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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Dosierpumpe für flüssige Produkte
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Für die Feindosierung
von flüssigen
Produkten sind insbesondere zwei Vorrichtungsarten bekannt, die
motorisierte Zahnradpumpe und der Durchflussmesser mit Durchflussregler.
Diese beiden Vorrichtungsarten weisen Probleme auf, insbesondere
wenn es erforderlich ist, das zu dosierende flüssige Produkt so schnell wie
möglich
zu wechseln, wie beispielsweise in robotisierten Lackierungsanlagen von
Fahrzeugkarosserien. Wenn nämlich
das zu dosierende Produkt rasch gewechselt werden muss, ist es notwendig,
dass die Dosiervorrichtung rasch und einfach gespült werden
kann, so dass bei der Dosierung eines bestimmten Produkts kein Partikel
des vorherigen Produkts in der Dosiervorrichtung verbleibt. Die
beiden bekannten Vorrichtungsarten weisen Spülungsprobleme auf, und zwar
wegen der schwierigen Zugänge
für das
Spül- oder
Reinigungsprodukt, oder aufgrund von Störräumen, in denen sich das zu
entfernende Produkt in Form eines Films oder einer Anhäufung sammeln
kann. Andererseits führt
eine nicht optimierte Spülung
zu einer Erhöhung des
Produktverbrauchs sowie zu einer Verlängerung der für eine annehmbare
Spülung
erforderlichen Zeit.
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Im
allgemeinen geht man davon aus, dass die Zahnradpumpe die zuverlässigste
und präziseste Dosiervorrichtung
darstellt, sie jedoch ebenfalls die am schwierigsten ordnungsgemäß zu spülende Dosiervorrichtung
ist. Eine Zahnradpumpe der hier betrachteten Art umfasst mindestens
ein antreibendes Zahnrad und ein angetriebenes Zahnrad, wobei die besagten
Zahnräder
jeweils von einer auf im Körper der
Pumpe angeordneten Lagern montierten Welle getragen werden. Diese
Lager verursachen Störräume, die
schwierig zu spülen
sind und aufgelöstes, kristallisiertes
oder verhärtetes
Pumpprodukt zurückhalten
können.
Eine Möglichkeit,
diese Störräume zu vermeiden,
besteht darin, auf jedem Lager Dichtungen anzuordnen, d.h. mindestens
vier Dichtungen je Pumpe. Diese Dichtungen sind teuer, im allgemeinen wartungsbedürftig und
können
stets lecken.
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Die
Unterlage
JP-04041984 beschreibt
eine Zahnradpumpe, bei der die beiden Zahnräder über die äußere Umfangsfläche der
Zähne geführt werden,
wobei sie auf einer internen Umfangsfläche der Pumpenkammer reibend
gleiten. Wenn die oben genannten Probleme auch teilweise durch das
Entfernen der Tragwellen der Zahnräder beseitigt werden, so wird
die Drehung des antreibenden Zahnrads dieser Vorrichtung von einer
fest daran befestigten Welle angetrieben. Dies hat insbesondere
den Nachteil, dass das antreibende Zahnrad seitlich positioniert werden
muss, was eine Verbreiterung des Pumpenraums erforderlich macht, wodurch
zusätzliche
seitliche Störräume entstehen,
die schwierig zu spülen sind.
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Das
Patent
FR 2.163.935 beschreibt
eine Zahnradpumpe, deren antreibendes Zahnrad von einer Antriebswelle
angetrieben wird, die so befestigt ist, dass sie ihm nur ein Drehmoment überträgt, wobei
das angetriebene Zahnrad keine Tragachse umfasst. Die Antriebswelle
dieser Pumpe umfasst keine Dichtung, wobei die Dichtheit von einem
Film der gepumpten Flüssigkeit
gewährleistet
wird. Eine derartige Anordnung erleichtert das Spülen der
Pumpe nicht und macht ihre Benutzung demnach im Fall von häufigen Wechseln
der gepumpten Flüssigkeit schwierig.
