CN104641109B - 无脉动正排量式旋转泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种泵，该泵包括两个安置在转子中的活塞，该转子位于一个定子内，该定子形成两个相对的平行偏心泵室，这些泵室具有至少一个进入端口，在这些活塞的至少一个活塞的填充运动过程中流体通过该进入端口被引入到这些泵室的至少一个泵室中，并且随后在这些活塞的至少一个活塞的排空运动过程中从这些泵室的至少一个泵室中被排出到至少一个排出端口，其特征为与该进入端口相连接的一个进入腔、与该排出端口相连接的一个排出腔以及位于这些腔各侧之间的两个端口转换过渡区域。

Description

无脉动正排量式旋转泵

本发明涉及一种优选无脉动正排量式泵，该泵由两个旋转式活塞组成，以用于液体、药品、食品、洗涤剂、化妆品、化合物或其他任何类型的流体、胶体或气体的可变流速的精确分配。

现有技术

存在使用旋转式活塞的多种不同的马达和***，例如在美国专利1776843、4177771和7421986中所说明的，其运行原理在于通过燃烧这些汽缸中所包含的燃料来驱动转子，该转子包含两个平行的偏心活塞以及两个相对的汽缸。

在美国专利1776843中这些活塞是由固定到活塞末端的支承件来引导的，这些支承件沿一个凸轮(沿该定子的内壁布置)和一个第二凸轮(在该转子侧连接到该定子上)滑动。这些支承件沿这两个凸轮的运动产生了这些活塞的往返运动。

在美国专利4177771中这些活塞式是由固定到活塞末端的支承件引导的，这些支承件沿具有长方形形状的定子滑动。因此当该转子转动时这些活塞径向运动。仅仅通过将两对平行活塞进行藕接就可以产生这些活塞的往返运动，这两对平行活塞被固定到该转子上、每对相对另一对偏置180°并且相对于该转子的旋转轴线偏心，这样使得压缩一对活塞中的气体的运动是发生在另一对活塞中的气体***的时候。

在美国专利7421986中这些活塞是通过定子上的盘形凸轮来引导的，其中这些链接的驱动轴被连接到活塞滑块上。这些活塞的往返运动是由该转子的旋转轴线相对该定子轴线的偏心率产生的。

尽管这些***可以潜在地适合于作为泵送***来起作用，但这些***遇到的第一个问题是它们包括很多零件，这使得其对于在医药和食品环境中使用而言制造和维修成本高，例如它们必须被清洁和消毒。

第二个问题是这些***为分配器所采用的弹簧加载的阀的原理不适合用于泵送***使用注射模制塑料零件的生产，这些零件通常使用弹性密封件。

第三个问题是这些***具有一种不连续的交变运转循环，如果其被用作泵送***的话就不能产生一种无脉动的流动。

遇到的第四个问题是这些***不能由注射模制塑料零件制成从而不能产生使用低成本的、一次性流体模块(用完即可丢弃)的泵。

发明实施方式

本发明涉及一种高性能的包括少量以极低成本生产的零件的泵，以用于以可变流速无脉动地泵送和测量液体、粘性产品或气体。

本发明解决了上述的问题并且使得能够针对泵的大批量生产而用一个与所泵送的流体相接触的、可更换的并且优选由一次性低成本塑料制成的元件来实现简化的发展。

该泵包括两个相对的平行活塞，这两个活塞被安置在一个转子的两个柱状腔中，该转子在一个柱状定子中转动，该柱状定子带有至少一个进入端口和至少一个排出端口，该定子在其内部面上具有一个活塞引导凸轮并且优选具有一个用于密封元件的壳体，该密封元件位于该转子与定子之间。

泵送原理在于转动安置在该定子内部的转子从而使这些活塞借助位于该定子内壁上的凸轮来在该转子内轴向地移动。该凸轮被确定尺寸有六个区段，一个短的名义填充区段；两个短区段，用于以低于该泵的额定流速的流速排放；一个长区段，用于以该泵的额定流速排放；以及两个区段，用于转换位于每个泵室的进入端口与排出端口之间的这些阀。在一个室以该泵的额定流速排放的阶段中，另一个室从排出端口转接到进入端口并且随后被完全填满并且从进入端口转接到排出端口，在这之后这两个室优选同时地向该排出端口以降低的流速排放，其流速之和等于该泵的额定流速从而使得该排出端口的流速是优选稳定的、连续的、不间断的并且无脉动的。

