP2405139 A1 EP 2405139A1 EP 10007087 A EP10007087 A EP 10007087A EP 10007087 A EP10007087 A EP 10007087A EP 2405139 A1 EP2405139 A1 EP 2405139A1
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EP
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spring
pump unit
dosing pump
connecting rod
unit according
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Sergei Gerz
Klaus Müller
Bernd Rosner
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Grundfos Management AS
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
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    • F04B1/0404—Details or component parts
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    • F04B13/00—Pumps specially modified to deliver fixed or variable measured quantities
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    • F04B9/00—Piston machines or pumps characterised by the driving or driven means to or from their working members
    • F04B9/02—Piston machines or pumps characterised by the driving or driven means to or from their working members the means being mechanical

Definitions

  • the invention relates to a metering pump unit according to the preamble of claim 1.
  • Dosing pump units which have a metering space and a displacer body adjoining them, for example in the form of a membrane. This displacer is moved linearly via a connecting rod.
  • the connecting rod is moved in such known Dosierpumpenaggregaten via an electric drive motor, in particular a stepping motor.
  • a compression spring acts as a spring accumulator on the connecting rod.
  • it is difficult to mount the connecting rod and spring since the spring can lead to an inclination of the connecting rod due to lateral forces occurring in compression, which in turn leads to side forces on the membrane with a consequent faster wear of the membrane. Therefore, adjustment screws are provided in known constructions to correct the Pleuelauscardi can. This, however, complicates the entire design and assembly.
  • the metering pump unit according to the invention has a metering space whose volume can be changed by a displacer adjacent to the metering space or arranged in the metering space.
  • This displacer may for example be a membrane which forms a side wall of the metering chamber.
  • the displacer is linearly movable via a connecting rod, which in turn is optionally set via a gear by a rotating drive motor in motion.
  • This forms a spring store, which stores energy in one stroke direction, in order to then release it again in the other stroke direction.
  • the spring is compressed in the suction stroke and then releases its energy during the pressure stroke by relaxation.
  • the Schaubfeder acts on the connecting rod in a direction of movement, preferably the direction of movement to the pressure stroke, with an additional force.
  • the helical spring is configured such that it has no applied spring end at least at one axial end in the relaxed state. Ie. the free end of the coil spring is not applied to the following turn. Rather, the invention provides that projects at least one axial end in the relaxed state, the end of the spring wire relative to the subsequent turn axially, that is spaced.
  • it has been customary to form coil springs for their intended use at their ends so that the free end is applied to the wire of the adjacent adjacent coil. From this embodiment is now according to the invention departed.
  • the spring wire is cut to length at at least one axial end such that the last turn extends helically up to the axial end of the spring wire and the end of the spring wire protrudes axially from the subsequent turn at the axial end.
  • the spring wire is preferably ground adjacent to the free end. The ground surface thus extends normal to the spring longitudinal axis.
  • a planar contact surface is created, which preferably extends over an angular or circumferential region of 200 ° to 300 ° about the longitudinal axis of the spring.
  • This non-adjacent design of the spring end has the advantage that during compression of the spring less or no lateral forces occur, which would lead to an inclination of the connecting rod and thus to an undesirable lateral load of the displacement, in particular a membrane. So can be dispensed with additional adjustment discs and the assembly is significantly simplified. At the same time, however, the undesired lateral load on the displacement body, for example on the membrane, is reduced, as a result of which the service life of the membrane is increased.
  • the coil spring is configured at both opposite axial ends in the described manner, d. H. designed such that in the relaxed state, the end of the spring wire protrudes axially relative to the subsequent turn, d. H. not present. In this way, unwanted lateral forces or transverse forces normal to the spring axis are avoided at both axial ends.
  • the described ground contact surface is preferably formed at both axial ends.
  • the axial ends at both ends lie on the same line or an imaginary axis parallel to the spring longitudinal axis.
  • the two axial ends of the spring wire, preferably the ends, which project in the axial direction relative to the adjacent turn, thus lie at the same circumferential position.
  • the coil spring has at least one axial end an end configuration produced only by cutting the spring wire to length.
  • the spring wire is simply cut off without any further special shaping.
  • the spring wire is thereby ground so that a plane bearing surface is created, which in the relaxed state of the compression spring transversely, d. H. extends substantially normal to the spring longitudinal axis and extends over more than a quarter, preferably over 50% to 90%, more preferably between 55% and 85% of the circumference based on the spring longitudinal axis.
