计量泵的制作方法

1.本发明涉及计量泵(dosing pump)、特别是所谓的微量计量泵(mircodosing pump)，该微量计量泵可以用于以受控的方式分配极少量的流体。


背景技术：

2.这种微量计量泵特别是在医疗和制药工业以及实验室技术中有所采用。
3.de 10 2013 110 029c5公开了这样的计量泵。该计量泵由电动致动器操作，该电动致动器具有用于产生磁场的磁体和能够相对于磁体移动的控制元件。控制元件包括可通电的空气芯线圈，该空气芯线圈具有围绕非软磁材料卷绕多次的线材，空气芯线圈布置在磁场中并且牢固地联接至由非磁性材料制成的线圈承载件。在此，控制元件安装成围绕与磁场的主方向平行的旋转轴线旋转。这样的驱动器也被称为洛伦兹力致动器。


技术实现要素：

4.本发明的目的是进一步开发一种计量泵、特别是微量计量泵，该微量计量泵特征在于低公差、重复精确的泵送循环以及简单、低磨损的设计和设置。
5.该目的通过一种计量泵来实现，该计量泵具有：泵室，流体入口在第一阀座处通向该泵室中并且流体出口在第二阀座处从该泵室引出；控制元件；以及致动器，该致动器联接至控制元件以致动控制元件，通过移动控制元件使泵室在容积方面发生改变，并且第二阀座交替地关闭和打开以将流体从泵室泵送到流体出口中。控制元件借助于至少一个柔性铰接部以可移动的方式安装。
6.柔性铰接部被限定为部件的横截面有意减小的部分，该部分将两个刚性部分连接。横截面显着减小的部分则允许相邻的刚性部分弯曲和枢转。在此，这样的柔性铰接部具有力传递效果或者至少具有力承载效果并且将能够相对于彼此移动的两个部分一体地连接。
7.在计量泵中使用的、用于控制元件的柔性铰接部的优点在于，控制元件的位置被非常精确地指定，使得在运动期间几乎不会出现任何公差，不会发生摩擦和粘滑效应，并且在轴承中也没有游隙。这提高了泵送精度，特别是在长时间段(许多次泵送循环)内要确保恒定的定量给料体积的情况下。此外，所选定的设计需要比现有技术中更少的部件，使得组装也被简化。由于明显更容易实现的柔性铰接部以及对先前的多部分式轴承设计的省略，计量泵还可以具有紧凑的构型。
8.本发明的一个变型设置成控制元件包括直接铰接至柔性铰接部的自由突出的臂部和从该臂部延伸并且由致动器作用的致动元件。这种设计允许产生非常大的杠杆臂，即致动器能够通过该杠杆臂施加高致动力矩，并且另外，借助于杠杆臂与泵送扬程的大比率，隔膜的简单且精确的运动和泵室的低公差变化成为可能。
9.特别地，臂部和致动元件相对于彼此成角度以允许在计量泵的相应壳体的内部中的紧凑设计和空间利用。臂部和致动元件也可以执行不同的功能。
10.例如，臂部和致动元件可以一件式地过渡到彼此中，或者臂部和致动元件可以是联接至彼此的单独的部分。在这种情况下，可以将臂部和致动元件直接地连接至彼此。
11.控制元件可以联接至与泵室相邻的挺杆，挺杆经由另一柔性铰接部连接至控制元件。该另一柔性铰接部确保：尽管挺杆围绕第一柔性铰接部进行枢转运动，但当挺杆朝向和远离泵室移动以使该泵室的容积交替地增大和减小时，该挺杆没有或几乎没有任何侧向运动分量。通过使用两个柔性铰接部，作用在泵隔膜上的是很大程度上为线性的运动。
12.对于挺杆来说不需要侧向滑动导引。这减少了摩擦并且特别地避免了移动部件与静态部件之间的粘滑效应。
