ES2342876T3 - Dispensadores de liquidos. - Google Patents
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Abstract
Un dispensador (10) de flujo comprendiendo: Una fuente de fluido; Una bomba oscilante (16) teniendo un pistón rotante y de movimiento alternativo (34; 72) en un alojamiento de bomba (38; 78; 94), el alojamiento de bomba teniendo una entrada (66) conectada fluidamente a la fuente de fluido y una salida (68), la bomba oscilante teniendo un volumen de salida para un ciclo de bomba completo consistente en un golpe de salida completo del pistón y una rotación total del pistón (34, 72); Un motor (26) conectado con la bomba oscilante; y Un controlador operativamente conectado al motor, el controlador teniendo una pluralidad de señales de salida, el motor y el pistón (34; 72) teniendo unas posiciones rotacionales predeterminadas en respuesta a la pluralidad de las señales de salida, al menos una posición rotacional del pistón siendo menor que la revolución completa del pistón (34; 72) en el que la posición rotacional de la bomba oscilante dispensa una cantidad de fluido que es menor que el volumen de salida para un ciclo de bomba completo.
Description
Dispensadores de líquidos.
La presente invención generalmente se refiere a
dispensadores de líquidos, y más específicamente, la presente
invención se refiere a dispensadores de líquidos que exactamente
controlan la cantidad de líquido dispensado. La presente invención
también se refiere a métodos de dispensación de líquidos de una
manera controlada. Un ejemplo específico de un dispensador de
líquido según la presente invención es un dispensador de colorante
de pintura.
Las pinturas están hechas en un gran número de
diferentes colores y tonalidades de colores. Cada color especifico
de pintura tiene una fórmula especifica de componentes que
proporcionan el color deseado. Una fórmula de pintura generalmente
incluye una cantidad relativamente grande de una base y pequeñas
cantidades de uno o mas colores de colorante. Cada color de
colorante es medido según la fórmula y dispensado de una fuente de
colorante, añadido a la base, y mezclado para producir el color de
pintura deseado.
Dispensadores de colorante existentes han sido
usados en tiendas de suministro de pintura minoristas y ferreterías,
por ejemplo. Equipos de dispensación de colorantes existentes
tienen incluidas maquinas manuales y automáticas. Un equipo de
dispensación de colorante automático puede incluir varios
contenedores de colorante, en donde cada contenedor de colorante es
conectado a una entrada de una bomba de fluido. La salida de la
bomba de fluido es conectada a una válvula de 3 vías que tiene una
salida de dispensación conectada a una boquilla dispensadora y una
salida de by-pass conectada a una línea de
recirculación de fluido. Cualquiera de los dos motores pueden
accionar todas la bombas o varias bombas pueden ser accionadas por
un solo motor a través de un mecanismo de accionamiento común o
cada bomba pueden ser conducido por un motor individual. Cuando una
cantidad de colorante es dispensado, el motor acciona las bombas y
la válvula de 3 vías para el colorante en particular es abierta
para permitir que el colorante sea dispensado a través de la
boquilla. El periodo de tiempo que la válvula queda abierta
determina la cantidad de colorante dispensado. Las otras válvulas de
3 vías, que están siendo al mismo tiempo accionadas por el motor,
están en un modo de by-pass de modo que el colorante
circula de nuevo en su contenedor en lugar de ser excesivamente
dispensado.
Sin embargo, el equipo de dispensación de
colorante existente puede ser mejorado. El equipo de dispensación
de colorante utiliza una válvula de 3 vías para cada contenedor de
colorante, que aumenta el costo del equipo y el costo de
fabricación. También, la pluralidad de válvulas de 3 vías tiende a
ser una fuente significativa de problemas de mantenimiento y
servicios. Además, la exactitud de la cantidad de colorante
dispensado usado para bombear y la disposición de la válvula pueden
mejorar. También, es necesaria una ruta de flujo de
by-pass de colorante debido a que el motor único
simultáneamente opera todas las bombas. Se desea controlar con mayor
precisión la cantidad de colorante dispensado de modo que el color
de la pintura resultante para cualquier fórmula sea consistente. Un
mayor control y exactitud sobre el proceso de dispensación del
colorante proporciona una mayor consistencia en el color de la
pintura para cualquier fórmula dada.
Un dispensador de colorante de pintura según la
presente invención utiliza una bomba oscilante y sistema de control
por ordenador para controlar la bomba. Las bombas oscilantes tienen
un pistón que es colocado dentro de un alojamiento con una entrada
de fluido y una salida de fluido. El pistón simultáneamente se
desliza de forma axial y gira dentro del alojamiento. Bombas
oscilantes existentes han sido operadas mediante giro del pistón a
través de un giro completo de 360º y desplazamiento lineal
correspondiente del pistón. Tal operación del pistón resulta en una
cantidad específica de líquido bombeado por la bomba oscilante con
cada revolución. En consecuencia, la cantidad de fluido bombeado
para cualquier bomba oscilante dada es limitada a múltiplos del
volumen específico. Si fuera deseado un menor volumen de fluido,
entonces se utiliza una bomba oscilante de menor tamaño o se hacen
ajustes manuales de calibración a la bomba. Por ejemplo, en la
pintura colorante una dispensación mínima puede ser sobre 1/256th
de una onza de líquido (1 onza de líquido = 1 oz \approx 29,57
ml). En ese dispensador tan pequeño, el motor habría tenido que
girar a velocidades excesivas para dispensar grandes volúmenes de
colorante (múltiples revoluciones completas) en un periodo de tiempo
apropiado. Con el fin de minimizar la velocidad del motor
dispensador, seria ventajoso una dispensación de revolución parcial
para una bomba oscilante de mayor capacidad. Sin embargo, el uso de
una revolución parcial para dispensar el líquido con precisión es
difícil debido a la salida no lineal del perfil dispensador de la
bomba oscilante vs. ángulo de rotación. En consecuencia, existen
necesidades para controlar de forma automática y variar la cantidad
de volumen de fluido bombeado por bombas oscilantes.
