專利名稱:單作用式氣壓操縱泵的制作方法
本發(fā)明的內容涉及到單作用式氣壓操縱往復泵，這種泵用來把果汁(糖漿)壓入臨時混合的飲料配料系統(tǒng)。該泵還具有價格低廉、沒有吸空也就是沒有水氣混雜(Prime)問題以及固有的售完自停的種種特點。
目前市場上有兩種類型通用的果汁泵(代表了該系列產品的兩個極端)，其中的一種是雙作用式的以氣體作為動力源的隔膜泵。如美國專利第4，436，493號上所述的就是這種類型的泵。這類泵按要求工作，因為相對來說它們的沖程長而速度緩慢，所以不會有吸空現象。系列的另一種是快速循環(huán)的電動泵，這些泵的沖程相對短而速度快，因此可能產生吸空也就是產生水氣混雜現象。故電動泵必須設置壓力開關，方可按要求工作。
本發(fā)明的一個目的是提供一種價格低廉、氣壓操縱式的果汁泵。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種沒有吸空問題、價格便宜的氣壓操縱式果汁泵。
本發(fā)明更進一步的目的是提供一種具有固有的能售完自停的果汁泵。
本發(fā)明另一個目的在于提供一種單作用式的氣壓操縱泵，其規(guī)格系列大約從每秒0.5-15個循環(huán)，或每秒壓出果汁0.25-5唡。
本發(fā)明還有一個目的，就在于提供一種單作用式氣壓操縱往復泵，它有一個活塞組件桿(簡稱為活塞桿，以下同)，此活塞桿和氣體控制閥桿機械連接在一起，其中機械連接部分包括一個快速速動彈簧機構。
本發(fā)明包含一單作用式氣壓操縱往復泵，該泵的組成如下一個具有主腔室的泵體，主腔室被一活塞組件分隔成氣體作用腔和液體吸排腔;一個給活塞組件產生初始予壓力的彈簧裝置，它使活塞組件處于兩個極端位置中的一個位置上;用于使液體單向進入液體吸排腔和從液體吸排腔中壓出液體的單向閥;一個控制閥，它交替地控制壓力氣體進入氣體作用腔或從氣體作用腔中排出氣體，因而使活塞組件產生往復運動，從而相應地使液體壓出或吸入液體吸排腔內;一個快速速動彈簧機構，它使控制閥與往復運動的活塞組件連接在一起，用來使控制閥裝置隨著活塞組件的上下往復移動而從它的兩個極限位置中的一個位置到另一個位置產生急速突跳運動。
當結合附圖閱讀以下的詳細說明時，就會更深入地了解本發(fā)明。插圖中相同的標號代表了相同的元件。其中
圖1是一個實施例的側向剖視圖。這個實例能體現出本發(fā)明中的泵。
圖2是把一部分剖掉后，圖1所示泵的部分俯視剖面圖。
圖3是圖1所示泵的后立視圖。
圖4-7是與圖1相同的側向剖視圖，這些圖表示了泵的工作過程。
圖8是按照本發(fā)明的一種最佳實例的側向剖視圖。
圖9是圖8所示泵的快速速動彈簧機構略微放大的平面圖，它是沿圖8上的9-9剖切的，在同一圖面上可看出長支臂和短支臂排齊的情況。
圖10是沿圖8上的10-10線剖切的隔膜組件的平面圖，圖中，下泵體用假想線表示。
圖11是隔膜在模制成形狀態(tài)下的立視圖。
圖12是圖8所示泵內支撐件的正視圖。
圖13是沿圖12上的13-13線剖切的橫截面圖。
圖14是圖12上支撐件的側視圖。
現在參閱圖1-7中所示本發(fā)明的一個實例和圖8-14所示的本發(fā)明的一個最佳實例。
圖1-7表示一個單作用式氣壓操縱往復泵10，此泵有一個進氣管接頭12，一個排氣管接頭14;一個進液管接頭16和一個排液管接頭18。
泵10包括泵體19和護罩20。泵體19包括下泵體21和上泵體22，上泵體與下泵體間用螺釘固定在一起。