  • the metering pump unit has, in a known manner, a drive housing 2, in which the drive described in more detail later is arranged, and to which a pump head 4 is attached on one side.
  • a metering chamber 6 is formed, which is bounded on a side surface by a membrane 8, which serves as a displacement body.
  • the membrane 8 is driven by a connecting rod 10, d. H. moved linearly along the axis of movement X back and forth.
  • an electric drive motor 12 is provided, which may be formed, for example, as a stepper motor.
  • the rotating drive motor 12 is offset via a gear transmission 14 and an eccentric 16, the connecting rod 10 in the desired linear oscillating movement. Between the front end of the connecting rod, d. H.
  • a compression spring 20 is arranged as a spring accumulator.
  • the compression spring 20 is designed as a helical spring and is supported with its end facing away from the membrane 8 on a contact surface of the carrier 18 and with the opposite end to a contact disk 22, which is connected to the connecting rod 10.
  • the compression spring 20 is arranged so that it in the suction stroke, d. H. when the connecting rod 10 is withdrawn and moved away from the metering chamber 6, is compressed and in the subsequent pressure stroke, when the connecting rod 10 moves to the metering 6 and the membrane 8 is pressed in the metering chamber 6, relaxed.
  • the compression spring 20 absorbs energy in the suction stroke, which it then outputs in the compression stroke as additional pumping energy via the connecting rod 10 to the membrane 8.
  • the embodiment of the compression spring 20 is based on Fig. 2 explained in more detail.
  • Fig. 2 the compression spring 20 is shown enlarged in its relaxed state. It can be seen that at both axial ends 24, the ends 26 of the spring wire are formed so that they protrude in the axial direction X via the subsequent turn 28. Ie the spring ends or ends of the spring wire 26 are not applied to the last turn 28. Rather, the ends 26 of the spring wire are cut substantially simply, without any special further deformation of the axial end of the spring would take place. Only the last section 30 of the winding 28 adjoining the end of the spring wire 26 is machined so that a planar contact surface is created which extends normal to the longitudinal axis X. However, this portion 30 does not extend over the entire circumference with respect to the longitudinal axis X but only over a peripheral portion between 50% and 90% of the circumference, preferably over an angular range between 200 ° and 300 °.
  • the ends 26 of the spring wire are at the same angle with respect to the longitudinal axis X, that is, on a line or imaginary axis parallel to the longitudinal axis X, in the same circumferential region.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Dosierpumpenaggregat mit einem Dosierraum (6) und einem Verdrängerkörper (8), welcher über ein Pleuel (10) linear bewegbar ist, wobei eine als Druckfeder (20) ausgebildete Schraubenfeder (20) vorgesehen ist, welche das Pleuel (10) in einer Bewegungsrichtung mit einer Kraft beaufschlagt, wobei die Schraubenfeder (20) an zumindest einem Axialende (24) derart ausgestaltet ist, dass im entspannten Zustand das Ende (26) des Federdrahtes gegenüber der sich anschließenden Windung (28) axial vorsteht.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Dosierpumpenaggregat gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Es sind Dosierpumpenaggregate bekannt, welche einen Dosierraum und einen an diesen angrenzenden Verdrängerkörper, beispielsweise in Form einer Membran, aufweisen. Dieser Verdrängerkörper wird über ein Pleuel linear bewegt. Das Pleuel wird bei derartig bekannten Dosierpumpenaggregaten über einen elektrischen Antriebsmotor, insbesondere einen Schrittmotor, bewegt. Auf das Pleuel wirkt darüber hinaus eine Druckfeder als Federspeicher. Bei den bekannten Dosierpumpenaggregaten ist es dabei schwierig, Pleuel und Feder zu montieren, da die Feder bei Stauchung aufgrund auftretender Seitenkräfte zu einer Schrägstellung des Pleuels führen kann, was wiederum zu Seitenkräften auf die Membran mit einem dadurch bedingten schnelleren Verschleiß der Membran führt. Daher sind bei bekannten Konstruktionen Justierschrauben vorgesehen, um die Pleuelausrichtung korrigieren zu können. Dadurch wird jedoch die gesamte Konstruktion und Montage komplizierter.