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Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung,
insbesondere für
Dosiervorrichtungen, mit
- – einem Antriebszylinder, in
dem sich ein durch ein Antriebsfluid hin- und hergehend verschiebbarer
Antriebskolben befindet,
- – ersten
und zweiten Kammern in dem Antriebszylinder beiderseits des Antriebskolbens,
deren erste einen Einlaß und
deren zweite einen Auslaß für das Antriebsfluid
aufweist, welcher Antriebskolben auf der Seite der zweiten Kammer
eine größere Wirkfläche als
auf der anderen Seite aufweist,
- – einem
am Antriebskolben angebrachten Verschlußteil zum Verschließen des
Auslasses bei Verschiebung des Antriebskolbens in Richtung der zweiten
Kammer, welches Verschlußteil über einen
begrenzten Weg in bezug auf den Antriebskolben axial in Richtung
des Auslasses der zweiten Kammer ausfahrbar und in eine eingezogene Endstellung
unter Vorspannung zurückführbar ist, und
- – einem
ständig
geöffneten
Drosselkanal zwischen den beiden Kammern.
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Eine derartige Antriebsvorrichtung
ist aus der
DE 197
28 179 A1 der Anmelderin bekannt. Die bekannte Vorrichtung
bezieht sich insbesondere auf eine Dosiervorrichtung, die geeignet
ist zum Eindosieren einer Zusatzflüssigkeit in eine Hauptflüssigkeit.
Dabei wird der Strom der Hauptflüssigkeit
als Energiequelle für
den Betrieb der Dosiervorrichtung verwendet, indem die Hauptflüssigkeit
einen Antriebskolben hin- und hergehend bewegt, der mit einem Dosierkolben
der Dosiervorrichtung antriebsverbunden ist. Die Verwendung eines
externen Antriebs ist nicht notwendig. Im übrigen ergibt sich selbsttätig zumindest
eine weitgehende proportionale Angleichung der beiden Flüssigkeitsströme.
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Für
die Auslösung
der hin- und hergehenden Bewegung des Antriebskolbens bei der bekannten Vorrichtung
ist ein Steuerventil vorgesehen, das einen hin- und hergehenden
Steuerkolben aufweist und insgesamt relativ kompliziert ist, da
es aus einer relativ großen
Anzahl von beweglichen Teilen besteht. Wegen der grossen Zahl der
Kolbenflächen
ist der Druckbereich, in dem das Gerät ohne Störungen verwendbar ist, begrenzt.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe
zugrunde, eine Antriebsvorrichtung der obigen Art zu schaffen, die
es gestattet, den Steuerkolben und die zugehörigen Teile der bekannten Lösung durch
einen wesentlich einfacheren Mechanismus zu ersetzen, um so das
Gerät in
einem größeren Druckbereich
betreiben zu können.
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Zur Lösung dieser Aufgabe weist das
Verschlußteil
ein Verschlußglied
auf, das in der eingezogenen Stellung des Verschlußteils einen
Durchlaß in einem
die Kammern trennenden Wandbereich des Antriebskolbens verschließt.
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Vorzugsweise ist das Verschlußteil hohlzylindrisch
ausgebildet und in einer den Antriebskolben in Richtung der zweiten
Kammer verlängernden
zylindrischen Führungshülse verschiebbar.
An dem dem Auslaß der
zweiten Kammer zugewandten Ende weist das zylindrische Verschlußteil eine
Verschlußplatte
auf, die zum Verschließen
des Auslasses dient, wie später
näher erläutert werden
soll, während
am inneren Ende des Verschlußteils
ein Verschlußglied vorgesehen
ist, das in der eingezogenen Stellung des Verschlußteils mit
dem Durchlaß im
Antriebskolben zusammenwirkt.
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Der Verschiebeweg des Verschlußteils in
der Führungshülse des
Antriebskolbens ist begrenzt durch einen Stift, der von der inneren
Wandfläche
der Führungshülse in ein
achsparalleles Langloch des Verschlußteils hineinragt. Zwischen
dem Stift und dem Boden des Verschlußteils, der durch das Verschlußglied gebildet
wird, befindet sich eine Druckfeder, die stets bestrebt ist, das
Verschlußteil
in die eingezogene Stellung zu verschieben.
