CN113446211A - 液压元件和具有这种元件的排量泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种液压元件，该液压元件包括套筒形壳体和可在该套筒形壳体中沿纵向方向往复运动的活塞。为了提供一种在排量泵中使用的用于运送少量液体的液压元件，其中减少了液压元件破裂或偏转的危险，根据本发明提出了，活塞具有在纵向方向上延伸并且具有腔室入口的腔室，其中设置有销，销穿过腔室入口而进入腔室，并在套筒形壳体处或借助中间元件与套筒形壳体连接，使得在活塞的往复运动中产生活塞和销之间的相对运动。本发明还涉及一种具有根据本发明的液压元件的排量泵。

Description

液压元件和具有这种元件的排量泵

技术领域

本发明涉及一种液压元件，该液压元件包括套筒形壳体和在该套筒形壳体中沿纵向方向可往复运动的活塞。另外，本发明涉及一种用于运送液体的排量泵，该排量泵包括：输送室；优选为隔膜形式的排量元件，其中排量元件可在施压位置和抽吸位置之间往复运动，其中在排量元件的施压位置中的输送室的容积小于在排量元件的抽吸位置中的输送室的容积；液压室，其中排量元件将输送室与液压室分离，液压元件，其中液压元件连接到液压室，其中，用于向排量元件施加力的液压元件具有布置在液压室中的液压液体，其中，液压元件的至少一部分可在第一和第二液压位置之间往复运动；以及用于驱动液压元件的驱动件。

背景技术

为了将液体从贮存部运送到容器或导管中，从现有技术中已知有各种形式的泵。一种经常使用的泵的形式是排量泵。

就用于运送液体的排量泵的情形而言，在大多数情况下，输送室的容积在尺寸上交替地增大和减小。在容积增加期间，在输送室中产生减小的压力，由此借助抽吸连接部将液体抽入到输送室中。当输送室的容积随后再次减小时，已被抽入的液体通过压力连接部而被推出泵的输送室。

为了改变输送室的容积，排量泵具有可在抽吸位置和施压位置之间往复运动的排量元件。排量元件的运动可以多种方式产生。排量元件可以例如通过直接固定到排量元件的机构来往复运动，或者排量元件可以通过中间介质、例如向排量元件施加力的液压液体中的压力变化来往复运动。在那种情况下，液压室中的压力通常通过液压元件的可移动活塞的运动而改变。液压液体引起液压元件和排量元件之间的力耦合。

所运送的液体的量直接取决于排量元件的尺寸或有效面积以及移动距离，输送室通过其交替地增加或减少。因此，就用于产生排量元件的运动的附加液压器件而言，所运送的液体的体积也间接取决于液压元件的尺寸或有效面积以及运动距离，这导致液压室中压力的变化。

如果要运送非常少量的液体，那么输送室的容积变化以及因此液压室的容积变化必须相应地轻微。这则需要相应地小的在输送室中的排量元件或在液压室中的液压元件。

这些很小的液压和排量元件的缺点在于,它们难以操纵，因为例如当必须更换排量泵中的元件时，活塞会非常迅速地破裂。这种精密元件的磨损也更高，使得与具有较大的液压和/或排量元件的那些泵相比，相应的排量泵的使用寿命减少了。由于这些元件容易弯曲，也使它们的生产更加困难。

另外，用于这种液压和排量元件的驱动件需要特殊的成本高昂的驱动机构，因为小型液压或排量元件不能不被破坏地承受在商用常见驱动件中产生的力。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种用于在运送少量液体的排量泵中使用的液压元件或排量元件，其中减小了液压或排量元件破裂或偏转的风险。

根据本发明，该目的是通过一种液压元件来实现的，该液压元件包括：套筒形壳体和可在该套筒形壳体中沿纵向方向往复运动的活塞，其中该活塞具有在纵向方向上延伸并且具有腔室入口的腔室，其中设置有销，该销延伸穿过腔室入口而进入腔室，并在套筒形壳体处或借助中间元件与套筒形壳体连接，使得在活塞的往复运动中在活塞和销之间产生相对运动。

根据本发明的液压元件能用于在配置在液压室中的液压液体上施加力。从而液压元件能够施加力，液压元件通常包括两个部件，即套筒形壳体和引导在其中的纵向方向上的活塞。活塞的运动然后导致在液压液体上施加了或多或少的力。在这种情况下，力由活塞的横截面与活塞在纵向方向上的运动距离、即冲程的乘积决定性地确定。

