УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДОЗИРОВАННОЙ ПОДАЧИ ЗУБОВРАЧЕБНОГО МАТЕРИАЛА
DENTAL MATERIAL DOSED SUPPLY DEVICE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к устройствам для дозированной подачи стоматологического материала. В частности, изобретение относится к устройствам, имеющим винтовой привод для перемещения поршня и камеры с материалом относительно друг друга.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В области стоматологии имеются различные устройства, которые позволяют приготавливать и/или применять стоматологические материалы. В частности, для подготовки материалов, которые обычно используются в больших количествах, таких как материалы для зубных слепков, были разработаны устройства, которые обеспечивают автоматическую дозированную подачу материала из пакетов и/или  смешивание таких материалов. Примером устройства для смешивания и дозирования материала, предназначенного для изготовления зубных слепков, является устройство под торговой маркой 3М™ ESPE™, поставляемое на рынок компанией 3М ESPE AG Pentamix™, Германия. Как правило, такое устройство обеспечивает одновременную подачу из пакетов двух компонентов материала через смеситель, в котором эти компоненты смешиваются. Часто такие устройства обеспечивают непрерывное выдавливание компонентов через смеситель, где они смешиваются и превращаются в поток материала, вытекающего из выходного отверстия смесителя.
Также устройства обычно имеют двигатель, приводящий в движение поршень для выдавливания материала из контейнера. В некоторых таких устройствах движения поршня осуществляются в разных режимах. К примеру, в первом режиме подача материала может осуществляться под действием значительного давления со стороны медленно движущегося поршня, а во втором режиме поршни могут перемещаться быстро для обеспечения быстрого технического обслуживания, например, такого как замена материала или очистка устройства.
Например, в патенте US 5286105 описано устройство для смешивания и дозирования двухкомпонентных материалов. Устройство имеет два поршня, которые могут двигаться в картриджах с использованием электрического двигателя, подсоединяемого посредством магнитной муфты. Когда двигатель выключен и муфта отсоединена, поршни могут быть относительно быстро вручную отведены назад и заново продвинуты с помощью ручного колеса, например, для замены картриджей в устройстве.
Кроме того, в патенте US 6168052 описано электроприводное дозирующее устройство с ходовыми винтами на опорных пластинах для подачи материала из картриджей. Ходовые винты установлены в осевом направлении и воздействуют на опорные пластины. Электропривод содержит первый редукторный электродвигатель, предназначенный для осуществления движения под высокой нагрузкой во время продвижения вперед и подачи материала, и второй двигатель для осуществления движения под низкой нагрузкой во время обратного хода и быстрых движений вперед. Во время движения вперед и подачи материала ходовой винт соединяется с первым редукторным двигателем с помощью соединителя, а во время обратного хода и быстрых движений вперед ходовой винт отсоединяется от первого редукторного двигателя и приводится в движение вторым редукторным двигателем.
Несмотря на определенные преимущества имеющихся устройств, предназначенных для смешивания материала и его дозированной подачи, существует потребность в относительно недорогом устройстве, но которое было бы удобным в эксплуатации. Кроме того, желательно, чтобы устройство было достаточно надежным и компактным.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение направлено на разработку устройства для дозированной подачи стоматологического материала. Устройство содержит по меньшей мере одну камеру для размещения стоматологического материала, по меньшей мере один поршень для выдавливания стоматологического материала из камеры и винтовой привод для продвижения поршня относительно камеры. Винтовой привод включает ходовой винт и сцепляющее звено, выполненные с возможностью разъемного сцепления друг с другом, при этом ходовой винт и сцепляющее звено являются действующими относительно друг друга между сцепленным состоянием, в котором ходовой винт и сцепляющее звено сцеплены друг с другом, и расцепленным состоянием, в котором ходовой винт и сцепляющее звено расцеплены друг от друга.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения винтовой привод выполнен с возможностью передачи относительно больших усилий для продвижения поршня и подачи материала, когда ходовой винт и сцепляющее звено находятся в сцепленном состоянии. Кроме того, в предпочтительном варианте в устройстве обеспечена возможность расцепления сцепляющего звена и ходового винта для быстрого отведения назад поршня и его перестановки. Преимуществом изобретения является относительная простота конструкции устройства. В частности, устройство не нуждается в редукторе или может иметь относительно простую коробку передач для преобразования вращения двигателя в поступательное движение поршня. Другое преимущество изобретения состоит в том, что оно допускает использование схожих конструкций для различных устройств, обеспечивающих приложение различных усилий и/или скорости движения поршня. Кроме того, изобретение позволяет иметь различное соотношение смешиваемых компонентов при использовании одних и тех же конструкций устройств. Иными словами, изобретение представляет собой достаточно гибкую конструкцию, адаптируемую к различным вариантам применения. Это также способствует уменьшению производственных затрат. Еще одним преимуществом изобретения является то, что устройство является относительно прочным и надежным в эксплуатации.
В одном из вариантов осуществления изобретения сцепляющее звено и ходовой винт в сцепленном состоянии выполнены с возможностью вращения относительно друг друга вокруг оси вращения и подогнаны таким образом, что за счет вращения ходовой винт и сцепляющее звено перемещаются относительно друг друга вдоль оси вращения. Ось вращения может, например, совпадать с продольной осью ходового винта или может быть по существу параллельной продольной оси ходового винта. Перемещение ходового винта и сцепляющего звена относительно друг друга обеспечивает относительное перемещение поршня и камеры, приводящее к выдавливанию стоматологического материала. Таким образом, винтовой привод в сцепленном состоянии может быть использован для продвижения поршня и выдавливания стоматологического материала из камеры.
В другом варианте осуществления изобретения поршень механически соединен или с ходовым винтом или со сцепляющим звеном. Поэтому перемещение сцепляющего звена и ходового винта относительно друг друга по существу обеспечивает перемещение поршня и камеры относительно друг друга. В связи с этим не требуется каких-либо дополнительных преобразователей скорости между винтовым приводом и поршнем.
