DE102008019072B3

DE102008019072B3 - Piston pump's cam mechanism for high performance liquid chromatography, has cam disk, where geometries and positions of disk and scanning element are selected such that intersection of line of influence of radial force lies within extension

Info

Publication number: DE102008019072B3
Application number: DE200810019072
Authority: DE
Inventors: Richard Dr. Schloderer
Original assignee: Dionex Softron GmbH
Current assignee: Dionex Softron GmbH
Priority date: 2008-04-15
Filing date: 2008-04-15
Publication date: 2009-12-31
Anticipated expiration: 2028-04-16

Abstract

The mechanism has a cam disk (1) transferred by a predetermined distance (111) against a force transmission axis (20). Geometry of the disk, position of the disk relative to an axial guidance region, geometry of a scanning element (3) and position of the scanning element at a drive element (2) are selected such that an intersection of line of influence of radial force (Fr) with the transmission axis lies within an extension (D) of the guidance region for each rotating position of the disk. The radial force is transmitted from the scanning element to the disk. An independent claim is also included for a piston pump for high speed liquid chromatography, comprising a cam mechanism.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kurvengetriebe, insbesondere für eine Kolbenpumpe für die Hochleistungsflüssigkeitschromatographie, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 sowie eine Kolbenpumpe mit einem derartigen Kurvengetriebe nach Anspruch 9.The The invention relates to a cam mechanism, in particular for a piston pump for high performance liquid chromatography, with the features of the preamble of claim 1 and a Piston pump with such a cam mechanism according to claim 9.

Bei einem Kurvengetriebe wird eine Drehbewegung mittels einer Kurvenscheibe in eine Linearbewegung eines linear geführten Abtriebselements umgesetzt. Derartige Kurvengetriebe werden beispielsweise in Kolbenpumpen zum Antrieb des Kolbens oder in Verbrennungsmotoren zur Steuerung der Ein- und Auslassventile verwendet und bestehen im Wesentlichen aus einem Nocken bzw. einer Kurvenscheibe, einem Abtastelement, das als Abrolllager ausgebildet sein kann, und aus einem Abtriebselement, welches die gewünschte Linearbewegung ausführen soll.at a cam mechanism is a rotary movement by means of a cam converted into a linear movement of a linearly guided output element. Such cam gears are used for example in piston pumps for Drive the piston or in internal combustion engines to control the Inlet and outlet valves are used and consist essentially of a cam, a sensing element, the can be designed as a rolling bearing, and from an output element, which the desired Perform linear movement should.

Ein solches Kurvengetriebe nach dem Stand der Technik ist in 1 dargestellt. Es zeigt die Nocke bzw. Kurvenscheibe 1, deren Drehachse D durch ein Kreuz gekennzeichnet ist. Der Pfeil 5 zeigt eine mögliche Drehrichtung der Kurvenscheibe 1. Das Abtriebselement 2 ist in einer Linearführung 4 gelagert, die im Wesentlichen nur die gewünschte lineare Bewegung zulässt, nicht jedoch Bewegungen senkrecht dazu. Dabei kann es sich beispielsweise um eine Kugelumlaufführung oder ein Gleitlager handeln. Das Abtriebselement 2 enthält ein Abtastelement in Form eines Abrolllagers 3, dessen Drehachse E ebenfalls durch ein Kreuz gekennzeichnet ist. Das Abtriebselement 2 wird durch eine Andruckkraft F, die entlang der Krafteinleitungsachse 20 wirkt, in Richtung auf die Kurvenscheibe 1 gedrückt.Such a cam mechanism according to the prior art is in 1 shown. It shows the cam or cam 1 whose axis of rotation D is marked by a cross. The arrow 5 shows a possible direction of rotation of the cam 1 , The output element 2 is in a linear guide 4 stored, which allows essentially only the desired linear movement, but not movements perpendicular thereto. This may be, for example, a recirculating ball bearing or a plain bearing. The output element 2 contains a scanning element in the form of a rolling bearing 3 whose axis of rotation E is also marked by a cross. The output element 2 is due to a pressing force F, along the force introduction axis 20 acts, in the direction of the cam 1 pressed.

Bei Drehung der Kurvenscheibe 1 in Pfeilrichtung 5 bewegt sich das Abtriebselement 2 zunächst in Richtung des Pfeils 6, bis nach einer halben Kurvenscheibenumdrehung der vordere Totpunkt erreicht ist. Anschließend bewegt sich das Abtriebselement 2 wieder zurück in die Ausgangsstellung. Die Rotationsbewegung der Kurvenscheibe 1 wird also in eine periodische Linearbewegung des Abtriebselements 2 umgewandelt, um beispielsweise den Kolben einer Pumpe anzutreiben. Der Hub und das Hubprofil können innerhalb gewisser Grenzen durch die Form der Kurvenscheibe festgelegt werden.Upon rotation of the cam 1 in the direction of the arrow 5 the output element moves 2 first in the direction of the arrow 6 , until after half a cam rotation of the front dead center is reached. Subsequently, the output element moves 2 back to the starting position. The rotational movement of the cam 1 So is in a periodic linear movement of the output element 2 converted, for example, to drive the piston of a pump. The stroke and the stroke profile can be determined within certain limits by the shape of the cam.

Bei einem derartigen Kurvengetriebe nach dem Stand der Technik sind die Drehachse D der Kurvenscheibe 1, das Abtriebselement 2 und das Lager 3 auf einer gemeinsamen Symmetrieachse angeordnet, die mit der Krafteinleitungsachse 20 zusammenfällt. Hierdurch wird erreicht, dass die Querkräfte, die in der Linearführung bzw. auf die Achsen der Kurvenscheibe 1 und des Abrolllagers 3 wirken, so gering wie möglich bleiben.In such a cam mechanism according to the prior art, the axis of rotation D of the cam 1 , the output element 2 and the camp 3 arranged on a common axis of symmetry with the force introduction axis 20 coincides. This ensures that the lateral forces in the linear guide or on the axes of the cam 1 and the roll-off warehouse 3 work, stay as low as possible.

