WO1997001743A1 - Dosiervorrichtung mit feder-rückstellung - Google Patents

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Deutsche Automaten- Und Getränkemaschinen (Dagma) Zweigniederlassung Der Wittenborg Automaten Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to an electromagnetically actuated and controllable metering device for the volumetrically accurate metering of products of different types and viscosities.
  • Dosing devices with an electromagnetic actuating device and a metering housing accommodated therein are known, in which a pump chamber is provided, which is limited by two check valves which can be moved relative to one another and only open in the direction of flow.
  • the anchor element is arranged inside the metering housing and in the flow path, while the non-return valves, which are movable relative to one another, are flexibly and sealedly connected via a bellows forming a single fold (cf. DE-A 31 31 650).
  • the anchor element is arranged outside the metering housing and thus outside the flow path of the metering fluid.
  • the anchor element can thereby be dimensioned larger on the one hand and on the other hand cheaper than previously in the magnetic field generated by the actuator.
  • the driving force generated by the actuating device can thus be transmitted better and without loss to the moving valve of the metering device, with which the external anchor element is directly and mechanically coupled.
  • the higher transferable driving force enables the exercise of significantly higher pump pressures, which the
  • the dosing system can also be used for fluids of higher viscosity and also allows the metered product quantities to be transported over longer distances.
  • the spring return element which at the same time connects the parts of the pump chamber that are movable relative to one another and effectively seals the pump chamber to the outside, is designed differently than in the prior art.
  • the new design changes the volume of the pumping chamber during the cyclical pumping movements in a precisely predetermined and reproducible manner, even at a relatively high pumping pressure, which is achieved by the external anchor element.
  • Figure 1 shows a vertical section through a metering device according to an example of the invention.
  • the pump chamber bears the reference number 13 and is located between the inlet valve 5 and the outlet valve 7.
  • the pump position and suction position are shown to the left and right of the center 100, which can be recognized by the flow direction F1.F2 of the fluid F.
  • Figure 2 shows in detail and on a larger scale a detail of the
  • Figure 3 shows a detail and a vertical section of a modified embodiment of the metering device; in which the pump chamber 27 is designated.
  • FIG. 4 shows, in a representation similar to FIG. 2, a modified embodiment of the spring return element of FIG. 2.
  • FIG. 5 shows a toothing 11b, 9b of the inner support 9, 11 of the
  • the electromagnetic actuating device is indicated at 1, which has a working air gap 2, compared to which an armature 3 is provided in a particularly favorable arrangement, based on the electromagnetic field generated by the actuating device, which armature 3 is arranged outside the housing of the metering device, which in turn is arranged in a recess or opening of the actuating device.
  • the metering device 4 has a metering housing which is formed from an inlet part 8a and an outlet part 8b and which, as shown at 8c, can be snap-connected to one another.
  • a first support part 11 for an outlet check valve 7 is immovably provided in the housing and, opposite to the direction of flow, the support part 9 of an inlet check valve 5 at a distance therefrom.
  • the support part 9 with the check valve 5 is movably arranged in the housing and for this purpose via Coupling elements and power transmission elements 9, 10, possibly also via a snap connection or a bayonet-type connection, with the one downstream of the pump chamber arranged anchor 3 directly mechanically coupled.
  • the check valve 5 and the armature 3 thus move as a common movement unit.
  • the movable check valve 5 forms the "pump element", which causes the volume shift from the pump chamber - between valves 5, 7.
  • the support parts 9 and 11 of the two check valves 5, 7 are connected to one another in a sealing manner by a compressible spring return element 12, the details of which can be seen even better from FIG.
  • the two check valves 5 and 7 are also connected to one another by a central pin arrangement, via which a stroke limitation can take place in both directions of movement.
  • a seal 6 is connected to the support part 9 of the inlet check valve 5, which is moved along with the movement unit and rests like a lip on the inner surface of the inlet part 8a of the metering device.