В одном из вариантов осуществления изобретения ходовой винт имеет резьбу, а сцепляющее звено имеет структуру для сцепления с резьбой ходового винта. Упомянутая структура может быть выполнена в виде резьбы или, по меньшей мере, неполной резьбы. В качестве других структур, пригодных для жесткого зацепления резьбы ходового винта, могут быть использованы подходящие одна или несколько шпилек.
В другом варианте осуществления изобретения сцепляющее звено содержит муфту, включает структуру для сцепления. Муфта и ходовой винт выполнены с возможностью перемещения относительно друг друга в направлении, по существу перпендикулярном оси вращения (или по существу перпендикулярном продольной оси ходового винта), для приведения ходового винта и сцепляющего звена в сцепленное или расцепленное состояние. Таким образом, сцепляющее звено и ходовой винт могут быть приведены в сцепленное или расцепленное состояние путем взаимного перемещения в направлении, по существу перпендикулярном оси вращения. Следовательно, ходовой винт и сцепляющее звено могут перемещаться относительно друг друга в продольном направлении для передвижения поршня, и, кроме того, муфта и ходовой винт могут смещаться в боковую сторону относительно друг друга для их сцепления или расцепления.
Предпочтительно выполнять структуру для сцепления в сегменте муфты, которая только частично окружает ходовой винт. Соответственно, ходовой винт и муфта могут быть соединены для сцепления друг с другом и отделены друг от друга для расцепления.
В частном случае исполнения устройства относительное перемещение ходового винта и муфты обеспечено тем, что муфта выполнена с возможностью поворота относительно ходового винта вокруг поворотной оси. Поворотная ось ориентирована по существу перпендикулярно оси вращения. Поэтому муфта и сцепляющее звено не только могут вращаться вокруг оси вращения относительно друг друга, но также и могут перемещаться в поперечном направлении. Специалисту понятно, что поперечное направление может включать направления, несколько отклоняющиеся от перпендикуляра к оси вращения, не выходя при этом за рамки сущности изобретения.
В одном из вариантов осуществления изобретения муфта выполнена так, что структура для сцепления смещена в радиальном направлении от поворотной оси.
Кроме того, муфта в предпочтительном варианте может быть выполнена с возможностью перемещения структуры для сцепления в направлении, по существу перпендикулярном оси вращения ходового винта, при его функционировании и перемещении муфты из сцепленного состояния в расцепленное. Поэтому направление относительного перемещения ходового винта и муфты во время сцепления и расцепления может иметь боковую составляющую, перпендикулярную оси вращения, и дополнительную меньшую по величине составляющую в направлении, параллельном оси вращения. Этим достигается плавное сцепление и расцепление. Структуру для сцепления можно также не выполнять на участках, где осевая составляющая будет преобладать над боковой составляющей. Это позволяет избежать сцепления структуры для сцепления с резьбой ходового винта и предотвращает поворот муфты. В данном примере муфта в сцепленном состоянии имеет первый конец вблизи поворотной оси и противоположный второй конец, отведенный в радиальном направлении от поворотной оси вдоль оси вращения. Поэтому поворотную ось можно размещать ближе к первому концу, чем ко второму. Структура для сцепления в предпочтительном варианте может быть размещена вблизи второго конца муфты, а вблизи первого конца муфты зубчатой структуры для сцепления может не быть или она уменьшена.
В другом варианте осуществления изобретения поворотная ось находится за пределами наружного периметра или за пределами эффективного диаметра резьбы ходового винта. Структура для сцепления может быть расположена в радиальном направлении относительно поворотной оси на расстоянии, превышающем расстояние между поворотной осью и наружным периметром или эффективным диаметром резьбы ходового винта. При такой конфигурации силы, возникающие в результате подачи материала, могут заставлять муфту занять положение сцепления. Следовательно, может возникнуть эффект самоблокировки, при котором ходовой винт и сцепляющее звено удерживаются в сцепленном состоянии, несмотря на действие относительно больших усилий. Таким образом может быть достигнуто относительно надежное функционирование устройства.
В одном из вариантов осуществления изобретения ходовой винт и муфта удерживаются в сцепленном или расцепленном состоянии усилием пружины. В связи с этим под действием пружины муфта может стремиться занять исходное положение и, наоборот, может стремиться занять противоположное положение, преодолевая воздействие пружины. Например, в одном из вариантов муфта исходно стремиться к сцепленному состоянию. Когда устройство используется для дозированной подачи материала, эффект самоблокировки способствует дополнительному удержанию ходового винта в сцепленном состоянии, так что обеспечивается бесперебойная подача материала из устройства. В этом примере муфта может быть выполнена с возможностью стремиться занять расцепленное положение для обеспечения быстрых продвижений поршня, например, пользователем.
В дополнительном варианте исполнения устройства муфта соединена с исполнительным механизмом. В предпочтительном варианте исполнительный механизм обеспечивает движение муфты в расцепленное состояние, преодолевая усилие пружины. Поэтому сцепляющее звено и ходовой винт повторно входят в состояние сцепления, если, например, пользователь отжал исполнительный механизм. Таким образом, устройство в исходном состоянии может быть готово к подаче материала, но также может временно работать в режиме быстрого передвижения поршня.
В другом варианте выполнения устройство включает кулачок, выполненный с возможностью удерживания муфты в сцепленном состоянии, несмотря на усилие пружины, и освобождения муфты, так что муфта может перемещаться в расцепленное состояние под действием пружины. В этом случае кулачок может удерживать или блокировать сцепляющее звено и ходовой винт в сцепленном состоянии друг с другом, когда устройство работает в режиме дозированной подачи материала. Устройство может быть выполнено с возможностью автоматического освобождения муфты с использованием кулачка когда подача материала прекращена, так что соединительное звено и ходовой винт автоматически разъединяются. Это позволяет стравить повышенное давление в камере для прекращения дозированной подачи материала. Таким образом может быть предотвращено остаточное вытекание материала.