Ein Kurvengetriebe wie in 1 nach dem Stand der Technik hat jedoch den Nachteil, dass die Richtung der auftretenden Querkräfte von der jeweiligen Stellung der Kurvenscheibe 1 abhängt. 2 zeigt eine vereinfachte Darstellung der Kräfteverhältnisse. Die Krafteinleitung am Berührungspunkt zwischen Kurvenscheibe 1 und Lager 3 erfolgt senkrecht zur Berührungsfläche, d. h. senkrecht zu der Fläche, die durch die Tangente an die Berührungslinie und die Berührungslinie selbst aufgespannt wird. Die Berührung zwischen der Kurvenscheibe 1 und dem Lager 3 kann jedoch auch im Wesentlichen punktförmig sein, wenn z. B. zumindest eine der beiden Berührungsflächen leicht ballig ausgebildet ist. In diesem Fall wird die Berührungsfläche oder Tangentialfläche durch zwei Tangenten im Berührungspunkt mit unterschiedlichen Richtungen aufgespannt.A cam mechanism like in 1 However, according to the prior art has the disadvantage that the direction of the transverse forces occurring from the respective position of the cam 1 depends. 2 shows a simplified representation of the balance of power. The force at the point of contact between the cam 1 and bearings 3 is perpendicular to the contact surface, ie perpendicular to the surface, which is spanned by the tangent to the contact line and the contact line itself. The contact between the cam 1 and the camp 3 However, it may also be substantially punctiform, if z. B. at least one of the two contact surfaces is slightly convex. In this case, the contact surface or tangential surface is defined by two tangents at the point of contact with different directions.

Die radiale Andruckkraft F_R setzt sich zusammen aus der der äußeren Rückstellkraft F entgegen wirkenden Kraft F und der Querkraft F_L (Lateralkraft). 3 zeigt die Kräfteverhältnisse, nachdem sich die Kurvenscheibe 1 um 180° weitergedreht hat. Die Querkraft F_L hat nun die umgekehrte Richtung.The radial pressure force F _R is composed of the external restoring force F counteracting force F and the lateral force F _L (lateral force). 3 shows the balance of power after the cam 1 has rotated further by 180 °. The lateral force F _L now has the opposite direction.

Die Querkraft muss durch die Linearführung 4 abgefangen werden. Da Linearführungen, insbesondere kostengünstige Ausführungen, immer ein gewisses Spiel aufweisen, kann sich das Abtriebselement 2 auch senkrecht zur eigentlich vorgesehenen Bewegungsrichtung geringfügig bewegen. Eine solche Bewegung ergibt sich jedes Mal, wenn sich die Richtung der Querkraft F_L ändert, d. h. etwa alle halbe Umdrehung der Kurvenscheibe 1.The lateral force must pass through the linear guide 4 be intercepted. Since linear guides, in particular cost-effective versions, always have a certain amount of play, the output element can 2 also move slightly perpendicular to the intended direction of movement. Such a movement results every time the direction of the lateral force F _L changes, ie, approximately every half revolution of the cam 1 ,

Derartige Bewegungen des Abtriebselements sind unerwünscht, weil die dabei auftretende Lagerbelastung allmählich zum Ausschlagen des Lagers führt, wodurch sich das Spiel noch vergrößert, was schließlich zur Zerstörung des Lagers führt.such Movements of the output element are undesirable because the bearing load occurring gradually leads to knocking out of the camp, which makes the game even bigger, which eventually leads to destruction of the warehouse.

Bei der Anwendung eines solchen Kurvengetriebes für eine Kolbenpumpe ist der anzutreibende Kolben meist mit dem Abtriebselement fest verbunden. In diesem Fall sind seitliche Bewegungen oder Verkippungen des Kolbens, wie sie durch die wechselnde Quer kraft ausgelöst werden, besonders unerwünscht, da sie zu einer Belastung und evtl. Zerstörung der Kolbendichtungen führen.at the application of such a cam mechanism for a piston pump is the driven piston usually firmly connected to the output element. In this case, lateral movements or tilting of the piston, as they are triggered by the changing transverse force, particularly undesirable since they lead to a load and possibly destruction of the piston seals.

Ein weiterer Nachteil von Kurvengetrieben nach dem Stand der Technik besteht darin, dass die Kurvenscheibe 1 bei bestimmten Stellungen auf das Abrolllager 3 bzw. das Abtriebselement 2 keine ausrichtende Wirkung hat. In 1 liegt der Berührungspunkt zwischen den Kurvenscheiben 1 und dem Abrolllager 3 beispielsweise genau auf Symmetrieachse, die bei der gezeigten Anordnung mit der Krafteinleitungsachse 20 identisch ist. In dieser Position ist das Abtriebselement 2 mit dem Abrolllager 3 prinzipiell frei um die Krafteinleitungsachse 20 drehbar, vorausgesetzt das Abtriebselements 2 ist zylindrisch ausgebildet und um die Krafteinleitungsachse 20 drehbar gelagert. Dies ist jedoch in der Praxis häufig der Fall. Auch eine solch geringfügige Drehung, wie sie z. B. durch minimale mechanische Toleranzen ausgelöst werden kann, hätte zur Folge, dass das Abrolllager 3 bei Weiterdrehung der Kurvenscheibe nicht mehr sauber auf dieser aufliegt. Daher sind bei einem Kurvengetriebe nach dem Stand der Technik in der Regel zusätzliche Maßnahmen erforderlich, um eine solche unerwünschte Drehung zu verhindern. Dies bedeutet einen erhöhten Aufwand.Another disadvantage of prior art cam gears is that the cam plate 1 at certain positions on the rolling bearing 3 or the output element 2 has no aligning effect. In 1 is the point of contact between the cams 1 and the rolling stock 3 for example, exactly on symmetry axis, which in the arrangement shown with the force line sachse 20 is identical. In this position is the output element 2 with the rolling bearing 3 in principle free around the force introduction axis 20 rotatable, provided the output element 2 is cylindrical and about the force introduction axis 20 rotatably mounted. However, this is often the case in practice. Even such a slight rotation, as z. B. can be triggered by minimal mechanical tolerances, would have the consequence that the rolling bearing 3 on further rotation of the cam no longer clean rests on this. Therefore, in a prior art cam gear, additional measures are usually required to prevent such unwanted rotation. This means an increased effort.