DE 34 10 302 describe una bomba dosificadora sin
válvulas, particularmente para masa de chocolate, que comprende un
pistón giratorio alternativamente cerrando una entrada y una salida
en un cilindro, respectivamente.
US 4,223,558 describe un aparato de pipeteado y
de dilución que comprende una bomba de jeringa de capacidad de
volumen predeterminado. Un motor paso a paso acciona el pistón de la
jeringa a una velocidad seleccionada. La carrera del pistón es
calculado del volumen de capacidad y del volumen de líquido a
dosificar.
La presente invención proporciona nuevos
dispensadores de colorante que de forma precisa, consistente, y
efectiva dispensan fluido. La invención es descrita como realizada
en un dispensador de colorante de pintura; sin embargo, la
invención puede utilizarse para dispensar cualquier fluido deseado.
Por ejemplo, los dispensadores de fluido pueden utilizarse para
dispensar fluidos farmacéuticos, cosméticos, tintas, y otros fluidos
a volúmenes controlados.
El dispensador de colorante de pintura tiene un
sistema de control por ordenador que opera un motor paso a paso u
otro accionamiento controlado de forma incremental que accione una
bomba sin válvulas, como una bomba oscilante. Las fórmulas de color
de pintura se almacenan en el sistema de control por ordenador y se
seleccionan por operador para mezclar un color de pintura deseado.
La bomba oscilante bombea colorantes desde un contenedor de gran
volumen a una boquilla dispensadora en base a señales enviadas por
el sistema de control por ordenador según la fórmula del color de
pintura. El sistema de control por ordenador opera el motor paso a
paso y la bomba oscilante de modo que el pistón de bombeo gira
menos que una revolución completa de 360º por cada paso del motor
paso a paso. Por ejemplo, pueden requerirse 400 pasos por revolución
completa de 360º. El motor paso a paso y la bomba oscilante son
girados a través de un número deseado de pasos para dispensar una
cantidad de fluido deseado.
El sistema de dispensación de fluido con la
bomba oscilante y el sistema de control por ordenador dispensa de
forma precisa grandes y pequeñas cantidades de fluido. El sistema de
control por ordenador controla el motor paso a paso y la bomba
oscilante para dispensar una cantidad de fluido predeterminado
dividiendo una revolución de 360º completa de la bomba de pistón en
varias dispensaciones o segmentos parciales.
La bomba oscilante de la presente invención
puede ser ajustable. Por ejemplo, el ángulo entre el eje de la
bomba de pistón oscilante y el eje del árbol del motor paso a paso
puede ser ajustado por un actuador. El sistema de control por
ordenador envía señales al actuador para operador el actuador el
cual posiciona la bomba de pistón oscilante en un ángulo deseado.
El ajuste del ángulo de la bomba oscilante automática ajusta
eficazmente la bomba de salida de fluido a través de un ordenador de
control.
Otro ajuste de la bomba oscilante también
proporciona cambios de fluido de salida de la bomba. En este ajuste,
se puede variar la distancia a que un rodamiento esférico está
desplazado con respecto al árbol del motor paso a paso. El ajuste
de desplazamiento del rodamiento altera la salida del fluido de la
bomba oscilante, y puede utilizarse para calibrar la bomba, por
ejemplo.
Varias ventajas de la presente invención pueden
manifestarse al leer esta información incluyendo las
reivindicaciones anexas con referencia a los dibujos que lo
acompañan. Las ventajas pueden ser deseadas, pero no necesariamente
imprescindibles para practicar la presente invención.
Fig. 1 es una vista parcial de corte transversal
en perspectiva de un sistema de dispensación de fluido según los
principios de la presente invención.
Fig. 2 es una vista en perspectiva ampliada de
una parte del sistema de dispensación de fluido de la Fig. 1.
Fig. 3 es una vista detallada en perspectiva de
una bomba oscilante de la Fig. 2.
Fig. 4 es una vista en perspectiva de un sensor
de posición según la presente invención.
Fig. 5 es un gráfico de un perfil de
dispensación para una bomba oscilante según la presente
invención.
Fig. 6 es una vista en alzado frontal de un
pistón de la bomba oscilante de la Fig. 3
Fig. 7 es una vista superior en planta del
pistón de la Fig. 6.
Fig. 8 es una vista lateral izquierda del pistón
de la Fig. 7.
Fig. 9 es una vista lateral derecha del pistón
de la Fig. 7.
Fig. 10 es una vista parcial transversal, de
alzado frontal de un alojamiento del pistón según la presente
invención.
Fig. 11 es una vista superior en planta del
alojamiento del pistón de la Fig. 10.
Fig. 12 es una vista lateral izquierda del
alojamiento del pistón de la Fig. 10
Fig. 13 es una vista parcial transversal, de
alzada frontal de otro alojamiento de pistón según la presente
invención.
Fig. 14 es una vista superior en planta del
alojamiento del pistón de la Fig. 13.
Fig. 15 es una vista lateral izquierda del
alojamiento del pistón de la Fig. 13
Fig. 16 es una vista en alzada de una bomba
oscilante ajustable según la presente invención.
Fig. 17 es una vista parcial ampliada en
perspectiva, de un pistón conductor de la Fig. 16.
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Aunque la presente invención se puede hacer de
muchas formas diferentes, son descritos en esta revelación y
mostrados en los dibujos anexos las realizaciones preferidas
actualmente. Esta revelación ejemplifica los principios de la
presente invención y no se limita a los aspectos generales de la
invención solo a las realizaciones ilustradas.