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Die
in der Unterlage
DE 14.03.912 beschriebene
Dichtung kann in keinem Fall für
eine Pumpe geeignet sein, wie sie hier bereit gestellt wird, da
sie für
eine Pumpe geeignet ist, deren angetriebenes Zahnrad fest an der
Antriebswelle befestigt ist, wobei sie zwischen zwei Traglagern
der Antriebswelle angeordnet ist.
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Eine
erste Aufgabe der Erfindung ist demnach, eine in Bezug auf die bekannten
Dosierpumpen verbesserte Dosierpumpe für flüssige Produkte bereit zu stellen.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung ist, eine Dosierpumpe bereit zu stellen,
deren Spülbarkeit
in Bezug auf bekannte Pumpen deutlich verbessert ist.
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Noch
eine weitere Aufgabe ist, eine Dosierpumpe bereit zu stellen, die
ein Flüssigkeitsvolumen präzise dosieren
kann.
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Diese
verschiedenen Aufgaben werden mit einer Dosierpumpe für flüssige Produkte
gelöst,
die die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Merkmale
besitzt. Varianten und besondere Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
einer Dosierpumpe für
flüssige
Produkte ist nachfolgend beschrieben, wobei diese Beschreibung in
Bezug auf die beigefügte
Zeichnung erfolgt, deren Figuren zeigen:
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1 eine Seitenansicht nach
einem ersten Schnitt einer erfindungsgemäßen Dosierpumpe für flüssige Produkte,
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2 die gleiche Pumpe nach
einem Schnitt in einer senkrecht zur Schnittebene der vorherigen Figur
verlaufenden Ebene,
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3 eine schematische Darstellung
des Bestandteile einer Dosierpumpe.
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1 zeigt, dass der Körper 1 der
Pumpe eine Bodenplatte 10, eine Zwischenplatte 11 und
eine Vorderplatte 12 umfasst, wobei diese drei Platten
hier eine im wesentlichen viereckige Außenform ähnlicher Abmessungen aufweisen
und übereinander
liegen, wie aus der Figur ersichtlich. Bei 13 schematisierte
Befestigungsmittel halten diese drei Platten zusammen. Eine nicht
in der Figur dargestellte Dichtung gewährleistet die Dichtheit der
mit diesen drei Platten in Kontakt stehenden Flächen.
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Die
Zwischenplatte 11, in Elevationsansicht in 2, besteht im wesentlichen aus einer
bei dieser Ausführungsform
viereckigen Platte mit einer Kammer 110, bestehend aus
mindestens zwei Flügeln,
die jeweils ein Zahnrad 30, 31 eines Zahnradsatzes 3 aufnehmen
können.
Wie aus 1 ersichtlich,
durchquert die Kammer 110 bei der dargestellten Ausführungsform
der Pumpe die Zwischenplatte 11 komplett. Die Zwischenplatte 11 umfasst
ferner einen in die Kammer 110 mündenden Flüssigkeitseintrittskanal 111 sowie
einen aus der besagten Kammer herausführenden Flüssigkeitsaustrittskanal 112.
Die Öffnungen
der beiden Kanäle
können
jeweils an einer Seitenwand der Zwischenplatte 11 angeordnet sein,
wie hier dargestellt, oder die Kanäle 111 und/oder 112 können sich
bis in die Bodenplatte 10 oder die Vorderplatte 12 verlängern, wobei
ihre Öffnungen
an einer Außenseite
diese Platten angeordnet sind.
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Die
Pumpe umfasst ferner einen Zahnradsatz 3 mit einem antreibenden
Zahnrad 30 und mindestens einem angetriebenen Zahnrad 31 sowie
Antriebsmittel 4 und Dichtungsmittel 5.
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Das
Antriebsmittel 4 umfasst ein nicht in dieser Figur dargestelltes
motorisiertes Mittel, das mit einer Antriebswelle 40 endet,
die ein in der Vorderplatte 12 vorgesehenes Lager 120 durchläuft. Das
Lager 120 kann wie hier dargestellt ein Gleitlager oder
ein Wälzlager
sein. Das Ende 41 der Welle 40 ist so ausgebildet,
dass es in eine Aufnahme 300 des Zahnrads entsprechender
Form eingeführt
werden kann, um die Drehung des besagten Zahnrads anzutreiben. In
dem hier dargestellten Fall weisen das Ende 41 und die
Aufnahme 300 beide eine Sechskantform auf, aber jede andere, einen
Rotationsantrieb ermöglichende
Form könnte
ebenfalls geeignet sein.