Aus der JP 05-172043 ist eine Pumpenkonstruktion bekannt, bei der der Drehpunkt der Kurvenscheibe gegenüber der Krafteinleitungsachse bzw. Symmetrieachse seitlich versetzt ist. Dieser Versatz ist so gewählt, dass während der Förderphase, d. h. solange die Kurvenscheibe das Abtriebselement nach vorne drückt, der Berührungspunkt zwischen dem Lager und der Kurvenscheibe stets etwa auf der Symmetrieachse liegt. Hierdurch wird erreicht, dass während der Förderphase, während derer durch den Druck des zu fördernden Mediums eine hohe Rückstellkraft auf den Antrieb wirkt, die Querkräfte nahezu Null werden. Während der Ansaugphase, d. h. beim Zurückziehen des Kolbens, verschiebt sich zwar der Berührungspunkt von der Symmetrieachse weg, was jedoch kein Problem darstellt, da in diesem Fall nur geringe Rückstellkräfte wirksam sind. Aus der JP 05-172043 ist es des Weiteren bekannt, anstelle der Kurvenscheibe das Abrolllager seitlich, d. h. quer zur Krafteinleitungsachse zu versetzen, während der Drehpunkt der Kurvenscheibe auf der Krafteinleitungsachse liegt. Bei dieser Ausführungsform ergibt sich auch eine ausrichtende Wirkung bzw. rückstellende Wirkung im Fall einer Verdrehung des Abtriebselements um seine Längsachse.From the JP 05-172043 a pump construction is known in which the pivot point of the cam plate is laterally offset with respect to the force introduction axis or axis of symmetry. This offset is chosen so that during the delivery phase, ie as long as the cam pushes the output member forward, the point of contact between the bearing and the cam is always approximately on the axis of symmetry. This ensures that during the delivery phase, during which a high restoring force acts on the drive by the pressure of the medium to be conveyed, the transverse forces are almost zero. During the intake phase, ie when retracting the piston, although the point of contact moves away from the axis of symmetry, which does not present a problem, since in this case only low restoring forces are effective. From the JP 05-172043 It is also known, instead of the cam disc laterally, ie to move transversely to the force introduction axis, while the pivot point of the cam is located on the force introduction axis. In this embodiment also results in an aligning effect or restoring effect in the case of rotation of the output element about its longitudinal axis.