Un sistema de dispensación de fluido 10 según la
presente invención es mostrado en la Fig. 1. El sistema de
dispensación de fluido 10 dispensa una variedad de colorantes de
colorante de pintura de varios botes de colorante 12 que disponen
de gran volumen de colorante. El sistema de dispensación de fluido
10 tiene un sistema de control por ordenador 14 que almacena las
fórmulas de color de pintura y de forma operativa controla el
sistema de dispensación de fluido 10 para dispensar los colorantes
y cantidades adecuadas de los colorantes en una pintura base. Una
vez que los colorantes adecuados han sido dispensados en la pintura
base, la pintura colorante es mezclada a fondo para producir la
pintura de color deseada.
Refiriéndonos a las Figs. 1 y 2, cada bote de
colorante 12 es conectado de forma fluida a una entrada a una bomba
de fluido 16 mediante un tubo 18. La realización de la presente
invención mostrada en la Figs. 1 y 2 incluye una bomba oscilante
como la bomba de fluido 16; sin embargo, otras bombas de fluido son
contemplados por la invención. Una salida desde la bomba de fluido
16 es conectada de forma fluida a una salida 20 a una boquilla
dispensadora 22 mediante un tubo de suministro 24. Un motor paso a
paso 26 es unido y acciona la bomba de fluido 16. Aunque se
describe un motor de paso a paso, aquellos expertos en la materia
reconocerán que otras unidades de control fino pueden ser
utilizadas. El motor paso a paso 26 es conectado
operativamente/eléctricamente a y controlado por el sistema de
control por ordenador 14. La bomba oscilante 16 funciona como una
bomba de fluido y como una válvula, y por tanto, no se requiere una
válvula separada para dispensar los colorantes. En otras palabras,
el sistema de dispensación de fluido 10 es un sistema sin válvula
desde el bote colorante 12 a la boquilla dispensadora 22.
Un motor de agitación 28 es conectado a y
acciona un agitador 30 colocado dentro del bote colorante 12. El
sistema de control por ordenador 14 opera el motor de agitación 28
para accionar el agitador 30 y mantener una mezcla consistente del
colorante de color en el bote colorante 12.
La boquilla dispensadora 22 tiene una pluralidad
de entradas 20 en la cual se provee cada entrada de boquilla
dispensadora 20 para un colorante de color separado. La boquilla
dispensadora 22 tiene una salida 32 que apunta hacia abajo y esta
por encima de una plataforma de rodillos 34. Una lata abierta de
pintura base es colocado en la plataforma de rodillos 34 debajo de
la salida de la boquilla dispensadora 32 para la dispensación de
colorantes de color en la pintura base.
La bomba oscilante 16 es mostrado en mayor
detalle en la Fig. 3. Un pistón 34 gira y se mueve alternativamente
de forma axial dentro de un tubo conductor 36. El tubo conductor 36
es introducido en un alojamiento 38 por una tuerca 40 y una junta
estanca 42. El pistón 34 tiene un perno 44 enganchado con un
rodamiento esférico 46 que es sujetado por un manguito rotatorio
48. El manguito 48 es montado a y conducido de forma giratoria por
un árbol del motor paso a paso 26. El motor paso a paso 26 y estos
componentes son montados en un soporte 50.
El manguito 48 tiene una proyección de sensor 52
que permite la determinación de la posición de rotación del motor
paso a paso 26 y del pistón 34. Como alternativa a la proyección de
sensor 52, puede ser proporcionada una rueda sensora 54 en el árbol
56 del motor paso a paso 26. Un sensor interno 58 es posicionado de
modo que pueda detectar la posición de la rueda sensora 54. Por
ejemplo, el sensor interno 58 puede ser un fotosensor que tiene un
haz de luz que es interrumpido por la rueda sensora 54 dependiendo
en la posición angular de la rueda sensora 54. El sensor interno 58
es conectado electrónicamente al sistema de control por ordenador
14 del sistema dispensador de fluido 10 mediante un cable 60. La
rueda sensora 54 y el sensor interno 58 se combinan para formar un
sensor de posición 62 que proporciona una señal al sistema de
control por ordenador 14 indicativo de la posición rotacional del
motor paso a paso 26 y el pistón 34 de la bomba oscilante 16. Se
entenderá por aquellos expertos en la materia que muchos tipos
diferentes de sensores de posición pueden ser empleados para
determinar y controlar la posición del motor paso a paso, por
ejemplo, el sensor 58 podría ser un interruptor de efecto de
bola.
La realización del sensor de posición 62
mostrado en la Fig. 4 detecta la posición angular del eje 56 cada
vez que el borde de ataque 64 de la rueda sensora 54 gira y rompe el
haz de luz. La posición del borde de ataque 64 que rompe el haz de
luz y dispara el sensor interno 58 define la "posición inicial"
de la bomba oscilante 16, e.d. la posición inicial del pistón 34
en el tubo conductor 36. La posición inicial de la bomba oscilante
16 es una posición axial y rotacional definida del pistón 34 en el
tubo conductor. Cuando el haz de luz esta roto por el borde de
ataque 64 de la rueda sensora 54, el sensor interno 58 envía una
señal indicativa de la posición inicial del sistema de control por
ordenador 14. El sistema de control por ordenador 14 recibe e
interpreta la señal. De este modo el sistema de control por
ordenador 14 determina cuando la bomba oscilante 16 esta en la
posición inicial. La posición inicial se puede fijar a cualquier
posición deseada de la bomba oscilante 16; sin embargo, una
posición estratégica puede ser el punto muerto superior o el punto
muerto inferior del pistón 34 en el tubo conductor 36.
