三腔室章动泵的制作方法
【技术领域】
[0001 ]公开了一种改进型章动栗，其具有向US7，946，832的双腔室栗增加的第三个腔室，在此结合US7，946，832。该第三腔室被设置成与提供循环位移(零净流量通过该循环)的补偿活塞，或者其它主动驱动位移装置相邻，其补偿在US7，946，832的双腔室栗的输出流动的脉冲。所公开的栗还提供比US8，353，690中所公开的四腔室栗更稳定的流动，在此也结合US8，353，690。该公开的三腔室栗提供了用于所有实际目的的输出流动，并且是得到对各电机步进基本相同的流动输出的稳定的流动。
【背景技术】
[0002]章动栗是一种栗，其具有围绕其轴线旋转且同时在衬垫或壳体中轴向和往复地滑动的活塞。通过全栗腔室，随着活塞围绕其轴线旋转360°，该活塞轴向地滑动通过分配行程(dispense stroke)且在吸入或者“填充”行程之后返回至其初始位置。活塞的该组合的360°旋转和往复轴向运动产生图1中所示的正弦分配曲线图。该线I图示地示出了在活塞的一个循环过程中在不同的点处的流动速度。曲线I的在表示零流动速度的水平线2以上的部分表示分配或者排出行程，而曲线I的在线2下方的部分表示吸入或者填充行程。
[0003]此外，由于输出不是线性的(参见图1的线I)，一些使用者将常规章动栗的操作限制在活塞的完整360°回转或者至少一个完整分配行程。然而，该方法通常需要使用者在小的栗和大的栗之间进行选择，该小的栗需要活塞的多个回转以分配所要求的量，且该大的栗需要活塞的部分回转以分配所要求的量。此外，操作者还可在以高速运行小栗的电机来分配较大的量与以低速或者最小速度运行大栗的电机来分配较小的量之间进行选择。
[0004]为了避免该两难境地，步进电机用于章动栗以提供部分回转分配。由于章动栗分配曲线图(S卩，参见图1)的非线性输出，使用部分回转以从章动栗精确地分配流体是很难的，可使用控制器、软件算法和传感器来监测活塞的角度位置。使用该角度位置，控制器可计算实现期望输出所需要的步进数量，如US6，749，402中所公开，在此结合US6，749，402。图1中所示的正弦图是基于在恒定电机速度的章动栗操作。尽管章动栗在恒定电机速度运行具有简化控制器设计和栗操作的优点，然而使用恒定电机速度具有固有缺点。
[0005]具体地，在一些应用中，在图1的左侧示出的最大输出流速是不利的，这是因为随着流体在较高的流速被栗送进入输出容器，输出流体可飞溅或者溅洒。例如，在颜料或者化妆品分配应用中，在着色剂被栗送进入输出容器时着色剂的任何飞溅可导致不精确的分配，以及着色剂飞溅至机器上，这要求劳动密集的清洁和维护。该飞溅问题不利地影响需要将精确量的输出流体分配至装满流体或者部分装有流体的小的容器或者输出容器任何章动栗应用。
[0006]例如，具有图1的曲线图的常规章动栗的操作导致如图2和3中所示的脉冲输出流体。在图2和3中的左侧所示的分别在速度800和600rpm的脉冲流动导致引起不良飞溅的脉冲3和4。图2和3为绘制的实际章动栗在操作中的实际数字图片。尽管电机速度从SOOrpm降低至600rpm导致较小的脉冲4，脉冲尺寸的减小非常小，且该优势被较慢的操作抵消。为了避免完全飞溅，电机速度将必须降低多于20%，从而使得章动栗的选择吸引力较差，尽管其具有高的精度。
[0007]图1的正弦曲线图的另一个缺点是伴随而来的压力峰值，其引起电机转矩的增加。具体地，随着活塞从分配速度处于最大值的点旋转至吸入速度处于最大值的点(即，在图1的左侧所示的曲线的峰值至图1的右侧所示的曲线的谷值)发生在章动栗中的大的压力降可导致在电机以恒定速度运行的系统中的电机失速。电机失速将导致不一致的或者不恒定的电机速度，从而影响图1中所示的正弦分配速度曲线图以及基于预编程正弦分配曲线图的任何控制系统或控制方法。该失速问题将发生在图1的吸入侧，以及当栗从最大吸入流速至最大分配流速时。