Auch durch diese Lösung nach dem Stand der Technik wird jedoch eine seitliche Bewegung aufgrund des Lagerspiels nicht in vollem Umfang vermieden. Ohnehin ist die dort angegebene Lösung nur dann sinnvoll anwendbar, wenn während des Zurückziehens des Kolbens keine große Kraft F auf diesen wirkt.Also through this solution However, according to the prior art, a lateral movement due of the bearing clearance is not completely avoided. Anyway, that is there specified solution only meaningfully applicable if during retraction the piston is not big Force F acts on these.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist es daher, ein Kurvengetriebe, insbesondere für eine Kolbenpumpe für die Hochleistungsflüssigkeitschromatographie, zu schaffen, bei dem während des gesamten Bewegungsablaufs selbst dann keine unerwünschten seitlichen Bewegungen des Abtriebselements auftreten, wenn die Linearführung in lateraler Richtung ein Spiel aufweist. Weiterhin soll gleichzeitig eine unerwünschte Drehung des Abtriebselements um seine Symmetrieachse vermieden werden, ohne dass hierzu zusätzliche Bauteile erforderlich sind.task The present invention is therefore a cam gear, in particular for one Piston pump for high performance liquid chromatography, to create, during which the entire movement even then no unwanted lateral movements of the output element occur when the linear guide in lateral direction has a game. Furthermore, should simultaneously an undesirable Rotation of the output element can be avoided around its axis of symmetry, without that additional Components are required.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen der Ansprüche 1 bzw. 9.The Invention solves This object with the features of claims 1 and 9, respectively.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass durch eine geeignete Wahl der Geometrie des gesamten Kurvengetriebes – insbesondere durch eine geeignete Wahl der Geometrie der Kurvenscheibe und die Position der Kurvenscheibe relativ zum Führungsbereich sowie die Geometrie des Abtastelements und die Position des Abtastelements bzw. der Abtastfläche am Abtriebselement – erreicht werden kann, dass für jede mögliche Drehposition der Kurvenscheibe der Schnittpunkt der Wirkungslinie der vom Abtastelement auf die Kurvenscheibe übertragenen Radialkraft mit der Krafteinleitungsachse der auf das Abtriebselement wirkenden Rückstellkraft innerhalb der Erstreckung des axialen Führungsbereichs liegt. Ist diese Bedingung erfüllt, so ist gewährleistet, dass sich die axialen Kräfte – d. h. die auf das Abtriebselement eingeleitete Kraft und die axiale Reaktionskraft, die von der Kurvenscheibe auf das Abtriebselement übertragen wird – einander aufheben und dass der Angriffspunkt der verbleibenden Querkraft innerhalb der axialen Erstreckung der Linearführung auf das Abtriebselement liegt. Ist diese Bedingung für den gesamten Winkelbereich erfüllt, über den die Rotationsbewegung der Kurvenscheibe erfolgt, so ist gewährleistet, dass das Abtriebselement über den betreffenden Bereich der Linearbewegung innerhalb einer spielbehafteten Linearführung weder verkippt noch in einer Richtung senkrecht zu seiner Längsachse translatorisch bewegt wird. Damit wird der Verschleiß der Linearführung bzw. des Abtriebselements innerhalb der Linearführung gegenüber bekannten Lagern drastisch reduziert.The Invention is based on the recognition that by a suitable Choice of geometry of the entire cam mechanism - in particular by a suitable Selection of the geometry of the cam and the position of the cam relative to the management area and the geometry of the sensing element and the position of the sensing element or the scanning surface on the output element - reached that can be for every possible one Rotational position of the cam The point of intersection of the line of action the transmitted from the sensing element on the cam radial force the force introduction axis of acting on the output member Restoring force lies within the extension of the axial guide region. Is this Conditions met, this ensures that the axial forces - d. H. the force applied to the driven element and the axial reaction force, which transferred from the cam to the output element will - each other cancel and that the point of attack of the remaining lateral force within the axial extent of the linear guide on the driven element lies. Is this condition for the entire angular range is met, over the the rotational movement of the cam takes place, it is ensured that the output element over the area of linear motion within a play-related one linear guide neither tilted nor in a direction perpendicular to its longitudinal axis is moved translationally. Thus, the wear of the linear guide or the output element within the linear guide over known bearings drastically reduced.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann das Abtriebselement in der Linearführung um seine Längsachse drehbar gelagert sein. Beispielsweise kann es sich um ein zylindrisches oder hohlzylindrisches Abtriebselement handeln. Derartige Abtriebselemente und auch entsprechende Linearführungen sind einfach und kostengünstig herstellbar bzw. beziehbar.To an embodiment the invention, the output element in the linear guide to his longitudinal axis be rotatably mounted. For example, it can be a cylindrical one or hollow cylindrical driven element act. Such output elements and also corresponding linear guides are easy and inexpensive produced or available.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Geometrie des Getriebes dabei so gewählt, dass der Berührungspunkt oder die Berührungslinie zwischen der Abtastfläche des Abtastelements und der Umfangsfläche der Kurvenscheibe für im Wesentlichen jede Winkelstellung der Kurvenscheibe einen radialen Abstand ungleich Null von der Symmetrieachse des Abtriebselements aufweist und dass der Berührungspunkt oder die Berührungslinie für jede Winkelstellung in der selben Richtung gegenüber der Symmetrieachse versetzt ist. Hierdurch kann gewährleistet werden, dass sich in jeder Phase der Drehbewegung der Kurvenscheibe auf das Abtriebselement ein rückstellendes Drehmoment übertragen wird, wenn es aus seiner Arbeitsposition um seine Symmetrieachse verdreht wird.In a preferred embodiment of the invention, the geometry of the transmission is chosen so that the contact point or the contact line between the sensing surface of the sensing element and the peripheral surface of the cam for substantially each angular position of the cam has a radial distance not equal to zero from the axis of symmetry of the output element and the point of contact or the contact line is displaced in the same direction with respect to the axis of symmetry for each angular position. This can ensure that in every phase the rotational movement of the cam on the output member is a restoring torque is transmitted when it is rotated from its working position about its axis of symmetry.

Normalerweise wird man die Umfangsfläche der Kurvenscheibe und/oder die Abtastfläche parallel zur Rotationsachse der Kurvenscheibe ausbilden, so dass sich eine einfach herstellbare Geometrie dieser Elemente ergibt. Unter „parallel” sei in diesem Zusammenhang verstanden, dass die Berührungsflächen nur in einer Richtung gekrümmt sind und in einer Richtung senkrecht zu diesem Gradienten geradlinig verlaufen. In der Geometrie wird der geometrische Körper, der eine derartige Umfangsfläche aufweist als (allgemeiner) Zylinder bezeichnet. Dieser wird von zwei parallelen, ebenen Flächen (Grund- und Deckfläche) und einer Mantel- bzw. Zylinderfläche, die von parallelen Geraden gebildet wird, begrenzt. Es ist dabei möglich, die Kurvenscheibe und das Abtastelement so auszubilden, dass die Berührungsflächen nur im mittleren Bereich eben sind und an den Rändern der Grund- und Deckfläche des betreffenden Zylinders oder Teilzylinders abgerundet sind. Selbstverständlich können auch eine oder beide Berührungsflächen ballig ausgebildet sein, d. h. schneidet man die Kurvenscheibe und das Abtastelement in der zur Tangentialebene an die Berührungslinie oder den Berührungspunkt senkrechten Ebene, so erscheinen die Schnittlinien mit den Berührungsflächen konvex in Richtung auf die jeweils gegenüberliegende Berührungsfläche.Usually you will see the peripheral surface of the Cam and / or the scanning surface parallel to the axis of rotation form the cam, so that an easy to produce Geometry of these elements yields. Under "parallel" is in this context understood that the contact surfaces only curved in one direction are straight and in a direction perpendicular to this gradient run. In geometry, the geometric body, the such a peripheral surface indicated as (more general) cylinder. This one is from two parallel, flat surfaces (Base and top surface) and a mantle or cylindrical surface parallel to the straight line is formed, limited. It is possible, the cam and the Tracing element form so that the contact surfaces only in the central region are just and at the edges the ground and top surface of the relevant cylinder or sub-cylinder are rounded. Of course you can too one or both contact surfaces crowned be educated, d. H. you cut the cam and the Scanning element in the tangential plane to the contact line or the touch point vertical plane, the lines of intersection with the contact surfaces appear convex in the direction of the respective opposite contact surface.

Die Abtastfläche des Abtastelements kann insbesondere aus zumindest einem Abschnitt der Umfangsfläche eines eine Mittelachse aufweisenden Kreiszylinders bestehen, wodurch sich eine einfache Struktur ergibt.The scanning of the sensing element may in particular consist of at least one section the peripheral surface a circular axis having a circular cylinder, whereby a simple structure results.