为了利用最少的部件产生高性能的密封，用于转换进入端口和排出端口到这些泵室的连接的***被适配成与这些活塞的运动同步而不需要任何额外元件。

该泵的这种驱动安排主要由一个支架、一个驱动头部和一个优选是马达形式的致动器构成。该泵尤其适合于低成本生产，只要它仅仅是由易于以塑料注射模制并且易于自动组装的零件形成的即可。

附图简要说明

在阅读通过非限制性图示给出的对实例的说明并且参照附图之后，本发明将会被更好地理解，在附图中：

-图1是该定子一端的一个视图

-图2安置在该定子另一末端内的转子的一个视图

-图3是本发明与一个马达组件相联接的总体视图

-图4是带有一个用于固定本发明的支架的马达的总体视图

-图5是构成本发明的这些元件的分解侧视图

-图6是构成本发明这些元件的分解内部图

-图7a是本发明正面的一个视图

-图7b是本发明的一个侧视图

-图7c是沿根据图7b的线A-A截取的一个纵截面

-图7d是沿根据图7b的线B-B截取的一个纵截面

-图8是本发明背面的一个视图

-图8a是沿根据图8的线C-C截取的一个纵截面

-图8b是沿根据图8的线D-D截取的一个纵截面

-图9是活塞的一个俯视图

-图9a是沿根据图9的线E-E截取的一个纵截面

-图10是带有这些活塞和引导凸轮的定子的一个俯视图

-图11是随着该转子的角位移而变化的这些活塞的线性运动的一个曲线图

第二变体

-图12是本发明的第二变体的一个俯视图

-图13是沿根据图12的线A-A截取的一个纵截面

-图14是沿根据图12的线B-B截取的一个纵截面

-图15是本发明的一个透视仰视图

-图16是本发明的定子的一个内部视图

-图17是本发明的盖体的一个内部视图

-图18是本发明转子的一个视图

-图19是本发明活塞的一个视图

-图20是本发明引导元件的一个视图

第三变体

-图21是本发明带有驱动安排和马达的第三变体组件的一个视图-图22是本发明的一个透视俯视图

-图23是本发明的一个透视仰视图

-图24是该组件的一个侧视图

-图25是该组件的一个前视图

-图26是该组件的一个俯视图

-图27是沿根据图24的线A-A截取的一个纵截面

-图28是沿根据图26的线B-B截取的一个纵截面

-图29是沿根据图26的线C-C截取的一个纵截面

-图30是沿根据图25的线D-D截取的一个纵截面

-图31是沿根据图25的线E-E截取的一个纵截面

-图32是本发明的一个前视图

-图33是沿根据图32的线F-F截取的一个纵截面

-图34是沿根据图26的线G-G截取的一个纵截面

第四变体

-图35是本发明带有驱动安排和马达的第四变体组件的一个视图

-图36是该组件的一个前视图

-图37是该组件的一个侧视图

-图38是沿根据图36的线A-A截取的一个纵截面

-图39是沿根据图36的线D-D截取的一个纵截面

-图40是沿根据图37的线E-E截取的一个纵截面

-图41是沿根据图37的线F-F截取的一个纵截面

根据图1和图2，该泵1由一个定子2和在该定子2内的一个转子3组成。根据图3和图4，该泵1优选通过一个驱动头部和一个保持支架34被连接到一个马达30上，该保持支架旨在接收该泵1的定子2。当泵被连接到该马达组件35上时该驱动头部上的并且位于该转子3的空心基座33内的多个销32、32’使该泵1的转子3转动。

根据图5和图6，该定子2包括一个位于其内部面2’上凸轮10、接收一个密封元件4的壳体11、一个进入端口14以及一个排出端口16。该转子3包括两个优选柱状的、平行的并且相对的腔18、18’，这两个腔相对于该转子3的旋转轴线是偏心的并且在这些腔18、18’的上端处具有对应的缺口8、8’和将这些腔18、18’的每个下端与该转子3的内部面3’相连接的通孔9、9’。两个优选相同的活塞5、5’各自包括两个环形密封圈7、7’，活塞5前部面上的一个前通道19连接到位于这两个环形密封圈7、7’之间的一个侧通道20上并且在下端处有一个引导元件6垂直于该活塞5的轴线。

根据图7c，在该转子3的腔18、18’中的这些活塞5、5’以180°形成两个对应地相对的平行偏心泵室21、21’。

根据图7d和图14，该进入端口腔13连接到该进入端口14上，该排出端口腔15连接到该排出端口16上并且这两个端口的位于这些腔13、15各侧之间的转换过渡区17、17’被定位在该转子3上而使得与由该凸轮10限定的这些室21、21’的填充和排放的这些阶段相对应。这些活塞5、5’的引导元件6、6’是垂直于该定子2的凸轮10的。

