DE102005035502A1

DE102005035502A1 - Pump arrangement used as a dispenser comprises plunger housings with controllable plungers detachedly arranged on a process plate with channel sections passing through the plate

Info

Publication number: DE102005035502A1
Application number: DE102005035502A
Authority: DE
Inventors: Peter Jähn
Original assignee: MINGATEC GmbH
Current assignee: MINGATEC GmbH
Priority date: 2005-07-26
Filing date: 2005-07-26
Publication date: 2007-02-01

Abstract

Pump arrangement comprises plunger housings (4, 4') with controllable plungers (3, 3') detachedly arranged on a process plate (1) with channel sections (6, 7) passing through the plate. A moving elastic membrane (5, 5') is clamped in each housing and covers a recess (11, 11') in the plate. One concentrically clamped membrane forms a moving separating element with the plunger between the plate and the housing so that the membrane completely contacts a plunger surface of a plunger on the membrane side to press the membrane into the contour of the recess. Independent claims are also included for the following: (1) Control device for controlling the pump arrangement; and (2) Method for controlling the pump arrangement. Preferred Features: The outlet openings (9, 9') and the inlet openings (10, 10') of the channels lying next to each other in one plane of the plate are connected by the recesses to convey a fluid.

Description

Die Erfindung betrifft eine insbesondere pneumatisch betriebene Pumpvorrichtung mit steuerbaren Ventilen. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren und eine mit einer Pumpe verbundene dezentrale elektropneumatischen Steuereinheit.The The invention relates to a particularly pneumatically operated pumping device with controllable valves. The invention further relates to a method and a decentralized electropneumatic pump connected to a pump Control unit.

Zum Stand der gehören Kolben-, Membran und Kolben-Membranpumpen mit hydraulisch arbeitenden Ventilen. Diese Ventile werden nicht zwangsweise angesteuert, sie arbeiten nach dem Schwerkraftprinzip und zeigen deshalb keine exakten Schließ- und Öffnungsvorgänge. Kolben-, Membran und Kolben-Membranpumpen besitzen in der Pumpkammer und in den Ventilräumen große Totraumvolumina, deshalb werden große hydraulisch gefüllte Zulaufhöhen, in der Regel mehrere Meter, benötigt. Die eingesetzten Ventile auf der Ansaug- und Auslassseite sind in ihrer Funktion abhängig vom Förderkolben- oder Fördermembran, so dass eine exakte Trennung zur Förderbewegung von Kolben oder Membran nicht möglich ist.To the State of belonging Piston, diaphragm and piston diaphragm pumps with hydraulically operated Valves. These valves are not forcibly driven, they work on the principle of gravity and therefore show no exact closing and opening operations. Piston-, Membrane and piston diaphragm pumps have in the pumping chamber and in the valve chambers size Dead space volumes, therefore large hydraulic filled inlet heights, in usually several meters, needed. The valves used on the intake and exhaust side are in depending on their function from the delivery piston or delivery membrane, so that an exact separation to the conveying motion of piston or diaphragm not possible is.

In DE 10316395 wird eine pneumatische betriebene Dosierpumpe mit pneumatisch gesteuerten Ventilen beschrieben. In dieser Ausführung wird die Membran direkt pneumatisch bewegt, so dass im Steuerraum große Totraumvolumina vorhanden sind und eine Flüssigkeitsansaugung aus einem unter hohem Vakuum stehenden Raum nicht möglich ist.In DE 10316395 A pneumatic metering pump with pneumatically controlled valves is described. In this embodiment, the membrane is moved directly pneumatically, so that in the control room large dead space volumes are present and a Flüssigkeitsansaugung from a space under high vacuum is not possible.

Bekannte Pumpen, insbesondere Membran- und Kolbenpumpen können Flüssigkeiten aus evakuierten Behältern fördern. Dazu benötigen sie jedoch eine große Zulaufhöhe von zum Beispiel mehreren Metern, so dass unter Vakuum stehende und betriebene Apparaturen wie zum Beispiel thermische Trennapparate, sehr viel Platz und Montageraum in der vertikalen Höhe benötigen. In der Industrie ist der benötigte Raum kostbar bzw. nicht verfügbar, so dass für das kontinuierliche Austragen von Flüssigkeiten zusätzliche Behälter, die ebenfalls unter Vakuum gesetzt werden müssen, benötigt werden. Für kontinuierlich arbeitende Apparaturen sind daher mehrere Behälter, in Form von Wechselbehältern erforderlich, um Teilmengen von Flüssigkeiten in regelmäßigen kurzen Zeitabständen nahezu kontinuierlich aus einer evakuierten Apparatur zu schleusen. Der Installationsaufwand und Platzbedarf ist dafür sehr hoch, zusätzlich erhöhen sich bei einer automatisierten Fahrweise die Investitionskosten.Known Pumps, especially diaphragm and piston pumps, can evacuate fluids containers promote. Need for this but a big one suction head of for example several meters, so that under vacuum and operated apparatuses, such as thermal separation apparatus, need a lot of space and mounting space in the vertical height. In the industry is the needed one Space precious or not available, so for the continuous discharge of liquids additional Container, which also need to be put under vacuum needed. For continuous working equipment are therefore several containers, in the form of swap bodies required to Subsets of liquids in regular short intervals almost continuously to be evacuated from an evacuated apparatus. The installation effort and space requirements is very high, in addition to increase in an automated driving the investment costs.