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In
der Figur sieht man, dass die Zahnräder 30 und 31 von
keiner Welle getragen werden, sondern nur von der äußeren, in
gleitendem Kontakt auf dem inneren Umfang der Flügel der Kammer 110 stehenden
Umfangsfläche
der Zähne
drehbar geführt sind.
Die Schmierung der sich die eine in Bezug auf die andere bewegenden
Flächen
wird durch das Pumpprodukt gewährleistet.
Die über
ihr Ende 41 mit dem antreibenden Zahnrad 30 nicht
fest verbundene Welle 40 dient nur zum Antrieb des besagten
Zahnrads, ohne eine Träger-
oder Führungsfunktion
zu erfüllen.
Die Welle 40 bzw. ihr Ende 41 können demnach
nur ein Drehmoment an das antreibende Zahnrad 30 übertragen,
ausschließlich
jeder anderen Kraft nach jeder beliebigen Richtung. Da die Zahnräder 30 und 31 nicht
mehr seitlich von einer Welle geführt werden, können sie
sich unter der Wirkung des auf ihre Seitenflächen ausgeübten Drucks des Pumpprodukts
seitlich positionieren. So erhält
man demnach auf jeder Seite eines jedes Zahnrads einen möglichst kleinen
Seitenraum, vorausgesetzt, dass man über einen Strahl des unter
Druck stehenden Produkts verfügt,
der die seitliche Zentrierung des Zahnrads in seinem Flügel gewährleistet.
Damit werden die Hohlräume
deutlich reduziert, die man zwischen zwei zu pumpenden Produkten
spülen
müsste,
und man braucht nur eine einzige Dichtung 5 auf die Welle 40 zu
montieren.
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Die
Dichtung 5 kann in bekannter Weise aus Füllungen,
Lippendichtungen oder, wie hier dargestellt, aus einer mechanischen
Dichtung bestehen. In Bezug auf die anderen bekannten Dichtungsarten hat
die mechanische Dichtung den Vorteil, die geringste Rotationsreibungskraft
zu bieten. Vorzugsweise wählt
man demnach eine mechanische Dichtung, mit einem frei um die Welle 40 herum
montierten Dichtring 50, der sich axial in eine im Lager 120 vorgesehene
Aufnahme 121 versetzen kann, wobei er von einem elastischen
Mittel, beispielsweise einer Feder 51, gegen die Vorderseite
des Zahnrads 30 gedrückt
wird, um mechanisch die Dichtheit zwischen der Kammer 110 und
der Welle 40 zu gewährleisten. Ein
O-Ring 52 gewährleistet
die statische Dichtheit an der Rückseite
des Dichtrings 50. Nicht in der Figur dargestellte Mittel
ermöglichen,
die Rotation des Dichtrings zu verhindern. Der hier beschriebene
Aufbau der Dichtung 5 ermöglicht, die Dichtheitsbarriere in
Bezug auf die bekannten Aufbauten so nah wie möglich des Endes 41 der
Welle 40 herzustellen, was einen wesentlichen Beitrag zur
Verringerung der Hohlräume
leistet, die man zwischen zwei Pumpprodukten spülen müsste. Es wurde bereits erwähnt, dass
das Zahnrad 30 durch das Gleichgewicht der auf seine Seitenflächen ausgeübten Drücke seitlich positioniert
ist. Da die Oberfläche
der wie beschrieben mit der Welle 40 verbundenen Seitenfläche des Zahnrads 30 kleiner
ist als die gegenüberliegende Seitenfläche, würde das
Zahnrad 30 dazu neigen, gegen die Innenfläche der
Vorderplatte 12 gedrückt zu
werden. Die elastischen Mittel 51 müssen demnach so bemessen sein,
dass sie eine axiale Kraft ausüben,
um die Differenz der auf die beiden gegenüberliegenden Flächen des
Zahnrads 30 ausgeübten Kräfte zu kompensieren.
