DE2239857A1

DE2239857A1 - Viskositaetspumpe

Info

Publication number: DE2239857A1
Application number: DE2239857A
Authority: DE
Inventors: Geert Brouwer
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1971-08-31
Filing date: 1972-08-12
Publication date: 1973-03-08
Also published as: US3794449A; JPS4833407A; GB1400531A; NL7111948A; IT964321B; AT321255B; FR2152023A5; BE788140A

Description

Viskositätspumpe. ~~

Die Erfindung betrifft eine Viskositätspumpe zum Dosieren kleiner Flüssigkeitsmengen, mit einem Läufer, der mit einer Antriebsachse und mit einem den Läufer umgebenden Gehäuse versehen ist, wobei die einander zugekehrten Oberflächen dee Läufers oder des Gehäuses mit wenigstens einem Muster flacher Punipnuten versehen aind, die sich einerseits an eine Flüssigkeitszufuhr und andererseits an eine Plüsaigkeitsabfuhr anechliessen.

Solche Viskositätspumpen sind bekannt, und sie werden als Dosierpumpe zur genauen Dosierung.kleiner Plüssigkeitsmengen verwendet, beispielsweise bei der Mikroanalyse und bei der automatisierten chemischen Analyse. Die hierbei zu dosierenden Mengen sind gering und umfassen den den Bereich von 30 cm^a/sek bis zu Mengen, die kleiner als 1 ram³/sek sind. Die Flüssigkeit wird beim Rotieren des Läufers durch die auftretenden vis-

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kosen Kräfte durch die flachen Pumpnuten von der Flüssigkeitszufuhr zurFlüssigkeitsabfuhr transportiert. Diese Art von Pumpen ergibt eine kontinuierliche impulsfreie Leistung, die proportional der Drehzahl des Läufers und unabhängig von der Viskosität der betreffenden Flüssigkeit ist.

Solche Pumpen können ale zylindrische, konische oder flache und auch als.doppeltwirkende konische Pumpen oder Scheibenpumpen ausgeführt Bein.

Es hat sich gezeigt, dass der Druckverlauf in den buten

zwischen der Flüssigkeitszufuhr und Abfuhr bei den betreffenden Purpen für alle Nuten der gleiche ist, und dass er nur wenig vom Abstand zwischen Läufer und GehBuse abhängt. Dies bedeutet, dass der Läufer bei diesen Pumpen nicht selbststabilieierend ist, l.tw, wenn sich der LSufer aus irger.c einem Grund verschiebt, so treten dabei keine dieser Verschiebung entgegenwirkenden Kräfte auf. Diese Verschiebung kann bei zylindrischen und konisch? Pumpen aus einem Kippen und/oder einer exzentrischen Lage des Laufers in bezug auf das Gehäuse und bei flachen Pumpen im wesentlichen aus einem Kippvorgang bestehen. Bei doppeltwirkenden Pumpen kann dabei noch eine Verschiebung des Läufers in axialer Richtung auftreten. Während diese Verschiebungen in erster Linie keinen Einfluss auf die Pumpleietung haben, so treten bei grösseren Verschiebungen quadratische Effekte au. , die die J-'erie gepumpter Flüssigkeit je Zeiteinheit beeinflussen, so dass die Dosiergenauigkeit verlorengeht. Für eine grosse Genauigkeit der zu dosierenden FlUsoigkeit ist es mithin erwünscht, diese auftretenden störenden Einflüsse zu vermeiden.

Um das angestrebte Ziel zu verwirklichen, ist die erfindungsgemässe Viskositätspumpe dadurch gekennzeichnet, dass bei jeder der Pumpnuten der sich an die Abfuhr anschliessende Teil flacher ißt als der

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übrige Teil der Nut.

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überraschenderweise hat dieser in konstruktiver Hinsicht

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sehr einfache Eingriff zur Folge, dass nun bei einer Änderung des Abstände zwischen den betreffenden Oberflächen der Druck in der Flüssigkeit in den Pumpnuten sich umgekehrt proportional zum Abstand ändert, so dass ein stabilisierendes Kräftespiel auf den Läufer erzielt ist, und dass der LSufer 3tets dieselbe Lage in bezug auf das Gehäuse einnimmt, wodurch die Dosiergenauigkeit stets die gleiche ist.

Da bei der erfindungsgemässen Viskositätspumpe der Druck

in der Flüssigkeit umgekehrt proportional dem Abstand zwischen den Flächen ist, in denen eich die Nutenmuster befinden, ist es nun bei Viskositätspumpen, bei denen eine axiale Verschiebung"des Läufers und Gehäuses eine Abstandsänderung zwischen den betreffenden Flächen bewirkt, möglich, den durch die Pumpe gelieferten Flüssigkeitsdruck zu regeln.