Werden derartige verfahrenstechnische Vakuumanlagen in Forschungslaboratorien betrieben, müssen diese Apparaturen in Laborabzügen, die nur einen begrenzten Raum zur Verfügung stellen, aufgebaut werden. Die Abzüge haben nur eine geringe Höhe für den Anlagenaufbau, so dass bekannte Pumpen für den Flüssigkeitsaustrag, aus einer unter Vakuum stehenden Apparatur nicht geeignet sind.Become Such process engineering vacuum systems in research laboratories operated, must these apparatus in fume hoods, which only provide a limited space to be built. The prints have only a small amount for the Plant structure, so that known pumps for the Flüssigkeitsaustrag, from a Under vacuum equipment are not suitable.

Daraus resultiert die Aufgabe eine Pumpe zu entwickeln, die eine extrem geringe Zulaufhöhe benötigt, kleine Flüssigkeitsmengen sehr genau aus einem evakuierten Raum in einen Raum mit höherem Druckniveau, beispielsweise Umgebungsdruck oder auch Überdruck, fördern kann.from that The task is to develop a pump that is extremely powerful low inlet height needed small amounts of liquid very precisely from an evacuated room to a room with a higher pressure level, For example, ambient pressure or overpressure, can promote.

Die Aufgabenstellung wird erschwert durch das Dosieren von insbesondere kleinen Flüssigkeitsmengen, darunter ist das Fördern von beispielsweise 10 μl bis zu mehreren ml pro Hub zu verstehen, bei möglichst hohem Differenzdruck zwischen Einlass- und Austrittsstelle der Pumpe. Der zu überwindende hohe Differenzdruck ermittelt sich zwischen Ansaug- und Auslassseite der Dosierpumpe, deshalb ist die Aufgabe zusätzlich erschwert, weil das Differenzdruckniveau im hohen Vakuum beginnt. Es wird von einem evakuierten Raum ausgegangen, der beispielsweise unter einem Druck von bis zu 1 mbar steht und an der Auslassseite der Pumpe ein Druck von 1 bar herrscht oder sogar ein Überdruck ansteht. Es sollen dabei sehr geringe Volumina, von zum Beispiel wenigen Millilitern bzw. wenigen μl pro Sekunde mit einer hohen Reproduzierbarkeit kontinuierlich gefördert werden.The Task is complicated by the dosing of particular small amounts of liquid, under it is the conveying for example 10 μl up to several ml per stroke, with the highest possible differential pressure between the inlet and outlet of the pump. The high to be overcome Differential pressure is determined between intake and exhaust side the metering pump, so the task is further complicated because the Differential pressure level in high vacuum begins. It is from one evacuated space, for example, under a pressure of up to 1 mbar and at the outlet side of the pump a pressure of 1 bar prevails or even an overpressure pending. It should be very small volumes of, for example a few milliliters or a few μl be continuously conveyed per second with a high reproducibility.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch die Merkmale des Anspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen genannt. Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch die Verwendung nach Anspruch 26, eine Steuereinheit nach Anspruch 27 und das Verfahren nach Anspruch 28.According to the invention Task solved by the features of claim 1. Advantageous embodiments are in the subclaims called. The object is further achieved by the use of Claim 26, a control unit according to claim 27 and the method according to claim 28.

Zur Erläuterung ist mit Vertiefungsfläche die Vertiefungswand oder die gebildete konkave Fläche der Vertiefung in der Prozessplatte gemeint. Das Hohlraumvolumen entspricht dem eingeschlossenem Volumen zwischen gespannter Membran in einer Ebene der Prozessplatte und der Vertiefungswand.to explanation is with recess area the recess wall or the formed concave surface of Deepening in the process plate meant. The void volume corresponds the trapped volume between strained membrane in one Level of the process plate and the recess wall.

