JP2004504536A - 調量ポンプ - Google Patents

Abstract

本発明は、室と、該室内への入口に設けられた入口弁と、該室の出口に設けられた出口弁とを有する調量ポンプに関する。室は、仕切手段によって２つの部分室（２，１８）に仕切られている。該仕切手段内に、前記２つの部分室（２，１８）を接続し、かつ搬送方向で開放する仕切弁（３８）が配置されている。前記仕切手段は、搬送方向で往復移動するようになっていて、このために仕切手段は、この仕切手段を往復運動させるための駆動装置に接続されている。仕切手段が搬送方向で移動すると、調量液が入口弁（６）によって吸い込まれ、それと同時に出口弁（２８）によって押し出される。この過程は、一様にかつ衝撃なしに行われる。仕切手段が搬送方向に抗して戻り移動する際に、調量液は、２つの部分室（２，１８）によって形成された室内で事実上静止し、それによって調量液は、室内に存在する調量液によって仕切手段が移動する以外は、全体的に事実上まったく移動しない。

Description

【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念部に記載した形式の調量ポンプに関する。
【０００２】
調量ポンプは一般的に公知である。この調量ポンプは、調量液を調量し、特に一様に、他の媒体例えば水に搬送するための用いられる。調量ポンプは室を有しており、この室は、室への入口内に入口弁と、室の出口内に出口弁とを備えている。室の壁部の一部は、ダイヤフラムによって形成されており、このダイヤフラムは、駆動装置によって往復移動運動せしめられる。室の容積を増大する運動において、調量液は入口弁を通って室内に吸い込まれ、一方ダイヤフラムの逆方向の運動において室の容積は減少され、それによって調量液は室から出口弁を通って搬送される。この出口弁で調量液は導管を通って所望の位置にガイドされる。
【０００３】
このような公知の調量ポンプの欠点は、吸い込み過程時に調量液を室内へ侵入させるために比較的長い時間が必要であって、その間、調量液が出口弁を通って出口に達して放出されることはない、という点にある。他方では、調量液が室の容積の減少に基づいて出口弁を通って流出する押し出し過程への移行時に、全調量液は入口弁に通じる導管内で入口弁を閉鎖することによって急激に静止せしめられ、これは、ポンピング過程、雑音発生及び摩耗に関連して不都合である。
【０００４】
本発明の課題は、冒頭に述べた形式の調量ポンプを改良して、一様で特に衝撃がなく、雑音の少ない調量液の搬送が可能にすることである。
【０００５】
この課題は本発明によれば、請求項１の特徴部に記載した構成によって解決される。
【０００６】
本発明の基本的な考え方は、室の容積がポンピング過程時に基本的に常に変化することがなく、それによって搬送作用の衝撃及び／又は変化が、吸込み時においてもまた室からの押し出し時においても十分に避けることができ、また、室内に、室を２つの部分室に分割する仕切手段が設けられていて、この仕切手段内に仕切手段の運動時にポンピング方向で閉鎖する仕切弁が配置されていることによって、搬送作用が得られる。仕切手段はポンピング方向で往復運動する。仕切手段が駆動装置によって入口弁の方向に移動すると、調量液は室内に留まる。つまりそれによって調量液は２つの部分室内で静止し、仕切手段だけが、このほぼ静止した調量液内で、入口弁に向かう方向に移動する。この場合、調量液は全体的にまったく移動しないので、仕切手段の運動は、入口弁に向かう方向でほぼ衝撃なしで及び力の作用なしで、特にそれによって非常に迅速に行われ、その結果、この過程のために必要な時間が著しく短縮され、ひいては調量液が出口弁を通って出口から押し出されない時間も短縮される。
【０００７】
仕切手段は、このような形式で入口弁に接近した後で、逆転方向つまり搬送方向で駆動される。これは、調量ポンプにおいて望まれる形式でゆくっりと、一様に行われるので、調量液はコントロールされて出口弁を通って出口から押し出され、同時に調量液は入口弁を通ってリンセルする部分室内に吸い込まれる。