Dazu weist eine günstige Aueführungsform der erfindungsgemässen Viskositätspumpe, deren Läufer mit einer Fläche versehen ist, die einen Winkel zur Läuferachse bildet, und bei der das Gehäuse mit einer damit zusammenwirkenden Fläche versehen ist und eine dieser Flächen ein Nutenmuster trägt, das Kennzeichen auf, dass der Läufer und das Gehäuse in axialer Richtung in b.ezug aufeinander verschiebbar sind, und dass Mittel •vorhanden sind, um auf den Läufer oder das Gehäuse eine dem Flüssigkeits-

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druck entgegengesetzte, gegebenenfalls regelbare Regelkraft auszuüben.

Bei dieser Viskositätspumpe nimmt der Läufer automatisch eine derartige Lage in bezug auf das Gehäuse ein, dass der Druck in der Flüssigkeit genau ein Gleichgewicht zur Iiegelkraft bildet. Diese Regelkraft kann etwa durch eine Feder, einen hydraulischen oder pneumatischen Druck,

usw. ausgeübt werden.

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Ferner ist eine günstige Ausführungsform der erfindungsgemässen Viskositätspumpe, die als eine doppeltwirkende Pumpe ausgeführt ist, deren Läufer zwei Flachen aufweist, die einen Winkel zur Läuferachse bilden, und deren Gehäuse mit zwei damit zusammenwirkenden Flächsn verseher: iet und jede dieser beiden Flächen des Läufers oder Gehäuses mit einem Nutenmuster versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse nach der Erfindung derart ausgeführt ist, dass die beiden Flächen desselben in axialer Richtung in bezug aufeinander verschiebbar sind. Bei dieser Pumpaueführung kann durch Abstandsänderung zwischen den beiden betreffenden

Flächen die Grosse des Spiels zwischen Läufer und Gehäuse geändert werden,

was, wie erläutert, eine Änderung des durch die Pumpe gelieferten Drucks bewirkt.

Bei einer weiteren Ausführungeform bildet eine der beiden genannten Fliehen einen Teil eines Konotruktioneteile, das Ober eine flexibele Membran mit dem Gehäuse verbunden ist, wobei Mittel vorhanden sind, die auf diese Membran einen Druck ausüben. Der auf die Membran ausgeübte Druck bildet hierbei ein Gleichgewicht zu dem von der Flüssigkeit in der Pumpe auf das Gehäuse ausgeübten Druck, so dass der auf die Membran ausgeübte Druck ein Bezugsdruck für den Druck der von der Pumpe gelieferten Flüssigkeit ist. Auf diese Weise ist mit in konstruktiver Hinsicht sehr einfachen Mitteln eine Druckregelung mit Hilfe einer Viskositätspumpe erzielt.

Die Erfindung wird anhand einiger in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen«

Fig. 1, 2 und 3 eine schematische Darstellung des Gehäusesdes Läufers, bzw. der Kombination dieser beiden einer zylindrischen Viskosi ta tr s pumpe,

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Pig. 4 eine schematische und nicht masstabgerechte Darstellung eines Schnitts durch eine scheibenförmige Viskositätspumpe»

Fig. 5 eine perspektivische Darstellung des Läufers und ■ eines der Gehäuseteile der Pumpe nach Fig. 4·

Pig. 6 eine schematische und nicht masstabgerechte Darstellung einer konischen Viskositätspumpe!

Fig. 7 eine schemacische Darstellung' einer scheibenförmigen Viskositätspumpe, von der einer der Gehäuseteile zur Regelung des Drucks in bezug auf den Läufer axial bewegbar ist.

In Fig. 1, 2 und 3 sind das Gehäuse, der Läufer bzw. im

Querschnitt die Kombination aus Gehäuse und Läufer dargestellt. Dabei ist der Läufer mit der Bezugsziffer 1 angegeben. Dieser Läufer 1 ist mit einfer Achse 2 versehen, die mit einem nicht dargestellten Getriebe koppelbar ist. Der Läufer ist mit drei flachen Pumpnuten 3 und drei flachen Pumpnuben 4 versehen. Die Pumpnuten 3 sind durch Dämme 6 und die Pumpnuten 4 durch Dämme 7 voneinander getrennt. Der Läufer 1 enthält ferner einen viel tiefers: Plüssigkeitssaminelkanal 5 und zwei Flüssigkeitszufuhrkanäle 8 und 9· Der

