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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abgabevorrichtung für Fluide nach dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Bekannt sind herkömmliche Abgabevorrichtungen für Pharmazeutika oder
Kosmetika. Derartige Dosierpumpen erlauben die Förderung einer bestimmten
Menge eines Fluids aus einem Vorratsbehältnis.
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Die bekannten Dosierpumpen weisen einen in den Fluidbehälter hineinragenden
Druckzylinder auf, in dem ein Kolben abdichtend geführt ist. In dem
Druckzylinder ist eine Druckkammer ausgebildet, die durch den Kolben und durch
ein gegenüber dem Fluidbehälter wirkendes Kugelventil, das bei Überdruck
schließt und bei Unterdruck öffnet, begrenzt und mit einem axialen Pumpkanal
verbunden ist. Der Kolben wird durch Federkraft in der oberen Ruheposition
gehalten. Innerhalb des Pumpkanales ist ein zweites Ventil angeordnet, das sich
bei Überdruck in der Druckkammer öffnet und bei Unterdruck in der
Druckkammer schließt. Wenn der Kolben nach unten gedrückt wird, so erhöht
sich der Druck in der Druckkammer, das Ventil zu dem Fluidbehälter schließt sich
und die in der Druckkammer befindliche Flüssigkeit entweicht unter Druck durch
den axialen Pumpkanal vorbei an dem geöffneten zweiten Ventil und gelangt von
dort nach außen. Beim Loslassen des Kolbens entsteht in der Druckkammer ein
Unterdruck, so daß sich das zweite Ventil wieder schließt und das Kugelventil
zum Fluidbehälter öffnet und Flüssigkeit in die Druckkammer angesaugt wird.
Eine derartige Dosierpumpe ist beispielsweise aus der EP 0 739 247 B1 bekannt.
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Um die mit den bekannten Dosierpumpen versehenen Fluidbehälter sicher
transportieren zu können, ohne daß das Fluid durch die Dosierpumpe austritt, z. B.
wenn Druck auf den Fluidbehälter ausgeübt wird, ist es gewünscht, daß die
Dosierpumpe sicher verschlossen werden kann. Aus dem Stand der Technik sind
hierzu unterschiedliche Lösungen bekannt.
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So ist beispielsweise eine Dosierpumpe der Firma Saint Gobain-Calmar bekannt,
die den eingangs beschriebenen Aufbau aufweist. Die bekannte Dosierpumpe
weist eine Spiralfeder auf, die einerseits am Kolben und andererseits am Boden
des Druckzylinders anliegt und die Kugel des ersten Kugelventiles umgibt. Die
Spiralfeder ist oberhalb der Kugel verjüngt, so daß die Feder nach dem
Zusammendrücken durch den nach unten fahrenden Kolben von oben auf die
Kugel drückt und diese in den Ventilsitz preßt. Das erste Ventil ist somit
verschlossen, und der Kolben kann in dieser Position arretiert werden. Die
bekannte Dosierpumpe hat allerdings drei entscheidende Nachteile. Zum einen
besteht noch immer die Möglichkeit, die Spiralfeder weiter zusammen zu drücken,
so daß die Kugel von dem Ventilsitz abheben kann, wenn ausreichend Druck auf
den Fluidbehälter ausgeübt wird. Somit ist eine ausreichende Dichtigkeit nicht
immer gewährleistet. Weiterhin erweist sich die Herstellung der Spiralfeder, die in
einem Bereich verjüngt ist, als kompliziert, so daß die Dosierpumpe in der
Herstellung relativ teuer ist. Ferner kann das Anpressen der Kugel an den
Ventilsitz dazu führen, daß die Kugel im Ventilsitz festklemmt, was die
Funktionsfähigkeit der Dosierpumpe einschränkt oder sogar aufhebt.
