CH618774A5

CH618774A5 - >Positive-displacement pump unit for generating a uniform delivery stream.

Info

Publication number: CH618774A5
Application number: CH268377A
Authority: CH
Inventors: Iain Graham Hamilton Stewart
Original assignee: Niepmann Ag
Priority date: 1976-03-03
Filing date: 1977-03-03
Publication date: 1980-08-15
Also published as: DE2608664A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verdrängerpumpenaggregat zur Erzeugung eines gleichförmigen Förderstromes mittels mindestens zweier Pumpen mit hin- und hergehendem Ver- 40 dränger, beispielsweise Kolben oder Membran, insbesondere zum Zumessen von Flüssigkeiten zu einem Flüssigkeitsstrom. The invention relates to a positive displacement pump unit for generating a uniform flow by means of at least two pumps with a reciprocating displacer, for example a piston or membrane, in particular for metering liquids into a liquid flow.

Zum Zumessen von Flüssigkeiten zu einem Flüssigkeitsstrom sind Kolbenmesspumpen bekannt, bei denen die hin-und hergehende Bewegung des Kolbens durch die Drehbewe- 45 gung einer Kurbel oder einer Exzenterscheibe erzielt wird. Im letzteren Fall wird der Kolben mittels Federkraft zur Anlage an der Exzenterscheibe gebracht, so dass sich ein formschlüssiger Antrieb des Kolbens durch die Exzenterscheibe beim Förderhub und ein kraftbetätigter Antrieb des ^ Kolbens beim Saughub mittels der Feder ergibt. Piston measuring pumps are known for metering liquids into a liquid flow, in which the reciprocating movement of the piston is achieved by the rotary movement of a crank or an eccentric disk. In the latter case, the piston is brought into contact with the eccentric disk by means of spring force, so that there is a positive drive of the piston by the eccentric disk during the delivery stroke and a power-operated drive of the piston during the suction stroke by means of the spring.

Die Fördermenge einer derartigen Kolbenmesspumpe frnnn ausser durch Verändern der Antriebsdrehzahl zwischen Null und dem Maximum verändert werden, indem der Kolbenhub geändert wird. Für den Fall, dass an die Genauig- J5 keit der Kolbenmesspumpe hohe Anforderungen gestellt werden, wird die Veränderung der Fördermenge auf einen Bereich zwischen zehn und hundert Prozent beschränkt, da im Bereich unterhalb von zehn Prozent der maximalen Fördermenge Ungenauigkeiten unvermeidbar sind. ^ The delivery rate of such a piston measuring pump can be changed except by changing the drive speed between zero and the maximum by changing the piston stroke. In the event that high demands are placed on the accuracy of the piston measuring pump, the change in the delivery rate is limited to a range between ten and one hundred percent, since inaccuracies are unavoidable in the range below ten percent of the maximum delivery rate. ^