泵體19上有一個主腔室28，它被一個作往復運動的活塞組件50分隔為液體吸排腔30和氣體作用腔40，液體吸排腔30中有一個由單向傘形閥34控制的進液口32和一個由單向傘形閥38控制的排液口36。
氣體作用腔40有一個通氣口42，它通過氣體通道43與控制閥腔41相通?？刂崎y腔41有一個進氣口44，一個排氣口46和一個進氣出氣口47，它通過氣體通道43和氣體作用腔40相溝通?？刂崎y腔41內有一個作往復運動的控制閥48，它可以從其第一位置(如圖1、4和5中所示)移動到第二位置(如圖6和圖7中所示)?？刂崎y在第一位置時把排氣口46閉死，並使進氣口44和氣體作用腔40之間的氣流溝通。在第二位置時，控制閥把進氣口44閉死並且使氣體作用腔40和排氣口46之間的氣流溝通。
活塞組件50最好是由活塞52和護圈54及夾在其間的隔膜51組成。隔膜51上有一環(huán)狀凸緣56，它放置在上泵體22和下泵體21之間相配合的一對溝槽內並在上下泵體間形成密封?；钊?2連接在活塞桿60上，活塞桿的頂部末端有一個活塞桿軸環(huán)62。一個0形密封圈66緊靠著往復運動的活塞桿60形成密封。圍繞著活塞桿60有一個壓縮彈簧64，它有使隔膜組件保持向上的傾向，如圖1中所示。
控制閥48連接在閥桿70的下部末端，控制閥桿70的上部頂端有一個閥桿軸環(huán)72。
活塞組件50和控制閥48通過一超越中心快速速動彈簧機構74構成機械連接。彈簧機構74中包括有一直立的支撐件82，該支撐件位于桿60和70之間。長支臂80位于活塞桿軸環(huán)62和園柱形樞軸85之間，樞軸85位于支撐件82的頂端，而短支臂84位于閥桿軸環(huán)72和樞軸85之間，一對拉伸彈簧86和88拉緊在支臂80和84之間，在圖1和圖2上表示得最明顯。
泵10的上泵體22和下泵體21最好都用壓力鑄造，並且用螺釘固接在一起，也可以用螺栓、卡箍或超聲波焊接等方法連接。護罩20最好采用卡套裝置安裝上去。桿60最好用螺紋連接在活塞52上，隔膜51夾在護圈54和活塞之間?；钊M件或隔膜組件50也可以采用其它形式的結構，如采用一種帶有動密封或其它密封的活塞。也可以使用單獨的隔膜或隔膜配置有一定數量的上板和下板。桿70最好能快速裝卡在控制閥48的凹槽內。
泵10的工作過程示于圖4-7，圖4表示的是泵10處于靜止時的工況。進氣管接頭12接通壓力氣源(例如Co2貯氣罐)。壓力調節(jié)器使氣壓保持在予先調定的值上，其范圍大約是30-75磅/吋2((表壓)。進液管接頭16連通到果汁貯存器。例如，是一個箱形貯液器。排液管接頭18連接到一臨時混合的飲料配料器並通過這種配料器通向飲料分配閥組件。
當果汁從泵的液體吸排腔30中壓出來時(例如當開動飲料分配閥裝置后就分配出果汁和碳酸水的混合液)，氣體作用腔40中的壓力氣體使隔膜50向下運動(如圖5中所示)，當隔膜50向下運動至行程快結束時，彈簧機構74的位置已越過其中心點，從而使控制閥桿70急速下移，而使控制閥48向下運動到達如圖6和圖7中所示的位置。這就使氣體作用腔40內的氣體排向大氣。當發(fā)生這種情況時，繞在彈簧桿60外面的壓縮彈簧64頂著活塞組件50快速上移，而快速速動彈簧機構74接著就使控制閥桿70帶著控制閥塞48急速上移，從而關閉了通向大氣的排氣口46，並使氣體作用腔和壓力氣源相溝通，這樣就形成了重復的工作循環(huán)。