根据图8，这些引导元件6、6’由该转子3的缺口8、8’来驱动并且固位。在图8a中，该密封元件4是处于该定子2与该转子3之间的。

根据图10和图11，该定子2的凸轮10外形由六个区段组成，这些区段由多个点50、51、52、53、54、55界定。该凸轮10的每个区段优选按以下方式对应于泵送顺序中的一个阶段：在降低的流速下开始排放的阶段是由点53、52之间的区段产生，在额定流速下排放的阶段是由点52、51之间的区段产生，在降低的流速下结束排放的阶段是由点51、50之间的区段产生，从排出端口16转换到进入端口14的阶段是由点50、55之间的区段产生，填充阶段是由点55、54之间的区段产生，并且从进入端口14转换到排出端口16的阶段是由点54、53之间的区段产生。该凸轮的每个区段被优选确定尺寸成产生活塞5、5’的线性运动从而使得该泵1排出端口处的额定流速60是恒定且无脉动的。

根据图11以及先前的图示，活塞5、5’的线性运动对应于恒定的流速61、61’、62、62’、63、63’。随着该转子3的转角而变化的泵1的额定流速60对于优选0°与45°之间的转角而言对应于这些泵室21、21’的降低的流速61、61’之和，对于优选45°与180°之间的角度而言对应于该室21的额定流速62，对于优选180°与225°之间的转角而言对应于这些泵室21、21’的降低的流速63、63’之和，并且对于225°与360°之间的角度而言对应于室21’的额定流速62’。

当该转子3从0°转动到45°时，这些活塞5、5’沿该凸轮以降低的流速61、61’移动，其作用为通过这些前通道19、19’、这些活塞5、5’的侧通道20、20’、以及连接到该排出端口腔15上的这些通孔9、9’将液体同时从这些室21、21’中排出到该排出端口16。

当该转子3从45°转动到75°时，该活塞5以额定速率62继续将液体从室21中排出。该活塞5’停止以线性方式移动并且该侧通道20’经由该通孔9’被连接到该端口转换过渡区域17’上，这就关闭了室21’。当该转子3优选从75°转动到150°时，该活塞5以额定速率62继续将液体从室21中排出。该活塞5’在相反方向上以线性方式移动，其作用为将液体从该进入端口14通过前通道19’、侧通道20’以及连接到该进入端口腔13上的通孔9’吸入该室21’中。

当该转子3优选从150°转动到180°时，该活塞5以额定速率62继续将液体从室21中排出。该活塞5’停止以线性方式移动并且该侧通道20’经由该通孔9’被连接到该端口转换过渡区域17上，这就关闭了室21’。

当该转子3优选从180°转动到225°时，这些活塞5、5’沿该凸轮以降低的流速63、63’移动，其作用为通过前通道19、19’、这些活塞5、，5’的侧通道20、20’、以及连接到该排出端口腔15上的这些通孔9、9’将液体同时从室21、21’中排出到该排出端口16。

当该转子3从225°转动到255°时，该活塞5’以额定速率62’继续将液体从室21’中排出。该活塞5停止以线性方式移动并且该侧通道20经由该通孔9被连接到该端口转换过渡区域17’上，这就关闭了室21。

当该转子3从255°转动到330°时，该活塞5’以额定速率62’继续将液体从室21’中排出。该活塞5在相反方向上以线性方式移动，其作用为将液体从该进入端口14通过前通道19、侧通道20、以及连接到该进入端口腔13上的侧通道通孔9吸入该室21中。

当该转子3优选从330°转动到360°时，该活塞5’以额定速率62’继续将液体从室21’中排出。该活塞5停止以线性方式移动并且该侧通道20经由该通孔9被连接到该端口转换过渡区域17上，这就关闭了室21。

当该转子3相对该定子2转动360°时其回到0°位置，这对应于该泵1的一个完整泵送循环。

本发明第二变体的说明

根据图13和图17，一个盖体70被与该定子2相对地安置成将该转子3固位在该盖体70与该定子2之间。该盖体70优选借助至少一个夹子71和一个附件72来固位在该定子2上的。该盖体因此可以将该转子3夹在该定子2中。在一个变体中，该盖体70提供预夹紧作用并且夹紧作用是由在操作过程中抵靠在该盖体70与该定子2上的一个外部锁定元件提供的。

优选销形式的多个引导元件76、76’被安置在这些活塞5、5’的孔75、75’内从而沿定子2的凸轮10以及在该盖体70内部面上与凸轮10对称的凸轮10’来引导这些活塞5、5’。这些引导元件76、76’的末端因此是以优选对称的方式引导的，从而使得这些活塞5、5’的运动更加有效并且确保了对于当该泵以高速转动或者以高压传送时的力的改进的耐受性。这些引导元件76、76’在活塞5、5’的孔75、75’中自由转动从而减小与凸轮10和凸轮10’的摩擦力。