  • the element 12 is dimensioned and arranged in such a way that it is practically resistant to deformation in the radial direction and is essentially compressible only in the axial direction.
  • it has end sections 15 and 16 with which it is sealingly and firmly connected to the two support devices 9 and 11 of the check valves 5, 7.
  • a middle section is provided between the end sections and has a slight bulge 17 towards the outside, on the inner surface of which a projecting annular bead 19 is provided.
  • a spring return element is shown in the compressed position, that is, at the end of the pump stroke.
  • the spring return element At the end of the suction movement there is also a defined position for the spring return element, as can be seen from FIGS. 5 and 1, right half. It shows a toothing 11b, 11c, 9b of the inner support 9, 11 of the spring element; it is offset against each other in the upper and lower half. In this position, the annular bead 19 rests on the collar 11a and prevents the spring return element from being distorted radially inward during the vacuum suction of the suction movement and thereby falsifying the initial volume before the pump stroke.
  • the spring return element since the spring return element is particularly strong, it has considerable radial rigidity anyway and develops a considerable amount when compressed Restoring force. This does not adversely affect the pump performance, since the favorable arrangement of the anchor element allows the drive force generated by the actuating device to be optimally absorbed by the anchor 3 and transmitted to the movable pump element 5.
  • the two parts 20 and 24 of the housing of the metering device are connected to one another by a corrugated tube 28, which has a high degree of radial rigidity, but can be sufficiently axially compressed by the armature 23 during the pumping stroke and thereby has a sufficient restoring force for the also serves as a pump element housing part 24.
  • the inlet check valve is designated 21 and the outlet check valve 22.
  • the arms 25 cooperate with a recess 26 in the housing part 20 for the exact limitation of the pump movements, so that in this embodiment the pump chamber 27 also produces a precisely determined reproducible volume and corresponding reproducible volume changes.
  • the elastic restoring element 12 of FIG. 2 is replaced by an elastomeric sleeve body 30, which consists of a plurality of sealing rings arranged one above the other and integrally connected to one another.
  • the element 30 inherently has a relatively large radial
  • the element is supported in its end positions, but also in all intermediate positions largely in the radial direction outwards and inwards by the surfaces of fixed wall parts 9a, 11, 11a, 18.
  • the walls can be serrated in the area of the pump chamber in order to engage in one another in an end position.
  • a minimal radial elasticity of the pump chamber is achieved in all embodiments.
  • the restoring force developed when the restoring elements are compressed can advantageously be more than half of the effective anchor force.
  • the spring return element also forms the seal of the pump chamber. The internal friction of the spring return element and the friction on the surfaces of the fixed wall parts leads to a - irrelevant - loss of power in the pump, but has the particular advantage of high damping, so that in pump cycles according to the AC frequency, falsifications by rebound effects on the pump element cannot occur.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetisch betätigbare und steuerbare Dosiervorrichtung für die volumetrisch genaue Dosierung von Fluiden (F) verschiedener Art und Viskosität. Es wird vorgeschlagen, das Ankerelement (3) außerhalb des Dosiergehäuses (8a, 8b) und in Durchströmrichtung hinter der Pumpkammer beweglich anzuordnen und mit dem beweglich und das Pumpelement bildenden Rückschlagventil (5) mechanisch (9, 10) zu kuppeln. Die relativ zueinander bewegbaren und die Pumpkammer begrenzenden Ventile (5, 7) sind über ein radial verformungssteifes, axial jedoch kompressibles Feder-Rückstellelement (12) abdichtend miteinander verbunden.

Description

Dosiervorrichtung mit Feder-Rückstellung
Die Erfindung betrifft eine elektromagnetisch betätigbare und steuerbare Dosiervorrichtung für die volumetrisch genaue Dosierung von Produkten verschiedener Art und Viskosität.
