DE19523816A1 - Dosing device with spring return - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine elektromagnetisch betätigbare und steuerbare Dosiervorrichtung für die volumetrisch genaue Dosierung von Produkten verschiedener Art und Viskosität.The invention relates to an electromagnetically actuated and controllable dosing device for the volumetrically precise Dosage of products of various types and viscosities.
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. Es zeigt sich, daß diese bekannten 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 dosierte Produktmengen aufnehmen zu können.There are metering devices with an electromagnetic Actuator and one included in this Dosing housing known, in which by two relative to each other movable and only opening in the direction of flow Check valves limited pump chamber is provided, the Pumping movement with the help of a through the actuator cyclically with a relatively high frequency, e.g. B. the frequency of one AC network, moving anchor element is generated. The Anchor element is inside the metering housing and in Flow path arranged while being relative to each other movable check valves over a single fold forming bellows are compliant and sealed connected. It turns out that these known metering devices only in a limited viscosity range of the products to be dosed and only volumetrically accurate at relatively low pump pressures work. This limits the scope as well also the forwarding of the metered product quantities, so that a liquid to be mixed with it, such as hot or cold water up to the outlet of the dosing device, in order to be able to take up the dosed product quantities there.
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 mit hoher volumetrischer Genauigkeit betrieben werden kann, und zwar auch so, daß die dosierten Produktmengen auch über ausreichende Wege transportiert werden können, um so von der Dosiervorrichtung in dem normalen Strömungsweg der Mischflüssigkeit überführt zu werden.It is an object of the invention to provide a metering device of this type to train so that this in a much larger Can be used regardless of the application Viscosity operated with high volumetric accuracy can, and indeed in such a way that the metered product quantities can be transported over sufficient distances, so as to the metering device in the normal flow path of the Mixed liquid to be transferred.
Diese Aufgabe wird gemäß Anspruch 1 gelöst. This object is achieved according to claim 1.
Wesentlich für die Lösung der Aufgabe ist einerseits die Anordnung des Ankerelementes außerhalb des Dosiergehäuses und damit außerhalb des Strömungsweges des zu dosierenden Produktes. Das Ankerelement kann dadurch einerseits größer dimensioniert werden und andererseits wesentlich günstiger als bisher in dem von der Betätigungseinrichtung erzeugten Magnetfeld angeordnet werden. Damit läßt sich die von der Betätigungseinrichtung erzeugte Antriebskraft wesentlich optimaler und verlustfreier auf das bewegte Pumpelement 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 Produkte höherer Viskosität ermöglicht und auch den Transport der dosierten Produktmengen über ausreichende Weglängen ermöglicht.On the one hand, essential for the solution of the task Arrangement of the anchor element outside the metering housing and thus outside the flow path of the product to be dosed. The anchor element can thereby be dimensioned larger on the one hand and on the other hand much cheaper than before in the arranged magnetic field generated by the actuator will. This allows the actuator generated driving force much more optimal and lossless transferred to the moving pump element of the metering device, with which the external anchor element directly and mechanically is coupled. The higher transferable driving force enables the exercise of significantly higher pump pressures, which is the application of the dosing system also for products with higher viscosity enables and also the transport of the metered product quantities enabled over sufficient path lengths.
Das wesentliche Merkmal der neuen Lehre besteht in dem in besonderer Weise ausgebildeten und angeordneten Federrückstell- Element, das zugleich die relativ zueinander bewegbaren Teile der Pumpkammer miteinander verbindet und die Pumpkammer wirksam nach außen abdichtet. Durch diese Ausbildung wird gewährleistet, daß das Volumen der Pumpkammer sich bei den zyklischen Pumpbewegungen so in genau vorherbestimmter und reproduzierbarer Weise verändert, und zwar auch bei relativ hohem Pumpdruck, der durch das außenliegende Ankerelement erreicht wird.The main characteristic of the new teaching is that in specially designed and arranged spring return Element that is at the same time the relatively movable parts connects the pump chamber together and the pump chamber is effective seals to the outside. This training ensures that the volume of the pumping chamber is cyclical Pump movements in a precisely predetermined and reproducible way Modified, even with a relatively high pump pressure, the is achieved by the external anchor element.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention is described below with the aid of schematic drawings explained in more detail using several exemplary embodiments.
Fig. 1 zeigt einen senkrechten Schnitt durch eine Dosiervorrichtung gemäß der Erfindung in einer bevorzugten Ausführungsform. Fig. 1 shows a vertical section through a metering device according to the invention in a preferred embodiment.