El sistema de control por ordenador 14 puede
determinar la posición de la bomba oscilante 16 (posiciones axiales
y rotacionales del pistón 34) en cualquier momento, ej.
Continuamente rastrea la posición de la bomba oscilante. La
posición de la bomba oscilante 16 es determinada partiendo de la
posición inicial - que es una posición conocida - y agregando la
cantidad de rotación impartida al pistón 34 por el motor paso a paso
26. Mientras que el motor paso a paso 26 gira la rueda sensora 54,
la próxima vez que el borde de ataque 64 dispara el sensor interno
58 el sistema de control por ordenador resetea la posición de
almacenado del ordenador de la bomba oscilante 16 en la posición
inicial.
El sensor interno 58 en la realización mostrada
en la Fig. 4 es un sensor de posición único, e.d. solo detecta la
posición inicial. Sin embargo, otros sensores de posición se podrían
utilizar que pueden detectar varias posiciones del eje 56 o la
bomba oscilante 16.
Los motores paso a paso son muy bien conocidos y
pueden ser controlados con precisión. Así, el sistema de control
por ordenador 14 puede con mucha precisión determinar, rastrear, y
controlar las posiciones de la bomba oscilante 16. La bomba
oscilante 16 es una bomba de fluido altamente consistente y precisa.
En consecuencia, el sistema de control por ordenador 14, el motor
paso a paso 26, y la bomba oscilante bombean de forma consistente y
precisa una cantidad exacta de colorante de color de un bote de
colorante dado 12.
La operación de la bomba oscilante 16 se
describirá ahora asumiendo que la posición inicial es definida como
el pistón 34 estando deslizado la máxima distancia en el tubo
conductor 36 (punto muerto superior) y la cámara de la bomba dentro
del tubo conductor 36 esta "vacía" de colorante. El sistema de
control por ordenador 14 envía una señal al motor paso a paso 26
para girar 180º (punto muerto inferior) que gira el pistón 34 180º
y llena la cámara de la bomba dentro del tubo conductor 36 con
colorante a través de una entrada de la bomba 66. El colorante es
dispensado por el sistema de control por ordenador 14 enviando otra
señal al motor paso a paso 26 para girar mediante un número de
pasos predeterminado. El pistón 34 gira y se desliza dentro del
tubo conductor 36 y el colorante es bombeado fuera de una salida de
la bomba 68 y a la boquilla dispensadora 22.
La cantidad de colorante que es dispensada
depende del numero de pasos girados por el motor paso a paso 26 y
el movimiento correspondiente del pistón 34 en la bomba oscilante
16. La bomba oscilante 16 tiene una salida no lineal. La salida de
una revolución puede ser representada gráficamente como una mitad de
un modelo sinusoidal de desplazamiento por paso del motor paso a
paso, y como una función de la posición rotacional.
Por ejemplo, la curva en la Fig. 5 representa el
perfil de dispensación de la bomba oscilante 16 respecto al ángulo
de rotación del eje del motor paso a paso 56 asociado a través de
una revolución de 180º de dispensación. El área bajo la curva está
fraccionada en aproximadamente 8 segmentos iguales en la Fig. 5 que
representan cantidades iguales de dispensación de fluido. El área
bajo la curva se podría fraccionar en otros segmentos, como se
desee. Al mantener un registro del ángulo de rotación del motor paso
a paso 16 con el sensor de posición 62 y el sistema de control por
ordenador 16, la rotación del eje del motor 56 puede ser paralizada
en un punto que dará lugar a una fracción exacta (ej., 1/8th) de la
dispensación total de rotación de la bomba oscilante adjunta
16.
En una realización preferida, el motor paso a
paso 26 es utilizado por el motor que acciona la bomba oscilante
16. Los motores paso a paso tienen su rotación completa fraccionada
en una pluralidad de segmentos discretos, llamados pasos. En
realizaciones preferidas los motores paso a paso 26 pueden
utilizarse con 200 pasos y 400 pasos. Adicionalmente, dispositivos
de control electrónicos pueden fraccionar los pasos en pasos
parciales más pequeños mediante un control cuidadoso de las bobinas
del motor (un proceso conocido como medio paso o también como
micropaso). De esta manera, dentro de limites de par apropiados, la
rotación del motor paso a paso puede ser determinada de forma
precisa sin reacción haciendo un seguimiento de hasta que punto el
motor ha sido impulsado en torno a su rotación.
Con el fin de sincronizar de forma exacta la
posición del eje del motor 56 al perfil de salida (Fig. 5) de la
bomba 16, el sensor interno 58 (Fig. 4) puede ser utilizado. El
sensor interno 58 envía una señal al sistema de control por
ordenador 14 cuando el motor paso a paso 26 ha alcanzado un punto
cero arbitrario (la posición inicial). El sistema de control por
ordenador 14 cuenta el número de pasos o micropasos que el motor
paso a paso 26 gira más allá de la posición inicial.
En operación del sistema de dispensación de
fluido 10, un operador coloca una lata de pintura base bajo la
boquilla dispensadora 22, y selecciona la fórmula de color de
pintura deseada utilizando el sistema de control por ordenador 14.
El sistema de control por ordenador 14 utiliza la fórmula de color
para determinar el numero de segmentos de dispensación requeridos
según el gráfico del perfil de dispensación en la Fig. 5. Los
segmentos de dispensación corresponden a los volúmenes iguales de
dispensación fraccional de una rotación completa de la bomba
oscilante 16.
El sistema de control por ordenador 14 envía una
señal al motor paso a paso 26 para empezar el paso o el micropaso.