Um eine möglichst geringe Reibung zwischen dem Abtastelement und der Kurvenscheibe zu erreichen, kann das Abtastelement als Abtastrolle ausgebildet sein.Around one possible low friction between the sensing element and the cam to reach, the scanning element can be designed as a scanning roller be.

Ist das Abtastelement kreiszylindrisch ausgebildet, so wird es mit seiner Mittelachse in derselben Richtung wie die Rotationsachse der Kurvenscheibe um einen vorbestimmten Abstand gegenüber der Krafteinleitungsachse versetzt. Würde man in diesem Fall die Zylinderachse senkrecht zur Krafteinleitungsachse (die parallel zur Längsachse des Abtriebselements verläuft) wählen, so könnte zumindest dann, wenn der Berührungspunkt bzw. die Berührungslinie in einer bestimmten Winkelstellung der Kurvenscheibe ebenfalls auf der Krafteinleitungsachse liegt (abhängig von der Geometrie der Kurvenscheibe), nicht mehr gewährleistet werden, dass das Abtriebselement immer in der selben Richtung gegen die Begrenzungsflächen der Linearführung gedrückt wird.is the sensing element circular cylindrical, so it is with his Central axis in the same direction as the axis of rotation of the cam by a predetermined distance from the force introduction axis added. Would in this case, the cylinder axis perpendicular to the force introduction axis (parallel to the longitudinal axis the output element runs) choose, so could at least when the point of contact or the contact line in a certain angular position of the cam also on the force introduction axis lies (depending on the geometry of the Cam), no longer guaranteed be that the output element always in the same direction against the boundary surfaces the linear guide is pressed.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist die Abtastfläche des Abtastelements so im vorderen Bereich des Abtriebselements vorgesehen und ausgebildet, dass das Abtastelement und die Abtastfläche nicht über den Querschnitt des Abtriebselements (senkrecht zu seiner Längsachse) hinausragen und dass die Geometrie des Abtriebselements, der Linearführung des Abtastelements und der Kurvenscheibe sowie die Position der Rotationsachse der Kurvenscheibe so gewählt ist, dass in der Winkelstellung der Kurvenscheibe, in welcher das Abtriebselement seine, in Richtung von der Kurvenscheibe weg gesehen, vorderste Position einnimmt, der Berührungspunkt oder die Berührungslinie zwischen dem Abtastelement und der Kurvenscheibe möglichst nahe an dem der Kurvenscheibe zugewandtne stirnseitigen Ende der Linearführung liegt.To an embodiment The invention is the scanning surface of the sensing element provided in the front region of the output element and formed such that the sensing element and the sensing surface are not over the Cross section of the output element (perpendicular to its longitudinal axis) protrude and that the geometry of the output element, the linear guide of the Sensing element and the cam and the position of the axis of rotation of the Cam selected is that in the angular position of the cam, in which the Output element its, seen in the direction away from the cam, occupies the foremost position, the touch point or the contact line between the sensing element and the cam as possible close to the cam facing the front end of the linear guide lies.

Hierdurch kann die Bedingung, dass der Schnittpunkt der Krafteinleitungsachse mit der Wirklinie der von der Kurvenscheibe auf das Abtriebselement übertragenen Kraft innerhalb der Längserstreckung der Linearführung liegt, relativ einfach eingehalten werden.hereby may be the condition that the intersection of the force introduction axis with the action line of the transmitted from the cam to the output element Force within the longitudinal extension the linear guide is relatively easy to follow.

Bei einer Ausführungsform, die sich besonders kompakt ausbilden lässt, kann dabei die Mittelachse des Abtastelements in der vordersten Position des Abtriebselements innerhalb der Längserstreckung der Linearführung liegen.at an embodiment, which can be formed particularly compact, while the central axis of the sensing element in the foremost position of the output element within the longitudinal extent the linear guide lie.

Eine Kolbenpumpe nach der Erfindung umfasst ein vorstehend erläutertes Kurvengetriebe, wobei der Kolben der Pumpe entweder mit dem Abtriebselement gekoppelt oder durch dieses gebildet sein kann.A Piston pump according to the invention comprises an above-explained Cam mechanism, wherein the piston of the pump either with the output element coupled or may be formed by this.

Weitere Ausführungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further versions The invention will become apparent from the dependent claims.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:The Invention will be explained below with reference to the drawing. In show the drawing:

1 eine schematische Darstellung eines Kurvengetriebes nach dem Stand der Technik, bei dem sich die Drehachsen der Abtastrolle und der Kurvenscheibe in der Krafteinleitungsachse befinden, welche mit der Symmetrieachse bzw. Längsachse des Abtriebselements zusammenfällt; 1 a schematic representation of a cam mechanism according to the prior art, in which the axes of rotation of the cam follower and the cam are in the force introduction axis, which coincides with the axis of symmetry or longitudinal axis of the driven element;

2 einen Ausschnitt des Getriebes in 1 zur Erläuterung der Entstehung von Querkräften; 2 a section of the transmission in 1 to explain the formation of shear forces;

3 eine Darstellung ähnlich 2, jedoch veränderter Winkelstellung der Kurvenscheibe; 3 a representation similar 2 , but changed angular position of the cam;

4 eine schematische Ansicht ähnlich 1 eines Kurvengetriebes nach der Erfindung mit Achsenversatz der Kurvenscheibe und Achsenversatz des Abtastelements bzw. der Abtastrolle; 4 a schematic view similar 1 a cam mechanism according to the invention with axial offset of the cam and Achsenver set of the scanning element or the scanning roller;

5 eine Ansicht entsprechend 4, jedoch mit verdrehter Kurvenscheibe; und 5 a view accordingly 4 , but with twisted cam; and

6 eine Ansicht ähnlich 4 einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung mit einer innerhalb des Querschnitts des Abtriebselements vorgesehenen Abtastrolle. 6 a view similar 4 a further embodiment according to the invention with a provided within the cross section of the driven element scanning roller.