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Flüssigkeitszufuhr slieht über die axialen Ausnehmungen 8' mit der einen Seite der Puiapnuten 3 in Verbindung, während der Zufuhrkanal 9 über axial verlaufende Ausnehmungen 9¹ mit der einen Seite der Pumpnuten 4 in Verbindung steht. Die andere Seite der Pumpnuten 3 bzw. die andere Seite der Pumpnuten 4 steht über die axialen Ausnehmungen 10 bzw. 11 mit dem Flüssigkeitsabfuhrkanal 5 in Verbindung. Das Gehäuse ist ferner mit den sich an die Zufuhrkanäle 3 bzw. 4 anschließsenden Flüssigkeitsöf.frmngen 20 und 21 und einer ßich an den Abfuhrkanal 5 anschliessenden FlUssigkeitsabfuhr 13 versehen.

Der Läufer 1 pasab mit geringem Spiel in das Gehäuse 12,

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Bei Drehung des Läufers in der angegebenen Pfeilrichtung wird die Flüssigkeit in den Nuten 3 und 4 durch viskose Kräfte von den Zufuhren 8' und 9' zu den Abfuhren 10 und 11 getrieben. Da an der Stelle der Zufuhren 3' und 9' einerseits und der Abfuhren 10 und 11 andererseits die gleichen Drücke, herrschen und der Druckverlauf in den Nuten 3 und 4 für alle Nuten der gleiche ist, gleichen sich durch die gleichmässige Verteilung der Nuten und 4 über den Läuferurafang die auf den Läufer ausgeübten Kräfte aus.

Es hat sich nun gezeigt, dars dann, wenn der Läufer aus -irgendeinem Grund aus seiner mittigen Lage gerät, dieser Vorfall keinen Einfluss auf den Druckverlauf in den Nuten ausübt, d.h. es tritt keine Reaktionskraft auf, die den Läufer in suine mittige Lage zurückschickt. Ist die Abweichung zu gross, so verursacht dies jedoch eine Ungenauigkeit in der PlüssigkeitBÜeferung.

Um dies zu verhindern, ist nun jede der Nuten 3 und 4 an

der Seite, an der sie sich an die Abfuhien 10/urid 11 anschliessen, mit

/ einem flacheren Teil 22 versehen. Durch diese flacheren Teile sinkt nun der Druck in der Nut, wenn der Abstand zwischen Gehäuse und Läufer grosser wird, während bei kleiner werdendem Abstand zwischen Gehäuse und Läufer der Druck in den Nuten zunimmt. Solches hat zur Folge, dass der Läufer steti in seine mittige Lage zurückgeschickt wird. Auf diese in konstruktiver Hinsicht sehr einfache Art und Weise ist mithin eine Viskositätspumpe mit stabiler Lage des Läufers und dadurch stets der gleichen hohen Dosiergenauigkeit erzielt. Die für eine zylindrische Ausführung einer Viskositätspumpe erläuterte Anordnung kann mit den gleichen Vorteilen bei konischen und scheibenförmigen Ausführungen dieser Art von Pumpen angewendet werden.

In Fig. 4 ist eine doppeltwirkende scheibenförmige Pumpe dargestellt, wobei mit der Bezugsziffer 41 ein scheibenförmiger Läufer be-

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zeichnet ist, der mit einer Antriebsachse 42 versehen ist. Der Läufer 41 ist von den Gehäuseteilen 43 und 44 umgehen* Die dem Läufer 41 zugekehrten Flächen der Gehäuseteile 43 und 44 sind jeweils mit einem Muster flacher Pumpnuten 45 bzw. 46 \^rersehen, die eich einerseits an die Flüssigkeitszufuhrkammer 47 bzw. 48 und andererseits an einen gemeinsamen Flüssigkeitssannnelkänal 49 anschliessen, der sich an eine Flüssigkeitsabfuhr 50 anschliesst. Die Flüssigkeitszufuhrkammern 47 und 48 sind durch Kanäle 51 in Läufer 41 Miteinander verbunden, wahrend sich die Kammer 48 an einen Flüssig keitszufuhrkanal 52 anschliesst.

Bei jeder der Ketten 45» 46 ist der sich an den Sannnelkanal 49 anschliessende Teil 53 flacher ausgeführt als der übrige Teil der Hut. Solches geht deutlich aus Fig. 5 hervor, in der der Läufer 41 und der Gehäuseteil 43 noch einmal perspektivisch dargestellt sind. Der Gehäuseteil 44 ist der Deutlichkeit halber weggelassen. Es ist hier deutlich zu sehen, wie der Teil 53 jeder Hut in Richtung des Sammelkanals allmählich flacher

«« / wird. Obwohl hier ein allmählicher "Übergang vom Teil 53 zum lHbrigen Teil

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der Nut gewählt wurde, kann auch ein plötzlicher Übergang angewendet werden.