泵10是按尺寸大小形成系列的，當用來給臨時混合分配閥組件供給果汁時，工作循環(huán)的速率可以是每秒大約0.5-15次。試驗表明，在保證輸出相對穩(wěn)定的情況下，這樣的循環(huán)速率是足夠快的，但還不至于快到引起液體吸空而出現液氣交混問題的程度。當向12唡裝的飲料杯灌注果汁時(即大約需要供給2唡果汁)，大約在每個工作循環(huán)中泵就壓出0.3唡的果汁，對于每個這種12唡的杯子來說就要循環(huán)6-8次。最理想的是每個循環(huán)中大約能壓出果汁0.5立方吋。泵10的流量有每秒約0.25唡或0.5唡兩種，這取決于所使用的閥門組件的飲料分配速率是每秒1.5唡還是更快的大約每秒3唡。那就是當采用較快速率的閥門組件時，泵10的循環(huán)速率就要加快一倍。閥門組件對液流的控制是決定泵10循環(huán)速率的因素之一。
液體吸排腔30的最大容積最好是在1立方吋左右?？刂崎y48的最佳行程約為0.06吋。隔膜最好用未強化的合成橡膠制成。
彈簧64最好構成系列，彈簧力要這樣來確定當果汁一側的壓力達22吋水銀柱高時就停止工作，這也就是說，當果汁的供料消耗其真空壓力並降至22吋水銀柱高時，泵就會停止工作。這樣泵10就具有一種固有的能自動售完果汁的特點。采用不同于22吋水銀柱高真空度的壓力值也可以的。泵10所采用的最佳氣壓值大約為60磅/吋2(表壓)。已經發(fā)現，假若泵10每秒工作0.5-15個循環(huán)或大約每秒壓出果汁0.25-0.5唡，就能避免吸空而不會出現液氣交混的問題。
圖8-14表示出的最佳實例中，泵110有一個進氣管接頭112;一個排氣管接頭114;一個進液管接頭116和1個排液管接頭118。
泵110包括泵體119和護罩120。泵體119由下泵體121和上泵體122組成。上泵體和下泵體用合適的螺釘(圖中未示出)固定在一起。
泵體119有一個主腔室128，它被往復活塞組件150分隔成液體吸排腔130和氣體作用腔140。液體吸排腔130具有一個由單向傘形閥134控制的進液口132和一個由單向傘形閥138控制的排液口136。
氣體作用腔140有一個通氣口142，它通過氣體通道143與控制閥腔141相通?？刂崎y腔141有一個進氣口144，一個排氣口146和一個進氣出氣口147，它通過氣體通道143和氣體作用腔140相通?？刂崎y腔141內有一個可作上下往復移動的控制閥塞148，它可以從其第一位置(如圖8中所示)移動到第二位置(圖中未示出)，控制閥在第一位置時使排氣口146閉死並使進氣口144和氣體作用腔140之間的氣流溝通。在第二位置時，控制閥使進氣口144閉死並使排氣口146和氣體作用腔140之間的氣體流溝通。在此實例中，排氣口146開口于護罩120的內腔，此開口相對排氣管接頭114的位置成90°，這樣就能對泵的某些噪音起到消聲的作用，使泵運轉時的噪聲較小。
活塞組件150，由活塞152和護圈154及夾在它們之間的隔膜151組成。隔膜151具有一環(huán)狀凸緣156，它放置在上泵體122和下泵體121之間相配合的一對溝槽內?；钊?52連接在活塞桿160上，桿的頂部末端有一個活塞桿軸環(huán)162。一個O形密封圈166緊靠著往復運動的活塞桿160形成密封。壓縮彈簧164是設置在液體吸排腔130內的，它位于活塞152和下泵體121之間，在活塞和下泵體上都有環(huán)形凹槽用以容納彈簧164，彈簧的予壓力使活塞組件向上頂(見圖8)。
控制閥塞148連接在閥桿170下部末端，而在閥桿的頂端部有一個閥桿軸環(huán)172。