El sistema de control por ordenador 14 cuenta el número de pasos o
micropasos más allá de la posición inicial. Mientras el motor paso
a paso 26 gira a la apropiada posición angular
pre-identificada, el sistema de control por
ordenador 14 determina que el volumen de colorante correspondiente
al gráfico de dispensación de segmentos ha sido dispensado. Un
segmento bajo el gráfico representa la cantidad mínima de colorante
que puede ser dispensado. Al acumular el numero de veces que la
bomba oscilante 16 ha dispensado la dispensación mínima (rotación
parcial de un segmento), el sistema de control por ordenador 14
puede dispensar varios volúmenes de colorante que corresponden a
múltiplos de la dispensación mínima. Por ejemplo, un segmento bajo
el perfil gráfico de dispensación puede representar 1/256th de una
onza, 3/256th de una onza, o 13/256th de una onza, etc. Para
dispensaciones más grandes, la velocidad del motor paso a paso 26
puede aumentar o disminuir para velocidades de dispensaciones
elevadas y bajas. También, el sistema de control por ordenador 14
puede contar revoluciones de dispensación completas de la bomba
oscilante 16 para grandes volúmenes de dispensaciones de fluido.
Dada cualquier velocidad del motor paso a paso
en particular, esta rotación parcial del método de la bomba
oscilante 16 puede dispensar fluido de forma exacta y rápida para
cualquier volumen de dispensación deseada. Por ejemplo, para
cualquier volumen de dispensación de fluido, el sistema de
dispensación de fluido 10 usando revoluciones parciales de la bomba
oscilante 16 puede dispensar fluido significativamente mas rápido
que una bomba similar que tiene un volumen mas pequeño de
dispensación por revolución que debe rotar varias revoluciones
completas.
Otra realización del sistema de dispensación de
fluido 10 tiene una tabla de búsqueda en el sistema de control por
ordenador 14 que tiene el volumen de fluido dispensado por cada paso
en la revolución del motor paso a paso. Después que el operador
selecciona la fórmula del colorante de pintura, el sistema de
control por ordenador 14 determina la cantidad de dispensación para
cada colorante. Una señal es enviada desde el sistema de control
por ordenador 14 al motor paso a paso 16 para iniciar una cantidad
en particular de dispensación de colorante. El volumen por paso es
agregado a un acumulador en el sistema de control por ordenador 14
mientras que el motor paso a paso 16 gira. El sistema de control
por ordenador 14 rota el motor paso a paso 16 hasta que el
acumulador iguala o excede el volumen de dispensación deseada. De
este modo, cualquier cantidad de fluido puede ser dispensada en
base a la tabla de información por lo menos a la exactitud del
tamaño del paso mas grande.
También, dado que muchas bombas tienen
deslizamiento que cambia con la velocidad de bombeo,.el sistema de
control por ordenador 14 puede multiplicar el volumen por paso
mediante un factor de corrección basado en velocidad antes que el
volumen por paso es agregado al acumulador. Así, el sistema de
dispensación de fluido 10 puede compensar para un deslizamiento de
bomba de velocidad variable.
El volumen de fluido dispensado desde la bomba
oscilante 16 con un accionamiento de rodamiento esférico 46 puede
ser definido como sigue.
La longitud de la carrera axial del pistón 34 es
definido como:
Donde:
- \varphi = ángulo del eje del motor con respecto al eje del cilindro de la bomba (donde 0º es definido como coincidente)
- R = radio de centro del rodamiento esférico
- L = longitud del pistón de carrera resultante.
\vskip1.000000\baselineskip
El desplazamiento axial del pistón 34 como una
función del ángulo rotacional del motor paso a paso es definido por
la siguiente ecuación:
Donde:
- X = el desplazamiento lineal del pistón resultante
- \Theta_{1} = el ángulo rotacional de comienzo (0º es definido como el punto muerto inferior, el ángulo aumenta mientras que el pistón se mueve hacia arriba)
- \Theta_{2} = el ángulo rotacional final (0º es definido como el punto muerto inferior, el aumento del ángulo mientras el pistón se mueve hacia arriba).
\vskip1.000000\baselineskip
Debido a que en la parte inferior del pistón de
carrera \Theta_{1} = 0, el desplazamiento axial total del
pistón 34 para el desplazamiento desde la parte inferior del pistón
de carrera es definido por la siguiente ecuación:
Esta ecuación puede ser traducida en pasos del
motor paso a paso 26, por ejemplo:
Donde:
- N = el numero de pasos del motor del el punto muerto inferior
- Nmax = el numero total de los pasos del motor por una revolución
- X = el desplazamiento lineal resultante del punto muerto inferior.
\vskip1.000000\baselineskip
El diámetro del pistón, ángulo entre el motor y
el cilindro, radio de rodamiento, y ángulos de rotación de
partida/finalización pueden ser combinados en una solo ecuación:
Los ángulos de rotación y desplazamiento
pertenecen a la primera ½ revolución después del punto muerto
inferior, que es la porción de dispensación de un ciclo de
revolución completa. La segunda ½ revolución es la porción de
entrada del ciclo. Debido a que la porción de entrada del ciclo no
dispensa fluido, la relación del ángulo de desplazamiento/rotación
no se aborda. Por supuesto, la segunda mitad (porción de entrada)
del ciclo debe hacerse anterior al comienzo del siguiente ciclo, de
modo que e pistón esta lleno de fluido.
Las siguientes fórmulas y tablas demuestran
ejemplos de determinación de cuantos pasos del motor paso a paso
son requeridos para moverse a través de cada segmento bajo la curva
del gráfico de dispensación de la Fig. 5. Estos ejemplos asumen que
200 pasos (400 medios pasos) son requeridos para una rotación de
360º completa. Debido a que la dispensación solo ocurre durante una
rotación de 180º (la entrada de líquido ocurre durante otra
rotación de 180º), 100 pasos (200 medios pasos) dispensaran el
volumen total de fluido durante un ciclo completa de bombeo. Medios
pasos son más deseados debido a la cantidad más pequeña de volumen
de dispensación que puede ser controlada. La mayoría de estos
ejemplos asumen que un ciclo de dispensación completo es igual a
1/32 onza. En consecuencia, si el ciclo de dispensación es dividido
en 24 segmentos iguales, entonces cada segmento representa 768avos
de onza; 12 segmentos iguales 384avos de onza; 8 segmentos iguales
256avos de onza; etc.