【０００８】
仕切手段が、出口弁に向かう方向でその最も外側の運動点に達すると、仕切弁は再び、室内で静止している調量液によって入口弁に向かう方向に移動せしめられ、次いで、仕切手段が調量過程のために望まれている速度で再び出口弁に向かう方向に移動せしめられることによって、この運動過程は再び逆転される。
【０００９】
仕切手段がポンピング方向に抗して戻り運動する間、入口弁に向かう方向で調量液は事実上移動しないことによって、戻り過程は非常に迅速に行うことができるので、極端な場合、搬送過程は事実上中断されない。この過程は、仕切手段がその仕切弁の補助を受けて調量液を室内に「送り込み」、短時間の戻り運動後にさらに「送り過程」を行う、ということである。調量及びポンピング過程は、一様に、かつほぼ衝撃なしで行われる。その他の利点は、雑音発生が小さく、摩耗が少ないという点である。
【００１０】
仕切手段の運動は基本的に任意の形式で行われる。例えば仕切手段は、室内で可動なピストンによって形成することができる。このピストンは、円筒形の内壁を有する室内で可動であって、それによって室が２つの部分室に分割される。本発明の特に有利な実施例によれば、部分室は、互いに同軸的に整列された、伸張時に軸方向で可変なほぼ円筒形の外壁を有しており、この場合、仕切手段は、外壁に気密に結合された仕切部分によって形成されており、該仕切部分内に、有利な形式で同軸的に仕切弁が配置されていて、この仕切弁に駆動装置が作用接続している。この構成においては、滑動する部分及びそれに基づく摩耗が避けられる。部分室のほぼ円筒形の外壁は、軸方向で伸張及び／又は圧縮可能なチューブ部分によって形成することができ、このチューブ部分は有利にはベローズ状である。
【００１１】
ポンピング過程中に横断面増大又は横断面縮小を避けるために、チューブ部分は有利な形式で周方向に伸張不能な手段を有している。これらの手段は、チューブ部分内に配置された、周方向で伸張不能な有利なクロス製織品（Ｋｒｅｕｚｇｅｗｅｂｅ）として構成された補強部として構成することができる。本発明の別の実施例は、伸張不能な手段が、軸方向間隔を保って円筒形の外壁に結合された複数のリングによって形成され、これらのリングは有利には外壁の外側に配置されている。これらのリングは、任意の適当な材料例えばプラスチックより成っていてよい。本発明の変化実施例によれば、リングは金属より成っていて、チューブ部分の外側に加硫によって結合されている。この実施例は、簡単かつ安価に製造可能である。
【００１２】
ほぼ円筒形の外壁がベローズ状に構成されている場合、リングは、有利にはベローズそれぞれ最も狭い箇所及び最も広い箇所に配置されている。
【００１３】
駆動装置は基本的に任意に構成されていてよい。本発明の有利な実施例によれば、仕切部は、ポンピング方向に対して同軸的な雄ねじ山を有する、硬い材料より成る駆動部に接続されており、この雄ねじ山は、駆動装置によって回転駆動せしめられる伝達部の雌ねじ山に係合するようになっている。この場合、伝達部の回転方向を繰り返し逆転させるための手段が設けられているので、伝達部が搬送方向で回転運動及びねじ込み運動した後で、搬送方向に抗する仕切部の戻り運動が行われる。つまり仕切部の運動に対する、搬送方向及びこれとは逆方向でのねじ込み運動によって行われる。
【００１４】
ねじ山伝達を利用して仕切部を前記のように駆動する場合、駆動装置は有利には回転駆動装置より成っており、この場合、伝達部は回転駆動装置のロータに結合されているか、又は回転駆動装置のロータによって形成されている。この場合、回転駆動装置は有利には回転ステップモータによって形成されており、この回転ステップモータは、回転方向及び回転運動を正確に規定し、それによって時間単位当たりの調量量を可能にする。
【００１５】
ねじ山伝導装置内の摩擦を避けるために、仕切部の雄ねじ山は有利には伝達部の雌ねじ山に転動体を介して係合している。
【００１６】