根据本发明提出，活塞的横截面面积减去在活塞的腔室中延伸的销的横截面面积。在减去销的横截面面积之后，活塞剩余的横截面面积根据本发明被称为有效活塞表面。

与有效活塞表面相对比的，本发明中的术语活塞的横截面面积用于表示垂直于活塞的纵向方向并且在活塞的外部边缘内的表面。在现有技术中已知的液压元件中，活塞的总横截面面积对应于有效活塞表面。

根据本发明，通过在活塞的腔室中引入销来减少有效活塞表面的优点在于，有效活塞表面、即活塞的横截面面积减去销的横截面面积对于容积的变化至关重要，因此能减少可运送的液体量，而无需在活塞或活塞的外部尺寸或套筒形壳体的内部尺寸上进行任何更改。关于考虑到通常作用的力，既不希望活塞破裂也不希望活塞偏转，但与此同时具有这样的外部尺寸的活塞相比于具有相同外部尺寸，但没有腔室和在其中延伸的销的活塞，可以减少运送的液体的量，因此会采用具有这样的外部尺寸的活塞。

为此目的，活塞和销相对于彼此布置成使得销至少部分地配置在活塞的腔室中，并且通过活塞的运动在活塞和销之间实现相对运动。在这种情况下，主要是活塞在运动，而销维持在其位置中。

为了实现活塞和销之间的相对运动，销或者直接固定到液压元件的套筒形壳体上，或者销固定到中间元件上，而该中间元件自身则连接到套筒形壳体上。无论如何，优选地以这种方式实现销在液压元件中的固定位置。

有多种可能的方式可用于将销固定到套筒形壳体或中间元件上。在一个实施例中，销在其朝向活塞的端部处具有相应的接触表面，该相应的接触表面可以与套筒形壳体或中间元件的相应的接触表面接合。在那种情况下，可以设想既使用螺钉连接又使用像卡口连接那样形状的正锁合连接。

在一个实施例中，液压元件的活塞是圆柱形的，而套筒形壳体是空心圆柱形的，其中活塞的外部直径基本对应于套筒形壳体的内部直径。因此，活塞至少在径向方向上几乎完全填充了套筒形壳体。应当理解，在套筒状壳体的内部直径和活塞的外部直径之间必须存在某些差异，以允许活塞在套筒形壳体中运动。然而，在优选的实施例中，活塞的外部表面与壳体的内部表面之间的间隙如此之小，以至于在运行中只有微不足道的液压流体的量可以通过。

附加地，可以在间隙中设置密封元件，以防止或至少减少从中流过的液压液体。

液压元件的这种构造给出了以下优点：套筒形壳体以及活塞都易于制造。

在另外的实施例中，液压元件被设计成使得沿纵向方向的腔室和/或销具有圆形横截面。这样提供的优点在于，一方面可以例如通过简单的钻孔来制造腔体，另一方面可以从容易获得但高度精确的标准部件中选择销，这些部件不必专门为根据本发明的液压元件而生产，而是可以廉价地大量获得。

在根据本发明的液压元件的另外的实施例中，至少在销在相对运动的时刻几乎完全布置所在的腔室中的部分中，腔室在纵向方向上具有恒定的横截面，并且销在横截面方面基本上完全填充腔室，从而有效活塞表面基本由活塞的横截面面积减去腔室的横截面面积而形成。

在腔室和销的横截面为圆形的情况下，腔室的内部直径因此基本对应于销的外部直径，使得销至少在径向方向上基本上完全填充腔室。

在此也应当理解，腔室的横截面面积与销的横截面面积之间必须存在某些差异，使得腔室能够相对于销的外部表面移动。尽管如此，活塞的腔室仍由销密封，其使得几乎没有另外的物质、例如液压液体或杂质可以借助销的外部表面穿透到腔室中。

本发明的目的还通过一种用于运送液体的排量泵来实现，该排量泵包括：输送室；优选为隔膜形式的排量元件，其中排量元件可在施压位置和抽吸位置之间往复运动，其中在排量元件的施压位置中的输送室的容积小于在排量元件的抽吸位置中的输送室的容积；液压室，其中排量元件将输送室与液压室分离；液压元件，其中液压元件连接至液压室，其中用于向排量元件施加力的液压元件具有布置在液压室中的液压液体，其中，液压元件的一部分在第一和第二液压位置之间可往复运动；以及用于驱动液压元件的驱动件，其中，液压元件是如上所述的液压元件。

如本说明书的开始部分中所述的，排量元件可以通过直接固定在排量元件上的机械器件来移动，或者，如本发明的一个实施例所要求保护的那样，排量元件可以通过插入的液压器件来间接地移动。在这种情况下，排量元件优选地是隔膜的形式。除了排量元件之外，在该实施例中，根据本发明的排量泵附加地具有液压元件，其中，液压元件通过在液压元件和排量元件之间的力耦合来产生排量元件的运动。