[0008]在US6，749，402中着眼于解决飞溅和失速问题，具体地在图4中示出了改进的分配曲线图la，其中在栗送循环过程中电机速度改变以将图1的曲线I变平。电机速度中的该改变导致峰值输出流速的降低，同时通过以下方式保持合适的平均流速:(i)在循环的分配部分的起始和末端增大流速，(ii)减小峰值分配流速，(iii)延长循环的分配部分的持续时间，(iv)缩短循环的吸入或填充部分的持续时间。这通过使用计算机算法来在循环过程中控制电机的速度，从而根据需要提高或者降低电机速度来实现如图4中所示的分配曲线而完成。
[0009]然而，如图4中所示的US6，749，402的章动栗设计，尽管减少飞溅，仍然导致开始/停止分配曲线图，且因此分配不是无脉冲或者稳定平滑的流动。尽管峰值分配速度降低，然而在图4的左侧所示的分配速度的突然提高以及在图4的中间附近所示的流速的突然降低仍然提供了一些飞溅的可能性。此外，分配的突然开始和停止之后的在循环的填充部分的过程中的显著延迟时间仍然带来在从分配喷嘴排出的流体流中的显著压力峰值和差异的问题。以la、lc所示的曲线部分的斜率的任何降低与最大填充速度的任何降低一样将需要延长循环时间。因此，为了减少循环的分配部分的起始和结束的突发性而可对图4中所示的循环进行的仅有改变将导致延长循环时间和/或降低最大填充速度。
[0010]参考图5，示出了US7，946，832的双腔室章动栗。该双腔室栗20包括设置在栗壳体21中的旋转和往复运动活塞10。该栗壳体21被连接至罩22和中间壳体23，该中间壳体23主要用于容纳连接件24，该连接件24将活塞10连接至驱动轴25，而驱动轴25进而连接至电机26。该连接件24通过连杆27而连接至活塞10的近端30(参见图6)。活塞10的近端段28具有第一最大外直径，其基本上小于活塞10的较大栗段29的第二最大外直径。活塞10的栗段29的较大最大外直径的目的是除了第一栗腔室42之外形成第二栗腔室44。近端段28在倾斜的过渡段31处连接至栗段29。活塞10的栗段29穿过中间密封垫32。活塞10的栗段29的远端33接收在远端密封垫34中。以35示出流体入口且以36示出流体出口。活塞10的近端段28穿过设置在密封壳体39中的近端密封垫38。
[0011]第一栗腔室42是一区域，其中流体主要通过活塞10朝向端盖22的轴向移动以及活塞10的转动和位于第一腔室42中的流体与加工的平坦区域13的接合而位移。管道或者通道43将第一腔室42连接至第二腔室44。在近端段28的外直径与活塞10的较大栗段29之间的倾斜的过渡段31产生通过第二腔室44的位移(displacement)。
[0012]在图5中示出了活塞10的栗段29的端部33接近头部22的其行程的中间位置。流体被推出第一腔室42并进入通道43(参见箭头46)。该动作将位于通道43中的流体位移，并使其围绕活塞10的近端段28和过渡段31流动，或者通过第二腔室44，如图5中所示。应注意，活塞10的平坦或加工区域13被旋转，从而使得流体沿着箭头46的方向流经通道43朝向第二腔室44。图6示出了往复移动返回朝向吸入行程的顶部。该活塞10在箭头47的方向上移动，其使得过渡段31进入第二腔室44，从而使得流体分配通过出口 36或者在箭头48的方向分配。在图6中没有流体从第一腔室42栗送，而是相反地，第一腔室42装载有经由入口 35进入且在箭头49的方向流入腔室42的流体。
[0013]与常规章动栗(参见图1)中在活塞10的第一个180°旋转过程中在第一腔室42中的所有流体被分配的情况不同，在活塞10的第二个180°旋转过程中或者在图6中所示的循环的填充部分，自第一腔室42栗送的流体的一部分被从第二腔室44栗送。换言之，被栗送的流体的一部分被暂时地存储在第二腔室44中，且与图1中所示的循环的分配部分过程中所有的流体都被分配的情况相反，在循环的填充部分过程中该存储的流体接着被分配。因此，在活塞1的第一个180°旋转过程中输出流动减少，且在循环的填充部分中在相继的活塞10第二个180°旋转过程中，