DE3415421C2

DE3415421C2 -

Info

Publication number: DE3415421C2
Application number: DE3415421A
Authority: DE
Inventors: Tatsuya Yokohama Kanagawa Jp Furukawa; Masanori Tokio/Tokyo Jp Horike
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1983-04-25
Filing date: 1984-04-25
Publication date: 1989-03-16
Also published as: DE3415421A1; JPS59200080A; US4558995A

Description

Die Erfindung betrifft eine Pumpe zum Fördern einer Flüs sigkeit nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine derartige Pumpe zum Fördern einer Flüssigkeit ist aus der DE-AS 25 44 140 bekannt. Diese bekannte Pumpe enthält ein Gehäuse, in welchem eine Flüssigkeitskammer, ein Flüs sigkeitsansaugdurchlaß und ein Flüssigkeitsabgabedurchlaß ausgebildet sind. Die Flüssigkeitskammer ist mit einem An saugventil ausgestattet und enthält auch ein Abgabeventil. Ferner enthält das Gehäuse eine Membran mit einem Deckel teil, welches mit der Membran zusammenwirkt und bezüglich der Membran einen Raum an einer der Flüssigkeitskammer ge genüberliegenden Seite festlegt. Die bekannte Pumpe enthält ferner einen elektrostriktiven Schwingungserzeuger, der ge mäß einem Ausführungsbeispiel aus mehreren Scheiben be steht. Der Schwingungserzeuger ist in dem Raum oberhalb der Membran angeordnet und ein Ende des Schwingungserzeugers ist mit der Membran verbunden, während das andere Ende des Schwingungserzeugers an der Innenwandung des Deckels ange bracht ist.

Aus der US-PS 30 29 743 ist ebenfalls eine derartige Pum penkonstruktion bekannt, wobei aber bei dieser bekannten Konstruktion noch zusätzlich das Ansaugventil und das Ab gabeventil elektrisch gesteuert werden können. Sowohl das Ansaugventil als auch das Abgabeventil sind in die zu för dernde Flüssigkeit eingetaucht und bestehen aus kerami schen Streifen, an die elektrische Signale angelegt werden. Das Ansprechverhalten wird aber dadurch, daß das die Schwin gungen erzeugende Teil in die zu pumpende Flüssigkeit ein getaucht ist, erheblich eingeschränkt, da jeder Schwingungs bewegung ein erheblicher Widerstand durch die Flüssigkeit entgegengesetzt wird.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine Pumpe zum Fördern einer Flüssigkeit der angegebenen Gattung derart zu verbessern, daß sie mit einer sehr viel höheren Pumpenfrequenz betrieben werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeich nungsteil des Anspruches 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Konstruktion werden im Gegensatz zu der bekannten Konstruktion sowohl das Ansaugventil als auch das Abgabeventil zeitlich aufeinander abgestimmt ge steuert und angetrieben, d. h. die Bewegung des Ventilteils erfolgt nicht mehr durch den in der Flüssigkeitskammer auf tretenden Überdruck bzw. Unterdruck, sondern sowohl das An saugventil als auch das Abgabeventil werden gesteuert ange trieben, wodurch sehr viel höhere Beschleunigungskräfte auf die Ventilteile einwirken können und dadurch auch eine sehr viel höhere Pumpfrequenz realisiert werden kann.

Auch können bei der Konstruktion nach der vorliegenden Er findung alle elektrostriktiven Schwingungserzeuger in einer trockenen, flüssigkeitsfreien Umgebung angeordnet werden, so daß keinerlei Isolationsprobleme mit einer umgebenden Flüssigkeit entstehen und somit kein zusätzlicher elektri scher Isolationsaufwand betrieben werden braucht. Dadurch daß die Ansaugkammer und auch die Abgabekammer mit einer Flüssigkeit gefüllt sind, ergibt sich auch ein schnelleres Ansprechverhalten bei der Betätigung der Ventilteile.

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 9.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei spielen unter Hinweis auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Schnittansicht einer Aus führungsform mit Merkmalen nach der Erfindung;

Fig. 2 ein Zeitdiagramm, das die Arbeitsweise der in Fig. 1 dargestellten Pumpe veranschaulicht;

Fig. 3 ein Diagramm einer Ansteuersignalerzeugenden Schaltung, um Ansteuersignale einem elektro striktiven Schwingungserzeuger einer Pumpe mit Merkmalen nach der Erfindung zuzuführen;

Fig. 4 ein Wellenformdiagramm eines Signals, das an den Ansteuersignalgenerator der Fig. 3 angelegt wird;

Fig. 5 ein Diagramm eines weiteren Beispiels eines Ansteuersignalgenerators;

Fig. 6 ein Wellenformdiagramm eines Signals, das an den in Fig. 5 dargestellten Ansteuersig nalgenerator angelegt wird; und

Fig. 7 ein Diagramm, das eine praktische Ausführung einer eine Zeitkonstante erzeugenden Schaltung in dem Ansteuersignalgenerator der Fig. 5 wiedergibt.