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Der Vollständigkeit halber soll noch auf den speziellen Aufbau der aus der EP 0 739 247 B1
bekannten Dosierpumpe eingegangen werden. Diese Druckschrift
befaßt sich allerdings nicht mit der Problematik des sicheren Verschließens der
Dosierpumpe, sondern vielmehr mit dem Problem des Entlüftens des
Fluidbehälters nach dem Befüllen. Um ein Absaugen der Luft aus dem
Fluidbehälter zu ermöglichen, ohne daß Fluid über das erste Ventil durch die
Dosierpumpe strömt, weist der Kolben einen Stößel auf, der bei
heruntergefahrenem Kolben auf die Kugel des ersten Ventiles drückt. Ein
Arretieren des Kolbens in dieser Position ist nicht möglich. Auch hierbei besteht
das Problem, daß die Kugel häufig zu fest in den Ventilsitz gepreßt wird, was
beispielsweise auf einen zu langen Stößel zurückgeführt werden kann. So muß der
Stößel mit sehr hoher Genauigkeit gefertigt werden, was letztlich wieder zu hohen
Herstellungskosten führt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine
Abgabevorrichtung für Fluide zu schaffen, die sicher verschließbar ist und geringe
Herstellungskosten verursacht.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß anhand der im
Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale. Vorteilhafte Ausführungsformen der
Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die erfindungsgemäße Abgabevorrichtung für Fluide aus einem Vorratsbehältnis
weist einen Gehäusekörper auf, der einen Druckzylinder aufnimmt, in dem eine
Druckkammer ausgebildet ist, die am oberen Ende von einem in dem
Druckzylinder geführten Kolben und am unteren Ende von einem gegenüber dem
Vorratsbehältnis wirkenden ersten Ventil begrenzt ist, das bei Überdruck in der
Druckkammer schließt und bei Unterdruck öffnet. Der Kolben weist einen
Pumpkanal auf, der einerseits mit der Druckkammer und andererseits mit der
Umgebung verbunden ist und in dem ein zweites Ventil vorgesehen ist, das bei
Überdruck in der Druckkammer öffnet und bei Unterdruck schließt. Der Kolben
kann in einer Arretierposition arretiert werden.
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Erfindungsgemäß ist ein drittes Ventil aus einem an dem Kolben angeordneten
Ventilkörper und einem zwischen dem zweiten Ventil und der Druckkammer
angeordeten Ventilsitz vorgesehen, das in der Arretierposition verschlossen ist.
Der Ventilkörper kann beispielsweise einstückig mit dem Kolben verbunden bzw.
als Teil des Kolbens ausgebildet sein. Ferner kann der Ventilkörper jegliche Form
aufweisen, sofern diese derart mit der Form des Ventilsitzes korrespondiert, daß
das dritte Ventil in der Arretierposition des Kolbens verschlossen ist. So ist
beispielsweise ein kugel- oder halbkugelförmiger Ventilkörper möglich, während
der Ventilsitz trichterförmig ausgebildet ist.
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Das dritte Ventil hat den Vorteil, daß das erste Ventil nicht betätigt werden muß,
was beim Stand der Technik zu den oben beschriebenen
Funktionseinschränkungen führen kann. Daher ist auch eine so hohe
Fertigungsgenauigkeit nicht erforderlich. Das unbeabsichtige Austreten von
Flüssigkeit aus dem Vorratsbehältnis wird durch das dritte Ventil unterbunden,
wenn sich der Kolben in der Arretierposition befindet.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Abgabevorrichtung ist der Ventilkörper an dem dem ersten Ventil zugewandten
Ende des Kolbens angeordnet, wobei der Ventilkörper von Fluid umströmt werden
kann, das in den Pumpkanal gelangen kann. Das Umströmen des Ventilkörpers ist
während der Pumpbewegung des Kolbens möglich, allerdings wird die
Flüssigkeitsströmung dann unterbunden, sobald der Kolben in die Arretierposition
gelangt, da der Ventilkörper dann im Ventilsitz einliegt, der ein Umströmen
verhindert.
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Um die Umströmbarkeit zu gewährleisten, ist der Ventilkörper der
erfindungsgemäßen Abgabevorrichtung in einer besonders bevorzugten
Ausführungsform über Längsstreben mit dem Kolben verbunden, zwischen denen
Längsschlitze ausgebildet sind. Die Längsstreben bieten eine ausreichende
Festigkeit gegenüber dem auf den Ventilkörper ausgeübten Druck, während die
Längsschlitze einen großen Strömungsquerschnitt für das in den Pumpkanal
strömende Fluid zur Verfügung stellen. Längsstreben und Ventilkörper können
beispielsweise einstückig mit dem Kolben ausgebildet sein.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Abgabevorrichtung ist der Ventilkörper als Zylinder ausgebildet ist, und der
Ventilsitz umschließt einen zylindrischen Raum. Befindet sich der Kolben in der
Arretierposition, so ist der Anlagebereich zwischen Ventilkörper und Ventilsitz
zylindrisch ausgebildet, da der zylindrische Ventilkörper paßgenau in den
Ventilsitz eingeschoben ist. Dies hat gegenüber einem linienförmigen
Anlagebereich den Vorteil, daß das dritte Ventil auch dann verschlossen ist, wenn
der Ventilkörper geringfügig verschoben wird. Daher können die
Bauteiltoleranzen größer als bei der linienförmigen Anlage sein.
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In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Abgabevorrichtung ist der Ventilkörper an seinem dem
Ventilsitz zugewandten Ende verjüngt, und/oder der Ventilsitz ist an seinem dem
Ventilkörper zugewandten Ende aufgeweitet. Eine Verjüngung bzw. Aufweitung
kann beispielsweise durch das Vorsehen einer Fase an den einander zugewandten
Seiten von Ventilkörper und Ventilsitz realisiert werden. Dies hat den Vorteil, daß
sich der zylindrische Ventilkörper leichter in den Ventilsitz einführen läßt und
auch größere Bauteiltoleranzen möglich sind.
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In einer alternativen Ausführungsform ist der Ventilkörper als eine den Ventilsitz
übergreifende Kappe ausgebildet.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist zum Arretieren des Kolbens in
der Arretierposition ein Gewinde an dem Gehäusekörper vorgesehen, mit dem der
Kolben oder fest mit dem Kolben verbundene Teile verschraubbar sind. Im
Gegensatz zu einer einschnappenden Arretierung, die ebenso möglich ist,
ermöglicht die Schraubverbindung ein häufigeres Arretieren des Kolbens ohne
Materialermüdung, außerdem ist die Arretierung mittels eines Gewindes sicherer
und fester.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind
Anschlagmittel vorgesehen, an die der Kolben oder fest mit dem Kolben
verbundene Teile in der Arretierposition anschlagen. Auf diese Weise wird
verhindert, das der Ventilkörper über den Ventilsitz hinaus geschoben wird, was
zur Beschädigung des ersten Ventiles führen kann. Darüber hinaus wird auch ein
Schutz von Ventilsitz und/oder -körper des dritten Ventiles erzielt, wenn der
Ventilkörper nicht zylindrisch ausgebildet sein sollte. Die Anschlagmittel können
beispielsweise in einem Ansatz am Gehäusekörper bestehen, der ein weiteres
Vorschieben des Kolbens unterbindet. Ferner kann eine Spiralfeder zur
Rückstellung des Kolbens beispielsweise derart ausgebildet sein, daß diese
maximal zusammengedrückt ist, wenn der Kolben die Arretierposition erreicht
hat.
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Um die Kosten für die Herstellung der Abgabevorrichtung gering zu halten, weist
das erste und/oder zweite Ventil in einer bevorzugten Ausführungsform der
Abgabevorrichtung einen Ventilsitz und eine im Ventilsitz einliegende Kugel auf,
wobei die Kugel durch Rückhalteelemente gesichert ist. Dieser konstruktiv
einfache aber wirkungsvolle Aufbau hält die Herstellungskosten gering. Die
Rückhalteelemente werden vorzugsweise von drei symmetrisch angeordneten
radialen Ansätzen gebildet.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles unter
Bezugnahme auf die beigefügten Figuren eingehender erläutert.
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Es zeigen:
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Fig. 1 eine Seitenansicht eines Vorratsbehälters mit der erfindungsgemäßen
Abgabevorrichtung in geschnittener Darstellung;
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Fig. 2 eine Draufsicht auf die Schnittlinien AA von Fig. 1,
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Fig. 3 die Abgabevorrichtung von Fig. 1 mit dem Kolben in der
Arretierposition und
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Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel von Ventilkörper und Ventilsitz der
Abgabevorrichtung.
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Fig. 1 zeigt einen Vorratsbehälter 2, auf dem die erfindungsgemäße
Abgabevorrichtung 4 angeordnet ist, so daß das in dem Vorratsbehälter 2
enthaltene Fluid 6 abgegeben werden kann.
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Die Abgabevorrichtung 4 weist einen Gehäusekörper 8 auf, der im wesentlichen
als Verschlußkappe ausgebildet ist, die einschnappend und dichtend auf den
Vorratsbehälter 2 aufgesetzt ist, wobei die Dichtwirkung mittels einer in dem
verschlußkappenförmigen Gehäusekörper 8 angeordneten Dichtung 10 erzielt
wird, die auf den Rand der Öffnung des Vorratsbehälters 2 gedrückt wird. Der
Gehäusekörper 8 nimmt einen Druckzylinder 12 auf, der sich nach dem Aufsetzen
der Abgabevorrichtung 4 auf den Vorratsbehälter 2 in den letzteren erstreckt.
Innerhalb des Druckzylinders 12 ist eine Druckkammer 14 ausgebildet, die am
oberen Ende von einem im Druckzylinder 12 geführten Kolben 16 und am unteren
Ende von einem gegenüber dem Vorratsbehälter 2 wirkenden ersten Ventil 18
begrenzt ist.
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Das erste Ventil 18 wird von einem trichterförmigen Abschnitt 20 gebildet, in
dem eine Kugel 22 einliegt, wobei der trichterförmige Abschnitt 20 sich in
Richtung der Druckkammer 14 aufweitet. Um zu vermeiden, daß die Kugel 22 in
die Druckkammer 14 gelangen kann, ist die Kugel 22 durch drei
druckkammerseitige Rückhalteelemente 24 (siehe auch Fig. 2) gesichert, die
symmetrisch angeordnet sind.
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Der Kolben 16 weist einen unteren Abschnitt 16a und einen oberen Abschnitt 16b
auf, wobei der Durchmesser des unteren Abschnitts 16a größer als der
Durchmesser des oberen Abschnittes 16b ist. Der untere Abschnitt 16a liegt in
radialer Richtung dichtend an der Wandung der Druckkammer 14 an. Der
Druckzylinder 12 weist entsprechend einen unteren Abschnitt 12a mit einem
größeren Innendurchmesser und einen oberen Abschnitt 12b auf. In der in Fig. 1
dargestellten Ruheposition ist der untere Abschnitt 16a des Kolbens 16 mittels
einer in den Druckzylinder 12 eingesetzten Druckfeder 26 gegen den oberen
Abschnitt 12b des Druckzylinders 12 vorgespannt.
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An den aus dem Gehäusekörper 8 ragenden zweiten Abschnitt 16a des Kolbens 16
schließt sich ein Abgabekopf 28 an, der ein Querrohr 30 zum seitlichen Abgeben
des Fluides 6 aus dem Abgabekopf 28 aufweist. In dem Kolben 16 ist ein erster
axialer Kanal 32 vorgesehen, der einerseits mit der Druckkammer 14 und
andererseits mit einem zweiten Kanal 34 in dem Abgabekopf 28 verbunden ist.