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung ein verbessertes Dosierpumpenaggregat mit einem über ein Pleuel angetriebenen Verdrängerkörper und einem Federspeicher bereitzustellen, welches einen vereinfachten Aufbau aufweist, einfacher zu montieren ist und dabei einen langfristigen zuverlässigen Betrieb des Pumpenaggregates ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Dosierpumpenaggregat mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
  • Wie bekannte Dosierpumpenaggregate weist das erfindungsgemäße Dosierpumpenaggregat einen Dosierraum auf, dessen Volumen durch einen an den Dosierraum angrenzenden bzw. in dem Dosierraum angeordneten Verdrängerkörper veränderbar ist. Dieser Verdrängerkörper kann beispielsweise eine Membran sein, welche eine Seitenwand des Dosierraumes bildet. Der Verdrängerkörper ist linear bewegbar über ein Pleuel, welches seinerseits gegebenenfalls über ein Getriebe von einem drehenden Antriebsmotor in Bewegung versetzt wird. Ferner wirkt auf das Pleuel und den Verdrängerkörper eine als Druckfeder ausgebildete Schraubenfeder. Diese bildet einen Federspeicher, welcher in einer Hubrichtung Energie speichert, um sie dann in der anderen Hubrichtung wieder abzugeben. So wird die Feder beispielsweise im Saughub komprimiert und gibt dann beim Druckhub durch Entspannung ihre Energie wieder ab. Auf diese Weise beaufschlagt die Schaubenfeder das Pleuel in eine Bewegungsrichtung, vorzugsweise die Bewegungsrichtung zum Druckhub, mit einer zusätzlichen Kraft.
  • Erfindungsgemäß ist die Schraubenfeder so ausgestaltet, dass sie an zumindest einem Axialende im entspannten Zustand kein angelegtes Federende aufweist. D. h. das freie Ende der Schraubenfeder ist nicht an die folgende Windung angelegt. Vielmehr ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass an zumindest einem Axialende im entspannten Zustand das Ende des Federdrahtes gegenüber der sich anschließenden Windung axial vorsteht, d. h. beabstandet ist. Bislang war es üblich, Schraubenfedern für den genannten Einsatzzweck an ihren Enden so zu formen, dass das freie Ende an den Draht der angrenzenden benachbarten Windung angelegt ist. Von dieser Ausgestaltung wird nun erfindungsgemäß abgewichen. Vielmehr ist erfindungsgemäß der Federdraht an zumindest einem Axialende so abgelängt, dass auch die letzte Windung bis zum axialen Ende des Federdrahtes schraubenförmig verläuft und das Ende des Federdrahtes an dem Axialende axial gegenüber der sich anschließenden Windung vorsteht. Um dennoch eine plane Anlagefläche zu schaffen, welche sich normal zur Federlängsachse erstreckt, ist bevorzugt der Federdraht an das freie Ende angrenzend geschliffen. Die so geschliffene Fläche erstreckt sich normal zur Federlängsachse. So wird eine plane Anlagefläche geschaffen, welche sich bevorzugt über einen Winkel- bzw. Umfangsbereich von 200° bis 300° um die Längsachse der Feder erstreckt. Diese nicht anliegende Ausgestaltung des Federendes hat den Vorteil, dass bei Stauchung der Feder geringere oder keine Seitenkräfte auftreten, welche zu einer Schrägstellung des Pleuels und damit zu einer unerwünschten seitlichen Belastung des Verdrängerkörpers, insbesondere einer Membran, führen würden. So kann auf zusätzliche Justierscheiben verzichtet werden und die Montage wird deutlich vereinfacht. Gleichzeitig wird aber auch die unerwünschte seitliche Belastung auf den Verdrängerkörper, beispielsweise auf die Membran, reduziert, wodurch die Lebensdauer der Membran erhöht wird.