In Fig. 1 und 2 ist eine Ausführungsform mit Merkmalen nach der Er findung dargestellt. Eine Farbverdichtungspumpe 50 weist eine luft dicht verschlossene konische Ansaug-Kammer 52 auf, welche in einer Wandung des Gehäuses 12 bei dem Ansaugdurchlaß 14 ausgebildet ist. Die Ansaug-Kammer 52 ist durch eine flexible Membran 54 ver schlossen. Ein zum Ansaugen vorgesehener, elektrostriktiver Schwingungserzeuger 56 ist an der äußeren Fläche der Membran 54 fest angebracht, so daß er mit dieser eine Einheit bildet. In ähnlicher Weise ist eine luftdicht ab geschlossene, konische Abgabe-Kammer 58 in einer Wandung des Ge häuses 12 bei einem Abgabedurchlaß 16 ausge bildet und durch eine flexible Membran 60 verschlossen. Ein für die Abgabe vorgesehener, elektrostriktiver Schwin gungserzeuger 62 ist an der Außenfläche der Membran 62 fest angebracht, so daß er mit dieser eine Einheit bildet. Flexible Ventil-Teile 64 und 66 sind jeweils in den Kammern 52 und 58 an von den Membranen 54 und 60 entfernt liegenden Stel len d. h. bei den Durchlässen angebracht. Das flexible Ventil-Teil 64 arbeitet mit der Membran 54 zusammen, um die Ansaug-Kammer 52 luftdicht zu verschließen, während das flexible Ventil-Teil 66 mit der Membran 60 zusammenarbeitet, um die Abgabe-Kammer 58 luftdicht zu verschließen. Die Kammern 52 und 58 sind jeweils mit einer Flüssigkeit gefüllt.

Das flexible Ventil-Teil 64 ist so angeordnet, daß es einem Durchlaß 14 a gegenüberliegt, welcher einen Teil des Ansaugdurchlasses 14 bildet, und mit der Verdichtungskammer 22 in Verbindung steht. In ähnlicher Weise liegt das flexible Ventil-Teil 66 einem Durchlaß 16 a gegenüber, welcher einen Teil des Ansaugdurchlasses 16 bildet und mit der Verdichtungskammer 22 in Verbindung steht. Bei dieser Aus führung wird bei einer Verschiebung der Membran 54 oder 60 beispielsweise um einige Mikrometer das flexible Ventil-Teil 64 und 66 um einen verstärkten Betrag verschoben, welcher größer als 0,1 mm ist, wodurch dann der zugeordnete Durch laß 14 a oder 16 a stillgesetzt wird. Im einzelnen bedeutet dies, daß, wenn negative Spannungen an den Schwingungser zeuger 32 oberhalb der Verdichtungskammer 22 und an den Schwingungserzeuger 56 angelegt werden und wenn eine positive Spannung an den Schwingungserzeuger 62 angelegt wird, wie in Fig. 2 dargestellt ist, die Schwin gungserzeuger 32, 56 und 62 einzeln verschoben werden, wie durch Pfeile in Fig. 1 angezeigt ist, um den Durchlaß 14 a freizugeben und den Durchlaß 16 a zu blockieren. Hierdurch wird das Volumen der Verdichtungskammer 22 vergrößert, so daß die Farbe in die Kammer 22 gesaugt wird. Wenn eine positive Spannung an den Schwingungserzeuger 56, eine etwas negative Spannung an den Schwingungserzeuger 62 und eine positive Spannung an den Schwingungserzeuger 32 angelegt wird, werden die Schwingungserzeuger 56, 62 und 32 jeweils in zu den Pfeilen entgegengesetzten Richtungen verschoben, um dadurch den mit der Verdichtungskammer 22 in Verbindung stehenden Durchlaß 14 a zu sperren und den Durchlaß 16 a freizugeben. Folglich wird das Volumen der Verdichtungskammer 22 kleiner, so daß die Farbe aus der Kammer 22 abgegeben wird.

In der dargestellten und beschriebenen Aus führungsform werden an die jeweiligen elektrostriktiven Schwingungserzeuger Wechselspannungen von einer Wechsel spannungsquelle aus, d. h. Spannungsimpulse, wie solche, die in Fig. 2 dargestellt sind, angelegt. Es braucht nicht er wähnt zu werden, daß die gezeigte Ausführungsform mit Erfolg so verwendet werden kann, um die der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe zu lösen, wenn solche Span nungsimpulse verwendet werden, um die jeweiligen Schwin gungserzeuger anzusteuern. Trotzdem ist bei ihnen die Möglichkeit nicht gänzlich auszuschließen, daß Luftblasen in der Farbe entwickelt werden, da die Verschiebungen der Schwingungserzeuger hart erfolgen wodurch zu der Zeit eines Ansaugvorgangs ein verhältnismäßig kräfti ger Unterdruck entwickelt wird.