排量元件和液压元件之间的力耦合借助布置在液压腔中的液压液体来实现。通过液压元件的活塞的运动，交替地增大和减小了液压室的容积以及因此作用在隔膜、即排量元件上的液压室中压力。结果，输送室的容积也交替地增加和减小，使得液体被交替地抽入排量泵中和从排量泵中排出。

所运送的液体的容积取决于液压室中压力或体积的变化，这是借助活塞在液压元件的套筒形壳体中的运动而发生的。液压室中压力或容积的变化则主要取决于有效活塞表面与活塞冲程的乘积，如前所述。

通过具有腔室的活塞，销延伸入其腔室入口中，有效活塞表面减去了销的横截面。因此，依据本专利使用的术语有效活塞表面用于表示在减去销的横截面面积之后仍然保留的活塞横截面面积的表面。因此，根据本发明的活塞尽管具有相对大的外部尺寸，但是具有用于运送少量液体的小的有效活塞表面。

优选地，所述销的横截面如此适配于所述腔室的横截面，使得所述销就横截面而言基本上完全填充所述腔，其中，优选地，至少在销布置于施压位置的部分中，腔室沿着纵向方向横截面恒定。因此，可由根据本发明的排量泵运送的液体体积基本上由与套筒形壳体或活塞的纵向方向垂直的方向上的腔室范围确定。

这样的优点是，对于根据本发明的排量泵而言，可以使用就生产工程学而言比具有相应小的横截面的非常薄的活塞更容易制造的活塞。较大尺寸的活塞在制造期间更不易破裂，扭曲也较不严重。

另外，根据本发明的排量泵的优点是，不必改变套筒形壳体本身的内部直径或内部形状以运送不同容积的液体。为了改变可以由根据本发明的排量泵运送的容积，设置成仅活塞中的腔室和在腔室中延伸的销就它们的形状而相适配，以便以此方式改变有效活塞表面和因此所运送的液体容积。这给出以下优点：根据本发明的排量泵可以容易地适应于不同的待运送量，而无需替换排量泵的昂贵部件，例如套筒形壳体，该套筒形壳体通常与其他泵部件铸造成一件。

另外，根据本发明的排量泵中的根据本发明的液压元件可以用常规驱动件来操作，因为该液压元件的活塞足够稳定以承受常规驱动件的力。可以考虑的驱动件例如可以是线性电动机，其基本包括静止元件和相对于静止元件运动的元件。

在排量泵的一个实施例中，活塞仅在朝向销的一侧受到液压液体的作用，并且优选地，用于移动活塞的驱动件具有曲轴和连杆，其中，连杆与活塞和曲轴相连接，使得通过连杆将曲轴的旋转运动转换成活塞的振荡线性运动。直线电动机和旋转电动机二者在现有技术中都是众所周知的，并且可以廉价地结合到根据本发明的排量泵中。在这方面，由于待移动的活塞具有足够的稳定性，因此马达不必满足关于力的传递的任何特定要求。

在本发明的另外的实施例中，活塞的横截面面积与销的延伸到腔室中的部分的横截面积之比至多为三，优选地至多为二。这样，尽管活塞尺寸相对大，也可以运送尽可能少的液体。通过所要求保护的关系，该布置还确保了活塞仍具有足够高的稳定性，也就是说，活塞在通常的力作用下既不断裂也不偏转。

在另一实施例中，腔室在其远离腔室入口的端部处具有腔室出口，流体可通过腔室出口离开腔室，其中，腔室出口优选地连接至贮存部。这是有利的，因为当活塞移动时，流体可以通过腔室出口逸出或流入。

本发明的目的还通过一种用于运送液体的排量泵来实现，该排量泵包括：输送室和排量元件，其中排量元件的一部分可在施压位置和抽吸位置之间往复运动，其中输送室的在在排量元件的施压位置中的容积比输送室的在输送元件的抽吸位置中的容积小，其中，排量元件是根据前述说明的液压元件，并且其中销布置在输送室中。

在现有技术中已知的排量泵中，通常使整个排量元件运动。然而，如在本发明的情况下，排量元件被根据本发明的液压元件代替，该液压元件由不运动的部件和运动的部件组成，本发明的该实施例设置成仅排量部件的一部分是移动的。