Es sind Dosiereinrichtungen mit einer elektromagnetisch Betätigungseinrichtung und einem in dieser aufgenommenen Dosiergehäuse bekannt, in welchem durch zwei relativ zueinander bewegbare und nur in Durchströmrichtung öffnende Rückschlagventile begrenzte Pumpkammer vorgesehen ist, wobei die Pumpbewegung mit Hilfe eines durch die Betätigungseinrichtung zyklisch mit relativ großer Frequenz, z. B. der Frequenz eines Wechselstromnetzes, bewegten Ankerelements erzeugt wird. Das Ankerelement ist dabei innerhalb des Dosiergehäuses und im Strömungsweg angeordnet, während die relativ zueinander beweglichen Rückschlagventile über einen eine einzige Falte bildenden Faltenbalg nachgiebig und abgedichtet verbunden sind (vgl. DE-A 31 31 650).
Es zeigt sich, daß bekannte Dosiervorrichtungen nur in einem begrenzten Viskositätsbereich der zu dosierenden Produkte und nur bei relativ geringen Pumpdrücken volumetrisch genau arbeiten. Dadurch wird der Anwendungsbereich ebenso begrenzt wie auch die Weiterleitung der dosierten Produktmengen, so daß eine damit zu mischende Flüssigkeit, wie heißes oder kaltes Wasser, bis direkt zum Auslauf der Dosiervorrichtung geführt werden muß, um dort die dosierten Produktmengen aufnehmen zu können.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Dosiervorrichtung dieser Art so weiterzubilden, daß diese in einem wesentlich größeren Anwendungsbereich eingesetzt werden kann und unabhängig von der Viskosität des Dosierfluids mit hoher volumetrischer Genauigkeit betrieben werden kann, und zwar auch so, daß die dosierten Fluide auch über ausreichende Wege transportiert werden können, um so von der
Dosiervorrichtung in dem normalen Strömungsweg der Mischflüssigkeit überführt zu werden.
Diese Aufgabe wird gemäß Anspruch 1 gelöst.
Das Ankerelement wird dabei außerhalb des Dosiergehäuses und damit außerhalb des Strömungsweges des Dosierfluids angeordnet. Das Ankerelement kann dadurch einerseits größer dimensioniert werden und andererseits günstiger als bisher in dem von der Betätigungseinrichtung erzeugten Magnetfeld angeordnet werden. Damit läßt sich die von der Betätigungseinrichtung erzeugte Antriebskraft besser und verlustfreier auf das bewegte Ventil der Dosiereinrichtung übertragen, mit dem das außenliegende Ankerelement direkt und mechanisch gekoppelt ist. Die höhere übertragbare Antriebskraft ermöglicht die Ausübung wesentlich höherer Pumpdrücke, was die
Anwendung des Dosiersystems auch für Fluide höherer Viskosität ermöglicht und auch den Transport der dosierten Produktmengen über längere Wege erlaubt.
Auch das Feder-Rückstellelement, das zugleich die relativ zueinander bewegbaren Teile der Pumpkammer miteinander verbindet und die Pumpkammer wirksam nach außen abdichtet, ist anders als im Stand der Technik ausgebildet. Durch die neue Ausbildung wird das Volumen der Pumpkammer bei den zyklischen Pumpbewegungen in genau vorherbestimmter und reproduzierbarer Weise verändert, und zwar auch bei relativ hohem Pumpdruck, der durch das außenliegende Ankerelement erreicht wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand an mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Figur 1 zeigt einen senkrechten Schnitt durch eine Dosiervorrichtung gemäß einem Beispiel der Erfindung. Die Pumpkammer trägt das Bezugszeichen 13 und ist zwischen Einlaßventil 5 und Auslaßventil 7 gelegen. Links und Rechts der Mitte 100 sind Pumpstellung bzw. Saugstellung gezeigt, erkennbar an der Flußrichtung F1.F2 des dosiert zu fördernden Fluids F.
Figur 2 zeigt im Ausschnitt und in größerem Maßstab eine Einzelheit der
Vorrichtung nach Figur 1.