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Der Auslaß der zweiten Kammer befindet sich
in der Mittelachse des Antriebszylinders bzw. des Antriebskolbens.
Er umfaßt
eine zentrale Bohrung sowie eine diese in Abstand konzentrisch umgebende
Dichtung, mit der die Verschlußplatte
zusammenwirkt. Die Verschlußplatte
ragt seitlich über
den Umfang des Verschlußteils
hinaus.
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Die Wirkungsweise des Antriebskolbens
beruht im wesentlichen darauf, daß zunächst die durch den Einlaß in die
erste Kammer eintretende Hauptflüssigkeit
den Antriebskolben unter Druck setzt und in Richtung der zweiten
Kammer verschiebt. Da in diesem Stadium das Verschlußteil in
der zurückgezogenen
Stellung steht und mit seinem Verschlußglied den Durchlaß in dem
Antriebskolben unter Federvorspannung verschließt, bleibt es zunächst bei
der Verschiebebewegung des Antriebskolbens in Richtung der zweiten
Kammer. Diese Bewegung setzt sich fort, bis die Verschlußplatte
des Verschlußteils
auf die Dichtung auftrifft, die den Auslaß der zweiten Kammer umgibt.
Jetzt kann die in der zweiten Kammer verbliebene Flüssigkeit
nicht mehr entweichen, so daß sich
hier der Druck erhöht.
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Da die Wirkfläche des Kolbens auf der Seite der
zweiten Kammer größer ist
als auf der Seite der ersten Kammer und im übrigen durch den Drosselkanal
ständig
geringe Mengen der Flüssigkeit
aus der ersten in die zweite Kammer übertreten, kommt es zunächst zu
einem Ausgleich der Kräfte
und schließlich
zu einem Überwiegen
der von der zweiten Kammer aus auf den Antriebskolben einwirkenden
Kräfte. Der
Antriebskolben bewegt sich wieder zurück in Richtung der ersten Kammer.
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Da die Verschlußplatte, die den Auslaß verschließt, auf
der Innenseite dem Druck der zweiten Kammer ausgesetzt ist, während sie
auf der Seite des Ablaufs weitgehend drucklos ist, wird die Verschlußplatte
zunächst
auf dem Auslaß festgehalten, so
daß mit
der fortschreitenden Bewegung des Antriebskolbens das Verschlußteil entgegen
der Wirkung der Druckfeder aus der Führungshülse herausgezogen wird und
der Auslaß weiter
verschlossen bleibt.
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Dadurch wird der Durchlaß im Antriebskolben
durch das Verschlußglied,
das den Boden des Verschlußteils
bildet, geöffnet,
so daß es
zu einem vollständigen
Druckausgleich zwischen den Kammern kommt. Wegen der größeren Kolbenfläche auf der
Seite der zweiten Kammer gelangt der Antriebskolben nunmehr in seine
Endstellung auf der Seite der ersten Kammer.
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Wie erwähnt, ist der Weg des Verschlußteils innerhalb
seiner Führungshülse begrenzt.
Die Grenzen werden durch den Stift und das Langloch im Verschlußteil bestimmt.
Der Stift der Führungshülse gelangt
an das Ende des Langlochs des Verschlußteils und zieht dieses von
dem Auslaß ab.
Die Verschlußplatte
gibt die Dichtung frei, und die Flüssigkeit in der zweiten Kammer
kann abströmen.
Das Verschlußglied
des Verschlußteils
kehrt in seine Dichtstellung auf dem Durchlaß des Antriebskolbens zurück, und
in der ersten Kammer baut sich erneut Druck auf, während die
zweite Kammer zunächst
weitgehend drucklos ist. Der Prozeß beginnt von vorn.
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Auf diese Weise entsteht eine ständige hin- und
hergehende Bewegung des Antriebskolbens, die beispielsweise über eine
Kolbenstange auf einen Dosierkolben übertragen werden kann und zum
Fördern einer
Zusatzflüssigkeit
genutzt werden kann, die in die Hauptflüssigkeit kontinuierlich eingespeist
wird. Ein externer Antriebsmotor für die Dosierkolbenbewegung
ist nicht notwendig.
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Vorzugsweise befindet sich auf der äußeren Seite
der Verschlußplatte
des Verschlußteils
ein vorspringender Verschlußzapfen,
der mit Spiel in die Bohrung des Auslasses eintreten kann. Dieses
Spiel bewirkt, daß der
Zwischenraum zwischen dem Zylinderdeckel und der umlaufenden Dichtung,
also der Raum hinter der Verschlußplatte, stets drucklos bleibt,
wie es zuvor geschildert wurde.
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Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele
der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung
näher erläutert.
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1 ist
ein senkrechter Schnitt durch eine erfindungsgemäße Dosiervorrichtung in einer
ersten Stellung;
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2 ist
eine Teildarstellung und zeigt die Dosiervorrichtung in einer zweiten
Betriebsstellung.
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1 zeigt
einen Antriebszylinder 10, der gemäß 1 aus einem oberen Abschnitt 12 größeren Durchmessers
und einem unteren Abschnitt 14 kleineren Durchmessers besteht.
In dem Antriebszylinder 10 befindet sich ein verschieb barer
Antriebskolben 16, der im oberen Bereich in dem oberen
Abschnitt 12 des Antriebszylinders und dem unteren Bereich
in dem unteren Abschnitt 14 liegt und folglich auf der
oberen Seite gemäß 1 eine größere Wirkfläche aufweist
als auf der unteren Seite. Der Antriebskolben unterteilt den Innenraum
des Antriebszylinders 10 in eine untere, erste Kammer 18 und eine
obere, zweite Kammer 20.
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Der Antriebszylinder 10 ist
auf der oberen Seite in 1 durch
einen Zylinderdeckel 22 in der Form eines Domes verschlossen,
auf der unteren Seite durch einen Dichtungsträger 24, der eine Dichtung 26 aufnimmt,
in der eine Kolbenstange 28 gleitend verschiebbar ist,
die den Antriebskolben 16 mit einem später näher erläuterten Dosierkolben verbindet.
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Der Antriebskolben 16 ist
nach oben in 1, d.h.
in die zweite Kammer 20 hinein, durch eine zentrische Führungshülse 30 verlängert, die
als Axialführung
für ein
hohlzylindrisches Verschlußteil 32 dient.
Dieses Verschlußteil
bildet das Verschlußorgan
für einen
zentrisch im Zylinderdeckel 22 vorgesehenen Auslaß 34 der
zweiten Kammer 20.
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Der Antriebszylinder 10 ist
aus Gründen,
die hier nicht interessieren, doppelwandig ausgebildet, weist also
im oberen Bereich eine Außenwand 36 auf,
auf deren Ende eine Kappe 38 aufgeschraubt ist. Der dadurch
gebildete, nicht bezeichnete Hohlraum ist mit einem Auslaßstutzen 40 verbunden,
durch den die Hauptflüssigkeit
abströmen
kann.
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Der Auslaß 34 setzt sich zusammen
aus einer zentralen Bohrung 42 im Zylinderdeckel 22 und einer
ringförmigen,
die Bohrung 42 mit Abstand umgebenden Dichtung 44,
die in eine nach innen vorspringende Stufe des domartigen Zylinderdeckels 22 integriert
ist.
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Das Verschlußteil 32 weist an
dem dem Auslaß 34 zugewandten
Ende eine nach außen
vorspringende Verschlußplatte 46 auf,
die flanschartig nach außen über das
Verschlußteil 32 vorspringt.
Wie 1 erkennen läßt, wirkt
die Verschlußplatte 46 derart
mit der nach innen versetzten Dichtung 44 zusammen, daß ein Zwischenraum
zwischen der Verschlußplatte 46 und
der oberen Wand des Zy linderdeckels 22 entsteht, der in 1 mit 48 bezeichnet ist.
Dieser Zwischenraum 48 hat eine Bedeutung für die Funktion
des Antriebskolbens, auf die später
eingegangen werden soll.