根据图16，这些进入和排出端口14、16任选地是垂直于该转子3的旋转轴线的。

本发明第三变体的说明

根据图21，图22和图26，组件80的构成是马达30固定到支架81上，该支架接收该泵1，该泵通过优选夹子形式的固定元件82、82’保持在支架81上。该支架81被适配成接收优选靠近该进入端口14或排除端口16固定的至少一个空气或压力传感器83。该传感器83使得一个管85能够被接收在壳体84中以探测气泡或测量该泵1的入口14或出口16处的压力。这些固定元件82，82’可以是该泵1、该支架81或这两者的组合的一个整体式部分。该转子3是由该马达轴89驱动的。

根据图7d，23，28，29，31，当该泵1没有连接到该支架81上并且可以通过压迫该转子3的下端86来轴向地朝至少一个复位元件90移动时，该转子3被保持成借助于该复位元件90例如一个复位弹簧或其他任何复位装置而抵靠在该密封元件4上。在这种轴线移动过程中，该转子3不再与该密封元件4接触，这就在腔13、15之间产生一个通道或受控的泄漏(未示出)从而使得进入和排出端口14、16得以直接相连。相对于外部的密封是由密封元件98和99提供的。该功能尤其适用于需要穿过该泵1的流体循环过程以及在不需要借助于一个外部驱动安排的情况下将进入管和排出管(未示出)连接到进入和排出端口14、16。这种类型的过程常用于医院环境中，在将泵1连接到该驱动头部或该支架81上之前，泵被用来通过重力将连接到该泵上的管或管道中空气排出。类似地，可能有必要在使用完该泵后或当该驱动安排无效时将包含在这些管或管道内的流体排出。该任选的密封件97使得有可能改善对该转子的引导。

该复位元件90可以被适配成使得功能反向并且该转子3必须被拉向与该复位元件90相反的方向以抵靠在密封元件4上。

根据图7c，7d和图33，该凸轮10被适配成能够在一个凹槽101中定位一个引导元件6或6’，该凹槽优选位于该凸轮10的内部。当一个引导元件6或6’被安置在该凹槽101的底部时与之相关联的活塞5或5’被保持在泵室21或21’中的高位置处以最小化其容积。还通过将另一个引导元件6’或6安置在该凸轮10上的高位置处，将第二泵室21’或21保持在最小容积处。然后有可能实现通过推或拉该转子3的下端86将包含在进入与排出端口14、16内部管道中的、和腔13、15以及转换过渡区域17、17’中的流体例如空气完全排出，如以上所说明的。当在其使用之前或之后有必要将泵中的流体完全排出时这个功能是尤其适用的。如果通过将这些活塞5、5’置于高位置不能将这两个室完全排空，则包含在这些室21、21’中的剩余流体可能证实是危险的，例如在静脉输液过程中如果空气没有排除则会引起栓塞。

根据图23，30，31和图34，该定子2被适配成用来接收两个挠性元件87、87’，优选以硅胶膜或弹性膜形式，这两个元件对应地通过通道93和93’被连接到进入和排出端口14、16以及泵室21、21’上。每个通道93、93’在其另一端被对应地连接到位于该定子2与挠性元件87、87’之间的腔94、94’上。当该泵1被固定到该支架81上时，每个挠性元件87、87’与该支架81形成两个腔95、95’，这些腔各自具有一个安置在该支架81上的对应的连接通道102、102’。

在该泵1的运行过程中，在泵室21、21’中发生的压力变化使这些对应的挠性元件87、87’变形，这将压力从每个腔94、94’对应地传递到腔95、95’中。随后有可能通过将两个压力传感器(未示出)安置在通道102、102’的外端来测量该泵的入口与出口处的压力。这些挠性元件87、87’在该泵的内部流体回路与外部之间提供了隔绝和密封，而且还使得有可能测量发生在该泵的入口和出口处的压力变化。这个***尤其适用于在泵的入口或出口处测量泄漏或探测堵塞而无需将压力表连接到该泵的外部管中。将这些挠性元件87、87’整合到该泵1中使得有可能减小该***的整体尺寸，这在便携泵(例如尤其在医学领域中)中是极其重要的。