Figur 3 zeigt im Ausschnitt und im senkrechten Schnitt ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel der Dosiervorrichtung; bei dem die Pumpkammer 27 bezeichnet ist.
Figur 4 zeigt in ähnlicher Darstellung wie Figur 2 eine abgewandelte Ausführung des Feder-Rückstellelementes der Figur 2.
Figur 5 zeigt eine Verzahnung 11b, 9b der inneren Abstützung 9,11 des
Federelements; sie ist in oberer und unterer Hälfte gegeneinander versetzt.
In Figur 1 ist bei 1 die elektromagnetische Betätigungseinrichtung angedeutet, die einen Arbeitsluftspalt 2 aufweist, gegenüber dem in besonders günstiger Anordnung, bezogen auf das durch die Betätigungseinrichtung erzeugte elektromagnetische Feld ein Anker 3 vorgesehen ist, der außerhalb des Gehäuses der Dosiervorrichtung angeordnet ist, die ihrerseits in einer Ausnehmung oder Öffnung der Betätigungseinrichtung angeordnet ist. Die Dosiervorrichtung 4 weist ein aus einem Einlaßteil 8a und einem Auslaßteil 8b gebildetes Dosiergehäuse auf, die, wie bei 8c gezeigt, schnappartig miteinander verbunden sein können. In dem Gehäuse ist unbeweglich ein erster Tragteil 11 für ein Auslaß-Rückschlagventil 7 vorgesehen und entgegen der Strömungsrichtung im Abstand davon der Tragteil 9 eines Einlaß- Rückschlagventils 5. Der Tragteil 9 mit dem Rückschlagventil 5 ist in dem Gehäuse beweglich angeordnet und zu diesem Zweck über Kupplungselemente und Kraftübertragungselemente 9, 10, ggf. ebenfalls über eine Schnappverbindung oder eine bajonettartige Verbindung, mit dem in Strömungsrichtung hinter der Pumpkammer angeordneten Anker 3 direkt mechanisch gekuppelt. Das Rückschlagventil 5 und der Anker 3 bewegen sich somit als eine gemeinsame Bewegungseinheit. Das bewegliche Rückschlagventil 5 bildet das "Pumpelement", das die Volumenverlagerung aus der Pumpkammer - zwischen Ventilen 5,7 - veranlaßt.
Die Tragteile 9 und 11 der beiden Rückschlagventile 5,7 sind miteinander durch ein kompressibles Feder-Rückstellelement 12 abdichtend verbunden, dessen Einzelheiten noch besser aus Figur 2 hervorgehen. Die beiden Rückschlagventile 5 und 7 sind außerdem durch eine zentrale Stiftanordnung miteinander verbunden, über die zugleich eine Hubbegrenzung in beiden Bewegungsrichtungen erfolgen kann. Ferner ist mit dem Tragteil 9 des Einlaß-Rückschlagventils 5 eine Dichtung 6 verbunden, die mit der Bewegungseinheit mitbewegt wird und lippenartig an der Innenfläche des Einlaßteils 8a der Dosiereinrichtung anliegt.
Wie aus Figur 2 noch deutlich hervorgeht, ist das Element 12 so bemessen und angeordnet, daß es in radialer Richtung praktisch verformungssteif und im wesentlichen nur in axialer Richtung kompressibel ist. Zu diesem Zweck weist es Endabschnitte 15 und 16, mit denen es abdichtend und fest mit den beiden Trageinrichtungen 9 und 11 der Rückschlagventile 5,7 verbunden ist. Zwischen den Endabschnitten ist ein Mittelabschnitt vorgesehen, der eine schwache Ausbeulung 17 nach außen aufweist, auf deren Innnefläche eine vorspringende Ringwulst 19 vorgesehen ist. In Figur 2 ist ein Feder-Rückstellelement in der komprimierten Stellung, also am Ende des Pumphubes gezeigt. Es ist ersichtlich, daß es in dieser Stellung weitgehend von festen Flächen eingeschlossen ist, nämlich von Flächen des Gehäuses 8a und von festen Flächen an den Kragen 9a und 11a der beiden Tragteile 9 und 11 der Rückschlagventile. Form und Lage des Feder- Rückstellelementes in der komprimierten Stellung sind damit genau definiert, da auch der mittlere Teil 17, 19 formhaltig an festen Flächen abgestützt ist.