Los cálculos de segmento para la curva de la
bomba sine oscilante es definido por la siguiente fórmula, asumiendo
que cada segmento es 1/24 de la porción de dispensación del ciclo,
e.d. cada segmento es 1/24 de la rotación de dispensación de
180º.
Donde n=1,2,3 ... 24
Resolviendo para x:
Donde n= 1,2,3 ... 24
El número de medios pasos (y) son definidos por
la siguiente ecuación:
Los medios pasos calculados son redondeados al
medio paso total más cercano que resulte en el número de medios
pasos redondeados (R.S.) requeridos para cada segmento bajo el
gráfico de dispensación. Los resultados son mostrados en la tabla
de 768avos onza por paso. Los cálculos anteriores son repetidos para
la segmentación del gráfico de dispensación en diferentes números
de segmentos y cantidades de dispensación por medio paso.
Refiriéndonos a la Fig. 3, el pistón 34 tiene
una parte dentada plana 70 que es típico para bombas oscilantes.
Otra realización de un pistón cilíndrico 72 es mostrada en las Figs.
6-9. En la parte dentada plana 70, el pistón 72
tiene una parte rebajada 74 que se extiende en el pistón 72 de
bordes exteriores 76. La parte rebajada 74 provee a la bomba
oscilante con una bolsa más grande para que el fluido pase a través
que la porción plana 70 cuando el pistón 72 se mueva de forma axial
hacia atrás y adelante. Por tanto, el pistón 72 proporciona menos
restricción de flujo de fluido. Debido a que los bordes exteriores
76 están en el mismo lugar que la parte plana 70 en el pistón 34
(Fig. 3), la parte rebajada 74 no afecta la operación de
abrir/cerrar de la bomba oscilante 16 mientras el pistón 72 gira.
La profundidad y forma de la parte rebajada 74 puede variar como se
desee.
Otro alojamiento de bomba oscilante 78 es
mostrado en las Figs. 10-12. El alojamiento 78 tiene
un pistón de calibre 80 para recibir el pistón 34 (Fig. 3). El
diámetro del pistón de calibre 80 tiene un tamaño de modo que una
línea adicional 36 no es necesaria. Tapas (no mostradas) son
montadas en los extremos roscados 82 del alojamiento 78 para sellar
el pistón 34 dentro del alojamiento 78. Una parte de montaje 84
permite al alojamiento 78 estar montado de forma fija a un soporte.
Aberturas redondeadas de entrada y salida 86, 88 son proporcionadas
para permitir al fluido entrar y ser bombeado fuera del alojamiento
78. Puertos de entrada y salida 90, 92 son conectados de forma
fluida a las aberturas de entrada y salida 86, 88, respectivamente.
Los diámetros interiores de los puertos de entrada y salida 90, 92
son mayores que los diámetros de las aberturas de entrada y salida
86, 88 para reducir la restricción de flujo de fluido y permitir el
aumento del flujo de fluido.
Otro alojamiento de la bomba oscilante 94 es
mostrado en las Figs. 13-15. El alojamiento 94 tiene
aberturas de entrada y salida de forma ovalada 96, 98. Las
aberturas de entrada y salida de forma ovalada 96, 98 proporcionan
aberturas más grandes para el flujo de fluido que reduce la
restricción de flujo y incrementa el flujo de fluido. Las aberturas
de forma ovalada 96, 98 son alargadas en la dirección longitudinal
del alojamiento 94. La elongación longitudinal de las aberturas 96,
98 no afecta la abertura y el cierre de las aberturas de entrada y
salida 96, 98 mientras el pistón 34 gira y se desliza dentro del
alojamiento 94. Aunque son mostradas aberturas de forma ovalada
otras formas de las aberturas pueden ser utilizadas según la
invención.
Las Figs. 16 y 17 muestran dos mecanismos de
ajuste de la bomba oscilante. Refiriéndonos a la Fig. 16, el primer
mecanismo de ajuste ajusta el ángulo entre el eje 56 del motor de
paso a paso 26 y el eje longitudinal del pistón 34 y el alojamiento
78. Ajustar el ángulo del ángulo del motor paso a paso/pistón afecta
la salida de la bomba oscilante. Un soporte de ajuste de ángulo 100
está unido al motor paso a paso 26 y tiene una parte articulada 102
montada en el alojamiento del pistón 78. Un actuador 104 se monta en
el soporte de ajuste de ángulo 100 y es acoplado operativamente con
la parte articulada 102 para girar el alojamiento 78 y el pistón
34, según se desee. El rodamiento esférico 46, el cual esta acoplado
al pistón 34 por el pasador 44, permite al pistón 34 girar respecto
a un accionador de pistón 106, el cual esta acoplado con y girado
por el eje del motor paso a paso 56. El actuador es conectado
eléctricamente a y controlado por el sistema de control por
ordenador 14. En consecuencia, el ángulo entre el pistón 34 y el eje
del motor 56 es automáticamente controlado y el ajuste manual del
ángulo no es requerido. También, el perfil de salida de la bomba
oscilante es automáticamente controlado por el sistema de control
por ordenador 14. Actuadores adecuados incluyen solenoides, cámaras,
motores paso a paso, actuadores lineales, y otros actuadores.