В дополнительном варианте исполнения муфта выполнена с возможностью принудительного направления ее параллельного перемещения в боковом направлении по отношению к оси вращения ходового винта. Такое управление муфтой, по меньшей мере, в ее сцепленном состоянии с ходовым винтом обеспечивает принудительное направление, лежащее между параллельным или перпендикулярным направлениями относительно оси вращения ходового винта (т.е. не параллельно и не перпендикулярно оси вращения ходового винта). Кроме того, предпочтительно, чтобы упомянутое принудительное направление было ориентировано под углом, по существу равным углу профиля резьбы ходового винта. Угол профиля резьбы для целей настоящего описания изобретения определяется между осью вращения и боковой поверхностью резьбы в плоскости, проходящей вдоль оси вращения. Этот угол может составлять от примерно 70° до примерно 85°, предпочтительно примерно 85°.
В частном случае угол направления муфты может быть меньше угла профиля резьбы ходового винта. В этом случае работа винтового привода в одном направлении перемещения предпочтительно заставляет муфту двигаться в сторону ходового винта. Так может быть обеспечено самоподдерживаемое сцепление муфты и ходового винта для случая их перемещения по отношению друг к другу в одном направлении.
В другом варианте направление перемещения сцепляющего звена и муфты задается с помощью, по меньшей мере, линейной направляющей или направляющей, выполненной в виде параллелограмма. Линейная направляющая может включать направляющий ролик, а выполненная в виде параллелограмма направляющая включает, по меньшей мере, один рычаг, который соединяет сцепляющее звено и муфту с возможностью поворота.
В одном из вариантов осуществления изобретения сцепляющее звено включает подпружиненный копир для совмещения резьб ходового винта и муфты относительно друг друга. При этом подпружиненный копир выполнен с возможностью упругого защелкивания между боковыми поверхностями резьбы ходового винта, например между противоположными сторонами двух смежных витков резьбы. Это помогает процессу предварительной установки расцепленных ходового винта и сцепляющего звена относительно друг друга, а также обеспечивает их плавное сцепление после предварительной установки.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения устройство может иметь по меньшей мере один шток с поршнем. В одной из реализаций устройства ходовой винт установлен в устройстве с возможностью продольного перемещения, а сцепляющее звено установлено в устройстве неподвижно в продольном направлении. Соответственно, ходовой винт может образовывать, по меньшей мере, часть штока.
В другом варианте ходовой винт установлен в устройстве неподвижно в продольном направлении, а сцепляющее звено установлено в устройстве с возможностью продольного перемещения. В этом случае поршень может быть механически соединен со сцепляющим звеном, например посредством штока.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения устройство имеет два штока, две камеры и два поршня. Такое устройство предпочтительно выполнено с возможностью смешивания компонентов, размещенных в камерах, для формирования стоматологического материала. Устройство может дополнительно содержать два винтовых привода, каждый из которых содержит ходовой винт и сцепляющее звено. Сцепляющие звенья могут быть соединены между собой с возможностью вращения так, что вращение одного из них вызывает вращение другого.
В одном из вариантов осуществления изобретения сцепляющие звенья содержат зубчатые венцы, не сцепленные между собой, но каждый из которых сцеплен с зубчатым колесом. Тем самым сцепляющие звенья предпочтительно соединены с возможностью вращения так, что могут вращаться в одном и том же направлении. Зубчатые венцы и шаги резьбы ходовых винтов предпочтительно должны быть подобраны так, чтобы ходовые винты перемещались в продольном направлении по существу синхронно, когда зубчатое колесо приводит в движение сцепляющие звенья. Например, зубчатые венцы могут иметь одинаковое число зубьев и ходовые винты могут иметь одинаковый шаг резьбы. Специалисту понятно, что тот же результат может быть достигнут, если зубчатые венцы будут различаться по числу зубьев, а ходовые винты будут иметь различный шаг резьбы, но в сочетании они должны обеспечить компенсацию этой разницы для обеспечения синхронного перемещения. Специалисту также понятно, что в соответствии с принципом реверсивности каждый из ходовых винтов может иметь зубчатые венцы, сцепленные с зубчатым колесом, для соединения с возможностью вращения ходовых винтов. В этом варианте зубчатые венцы и шаг резьбы ходовых винтов могут аналогично выбираться так, чтобы обеспечивалось синхронное перемещение сцепляющих звеньев параллельно оси вращения ходовых винтов. Поэтому компоненты стоматологического материала будут подаваться по существу синхронно, а соотношение смешиваемых компонентов может быть предопределено размерами поперечных сечений камер. Следовательно, камеры могут быть по существу синхронно опустошены, так что компоненты материала всегда могут быть заново загружены. Такое решение позволяет сберечь время на замену отдельных камер.
Тем не менее, устройство дополнительно может быть выполнено с возможностью асинхронной подачи компонентов материала. Это позволяет смешивать компоненты материала в соотношении, не зависящем от размеров поперечного сечения камер. Следовательно, в таком устройстве соотношение смешиваемых компонентов определяется самим устройством, а не заранее заданными размерами поперечных сечений камер. Соответственно, устройство должно быть выполнено с возможностью подгонки винтовых приводов таким образом, чтобы обеспечивалось асинхронное продвижение компонентов материала в определенных соотношениях.
В одном из вариантов осуществления изобретения устройство содержит электрический двигатель для приведения в действие винтового привода или винтовых приводов. Двигатель может быть любым, например электродвигателем постоянного тока. Кроме того, устройство может дополнительно иметь ручное колесо, выполненное с возможностью продвижения или установки поршня, когда винтовой привод находится в расцепленном состоянии. Например, ручное колесо может быть соединено с цепью, ремнем или тягой, которые преобразуют вращательное движение ручного колеса в поступательное перемещение поршня. Таким образом, поршень может быть быстро продвинут вручную. В сцепленном состоянии винтового привода ручное колесо может быть приведено в движение посредством винтового привода. Это может показывать пользователю, что в устройстве материал продвинут. Когда винтовой привод находится в сцепленном состоянии, поршень обычно заблокирован от перемещения вручную с помощью ручного колеса. Поэтому случайное приведение в действие ручного колеса во время подачи материала не может неблагоприятно воздействовать на процесс, и, таким образом, нет необходимости в дополнительных элементах для отсоединения ручного колеса от винтового привода.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На Фиг.1 представлен вид в аксонометрии устройства для смешивания и дозированной подачи стоматологического материала.
На Фиг.2а, Фиг.2b схематически показаны виды устройства на различных этапах его работы в соответствии с примером осуществления изобретения.
На Фиг.3а, Фиг.3b показаны поперечные сечения винтового привода на различных стадиях работы в соответствии с примером реализации изобретения.
На Фиг.4 показан вид спереди сцепляющего звена, предназначенного для взаимодействия с ходовым винтом, в соответствии с примером осуществления изобретения.
На Фиг.5 показан вид спереди дополнительного сцепляющего звена, предназначенного для взаимодействия с ходовым винтом, в соответствии с примером осуществления изобретения.
На Фиг.6 показано поперечное сечение винтового привода, соответствующего примеру, показанному на Фиг.5.
На Фиг.7 показан вид в аксонометрии сборки, включающей два винтовых привода, в соответствии с примером осуществления изобретения.
На Фиг.8 показан вид в аксонометрии сборки, включающей два винтовых привода, в соответствии с примером осуществления изобретения.
На Фиг.9 показан вид в аксонометрии сборки, включающей два винтовых привода, в соответствии с дополнительным примером осуществления изобретения.
На Фиг.10 схематически показан вид сцепляющего звена, предназначенного для взаимодействия с ходовым винтом, в соответствии с дополнительным примером осуществления изобретения.
На Фиг.11 показано поперечное сечение подпружиненного копира в соответствии с примером осуществления изобретения.
На Фиг.12 показан вид в аксонометрии винтового привода в соответствии с примером осуществления изобретения.
Фиг.13а, Фиг.13b схематически иллюстрируют функционирование винтового привода, представленного на Фиг.12.
На Фиг.14 показан вид в аксонометрии винтового привода в соответствии с другим примером осуществления изобретения.
На Фиг.15 показан вид в аксонометрии винтового привода в соответствии с дополнительным примером осуществления изобретения.
На Фиг.16 показан вид в аксонометрии винтового привода в соответствии с еще одним примером осуществления изобретения.
На Фиг.17 показан вид в аксонометрии винтового привода в соответствии с дополнительным примером осуществления изобретения.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На Фиг.1 показано устройство 100 для дозированной подачи стоматологических материалов. Устройство 100 содержит резервуар 101 для размещения материала предпочтительно в форме двух раздельных компонентов и смеситель 102 для их смешивания. Желательно, чтобы компоненты материала содержались в раздельных камерах (не показаны), из которых они могут быть выдавлены в смеситель. Смеситель 102 соединен с камерами так, что отдельные компоненты могут быть продвинуты в смесительную камеру смесителя, где они могут быть перемешены, например, с помощью вращающегося перемешивающего ротора. Полученная смесь может выходить через выходное отверстие 103 смесителя 102.
Устройство может быть использовано для смешивания и дозированной подачи, например, затвердевающего материала для изготовления зубных слепков. Полученная смесь может, например, быть использована для заполнения оттискной ложки, которая затем помещается в рот пациента для получения зубного слепка. Смеситель 102 присоединен к устройству 100 с возможностью съема. Поэтому, когда смесь затвердевает и, соответственно, блокирует смеситель, использованный смеситель может быть заменен другим смесителем для последующего использования устройства. Подобное устройство под торговой маркой 3M™ ESPE™ Pentamix™ поставляет на рынок компания 3M ESPE AG, Германия.
На Фиг.2а и 2b устройство 1 в соответствии с изобретением показано более детально. Устройство 1 содержит корпус 2, имеющий резервуар 3, в котором размещены первая камера 4 и вторая камера 5. На Фиг.2а устройство 1 показано в исходном состоянии, когда камеры еще полностью заполнены компонентами стоматологического материала, а на Фиг.2b показано устройство 1 на другой стадии его работы, например, когда часть компонентов выдавлена из камер.
Смеситель 6 размещен у выходных отверстий камер 4, 5. Камеры 4, 5 в устройстве выполнены сменными, что позволяет, например, использовать в одном и том же устройстве материалы различных типов или заменять пустые камеры наполненными. В показанном примере смеситель 6 прикреплен к камерам 4, 5 так, что вместе они образуют блок, который может быть установлен как единое целое. Кроме того, смеситель может быть заменен на камерах, так что неиспользованный смеситель мог быть использован при каждом новом использовании устройства. Специалисту понятно, что не обязательно выполнять смеситель в виде единого блока с камерами, но он может, например, оставаться в устройстве, когда камера вынута, и может быть соединен с новыми камерами, вставленными в устройство.
Устройство 1 имеет также плунжерную сборку 7, которая в данном примере смонтирована в корпусе 2. Соответственно, корпус защищает плунжерную сборку от веществ окружающей среды, таких как дезинфицирующие средства или грязь. Плунжерная сборка 7 включает первый винтовой привод 8 и второй винтовой привод 9. Первый и второй винтовые приводы 8 и 9 имеют соответственно первый ходовой винт 10 и второй ходовой винт 11, а также первое сцепляющее звено 12 и второе сцепляющее звено 13. В показанном примере ходовые винты 10, 11 могут перемещаться в осевом (продольном) направлении. В частности, осевое перемещение ходовых винтов 10, 11 обеспечено за счет вращения сцепляющих звеньев 12, 13.
Сцепляющие звенья 12, 13 в устройстве выполнены неподвижными в осевом направлении. Поэтому сцепляющие звенья могут вращаться, не перемещаясь вдоль оси, а ходовые винты могут перемещаться вдоль собственной оси, но не имеют возможности вращаться (защищены от вращения). В предпочтительном варианте осуществления изобретения каждый из ходовых винтов 10, 11 снабжен резьбой и каждое соответствующее сцепляющее звено 12, 13 имеет муфту (на этом чертеже в деталях не показано), включающую соответствующую структуру для сцепления. Такая структура для сцепления может, например, включать один или более элементов резьбового соединения или, по меньшей мере, участок с резьбой для сцепления с ходовым винтом. Таким образом, каждое сцепляющее звено может приводить соответствующий ходовой винт в движение в осевом направлении, когда упомянутое сцепляющее звено вращается, находясь в сцепленном состоянии с ходовым винтом.
В показанном примере ходовые винты 10, 11 образуют, по меньшей мере, часть штоков, на переднем конце которых размещены поршни 14, 15. Следовательно, поршни 14, 15 могут продвигаться вперед при продольном движении ходовых винтов для выдавливания компонентов стоматологического материала. В рассматриваемом варианте устройство предпочтительно выполнено так, чтобы ходовые винты продвигались вперед по существу синхронно. Поэтому ходовые винты могут быть соединены в их хвостовой части соединительной перекладиной 16. Соединительная перекладина помогает направлять ходовые винты практически параллельно друг другу. Для продвижения ходовых винтов посредством сцепляющих звеньев 12, 13, а также для приведения в движение при необходимости вала смесителя (не показан) для вращения смешивающего ротора смесителя в устройстве установлен электродвигатель 17. Более детальное описание механизма приведения в движение ходовых винтов и вала смесителя будет дополнительно дано ниже.
На Фиг.3а и 3b показаны виды поперечного сечения винтового привода 30 на различных стадиях работы в соответствии с примером осуществления изобретения. Показана также камера 40, в которой установлен с возможностью перемещения поршень 41 для выталкивания материала из камеры 40. Винтовой привод 30 включает ходовой винт 31 с резьбой, взаимодействующий со сцепляющим звеном 32. Ходовой винт 31 и сцепляющее звено 32 выполнены с возможностью разъемного сцепления друг с другом. В частности, сцепляющее звено 32 имеет резьбовую муфту 33, которая может двигаться относительно ходового винта между положением, в котором муфта 33 и ходовой винт 31 сцеплены друг с другом (Фиг.3а), и положением, в котором муфта 33 и ходовой винт 31 расцеплены друг от друга (Фиг.3b).
В сцепленном состоянии, показанном на Фиг.3а, винтовой привод может быть использован для продвижения поршня для выдавливания материала. В показанном примере сцепляющее звено 32 может вращаться для продвижения ходового винта 31 в направлении камеры 40. Винтовой привод выполнен с возможностью передачи относительно больших усилий во время продвижения поршня. Например, шаг резьбы может быть выбран так, чтобы ходовой винт двигался относительно медленно, несмотря на то что сцепляющее звено вращается с относительно большой скоростью. Поэтому винтовой привод преимущественно повышает усилие, развиваемое приводящим его в действие двигателем, для того чтобы увеличить усилие, прикладываемое к поршню для его продвижения.
На Фиг.3b муфта 33 показана в расцепленном состоянии. В этом состоянии сцепляющее звено и ходовой винт могут свободно передвигаться относительно друг друга в осевом направлении ходового винта, например, без вращения сцепляющего звена 32 и ходового винта 31 относительно друг друга. Поэтому расцепленное положение допускает свободное перемещение поршня. Например, в расцепленном состоянии пользователь может быстро вывести поршень из камеры для замены камеры на новую. Также пользователь может быстро продвинуть поршень в направлении новых камер, так что фактически мгновенно после переключения в сцепленное состояние может быть осуществлена подача нового материала.
В расцепленном состоянии поршень может управляться вручную или установочным приводом. Поэтому устройство в сцепленном состоянии винтового привода может обеспечить относительно большое усилие для движения поршня при относительно малых скоростях. При этом устройство в расцепленном состоянии винтового привода может обеспечить движения поршня с относительно высокой скоростью с приложением относительно небольшого усилия.
Пример осуществления изобретения, показанный на Фиг.3а и 3b, можно использовать в сочетании с другими примерами, раскрытыми в данном описании изобретения, что будет детально описано далее. Муфта 33 соединена с возможностью поворота со сцепляющим звеном 32. Поворотная ось Р ориентирована в общем случае поперек осевого направления ходового винта (по существу перпендикулярно к плоскости чертежа). Поэтому витки резьбы ходового винта 31 и муфты 33 могут быть сцеплены друг с другом или расцеплены друг от друга путем поворота муфты 33 вокруг поворотной оси Р. Таким образом, ходовой винт и сцепляющее звено взаимодействуют друг с другом, находясь в сцепленном состоянии, в котором сцепляющее звено и ходовой винт сцеплены друг с другом, и в расцепленном состоянии, в котором ходовой винт и сцепляющее звено расцеплены друг от друга.
Ходовой винт 31 характеризуется наружным диаметром D1 резьбы и эффективным диаметром D2 резьбы. Эффективный диаметр резьбы ходового винта обычно соответствует примерно средней величине между внутренним диаметром резьбы и наружным диаметром резьбы. Эффективный диаметр D2 резьбы обычно используют для определения условной линии приложения усилий, в частности осевых усилий, которые могут передаваться между резьбой и соответствующей комплементарно связанной с ней резьбой. В данном примере поворотная ось Р расположена за пределами наружного диаметра D1 резьбы ходового винта и, в частности, за пределами эффективного диаметра D2 резьбы. Поэтому осевое усилие, действующее между ходовым винтом и муфтой, вызывает появление крутящего момента, который заставляет муфту двигаться вокруг поворотной оси. В данном примере муфта 33 дополнительно выполнена таким образом, чтобы крутящий момент, возникающий, когда муфта двигает ходовой винт вперед (в направлении камеры 40), заставлял бы муфту занять положение сцепления, а крутящий момент, возникающий, когда муфта двигает ходовой винт в обратном направлении (в направлении от камеры 40), заставлял бы муфту выйти из положения сцепления. Поскольку величина крутящего момента зависит от приложенной продольной силы, то чем выше продольная сила, тем больше усилие, заставляющее муфту входить в положение сцепления или выходить из него. Таким путем может быть обеспечена функция самоблокировки, благодаря которой сохраняется сцепление муфты с ходовым винтом во время его перемещения вперед, даже если винтовой привод используется для передачи больших усилий. Аналогично может быть обеспечена функция автоматической разблокировки, обеспечивающая расцепление муфты и ходового винта после изменения направления его движения на обратное направление.
В показанном варианте поворотная ось смещена в радиальном направлении от эффективного диаметра D2 резьбы на расстояние X. Кроме того, структура для сцепления 34 муфты (в примере показана неполная резьба) смещена в радиальном направлении на расстояние Y от поворотной оси. При определении величины Y для структуры для сцепления обычно берут середину рабочей части структуры для сцепления, находящейся в сцепленном состоянии с ходовым винтом. Таким образом, может быть создан крутящий момент, который преобразует осевую силу F1, передаваемую во время осевого перемещения ходового винта и муфты относительно друг друга, в радиальную силу F2, вынуждающую муфту двигаться в радиальном направлении, т.е. отходить от ходового винта. Отношение между F2 и F1 таким образом соответствует отношению между Х и Y соответственно (F2:F1=X:Y). Желательно, чтобы значение Y было больше значения X.
На Фиг.4 представлен вид спереди сцепляющего звена 32, показанного на Фиг.3а, 3b, при этом муфта 33 находится в расцепленном состоянии. Также показано положение поворотной оси Р. В показанном примере сцепляющее звено 32 выполнено с возможностью вращения вокруг оси, в общем случае перпендикулярной к плоскости чертежа. Муфта 33 присоединена к сцепляющему звену с возможностью поворота, так что вращение сцепляющего звена заставляет вращаться и муфту. Специалист может предложить другие решения, в которых муфта может двигаться и поворачиваться относительно сцепляющего звена или в которых сцепляющее звено имеет вращающиеся или невращающиеся компоненты. В показанном примере сцепляющее звено имеет зубчатый венец 35, обеспечивающий возможность приведения в действие сцепляющего звена и, следовательно, муфты. Также в данном случае специалистам понятно, что кроме зубчатой передачи могут быть аналогичным образом использованы и другие виды передач, такие как цепная передача, ременной шкив, фрикционная передача или любая другая, обеспечивающая возможность приведения в действие сцепляющего звена и/или муфты.
На Фиг.5 представлен вид спереди сцепляющего звена 32', выполненного в соответствии с дополнительным примером осуществления изобретения. Сцепляющее звено 32' в основном соответствует сцепляющему звену 32, показанному на Фиг.4, но в данном примере оно имеет две муфты 33а, 33b, показанные в расцепленном состоянии. Две муфты 33а, 33b могут быть снабжены резьбой и вместе могут полностью или почти полностью окружать ходовой винт (не показан), когда они складываются в замкнутое положение. Благодаря этому передаваемое сцепляющим звеном усилие может быть увеличено по сравнению со сцепляющим звеном, имеющим только одну муфту.
На Фиг.6 представлено сцепляющее звено 32' во взаимодействии с ходовым винтом 31'. Показанная конфигурация в основном соответствует конфигурациям, показанным на Фиг.3а и Фиг.3b, однако отличается тем, что сцепляющее звено 32' имеет две муфты 33а, 33b вместо одной.
Специалисту ясно, что только одна или обе муфты могут быть снабжены резьбой для взаимодействия с ходовым винтом. Кроме того, можно использовать и более двух муфт, из которых все или часть могут быть снабжены резьбой.
На Фиг.7 показана сборка 50, которая включает винтовой привод 30 и второй такой же винтовой привод 30'. Сцепляющие звенья 32, 32" смонтированы на опоре 51, которая может быть неподвижно закреплена в устройстве. Соответственно, вращение сцепляющих звеньев 32, 32" вызывает осевое перемещение ходовых винтов 31, 31'. В данном примере ходовые винты 31, 31' образуют плунжеры, несущие поршни 41, 41'. При этом ходовые винты 31, 31' имеют одинаковый шаг резьбы, так что синхронное вращение сцепляющих звеньев вызывает по существу синхронное перемещение ходовых винтов. Поэтому поршни 41, 41' продвигаются по существу синхронно. В этом примере желаемое соотношение смешиваемых компонентов может быть задано соотношением площадей поперечных сечений соответствующих камер. Например, соотношение компонентов, отличающееся от 1:1, может быть достигнуто различием площадей поперечных сечений камер.
В другом примере осуществления изобретения ходовые винты могут иметь различные шаги резьбы, что предопределяет их асинхронное перемещение, и, следовательно, соотношение смешиваемых компонентов, отличное от 1:1, может быть достигнуто при выполнении камер с по существу равными площадями поперечных сечений. Такой вариант устройства предпочтителен, поскольку камеры могут быть изготовлены стандартного размера и, следовательно, количество типоразмеров изготавливаемых камер может быть уменьшено. В другом примере для достижения похожего результата можно вращать сцепляющие звенья с различными скоростями. Таким образом, одно и то же устройство может быть использовано для дозированной подачи компонентов материала в различных соотношениях для различных видов работ, например, выбираемых пользователем. Устройство, выполненное в соответствии с дополнительным примером осуществления изобретения, включает комбинацию различных шагов резьбы и различных скоростей вращения.
На Фиг.8 показана сборка 50 в другом ракурсе. Сборка 50 имеет приводное колесо 52, соединяющее зубчатый венец 35 сцепляющего звена 32 и зубчатый венец 35' сцепляющего звена 32'. Соответственно, сцепляющие звенья 32, 32' соединены для вращения в одном и том же направлении. Возможны другие решения для подобного соединения, например посредством цепи или зубчатого ремня. Приводное колесо 52 имеет ступицу 53, выполненную с возможностью сцепления с валом смесителя (не показано) для приведения смесителя в действие.
Число зубьев на приводном колесе и зубчатых венцах 35, 35', так же как и шаг резьбы ходовых винтов 31, 31', выбирают таким образом, чтобы обеспечить в комбинации определенное желаемое соотношение между скоростью вращения вала смесителя и скоростью перемещения ходовых винтов 31, 31', поршней 41, 41'. Скорость вращения винтового привода может, например, соответствовать паспортной скорости вращения стандартного двигателя. В этом случае отдельная коробка передач для согласования скоростей вращения двигателя и вала смесителя не требуется. Желательно, чтобы упомянутая скорость вращения затем была преобразована в соответствующую скорость перемещения, подходящую для выдавливания компонентов материала из камер. Таким образом, один и тот же двигатель можно использовать для приведения в движение вала смесителя и поршней, тем самым можно сэкономить на дополнительном двигателе и коробке передач.
На Фиг.9 показан винтовой привод 60, имеющий сцепляющее звено 62, взаимодействующее с ходовым винтом 61. При этом показана ситуация, когда сцепляющее звено и ходовой винт находятся в сцепленном состоянии. В частности, сцепляющее звено 62 имеет муфту 63, выполненную с возможностью поворота, обеспечивающего сцепление ее с ходовым винтом и их расцепление. Пример, показанный на Фиг.9, подобен примеру устройства, показанному на Фиг.3а, Фиг.3b, но дополнительно имеет пружину 66, которая по умолчанию вынуждает муфту занять положение сцепления. Поэтому при использовании устройства в режиме подачи материала винтовой привод обычно может находиться в сцепленном состоянии, и подача материала из устройства может начаться сразу при включении двигателя устройства. Муфта может быть механически соединена с исполнительным механизмом (не показано), обеспечивающим возможность расцепления сцепляющего звена от ходового винта, преодолевая усилие пружины. Поэтому для быстрого перемещения поршня к камерам или обратно пользователь может воздействовать на исполнительный механизм, чтобы расцепить ходовой винт и сцепляющее звено. Преимущество этого примера осуществления изобретения состоит в том, что он может обеспечить относительно большое усилие, прилагаемое для подачи материала, потому что усилие, развиваемое пружиной, может поддерживать функцию самоблокировки винтового привода. В альтернативном примере пружина по умолчанию вынуждает муфту занять положение расцепления. Воздействие на исполнительный механизм в этом случае может привести к сцеплению сцепляющего звена и ходового винта, и желательно также, чтобы приводило к включению двигателя. Для прекращения подачи исполнительный механизм может быть отжат или снова приведен в действие, при котором желательно, чтобы двигатель выключился, и, следовательно, ходовой винт и сцепляющее звено расцепляются. Поэтому, когда устройство остановлено, поршни желательно освободить, чтобы давление поршней в камерах, поднятое при дозировании, могло уменьшиться. Это полезно, поскольку таким образом можно предотвратить нежелательную утечку материалов при остановке дозирования.
Фиг.10 иллюстрирует пример выполнения винтового привода 70, имеющего ходовой винт 71 и сцепляющее звено 72. Сцепляющее звено 72 имеет муфту 73, соединенную со сцепляющим звеном 72 с возможностью поворота вокруг поворотной оси Р". Сцепляющее звено может вращаться вокруг оси ходового винта, при этом вращение муфты предотвращено, в данном примере шпилькой 77, удерживаемой рычагом 78. Поэтому, когда сцепляющее звено 72 вращается, на чертеже показано вращение против часовой стрелки (см. стрелку), муфта удерживается от вращения и к ней приложено усилие для смещения в радиальном направлении от ходового винта (показано пунктирными линиями). Устройство, использующее этот пример выполнения, может иметь неподвижные в осевом направлении вращающиеся ходовые винты, которые приводят в движение подвижные в осевом направлении сцепляющие звенья. Такие сцепляющие звенья могут быть механически соединены с поршнями для продвижения материала. Специалисту понятно, что этот принцип движения является обратным тому, при котором сцепляющие звенья неподвижны в осевом направлении и вращаются для перемещения ходовых винтов, как это раскрыто в данном описании изобретения для других примеров его осуществления. Соответственно, устройство, показанное на Фиг.10, может быть скомбинировано или альтернативно использовано с другими описанными здесь примерами выполнения. В частности, пружина, заставляющая муфту по умолчанию занять положение сцепления или расцепления, может быть использована также в устройстве, пример которого показан на Фиг.10. Аналогичный результат может быть достигнут при использовании обоих принципов обеспечения движения, хотя определенные преимущества могут преобладать или исключительно иметь место, когда используют один, а не другой принцип.
На Фиг.11 показан винтовой привод 80, имеющий ходовой винт 81 и сцепляющее звено 82. На сцепляющем звене выполнен подпружиненный копир 88, выполненный в виде шарика 87, упруго прижатого к ходовому винту 81. В предпочтительном варианте шарик 87 прижат к ходовому винту 81 в расцепленном состоянии винтового привода. Следовательно, при этом сцепляющее звено и ходовой винт, находящиеся в расцепленном состоянии, могут свободно перемещаться относительно друг друга. Подпружиненный копир 88 выполнен с возможностью перескакивать между кромками резьбы ходового винта, когда сцепляющее звено и ходовой винт перемещаются относительно друг друга, и, таким образом,  проявляются предпочтительные положения, в которых сцепляющее звено и ходовой винт могут быть сцеплены без значительного дополнительного осевого перемещения относительно друг друга. Например, муфта (не показана), имеющая соответствующую резьбу для сцепления с ходовым винтом, может хорошо сцепляться с ним в таких предпочтительных положениях.
На Фиг.12 показан винтовой привод 90, имеющий ходовой винт 91 и сцепляющее звено 92. Сцепляющее звено 92 включает резьбовую муфту 93. Ходовой винт 91 и сцепляющее звено 92 выполнены так, что могут быть расцеплены или сцеплены друг с другом относительным перемещением ходового винта 91 и муфты 93 в боковую сторону от оси вращения R ходового винта. Поэтому муфта 93 только частично окружает ходовой винт 91, например, муфта 93 может включать один или несколько резьбовых сегментов, которые окружают ходовой винт по периметру в пределах примерно 180° или меньше. В данном примере для управления сцеплением или расцеплением с ходовым винтом 91 резьбовая муфта 93 выполнена с направленным перемещением в основном в боковую сторону от оси вращения R ходового винта 91. Кроме того, муфта 93 выполнена с возможностью параллельного направленного перемещения. Это означает, что во время перемещения муфты 93 относительно ходового винта 91 ее угловая ориентация сохраняется в основном постоянной. В частности, движение резьбовой муфты 93 может быть организовано в заданном направлении G, которое по существу параллельно углу профиля резьбы (направление задано углом А, показанным на Фиг.13). Угол профиля резьбы измеряется в плоскости, проходящей вдоль оси вращения. Более точно, угол профиля резьбы измеряется в упомянутой плоскости между осью вращения и боковой поверхностью профиля резьбы. В данном примере заданное направление G обеспечивается посредством линейной направляющей, выполненной, например, в виде скользящей или роликовой линейной направляющей.
A
R
A
R
На Фиг.13а схематически показан винтовой привод 90 с ходовым винтом 91, сцепляющим звеном 92 и муфтой 93. В приведенном на Фиг.13а примере ходовой винт 91 может приводиться в движение для перемещения муфты 93 влево. Соответствующий треугольник сил иллюстрирует продольную силу F, радиальную силу F и результирующую силу F. В случае, когда винтовой привод 90 работает на передачу продольной силы F, между ходовым винтом 91 и муфтой 93 возникает радиальная сила F благодаря резьбе, имеющей угол А профиля резьбы, который отличается от 90° относительно оси вращения R ходового винта. Тем не менее, наведение муфты 93 относительно ходового винта 91 таково, что направление G по существу перпендикулярно результирующей силе F. Таким образом, результирующая сила F не может вызывать никакой составляющей в направлении G, поэтому движение муфты 93 в направлении G невозможно. Следовательно, если винтовой привод 90 приведен в действие для перемещения в одном направлении ходового винта 91 и муфты 93 относительно друг друга, то автоматическое расцепление ходового винта 91 и муфты 93 по действием радиальных сил предотвращается.
A
R
G
На Фиг.13b показан винтовой привод 90, приведенный в действие для перемещения в направлении, противоположном тому, которое показано на Фиг.13а. На чертеже показаны продольная сила F', радиальная сила F' и результирующая сила F". Силовая составляющая F ориентирована в направлении G так, что муфта перемещает направленно в сторону от ходового винта. Соответственно, при таком направлении перемещения муфты 93 и ходового винта 91 относительно друг друга муфта 93 стремится автоматически расцепиться от ходового винта 91. Таким образом, винтовой привод 90 обеспечивает передачу относительно больших сил в одном продольном направлении и может обеспечить автоматическое расцепление муфты 93 и ходового винта 91 при движении в противоположном направлении.
Показанный на Фиг.14 винтовой привод 90" подобен винтовому приводу, показанному на Фиг.12 и Фиг.13, однако имеет два ходовых винта 91а и 91b и общее сцепляющее звено 92'. Ходовые винты 91а и 91b и сцепляющее звено 92' выполнены с возможностью разъемного сцепления друг с другом. Сцепляющее звено 92' дополнительно включает общую муфту 93', имеющую две резьбы для сцепления с резьбами двух ходовых винтов 91а и 91b. Специалисту понятно, что также можно использовать две отдельные резьбовые муфты с общим сцепляющим звеном.
На Фиг.15 показано альтернативное выполнение винтового привода 110. Винтовой привод 110 имеет ходовой винт 111 и сцепляющее звено 112. Сцепляющее звено 112 содержит муфту 113, которая выполнена с возможностью смещаться вбок от оси вращения R' ходового винта 111. При таком боковом перемещении резьба муфты 113 может сцепляться и расцепляться с резьбой ходового винта 111. В приведенном примере показаны две муфты, выполненные в виде двух полусекций, которые расходятся для расцепления от ходового винта 111 и которые могут соединяться для сцепления с ходовым винтом 111. Несмотря на то что в устройстве можно использовать две или несколько муфт, дальнейшее описание относится только к одной муфте 113. Управление муфтой 113 выполнено таким образом, что она может перемещаться только параллельно, т.е. угол ее ориентации остается по существу постоянным во время движения муфты 113 относительно ходового винта 111. В приведенном примере узел, направляющий муфту 113, выполнен в виде параллелограмма, образованного поворотными рычагами 115а и 115b, соединяющими муфту 113 со сцепляющим звеном 112. Каждый из рычагов имеет поворотное соединение со сцепляющим звеном и дополнительно поворотное соединение с муфтой. Так обеспечивается параллельное движение муфты. В приведенном примере направляющий муфту параллелограмм дополнительно имеет два рычага, имеющих поворотные соединения, которые в общем случае соосны поворотным соединениям рычагов 115а и 115b. Таким образом, может быть предельно увеличена механическая устойчивость направляющей в виде параллелограмма. Дополнительная муфта может иметь подобный направляющий узел в виде параллелограмма.
На Фиг.16 показан треугольник сил, являющийся результатом работы винтового привода 110 по продвижению муфты 113 и ходового винта в одном направлении относительно друг друга. Направляющий узел в виде параллелограмма выполнен с возможностью направлять движение муфты 113 по окружности. Тем не менее, когда муфта 113 и ходовой винт 111 находятся в сцепленном состоянии, направляющий узел в виде параллелограмма двигает муфту 113 в направлении G" (которое в показанной позиции является касательной к направляющей окружности). Как описано для Фиг.13а, результирующая сила F направлена по существу перпендикулярно  направлению G'. Поэтому сила F не может иметь составляющую в направлении G'. Следовательно, и данный пример осуществления изобретения предотвращает автоматическое расцепление муфты 113 от ходового винта 111 в одном направлении перемещения, но обеспечивает расцепление муфты 113 от ходового винта 111 в противоположном направлении перемещения ходового винта 111 и муфты 113 относительно друг друга.
На Фиг.17 показан винтовой привод 120, в котором рычаг 125 и линейная направляющая 126 использованы вместе для обеспечения параллельного движения муфты 123 относительно ходового винта 121. Это устройство работает аналогично устройствам, показанным на Фиг.15 и Фиг.16. Специалисту понятно, что возможны и другие варианты направляющих муфты и ходового винта для их параллельного движения относительно друг друга. Такой вариант может иметь преимущества, поскольку он обеспечивает самоподдерживаемое сцепление муфты и ходового винта, когда винтовой привод включен на одно направление перемещения муфты и ходового винта относительно друг друга. Кроме того, такой вариант осуществления изобретения обеспечивает автоматическое расцепление муфты и ходового винта, когда винтовой привод включен на противоположное направление перемещения муфты и ходового винта относительно друг друга.