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In der Verschlußplatte 46 befindet
sich eine zentrische, nicht bezeichnete Bohrung. In dieser Bohrung
sitzt der Schaft eines Zapfens 50. Der Schaft des Zapfens 50 ist
geringfügig
in Axialrichtung in bezug auf die Verschlußplatte 46 verschiebbar.
Die Verschiebebewegung wird begrenzt durch eine auf dem Ende des
Schaftes innerhalb des Verschlußteils angeordnete
Anschlagplatte 52, die in der ausgezogenen Stellung des
Zapfens 50, die in 1 gezeigt ist,
gegen die Innenfläche
der Verschlußplatte 46 anliegt.
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Das Verschlußteil 32 ist am unteren
Ende in 1, das auch
als das innere Ende bezeichnet werden kann, durch ein plattenförmiges Verschlußglied 54 verschlossen.
In dem Verschlußglied 54 befindet sich
ein feiner Drosselkanal 56, der die Unterseite mit der
Oberseite des Verschlußgliedes
verbindet. Das Verschlußglied 54 bildet
im übrigen
die Abstützung für eine Druckfeder 58,
die im Inneren des zylindrischen Verschlußteils liegt. Die Druckfeder 58 stützt sich
an ihrem oberen Ende in 1 an
einem Stift 60 ab, der von der Innenwand der Führungshülse 30 ausgeht
und durch ein hangloch 62 in das Innere des Verschlußteils 32 eintritt.
Der Stift 60 und das hangloch 62 bestimmen zugleich
die Endpositionen der Axialbewegung des Verschlußteils 32 in bezug
auf den Antriebskolben 16.
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Mit 64 ist ein Einlaßstutzen
bezeichnet, der über
einen Kanal 66 mit einem Einlaß der ersten Kammer 18 verbunden
ist. Dieser Einlaß 68 dient zum
Einlassen der Hauptflüssigkeit
in die erste Kammer 18.
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Wie bereits erwähnt wurde, stellt die Kolbenstange 28 die
Verbindung her zwischen dem Antriebskolben 16 und einem
Dosierkolben 70 einer Dosierpumpe 72. Die Dosierpumpe 72 ist
in gleicher Form bereits in der eingangs genannten Schrift beschrieben
worden und soll daher hier nur in ihren wichtigsten Funktionen dargestellt
werden.
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Die Dosierpumpe 72 weist
einen Dosierzylinder 74 auf, in dem der Dosierkolben hin-
und hergehend angeordnet ist. Der Dosierzylinder weist an seinem
unteren Ende in 1 ein
Rückschlagventil 76 auf,
durch das die Zusatzflüssigkeit über einen
Einlaßstutzen 78 in
den Dosierzylinder 74 gezogen werden kann. Der Dosierkolben 70 ist
in nicht gezeigter Weise mit der Funktion eines Rückschlagsventils ausgestattet.
Er ist daher bei gefülltem
Dosierzylinder ungehindert, nach unten in 1 verschiebbar und nimmt bei der Aufwärtsbewegung
die Zusatzflüssigkeit
mit, die über
ein weiteres Rückschlagventil 80 und
einen Auslaßstutzen 82 abfließen kann.
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Die Kolbenstange 28 ist
auf der Seite des Antriebskolbens 16 mit einem Brückenteil 84 des
Antriebskolbens 16 verbunden, das einen am Antriebskolben
angebrachten Wandbereich 88 überspannt, in dem sich ein
zentrischer Durchlaß 88 befindet.
Das Brückenteil 84 kann
ohne weiteres durch die Flüssigkeit
passiert werden. Um den Durchlaß herum
ist auf der oberen Seite des Wandbereichs 86 eine leichte Erhöhung vorgesehen.
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2 entspricht 1, bezieht sich aber auf eine
andere Stellung des Antriebskolbens. Im übrigen ist nur dieser Antriebsbereich
in vergrößerter Form
gezeigt, während
die Dosierpumpe fortgelassen ist. In 2 werden
die bereits in 1 eingesetzten
Bezugsziffern verwendet.
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2 zeigt
eine Position des Antriebskolbens 16 bei beginnendem Aufwärtshub.
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Im folgenden soll anhand von 1 und 2 die Funktion der erfindungsgemäßen Dosiervorrichtung,
insbesondere der Antriebsvorrichtung der Dosiervorrichtung erläutert werden.
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In 2 befindet
sich das Verschlußteil 32 in der
vollständig
in die Führungshülse 30 eingezogenen
Stellung.
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Das Verschlußglied 54 des Verschlußteils 32 liegt
auf dem Wandbereich 86 auf und verschließt den Durchlaß 88.
Damit ist die Verbindung zwischen den beiden Kammern 18, 20 unterbrochen,
abgesehen von dem feinen Drosselkanal 56 in dem Verschlußglied 54,
dessen Durchlaß gegenüber dem
Zustrom der Flüssigkeit
durch den Einlaß 68 vernachlässigbar
ist.
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Bei Inbetriebnahme wird die mit der
Zusatzflüssigkeit
zu versehene Hauptflüssigkeit
durch den Einlaßstutzen 64 in
die erste Kammer 18 eingelassen. Da die Verbindung zwischen
den beiden Kammern 18, 20 in dieser Situation
unterbrochen ist, in die erste Kammer 18 ständig Flüssigkeit
eintritt und die zweite Kammer 20 zum Auslaß 34 offen
ist, bewegt sich der Antriebskolben 16 aufwärts in Richtung der
zweiten Kammer 20. Er nimmt dabei selbstverständlich,
die Kolbenstange 28 und den Dosierkolben 70 mit.
Die Aufwärtsbewegung
des Antriebskolbens 16 setzt sich fort, bis der Zapfen 50 in
die Bohrung 42 eintritt und die Verschlußplatte 46 gegen
die Dichtung 44 trifft. Dies ist die in 1 gezeigte Stellung.
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Dadurch erhöht sich der Druck in der zweiten Kammer 20 mit
der weiteren Verschiebung des Antriebskolbens 16 rasch,
und da die Wirkfläche
des Antriebskolbens auf der Seite der zweiten Kammer 20 größer ist
als auf der Seite der ersten Kammer 18, kommt es alsbald
zum Kräfteausgleich
und der Antriebskolben 16 bleibt stehen. Da durch den feinen Drosselkanal 56 ständig geringe
Mengen Flüssigkeit weiter
von der ersten in die zweite Kammer 20 strömen, wird
der Druck in der zweiten Kammer 20 zunehmend erhöht, bis
dieser Druck in Verbindung mit der größeren Kolbenfläche die
Abwärtsbewegung des
Antriebskolbens 16 einleitet. Diese Abwärtsbewegung setzt sich ebenfalls
fort. 1 zeigt eine mittlere
Position innerhalb dieser Abwärtsbewegung.
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Da der Zapfen 50 in der
Bohrung 42 des Auslasses nicht vollständig dicht schließt, wird
der Druck in dem Zwischenraum 48 zwischen dem Zylinderdeckel 22 und
der Verschlußplatte 46 ständig abgebaut. Auch
der Zapfen 50 selbst ist weitgehend drucklos, so daß er über den
in der oberen Kammer 20 herrschenden Druck, der durch das
Langloch 62 auch in das Innere des Verschlußteils 32 eintritt, über die
Anschlagplatte 52 in die nach außen austretende Stellung verschoben
wird, wie 1 zeigt.
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Sowohl die Verschlußplatte 46 als
auch der Zapfen 50 bleiben während der Abwärtsbewegung des
Antriebskolbens 16 daher zunächst in der Schließstellung,
die in 1 gezeigt ist.
Dabei erhöht sich
die Vorspannung der Druckfeder 58, die bestrebt ist, das
Verschlußteil 32 einzuziehen.
Erst bei Erreichen einer relativ hohen Vorspannkraft oder spätestens,
wenn der Stift 60 an das obere Ende des Langlochs 62 des
Verschlußteils 32 gelangt,
wird das Verschlußteil 32 mit
der Verschlußplatte 46 und
dem Zapfen 50 aus der Schließstellung abgezogen.
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Nunmehr baut sich der Druck in der
zweiten Kammer 20 relativ rasch über den Auslaß 34 ab.
Zugleich gelangt das Verschlußglied 54 wieder
auf den Durchlaß 88 des
Antriebskolbens 16. Der Zyklus kann sich also wiederholen.