Refiriéndonos a las Figs. 16 y 17, el segundo
mecanismo de ajuste de la bomba oscilante ajusta la distancia
radial que el rodamiento esférico 46 está desplazado desde el eje
del eje del motor paso a paso 56. Mediante el ajuste del rodamiento
esférico / eje de desplazamiento el movimiento lineal del pistón 34
deslizándose dentro y fuera del alojamiento 78 es aumentado o
disminuido, lo cual afecta la salida de la bomba oscilante. De este
modo, la salida de la bomba oscilante puede ser ajustada como se
desee.
El accionador de pistón 106 tiene un elemento
fijo 108 fijado al eje del motor paso a paso 56. Un elemento
ajustable 110 tiene un diámetro 112 el cual recibe el elemento fijo
108 de modo que el elemento ajustable 110 se desliza relativo al
elemento fijo 108. Un tornillo de bloqueo 114 se extiende a través
de una ranura de ajuste 116 y es adjuntado con el elemento fijo
108. El tornillo de bloqueo 114 es afloja para permitir el
deslizamiento del elemento ajustable 110 relativo al elemento fijo
108, y luego apretado para fijar los elementos fijos y ajustables
108, 110 juntos. El elemento ajustable 110 lleva el rodamiento
esférico 46. Cuando el elemento ajustable 110 se desliza, la
distancia de desplazamiento del rodamiento esférico 46 relativo al
eje del motor paso a paso 56 es ajustada como se desee. Mediante el
uso de un accionamiento reversible es también posible proporcionar
un ligero retroceso al final de cualquier dispensación. Debido a la
viscosidad de los fluidos siendo dispensados, una cantidad mayor o
menor de fluido puede quedar en la abertura de salida de
dispensación en forma de una gota parcial. Esto puede permitir que
ocurra una derrame post dispensación.
Al invertir parcialmente el accionamiento
después de una dispensación, el fluido formado en la abertura de
salida de dispensación puede ser retirado. Debido a los incrementos
muy pequeños del movimiento del pistón disponibles utilizando el
sistema de accionamiento descrito en esta invención, es posible
proporcionar un retroceso con un buen grado de control. Por
ejemplo, solo ½ paso puede ser suficiente para orificios de
dispensación pequeños.
Cuando se desee, la rotación inversa de
retroceso puede ser retenida en el control o la memoria y
proporcionar un ajuste automático para la siguiente operación de
dispensación. Tal memoria de retención seria ventajosa donde una
retirada mas grande ha sido proporcionada. Por ejemplo, si un
retroceso de paso múltiple es usado para asegurar que no haya goteo
en el orificio de dispensación, esto indicaría que el fluido
sobrante en el conducto de la bomba al orificio de dispensación es
menos que el volumen del tubo después del un retroceso. Esta
cantidad puede entonces ser automáticamente agregada al siguiente
cálculo de dispensación.
Mientras que las realizaciones preferidas
presentes han sido ilustradas y descritas, numerosos cambios y
modificaciones pueden hacerse sin salirse significativamente del
alcance de esta invención. Por tanto, los inventores entienden que
tales cambios y modificaciones están cubiertos por las
reivindicaciones anexas.
Claims (24)
1. Un dispensador (10) de flujo
comprendiendo:
- Una fuente de fluido;
- Una bomba oscilante (16) teniendo un pistón rotante y de movimiento alternativo (34; 72) en un alojamiento de bomba (38; 78; 94), el alojamiento de bomba teniendo una entrada (66) conectada fluidamente a la fuente de fluido y una salida (68), la bomba oscilante teniendo un volumen de salida para un ciclo de bomba completo consistente en un golpe de salida completo del pistón y una rotación total del pistón (34, 72);
- Un motor (26) conectado con la bomba oscilante; y
- Un controlador operativamente conectado al motor, el controlador teniendo una pluralidad de señales de salida, el motor y el pistón (34; 72) teniendo unas posiciones rotacionales predeterminadas en respuesta a la pluralidad de las señales de salida, al menos una posición rotacional del pistón siendo menor que la revolución completa del pistón (34; 72) en el que la posición rotacional de la bomba oscilante dispensa una cantidad de fluido que es menor que el volumen de salida para un ciclo de bomba completo.
\vskip1.000000\baselineskip
2. El dispensador de fluido de la reivindicación
1, donde el motor comprende un motor paso a paso (26).
3. El dispensador de fluido de la reivindicación
1, que además comprende una boquilla dispensadora (22) fluidamente
conectada a la salida de la bomba oscilante (16).
4. El dispensador de fluido de la reivindicación
2, que además comprende un sensor de posición (58) localizado en
relación de detección en una posición rotacional de al menos uno de
la bomba oscilante (16) y el motor a pasos.
5. El dispensador de fluido de la reivindicación
4, donde el sensor de posición (58) además comprende:
- Un sensor de rueda (54) conectado a y girable con un eje del motor a pasos (26); y un sensor posicionado en relación de detección respecto al sensor de rueda.
\vskip1.000000\baselineskip
6. El dispensador de fluido de la reivindicación
5, donde el sensor tiene un haz de luz y el sensor de rueda (54)
interrumpe el haz de luz en una posición rotacional particular.
7. El dispensador de fluido de cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, que además comprende un sensor de
posición localizado en relación de detección respecto a una posición
rotacional de al menos uno de los pistones (34; 72) y el motor
(26), el sensor de posición teniendo una señal recibida por el
controlador que es indicativa de la posición rotacional del al
menos uno del pistón y el motor (26).
8. El dispensador de fluido de cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, donde el pistón (72) tiene una forma
cilíndrica y un área mellada (70) en un extremo, y una porción
rebajada (74) que se extiende hacia el interior del pistón desde un
borde exterior del área mellada.