活塞組件150和控制閥塞148通過一個超越中心快速速動彈簧機構174構成機械連接。彈簧機構174包括豎立的支撐件182，它是上泵體122的一個組成部分，在支撐件的頂部有園柱形樞軸185。長支臂180位于活塞桿軸環(huán)162和樞軸185之間，短支臂184位于閥桿軸環(huán)172和樞軸185之間，兩個拉伸彈簧186和188拉緊在支臂180和184之間(圖9中表示得最明顯)。
支臂180和184都是H形構架，在每個支臂腿的一端，它們都有向內伸出的園柱形凸耳192、193和194、195，而在每個支臂腿的另一端上都有端部開口的U形凹口(參閱圖8上的凹口196)，這些凸耳分別嵌入軸環(huán)而凹口則插在園柱形樞軸185上。長支臂180上與凸耳192和193相反的部位處有一對朝外伸出的銷軸200和201，大約在短臂184全長的中部有一對朝外伸出的銷軸202、203。在這些銷軸上最好都開有環(huán)形溝槽以扣住彈簧(參閱圖9)。
如圖10和圖11所示，隔膜151最好和O形密封圈190一起做成整體。O形密封圈是用于密封控制閥腔141的，它在上泵體122和下泵體121之間構成密封。圖11表示出模壓成形的整體隔膜151和O形圈190。
圖12-14更清楚地表示出支撐件182，該支撐件在水平橫截面上呈H形，如圖13所示。它體有一對沿垂直方向延伸的U形溝槽210和212和一根在中心的加強筋208。如圖14中所示。支撐件的上部位于園柱形樞軸185的下方有一個實體構件214。
泵110和前面圖1-7中所敘述過的泵10的工作情況實質上都是相同的。泵110的一個不同之處就在于短支臂184和凸耳194、195和控制閥桿170的軸環(huán)172之間留有一定的垂直竄動量。這樣就能使控制閥塞148從它的一個極限位置向另一個極限位置運動時，產生更加強有力的突跳運動。
用參照最佳的和另一個實例的辦法對本發(fā)明作了詳盡的說明后，很容易理解到在不脫離附加權利要求
項目中所規(guī)定的本發(fā)明的范圍和精神的情況下，可以對本發(fā)明作出種種的變化和修改。例如，各種組件可以采用不同的材料、形狀和尺寸;如果需要各接口的位置也可以移動;各彈簧的形式和位置可以變化。例如推動活塞組件的壓縮彈簧可以改用另一種型式的拉伸彈簧來拉動活塞組件。
權利要求
1、單作用式氣壓操縱泵，它包括
(a)泵體，其內部有主腔室；
(b)活塞裝置，它把上述的主腔室分隔成氣體作用腔和液體吸排腔；
(c)和上述活塞裝置相關聯的彈簧裝置，它用于把該活塞裝置壓向上述氣體作用腔；
(d)使液體單向吸入到上述液體吸排腔并從液體吸排腔內壓出的裝置；
(e)控制閥裝置，它在兩個控制位置之間來回運動，因而交替地把驅動用的氣體送入上述氣體作用腔，或者把氣體從氣體作用腔內排出，這樣就使上述的活塞裝置產生往復運動，從而相應交替地把上述液體吸排腔內的液體排出或把液體吸進液體吸排腔內；
(f)快速作用彈簧機構，它使上述的活塞裝置和上述的控制閥裝置構成機械聯結，從而使控制閥裝置隨著活塞裝置的往復運動在兩個控制位置之間產生快速突跳運動。
2、如權利要求
1所述的泵，其中，加壓彈簧裝置位于上述的液體吸排腔內。
3、如權利要求
1所述的泵，其中，控制閥裝置包括一個控制閥腔室和裝在控制閥腔室內的控制閥塞，它在控制閥腔內的第一和第二控制位置間來回移動;用于把氣體輸入到上述控制閥腔室的裝置，它包括一個在控制閥腔室內的氣體入口，當控制閥位于第二位置時把該氣體入口關閉;把氣體從上述的控制閥腔內排出的裝置，它包括一個在控制閥腔內的排氣口，當控制閥位于所說的第一位置時把此排氣口關閉;把氣體吸入到上述控制閥腔內，還有一個把控制閥腔和氣體作用腔之間連通的氣體通道。