本发明第四变体的说明

根据图35，38和图39，该组件120包括一个固定到用于接收该定子2的支架81上的马达30。该转子3被定位在该定子2内从而使得该密封元件4被保持在该转子3与该定子2之间。位于该支架81内的凸轮10被适配成用来接收至少一对支承件123、123’，这对支承件固定到这些对应的引导元件6、6’上以减少该凸轮10与该引导元件6、6’的摩擦和磨损。当需要传送非常精确的流体剂量并且需要产生尽可能完美的线性流速时，固定到这些对应的引导元件6、6’上的第二对支承件124、124’强化了这些引导元件6、6’的对齐。该转子3可以任选地通过这些支承件被引导在该定子2和支架81中。

以上所述的泵送原理是可通过使得该转子在另一个方向上转动来反向的。

以上所限定的角度值是通过举例的方式给出的并且根据该凸轮的尺寸或所需要的流速曲线可以是不同的。

这些降低的流速61、61’、63、63’优选等于该泵的额定流速的一半。

该凸轮可以被适配成用来产生脉动或半脉动流动。

在另一个未示出的变体中，该壳体11和密封元件4可以是在该转子3的内部面上。

在另一个未示出的变体中，这些腔13、15与这些转换过渡区域17、17’可以是垂直于该泵的旋转轴线的。在这种情况下，密封元件优选在该泵的转子***。

在另一个未示出的变体中，该转子可以被适配成用来接收一个磁性元件从而使其可以在磁体或其他任何外部电磁元件的协助下被驱动而旋转。因此该泵可以被连接到非接触驱动安排上。如果该泵被植入到皮下或身体内并且必须从外部致动，则这个变体是尤其适用的。

在另一个未示出的变体中，该盖体可以被适配成用来接收该泵的进入和排出端口。

这些活动零件之间的密封优选由弹性体、包覆模制的密封件或其他任何密封元件产生。然而，有可能实现的是产生在该定子或盖体与该转子之间没有密封元件的泵，例如借助其之间的配合。构成该泵的元件优选由塑料和一次性材料制成。该泵可以被杀菌以用于例如食品或药品的分配。然而，材料的选择不限于塑料。

尽管已经参照多个实施例对本发明进行了说明，但还存在其他未说明的变体。本发明的范围因此不限于以上所述的实施例。

Claims (16)

1.一种泵，该泵在一个转子(3)内包括两个活塞(5，5’)，该转子位于一个定子(2)内，该转子形成两个相对的平行偏心泵室(21，21’)，这些泵室具有至少一个进入端口(14)，在这些活塞的至少一个活塞的填充运动过程中流体通过该进入端口被吸入到至这些泵室(21，21’)的至少一个泵室中，并且随后在这些活塞的至少一个活塞的排放运动过程中从这些泵室的至少一个泵室中被排出到至少一个排出端口(16)，其特征为该泵包括连接到该进入端口(14)上的一个进入腔(13)、连接到该排出端口(16)上的一个排出腔(15)以及位于这些腔(13，15)各侧之间的两个端口转换过渡区域(17，17’)，并且在该转子(3)的部分旋转过程中该泵的这两个泵室(21，21’)同时对该排出端口(16)进行排放。

2.如权利要求1所述的泵，该泵的出口流动是连续的并且无脉动的。

3.如权利要求1所述的泵，该泵的定子(2)包括一个在其内部面(2’)上的凸轮(10)。

4.如权利要求3所述的泵，该泵的这些活塞(5，5’)包括在该定子(2)的该凸轮(10)中垂直安置的多个引导元件(6，6’)。

5.如权利要求1所述的泵，该泵的这些活塞(5，5’)包括连接到多个侧通道(20，20’)上的多个前通道(19，19’)。

6.如权利要求1所述的泵，包括在该定子(2)与该转子(3)之间的一个密封元件(4)。

7.根据权利要求1所述的泵，该泵的降低的流速之和对应于额定流速。

8.如权利要求3所述的泵，包括与该定子(2)相对的一个盖体(70)。

9.如权利要求8所述的泵，该泵的盖体(70)在该内部面上具有一个相对于该凸轮(10)对称的凸轮(10’)。

10.如权利要求3所述的泵，该凸轮(10)的外形是由六个区段构成的。

11.如权利要求4中所述的泵，该泵的这些引导元件(6，6’)是由该转子(3)的缺口(8，8’)来驱动并且固位的。

12.如权利要求1所述的泵，该泵的这些活动零件之间的密封是由至少一个弹性体产生的。

13.如权利要求1所述的泵，该泵的这些零件是由塑料制成的。

14.如权利要求1所述的泵，具有连接到该进入端口或排出端口的至少一个挠性元件。

15.如权利要求1所述的泵，该泵的转子能够轴向地移动。

16.如权利要求1所述的泵，该泵的这些零件是由一次性材料制成的。