9. El dispensador de fluido de cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, donde al menos una de la entrada (66)
y salida (68) de la bomba tiene una forma alargada.
10. El dispensador de fluido de la
reivindicación 2, donde la bomba oscilante (16) está montada al
motor de pasos (26) por un ajustador de ángulo (100), y además
comprendiendo un actuador (104) operativamente conectado al
ajustador de ángulo, el controlador teniendo una señal de salida de
ángulo recibida por el actuador.
11. El dispensador de fluido de cualquiera de
las reivindicaciones precedentes, además comprende:
- Un accionador de pistón ajustable radialmente con un eje del motor (26); y
- Un rodamiento esférico llevado por el accionador del pistón y conectado al pistón (34, 72).
\vskip1.000000\baselineskip
12. El dispensador de fluido de la
reivindicación 2, que además comprende:
- Un accionador de pistón ajustable radialmente con un eje del motor a pasos (26); y
- Un rodamiento esférico llevado por el accionador del pistón y conectado al pistón.
\vskip1.000000\baselineskip
13. Un sistema dispensador de colorante de
pintura comprendiendo:
- Una pluralidad de botes de colorante (12);
- Una pluralidad de bombas oscilantes de fluido sin válvulas (16), cada bomba oscilante de fluido sin válvula (16) fluidamente conectada a uno de los botes de colorante y teniendo una salida de fluido (68);
- Una pluralidad de motores de pasos (26), cada motor de pasos conectado con una de las bombas oscilantes de fluido sin válvulas;
- Y un sistema de control por ordenador (14) operativamente conectado a la pluralidad de motores de pasos; y
- El sistema de control por ordenador (14) operativamente controla cada motor a pasos para que rote menos que una revolución entera de forma que el pistón rotativo y alternativo (34; 72) de las bombas de fluido oscilante sin válvulas dispensa una dispensación parcial de fluido.
\vskip1.000000\baselineskip
14. El sistema dispensador de colorante de
pintura de la reivindicación 13, que además comprende una boquilla
dispensadora (22) fluidamente conectada a las salidas del fluido de
las bombas oscilantes sin válvulas (16).
15. El sistema dispensador de colorante de
pintura de la reivindicación 13 o 14, que además comprende:
- Una pluralidad de agitadores (30), cada agitador posicionado en uno de los botes de colorante (12); y
- Una pluralidad de motores de agitación, cada motor de agitación conectado con un agitador y operativamente conectado al sistema de control por ordenador.
\vskip1.000000\baselineskip
16. El sistema dispensador de colorante de
pintura de cualquiera de las reivindicaciones 13 a 15, además
comprendiendo un sensor de posición localizado en relación de
detección respecto al menos una de las bombas oscilantes de fluido
sin válvulas (16) y el motor (26), el sensor teniendo una señal
recibida por el sistema de control por ordenador que es indicativa
de una posición de un pistón rotativo y alternativo de al menos una
de las bombas oscilantes de fluido sin válvula y el motor.
17. Un método de bombear fluido comprendiendo
los pasos de:
- Hacer fluir fluido a una bomba oscilante (16) que tiene un pistón rotativo y alternativo (34; 72), la bomba oscilante teniendo un salida de volumen para un ciclo de bomba completo consistiendo en un golpe de salida completo del pistón y una rotación completa del pistón; operando la bomba oscilante mediante un segmento que es menor que un ciclo de bomba completo; y
- Hacer fluir fluido hacia el exterior de la bomba oscilante en una cantidad que es menor que la salida de volumen para un ciclo de bomba completo.
\vskip1.000000\baselineskip
18. El método de bombeo del fluido de la
reivindicación 17, donde el paso de operación además comprende el
funcionamiento del motor a pasos (26) conectado con la bomba
oscilante (16) mediante un predeterminado número de pasos.
19. El método de bombear fluido de la
reivindicación 18, que además comprende el paso de detección de
posición inicial del motor a pasos (26).
20. Un método de controlar una bomba oscilante
(16), que comprende las etapas de:
- Dividir una curva de dispensación de la bomba oscilante en un número de segmentos en que cada segmento representa una cantidad de dispensación menor que la cantidad total dispensada de la curva de dispensación; determinar un número de segmentos requerido para dispensar una cantidad deseada de fluido que es menor que la cantidad total de la curva de dispensación; y operar la bomba oscilante (16) mediante el número determinado de segmentos.
\vskip1.000000\baselineskip
21. El método de controlar una bomba oscilante
de la reivindicación 20, que además comprende la etapa de determinar
un número de pasos de un motor a pasos (26) conectado con la bomba
de oscilación que corresponde a cada uno de los segmentos.
22. El método de controlar una bomba oscilante
de la reivindicación 20 o 21, donde la etapa de división además
comprende la división de la curva de dispensación de la bomba
oscilante (16) en un número de segmentos de volumen sustancialmente
igual.
23. Un método de dispensación de fluidos desde
un orificio de dispensación de la bomba oscilante del dispensador
de fluido de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, la bomba
oscilante estando operativamente conectada a la fuente de fluido,
el método comprendiendo:
- operar la bomba oscilante (16) para dispensar el fluido a través del orificio;
- cesar la operación de la bomba para dejar de aportar fluido al orificio;
- inversión de operación de la bomba de oscilación para retirar fluido desde el orificio hacia la bomba de oscilación (16).
\vskip1.000000\baselineskip
24. El método de la reivindicación 23 que además
comprende:
- Proporcionar memoria en el controlador,
- Almacenar en la memoria la información desviando la operación inversa de la bomba (16);
- Determinar en el controlador condiciones de operación para el motor para una dispensación subsiguiente y ajustar las condiciones de operación en respuesta a la información inversa almacenada en memoria.
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