4 zeigt ein Kurvengetriebe in einer Darstellung entsprechend dem vorstehend, anhand 1 beschriebenen bekannten Kurvengetriebe, wobei zur Bezeichnung entsprechender Teile und Merkmale dieselben Bezugszeichen verwendet sind. Bei diesem Kurvengetriebe sind sowohl die Drehachse E des Abtastelements 3, das in Form eines Abrolllagers 3 ausgebildet ist, als auch die Drehachse D der Kurvenscheibe 1 gegenüber der Krafteinleitungsachse 20 in der selben Richtung seitlich (radial) versetzt. Die Dreh achse D der Kurvenscheibe 1 ist gegenüber der Drehachse E des Abrolllagers 3 um den Versatz 111 versetzt angeordnet. Zusätzlich ist die Drehachse E des Abrolllagers 3 gegenüber der Krafteinleitungsachse 20 um den Versatz 112 versetzt. 4 shows a cam gear in a representation corresponding to the above, based 1 described known cam gear, wherein the same reference numerals are used to designate corresponding parts and features. In this cam gear both the axis of rotation E of the sensing element 3 in the form of a roll-off bearing 3 is formed, as well as the axis of rotation D of the cam 1 opposite the force transmission axis 20 offset laterally (radially) in the same direction. The axis of rotation D of the cam 1 is opposite to the axis of rotation E of the Abrolllagers 3 around the offset 111 staggered. In addition, the axis of rotation E of the rolling bearing 3 opposite the force transmission axis 20 around the offset 112 added.

Zum Verständnis der Wirkungsweise der verbesserten Anordnung ist in 4 die Wirkungslinie 21 der Radialkraft F_R bis über die Krafteinleitungsachse 20 hinaus verlängert. Die Kräfteverhältnisse können am einfachsten im Schnittpunkt der Wirkungslinie 21 mit der Krafteinleitungsachse 20 betrachtet werden, da für diesen Punkt die Kräfte nicht in Drehmomente umgerechnet werden müssen. Die Radialkraft F_R teilt sich auf in eine Kraft F, die entlang der Krafteinleitungsachse 20 der von außen anliegenden Kraft F entgegenwirkt, und eine Querkraft F_L.To understand the operation of the improved arrangement is in 4 the line of action 21 the radial force F _R beyond the force introduction axis 20 extended beyond. The balance of power can be most easily at the intersection of the line of action 21 with the force introduction axis 20 be considered because for this point the forces do not have to be converted into torques. The radial force F _R is divided into a force F, along the force introduction axis 20 counteracts the externally applied force F, and a transverse force F _L.

Die Querkraft F_L wirkt nun genau im Schnittpunkt der Wirkungslinien 20 und 21 auf das Abtriebselement 2. Diese Querkraft wird von der Linearführung 4 aufgefangen, und zwar im dargestellten Fall vom Unterteil der Führungen. Solange der Angriffspunkt der Querkraft F_L im Bereich d zwischen den Außenkanten der Führungen 4 liegt, wird das Abtriebselement 2 im gesamten Bereich der Führungen nach unten gedrückt. Somit liegt das Abtriebselement stets spielfrei auf der gesamten Unterseite der Führung auf, so dass sich ein etwa vorhandenes Spiel der Führung nicht auswirkt und auch keine Verkippung des Abtriebselements möglich ist.The lateral force F _L now acts exactly at the intersection of the lines of action 20 and 21 on the output element 2 , This lateral force is generated by the linear guide 4 caught, in the case illustrated by the lower part of the guides. As long as the point of application of the lateral force F _L in the area d between the outer edges of the guides 4 is, the output element is 2 pressed down in the entire range of guides. Thus, the output element is always free of play on the entire bottom of the guide, so that any existing game of leadership does not affect and no tilting of the output element is possible.

In 5 sind die Kräfteverhältnisse für die ungünstigste auftretende Kurvenscheibenposition gezeigt. Auch hier liegt der Angriffspunkt der Querkraft F_L gerade noch innerhalb des Bereichs d.In 5 the balance of power is shown for the most unfavorable occurring cam position. Again, the point of application of the lateral force F _{L is} just within the range d.

Durch Anwendung des doppelten Achsversatzes (Versatz 111 zwischen Krafteinleitungsachse 20 und Drehachse des Abrolllagers sowie Versatz 112 zwischen Drehachse des Abrolllagers und Drehachse der Kurvenscheibe) kann erreicht werden, dass für jede mögliche Drehposition der Kurvenscheibe 1 der Schnittpunkt der Wirkungslinie 21 der Radialkraft F_R mit der Krafteinleitungsachse 20 im Bereich d zwischen den Außenkanten der Führungen (Längserstreckung der Linearführung) liegt. Dabei kann auch ein Sicherheitsabstand zu den Außenkanten der Führungen eingehalten werden.By using the double axis offset (offset 111 between force introduction axis 20 and rotation axis of the rolling bearing and offset 112 between the axis of rotation of the rolling bearing and the axis of rotation of the cam) can be achieved that for every possible rotational position of the cam 1 the intersection of the line of action 21 the radial force F _R with the force introduction axis 20 in the area d between the outer edges of the guides (longitudinal extent of the linear guide) is located. In this case, a safety distance to the outer edges of the guides can be maintained.

Diese Geometrie-Anforderungen lassen sich besonders einfach erfüllen, wenn das Abrolllager 3 so angeordnet wird, dass seine Achse bei maximalem Hub bis in den Bereich d der Längserstreckung der Linearführung 4 fährt. In 6 ist ein solcher Aufbau in der Position des maximalen Hubs gezeigt. Dabei ist das Rollenlager 3 so ausgebildet und angeordnet, dass seine Außenkontur nicht über den Querschnitt des Abtriebselements 2 hinausragt.These geometry requirements are particularly easy to meet when the rolling bearing 3 is arranged so that its axis at maximum stroke up to the area d of the longitudinal extension of the linear guide 4 moves. In 6 Such a construction is shown in the position of the maximum stroke. Here is the roller bearing 3 designed and arranged so that its outer contour is not over the cross section of the output element 2 protrudes.