4、如權利要求
3所述的泵，它包括一根和上述控制閥連接在一起的作往復運動的控制閥桿，它從上述的控制閥腔內向外延伸;一根和上述的活塞裝置連接的作往復運動的隔膜活塞桿，它從上述的主腔室內向外伸出，而上述的快速速動彈簧機構機械上把這兩根桿聯結在一起。
5、如權利要求
4所述的泵，其中，上述的快速速動彈簧機構包括一個固定不同的樞軸;一個位于此樞軸和上述活塞桿之間可運動的第一支臂;一個位于此樞軸和上述控制閥桿之間可運動的第二支臂;以及超越中心彈簧裝置，它的一端和活塞桿或第一支臂相連接，它的另一端和控制閥桿或第二支臂相連接。
6、如權利要求
5所述的泵，其中，上述超越中心彈簧的另一端是和上述的第二支臂相連接，而第二支臂又和上述的控制閥桿連接且有一定量的垂直竄動量，因而當超越中心彈簧運動過程中越過中心時便能產生更有力的急速突跳動作。
7、如權利要求
6所述的泵，其中，每一根上述的桿端都裝有軸環(huán)，軸環(huán)上具有兩個在垂直位置上相互隔開的水平凸緣，並在此兩凸緣間形成環(huán)形凹槽，因而上述的第一和第二支臂的凸出部各自伸入相應的軸環(huán)凸緣間的凹槽內。
8、如權利要求
7所述的泵，上述快速速動彈簧機構包括一個位于上述兩桿之間的垂直支撐件，彈簧機構上的上述樞軸是一個水平園柱體，它位于此垂直支撐件的頂部，其方向垂直于上述兩桿軸線所形成的平面。上述的每一個支臂都呈H形，並各具有一對平行的支臂腿，支臂腿間由十字形的構架相連接，該構架的每一對支臂腿的一端有U形凹口，上述的樞軸安裝在這些凹口內，上述的超越中心彈簧諸如一對螺旋壓力彈簧，該彈簧位于上述的第一支臂和第二支臂之間並把它們聯接起來。
9、如權利要求
8所述的泵，其中，上述的第二支臂安裝在上述第一支臂里面的樞軸上，而上述的彈簧又把兩支臂的相對應的兩端連接起來。
10、如權利要求
9所述的泵，其中，泵體僅由連接在一起的上泵體和下泵體所構成，並在上下泵體之間形成了上述的主腔室和控制閥腔室，上述的液體吸入裝置是在下泵體內。
11、如權利要求
10所述的泵，其中，上述的氣體入口是在上述的下泵體內，上述的排氣口和氣體通道是在上述的上泵體內。
12、如權利要求
11所述的泵包括一個把上述快速速動彈簧機械遮蓋住的護罩，也包括一個通過此護罩的排氣通道，其中，所說的排氣通道與所說的護罩內腔相通。
13、如權利要求
項12所述的泵，其中，壓力彈簧裝置裝在上述的液體吸排腔內。
14、如權利要求
3所述的泵，包括一個做成整體的密封元件，它用來密封上述的主腔室和上述的控制閥腔室，此元件由隔膜和O形密封圈組成，隔膜是構成上述活塞裝置的一個零件，而O形密封圈是用來密封控制閥腔室的。
15、如權利要求
1所述的泵包括一個和上述泵體相連接的護罩，它遮蓋住了上述的快速速動彈簧機構;有一個排氣通道通過此護罩。上述的控制閥裝置中包括有用于把上述氣體作用腔內的氣體排入所述護罩內的裝置。
16、如權利要求
1所述的泵，其中，泵體僅由下泵體和上泵體連接在一起構成，並在上下泵體之間形成了上述的主腔室，上述的液體輸入裝置在下泵體內。
17、如權利要求
16所述的泵，其中，控制閥裝置包括一個與上述氣體作用腔連通的氣體通道，此氣體通道全部位于上述的上泵體內;排氣通道也全部位于上泵體內;其中，快速速動彈簧機構是連接在上泵體上的。
18、如權利要求
1所述的泵，其中，上述的彈簧裝置所產生的作用力能在液體吸排腔的壓力降至某一預定值時，使上述的活塞裝置停止工作。