Bei Verwendung eines Kurbelantriebes wird der Hub des Kolbens durch Verstellen des Hebelarmes verändert, wobei ein sinusförmiger Verlauf der Förderung während einer Umdrehung der Kurbel aufrechterhalten wird. Bei der Verwendung einer Exzenterscheibe erfolgt die Hubbegrenzung durch gj verstellbare Anschläge. In diesem Fall erhält die Kolbenmesspumpe eine unterbrochene sinusförmige Fördercharakteristik. Obwohl derartige Kolbenmesspumpen neben der Erzeugung eines hohen Förderdruckes und der Erzielung eines guten Wirkungsgrades den Vorteil besitzen, dass ihre Förderung im wesentlichen unbeeinflusst von Gegendrücken und vom Fliessverhalten des Fördergutes ist und in der voranstehend beschriebenen Weise durch Ändern des Kolbenhubes oder der Drehzahl bezüglich der Fördermenge verändert werden kann, entstehen bei ihrem Einsatz in der Praxis häufig dadurch Schwierigkeiten, dass die pulsierende Förderung einen unerwünschten Druckanstieg in den Förderleitungen zur Folge hat. Insbesondere bei einer Verwendung der Kolbenmesspumpen bei der Verarbeitung von Kunststoffen, Sprengstoffen und in der Chromatographie ist ein Pulsieren des Förderstromes unerwünscht, weil geringe Fördermengen mit hoher Genauigkeit abgemessen werden müssen. When using a crank drive, the stroke of the piston is changed by adjusting the lever arm, a sinusoidal course of the conveyance being maintained during one revolution of the crank. When using an eccentric disc, the stroke is limited by gj adjustable stops. In this case, the piston measuring pump receives an interrupted sinusoidal delivery characteristic. Although such piston measuring pumps, in addition to generating a high delivery pressure and achieving good efficiency, have the advantage that their delivery is essentially unaffected by back pressures and the flow behavior of the material to be conveyed and changes in the manner described above by changing the piston stroke or the speed of the delivery rate When used in practice, difficulties often arise because the pulsating delivery results in an undesirable pressure increase in the delivery lines. In particular when using the piston measuring pumps in the processing of plastics, explosives and in chromatography, a pulsation of the flow is undesirable because small quantities have to be measured with high accuracy.

Es sind zwei Verfahren bekannt, um derartige Strö-mungs- und Druckveränderungen zu unterdrücken, nämlich Pulsations-Dämpfer und Mehrzylinderpumpen. Obwohl Pul-sations-Dämpfer bei gleichbleibenden Bedingungen sehr wirksam sind, eignen sie sich im allgemeinen nicht zur Erzeugung einer gleichförmigen Fördermenge bei schnell wechselnden Gegendrücken, zumal sie die Steifheit des gesamten Systems verringern. Die Mehrzylinderpumpen reduzieren zwar die Amplituden der pulsierenden Förderung, insbesondere wenn drei oder mehr Zylinder verwendet werden, erfordern jedoch einen hohen technischen und finanziellen Aufwand. Two methods are known to suppress such flow and pressure changes, namely pulsation dampers and multi-cylinder pumps. Although pulsation dampers are very effective in constant conditions, they are generally not suitable for producing a uniform delivery rate with rapidly changing back pressures, especially since they reduce the rigidity of the entire system. Although the multi-cylinder pumps reduce the amplitudes of the pulsating delivery, especially if three or more cylinders are used, they require a high level of technical and financial expenditure.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verdrängerpumpenaggregat zur Erzeugung eines, gleichförmigen Förderstromes mittels mindestens zweier Pumpen mit hin- und hergehendem Verdränger zu schaffen, das mit einfachen technischen Mitteln das Entstehen von Druckstössen aus-schliesst und eine von Pulsierungen freie Fördermenge ergibt. The invention has for its object to provide a positive displacement pump unit for generating a uniform flow by means of at least two pumps with a reciprocating displacer, which excludes the occurrence of pressure surges with simple technical means and results in a flow rate free of pulsations.

Die Lösung dieser Aufgabenstellung durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Verdränger mindestens zweier im Gegentakt arbeitender Pumpen jeweils durch eine Steuerkurve derart angetrieben sind, dass sich die entgegengesetzten Bewegungen der Verdränger in einem Anfangsbereich des Förderhubes der einen Pumpe und in einem Endbereich des Förderhubes der jeweils anderen Pumpe überlagern und dass die hieraus resultierende gleichbleibende Fördermenge beider Pumpen pro Drehwinkel der Steuerkurven derjenigen Fördermenge entspricht/die pro Drehwinkel der Steuerkurven von jeder einzelnen Pumpe in einem zwischen den Anfangs- bzw. Endbereichen liegenden Förderbereich abgegeben wird. The solution to this problem by the invention is characterized in that the displacers of at least two pumps operating in push-pull mode are each driven by a control cam in such a way that the opposite movements of the displacers occur in an initial region of the delivery stroke of one pump and in an end region of the delivery stroke superimpose each other pump and that the resulting constant delivery rate of both pumps per rotation angle of the control cams corresponds to that delivery rate / which is delivered per rotation angle of the control cams by each pump in a delivery range between the start and end areas.