因此，在根据本发明的排量泵的该实施例中，液体直接由液压元件运送，而不是通过作用在排量元件上并且由液压室中的液压元件产生的力间接地运送。

该实施例特别适合用于运送液体，其中与液压元件接触不成问题。它们尤其包括非蚀刻物质，其不会导致液压元件的表面退化。另外，排量泵的该实施例具有与上述实施例相同的用于运送少量液体的优点。

根据本发明的液压元件也可以用作气动缸体。

附图说明

本发明的其他优点、特征和可能的用途从此后对较佳实施例的的说明和附图中变得明显。相同的部件用相同的附图标记表示。

图1示出了根据本发明的排量泵的实施例的示意图，

图2示出了根据本发明的液压元件的实施例的立体图，以及

图3示出了根据本发明的排量泵的进一步实施例的示意图。

具体实施方式

图1示出了用于运送液体的排量泵1，该排量泵1包括输送室20、排量元件21和由驱动件(未示出)驱动的液压元件10。液压元件10连接到填充有液压液体的液压室16。液压液体引起液压元件10和排量元件21之间的力耦合。液压室16通过作为排量元件21的隔膜与输送室分离。

在排量泵1运行期间，液压元件10的活塞12通过驱动件在箱形套筒11中往复运动。借助于液压液体作用在排量元件21上的力通过活塞12的运动而改变。

如果在图1中活塞12朝左移动到第一液压位置，则排量元件21上的力增加。这进而导致排量元件21运动到施压位置，在该施压位置中，输送室20的容积小于在抽吸位置中的输送室20的容积。相反地，如果在图1中活塞12朝右运动到第二液压位置，则排量元件21上的力减小，并且该元件运动到抽吸位置。

液压元件10的驱动件包括曲轴和连杆，该连杆直接固定至活塞12，使得曲轴的旋转运动被连杆转换成活塞12的振荡线性运动。

在排量泵1的运行期间，驱动件使液压元件10的活塞12在第一和第二液压位置之间交替地往复运动，使得排量元件21也在施压位置和抽吸位置之间往复运动。在抽吸位置，液体借助抽吸管线22被抽吸到输送室20中。在压力位置，所吸入的液体借助施压管线23从输送室20排放。

排量泵1运送的液体体积取决于活塞12的有效活塞表面18和活塞12在纵向方向40上的第一和第二液压位置之间的距离，其中如图2所示，有效活塞表面18由活塞12的横截面面积减去销15的横截面面积19形成。

图2示出了装配在排量泵1中的根据本发明的液压元件10的结构。液压元件10本身具有套筒形壳体和在该套筒形壳体中沿长度方向往复运动的活塞12。壳体11具有用于引导活塞12的圆柱形腔室。活塞12本身是圆柱形的，使得套筒形壳体11的内部直径基本上对应于活塞12的外部直径。

活塞12具有在纵向方向40上延伸的腔室13。腔室13的一端处具有腔室入口14。销15穿过腔室入口14而延伸到活塞12的腔室13中。活塞12的腔室13和销15也是圆柱形的，使得销15在径向方向上基本完全填满腔室13。

活塞12的外部直径为16mm，销15的外部直径为11mm，使得可以在排量元件21的每次冲程中可运送1.7ml的最大容积。因此，活塞的横截面面积与销15的横截面面积19之间的关系约为1.45。

销15通过固紧环30(参见图1)固定在液压元件10的套筒形壳体11处，使得当活塞12通过驱动件而运动时，活塞12关于销15来执行相对运动，而销15基本维持在固定位置。

与图1所示的施压位置相比，在抽吸位置或第二液压位置，销15沿轴向方向填充活塞12的腔室13的程度更小。因此，销15在轴向方向上的施压位置或第一液压位置中时比销15在抽吸位置中时的活塞12的腔室13的填充程度更大。

图3示出了根据本发明的另一实施例的排量泵1'，其中，液压元件10本身被用作排量元件21。此处，活塞12具有与前述实施例中恰相同的构造。活塞12的驱动借助线性电动机来实现，该线性电动机使活塞12相对于套筒形壳体11和容纳在腔室13中的销15在纵向方向40上运动。

在该实施例中，活塞12的运动直接导致输送室20的容积的变化，由此，液体被交替地抽入和推出排量泵1'。在这种情况下，销15布置在输送室20中并且固定地连接到套筒形壳体11。

出于原始公开的目的，在此指出本领域的技术人员从本说明书、附图和权利要求书可以看出的所有特征(即使它们仅以与某些其它特征关联的术语来描述)可单独地结合或与本文迄今为止所揭示的其它特征或特征组或技术方面进行结合，只要这些特征未被明确地排除并且没有使这种组合不可能或无意义即可。仅为了说明书的简要和可读性的目的而在这里省略各特征的所有可设想组合的全面的清楚的表示。