本発明の実施例によれば、転動体は球より成っていて、この球に対して雄ねじ山及び雌ねじ山が相補的に（互いに補完し合うように）構成されている。この実施例においては、仕切部と伝達部とは、摩擦なし及び雑音なしで作業するボールねじ伝動装置（Ｋｕｇｅｌｇｅｗｉｎｄｅｔｒｉｂ）を形成する。それぞれの要求に応じて、ボールねじ伝動装置は、外部のボール戻しガイド又は内部のボール戻しガイドを有している。
【００１７】
伝達部が雌ねじ山を有していて、仕切部が半径方向の溝を有しており、この場合、雌ねじ山と半径方向の溝とがＶ字形ねじのプロフィールを有しており、転動体がローラ状に構成されていて、半径方向の溝を有しており、この半径方向の溝のプロフィールが、雌ねじ山のプロフィール及び仕切部の半径方向溝のプロフィールに対して相補的に構成されていてもよい。この実施例においては、ローラねじ伝動装置が形成されており、このローラねじ伝動装置は同様に摩擦なしで及び雑音なしで作業する。
【００１８】
駆動装置の別の有利な実施例によれば、駆動装置は、電磁式の引張磁石を有しており、該引張磁石の可動子が仕切手段に接続されているか又はこの仕切手段によって形成されていて、ばねによって引張磁石の引張方向に抗してプレロードをかけられている。電気式の引張磁石に給電されると、この引張磁石は仕切手段を迅速に搬送方向で出口弁に向かって移動させ、それによって調量液は出口から押し出され、所望の搬送作用が得られる。次いで、電磁式の引張磁石への給電が中断されると、仕切手段は、ばねの強さに応じてばねの力によって、搬送方向に抗して移動せしめられる。
【００１９】
次に図面を用いて本発明の実施例を詳しく説明する。
【００２０】
図１は、駆動装置なしの、本発明による調量ポンプの１実施例の断面図、
図２は、吸込み位置にある、図１に示した調量ポンプ、
図３は、フィードストロークの最後における、図１に示した調量ポンプ、
図４は、図１に示した実施例の第１変化実施例、
図５は、図１に示した実施例の第２変化実施例、
図６は、図１に示した実施例の第３変化実施例、
図７は、図５に示した実施例を駆動装置の第１実施例と共に示した図、
図８は、図５に示した実施例を駆動装置の第２実施例と共に示した図、
図９は、図８に示した駆動装置の変化実施例の詳細の軸方向断面図、
図１０は、図９に示した駆動装置の半径方向断面図、
図１１は、図５に示した実施例を駆動装置の第３実施例と共に示した図である。
【００２１】
図１には、本発明による調量ポンプの断面図が示されており、この断面図においては、見やすくするために駆動装置が省かれている。調量ポンプは部分室２を有しており、この部分室２内に、２つの弁球８，１０を有する入口弁６を介して入口４がガイドされている。入口弁６は、円筒形の入口部１２内に配置されている。入口部１２と円筒形の緊締部１４との間に、部分室２の外壁を形成するチューブ部１６の自由端部が気密に緊締されている。
【００２２】
このように形成された、調量ポンプの入口側に向き合って、同様の形式で形成された出口側が配置されており、この出口側は、部分室１８を有していて、この部分室１８から出口２０が、弁球２４，２６を有する出口弁２２を介して図示していない出口導管に通じている。出口弁２２は、出口部２８内に形成されており、この出口部２８と、この出口部２８を包囲する円筒形の緊締部３０との間に、チューブ部３２の自由端部が気密に緊締されている。チューブ部３２は、部分室１８の外壁を形成している。
【００２３】
部分室２と部分室１８との間に仕切部３４が配置されており、この仕切部３４は、中央のチューブ部３６に気密に結合されており、このチューブ部３６は、前記チューブ部１６及び３２と共に一体に形成されている。仕切部３４内には、２つの弁球４０及び４２を有する仕切弁３８が形成されている。チューブ部３６は、仕切部３４との気密で、しかも摩擦接続（摩擦による束縛）的な結合のために、駆動部４４によって包囲されている。図１に示した位置では、駆動部４４は内側の仕切部分３４と共に、入口部１２と出口部２８との間の同じ距離に位置している。
【００２４】
