FÖRDEREINRICHTUNG ZUR ABGABE EINES FLUIDS AN EINE FLUIDLEITUNG CONVEYOR DEVICE FOR DELIVERING A FLUID TO A FLUID PIPE
Die Erfindung betrifft eine Fördereinrichtung, mit einem in einem Pumpenraum mittels einer Betätigungseinrichtung verfahrbaren Förderkolben, der in einer Förderrichtung Fluid aus einer Fluidleitung in druckmindernder Weise entnimmt und in einer weiteren, vorzugsweise gegenläufigen Förderrich- 5 tung Fluid an eine weitere Fluidleitung in druckerhöhender Weise abgibt. The invention relates to a conveyor, with a movable in a pump chamber by means of an actuator delivery piston which removes fluid in a conveying direction of a fluid line in a pressure-reducing manner and in a further, preferably opposing Förderrich- 5 device delivers fluid to another fluid line in a pressure-increasing manner.
Fördereinrichtungen dieser Gattung sind Stand der Technik und kommen auf den verschiedensten Gebieten für die hydrostatische Förderung von Flüssigkeiten zum Einsatz. Als Kolbenförderpumpen, die mittels Hubmagne-Conveyors of this type are state of the art and are used in the most diverse fields for the hydrostatic conveyance of liquids. As piston feed pumps, which are operated by means of
10 ten betätigbar sind, kommen derartige Fördereinrichtungen vielfach bei 10 th are actuated, such conveyors come in many cases
elektrisch gesteuerten Betriebssystemen zum Einsatz. In derartigen Anwendungsfällen sind an das Betriebsverhalten hohe Anforderungen zu stellen, insbesondere hinsichtlich der Toleranzen des Förderdruckes, des schnellen Ansprechverhaltens bei hoher Wiederholgenauigkeit und ohne Hysterese electrically controlled operating systems are used. In such applications, high demands are to be placed on the operating behavior, in particular with regard to the tolerances of the delivery pressure, the fast response with high repeatability and without hysteresis
1 5 bei periodischem Betrieb. 1 5 during periodic operation.
Im Hinblick auf diese Problematik stellt sich die Erfindung die Aufgabe, eine Fördereinrichtung der besagten Gattung zur Verfügung zu stellen, die sich durch ein besonders günstiges Betriebsverhalten auszeichnet.In view of this problem, the invention has the object to provide a conveyor of said genus available, which is characterized by a particularly favorable performance.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäße durch eine Fördereinrichtung gelöst, die die Merkmale des Patentanspruchs 1 in seiner Gesamtheit aufweist.
Demgemäß besteht eine wesentliche Besonderheit der Erfindung darin, dass in die dem Pumpenraum zugeordneten jeweiligen Fluidleitungen eine Ventileinrichtung eingebracht ist, die beim druckmindernden Entnahmevorgang in der einen Förderrichtung öffnet und in der weiteren Förderrichtung sperrt und im umgekehrten Fall in der einen Förderrichtung sperrt und in der weiteren Förderrichtung öffnet. Ohne Hysterese ist dadurch eine hohe Ansprechpräzision und Wiederholgenauigkeit erreichbar. This object is achieved by a conveyor according to the invention, having the features of claim 1 in its entirety. Accordingly, a significant feature of the invention resides in the fact that a valve device is introduced into the respective fluid lines associated with the pump chamber, which opens in the one conveying direction during the pressure-reducing removal operation and blocks in the further conveying direction and in the reverse case blocks in one conveying direction and in the other Conveying direction opens. Without hysteresis a high response precision and repeat accuracy can be achieved.
Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen ist die jeweilige Ventileinrichtung aus Rückschlagventilen gebildet, deren Öffnungsrichtungen gemeinsam in eine vorgesehene Fluid-Fördereinrichtung in der zugeordneten Fluidleitung weisen. In preferred exemplary embodiments, the respective valve device is formed by check valves whose opening directions point together into a provided fluid delivery device in the associated fluid line.
In besonders vorteilhafter Weise ist die Anordnung so getroffen, dass die jeweiligen Fluidleitungen, gerechnet vom Pumpenraum zu dem jeweils zuordenbaren Rückschlagventil, ein- und dieselbe Leitungsstrecke mit demselben Durchströmungsquerschnitt aufweisen. Dadurch lässt sich eine besonders hohe Wiederholgenauigkeit ohne Hysterese erreichen. Vorteilhafterweise ist hierbei der freie Querschnitt des Pumpenraums gleich oder kleiner als der freie Querschnitt der jeweils angeschlossenen Leitungsstrecke, bezogen auf diesen Anschlussbereich. Eine solche Angleichung der Querschnittsgrößen ist insbesondere bei geringen Förderströmen und hohem Förderdruck im Hinblick auf die Wiederholgenauigkeit vorteilhaft. In a particularly advantageous manner, the arrangement is such that the respective fluid lines, calculated from the pump chamber to the respectively assignable check valve, one and the same line section having the same flow cross-section. As a result, a particularly high repeat accuracy can be achieved without hysteresis. Advantageously, in this case the free cross section of the pump chamber is equal to or smaller than the free cross section of each connected line section, based on this connection area. Such an approximation of the cross-sectional sizes is particularly advantageous at low flow rates and high delivery pressure in terms of repeatability.
In besonders vorteilhafter Weise kann die Anordnung so getroffen sein, dass die jeweilige Fluidleitung Bestandteil eines gemeinsamen Fluid- Förderstranges ist, in den der Pumpenraum mit seinem integrierten Förderkolben geschaltet ist.
Für hohe Wiederholgenauigkeit bei periodischem Betrieb und kleinen Förderströmen weist der Förderkolben einen nadelartigen Fortsatz auf, wobei der nadelartige Fortsatz als Verdrängerelement in den Pumpenraum eingreift, in den an seinem freien Ende die jeweiligen Fluidleitungen einmün- den. In a particularly advantageous manner, the arrangement can be made such that the respective fluid line is part of a common fluid conveyor line, in which the pump chamber is connected with its integrated delivery piston. For high repeatability during periodic operation and small flow rates, the delivery piston has a needle-like extension, wherein the needle-like extension engages as a displacement element in the pump chamber, in which the respective fluid lines einmün- at its free end.
In besonders vorteilhafter Weise ist die Betätigungseinrichtung aus einem bestrombaren Betätigungsmagneten gebildet, der in seinem einen stromlosen oder anderen bestromten Betätigungszustand den Förderkolben in seine druckmindernde bzw. druckerhöhende Verfahrstellung verbringt. In a particularly advantageous manner, the actuating device is formed from an energizable actuating magnet which spends the delivery piston in its pressure-reducing or pressure-increasing travel position in its one currentless or other energized operating state.
Bei besonders vorteilhaften Ausführungsbeispielen der Erfindung ist die zumindest aus dem Förderkolben und dem Pumpenraum bestehende Kolbenförderpumpe derart mit einer Druckbegrenzungseinrichtung versehen, dass bei einer ungewollten Druckerhöhung im Fluid-Förderstrang der Druck innerhalb des Pumpenraums auf einen vorgebbaren maximalen Druckwert begrenzt ist. Durch die in die Kolbenpumpe integrierte Druckbegrenzereinrichtung entfällt die Notwendigkeit, anderweitige Druckbegrenzungseinrichtungen, wie Druckbegrenzungsventile, vorzusehen. Des Weiteren sind die Nachteile vermieden, die sich beim Versuch, die Drucklimitierung durch Ausnutzung der Hub-Kraft-Kennlinie der magnetischen Betätigungseinrichtung vorzunehmen. Wegen der möglichen Abweichungen der bestimmungsgemäßen elektrischen Energieversorgung ergeben sich hierbei Nachteile hinsichtlich Ansprechpräzision, Hysterese und Wiederholgenau- igkeit. In particularly advantageous embodiments of the invention, the at least from the delivery piston and the pump chamber existing piston delivery pump is provided with a pressure limiting device that is limited at an unintentional pressure increase in the fluid delivery line, the pressure within the pump chamber to a predetermined maximum pressure value. By integrated into the piston pump pressure relief device eliminates the need to provide other pressure relief devices, such as pressure relief valves. Furthermore, the disadvantages are avoided when trying to make the pressure limitation by utilizing the stroke-force characteristic of the magnetic actuator. Because of the possible deviations of the intended electrical power supply, this results in disadvantages with regard to response precision, hysteresis and repeatability.
In besonders vorteilhafter Weise kann zur Bildung der Druckbegrenzungseinrichtung der Förderkolben unter Mitwirkung eines Energiespeichers, insbesondere in Form einer Druckfeder, in einen das Aufnahmevolumen des Pumpenraums vergrößernden Rückstellbereich bei entsprechend anstehendem Fluiddruck im Fluid-Förderstrang verfahrbar sein.
Bei besonders vorteilhaften Ausführungsbeispielen ist die Anordnung hierbei so getroffen, dass auf den Förderkolben ein weiterer Energiespeicher, insbesondere in Form einer weiteren Druckfeder, permanent einwirkt, die den Förderkolben in einen das Volumen des Pumpenraums verkleinernden Zustellbereich zu verfahren sucht. Dadurch ist die Druckbegrenzung unabhängig von der Energieversorgung des Betätigungsmagneten, sondern bestimmt sich nach der Charakteristik der beiden am Förderkolben angreifenden Druckfedern. In a particularly advantageous manner, to form the pressure limiting device, the delivery piston, with the assistance of an energy store, in particular in the form of a compression spring, can be moved into a return area which increases the receiving volume of the pump chamber, in accordance with the fluid pressure in the fluid delivery line. In particularly advantageous embodiments, the arrangement in this case is such that on the delivery piston, a further energy storage, in particular in the form of another pressure spring, permanently acting, which seeks to move the delivery piston in a volume of the pump chamber reducing delivery area. As a result, the pressure limitation is independent of the power supply of the actuating magnet, but determined by the characteristics of the two pressure springs acting on the delivery piston.
Nachstehend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels im Einzelnen erläutert. Es zeigen: The invention with reference to an embodiment shown in the drawing is explained in detail. Show it:
Fig. 1 in stark schematisch vereinfachter Darstellung in der Art eines Fig. 1 in a highly schematically simplified representation in the manner of a
Längsschnitts ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Fördereinrichtung; Longitudinal section of an embodiment of the conveyor according to the invention;
Fig. 2 einen Längsschnitt des Ausführungsbeispiels, wobei das Magnetgehäuse der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung weggelassen und der Betriebszustand des unbestromten Betätigungsmagneten dargestellt ist; Figure 2 is a longitudinal section of the embodiment, wherein the magnetic housing of the electromagnetic actuator omitted and the operating state of the de-energized actuating magnet is shown.
Fig. 3 einen der Fig. 2 entsprechenden Längsschnitt, wobei der Betriebszustand des bestromten Betätigungsmagneten dargestellt ist, und Fig. 3 is a longitudinal section corresponding to FIG. 2, wherein the operating state of the energized actuating magnet is shown, and
Fig. 4 einen den Fig. 2 und 3 entsprechenden Längsschnitt, wobei der Betriebszustand des bestromten Betätigungsmagneten bei aktiver Druckbegrenzung dargestellt ist.
In Fig. 1 sind ein Pumpengehäuse mit 1 und ein als elektrische Betätigungseinrichtung vorgesehener Betätigungsmagnet mit 3 bezeichnet. Das Pumpengehäuse 1 weist eine Bohrung 5 auf, an deren in Fig. 1 rechts gelege- nem Ende ein Innengewinde 7 ausgebildet ist. Der Betätigungsmagnet 3 ist durch Verschrauben eines Fortsatzes 9 seines Polkerns 1 1 mit dem Innengewinde 7 der Bohrung 5 am Pumpengehäuse 1 angebracht. Der Betätigungsmagnet 3 weist innerhalb seines Magnetgehäuses 13 eine Spulenwicklung 1 5 auf, die in der bei derartigen Betätigungsmagneten 3 üblichen Weise Teile des Polkerns 1 1 und eines Polrohres 1 7 umgibt, in dem ein Magnetanker 19 axial bewegbar ist, an dem ein zur Längsachse der Bohrung 5 koaxialer Betätigungsstößel 21 fest angebracht ist. Fig. 4 is a FIGS. 2 and 3 corresponding longitudinal section, wherein the operating state of the energized actuating magnet is shown with active pressure limiting. In Fig. 1, a pump housing with 1 and provided as an electrical actuator actuating magnet 3 are designated. The pump housing 1 has a bore 5, on whose right end in FIG. 1, an internal thread 7 is formed. The actuating magnet 3 is attached by screwing an extension 9 of its pole core 1 1 with the internal thread 7 of the bore 5 on the pump housing 1. The actuating magnet 3 has, within its magnet housing 13, a coil winding 1 5, which surrounds parts of the pole core 1 1 and a pole tube 1 7 in the usual manner in such actuating magnet 3, in which a magnet armature 19 is axially movable, on which a to the longitudinal axis of Bore 5 coaxial actuating rod 21 is firmly attached.
Der Betätigungsstößel 21 liegt mit seinem freien Ende an einem Druckkörper 23 an, an dem sich eine Druckfeder 25 mit einem Ende abstützt, deren anderes Ende an einem Betätigungsteil 26 des Pumpen-Förderkolbens 27 anliegt, der mit seinem Betätigungsteil 26 in der Bohrung 5 axial verfahrbar geführt ist. Der Förderkolben 27 weist an seinem vom Betätigungsteil 26 abgewandten Ende einen nadelartigen Fortsatz 29 auf, der als eigentliches Verdrängerteil des Förderkolbens 27 in einen Pumpenraum 31 eingreift, der im Gehäuse 1 als im Durchmesser stark verringerte Fortsetzung der Bohrung 5 gebildet ist. Eine weitere Druckfeder 33, die den Förderkolben 27 zwischen dem Betätigungsteil 26 und der in der Bohrung 5 am Übergang zum Pumpenraum 31 gebildeten Stufe 28 umgibt, ist zwischen dieser Stufe 28 und dem Betätigungsteil 26 eingespannt. The actuating plunger 21 rests with its free end against a pressure body 23, on which a compression spring 25 is supported with one end, the other end of an actuating part 26 of the pump delivery piston 27 abuts the axially movable with its actuating part 26 in the bore 5 is guided. The delivery piston 27 has at its end remote from the actuating member 26 a needle-like extension 29 which engages as the actual displacer part of the delivery piston 27 in a pump chamber 31 which is formed in the housing 1 as a diameter greatly reduced continuation of the bore 5. A further compression spring 33, which surrounds the delivery piston 27 between the actuating part 26 and the step 28 formed in the bore 5 at the transition to the pump chamber 31, is clamped between this step 28 and the actuating part 26.
Wie lediglich in der Fig. 1 in Symboldarstellung angedeutet ist, sind dem Pumpenraum 31 Fluidleitungen zugeordnet, von denen eine erste Fluidlei- tung, aus der der Förderkolben 27 beim Betrieb Fluid in druckmindernder Weise entnimmt, mit 35 bezeichnet ist. Eine Fluidleitung, in die der Förderkolben 27 im Betrieb Fluid in druckerhöhender Weise abgibt, ist in Fig. 1
mit 37 bezeichnet. Den Fluidleitungen 35, 37 ist eine Ventileinrichtung zugeordnet, die durch jeweils ein Rückschlagventil in der ersten Fluidlei- tung 35 und in der zweiten Fluidleitung 37 gebildet ist, wobei das Rückschlagventil der ersten Fluidleitung 35 mit 39 bezeichnet ist und beim druckmindernden Entnahmevorgang öffnet. Das in der zweiten Fluidleitung 37 befindliche, mit 41 bezeichnete Rückschlagventil öffnet beim druckerhöhenden Abgabevorgang. Die Fluidleitungen 35,37 weisen einen gemeinsamen Förderstrang auf, in den der Pumpenraum 31 einbezogen ist, nämlich eine vom Rückschlagventil 39 der ersten Fluidleitung 35 zum Pumpen- räum 31 verlaufende erste Leitungsstrecke 43 und eine zweite Leitungsstrecke 45, die vom Pumpenraum 31 zum Rückschlagventil 41 der zweiten Fluidleitung 37 verläuft. Beide Leitungsstrecken 43, 45 weisen als Strecken des gemeinsamen Förderstrangs den gleichen Durchströmungsquerschnitt und die gleiche Leitungslänge auf. As is indicated in symbol representation only in FIG. 1, fluid lines are assigned to the pump chamber 31, of which a first fluid line, from which the delivery piston 27 draws fluid in a pressure-reducing manner during operation, is designated by 35. A fluid line into which the delivery piston 27 delivers fluid in a pressure-increasing manner during operation is shown in FIG. 1 denoted by 37. The fluid lines 35, 37 is associated with a valve device which is formed by a respective check valve in the first fluid line 35 and in the second fluid line 37, wherein the check valve of the first fluid line 35 is designated 39 and opens in the pressure-reducing removal operation. Located in the second fluid line 37, designated 41 check valve opens when pressure-increasing dispensing operation. The fluid lines 35, 37 have a common feed line, into which the pump chamber 31 is included, namely a first line 43 running from the check valve 39 of the first fluid line 35 to the pump chamber 31 and a second line section 45 from the pump chamber 31 to the check valve 41 the second fluid line 37 extends. Both line sections 43, 45 have the same flow cross section and the same line length as sections of the common conveyor line.
Die Fig. 2 bis 4, in denen vom Betätigungsmagneten 3 das Magnetgehäuse 1 3 und die Wicklung 15 weggelassen sind, zeigen nähere Einzelheiten der konstruktiven Gestaltung der Kolbenförderpumpe. Dabei zeigt Fig. 2 den Betriebszustand des unbestromten Betätigungsmagneten 3, bei dem sich der Anker 19 des als sog. drückender Magnet ausgebildeten Betätigungsmagneten 3 in seiner in Fig. 2 unten liegenden Endposition befindet. Diese Endposition nimmt der Anker 19 bei fehlender Magnetkraft durch die von einem Energiespeicher auf den Betätigungsstößel 21 ausgeübte Kraft ein. Dieser Energiespeicher ist, wie unter Bezug auf Fig. 1 bereits ausgeführt, durch die Druckfedern 33 und 25 gebildet. Von diesen spannt die den Förderkolben 27 als Schraubenfeder umgebende Druckfeder 33 den Förderkolben 27 in die das Volumen des Pumpenraums 31 vergrößernde Verfahrrichtung vor und hält das Betätigungsteil 26 des Förderkolbens 27 in Anlage an einer in der Bohrung 5 verschiebbaren Hülse 47, die für die weitere Druckfeder 25 eine Art Federgehäuse bildet. Die von der Druckfeder 33 auf die Hülse 47 und damit auf die weitere Druckfeder 25 ausgeübte Rückstell kraft wirkt
über den Druckkörper 23 auf den Stößel 21 und damit auf den Magnetanker 19. Bei diesem unbestromten Betriebszustand befindet sich der nadelartige Fortsatz 29 des Förderkolbens 27 in einer Position, bei der der Pumpenraum 31 sein größtes Volumen besitzt, wie in Fig. 2 gezeigt. 2 to 4, in which the magnet housing 1 3 and the winding 15 are omitted from the actuating magnet 3, show details of the structural design of the piston pump. 2 shows the operating state of the de-energized actuation magnet 3, in which the armature 19 of the actuating magnet 3 designed as a so-called pushing magnet is in its end position lying in FIG. 2 at the bottom. This end position takes the armature 19 in the absence of magnetic force by the force exerted by an energy storage on the actuating plunger 21 a force. This energy storage is, as already described with reference to FIG. 1, formed by the compression springs 33 and 25. Of these, the pressure piston 33 surrounding the delivery piston 27 as a helical spring biases the delivery piston 27 into the direction of travel which increases the volume of the pump chamber 31 and holds the operating part 26 of the delivery piston 27 in abutment with a sleeve 47 which is displaceable in the bore 5 and which is responsible for the further compression spring 25 forms a kind of spring housing. The force exerted by the compression spring 33 on the sleeve 47 and thus on the further compression spring 25 restoring force acts In this de-energized operating state, the needle-like extension 29 of the delivery piston 27 is in a position in which the pump chamber 31 has its largest volume, as shown in Fig. 2.