尽管在附图和前述说明书中详细说明和描述了本申请，但说明和描述仅为示例性的并且不意在对由权利要求书限定的保护范围造成限制。本发明不限于所公开的实施例。

来自附图、说明书和所附权利要求书的、公开的实施例的修改对于本领域技术人员来说是显而易见的。在权利要求书中，词语“具有”不排除其它元件或步骤，并且不定冠词“一”并不排除多个。在不同权利要求中要求的某些特征并不排除这些特征的组合。参照权利要求书并不被认为是对保护范围的限制。

附图标记列表

1,1'排量泵

10液压元件

11套筒形壳体

12活塞

13腔室

14腔室入口

15销

16液压室

18有效活塞表面

19销的横截面积

20输送室

21排量元件

22抽吸管线

23施压管线

30固紧环

40纵向方向。

Claims (9)

1.一种液压元件(10)，包括套筒形壳体(11)和在所述套筒形壳体(11)中能够沿纵向方向(40)往复运动的活塞，其特征在于，所述活塞(12)具有沿所述纵向方向(40)延伸并具有腔室入口(14)的腔室(13)，其中设置有销(15)，所述销(15)穿过所述腔室入口(14)而延伸到所述腔室(13)内，并在所述套筒形壳体(11)处或借助中间元件与所述套筒形壳体(11)连接，以使得在所述活塞(12)的往复运动中，在所述活塞(12)和所述销(15)之间发生相对运动。

2.根据权利要求1所述的液压元件(10)，其特征在于，所述活塞(12)是圆柱形的，且所述套筒形壳体(11)是空心圆柱形的，其中所述活塞(12)的外部直径基本对应于所述套筒形壳体(11)的内部直径。

3.根据权利要求1或2所述的液压元件(10)，其特征在于，所述腔室(13)沿所述纵向方向(40)和/或所述销(15)呈圆形横截面。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的液压元件(10)，其特征在于，所述腔室(13)在所述纵向方向(40)上具有恒定的横截面，并且所述销(15)所呈的横截面基本完全填充所述腔室(13)，使得有效活塞表面(18)基本上通过所述活塞(12)的横截面面积减去所述腔室(13)的横截面面积(19)而形成。

5.一种用于运送液体的排量泵(1)，包括：输送室(20)；优选为隔膜形式的排量元件(21)，其中所述排量元件(21)能够在施压位置和抽吸位置之间往复运动，其中在所述排量元件(21)的所述施压位置中的所述输送室(20)的容积小于在所述排量元件(21)的所述抽吸位置中的所述输送室(20)的容积；液压室(16)，其中所述排量元件(21)将所述输送室(20)与所述液压室(16)分离；液压元件(10)，其中所述液压元件(10)连接至所述液压室(16)，其中用于向所述排量元件(21)施加力的所述液压元件(10)具有布置在所述液压室(16)中的液压液体，其中所述液压元件(10)的一部分能够在第一液压位置和第二液压位置之间往复运动；以及用于驱动所述液压元件(10)的驱动件，其特征在于，所述液压元件(10)是根据权利要求1到4中任一项所述的液压元件(10)。

6.根据权利要求5所述的排量泵(1)，其特征在于，所述活塞(12)的横截面面积与所述销(15)的一部分的横截面面积(19)之比不超过3，优选不超过2，其中所述销(15)延伸到所述腔室(13)中。

7.根据权利要求5和6中任一项所述的排量泵(1)，其特征在于，所述活塞(12)仅在朝向所述销(15)的一侧受到液压液体的作用，其中所述驱动件优选地具有曲轴和连杆，其中所述连杆连接到所述活塞(12)和所述曲轴，以使得通过所述连杆将所述曲轴的旋转运动转换成所述活塞(12)的振荡线性运动。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的排量泵(1)，其特征在于，所述腔室(13)在其远离所述腔室入口(14)的端部处具有腔室出口，流体能够通过所述腔室出口离开所述腔室，其中所述腔室出口优选地连接到贮存部，其中流体可以从所述贮存部通过所述腔室出口流入所述腔室中。

9.一种用于运送液体的排量泵(1')，包括：输送室(20)；排量元件(10)，其中所述排量元件(10)的一部分能够在施压位置和抽吸位置之间往复运动，其中在所述排量元件(10)的所述施压位置中的所述输送室(20)的容积小于在所述排量元件(10)的所述抽吸位置中的所述输送室(20)的容积，其特征在于，所述排量元件(10)是根据权利要求1至4中任一项所述的液压元件(10)，其中所述销(15)布置在所述输送室(20)中。

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