Am Ende der Saugbewegung ergibt sich ebenfalls eine definierte Stellung für das Feder-Rückstellelement, wie dies aus Figur 5 und 1 , rechte Hälfte, zu ersehen ist. Sie zeigt eine Verzahnung 11b, 11c, 9b der inneren Abstützung 9,11 des Federelements; sie ist in oberer und unterer Hälfte gegeneinander versetzt. In dieser Stellung legt sich die Ringwulst 19 an den Kragen 11a an und verhindert, daß bei dem Saug-Unterdruck der Ansaugbewegung das Feder-Rückstellelement radial nach innen verzogen wird und dadurch das Ausgangsvolumen vor dem Pumphub verfälscht wird. Da außerdem das Feder-Rückstellelement besonders kräftig ausgebildet ist, weist es ohnehin eine erhebliche radiale Steifigkeit auf und entwickelt bei Komprimierung eine erhebliche Rückstellkraft. Dies beeinträchtigt die Pumpleistung nicht, da durch die günstige Anordnung des Ankerelementes die von der Betätigungseinrichtung erzeugte Antriebskraft in optimaler Weise vom Anker 3 aufgenommen und an das bewegliche Pumpelement 5 übertragen werden kann.
Bei der Ausführungsform nach Figur 3 sind die beiden Teile 20 und 24 des Gehäuses der Dosiervorrichtung durch ein Wellrohr 28 miteinander verbunden, das eine hohe radiale Formsteifigkeit aufweist, jedoch ausreichend beim Pumphub von dem Anker 23 axial zusammengedrückt werden kann und dabei eine ausreichende Rückstellkraft für das zugleich als Pumpelement dienende Gehäuseteil 24 erzeugt. Das Einlaß- Rückschlagventil ist mit 21 und das Auslaß-Rückschlagventil mit 22 bezeichnet. Die Arme 25 wirken mit einer Ausnehmung 26 des Gehäuseteils 20 zur exakten Begrenzung der Pumpbewegungen zusammen, so daß auch in dieser Ausführung die Pumpkammer 27 ein genau bestimmtes reproduzierbares Volumen und entsprechende reproduzierbare Volumenänderungen zeitigt.
Bei der Ausführungsform nach Figur 4 ist das elastische Rückstellelement 12 der Figur 2 ersetzt durch einen elastomeren Hülsenkörper 30, der aus mehren übereinander angeordneten und einstückig miteinander verbundenen Dichtungsringen besteht. Auch hier weist das Element 30 von Hause aus eine relativ große radiale
Verformungssteife auf, während es in axialer Richtung ausreichend, unter Entwicklung der Rückstellkraft komprimierbar ist. Außerdem wird das Element in seinen Endstellungen, aber auch in allen Zwischenstellungen weitgehend in radialer Richtung nach außen und nach innen durch die Flächen fester Wandteile 9a,11 ,11a,18, abgestützt. Die Wände können im Bereich der Pumpkammer gezahnt sein, um in einer Endstellung ineinanderzugreifen.
Bei allen Ausführungsformen wird eine minimale radiale Elastizität der Pumpkammer erreicht. Die bei Komprimierung der Rückstell-Elemente entwickelte Rückstellkraft kann vorteilhafterweise mehr als die Hälfte der effektiven Ankerkraft betragen. Das Feder- Rückstellelement bildet in allen Ausführungsformen zugleich die Abdichtung der Pumpkammer. Die innere Reibung des Feder-Rückstellelementes und die Reibung an den Flächen der festen Wandteile führt zwar zu einem - nicht relevanten - Leistungsverlust der Pumpe, hat aber den besonderen Vorteil einer hohen Dämpfung, so daß bei Pumpzyklen entsprechend der Wechselstromfrequenz Verfälschungen durch Rückpralleffekte auf das Pumpelement nicht auftreten können.