Die Fig. 3 zeigt den Betriebszustand bei bestromtem Betätigungsmagneten 3, wobei sich der Magnetanker 19 aus der Endposition bewegt hat (in Fig. 3 nach oben). Diese Verschiebebewegung, die der Stößel 21 auf den Druckkörper 23 überträgt, wirkt über die am Druckkörper 23 anliegende Druck- feder 25 auf die Hülse 47 und damit auf das Betätigungsteil 26 des Förderkolbens 27. Dieser wird durch die über die Druckfeder 25 ausgeübte Verschiebekraft in die in Fig. 3 gezeigte Endstellung verschoben, bei der der Förderkolben 27 in die an der Schulter 28 anliegende Endposition verfahren wird, bei der der als Verdrängerteil dienende Fortsatz 29 das Fluid aus dem Pumpenraum 31 in die Leitungsstrecken 43, 45 verdrängt (bei dieser Kolbenstellung ist der Pumpenraum 31 selbst in Fig. 3 nicht mehr sichtbar, sondern lediglich die Anschluss-Stelle der Leitungsstrecken 43, 45). Diese Verfahrbewegung des Förderkolbens 27 erfolgt gegen die Federkraft der Druckfeder 33. FIG. 3 shows the operating state when the actuating magnet 3 is energized, the magnet armature 19 having moved out of the end position (upward in FIG. 3). This displacement movement, which the plunger 21 transmits to the pressure body 23, acts on the sleeve 47 and thus on the actuating part 26 of the delivery piston 27 via the compression spring 25 resting on the pressure body. This is actuated by the displacement force exerted by the compression spring 25 3 displaced in the end position, in which the delivery piston 27 is moved into the voltage applied to the shoulder 28 end position in which serving as a displacer extension 29, the fluid from the pump chamber 31 in the pipe sections 43, 45 displaced (at this piston position the pump chamber 31 itself in Fig. 3 is no longer visible, but only the connection point of the line sections 43, 45). This movement of the delivery piston 27 takes place against the spring force of the compression spring 33.
Die Fig. 4 zeigt einen Betriebszustand, bei dem der Betätigungsmagnet 3 wiederum bestromt ist, so dass sich der Magnetanker 19 aus der zurückgezogenen Endposition bewegt hat (in Fig. 4 nach oben). Anders als in Fig. 3 befindet sich jedoch trotz des aus seiner Endposition bewegten Magnetkol- bens 19 der Förderkolben 27 nicht in seiner das Volumen des Pumpenraumes 31 vollständig verdrängenden Endposition, sondern ist durch den an der Anschluss-Stelle 43, 45 des Pumpenraums 31 aktuell wirksamen Förderdruck in eine druckentlastende Position zurückgefahren. Diese das Überschreiten eines Sollwertes des Förderdrucks verhindernde Ausgleichs- bewegung setzt ein, wenn die im Pumpenraum 31 auf den Fortsatz 29 einwirkende Druckkraft kombiniert mit der Federkraft der Druckfeder 33 die
Wirkung der anderen Druckfeder 25 übersteigt. Mit anderen Worten gesagt ist die Druckschwelle, bei der die druckbegrenzende Rückbewegung des Förderkolbens 27 einsetzt, durch die Federcharakteristik der Druckfedern 33, 25 einstellbar. Da die Druckbegrenzung somit mechanisch bestimmt und nicht von der Magnetkraft der Betätigungseinrichtung abhängig ist, ist eine druckstabile Förderung mit hoher periodischer Wiederholgenauigkeit und ohne Hysterese erreichbar.
FIG. 4 shows an operating state in which the actuation magnet 3 is again energized so that the magnet armature 19 has moved out of the retracted end position (upward in FIG. 4). Unlike in FIG. 3, however, despite the magnetic piston 19 moved out of its end position, the delivery piston 27 is not in its end position completely displacing the volume of the pump chamber 31, but is up-to-date by the connection point 43, 45 of the pump space 31 reduced effective delivery pressure in a pressure-relieving position. This compensation movement which prevents the exceeding of a nominal value of the delivery pressure sets in when the compressive force acting on the extension 29 in the pump chamber 31 combined with the spring force of the compression spring 33 Effect of the other compression spring 25 exceeds. In other words, the pressure threshold at which the pressure-limiting return movement of the delivery piston 27 starts is adjustable by the spring characteristic of the compression springs 33, 25. Since the pressure limitation thus determined mechanically and is not dependent on the magnetic force of the actuator, a pressure-stable delivery with high periodic repeatability and without hysteresis can be achieved.