  • Bevorzugt ist die Schraubenfeder an beiden einander entgegengesetzten Axialenden in der beschriebenen Weise ausgestaltet, d. h. so ausgestaltet, dass im entspannten Zustand das Ende des Federdrahtes gegenüber der sich anschließenden Windung axial vorsteht, d. h. nicht anliegt. Auf diese Weise werden an beiden Axialenden unerwünschte Seitenkräfte bzw. Querkräfte normal zur Federlängsachse vermieden. Auch die beschriebene geschliffene Anlagefläche ist vorzugsweise an beiden Axialenden ausgebildet.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Enden des Federdrahtes an beiden Axialenden der Schraubenfeder an derselben Winkelposition bezüglich der Längsachse der Schraubenfeder gelegen. D. h. die Axialenden an beiden Enden liegen auf derselben Linie bzw. einer gedachten Achse parallel zur Federlängsachse. Die beiden Axialenden des Federdrahtes, bevorzugt die Enden, welche in axialer Richtung gegenüber der angrenzenden Windung vorstehen, liegen somit an derselben Umfangsposition. Auch durch diese Ausgestaltung wird eine optimierte Krafteinleitung ohne die unerwünschten Quer- bzw. Seitenkräfte erreicht.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Schraubenfeder an zumindest einem Axialende eine nur durch Ablängen des Federdrahtes erzeugte Endkonfiguration auf. D. h. hier ist der Federdraht einfach abgeschnitten, ohne dass eine weitere spezielle Formgebung erfolgt. Bevorzugt ist es jedoch, den direkt an dem Ende des Federdrahtes angrenzenden Bereich, wie oben beschrieben, beispielsweise durch Schleifen zu bearbeiten, um dort eine plane Anlagefläche quer bzw. rechtwinklig zur Federlängsachse auszubilden. Der Federdraht wird dabei so geschliffen, dass eine plane Anlagefläche geschaffen wird, welche sich im entspannten Zustand der Druckfeder quer, d. h. im wesentlichen normal zur Federlängsachse erstreckt und über mehr als ein Viertel, bevorzugt über 50 % bis 90 %, weiter bevorzugt zwischen 55 % und 85 % des Umfanges bezogen auf die Federlängsachse verläuft.
  • Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft anhand der beigefügten Figuren beschrieben. In diesen zeigt:
    • Fig. 1
    eine geschnittene Gesamtansicht des erfindungsgemäßen Dosierpumpenaggregates und
    Fig. 2
    schematisch die in diesem Dosierpumpenaggregat als Federspeicher verwendete Druckfeder.
  • Das erfindungsgemäße Dosierpumpenaggregat weist in bekannter Weise ein Antriebsgehäuse 2 auf, in welchem der später näher beschriebe Antrieb angeordnet ist, und an welches an einer Seite ein Pumpenkopf 4 angesetzt ist. In dem Pumpenkopf 4 ist ein Dosierraum 6 ausgebildet, welcher an einer Seitenfläche durch eine Membran 8 begrenzt wird, welche als Verdrängerkörper dient. Die Membran 8 wird über ein Pleuel 10 angetrieben, d. h. linear entlang der Bewegungsachse X hin und her bewegt. Dazu ist ein elektrischer Antriebsmotor 12 vorgesehen, welcher beispielsweise als Schrittmotor ausgebildet sein kann. Der drehende Antriebsmotor 12 versetzt über ein Zahnradgetriebe 14 und einen Exzenter 16 das Pleuel 10 in die gewünschte linear oszillierende Bewegung. Zwischen dem vorderen Ende des Pleuels, d. h. dem der Membran 8 zugewandten Ende des Pleuels, und einem mit dem Gehäuse verbundenen Träger 18 ist eine Druckfeder 20 als Federspeicher angeordnet. Die Druckfeder 20 ist als Schraubenfeder ausgebildet und stützt sich mit ihrem der Membran 8 abgewandten Ende an einer Anlagefläche des Trägers 18 und mit dem entgegengesetzten Ende an einer Anlagescheibe 22 ab, welche mit dem Pleuel 10 verbunden ist. Damit ist die Druckfeder 20 so angeordnet, dass sie im Saughub, d. h. dann wenn das Pleuel 10 zurückgezogen und von dem Dosierraum 6 wegbewegt wird, gestaucht wird und im nachfolgenden Druckhub, wenn sich das Pleuel 10 zu dem Dosierraum 6 hin bewegt und die Membran 8 in dem Dosierraum 6 gedrückt wird, entspannt. So nimmt die Druckfeder 20 im Saughub Energie auf, welche sie dann im Druckhub als zusätzliche Pumpenergie über das Pleuel 10 auf die Membran 8 abgibt.