Durch diese Ausbildung ist es möglich, bereits bei Verwendung zweier Pumpen einen gleichförmigen Förderstrom zu erreichen, der ausserdem frei von jeglichen Druckstössen ist, so dass mit der erfindungsgemässen Vorrichtung mit einfachem baulichen Aufwand eine hohe Präzision bei der Zumessung von Flüssigkeiten zu einem Flüssigkeitsstrom erreicht wird, und zwar unabhängig vom Gegendruck. This configuration makes it possible to achieve a uniform flow rate even when using two pumps, which is also free of any pressure surges, so that the device according to the invention achieves a high degree of precision in the metering of liquids into a liquid flow with simple constructional effort, regardless of the back pressure.

In einer Ausführungsform können die Pumpen durch eine gemeinsame Steuerkurve angetrieben sein. Hierdurch entfällt nicht nur der Aufwand für die Herstellung derartiger Steuerkurven, sondern auch eine Ausrichtung der Steuerkurven zueinander. In one embodiment, the pumps can be driven by a common control cam. This not only eliminates the effort for the production of such control curves, but also an alignment of the control curves with each other.

Um ein einwandfreies Schliessen der Ventile der Pumpen zu ermöglichen, kann vor und nach dem Saugbereich jedes Verdrängers ein Übergangsbereich mit Stillstand der Verdrängerbewegung eingeschaltet sein. Innerhalb dieser Übergangsbereiche werden die Ventilbewegungen ausgeführt, so dass insbesondere Drosselvorgänge innerhalb der strömenden Flüssigkeit ausgeschaltet werden. In order to enable the valves of the pumps to close properly, a transition area with the displacement movement stopped can be switched on before and after the suction area of each displacer. The valve movements are carried out within these transition regions, so that in particular throttling processes within the flowing liquid are switched off.

Vorzugsweise wird eine Steuerkurve vorgesehen, die einen Anfangsbereich mit progressiv zunehmender Steigung, anschliessend einen Förderbereich mit konstanter Steigung, danach einen Endbereich mit degressiver Steigung und A control curve is preferably provided, which has an initial region with a progressively increasing gradient, then a conveying region with a constant gradient, and then an end region with a degressive gradient and

35 35

schliesslich einen durch steigungsfreie Übergangsbereiche eingeschlossenen Saugbereich mit S-förmig verlaufender negativer Steigung aufweist. finally has a suction area enclosed by slope-free transition areas with an S-shaped negative slope.

Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfin-dungsgemässen Vorrichtung dargestellt, und zwar zeigen: An exemplary embodiment of the device according to the invention is shown in the drawing, namely:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht zweier durch eine gemeinsame Steuerkurve angetriebener Pumpen; Figure 1 is a schematic side view of two pumps driven by a common control cam.

Fig. 2 eine Abwicklung der Steuerkurve und Fig. 2 is a development of the control curve and

Fig. 3 ein Förderdiagramm der beiden Pumpen gemäss Figur 1. 3 shows a delivery diagram of the two pumps according to FIG. 1.

Die schematische Darstellung gemäss Fig. 1 zeigt zwei Kolbenpumpen 1 und 2, die jeweils aus einem Zylindergehäuse la bzw. 2a, einem Kolben lb bzw. 2b und einer Kolbenstange lc bzw. 2c bestehen, welche mittels einer Steuerrolle ld bzw. 2d auf einer Kurvenscheibe 3 abrollt. Um eine ständige Anlage dieser Steuerrollen ld und 2d an der Steuerkurve der Kurvenscheibe 3 sicherzustellen, sind die Kolbenstangen lc bzw. 2c durch auf der Zeichnung nicht dargestellte Federn belastet. 1 shows two piston pumps 1 and 2, each of which consists of a cylinder housing la or 2a, a piston lb or 2b and a piston rod lc or 2c, which by means of a control roller ld or 2d on a cam plate 3 rolls. In order to ensure that these control rollers 1d and 2d are in constant contact with the control cam of cam 3, the piston rods 1c and 2c are loaded by springs, not shown in the drawing.