Fig. 2 zeigt im Ausschnitt und in größerem Maßstabe eine Einzelheit der Vorrichtung nach Fig. 1. FIG. 2 shows in detail and on a larger scale a detail of the device according to FIG. 1.
Fig. 3 zeigt im Ausschnitt und im senkrechten Schnitt ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel der Dosiervorrichtung, während Fig. 3 shows in section and in vertical section a modified embodiment of the metering device, while
Fig. 4 zeigt in ähnlicher Darstellung wie Fig. 2 und in größerem Maßstabe eine abgewandelte Ausführung des Federrückstell-Elementes. Fig. 4 shows in a similar representation as Fig. 2 and on a larger scale a modified version of the spring return element.
Fig. 5 zeigt eine Verzahnung 11b, 9b der inneren Abstützung 9, 11 des Federelements; sie ist in oberer und unterer Hälfte gegeneinander versetzt. Fig. 5 shows a toothing 11 b, 9 b of the inner support 9 , 11 of the spring element; it is offset against each other in the upper and lower half.
In Fig. 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 Ankerelement 3 vorgesehen ist, das außerhalb des Gehäuses einer 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 Ankerelement 3 direkt und mechanisch gekuppelt. Das Rückschlagventil 5 und der Anker 3 bewegen sich somit als eine gemeinsame Bewegungseinheit.In Fig. 1, the electromagnetic actuating device is indicated at 1 , which has a working air gap 2 , compared to which an anchor element 3 is provided in a particularly favorable arrangement, based on the electromagnetic field generated by the actuating device, which is arranged outside the housing of a metering device, which is in turn arranged in a recess or opening in the actuating device. The metering device 4 has a metering housing formed from an inlet part 8 a and an outlet part 8 b, which, as shown at 8 c, 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 the support part 9 of an inlet check valve 5 is spaced apart from it in the direction of flow. The supporting part 9 with the check valve 5 is movably arranged in the housing and for this purpose directly and mechanically coupled via coupling elements and force transmission elements 9 , 10 , possibly also via a snap connection or a bayonet-like connection, with the anchor element 3 arranged in the flow direction behind the pump chamber . The check valve 5 and the armature 3 thus move as a common movement unit.
Die Tragteile 9 und 11 der beiden Rückschlagventile sind miteinander durch ein kompressibles Federrückstell-Element 12 abdichtend verbunden, dessen Einzelheiten noch besser aus Fig. 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 Einlaßgehäuses 8a der Dosiereinrichtung anliegt.The supporting parts 9 and 11 of the two check valves 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. 2. The two check valves 5 and 7 are also connected to one another by a central pin arrangement, via which a stroke limitation in both directions of movement can take place at the same time. Furthermore, a seal 6 is connected to the support part 9 of the inlet check valve 5 , which is moved with the movement unit and rests like a lip on the inner surface of the inlet housing 8 a of the metering device.
Wie aus Fig. 2 noch deutlich hervorgeht, ist das Federrückstell-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 das Federrückstell-Element 12 Endabschnitte 15 und 16, mit denen es abdichtend und fest mit den beiden Trageinrichtungen 9 und 11 der Rückschlagventile verbunden ist. Zwischen den Endabschnitten ist ein Mittelabschnitt vorgesehen, der eine schwache Ausbeulung 17 nach außen aufweist, auf deren Innenfläche eine vorspringende Ringwulst 19 vorgesehen ist. In Fig. 2 ist Federrückstell-Element in der komprimierten Stellung, also am Ende des Pumphubes gezeigt. Es ist ersichtlich, daß das Federrückstell-Element in dieser Stellung weitgehend von festen Flächen eingeschlossen ist, nämlich von Flächen des Gehäuses 8a und von festen Flächen an Krägen 9a und 11a der beiden Tragteile 9 und 11 der Rückschlagventile. Form und Lage des Federrückstell-Elementes 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 Federrückstell-Element, wie dies aus Fig. 1, rechte Hälfte zeigt eine Verzahnung 11b, 9b der inneren Abstützung 9, 11 des Federelements; sie ist in oberer und unterer Hälfte gegeneinander versetzt hervorgeht. In dieser Stellung legt sich die Ringwulst 19 an den Kragen 11a an und verhindert, daß bei dem Saugunterdruck der Pumpbewegung das Federrückstell-Element radial nach innen gezogen wird und dadurch das Ausgangsvolumen vor dem Pumphub verfälscht. Da außerdem das Federrückstell- Element besonders kräftig ausgebildet ist, weist es ohnehin eine erhebliche radiale Steifigkeit auf und entwickelt bei Komprimierung zudem 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 Ankerelement aufgenommen und an das bewegliche Pumpelement 5 übertragen werden kann.As can be clearly seen from FIG. 2, the spring return 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. For this purpose, the spring return element 12 has end sections 15 and 16 , with which it is connected in a sealing and fixed manner to the two support devices 9 and 11 of the check valves. 