Der zweite Kanal 34 geht wiederum in einem dritten Kanal 36 über, der in dem
Querrohr 30 ausgebildet ist. Der erste, zweite und dritte Kanal 32, 34, 36 bilden
den Pumpkanal 38 aus. In dem Pumpkanal 38 ist ein zweites Ventil 40
angeordnet, das denselben Aufbau wie das erste Ventil 18 aufweist.
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Der Abgabekopf 28 ist fest mit dem Kolben 16 verbunden und weist ein
Außengewinde 42 auf. An dem Gehäusekörper 8 ist ein den oberen Abschnitt 16b
des Kolbens 16 ringförmig umgebender rohrförmiger Ansatz 44 angeordnet, an
dessen Innenseite ein mit dem Außengewinde 42 des Abgabekopfes 28
korrespondierendes Innengewinde 46 vorgesehen ist, so daß der Kolben 16 in
einer Arretierposition arretierbar ist.
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An dem dem ersten Ventil zugewandten Ende des Kolbens 16 ist ein Ventilkörper
48 angeordnet. Der Ventilkörper 48 ist zylindrisch ausgebildet und über
Längsstreben 50 mit dem Kolben 16 verbunden, wobei sich zwischen den
Längsstreben 50 Längsschlitze 52 erstrecken. Der Ventilkörper 48 kann seitlich
umströmt werden, wobei die Längsschlitze 52 die Verbindung zwischen
Druckkammer 14 und dem Pumpkanal 38 gewährleisten. Die Längsstreben 50 und
der Ventilkörper 48 sind einstückig mit dem Kolben 16 ausgebildet, was eine
einfachere Herstellung der Vorrichtung gewährleistet. Zwischen dem ersten Ventil
18 und der Druckkammer 14 ist ein Ventilsitz 54 angeordnet, der einen
zylindrischen Raum umschließt, in den der Ventilkörper 48 dichtend einschiebbar
ist. Der Ventilkörper 48 und der Ventilsitz 54 bilden somit ein drittes Ventil aus,
das mit dem Bezugszeichen 56 versehen ist. Der Ventilkörper 48 und der
Ventilsitz 54 weisen an ihren einander zugewandten Kanten jeweils eine Fase 58
bzw. 60 auf, die ein einfaches Einschieben des Ventilkörpers 48 in den Ventilsitz
54 ermöglichen.
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Im folgenden wird zuerst die allgemeine Funktionsweise der Abgabevorrichtung
beschrieben, um im Anschluß daran auf die Arretierung des Kolbens einzugehen.
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Es wird davon ausgegangen, daß sich bereits Fluid 6 in der Druckkammer 14 der
Abgabevorrichtung 4 befindet. Wird der Kolben 16 niedergedrückt, wie dies an
Hand des Pfeiles B in Fig. 1 angedeutet ist, so wird ein Überdruck in der
Druckkammer 14 erzeugt, der einerseits ein Schließen des ersten Ventiles 18 und
andererseits ein Öffnen des zweiten Ventiles 40 bewirkt. Das unter Druck
stehende Fluid 6 in der Druckkammer 14 umströmt den Ventilkörper 48, gelangt
durch die Längsschlitze 52 in den Pumpkanal 38 und strömt vorbei am geöffneten
zweiten Ventil 40 über das Querrohr 30 nach außen. Im Anschluß daran wird der
Kolben 16 durch die Rückstellkraft der Druckfeder 26 entlang des Pfeiles C
wieder in die ursprüngliche in Fig. 1 dargestellte Ruheposition bewegt. Durch
diese Bewegung wird ein Unterdruck in der Druckkammer 14 erzeugt, der ein
Öffnen des ersten Ventiles 18 und ein Schließen des zweiten Ventiles 40 bewirkt.
Der erzeugte Unterdruck bewirkt wiederum, daß Fluid 6 aus dem Vorratsbehälter
über das geöffnete erste Ventil 18 in die Druckkammer 14 gesogen wird. Hiernach
wiederholt sich die Vorgehensweise. Damit der Vorratsbehälter 2 vollständig
entleert werden kann, führt eine Schlauchleitung 62 ausgehend von dem
Druckzylinder 12 bis zum Boden (nicht dargestellt) des Vorratsbehälters 2.
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Um ein Austreten des Fluides 6, beispielsweise beim Transport, sicher zu
verhindern, kann die erfindungsgemäße Abgabevorrichtung 4 verschlossen
werden. Zu diesem Zweck wird der Kolben 16 in die in Fig. 3 dargestellte
Arretierposition bewegt. Um den Kolben 16 in die Arretierposition zu bringen,
wird der Kolben 16 nach unten gedrückt, bis das Außengewinde 42 des
Abgabekopfes 28 an das Innengewinde 46 des rohrförmigen Ansatzes 44 angrenzt.
Da der Kolben 16 entgegen der Rückstellkraft der Druckfeder 26 verschoben
wurde, muß der Kolben 16 in dieser Position arretiert werden, um ein
Zurückschieben in die in Fig. 1 dargestellte Ruheposition zu verhindern. Zu
diesem Zweck wird der Abgabekopf 28 mit dem rohrförmigen Ansatz 44
verschraubt. Wie aus Fig. 3 ersichtlich, liegt der Ventilkörper 48 in dem Ventilsitz
50 ein, wenn der Kolben 16 in der Arretierposition ist. Das dritte Ventil 56 ist
somit verschlossen, wohingegen das erste Ventil nicht beeinflußt wird, d. h. es
wird weder zwangsweise geschlossen noch zwangsweise geöffnet.
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Gemäß der Erfindung wird das erste Ventil 18 vor Beschädigung geschützt. Es ist
daher besonders vorteilhaft, wenn die Abgabevorrichtung 4 weiterhin
Anschlagmittel aufweist, an die der Kolben oder fest mit dem Kolben verbundene
Teile anschlagen, sobald die Arretierposition erreicht ist, da der Ventilkörper 48
ansonsten auf das erste Ventil 18 einwirken könnte. In der Ausführungsform nach
den Fig. 1 bis 3 wird dies dadurch erzielt, daß die Druckfeder 26 nach dem
Erreichen der Arretierposition nicht weiter zusammengedrückt werden kann und
somit wie ein Anschlag wirkt. Es ist aber ebenso ein Anschlagelement 64 in dem
rohrförmigen Ansatz 44 möglich, wie dies in Fig. 3 angedeutet ist, das ein
weiteres Niederdrücken des Kolbens 16 unterbindet. Wichtig ist, daß die in Fig. 3
dargestellte Arretierposition gleichzeitig eine untere Endposition darstellt.
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Fig. 4 zeigt eine alternative Ausführungsform des Ventilkörpers und Ventilsitzes
der Abgabevorrichtung, wobei die Teile der Abgabevorrichtung, die denjenigen
des Ausführungsbeispiels gemäß der Fig. 1 bis 3 entsprechen, mit den gleichen
Bezugszeichen versehen sind. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von dem
Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 1 bis 3 dadurch, daß der Ventilkörper 48'
am unteren Abschnitt 16a des Kolbens 16 als eine den Ventilsitz 54'
übergreifende Kappe ausgebildet ist. Der Ventilsitz 54' wird von einem
zylindrischen Vorsprung oberhalb des ersten Kugelventils 18 gebildet.
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Fig. 4 zeigt den Kolben in der Arretierposition, in der die Innenseite des Kappe
gegenüber der Außenseite des zylindrischen Vorsprungs abdichtet. Erst wenn der
Kolben 16 von dem Ventilsitz 54' abhebt, kann das Fluid durch die Längsschlitze
52 des Kolbens in den Pumpkanl 38 gelangen.