Anstelle der Kolbenpumpen 1 und 2 könnten ebenso gut Membranpumpen verwendet werden. In beiden Fällen werden die als Kolben bzw. als Membran ausgebildeten Verdränger bei ihrem Förderhub formschlüssig, d. h. zwangsläufig von der Kurvenscheibe 3 angetrieben, wogegen der Saughub kraftschlüssig durch die auf der Zeichnung nicht dargestellten Federn erfolgt. Selbstverständlich ist es ausserdem möglich, anstelle der gezeichneten Kurvenscheibe 3, welche beide Pumpen 1 und 2 antreibt, jede Pumpe durch eine eigene Steuerkurve anzutreiben. Diese Steuerkurven müssen nicht zwangsläufig Kurvenscheiben sein, sondern können in anderer Weise ausgebildet werden, beispielsweise als Kurventrommel. Hierbei ist es möglich, die Steuerrollen ld und 2d formschlüssig mit der Steuerkurve zu verbinden, so dass auf die Einschaltung von Federn für den Saughub verzichtet werden kann. Instead of piston pumps 1 and 2, membrane pumps could also be used. In both cases, the displacers designed as pistons or diaphragms become form-fitting during their delivery stroke, ie. H. necessarily driven by the cam 3, whereas the suction stroke is non-positively by the springs, not shown in the drawing. Of course, it is also possible, instead of the cam 3 shown, which drives both pumps 1 and 2, to drive each pump by means of its own control curve. These control curves do not necessarily have to be cam disks, but can be designed in other ways, for example as a cam drum. Here it is possible to connect the control rollers ld and 2d to the control cam in a form-fitting manner, so that there is no need to switch on springs for the suction stroke.

Die als Kurvenscheibe 3 ausgebildete Steuerkurve um-fasst einen Anfangsbereich 4 mit progressiv zunehmender Steigung, anschliessend einen Förderbereich 5 mit konstanter Steigung, danach einen Endbereich 6 mit degressiver Steigung und schliesslich einen Saugbereich 8 mit S-förmig verlaufender negativer Steigung. Vor und nach diesem Saugbereich 8 ist jeweils ein steigungsfreier Übergangsbereich 7 bzw. 9 angeordnet, der einen Stillstand der Bewegung der Kolben lb bzw. 2b bewirkt. The control curve designed as a cam disk 3 comprises an initial region 4 with a progressively increasing gradient, then a conveying region 5 with a constant gradient, then an end region 6 with a degressive gradient and finally a suction region 8 with an S-shaped negative gradient. Before and after this suction area 8 there is a gradient-free transition area 7 and 9, respectively, which brings the movement of the pistons 1b and 2b to a standstill.

Zur Verdeutlichung der voranstehend beschriebenen Ausbildung der Steuerkurve zwecks Erzielung der Kolbenbewegungen ist in Fig. 2 ein Diagramm gezeichnet, welches eine Abwicklung der Steuerkurve nach Fig. 1 ist und gleichzeitig die Kolbenbewegung jeder einzelnen Kolbenpumpe 1 bzw. 2 in Abhängigkeit vom Drehwinkel darstellt. Wie Fig. 1 erkennen lässt, liegen sich die Kolbenpumpen 1 und 2 gegenüber, so dass sie im Gegentakt arbeiten. Der Förderhub jeder To clarify the above-described design of the control curve in order to achieve the piston movements, a diagram is drawn in FIG. 2, which is a development of the control curve according to FIG. 1 and at the same time represents the piston movement of each individual piston pump 1 or 2 as a function of the angle of rotation. As can be seen in FIG. 1, the piston pumps 1 and 2 face each other so that they work in push-pull. The conveyor stroke everyone