  • Die Ausgestaltung der Druckfeder 20 wird anhand von Fig. 2 näher erläutert. In Fig. 2 ist die Druckfeder 20 vergrößert in ihrem entspannten Zustand gezeigt. Es ist zu erkennen, dass an beiden Axialenden 24 die Enden 26 des Federdrahtes so ausgebildet sind, dass sie in axialer Richtung X über die sich anschließende Windung 28 vorstehen. D.h. die Federenden bzw. Enden des Federdrahtes 26 sind nicht an die letzte Windung 28 angelegt. Vielmehr sind die Enden 26 des Federdrahtes im Wesentlichen einfach abgelängt, ohne dass eine spezielle weitere Verformung des Axialendes der Feder erfolgen würde. Lediglich der letzte an das Ende des Federdrahtes 26 angrenzende Abschnitt 30 der Windung 28 ist so bearbeitet bzw. so geschliffen, dass eine plane Anlagefläche geschaffen wird, welche sich normal zur Längsachse X erstreckt. Dieser Abschnitt 30 erstreckt sich jedoch nicht über den gesamten Umfang bezogen auf die Längsachse X sondern nur über einen Umfangsabschnitt zwischen 50 % und 90 % des Umfangs, vorzugsweise über einen Winkelbereich zwischen 200° und 300°.
  • Ferner liegen die Enden 26 des Federdrahtes auf demselben Winkel bezogen auf die Längsachse X, d. h. auf einer Linie bzw. gedachten Achse parallel zur Längsachse X, im selben Umfangsbereich. Durch diese Positionierung der beiden Enden 26 und den Abstand 32 der Enden 26 von der sich anschließenden Windung 28 wird beim Einbau der Druckfeder 20 in das in Fig. 1 gezeigte Dosierpumpenaggregat erreicht, dass bei der Stauchung der Druckfeder 20 keine unerwünschten Quer- bzw. Seitenkräfte auftreten, welche zu einer seitlichen Auslenkung des Pleuels und somit einer Querbelastung der Membran führen würden.
    • Bezugszeichenliste
    • 2 -
    Antriebsgehäuse
    4 -
    Pumpenkopf
    6 -
    Dosierraum
    8 -
    Membran
    10 -
    Pleuel
    12 -
    Antriebsmotor
    14 -
    Zahnradgetriebe
    16 -
    Exzenter
    18 -
    Träger
    20 -
    Druckfeder
    22 -
    Anlagescheibe
    24 -
    Axialenden
    26 -
    Enden des Federdrahtes
    28 -
    letzte Windung
    30 -
    Abschnitt
    32 -
    Abstand
    X -
    Bewegungsachse, Federlängsachse

Claims (7)

  1. Dosierpumpenaggregat mit einem Dosierraum (6) und einem Verdrängerkörper (8), welcher über ein Pleuel (10) linear bewegbar ist, wobei eine als Druckfeder (20) ausgebildete Schraubenfeder (20) vorgesehen ist, welche das Pleuel (10) in einer Bewegungsrichtung mit einer Kraft beaufschlagt, dadurch gekennzeichnet, dass
    die Schraubenfeder (20) an zumindest einem Axialende (24) derart ausgestaltet ist, dass im entspannten Zustand das Ende (26) des Federdrahtes gegenüber der sich anschließenden Windung (28) axial vorsteht.
  2. Dosierpumpenaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubenfeder (20) an beiden einander entgegengesetzten Axialenden (24) derart ausgestaltet ist, dass im entspannten Zustand das Ende (26) des Federdrahtes gegenüber der sich anschließenden Windung (28) axial vorsteht.
  3. Dosierpumpenaggregat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet das die Enden (26) des Federdrahtes an beiden Axialenden (24) der Schraubenfeder (20) an derselben Winkelposition bezüglich der Längsachse (X) der Schraubenfeder (20) gelegen sind.
  4. Dosierpumpenaggregat nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubenfeder (20) an zumindest einem Axialende (24) eine nur durch Ablängen des Federdrahtes erzeugte Endkonfiguration aufweist.
  5. Dosierpumpenaggregat nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubenfeder (20) an zumindest einem Axialende (24) eine an das Axialende angrenzende geschliffene Anlagefläche aufweist.
  6. Dosierpumpenaggregat nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die geschliffene Anlagefläche sich im entspannten Zustand der Schraubenfeder (20) normal zur Längsachse der Schraubenfeder (20) erstreckt.
  7. Dosierpumpenaggregat nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich die geschliffene Anlagefläche über einen Winkelbereich zwischen 200° und 300° des Umfangs bezogen auf die Längsachse der Schraubenfeder (20) erstreckt.
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