Da der Druck in den Zufuhrkammern 4? und 48 einerseits und im Sammeikanal 49 andererseits für alle Nuten gleich ist, könnte, vorausgesetzt, dass die flachen Teile 53 nicht vorhanden sind, der Jruekverlauf unabhängig "von dei Lage des Läufers 4I in bezug auf die GeMmsewände i.n allen Nuten der gleiche sein. Dies bedeutet, dass die auf den Läufer in axialer Richtung ausgeübten Kräfte jeweils gleich sind, so dass keine stabilisierende Virkung, d.h, ein automatisches Aufsuchen der wattigen Lage des LUu.fers in bezug auf das Gehäuse, auftritt. Bei grosser Abweicht;::*: von der r.'ittigen Lage des Läufers beeinflussen quadratische Einflüsse die Dosi ergenau j giiGit der Pumpe. TJia dies zu verhindern, sind die flachen Teile

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53 vorgesehen. Diese sorgen nämlich dafür, dass bei enger werdendem Spiel zwischen einer Seite des Läufers und dem damit zusammenwirkenden Gehäuseteil der Druck an jener Seite ansteigt, während er an der anderen Läuferseite durch Zunahne des Spiels sinkt. Auf diese Weise entsteht eine axiale Kraft auf den Läufer, die diesen in die mittige Lage zurückschickt, so dass lediglich durch Anbringen der flachen Teile 53 eine flache Viskositätspumpe nit einer stabilen mittigen Lage des Läufers erzielt ist. Auch ein etwaiges Kippen des Läufers wird hierdurch vermieden.

Obwohl in Fig. 4 als Beispiel eine scheibenförmige, flache Viskositätspumpe dargestellt ist, dürfte einleuchten, dass andere Ausführungsformen ebenfalls möglich sind.

Zur Veranschaulichung ist in Fig. 6 eine konische ^riskositätspumpe· nach dem gleichen Grundsatz schematisch dargestellt. Die Einzelteile sind dabei mit denselben I3ozugszi ffern wie bei der Pumpe nach Fig. L versehen. Ein Unterschied ist nun, dass sich die Flüssigkeitszufuhr 52 an nur eine Zufuhrkamraer /\B anschliesst, während an der anderen Seite jedes Hutenmuster 45 bzw. 46 ein Sammelkanal 49 mit einer sich daran anschliesser den Flüssigkeitsabfuhr 50 vorhanden ist. Jed3 der Nuten 45 bzw. 46 ist an der Seite des betreffenden Sammelkanals 49 wieder mit einem flacheren Teil 53 versehen, so dass wiederum eine stabilisierende Wirkung des Läufers 41 ■erzielt ist, der sich daher stets in seiner mittigen Lage befinden wird.

In Fig. 7 ist schlie3slich eine Viskositätspumpe von

gleichen scheibenförmigen Typ wie in Fig. 4 dargestellt. Für sich entsprechende Einzelteile werden dieselben Ziffern benutzt. Der einzige Unterschied zur Konstruktion nach Fig. 4 besteht darin, dass das llurior von Nuten 45 nun auf einem ifonstruktionsteil 55 angebracht ist, das über eine Membran 56 11.it dem Gehäuseteil 43 verbunden ist. Unter der Membran 56 be-

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findet sich eine Kammer 571 in der eine Flüssigkeit mit regelbarem Druck vorhanden ist. Dazu ist der Raum 57 über einen Kanal 58 mit einer nicht ^dargestellten druckliefernden Regelanordnung verbunden. Mit der Flüssigkeit im Raum 57 kann nun die Lage des Konstriiktionsteils 55 eingestellt werden, wobei eine Änderung des Spiels zwischen Läufer 41 und den Nuten-

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mustern 45 und 46 auftritt. Diese Änderung bringt eine Druckänderung mit sich und zwar derart, dass der durch die Flüssigkeit in der Pumpe auf das Konstruktionsteil 55 ausgeübte Druck gleich ist, und dass er entgegengesetzt dem Druck ist, der durch die Flüssigkeit im Raum 57 auf dieses Teil ausgeübt wird. Auf diese Weise ist mithin mit in konstruktiver Hinsicht sehr einfachen Mitteln eine "Viskositätspumpe erzielt, bei der Flüssigkeit bei einem bestimmten erwünschten Druck dosiert-werden kann.