Der Vorteil liegt darin, dass die oben genannten Bedingungen bereits mit relativ geringen Versätzen 111 und insbesondere 112 erfüllt werden können, so dass sich nur geringe Querkräfte und somit auch geringe Belastungen der Bauteile ergeben.The advantage is that the above conditions already with relatively small offsets 111 and particularly 112 can be met, so that only small lateral forces and thus also low loads of the components arise.

Die Größe der erforderlichen Versätze 111 und 112 hängt dabei von einer Vielzahl von Parametern ab, insbesondere vom Abstand d zwischen den Außenkanten der Linearführung 4, von der Position und vom Durchmesser des Abrolllagers 3 sowie von der Geometrie der Kurvenscheibe 1. Da die Kurvenscheibenform vom Anwendungszweck des Kurvengetriebes abhängt, kann eine beliebige Kurvenscheibenform in Frage kommen. Deshalb lassen sich keine allgemeingültigen mathematischen Formeln angeben, mit denen die optimalen Versätze 111 und 112 berechnet werden können. Allerdings ist eine exakte Berechnung auch nicht erforderlich, da der Schnittpunkt der Wirkungslinien nicht an einer exakt definierten Stelle liegen muss, sondern lediglich im angegebenen Bereich. In der Praxis ist es daher am einfachsten, die erforderlichen Versätze durch Betrachtung der Geometrieverhältnisse bei den kritischen Kurvenscheibenpositionen iterativ zu bestimmen. Bei normaler Dimensionierung eines Kurvengetriebes, wie es zum Antrieb von Pumpen verwendet wird, ergibt sich ein zweckmäßiger Versatz 111 zwischen 50 und 100% des Gesamthubes sowie ein zweckmäßiger Versatz 112 zwischen 10 und 50% des Gesamthubes.The size of the required offsets 111 and 112 depends on a variety of parameters, in particular the distance d between the outer edges of the linear guide 4 , the position and the diameter of the rolling bearing 3 as well as the geometry of the cam 1 , Since the shape of the cam depends on the application of the cam gear, any cam shape may be considered. Therefore, no general mathematical formulas can be specified with which the optimal offsets 111 and 112 can be calculated. However, an exact calculation is also not required, since the intersection of the lines of action need not be at a precisely defined point, but only in the specified range. In practice, therefore, it is easiest to iteratively determine the required offsets by considering the aspect ratios at the critical cam positions. With normal dimensioning of a cam gear, as it is used to drive pumps, there is an appropriate offset 111 between 50 and 100% of the total stroke and a convenient offset 112 between 10 and 50% of the total stroke.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen, doppelten Achsversatzes besteht darin, dass die Radialkraft vorzugsweise außermittig und in einem Winkel zur Symmetrieachse eingeleitet wird. Dadurch wird das Abrolllager ähnlich wie die Räder eines Einkaufswagens in Bewegungsrichtung der Kurvenscheibenoberfläche gezogen. Hierdurch wird das Abtriebselement stets so ausgerichtet, dass das Abrolllager sauber auf der Kurvenscheibe abrollen kann.A further advantage of the double axial offset according to the invention is that the radial force is preferably introduced off-center and at an angle to the axis of symmetry. As a result, the rolling bearing is pulled similar to the wheels of a shopping cart in the direction of movement of the cam surface. As a result, the output element is always aligned so that the roll bearing can roll clean on the cam.

Ein derartiges Kurvengetriebe kann insbesondere für eine HPLC-Pumpe (High Performance Liquid Chromatography) verwendet werden. Das Abtriebselement ist die sogenannte „Kolbenführungssäule”, die die Aufgabe hat, eine exakte Linearbewegung sicher zustellen. Am vorderen (in den Figuren linken) Ende dieser Kolbenführungssäule ist der Kolben angekoppelt. Der Kolben darf nur linear (entlang der Krafteinleitungsachse) bewegt werden, Bewegungen quer dazu oder Kippbewegungen würden die Kolbendichtungen schädigen. Dies wird durch die erfindungsgemäß erreichte Spielfreiheit gewährleistetOne Such cam gear can in particular for a HPLC pump (High Performance Liquid Chromatography) can be used. The output element is the so-called "piston guide column", which is the Task is to ensure an accurate linear motion. At the front (left in the figures) end of this piston guide column, the piston is coupled. The piston may only move linearly (along the force introduction axis) Movements across or tilting would make the piston seals damage. This is ensured by the inventively achieved backlash

Bei den vorstehend anhand der Figuren erläuterten Ausführungsformen wird als Abtastelement zur Abtastung der Bewegung der Kurvenscheibe ein Abrolllager in Form einer um eine Achse rotierbaren Rolle verwendet. Anstatt dessen kann jedoch – eine ausreichende Schmierung zur Reduzierung der Reibung vorausgesetzt – auch ein Gleitlager verwendet werden. Dieses muss lediglich eine Abtastfläche mit geeigneter Geometrie aufweisen. Eine Drehachse ist dann nicht mehr erforderlich. Das Abtastelement kann dann mit dem Abtriebselement verbunden oder einstückig mit diesem ausgebildet sein.at the embodiments explained above with reference to the figures is used as a scanning element for scanning the movement of the cam a rolling bearing used in the form of a rotatable roller about an axis. Instead, however, can - a sufficient Lubrication to reduce friction - also a Plain bearings are used. This only has a scanning surface with suitable Have geometry. An axis of rotation is then no longer necessary. The sensing element can then be connected to the output element or integrally with be trained this.

Auch muss die Abtastfläche keine Umfangsfläche eines Kreiszylinders sein. Vielmehr kann die Abtastfläche auch andere geeignete Formen annehmen, ebenso wie die Umfangsfläche der Kurvenscheibe.Also must be the scanning surface no peripheral surface be a circular cylinder. Rather, the scanning can also take other suitable forms, as well as the peripheral surface of the Cam.