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Als
Option wird die oben beschriebene Dichtung 5 durch eine
Versorgung 53 mit einer Sperrflüssigkeit aus einem externen
Reservoir 54 ergänzt.
Die Sperrflüssigkeit
füllt den
auf der Seite des O-Rings 52 angeordneten Abschnitt der
Aufnahme 121, die sich gegenüber derjenigen befindet, die
von der Pumpflüssigkeit
umspült
wird, und übt
somit einen Gegendruck auf diesen Dichtring aus, um seine Dichtung
zu verbessern. Ein Leck der Sperrflüssigkeit in Richtung der Kammer 110 oder
der Pumpflüssigkeit durch
den Dichtring 52 führt
zu einer Schwankung des Füllstands
der Sperrflüssigkeit
im Reservoir 54. Durch Überwachung
dieses Füllstands
ist es demnach möglich,
ein Flüssigkeitsleck
an der Dichtung in der einen oder anderen Richtung festzustellen.
Das Vorhandensein einer Sperrflüssigkeit
in den hohlen Teilen der Aufnahme 121 verhindert ferner
eine Kondensation und Kristallisation der Pumpflüssigkeit in diesen hohlen Teilen.
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Die
oben beschriebene Zahnrad-Dosierpumpe ist demnach optimiert, um
ihre Spülbarkeit
wesentlich zu verbessern, indem die zwischen zwei verschiedenen
zu pumpenden Produkten zu spülenden Hohlräume beseitigt
werden, wodurch Produkt eingespart und die Spülzeit verkürzt werden kann. Der vereinfachte
Aufbau der Pumpe, der die Anzahl ihrer Bestandteile verringert und
nur das Vorhandensein einer einzigen Dichtung erfordert, reduziert
um so mehr die Produktionskosten sowie das Leckrisiko und erhöht ihre
Zuverlässigkeit.
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Die
obige Pumpe kann vorteilhaft zum Dosieren eines zu pumpenden Produkts
verwendet werden, wobei das Volumen des gepumpten Produkts im wesentlichen
proportional zur Anzahl der Umdrehungen der Zahnräder 30 oder 31 ist.
Durch Regelung dieser Umdrehungsanzahl ist es demnach möglich, eine
Präzisions-Dosierpumpe
zu erhalten. Eine derartige Pumpe ist schematisch in 3 dargestellt.
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In
dieser Figur erkennt man den Pumpenkörper 1 mit dem antreibenden
Zahnrad 30, das wie zuvor beschrieben von der Welle 40 angetrieben
wird. Das andere Ende der Welle 40 wird von einem Motor 41 angetrieben,
vorzugsweise von einem Elektromotor, der jedoch ebenfalls ein Pneumatik-
oder Hydraulikmotor oder ein Motor eines beliebigen bekannten Typs
sein kann und geeignet ist, die Welle 40 anzutreiben. Auf
der Welle 40 kann zwischen dem Motor 41 und der
Pumpe ein Getriebe 42 angeordnet sein. Die Drehzahl der
Zahnräder 30 und 31 der
Pumpe, bzw. das gepumpte Flüssigkeitsvolumen,
ist demnach gleich oder proportional zur Anzahl der Umdrehungen
der Welle 40 und des Motors 41. Ein Codierer 43,
der diese Anzahl Umdrehungen messen kann, kann demnach ein Steuersignal
an eine Steuereinheit 44 senden, beispielsweise eine elektronische Einheit,
die einen programmierten Mikroprozessor enthält oder nicht, die dieses Signal
aufzeichnen und das Pumpverfahren regeln kann, beispielsweise durch
Abschalten der Versorgung des Motors 41, wenn die gewünschte Produktmenge
gepumpt wurde. Der Codierer kann am Wellenende auf dem Motor 41 angeordnet
sein, wie dies durch den Codierer 43 in Position A schematisiert
ist, oder auf der Welle 40 vor oder hinter dem eventuellen
Getriebe 42, wie dies durch die Positionen B und C schematisiert
ist, oder in der Pumpe selbst, wie dies durch die Position D schematisiert
ist. Der Codierer 43 ist von einem beliebigen bekannten
Typ, optisch, induktiv, kapazitiv oder dergleichen, der die Anzahl
der Umdrehungen des Motors 41, der Welle 40 oder
eines Zahnrads 30 oder 31 je nach der Position
A, B, C oder D, in der er sich befindet, messen kann.