618 774 618 774

Kolbenpumpe 1 bzw. 2 erstreckt sich über den Anfangsbereich 4, den Förderbereich 5 und den Endbereich 6, die insgesamt über einen Umdrehungswinkel von mehr als 180° verlaufen, so dass sich der Anfangsbereich 4 der einen Kolbenpumpe 1 bzw. 2 mit dem Endbereich 6 der anderen Kolbenpumpe 2 bzw. 1 überschneidet. Piston pump 1 or 2 extends over the start area 4, the delivery area 5 and the end area 6, which run over a total rotation angle of more than 180 °, so that the start area 4 of a piston pump 1 or 2 with the end area 6 of the other piston pump 2 or 1 overlaps.

Das Förderdiagramm nach Fig. 3 zeigt in diesem Zusammenhang, dass die schraffierte Fördermenge beider Kolbenpumpen 1 und 2 über den gesamten Drehwinkel von 360° konstant bleibt. Dies wird dadurch erreicht, dass die Addition der Fördermengen der Kolbenpumpe 1 im Anfangsbereich 4 und der Kolbenpumpe 2 im Endbereich 6 derjenigen Fördermenge entspricht, die jede einzelne Kolbenpumpe 1 bzw. 2 im Förderbereich 5 liefert. Während die eine Kolbenpumpe 1 bzw. 2 diesen Förderbereich 5 durchläuft, saugt die jeweils andere Kolbenpumpe 2 bzw. 1 an, wobei dieser Saugbereich 8 durch jeweils einen Übergangsbereich 7 bzw. 9 eingeschlossen wird, in welchem sich keine Bewegung der Kolben lb bzw. 2b einstellt. Dieser Stillstand dient dazu, die Ventile der Pumpen zu steuern und hierbei Drosselvorgänge zu vermeiden, die sich durch eine Ventübewe-gung während des Förder- bzw. Saughubes ergeben würden. In this context, the delivery diagram according to FIG. 3 shows that the hatched delivery quantity of both piston pumps 1 and 2 remains constant over the entire rotation angle of 360 °. This is achieved in that the addition of the delivery quantities of the piston pump 1 in the start region 4 and the piston pump 2 in the end region 6 corresponds to the delivery quantity that each individual piston pump 1 or 2 delivers in the delivery region 5. While one piston pump 1 or 2 passes through this delivery area 5, the other piston pump 2 or 1 sucks, whereby this suction area 8 is enclosed by a transition area 7 or 9, in which there is no movement of the pistons 1b or 2b sets. This standstill serves to control the valves of the pumps and to avoid throttling processes that would result from a valve movement during the delivery or suction stroke.

In Fig. 3 sind die Bereiche 4 bis 9 für jede Kolbenpumpe In Fig. 3, areas 4 through 9 are for each piston pump

1 bzw. 2 eingezeichnet und zu diesem Zweck mit einem entsprechenden Index versehen, der auf die jeweilige Kolbenpumpe 1 bzw. 2 hinweist. Das Diagramm in Fig. 3 lässt erkennen, dass durch die Verwendung der in Fig. 1 dargestellten Kurvenscheibe 3 mittels der beiden Kolbenpumpen 1 und 1 and 2, respectively, and for this purpose provided with a corresponding index which indicates the respective piston pump 1 or 2. The diagram in FIG. 3 shows that by using the cam disk 3 shown in FIG. 1 by means of the two piston pumps 1 and

2 eine über den vollen Drehwinkel konstante Förderung erreicht wird, die nicht nur Schwankungen der Fördermenge über die volle Umdrehung vermeidet, sondern das Entstehen jeglicher Druckstösse ausschliesst. 2 constant delivery over the full rotation angle is achieved, which not only avoids fluctuations in the delivery rate over the full revolution, but also prevents the occurrence of any pressure surges.

Obwohl normalerweise zwei Pumpen ausreichen, um einen gleichmässigen Förderstrom zu erzeugen, kann es vorteilhaft sein, drei oder mehr Pumpen zu verwenden. Beim Einsatz von zwei Pumpen umfasst der Saughub einen unterhalb 180° liegenden Teilbereich des Kurbelwinkels. Das reicht zwar für die Förderung normaler Flüssigkeiten aus, kann jedoch bei hochviskosen Flüssigkeiten zu Schwierigkeiten führen. Diese Schwierigkeiten beim Ansaugen von Flüssigkeiten mit schlechten,Fliesseigenschaften werden auf einfache Weise durch die Verwendung von drei oder mehr Pumpen ausgeschaltet, da sich in diesem Fall der Förderbereich jeder einzelnen Pumpe, die zusammen einen gleichförmigen Förderstrom erzeugen, entsprechend deren kleinerem Anteil an der Gesamtförderung pro Kurbelumdrehung nur über einen geringeren Winkelbereich erstreckt, so dass für den Saughub jeder einzelnen Pumpe ein erheblich grösserer Drehwinkelbereich zur Verfügung steht. Hierdurch ist es möglich, Although two pumps are usually sufficient to produce a steady flow, it may be advantageous to use three or more pumps. When using two pumps, the suction stroke covers a sub-area of the crank angle below 180 °. While this is sufficient for the conveyance of normal liquids, it can lead to difficulties with highly viscous liquids. These difficulties in sucking in liquids with poor flow properties are easily eliminated by using three or more pumps, since in this case the delivery range of each individual pump, which together produce a uniform delivery flow, corresponds to their smaller share of the total delivery per Crank rotation extends only over a smaller angular range, so that a significantly larger angular range is available for the suction stroke of each individual pump. This makes it possible

auch schwierig anzusaugende hochviskose Flüssigkeiten sicher und gleichförmig in jede einzelne Pumpe einzusaugen und auf diese Weise die gleichförmige Förderung sicherzustellen. Even difficult-to-suck highly viscous liquids can be safely and uniformly sucked into each individual pump, thus ensuring uniform delivery.

3 3rd

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

M M

2 Blatt Zeichnungen 2 sheets of drawings

Claims

618 774

1. Displacement pump unit for generating a uniform flow by means of at least two pumps with a reciprocating displacer, in particular for metering liquids into a liquid flow, 5 characterized in that the displacers (lb, 2b) of at least two pumps (1, 2 ) are each driven by a control cam (3) in such a way that the opposite movements of the displacers (lb, 2b) occur in an initial region (4) of the delivery stroke of FIG. 10 a pump (1 or 2) and in an end region (6) of the Delivery stroke of the other pump (2 or 1) overlap and that the resulting constant delivery rate of both pumps (1, 2) per angle of rotation of the control curve (3) corresponds to the delivery rate per rotation angle of the control curves (3) of each individual pump (1 or 2) in a delivery area (5) located between the start and end areas (4, 6).

2. Unit according to claim 1, characterized in

that the pumps (1, 2) by a common control curve 20

2nd

PATENT CLAIMS

3. Unit according to claims 1 and 2, characterized in that before and after each suction area (8) of each displacer (lb, 2b) a transition area (7, 9) is switched on with the displacement movement stopped. 25th

4. Unit according to claims 1 to 3, characterized in that the control curve (3) has an initial area

(3) are driven.

(4) with a progressively increasing slope, then a conveying area (5) with a constant slope, then an end area (6) with a degressive slope and finally a suction area (8) enclosed by slope-free transition areas (7, 9) with an S-shaped negative area Has slope.