図示の調量ポンプが駆動されると、駆動部４４は、この位置で図示していない駆動装置によって、入口部１２と出口部２８との間で往復運動せしめられるので、それぞれ部分室２が増大せしめられ、これとは逆方向のストロークにおいて部分室２は縮小され、部分室１８が増大される。
【００２５】
図２には、図１に示した調量ポンプの、部分室２が増大され、部分室１８が縮小されている位置が示されている。調量液を出口２０から出すために、駆動部４４は仕切部３４と共に、図面に矢印で示されたポンピング方向若しくは搬送方向でつまり出口部２８に向かう方向で迅速に移動する。この場合、仕切弁３８は閉鎖するので、調量液は部分室１８から搬出されて、出口２０から押し出され、それと同時に調量液が部分室２内に吸い込まれる。このようにして得られた終端位置が図３に示されている。図面から分かるように、駆動部４４を常に往復運動させることによって調量液が部分室２内に吸い込まれ、この際に調量液は部分室１８から搬出され、これに対して、駆動部４４の逆の運動方向で（これは有利には迅速に行われる）、調量液が部分室２から部分室１８内に流入する。重要なことは、駆動部が搬送方向４５とは逆方向で移動せしめられる際に、調量液は入口弁６によってもまた出口弁２２によっても移動せしめられることはなく、駆動部４４の迅速な運動のために、調量液は、この際に開放された仕切弁３８を通って調量室２から部分室１８内に流れ込むこととは無関係に、短時間静止している、ということである。
【００２６】
駆動部４４が逆の運動方向で出口２０に向かって、つまり搬送方向で移動すると、調量液が部分室２内に吸い込まれて、部分室１８から押し出されることによって、調量液の搬送が行われる。駆動部４４が入口４４に向かって移動せしめられると、調量液は入口導管及び出口導管内で静止しているので、衝撃的な搬送運動のない、その結果高い搬送静粛性が得られる。駆動部４４が入口４に向かう方向で運動すると、調量液が部分室２から部分室１８に移行するのとは関係なく、搬送運動は行われないので、駆動部４４の相応の運動は所望の形式で非常に迅速に行われ、それによって全搬送過程は短時間中断される。これによって全体的に、調量ポンプにおいて望まれているように、実際に連続的な均一な搬送運動が得られる。
【００２７】
図４は、チューブ部１６、３２が一部破断されて、交差織物４６，４８が見えている点以外は、図１に示した構成と同じである。この交差織物は、チューブ部１６，３２が圧力を受けて膨張するのを防ぎ、それによって駆動部４４の運動時に単に、チューブ部１６，３２の圧縮運動又は伸張運動が行われて、駆動部４４の運動に十分に比例した、部分室２，１８の容積変化、及びひいては調量液の搬送量も行われる。
【００２８】
図５は、図１に示した調量ポンプと同様の図が示されており、同じ部分には同じ符号が記されている。図１に対して、チューブ部１６，３２が部分的に破断されていないので、チューブ部１６及び３２を包囲し、このチューブ部１６，３２に加硫されているリング５０及び５２が図示されている点が相違している。リング５２，５４は、図４に示した交差織物４６と同様に、チューブ部１６，３２が膨張するのを阻止し、それと同時にこれらのチューブ部１６，３２が圧縮されるのを阻止するので、駆動部４４が運動する際に、部分室２，１８の容積変化は、駆動部４４の運動に正確に比例する。
【００２９】
図６は、図５に示した実施例の変化実施例を示している。同じ部材又は対応する部材には同じ符号が記されている。図６は、図５に対して、チューブ部１６，３２がベローズ状に構成されていて、リング５４がベローズの狭い箇所に配置され、リング５６がベローズの広い箇所に配置されている、点が異なっている。この実施例においては、チューブ部１６，３２のベローズ状の形状に基づいて駆動部４４の運動方向で特に簡単な可動性が得られる。
【００３０】
図７には、図５に示した実施例の調量ポンプが駆動装置と共に図示されており、この駆動装置は、界磁巻線６０，６２及び玉軸受６４，６６を備えた、ボックス形モータ（Ｄｏｓｅｎ−Ｍｏｔｏｒ）としても称呼される回転ステップモータを有しており、この回転ステップモータの円筒形の内周面に雌ねじ山７０が配置されており、この雌ねじ山７０は、駆動部４４の相応に形成された外側面に設けられた雄ねじ山に噛み合う。回転ステップモータ５８が相応に励磁されると、雌ねじ山７０は雄ねじ山７２を移動させ、ひいては駆動部４４を、供給に関連した方向に移動にも移動させ、これに対して相応の別の供給時に、駆動部４４の逆方向での運動が行われる。供給方向及びひいては回転ステップモータの回転方向が常に切り替えられることによって、駆動部４４は往復運動し、図１乃至図３に関連して記載された基本的な形式で搬送作用が得られる。回転ステップモータの回転速度及びひいては駆動部４４の両方向での運動速度は、図１乃至図３に関連して記載された所望の形式で選択され、適合せしめられる。
【００３１】
図８には、図７と同様の形式で、第２実施例による駆動装置を備えた、図５に示した実施例が示されている。回転ステップモータ５８の使用に関連して、図７の実施例と一致する部材には同じ符号が記されている。図８の実施例において図７に対して異なる点は、ねじ伝達が、球７４として構成された転動体によって行われる点にある。この転動体は、伝達部８０のロータ６８及び７８に相補的（互いに補完し合う）に形成された溝７６に係合する。この場合、伝達部８０には公知の形式で貫通孔が設けられており、この間隙を通って貫通孔を通って球が、伝達部８０の後ろに存在するスペース８２内に侵入し、それぞれ逆方向で移動することができるので、常に球７４の回転が行われる。
【００３２】
図９には、図８に示した転動体伝達部の変化実施例の横断面図が示されている。同じ部材又は相応の部材には同じ符号が記されている。ロータ６８の円筒形の内周面には雌ねじ山８４が形成されており、これに対して駆動部４４の外周面には半径方向も溝８６が形成されている。雌ねじ山８４と溝８６とは、Ｖ字形ねじのプロフィールを有している。雌ねじ山８４と溝８６との間にはほぼ円筒形で、ローラ状の転動体８８が配置されており、この転動体８８の外周面は半径方向の溝を備えていて、雌ねじ山８４及び溝８６のプロフィールに対して相補的にＶ字形に形成されているので、ロータ６８が回転すると、転動体６８は、ねじ山に沿って転動し、この際に、駆動部４４が軸方向運動を行う。
【００３３】
図１０には、図９の横断面図が示されている。図１０には、ローラ状の転動体８８が周方向でケージ９０によって互いに間隔を保って保持されていることが示されている。
【００３４】
図１１は、図５に示した実施例によるポンプを、第３実施例の駆動装置と共に示した図である。この駆動装置は、励磁コイル９２と抗張ロッド９４とを備えた電磁式の引張磁石より成っており、抗張ロッド９４は駆動部４４に接続されていて、ばね９６によって、抗張ロッド９４の、図面に上方に向けられた引張方向に抗してプレロード（予圧）をかけられている。
【００３５】
励磁コイル９２が励磁されると、抗張ロッド９４は、ばね９６のばね力に抗して上方に、つまり搬送方向４５に引っ張られ、それによって駆動部４４も仕切部３４と共に引っ張られるので、調量液が部分室１８の出口２０から押し出され、それと同時に調量液が入口４を通って部分室２内に吸い込まれ、それによって図１〜図３に関連して記載されているように、調量液が搬送される。励磁コイル９２が励磁解除されると、ばね９６が、駆動部４４を仕切部３４と共に、入口４に向かって図面で下方に押しやる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
駆動装置なしの、本発明による調量ポンプの１実施例の断面図である。
【図２】
吸込み位置にある、図１に示した調量ポンプである。
【図３】
フィードストロークの最後における、図１に示した調量ポンプである。
【図４】
図１に示した実施例の第１変化実施例である。
【図５】
図１に示した実施例の第２変化実施例である。
【図６】
図１に示した実施例の第３変化実施例である。
【図７】
図５に示した実施例を駆動装置の第１実施例と共に示した図である。
【図８】
図５に示した実施例を駆動装置の第２実施例と共に示した図である。
【図９】
図８に示した駆動装置の変化実施例の詳細の軸方向断面図である。
【図１０】
図９に示した駆動装置の半径方向断面図である。
【図１１】
図５に示した実施例を駆動装置の第３実施例と共に示した図である。

Claims (18)

1. 室と、該室の入口（４）内に設けられた入口弁（６）と、該室の出口（２０）内に設けられた出口弁（２８）とを有する調量ポンプにおいて、
   室が、仕切手段によって２つの部分室（２，１８）に仕切られており、
   該仕切手段内に、前記２つの部分室（２，１８）を接続し、かつ搬送方向で開放する仕切弁（３８）が配置されており、
   前記仕切手段が搬送方向で往復移動するようになっており、
   前記仕切手段が、この仕切手段を往復運動させるための駆動装置に接続されている、
   ことを特徴とする、調量ポンプ。
2. 部分室（２，１８）が、ほぼ円筒形で、伸張時に軸方向で長さが可変な、互いに同軸的に整列された外壁を有しており、
   仕切手段が、外壁に気密に接続された仕切部（３４）によって形成されており、該仕切部（３４）内に有利には仕切部に対して同軸的に仕切弁（３８）が配置されていて、該仕切部が駆動装置と作用接続している、
   請求項１記載の調量ポンプ。
3. 部分室（２，１８）のほぼ円筒形の外壁が、軸方向で伸張可能及び／又は圧縮可能なチューブ部（１６，３２）によって形成されている、請求項２記載の調量ポンプ。
4. 前記チューブ部（１６，３２）がベローズ状である、請求項３記載の調量ポンプ。
5. 前記チューブ部（１６，３２）が周方向で伸張不能な手段を有している、請求項３又は４記載の調量ポンプ。
6. 周方向で伸張不能な手段が、チューブ部（１６，３２）内に配置された、周方向で伸張不能な補強部によって形成されている、請求項５記載の調量ポンプ。
7. 前記補強部がクロス製織品（４６）によって形成されている、請求項６記載の調量ポンプ。
8. 伸張可能な手段が、軸方向間隔を保って円筒形のチューブ部分（１６，３２）に結合されたリング（５０，５２）によって形成されている、請求項５記載の調量ポンプ。
9. 前記リング（５０，５２）が、チューブ部分（１６，３２）の外側に配置されている、請求項８記載の調量ポンプ。
10. 前記リング（５０，５２）が金属より成っていて、チューブ部分（１６，３２）の外側に加硫によって結合されている、請求項８記載の調量ポンプ。
11. 前記リング（５４，５６）が、チューブ部分（５４，５６）のベローズ状の構成において、それぞれ最も狭い箇所及び最も広い箇所に配置されている、請求項９記載の調量ポンプ。
12. 仕切部が硬い材料より成っていて、搬送方向に対して同軸的な雄ねじ山を有しており、該雄ねじ山が、駆動装置によって回転駆動せしめられる伝達部の雌ねじ山に係合するようになっており、伝達部の回転方向を繰り返し逆転させるための手段が設けられている、請求項１記載の調量ポンプ。
13. 駆動装置が回転駆動装置であって、伝達部が回転駆動装置のロータに結合されているか、又は回転駆動装置のロータによって形成されている、請求項１２記載の調量ポンプ。
14. 回転駆動装置が回転ステップモータによって形成されている、請求項１２記載の調量ポンプ。
15. 仕切部の雄ねじ山が伝達部の雌ねじ山に転動体を介して噛み合っている、請求項１２記載の調量ポンプ。
16. 転動体が球であって、この球に対して雄ねじ山及び雌ねじ山が相補的に構成されている、請求項１５記載の調量ポンプ。
17. 伝達部が雌ねじ山を有していて、仕切部が半径方向の溝を有しており、この場合、雌ねじ山と半径方向の溝とがＶ字形ねじのプロフィールを有しており、転動体がローラ状に構成されていて、半径方向の溝を有しており、この半径方向の溝のプロフィールが、雌ねじ山のプロフィール及び仕切部の半径方向溝のプロフィールに対して相補的に構成されている、請求項１５記載の調量ポンプ。
18. 駆動装置が電磁式の引張磁石を有しており、該引張磁石の可動子が仕切手段に接続されているか又はこの仕切手段によって形成されていて、ばねによって引張磁石の引張方向に抗してプレロードをかけられている、請求項１記載の調量ポンプ。