Folglich wird gemäß der Erfindung eine An steuersignale erzeugende Einrichtung vorgeschlagen, um jede der elektrostriktiven Schwingungserzeuger mit Wechselspan nungen zu versorgen. Anhand von Fig. 3 bis 7 wird nunmehr im einzelnen ein Ansteuersignalgenerator beschrieben, der bei elektrostriktiven Schwingungserzeugern anwendbar ist, die in der erfindungsgemäßen Pumpe vorgesehen sind. Wie in Fig. 3 dargestellt, weist ein Ansteuersignalgenerator 70 eine Datensignal-Wellenformerzeugungsschaltung 72 und einen Verstärker 74 zum Verstärken eines Ausgangs der Schaltung 72 auf. Ein Wechselspannungssignal, wie beispiels weise ein in Fig. 4 dargestelltes Signal a, wird an einen Eingangsanschluß des Datensignal-Wellenformgenerators 72 angelegt. Das Signal a und nicht der in Fig. 2 dargestell te Impuls, welcher scharf ansteigt und abfällt, wird zu gelassen, damit er sich mit einer Zeitkonstanten ausbildet und wieder abfällt. Wenn somit ein Signal a durch den Ver stärker 74 verstärkt wird, um beispielsweise eine Ansteuer spannung von ±200 V zu erzeugen und die Ansteuerspannung an die Schwingungserzeuger 32, 56 und 62 angelegt wird, wird die Entwicklung eines Unterdrucks verhindert, welcher sich sonst bei dem plötzlichen Ansaugen der Farbe ergeben würde.

Ein weiteres Beispiel eines Ansteuersignalgenerators ist in Fig. 5 dargestellt. Der Ansteuersignal generator 80 in diesem Beispiel weist eine Schaltanordnung 82 und eine eine Zeitkonstante erzeugende Schaltung 84 auf. An einen Eingangsanschluß 86 der Schaltanordnung 82 wird ein impulsförmiges Signal, wie beispielsweise ein in Fig. 6 dargestelltes Signal b angelegt, welches ein TTL-Impuls mit einem Pegel 5 V ist. Der Zeitkonstantengenerator 84 gibt eine Zeitkonstante an das impulsförmige Signal b, um eine Ansteuerspannung von beispielsweise ±200 V zu entwickeln, welche dann an den Schwingungserzeuger 32, 56 oder 62 angelegt wird.

Eine praktische Ausführungsform des Zeitkonstantengenerators 84, welcher in der Schaltung der Fig. 5 vorgesehen ist, ist in Fig. 7 dargestellt. Hierbei soll ein Impuls b von 5 V und 50 Hz durch einen Transistor Tr ₁ in einen Impuls von +15 V umgewandelt werden, welcher seinerseits durch einen Tran sistor Tr ₂ in einen Impuls von ±10 V umgewandelt wird. Dieser Impuls wird dann durch Transistoren Tr ₃ und Tr ₄ in Hochspan nungsimpulse von +400 V bzw. -400 V verstärkt, an welche eine Zeitkonstante durch Widerstände Tr ₅ und Tr ₆ und durch Wider stände R ₁ und R ₂ angelegt wird. Die Kapazität des Schwin gungserzeugers 32 soll 500 pF, die Ansteuerfrequenz soll 50 Hz und die Lastimpedanz soll 650 kΩ sein. Wenn dann der Widerstandswert der Widerstände R ₁ und R ₂ 500 kΩ ist, steigt und fällt das Ansteuersignal mit einer Zeitkonstan ten von 2,5 ms, wenn Spannungen von etwa +200 V und -200 V an den Schwingungserzeuger angelegt werden.

Auf die beschriebene Weise ist in der in Fig. 7 darge stellten Schaltungsanordnung der Wärmeverlust an den Transistoren trotz eines Signals mit einem hohen Spannungs pegel vernachlässigbar. Daher können Transistoren mit ver hältnismäßig kleinen Kapazitäten verwendet werden, und da durch können zuverlässige Pumpaktionen mittels einer klein bemessenen und wirtschaftlich arbeitenden Ansteuerschaltung durchgeführt werden.