Obwohl in diesem Fall die Bezugskraft auf das Konstruktionsteil 55 hydraulisch erhalten wird, kann sie gegebenenfalls auch mechanisch, beispielsweise mit Federkraft, pneumatinch usji. bewirkt werden.

In Fig. 8 ist schematisch dargestellt, wie sich der Regelgrundsatz nach Fig. 7 auch für eine einseitig wirkende Pumpe anwenden lässt. Der konisch ausgeführte Läufer 81 ist dabei im Gehäuse 82 aufgenommen, welches Gehäuse auf einer Feder 83 angeordnet ist, deren Federkraft mit Hilfe einer Stellschraube 84 eingestellt werden kann. Die zu pumpende Flüssigkeit wird an der Oberseite 85 zugeführt und durch die Nuten 86 zum Raum 87 und von dort aus zur Abfuhr 88 transportiert..Die Nuten 86 sind an ihrer sich an den Raum 87 anschliessenden Seite wieder mit einem flacheren Teil versehen. In der zum Raum 87 gepumpten Flüssigkeit stellt sich ein derartiger Druck ein, .dass ein Kräftegleichgewicht mit der Federkraft 03 erreicht ist. Durch Einstellung der Federkraft 83 mit Hilfe der Stellschraube 84 kann der erwünschte Flüssigkeitsdruck eingestellt werden,

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und es wird einleuchten, dass dazu ein bestimmter Abstand zwischen Läufer 81 und Gehäuse 82 gehört. V/ird der Druck im Raum 87 höher als der Federkraft 03 entspricht, so werden Gehäuse und Läufer etwas auseinander gedrückt, wodurch der Abstand zwischen den zusammenwirkenden Flächen grosser wird. Hierdurch nimmt das innere Weglecken zu, und der Druck sinkt, bis der erwünschte Druck erreicht ist.

Es dürfte einleuchten, dass die Feder 83 unter Umständen

durch eine hydraulische oder pneumatische Kraft ersetzt werden kann. Auch ist es möglich, die Kraft statt auf das Gehäuse auf den Läufer auszuüben, obwohl dies in konstruktiver Hinsicht Probleme ergibt.

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Claims

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PATE N Τ ANSPRÜCHE g

(1. ) Viskositätspumpe zum Dosieren von kleinen Flüssigkeitsmengen, mit einem Läufer, der mit einer Antriebsachse und mit einem den Läufer umgebenden Gehäuse versehen ist, wobei die einander zugekehrten Oberflächen des Läufers oder des Gehäuses mit wenigstens einem Muster flacher Pumpnuten versehen sind, die sich einerseits an eine Flüssigkeitszufuhr und andererseits an eine Flüssigkeitsabfuhr anschliesse.n, dadurch

ΐ gekennzeichnet, dass von jeder der Pumpnuten der sich an die Abfuhr anschliessende Teil flacher ist als der übrige Teil der l?ut.
2. Viskositätspumpe nach Anspruch 1, bei der der Läufer mit einer Fläche versehen ist, die einen Winkel zur Läuferachse bildet und bei der das Gehäuse mit einer damit zusammenwirkenden Fläche versehen ".LSt₉ und eine dieser beiden Flächen mit einem Nutemnuster versehen ist, dadurch ge= kennzeichnet, dass der Läufer und das Gehäuse in axialer Richtung :'.n bezug aufeinander verschiebbar sind, und dass Mittel vorhanden sind, um auf den Läufer oder das Gehäuse eine dem Flüssigkeitsdruck entgegengesetzte, ge-

gebenenfalls regelbare Regelkraft auszuüben.
3. Viskositätspumpe nach Anspruch 1, die doppeltwirkend aufgeführt ist, wobei der Läufer zwei Flächen aufweist, die einen Winkel zur Läuferachse bilden, und wobei das GehäiiRe mit zwei damit zusammenwirkenden Flächen versehen ist, wobei jede dieser beiden Flächen des Läufers eier des Gehäuses mit einem Nuteniüuster versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse derart ausgeführt ist, dass die betreffenden beiden Fläche in axialer Richtung in bezug aufeinandei' verschiebbar sind.
4. Viskositätspumpe nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, dass eine der beiden genannten Flüchen einen Teil eines Konstruktionsteil bilnot, das über eine flexible Membran mit den Gehäuse verbunden js*.. wobei Kittel vorhanden sind, cie cine-n j.'ruol: auf diese j->nibran ausüben.

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