19、如權利要求
18所述的泵，其中，所說的預定值大約是22吋水銀柱高。
20、單作用式氣壓操縱泵的吸排液體的方法包括下列步驟。
(a)提供一個泵體，它包括一個主腔室，此主腔室被一個往復活塞裝置分隔為氣體作用腔和液體吸排腔;
(b)單向地使液體吸入到所說的液體吸排腔，並從液體吸排腔內壓出;
(c)使控制閥作往復運動，把工作氣體送入上述的氣體作用腔和從氣體作用腔內排出，從而使上述的活塞裝置產生往復運動，並相應交替地使液體從液體吸排腔內壓出和吸進液體吸排腔內;
(d)給上述的活塞裝置加予壓力使它壓向上述的氣體作用腔;
(e)通過一個快速速動彈簧機構使上述活塞裝置和上述控制閥機械地接合在一起，使上述控制閥在它的兩個極限位置中從一個位置急速地突跳到另一位置，控制閥是隨著上述活塞裝置的往復而上下運動的。
21、如權利要求
20所述的方法，其中，所說的加予壓力的步驟是指把一個螺旋壓力彈簧放置在上述的液體吸排腔內。
22、如權利要求
21所述的方法包括把一個護罩罩住快速速動彈簧機構。其中，所述的從氣體作用腔內排出氣體的步驟包括使氣體先排入所說護罩的內腔。
23、如權利要求
22所述的方法，其中，所說的快速速動包括提供一根和上述活塞裝置相連接的活塞桿，它從主腔室內向外伸出。其中，所說的交替地進氣的步驟包括提供一根在第一和第二兩個控制位置間往復移動的控制閥，並提供一根和所說的控制閥相連接的控制閥桿，它從所說的控制閥腔內向外伸出，此兩桿與超越中心彈簧機構機械地連接在一起。
24、如權利要求
23所說的方法中包括有在上述的超越中心彈簧機構和上述的控制閥桿之間設置有一定量的軸向竄動量。從而當超越中心彈簧的運動越過其中心點時可產生一個更強有力的快速突跳運動。
25、如權利要求
21所述的方法包括，上述的泵體僅由連接在一起的上泵體和下泵體構成;在上、下泵體之間構成了上述主腔室;也在上、下泵體間構成了上述的控制閥腔，它是和主腔室隔開的並且在上泵體中設有連通控制閥腔和主腔室的氣體通道;也包括一個在上述的上、下泵體之間形成密封的整體密封件;它由一個把上述主腔室分隔為氣體作用腔和液體吸排腔的柔性隔膜和一個與此柔性隔膜做成一體的“0”形密封圈組成，“0”形密封圈用以密封上述的控制閥腔。
26、如權利要求
20所述的方法，包括使上述的泵大約以每秒0.5-15個循環(huán)的速率運行，即每秒大約壓出0.25唡的液體。
27、如權利要求
20所述的方法，包括有使上述的泵以每秒0.5-15個循環(huán)的速率運行，即每秒大約壓出0.5唡的液體。
28、如權利要求
20所述的方法，包括給上述的活塞組件加上初始予壓力，使活塞組件在上述液體吸排腔的壓力降至某一予定值時就停止運動。這樣就提供了這種機器所固有的能售完自停的特點。
專利摘要
單作用式氣壓操縱泵及其吸排液體的方法，該泵包括一個具有主腔室的泵體，主腔室被一個往復隔膜組件分隔成氣體作用腔和液體吸排腔；一個給隔膜組件加預壓的彈簧，它使隔膜處于兩個極限位置中的一個位置上；一個作往復運動的控制閥，它控制著工作氣體進入氣體作用腔或者從腔內排出；以及一個快速速動彈簧機構，它使控制閥機械上與隔膜組件相連接并隨其作上下往復移動。
文檔編號F04B9/12GK85106694SQ85106694
公開日1986年10月15日 申請日期1985年9月5日
發(fā)明者威廉·S·克里德里 申請人:可口可樂公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan