无脉动正排量式旋转泵.pdf

本发明涉及一种泵，该泵包括两个安置在转子中的活塞，该转子位于一个定子内，该定子形成两个相对的平行偏心泵室，这些泵室具有至少一个进入端口，在这些活塞的至少一个活塞的填充运动过程中流体通过该进入端口被引入到这些泵室的至少一个泵室中，并且随后在这些活塞的至少一个活塞的排空运动过程中从这些泵室的至少一个泵室中被排出到至少一个排出端口，其特征为与该进入端口相连接的一个进入腔、与该排出端口相连接的一个排出腔以及位于这些腔各侧之间的两个端口转换过渡区域。

权利要求书
1.  一种泵，该泵在一个转子(3)内包括两个活塞(5，5’)，该转子 位于一个定子(2)内，该定子形成两个相对的平行偏心泵室(21，21’)， 这些泵室具有至少一个进入端口(14)，在这些活塞的至少一个活塞的填 充运动过程中流体通过该进入端口被吸入到至这些泵室(21，21’)的少一 个泵室中并且随后在这些活塞的至少一个活塞的排放运动过程中从这些 泵室的至少一个泵室中被排出到至少一个排出端口(16)，其特征为连接 到该进入端口(14)上的一个进入腔(13)、连接到该排出端口(16)上 的一个排出腔(15)以及位于这些腔(13，15)各侧之间的两个端口转换 过渡区域(17，17’)。

2.  如权利要求1所述的泵，该泵的出口流动是连续的并且无脉动的。

3.  如权利要求1所述的泵，该泵的定子(2)包括一个在其内部面(2’) 上的凸轮(10)。

4.  如权利要求1所述的泵，该泵的这些活塞(5，5’)包括在该定子 (2)的凸轮(10)中垂直安置的多个引导元件(6，6’)。

5.  如权利要求1所述的泵，该泵的这些活塞(5，5’)包括连接到多 个侧通道(20，20’)上的多个前通道(19，19’)。

6.  如权利要求1所述的泵，包括在该定子(2)与该转子(3)之间 的一个密封元件(4)。

7.  根据权利要求1所述的泵，该泵的低流速(61，61’)与(63，63’) 之和对应于额定流速(60)。

8.  根据权利要求1所述的泵，在该转子(3)的部分旋转过程中该泵 的这两个泵室(21，21’)同时对该排出端口(16)进行排放。

9.  如权利要求1所述的泵，包括与该定子(2)相对的一个盖体(70)。

10.  如权利要求9所述的泵，该泵的盖体(70)在该内部面上具有一 个相对于凸轮(10)对称的凸轮(10’)。

11.  如权利要求3所述的泵，该凸轮(10)的外形是由六个区段构成 的。

12.  如权利要求4中所述的泵，该泵的这些引导元件(6，6’)是由该 转子(3)的缺口(8，8’)来驱动并且固位的。

13.  如权利要求1所述的泵，该泵的这些活动零件之间的密封是由至 少一个弹性体产生的。

14.  如权利要求1所述的泵，该泵的这些零件是由塑料和一次性材料 制成的。

15.  如权利要求1所述的泵，具有至少一个连接到该进入或排出端口 的挠性元件。

16.  如权利要求1所述的泵，该泵的转子能够轴向地移动。

说明书无脉动正排量式旋转泵
本发明涉及一种优选无脉动正排量式泵，该泵由两个旋转式活塞组成， 以用于液体、药品、食品、洗涤剂、化妆品、化合物或其他任何类型的流 体、胶体或气体的可变流速的精确分配。
现有技术
存在使用旋转式活塞的多种不同的马达和系统，例如在美国专利 1776843、4177771和7421986中所说明的，其运行原理在于通过燃烧这些 汽缸中所包含的燃料来驱动转子，该转子包含两个平行的偏心活塞以及两 个相对的汽缸。
在美国专利1776843中这些活塞是由固定到活塞末端的支承件来引导 的，这些支承件沿一个凸轮(沿该定子的内壁布置)和一个第二凸轮(在 该转子侧连接到该定子上)滑动。这些支承件沿这两个凸轮的运动产生了 这些活塞的往返运动。
在美国专利4177771中这些活塞式是由固定到活塞末端的支承件引导 的，这些支承件沿具有长方形形状的定子滑动。因此当该转子转动时这些 活塞径向运动。仅仅通过将两对平行活塞进行藕接就可以产生这些活塞的 往返运动，这两对平行活塞被固定到该转子上、每对相对另一对偏置180° 并且相对于该转子的旋转轴线偏心，这样使得压缩一对活塞中的气体的运 动是发生在另一对活塞中的气体爆炸的时候。
在美国专利7421986中这些活塞是通过定子上的盘形凸轮来引导的， 其中这些链接的驱动轴被连接到活塞滑块上。这些活塞的往返运动是由该 转子的旋转轴线相对该定子轴线的偏心率产生的。
尽管这些系统可以潜在地适合于作为泵送系统来起作用，但这些系统 遇到的第一个问题是它们包括很多零件，这使得其对于在医药和食品环境 中使用而言制造和维修成本高，例如它们必须被清洁和消毒。
第二个问题是这些系统为分配器所采用的弹簧加载的阀的原理不适合 用于泵送系统使用注射模制塑料零件的生产，这些零件通常使用弹性密封 件。
第三个问题是这些系统具有一种不连续的交变运转循环，如果其被用 作泵送系统的话就不能产生一种无脉动的流动。
遇到的第四个问题是这些系统不能由注射模制塑料零件制成从而不能 产生使用低成本的、一次性流体模块(用完即可丢弃)的泵。
发明实施方式
本发明涉及一种高性能的包括少量以极低成本生产的零件的泵，以用 于以可变流速无脉动地泵送和测量液体、粘性产品或气体。
本发明解决了上述的问题并且使得能够针对泵的大批量生产而用一个 与所泵送的流体相接触的、可更换的并且优选由一次性低成本塑料制成的 元件来实现简化的发展。
该泵包括两个相对的平行活塞，这两个活塞被安置在一个转子的两个 柱状腔中，该转子在一个柱状定子中转动，该柱状定子带有至少一个进入 端口和至少一个排出端口，该定子在其内部面上具有一个活塞引导凸轮并 且优选具有一个用于密封元件的壳体，该密封元件位于该转子与定子之 间。
泵送原理在于转动安置在该定子内部的转子从而使这些活塞借助位于 该定子内壁上的凸轮来在该转子内轴向地移动。该凸轮被确定尺寸有六个 区段，一个短的名义填充区段；两个短区段，用于以低于该泵的额定流速 的流速排放；一个长区段，用于以该泵的额定流速排放；以及两个区段， 用于转换位于每个泵室的进入端口与排出端口之间的这些阀。在一个室以 该泵的额定流速排放的阶段中，另一个室从排出端口转接到进入端口并且 随后被完全填满并且从进入端口转接到排出端口，在这之后这两个室优选 同时地向该排出端口以低流速排放，其流速之和等于该泵的额定流速从而 使得该排出端口的流速是优选稳定的、连续的、不间断的并且无脉动的。
为了利用最少的部件产生高性能的密封，用于转换进入端口和排出端 口到这些泵室的连接的系统被适配成与这些活塞的运动同步而不需要任 何额外元件。
该泵的这种驱动安排主要由一个支架、一个驱动头部和一个优选是马 达形式的致动器构成。该泵尤其适合于低成本生产，只要它仅仅是由易于 以塑料注射模制并且易于自动组装的零件形成的即可。
附图简要说明
在阅读通过非限制性图示给出的对实例的说明并且参照附图之后，本 发明将会被更好地理解，在附图中：
-图1是该定子一端的一个视图
-图2安置在该定子另一末端内的转子的一个视图
-图3是本发明与一个马达组件相联接的总体视图
-图4是带有一个用于固定本发明的支架的马达的总体视图
-图5是构成本发明的这些元件的分解侧视图
-图6是构成本发明这些元件的分解内部图
-图7a是本发明正面的一个视图
-图7b是本发明的一个侧视图
-图7c是沿根据图7b的线A-A截取的一个纵截面
-图7d是沿根据图7b的线B-B截取的一个纵截面
-图8是本发明背面的一个视图
-图8a是沿根据图8的线C-C截取的一个纵截面
-图8b是沿根据图8的线D-D截取的一个纵截面
-图9是活塞的一个俯视图
-图9a是沿根据图9的线E-E截取的一个纵截面
-图10是带有这些活塞和引导凸轮的定子的一个俯视图
-图11是随着该转子的角位移而变化的这些活塞的线性运动的一个 曲线图
第二变体
-图12是本发明的第二变体的一个俯视图
-图13是沿根据图12的线A-A截取的一个纵截面
-图14是沿根据图12的线B-B截取的一个纵截面
-图15是本发明的一个透视仰视图
-图16是本发明的定子的一个内部视图
-图17是本发明的盖体的一个内部视图
-图18是本发明转子的一个视图
-图19是本发明活塞的一个视图
-图20是本发明引导元件的一个视图
第三变体
-图21是本发明带有驱动安排和马达的第三变体组件的一个视图
-图22是本发明的一个透视俯视图
-图23是本发明的一个透视仰视图
-图24是该组件的一个侧视图
-图25是该组件的一个前视图
-图26是该组件的一个俯视图
-图27是沿根据图24的线A-A截取的一个纵截面
-图28是沿根据图26的线B-B截取的一个纵截面
-图29是沿根据图26的线C-C截取的一个纵截面
-图30是沿根据图25的线D-D截取的一个纵截面
-图31是沿根据图25的线E-E截取的一个纵截面
-图32是本发明的一个前视图
-图33是沿根据图32的线F-F截取的一个纵截面
-图34是沿根据图26的线G-G截取的一个纵截面
第四变体
-图35是本发明带有驱动安排和马达的第四变体组件的一个视图
-图36是该组件的一个前视图
-图37是该组件的一个侧视图
-图38是沿根据图36的线A-A截取的一个纵截面
-图39是沿根据图36的线D-D截取的一个纵截面
-图40是沿根据图37的线E-E截取的一个纵截面
-图41是沿根据图37的线F-F截取的一个纵截面
根据图1和图2，该泵(1)由一个定子(2)和在该定子(2)内的一 个转子(3)组成。根据图3和图4，该泵(1)优选通过一个驱动头部(31) 和一个保持支架(34)被连接到一个马达(30)上，该保持支架旨在接收 该泵(1)的定子(2)。当泵被连接到该马达组件(35)上时该驱动头部 (31)上的并且位于该转子(3)的空心基座(33)内的多个销(32，32’) 使该泵(1)的转子(3)转动。
根据图5和图6，该定子(2)包括一个位于其内部面(2’)上凸轮(10)、 接收一个密封元件(4)的壳体(11)、一个进入端口(14)以及一个排出 端口(16)。该转子(3)包括两个优选柱状的、平行的并且相对的腔(18， 18’)，这两个腔相对于该转子(2)的旋转轴线是偏心的并且在这些腔(18， 18’)的上端处具有对应的缺口(8，8’)和将这些腔(18，18’)的每个下 端与该转子(3)的内部面(3’)相连接的通孔(9，9’)。两个优选相同的 活塞(5，5’)各自包括两个环形密封圈(7，7’)，活塞(5)前部面上的 一个前通道(19)连接到位于这两个环形密封圈(7，7’)之间的一个侧通 道(20)上并且在下端处有一个引导元件(6)垂直于该活塞(5)的轴线。
根据图7c，在该定子(3)的腔(18，18’)中的这些活塞(5，5’)以 180°形成两个对应地相对的平行偏心泵室(21，21’)。
根据图7d和图14，该进入端口腔(13)连接到该进入端口(14)上， 该排出端口腔(15)连接到该排出端口(16)上并且这两个端口的位于这 些腔(13，15)各侧之间的转换过渡区(17，17’)被定位在该定子(3) 上而使得与由该凸轮(10)限定的这些室(21，21’)的填充和排放的这些 阶段相对应。这些活塞(5，5’)的引导元件(6，6’)是垂直于该定子(2) 的凸轮(10)的。
根据图8，这些引导元件(6，6’)由该转子(3)的缺口(8，8’)来 驱动并且固位。在图8a中，该密封元件(4)是处于该定子(2)与该转子 (3)之间的。
根据图10和图11，该定子(2)的凸轮(10)外形由六个区段组成， 这些区段由多个点(50，51，52，53，54，55)界定。该凸轮(10)的每 个区段优选按一下方式对应于泵送顺序中的一个阶段：在低流速下开始排 放的阶段是由点(53，52)之间的区段产生，在额定流速下排放的阶段是 由点(52，51)之间的区段产生，在低流速下结束排放的阶段是由点(51， 50)之间的区段产生，从排出端口(16)转换到进入端口(14)的阶段是 由点(50，55)之间的区段产生，填充阶段是由点(55，54)之间的区段 产生，并且从进入端口(14)转换到排出端口(16)的阶段是由点(54， 53)之间的区段产生。该凸轮的每个区段被优选确定尺寸成产生活塞(5， 5’)的线性运动从而使得该泵(1)排出端口处的额定流速(60)是恒定且 无脉动的。
根据图11以及先前的图示，活塞(5，5’)的线性运动对应于恒定的 流速(61，61’，62，62’，63，63’)。随着该转子(3)的转角而变化的泵 (1)的额定流速(60)对于优选0°与45°之间的转角而言对应于这些泵室 (21，21’)的低流速(61，61’)之和，对于优选45°与180°之间的角度而 言对应于该室(21)的额定流速(62)，对于优选180°与225°之间的转角 而言对应于这些泵室(21，21’)的低流速(63，63’)之和，并且对于225° 与360°之间的角度而言对应于室(21’)的额定流速(62’)。
当该转子(3)从0°转动到45°时，这些活塞(5，5’)沿该凸轮以低 流速(61，61’)移动，其作用为通过这些前通道(19，19’)、这些活塞(5， 5’)的侧通道(20，20’)、以及连接到该排出端口腔(15)上的这些通孔 (9，9’)将液体同时从这些室(21，21’)中排出到该排出端口(16)。
当该转子(3)从45°转动到75°时，该活塞(5)以额定速率(62)继 续将液体从室(21)中排出。该活塞(5’)停止以线性方式移动并且该侧 通道(20’)经由该通孔(9’)被连接到该端口转换过渡区域(17’)上， 这就关闭了室(21’)。当该转子(3)优选从75°转动到150°时，该活塞(5) 以额定速率(62)继续将液体从室(21)中排出。该活塞(5’)在相反方 向上以线性方式移动，其作用为将液体从该进入端口(14)通过前通道 (19’)、侧通道(20’)以及连接到该进入端口腔(13)上的通孔(9’)吸 入该室(21’)中。
当该转子(3)优选从150°转动到180°时，该活塞(5)以额定速率(62) 继续将液体从室(21)中排出。该活塞(5’)停止以线性方式移动并且该 侧通道(20’)经由该通孔(9’)被连接到该端口转换过渡区域(17)上， 这就关闭了室(21’)。
当该转子(3)优选从180°转动到225°时，这些活塞(5，5’)沿该凸 轮以低流速(63，63’)移动，其作用为通过前通道(19，19’)、这些活塞 (5，5’)的侧通道(20，20’)、以及连接到该排出端口腔(15)上的这些 通孔(9，9’)将液体同时从室(21，21’)中排出到该排出端口(16)。
当该转子(3)从225°转动到255°时，该活塞(5’)以额定速率(62’) 继续将液体从室(21’)中排出。该活塞(5)停止以线性方式移动并且该 侧通道(20)经由该通孔(9)被连接到该端口转换过渡区域(17’)上， 这就关闭了室(21)。
当该转子(3)从255°转动到330°时，该活塞(5’)以额定速率(62’) 继续将液体从室(21’)中排出。该活塞(5)在相反方向上以线性方式移 动，其作用为将液体从该进入端口(14)通过前通道(19)、侧通道(20)、 以及连接到该进入端口腔(13)上的侧通道通孔(9)吸入该室(21)中。
当该转子(3)优选从330°转动到360°时，该活塞(5’)以额定速率 (62’)继续将液体从室(21’)中排出。该活塞(5)停止以线性方式移动 并且该侧通道(20)经由该通孔(9)被连接到该端口转换过渡区域(17) 上，这就关闭了室(21)。
当该转子(3)相对该定子(2)转动360°时其回到0°位置，这对应于 该泵(1)的一个完整泵送循环。
本发明第二变体的说明
根据图13和图17，一个盖体(70)被与该定子(2)相对地安置成将 该转子(3)固位在该盖体(70)与该定子(2)之间。该盖体(70)优选 借助至少一个夹子(71)和一个附件(72)来固位在该定子(2)上的。 该盖体因此可以将该转子(3)夹在该定子(2)中。在一个变体中，该盖 体(70)提供预夹紧作用并且夹紧作用是由在操作过程中抵靠在该盖体 (70)与该定子(2)上的一个外部锁定元件提供的。
优选销形式的多个引导元件(76，76’)被安置在这些活塞(5，5’) 的孔(75，75’)内从而沿定子(2)的凸轮(10)以及在该盖体(70)内 部面上与凸轮(10)对称的凸轮(10’)来引导这些活塞(5，5’)。这些引 导元件(76，76’)的末端因此是以优选对称的方式引导的，从而使得这些 活塞(5，5’)的运动更加有效并且确保了对于当该泵以高速转动或者以高 压传送时的力的改进的耐受性。这些引导元件(76，76’)在活塞(5，5’) 的孔(75，75’)中自由转动从而减小与凸轮(10)和凸轮(10’)的摩擦 力。
根据图16，这些进入和排出端口(14，16)任选地是垂直于该转子(3) 的旋转轴线的。
本发明第三变体的说明
根据图21，图22和图26，组件(80)的构成是马达(30)固定到支 架(81)上，该支架接收该泵(1)，该泵通过优选夹子形式的固定元件(82， 82’)保持在支架(81)上。该支架(81)被适配成接收优选靠近该进入端 口(14)或排除端口(16)固定的至少一个空气或压力传感器(83)。该 传感器(83)使得一个管(85)能够被接收在壳体(84)中以探测气泡或 测量该泵(1)的入口(14)或出口(16)处的压力。这些固定元件(82， 82’)可以是该泵(1)、该支架(81)或这两者的组合的一个整体式部分。 该转子(3)是由该马达轴(89)驱动的。
根据图7d，23，28，29，31，当该泵(1)没有连接到该支架(81) 上并且可以通过压迫该转子(3)的下端(86)来轴向地朝至少一个复位 元件(90)移动时，该转子(3)被保持成借助于该复位元件(90)(例如 一个复位弹簧或其他任何复位装置)而抵靠在该密封元件(4)上。在这 种轴线移动过程中，该转子(3)不再与该密封元件(4)接触，这就在腔 (13，15)之间产生一个通道或受控的泄漏(未示出)从而使得进入和排 出端口(14，16)得以直接相连。相对于外部的密封是由密封元件(98) 和(99)提供的。该功能尤其适用于需要穿过该泵(1)的流体循环过程 以及在不需要借助于一个外部驱动安排的情况下将进入管和排出管(未示 出)连接到进入和排出端口(14，16)。这种类型的过程常用于医院环境 中，在将泵(1)连接到该驱动头部(31)或该支架(81)上之前，泵被 用来通过重力将连接到该泵上的管或管道中空气排出。类似地，可能有必 要在使用完该泵后或当该驱动安排无效时将包含在这些管或管道内的流 体排出。该任选的密封件(97)使得有可能改善对该转子的引导。
该复位元件(90)可以被适配成使得功能反向并且该转子(3)必须被 拉向与该复位元件(90)相反的方向以抵靠在密封元件(4)上。
根据图7c，7d和图33，该凸轮(10)被适配成能够在一个凹槽(101) 中定位一个引导元件(6或6’)，该凹槽优选位于该凸轮(10)的内部。当 一个引导元件(6或6’)被安置在该凹槽(101)的底部时与之相关联的活 塞(5或5’)被保持在泵室(21或21’)中的高位置处以最小化其容积。 还通过将另一个引导元件(6’或6)安置在该凸轮(10)上的高位置处， 将第二泵室(21’或21)保持在最小容积处。然后有可能实现通过推或拉 该转子(3)的下端(86)将包含在进入与排出端口(14，16)内部管道 中的、和腔(13，15)以及转换过渡区域(17，17’)中的流体(例如空气) 完全排出，如以上所说明的。当在其使用之前或之后有必要将泵中的流体 完全排出时这个功能是尤其适用的。如果通过将这些活塞(5，5’)置于高 位置不能将这两个室完全排空，则包含在这些室(21，21’)中的剩余流体 可能证实是危险的，例如在静脉输液过程中如果空气没有排除则会引起栓 塞。
根据图23，30，31和图34，该定子(2)被适配成用来接收两个挠性 元件(87，87’)，优选以硅胶膜或弹性膜形式，这两个元件对应地通过通 道(93和93’)被连接到进入和排出端口(14，16)以及泵室(21，21’) 上。每个通道(93，93’)在其另一端被对应地连接到位于该定子(2)与 挠性元件(87，87’)之间的腔(94，94’)上。当该泵(1)被固定到该支 架(81)上时，每个挠性元件(87，87’)与该支架(81)形成两个腔(95， 95’)，这些腔各自具有一个安置在该支架(81)上的对应的连接通道(102， 102’)。
在该泵(1)的运行过程中，在泵室(21，21’)中发生的压力变化使 这些对应的挠性元件(87，87’)变形，这将压力从每个腔(94，94’)对 应地传递到腔(95，95’)中。随后有可能通过将两个压力传感器(未示出) 安置在通道(102，102’)的外端来测量该泵的入口与出口处的压力。这些 挠性元件(87，87’)在该泵的内部流体回路与外部之间提供了隔绝和密封， 而且还使得有可能测量发生在该泵的入口和出口处的压力变化。这个系统 尤其适用于在泵的入口或出口处测量泄漏或探测堵塞而无需将压力表连 接到该泵的外部管中。将这些挠性元件(87，87’)整合到该泵(1)中使 得有可能减小该系统的整体尺寸，这在便携泵(例如尤其在医学领域中) 中是极其重要的。
本发明第四变体的说明
根据图35，38和图39，该组件(120)包括一个固定到用于接收该定 子(2)的支架(81)上的马达(30)。该转子(3)被定位在该定子(2) 内从而使得该密封元件(4)被保持在该转子(3)与该定子(2)之间。 位于该支架(81)内的凸轮(10)被适配成用来接收至少一对支承件(123， 123’)，这对支承件固定到这些对应的引导元件(6，6’)上以减少该凸轮 (10)与该引导元件(6，6’)的摩擦和磨损。当需要传送非常精确的流体 剂量并且需要产生尽可能完美的线性流速时，固定到这些对应的引导元件 (6，6’)上的第二对支承件(124，124’)强化了这些引导元件(6，6’) 的对齐。该转子(3)可以任选地通过这些支承件被引导在该定子(2)和 支架(81)中。
以上所述的泵送原理是可通过使得该转子在另一个方向上转动来反向 的。
以上所限定的角度值是通过举例的方式给出的并且根据该凸轮的尺寸 或所需要的流速曲线可以是不同的。
这些低流速(61，61’，63，63’)优选等于该泵的额定流速的一半。
该凸轮可以被适配成用来产生脉动或半脉动流动。
在另一个未示出的变体中，该壳体(11)和密封元件(4)可以是在该 转子(3)的内部面上。
在另一个未示出的变体中，这些腔(13，15)与这些转换过渡区域(17， 17’)可以是垂直于该泵的旋转轴线的。在这种情况下，密封元件优选在该 泵的转子外围。
在另一个未示出的变体中，该转子可以被适配成用来接收一个磁性元 件从而使其可以在磁体或其他任何外部电磁元件的协助下被驱动而旋转。 因此该泵可以被连接到非接触驱动安排上。如果该泵被植入到皮下或身体 内并且必须从外部致动，则这个变体是尤其适用的。
在另一个未示出的变体中，该盖体可以被适配成用来接收该泵的进入 和排出端口。
这些活动零件之间的密封优选由弹性体、包覆模制的密封件或其他任 何密封元件产生。然而，有可能实现的是产生在该定子或盖体与该转子之 间没有密封元件的泵，例如借助其之间的配合。构成该泵的元件优选由塑 料和一次性材料制成。该泵可以被杀菌以用于例如食品或药品的分配。然 而，材料的选择不限于塑料。
尽管已经参照多个实施例对本发明进行了说明，但还存在其他未说明 的变体。本发明的范围因此不限于以上所述的实施例。