Die erfindungsgemäße Pumpe entwickelt somit infolge großer Verschiebungen eines elektrostriktiven Schwingungserzeugers einen hohen Abgabedruck für Farbe, und verhindert, daß im Falle eine Ansaugvorgangs durch einen unerwünschten Unterdruck Luftblasen in der Farbe ausgebildet werden, da ein an den Schwingungserzeuger angelegtes Ansteuersignal mit einer merklichen Zeitkonstanten ansteigt und abfällt.

Claims

1. Pumpe zum Fördern einer Flüssigkeit, mit einem Gehäu se, in welchem eine Flüssigkeitskammer, ein Flüssigkeits ansaugdurchlaß und ein Flüssigkeitsabgabedurchlaß, ein An saugventil und ein Abgabeventil, eine flexible Membran mit einem Deckelteil, das mit der Membran zusammenwirkt, um be züglich der Membran einen Raum an einer der Flüssigkeits kammer gegenüberliegenden Seite festzulegen, ferner einen elektrostriktiven Schwingungserzeuger, der in dem Raum an geordnet ist und mit einem Ende an der Membran und mit sei nem anderen Ende an einer Innenwandung des Deckelteils an gebracht ist, ausgebildet bzw. angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Ansaugventil eine mit Flüssigkeit gefüllte Ansaugkammer (52), die in einer Wandung des Gehäuses (12) bei dem Ansaugdurchlaß (14) aus gebildet ist, eine flexible Membran (54), welche die An saugkammer (52) auf einer Seite begrenzt, einen elektro striktiven Schwingungserzeuger (56), der fest an der Au ßenfläche der Membran (54) angebracht ist, und ein flexib les Ventilteil (64) aufweist, das die Ansaugkammer (52) auf einer von der Membran (54) abgewandten Seite begrenzt und den Ansaugdurchlaß (14) öffnet und schließt, daß ferner das Abgabeventil eine mit Flüssigkeit gefüllte Abgabekammer (58), die in einer Wandung des Gehäuses (12) bei dem Abga bedurchlaß (16) ausgebildet ist, eine flexible Membran (60), welche die Abgabekammer (58) auf einer Seite be grenzt, einen elektrostriktiven Schwingungserzeuger (62), der fest an der Außenfläche der Membran (60) angebracht ist, und ein flexibles Ventilteil (66) aufweist, das die Abgabekammer (58) auf einer von der Membran (60) abge wandten Seite begrenzt und den Abgabedurchlaß (16) schließt und öffnet.

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das Deckelteil (44) aus einem Iso liermaterial hergestellt ist.

3. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das Deckelteil (44) aus einem lei tenden Material hergestellt ist, und daß die Pumpe (40) ein Isolierteil (48) aufweist, das zwischen einer Innen fläche des Deckelteils (44) und dem elektrostriktiven Schwingungserzeuger (32) angeordnet ist.

4. Pumpe nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Ansteuersignal-Zuführeinrichtung (70; 80) zum Zuführen und Anlegen eines Ansteuersignals, um den elek trostriktiven Schwingungserzeuger (32, 56, 60) anzusteuern, wobei das Ansteuersignal eine Wellenform hat, welche mit einer Zeitkonstanten ansteigt und abfällt.

5. Pumpe nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, daß die Ansteuersignal-Zuführeinrich tung (70) einen Datensignal-Wellenformergenerator (72) zum Erzeugen einer Signalwellenform, welche Daten anzeigt, und einen Verstärker (74) aufweist, um einen Ausgang des Datensignal-Wellenformergenerators (72) zu verstärken.

6. Pumpe nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, daß die Ansteuersignal-Zuführeinrich tung (80) eine Schaltanordnung (82) und eine Zeitkonstan ten-Erzeugungsschaltung (84) aufweist.

7. Pumpe nach Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet, daß die Zeitkonstanten-Erzeugungsschal tung (84) entsprechend ausgelegt ist, um ein Ansteuersignal mit einer Wellenform anzulegen, welche eine Zeitkonstante aufweist, welche durch ein Ausgangsimpedanz der Zeitkonstan ten-Erzeugungsschaltung und durch eine Kapazität des elek trostriktiven Schwingungserzeugers (32, 56, 60) festgelegt ist.

8. Pumpe nach Anspruch 7, dadurch gekenn zeichnet, daß die Zeitkonstanten-Erzeugungsschal tung (84) entsprechend ausgelegt ist, um die Zeitkonstante für ein Ansteuersignal, das an den elektrostriktiven Schwin gungserzeuger (32, 56, 60) angelegt wird, beim Ansaugen der Flüssigkeit größer zu machen als für ein Ansteuersignal, das im Falle der Abgabe der Flüssigkeit an den elektrostriktiven Schwingungserzeuger (60) angelegt wird.

9. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit Farbe ist, welche in Verbindung mit einem Kopf eines Farbstrahl druckers verwendet wird.