Claims

Ansprüche:
1. Elektromagnetisch betätigbare und steuerbare Dosiervorrichtung für die volumetrisch genaue Dosierung von Fluiden verschiedener Viskosität; (a) mit einem in Durchströmrichtung langgestreckten Dosiergehäuse
(8a,8b,8c;20,24) und einer in dem Dosiergehäuse zwischen einem Einlaß- (5,21) und einem Auslaß- (22,7) Rückschlagventil begrenzten Pumpkammer (13,27), wobei eines (7,21) der Ventile mit seinem Tragteil in Durchströmrichtung unbeweglich und das andere (5,22) der Ventile mit seinem Tragteil (11) demgegenüber in Durchströmrichtung beweglich angeordnet und über ein von einer elektromagnetischen Betatigungs- und Steuereinrichtung (1) bewegbares Ankerelement (3,23) bewegbar ist; dadurch gekennzeichnet, daß
(b) das Ankerelement (3,23) außerhalb des Dosiergehäuses (8a, 8b, 8c;20,24) und in Durchströmrichtung hinter der Pumpkammer (13,27) angeordnet und mit dem beweglichen Rückschlagventil (5,22) mechanisch (9, 10) gekuppelt ist;
(c) die relativ zueinander bewegbaren und die Pumpkammer (27,13) begrenzenden Teile (5,7;21,22) über ein radial verformungssteifes, axial jedoch kompressibles Feder-Rückstellelement (30;28;12) abdichtend miteinander verbunden sind.
2. Dosiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückstellelement (12;30;28) aus einem Wellrohr (28), insbesondere aus Metall, besteht.
3. Dosiervorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das Feder-Rückstellelement (12;30) aus elastomerem Material besteht und wenigstens in jeder der beiden Endstellungen (Saugstellung, Druckstellung) innen und außen mechanisch oder hydraulisch radial verformungssteif abgestützt ist.
4. Dosiervorrichtung nach einem der erwähnten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Feder-Rückstellelement (12;30) aus einer im wesentlichen zylindrischen Hülse aus elastomerem Material mit einer gegen radiales Ausbeulen widerstandsfähigen Dicke besteht, welche Hülse eine oder mehrere über ihre axiale Länge verteilte, radial vorspringende Bereiche (17,19;30a,30b,30c) zur radialen Abstützung an radial innen und radial außen vorgesehenen festen Wandabschnitten (18;9a,11a) aufweist.
5. Dosiervorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine das elastomere Rückstellelement (12,30) umgebende, in axialer Richtung durch relativ zueinander bewegbare Dichtelemente hermetisch abgedichtete Ringkammer mit einer vorbestimmten Menge an - ggf. in vorbestimmtem Maße komprimierbarem - Hydraulikfluid gefüllt ist.
6. Dosiervorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, bei der das Rückstellelement (30) mit bi-radial vorspringenden Bereichen aus mehreren einstückig miteinander verbundenen Dichtungsringen (30a, 30b, 30c) gebildet ist, die im Übergangsbereich eingeschnürt sind.
7. Dosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die innere Abstützung (9a, 11 a) gezahnt (11 b, 11 c, 11 d;9b,9c,9d) ist.
8. Dosiervorrichtung nach Anspruch 7, bei der die innere Abstützung in ihrer oberen und unteren Hälfte gegeneinander versetzt und umfänglich segmentiert ist, so daß eine umfängliche weitestgehend unelastische Pumpkammer (27) im Pumpzustand gebildet wird (Figur 5).
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