13.致动元件可以例如具有纵向轴线，该纵向轴线与挺杆的运动方向大致平行地延伸。术语“大致平行”意在限定关于运动方向在相反方向上的偏差不超过15度。这种构型使致动元件优选地以与该致动元件的纵向轴线成直角的方式被致动器偏转。然而，由于提升机构，挺杆的运动则大致沿纵向轴线的方向发生。这意味着杠杆的路线基本上是l形形状的；两个腿部当然可以采用任何期望的形状，但双臂式杠杆的活动臂在第一柔性铰接部处相遇。较长的杠杆臂通常是致动元件的杠杆臂，而较短的杠杆臂是直至挺杆的杠杆臂，从而产生一个力传递比。
14.挺杆可以经由另一柔性铰接部一体地过渡到保持部段中，该保持部段又紧固至控制元件，特别是紧固成能够以非破坏性的方式拆卸。这意味着挺杆是较大部件的一部段，该部段借助于保持部段附接至控制元件、在此特别是附接至自由突出的臂部。与臂部或控制元件进行的安装通常借助于紧固装置例如锁定销或类似物来实现。
15.挺杆的这种构型允许挺杆由特别适合的材料制造而成，该材料可以是与控制元件或臂部的材料不同的材料。这允许了另一柔性铰接部的疲劳强度得以优化。
16.计量泵优选是具有隔膜的隔膜泵，该隔膜界定并改变泵室。控制元件机械地联接至隔膜，特别是借助于上述挺杆机械地联接至隔膜。
17.特别地，挺杆基本上仅线性地移动，从而允许了隔膜的低疲劳运动。此外，隔膜仅相对于形成平面的阀座垂直地移动的情况是有利的。以此方式，阀座一致地打开和关闭。由此防止任何泄漏。
18.隔膜可以被夹持在内部部分与外部部分之间，其中“内部”和“外部”是参照计量泵的壳体而言的，即内部部分与外部部分相比位于更内侧，然而，外部部分不一定必须限定壳体的外壳。外部部分包括流体入口和流体出口，通常还包括阀座，然而阀座也可以是紧固至流体入口和流体出口的内置部分。内部部分具有用于挺杆的保持器，该保持器优选地具有比挺杆的横截面更大的凹部，使得在挺杆与内部部分之间存在侧向间隙以避免接触。挺杆使其两个端部各自附接至隔膜和另一柔性铰接部，使得在致动器被致动时，该挺杆沿独特的运动路径行进。
19.另一柔性铰接部可以位于控制元件与内部部分之间的间隙中，使得在此对于枢转运动来说有可用的空间。
20.控制元件可以从第一柔性铰接部围绕内部部分延伸为成角度的臂部以在致动器与隔膜之间延伸。这允许第一柔性铰接部相对于隔膜安置在几乎任何位置中以实现隔膜及其挺杆的所期望的提升运动。
21.根据本发明的一个实施方式，第一柔性铰接部与致动器的有效中心之间的杠杆臂
是第一柔性铰接部与另一柔性铰接部之间的杠杆臂的至少3倍，使得在计量泵的小尺寸的情况下大的传动比成为可能。
22.特别地，由至少一个阀座限定的平面与第一柔性铰接部相交，特别是在两个阀座位于同一平面中的情况下。以此方式，在由第一柔性铰接部限定的枢转运动期间，可以允许使阀座关闭的部分进行大致竖向的运动。在隔膜阀具有挺杆的情况下，挺杆的运动则与该平面大致垂直。
23.更具体地，致动器是如前所述的洛伦兹力致动器，控制元件具有设置在其上的空气芯线圈或永磁体；特别地，空气芯线圈和永磁体中的一者设置在致动元件处。相反地，空气芯线圈和永磁体中的另一者则设置在壳体侧上。
24.在流体入口和流体出口中的每一者处可以定位有相应的止回阀，止回阀适于沿相同的流动方向、即沿泵送方向打开。因此，例如，流体入口可以在泵送运动期间始终打开，使得止回阀控制流入。
25.可选地，流体入口处的阀座可以仅在特定位置处关闭，例如在泵关闭的情况下关闭。
26.特别地，计量泵包括弹性复位元件例如弹簧，该弹簧沿一个方向驱策控制元件，使得该控制元件沿与由致动器引起的方向相反的方向移动。