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Der
Aufbau der Dosierpumpe kann kompakt sein, wobei der Motor 41 unmittelbar
am Pumpenkörper 1 sitzt,
oder er kann etwas verstreuter sein, wobei die Welle 40 dann
aus einer flexiblen Antriebswelle besteht. Eine derartige Pumpe
ist vorteilhaft einem robotisierten Lackierarm zugeordnet, beispielsweise zum
Lackieren von Fahrzeugkarosserien, wobei die Pumpe sowie ihr Antriebsmotor
in dem mobilen Teil des robotisierten Arms angeordnet sind, oder,
um die sich bewegenden Massen auf ein Minimum zu reduzieren, kann
der Motor 41 in einem Sockelteil des robotisierten Arms
angeordnet sein, während
der Pumpenkörper
im mobilen Ende des Arms untergebracht ist, wobei die beiden Elemente über eine
flexible Welle 40 verbunden sind. Ein verstreuter Aufbau
mit einer flexiblen oder starren Antriebswelle 40 ermöglicht ebenfalls,
eine Anti-Explosions-Pumpe zu erhalten, wobei der Motor 41,
der einen Funken erzeugen kann, vom Pumpenkörper 1 entfernt sein
kann, der sich in einer explosiven Atmosphäre befinden könnte.
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Bei
jeder möglichen
Anwendung einer derartigen Dosierpumpe wird der Einbau oder nicht
eines Getriebes 42 sowie die Positionierung des Codierers 43 in
einer beliebigen oben beschriebenen Position je nach der betrachteten
Anwendung festgelegt.
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Der
beschriebene modulare Aufbau ermöglicht
demnach die Verwendung einer derartigen Dosierpumpe in zahlreichen
Anwendungen, Lackieren, Dosieren von chemischen und pharmazeutischen Produkten,
Nahrungsmitteln oder dergleichen.
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Die
Bestandteile des Pumpenkörpers 1 sowie
die Zahnräder 3 und
die Dichtung 5 bestehen aus Materialen, die im wesentlichen
mit den gepumpten Produkten kompatibel sind, wobei diese Materialien Metalle
oder Legierungen, beispielsweise rostfreier Stahl, synthetische
oder keramische Materialien sein können, wobei diese Materialien
mit einer Schutzschicht beschichtet werden können oder nicht. Es ist nicht
erforderlich, dass die verschiedenen Bestandteile der Pumpe aus
dem gleichen Material bestehen.
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Für den Aufbau
einer erfindungsgemäßen Zahnrad-Dosierpumpe können verschiedene
Ausführungsvarianten
in Betracht gezogen werden. Gemäß der obigen
Beschreibung umfasst die Pumpe ein antreibendes Zahnrad und ein
angetriebenes Zahnrad; sie könnte
ebenfalls eine Mehrzahl angetriebener Zahnräder aufweisen, die am Umfang
eines antreibenden Zahnrads angeordnet sind. Die Kammer des Pumpenkörpers umfasst
dann die erforderliche Anzahl Flügel,
um jedes Zahnrad aufzunehmen. Gemäß der obigen Beschreibung besteht
der Pumpenkörper
aus drei zusammengefügten
Platten, um zwar um die Bearbeitung der Kammer 110 der
Zwischenplatte zu vereinfachen. Es wäre ebenfalls möglich, dass
die Zwischenplatte 11 aus einem einzigen Teil besteht mit
entweder der Bodenplatte 10 oder der Vorderplatte 12.
Der Pumpenkörper 1 wurde
ebenfalls als viereckig beschrieben, könnte jedoch jede beliebige
Form aufweisen, die eine Pumpenkammer wie beschrieben aufnehmen
kann. Andererseits wurde beschrieben, dass die Dosierpumpe insbesondere
einen Elektromotor und einen Codierer umfasst. Diese beiden Elemente
könnten
durch einen Schrittmotor ersetzt werden, wobei die Anzahl durchzuführender
Schritte durch das zu pumpende Produktvolumen bestimmt wird.