Die gesamte Geometrie von Abtastelement, Kurvenscheibe und Linearführung muss dann ganz allgemein so gewählt werden, dass der Schnittpunkt der Wirkungslinie der Radialkraft F_R, die senkrecht zur Tangentialebene im Berührungspunkt oder in der Berührungslinie zwischen Abtastelement und Kurvenscheibe auf das Abtastelement und damit das Abtriebselement übertragen wird, mit der Krafteinleitungsachse innerhalb der axialen Erstreckung der Linearführung liegt. Dies muss für jede mögliche (zulässige) Winkelstellung der Kurvenscheibe erfüllt sein. Die Richtung der Querkraft darf sich dabei nicht umkehren.The entire geometry of sensing element, cam and linear guide must then be chosen generally so that the intersection of the line of action of the radial force F _R , which is transmitted perpendicular to the tangent plane at the contact point or in the line of contact between the sensing element and cam to the sensing element and thus the output element , with the force introduction axis lies within the axial extent of the linear guide. This must be fulfilled for every possible (permissible) angular position of the cam. The direction of the lateral force must not be reversed.

Die Krafteinleitungsachse muss nicht unbedingt, wie in den Figuren dargestellt, mit der Symmetrieachse des Abtriebselements zusammenfallen. Für die Kräfteverhältnisse ist die Lage bzw. die Geometrie der Abtastfläche relativ zur Symmetrieachse nicht entscheidend.The Force introduction axis does not necessarily have, as shown in the figures, coincide with the axis of symmetry of the output element. For the balance of power the position or the geometry of the scanning surface is not relative to the axis of symmetry crucial.

Claims

Cam gear, in particular for a piston pump for high-performance liquid chromatography, (a) having an output element ( 2 ), which by means of a linear guide ( 4 ) is slidably guided at least in sections in an axial guide region over a predetermined length (d), and (b) with one on the output element ( 2 ) provided sensing element ( 3 ), which has a scanning surface, which is a peripheral surface of a cam ( 1 ), (c) wherein the sensing surface of the sensing element ( 3 ) when the output element is acted upon by a force introduction axis ( 20 ) acting on the output member axial force (F) against the peripheral surface of the cam ( 1 ) is pressed so that upon rotation of the cam ( 1 ) about a rotational axis (D) a displacement movement of the output element ( 2 ), characterized in that (d) the cam disc ( 1 ) with its axis of rotation (D) by a predetermined distance ( 111 ) against the force introduction axis ( 20 ), (e) that the geometry of the cam ( 1 ) and the position of the cam ( 1 ) relative to the guide region and the geometry of the scanning element ( 3 ) and the position of the sensing element ( 3 ) or the scanning surface on the output element ( 2 ) is selected so that for each possible rotational position of the cam ( 1 ) the intersection of the line of action of the scanning element ( 3 ) on the cam ( 1 ) transmitted radial force (F _R ) with the force introduction axis ( 20 ) lies within the extent (d) of the axial guide region.

Cam mechanism according to claim 1, characterized in that the output element in the linear guide ( 4 ) is rotatably mounted about its longitudinal axis.

Cam mechanism according to claim 2, characterized in that the point of contact or the line of contact between the scanning surface of the scanning element ( 3 ) and the peripheral surface of the cam ( 1 ) for substantially every angular position of the cam ( 1 ) has a radial distance not equal to zero from the axis of symmetry of the output element ( 2 ) and that the contact point or the contact line for each angular position is offset in the same direction with respect to the axis of symmetry.

Cam mechanism according to one of the preceding claims, characterized in that the peripheral surface of the cam ( 1 ) and / or the scanning surface parallel to the axis of rotation (D) of the cam ( 1 ) is trained.

Cam mechanism according to one of the preceding claims, characterized in that the scanning surface of the scanning element ( 3 ) consists of at least a portion of the peripheral surface of a circular cylinder having a central axis (z),

Cam mechanism according to one of the preceding claims, characterized in that the scanning element ( 3 ) is designed as a cam follower.

Cam mechanism according to one of claims 4 to 6, characterized in that the sensing element ( 3 ) with its central axis (z) in the same direction as the axis of rotation (r) of the cam ( 1 ) by a predetermined distance ( 112 ) with respect to the force introduction axis ( 20 ) is offset.

Cam mechanism according to one of the preceding claims, characterized in that the scanning surface of the scanning element ( 3 ) so in the front region of the output element ( 2 ) is provided and designed such that the scanning element ( 3 ) and the scanning surface in the direction perpendicular to the longitudinal axis of the driven element do not protrude beyond the cross section of the output element and that the geometry of the output element ( 2 ), the linear guide ( 4 ), the sensing element ( 3 ) and the cam ( 1 ) as well as the position of the axis of rotation (r) of the cam ( 1 ) is selected so that in the angular position of the cam ( 1 ), in which the output element ( 2 ), as seen in the direction away from the cam, assumes the foremost position, the point of contact or the contact line between the sensing element ( 3 ) and the cam ( 1 ) as close as possible to the cam disc ( 1 ) facing the front end of the linear guide ( 4 ) lies.

Cam mechanism according to claim 8, as far as this is also dependent on the claims 4 to 6, characterized in that the central axis (z) of the sensing element ( 3 ) in the foremost position of the output element ( 2 ) within the longitudinal extent (d) of the linear guide ( 4 ) lies.

Piston pump, in particular for high performance liquid chromatography, with a cam mechanism according to one of the preceding claims, characterized in that the piston of the pump with the output element ( 2 ) or by the output element ( 2 ) is formed.

Piston pump according to claim 8, characterized in that force introduction to the abrading element ( 2 ) is carried out so that the force introduction axis ( 20 ) with the longitudinal axis of the output element ( 2 ) flees.