27.已经发现，柔性铰接部相对于一个阀座或两个阀座的平面或相对于隔膜的中立位置的程度具有不同的效果。柔性铰接部通常在横截面中具有长方形形状，更具体地说，在与阀座的平面或隔膜的中立位置垂直并且同时与由柔性铰接部形成的枢转轴线成直角的截面平面中具有长方形形状。柔性铰接部在该横截面中具有长方形形状并且在纵向方向上可以相对于一个或多个阀座的平面垂直地、平行地或倾斜地延伸。如果纵向方向垂直于该平面延伸，则铰接部主要经受压缩载荷，从而提高了长期稳定性。在平行取向中，弯曲弹性得到改善，而相对于该平面倾斜的纵向方向的路线构成了前述取向之间的折衷。
附图说明
28.本发明的其他特征和优点将由以下描述和所参照的以下附图而变得明显，并且在附图中：
29.图1示出了根据本发明的处于未通电的初始位置的计量泵的实施方式的截面图，其中，计量泵不允许任何流体流过该计量泵；
30.图2示出了处于根据图1的位置的计量泵在泵室区域中的放大视图；
31.图3示出了根据图1的计量泵在即将喷射流体之前的纵向截面图；
32.图4示出了处于根据图3的位置的计量泵在泵室区域中的放大视图；
33.图5示出了根据第一变型的第一柔性铰接部的放大截面图；
34.图6示出了第一柔性铰接部的另一实施方式的立体截面图；以及
35.图7示出了第一柔性铰接部的又一实施方式的立体截面图。
具体实施方式
36.图1图示了计量泵10，在该实例中图示了所谓的微量计量泵，然而，计量泵10也可以用作阀。
37.在下文中，所使用的方向性指示是指计量泵10的正确安装位置。在此，计量泵10沿竖向方向h定向。
38.微型泵10具有壳体和基部16，该壳体包括作为多部分式罐14的一部分的端部壁12。罐14构成罐状形状的致动器壳体并且基部16构成板状形状的泵座板。
39.端壁12是罐14的上端部。
40.除了端壁12之外，罐14包括管状的、在该实例中为长方体状的上部部分18和装配到上部部分18中的下部部分20。
41.在此处为洛伦兹力致动器的呈电磁致动器形式的致动器22被容纳在壳体内。
42.致动器22包括多个永磁体26，这些永磁体26例如成对地并排安装至上部部分18的在投影平面上方剖切掉的前侧部以及安装至上部部分18的被部分隐藏的后侧部。因此，永磁体26布置成相对于罐14静止并且产生磁场，在该磁场中，控制元件30可以相对于永磁体26移动。
43.控制元件30布置成用于在壳体内进行枢转运动，更具体地说是围绕第一柔性铰接部32进行枢转运动。
44.柔性铰接部32是侧向定位在下部部分20的凸缘36下方的板状形状的部分34中高度变薄的部分。在图2中的右侧且在部分34的水平处，所谓的内部部分38定位于右半部中的凸缘36下方。
45.位于部分38下方的是所谓的外部部分40，该外部部分40也具有板状形状设计并且位于部分34和部分38的下侧且又搁置在基部16上。
46.以此方式，板状形状的部分34、38和40被紧固装置43夹持在凸缘36与基部16之间。
47.部分34经由第一柔性铰接部32一体地延续到向上成角度的臂部42中，该臂部42是控制元件30的一部分。
48.臂部42以成角度或弯曲的方式首先延伸得高于内部部分38并且然后在该内部部分38上方延伸，从而形成可以在图2中更好地看到的间隙44。
49.所谓的致动元件46从臂部42向上延伸，致动元件46相对于臂部42而言是一个单独的部分并且紧固至臂部42，或者致动元件46一体地延续到臂部42中。
50.在所示的变型中，致动元件46具有两部分式设计，其中，两个板状形状部分沿进入到投影平面中的方向间隔开，这两个板状形状部分在其间接纳臂部42并且联接至臂部42。
51.具有两个板状形状部分的致动元件46向上延伸至致动器并且在那里形成所谓的线圈承载件48。
52.在此，具有椭圆形形状的可通电的空气芯线圈50附接至线圈承载件48，从而封围空间52，该空间52还可以包括一个或更多个腔54。如图1中可以看到的，空间52还可以部分地或完全地填充有非磁性材料，例如填充有塑料材料。
53.可通电的空气芯线圈50因此牢固地附接至线圈承载件48并且因此附接至控制元件30且与该控制元件30一起移动。
54.线圈承载件48优选地由非软磁材料制成且因此控制元件30优选地由非软磁材料制成，特别是由适合的塑料材料制成。
55.为了屏蔽永磁体26的磁场，罐14可以由适合的材料形成为屏蔽壳体，或者替代性地，如果有屏蔽板被接纳在罐14中以用于屏蔽磁场，则罐14可以由塑料制成。
56.空气芯线圈50以铜线卷绕而成并且是椭圆形的且相对于竖向方向h是长形的。
57.这造成了空气芯线圈50的两个平行部段56，电流沿不同方向流动通过这两个平行部段56，并且这两个平行部段56与空气芯线圈的对称轴线c平行地延伸。
58.当空气芯线圈50通电时，移动通过空气芯线圈50的绕组的电荷在永磁体26的磁场中产生洛伦兹力，该洛伦兹力导致控制元件30围绕柔性铰接部32枢转，其枢转轴线垂直于投影平面延伸。
59.空气芯线圈50可选地借助于弹簧状的复位元件60通电，该复位元件60除了供应电流外，还用于使由控制元件30构成的整个单臂式杠杆复位。
60.现在已经论述了计量泵10的致动器侧，下面将描述流体侧。
61.所示的计量泵10是具有在图2中可更好地看到的板状形状的隔膜62的隔膜阀，隔膜62被夹持在内部部分38与外部部分40之间。
62.在基部16中设置有流体进入管道66和流体出流管道68，流体进入管道66和流体出流管道68延伸到外部部分40中并且在那里延伸至泵室70，该泵室70在图4中可以更好地看到。
63.流体进入管道66终止于通向泵室70中的流体入口72，并且流体出口74形成流体出流管道68的起点。在流体入口72和流体出口74中的每一者处设置有止回阀82、83。
64.流体入口72和流体出口74各自具有形成在其上的所谓的阀座，阀座在被隔膜62接触时导致流体进入管道66或流体出流管道68被封闭。这两个阀座(通常是环绕流体入口72和流体出口74的环形表面)位于图4中所示的共同平面e中。
65.在图4中还可以看到，泵室70以下述方式形成：外部部分40的与内部部分38相面对的上侧部形成为在隔膜62的周向边缘的侧向向内处略微呈凹形，并且内部部分38的相对的下侧部也成形为凹形。
66.隔膜62牢固地连接、特别是机械地形状配合地连接至挺杆78，挺杆78又经由另一柔性铰接部81延续到保持部段102中，该保持部段102被接纳在臂部42中的适当开口中。
67.保持部段102牢固地连接至臂部42，例如借助于胶合或通过不同的形状配合连接至臂部42。
68.在图示的实施方式中，设置有锁定销84，该锁定销84延伸穿过臂部42中对准的开口、保持部段102中的环形凹槽，并且还穿过形成致动元件46的两个板，使得多个部分在此联接至锁定销84。
69.另一柔性铰接部81位于间隙44中。
70.在图4中可以很好地看到，挺杆78在内部部分38中没有侧向地抵靠其接纳开口的对应边缘而搁置，使得在此形成筒形环状间隙。事实上，挺杆78不需要在内部部分38中被侧向导引。
71.图4示出了第一柔性铰接部32与平面e相交。
72.在根据图1至图4的计量泵的构型中，隔膜62从未被压靠流体入口72处的对应阀座，使得通向泵室70的流体入口始终打开，但是这不需要必须是这种情况。
73.在初始位置中，也就是在图1和图2中所示的断电位置中，复位元件60作用在枢转控制元件30上，这确保了臂部42占据限定的、最低的枢转位置，在该枢转位置中，臂部42可以优选地在第一柔性铰接部32的区域中很大程度上或完全地没有应力。
74.在初始位置中，保持部段102和挺杆78的在图2中可见的中心轴线d、e位于共同轴线上，即该一体式部分在第二柔性铰接部81的区域中不发生弯曲。纵向轴线c与轴线d、e以及与竖向方向h成微小角度延伸。在该位置中，隔膜62压靠流体出口74处的阀座。尽管流体可以经由在这种情况下打开的止回阀83和流体入口72流动到泵室70的一部分中，但是流体不能流出。
75.当通电时，洛伦兹力致动器起作用使在其上端部处空气芯线圈50(如图2中所见)枢转至左侧，这进而意味着臂部42沿逆时针方向向上枢转，并且在这样做时，该臂部42带动了保持部段102并且经由第二柔性铰接部81还带动了挺杆78，该挺杆78进而导致隔膜62被提升。然后，流体出口74处的阀座打开，使得流体通过提升动作被吸入，并且止回阀83也必然打开，而止回阀82关闭以防止先前泵送出的流体从流体出口74被吸回。
76.在挺杆78到达其如图4中所示的顶部死点之后，可以再次关闭电流或者可以使致动器的极性反转。在任一情况下，发生反向运动，该反向运动导致臂部42向下枢转并且挺杆78也向下按压隔膜62。泵室70的容积减小，其中，仅经由流体出口74和在该过程中被压开的止回阀82发生流体流出，而止回阀83有效地防止了经由流体入口72流出。
77.在顶部死点位置中，纵向轴线c沿竖向方向h定向，而轴线d和轴线e相对于彼此倾斜，使得在另一柔性铰接部81中存在小的弯曲。
78.顶部死点可以由可调节止挡部104限制以设定限定的泵送扬程(限定的泵送体积)。
79.第一柔性铰接部32具有长方形形状，该长方形形状在与平面e垂直、在此处与投影平面平行的横截面(参见图5)中具有纵向方向l。在根据图1至图4的实施方式中，该纵向方向l在计量泵的无负载状态下平行于平面e延伸。在根据图6的变型中，纵向方向l垂直于平面e延伸，并且在根据图7的实施方式中，该纵向方向l相对于平面e倾斜地延伸，优选地在约45度的范围内倾斜地延伸。每个取向在臂部42的柔韧性和柔性铰接部32的耐用性方面都具有优点。
80.如从附图中显而易见的那样，致动器22在其上端部处沿水平方向即与平面e平行的方向产生控制元件30的运动，这仅是一个示例性实施方式。然而，挺杆78的运动大致垂直于平面e发生，也就是说，挺杆78的运动与致动器22的运动大致成90度角。
81.所示计量泵的另一优点在于，致动器22的杠杆臂明显大于由该致动器22致动以使挺杆78移动的臂部42的杠杆臂，使得泵能够非常精确地定量给料，因为致动器22的行程运动与挺杆78的冲程运动相比更大。因此，第一柔性铰接部32与致动器22的有效中心z(由线圈限制的空间的区域的中心)之间的杠杆臂l1比第一柔性铰接部32与第二柔性铰接部81之间的杠杆臂l2大至少3倍(参见图3)。
82.应当理解的是，尽管在所示实施方式中致动器22是洛伦兹力致动器，但本发明不限于这种致动器。相反，也可以使用其他致动器、电磁致动器或其他类型的致动器。
83.所示的特征和变型可以根据需要彼此组合；此外，尽管这些变型和实施方式是有利的，但是各个特征不需要完全如附图中所描绘的那样来实现。