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. In FIG. 2, the spring return element is thus shown in the compressed position, at the end of the pump stroke. It can be seen that the spring return element in this position is largely enclosed by solid surfaces, namely by surfaces of the housing 8 a and by fixed surfaces on collars 9 a and 11 a of the two supporting parts 9 and 11 of the check valves. The shape and position of the spring return element in the compressed position are thus precisely defined, since the middle part 17 , 19 is also supported on fixed surfaces in a form-retaining manner. At the end of the suction movement there is also a defined position for the spring return element, as shown in FIG. 1, right half shows a toothing 11 b, 9 b of the inner support 9 , 11 of the spring element; it is staggered in the upper and lower half. In this position, the annular bead 19 bears against the collar 11 a and prevents the spring return element from being pulled radially inward during the suction vacuum of the pump movement and thereby falsifying the initial volume before the pump stroke. In addition, since the spring return element is particularly strong, it has considerable radial rigidity anyway and also develops a considerable restoring force when compressed. This does not affect the pumping capacity, since the favorable arrangement of the armature element allows the driving force generated by the actuating device to be optimally absorbed by the armature element and transmitted to the movable pump element 5 .
Bei der Ausführungsform nach Fig. 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 Ankerelement 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.In the embodiment according to FIG. 3, 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 anchor element 23 during the pumping stroke and thereby has a sufficient restoring force for the housing part 24 , which also serves as a pump element, is produced. The inlet check valve is designated 21 and the outlet check valve 22 . The arms 25 cooperate with a recess 26 of the housing part 20 for the exact limitation of the pumping movements, so that in this embodiment too the pumping chamber 27 produces a precisely determined reproducible volume and corresponding reproducible volume changes.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 ist das elastische Rückstellelement 12 der Fig. 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 und unter Entwicklung der Rückstellkraft komprimierbar ist. Außerdem wird das Element in seinen Endstellungen, aber auch in allen Zwischenstellungen weitgehend und in optimaler Weise in radialer Richtung nach außen und nach innen durch die Flächen fester Wandteile abgestützt.In the embodiment according to FIG. 4, 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. Here too, the element 30 inherently has a relatively large radial deformation stiffness, while it is sufficient in the axial direction and compressible with the development of the restoring force. In addition, the element in its end positions, but also in all intermediate positions, is largely and optimally supported in the radial direction outwards and inwards by the surfaces of fixed wall parts.
Bei allen Ausführungsformen wird eine minimale radiale Elastizität der Pumpkammer erreicht. Die bei Komprimierung der Federrückstell-Elemente entwickelte Rückstellkraft kann vorteilhafterweise über die Hälfte der effektiven Ankerkraft betragen. Das Federrückstell-Element bildet in allen Ausführungsformen zugleich die Abdichtung der Pumpkammer. Die innere Reibung des Federrückstell-Elementes 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.In all embodiments, a minimal radial Pump chamber elasticity reached. The compression of the Spring return elements developed restoring force can advantageously over half the effective anchor force be. The spring return element forms in all Embodiments also seal the pump chamber. The internal friction of the spring return element and the friction the surfaces of the solid wall parts lead to one - not relevant - performance loss of the pump, but has the special Advantage of a high damping, so that with pump cycles accordingly the AC frequency falsifications due to rebound effects cannot occur on the pump element.
Claims (7)
- (a) das Ankerelement (3) außerhalb des Dosiergehäuses (8a, 8b) und in Durchströmrichtung hinter der Pumpkammer (13) beweglich angeordnet und mit dem beweglich und das Pumpelement bildenden Rückschlagventil (5) mechanisch (9, 10) gekuppelt ist, und
- (b) die relativ zueinander bewegbaren und die Pumpkammer begrenzenden Teile (5, 7) über ein radial verformungssteifes, axial jedoch kompressibles Federrückstell-Element (12) abdichtend miteinander verbunden sind.
- (a) the armature element ( 3 ) is arranged movably outside the metering housing ( 8 a, 8 b) and in the flow direction behind the pump chamber ( 13 ) and is mechanically coupled ( 9, 10 ) to the movable check valve ( 5 ) forming the pump element, and
- (b) the parts ( 5 , 7 ) which are movable relative to one another and delimit the pump chamber are connected to one another in a sealing manner by means of a radially rigid but axially compressible spring return element ( 12 ).
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