Verbindungsleitungen sind Verbindungen zwischen einer Steuereinheit und dem Dosierkopf, insbesondere dem Kolbengehäuse, dazu können beispielsweise je nach genutzter Hilfsenergieart Kapillaren, Rohre, Schläuche oder auch Elektrokabel verwendet werden.interconnectors are connections between a control unit and the dosing, in particular the piston housing, For example, you can Depending on the type of auxiliary energy used, capillaries, tubes, hoses or also electric cables are used.

Mit der Steuerung sind beispielsweise freiprogrammierbare elektrische Steuerungen gemeint, es können aber auch spezielle Relaisschaltungen oder auch mechanische bewegte Kurvenscheiben sein. Eine elektropneumatische Steuerung setzt die elektrischen Signale über elektropneumatische Ventile in eine pneumatische Steuerung um.The control means, for example, freely programmable electrical controls, but it may also be special relay circuits or mechanical moving cams. An electropneumatic controller sets the electrical signals via electro-pneumatic valves in a pneumatic control.

Die Kolben können elektrisch, pneumatisch, hydraulisch oder durch Mischformen dieser Antriebe betätigt werden.The Pistons can electrically, pneumatically, hydraulically or by mixing these Actuators actuated become.

Die konkaven Vertiefungen in der Prozessplatte können verschiedene geometrische Formen haben, wie z.B. die eines Zylinders, eines Kugelabschnittes oder eines Kegelstumpfes, oder eine Kombination der Geometrien.The concave depressions in the process plate can be different geometric Have shapes, such as that of a cylinder, a sphere section or a truncated cone, or a combination of geometries.

Durch die Verwendung von nicht ausgasenden Fluiden als Füllstoff, wird während der Montage sichergestellt, dass das Totraumvolumen zwischen Kolben und Membran vollkommen aufgehoben wird und im Betrieb der Kolben die Membran unverzögert zurückzieht und ein gutes Ansaugverhalten zeigt. Nicht ausgasende Fluide besitzen keine gelösten Gasanteile, die bei Unterdruck bzw. Vakuum ausgasen und dadurch wieder ein Hohlraum erzeugen. Der Füllstoff kann ggfs. auch durch dafür vorgesehene Kanäle in den Raum zwischen Kolben und Membran eingefüllt werden.By the use of non-outgassing fluids as filler, is during the assembly ensures that the dead space between pistons and diaphragm is completely lifted and in operation the piston retract the membrane without delay and shows a good intake behavior. Do not possess outgassing fluids no dissolved gas components, the outgas at negative pressure or vacuum and thus again a cavity produce. The filler can possibly synonymous. by intended channels be filled in the space between the piston and diaphragm.

Zum besseren Verständnis werden im weiteren Text das große Kolbengehäuse mit Kolben sowie die zwischen Kolbengehäuse und Prozessplatte eingespannte bewegliche Membran und die zugeordnete Vertiefung sowie den Vertiefungsdurchmesser in der Prozessplattenebene als Förderkolben bezeichnet. In Analogie dazu wird der kleine Kolben mit seinen charakteristischen Komponenten als Ventilkolben bezeichnet.To the better understanding will be the big one in the next text piston housing with piston and clamped between the piston housing and process plate movable diaphragm and the associated recess and the recess diameter in the process plate level as a delivery piston designated. By analogy, the small piston with its characteristic Components referred to as valve piston.

Zur Reduzierung der hydraulischen Zulaufhöhe von Dosierpumpen, um einen Fluidtransport aus evakuierten Räumen auf kurzem Weg zu ermöglichen, ist es erforderlich, die Kolbenfläche im Öffnungsraum und die Vertiefungsfläche auf der Prozessplattenebene so zu wählen, dass die Flüssigkeit aus dem Vakuum angesaugt werden kann. Die Kolbenfläche im Öffnungsraum steht in direkter Verbindung und Abhängigkeit mit dem Durchmesser der Vertiefung bzw. der beweglichen Fläche der eingespannten Membran.to Reduction of the hydraulic inlet height of metering pumps to one Fluid transport from evacuated rooms to enable a short way it is necessary, the piston surface in the opening space and the recessed surface on to choose the process plate level so that the liquid is out can be sucked in the vacuum. The piston surface in the opening space is in direct Connection and dependence with the diameter of the recess or the movable surface of the clamped membrane.

Für das exakte Dosieren bei großen Druckdifferenzdrücken zwischen Einlass- und Auslasskanal der Prozessplatte, sind die mit einer konstanten Bewegungsenergie beaufschlagten und krafterzeugenden Kolbenflächen im Schließraum für den Schließvorgang und die Kolbenfläche im Öffnungsraum für den Öffnungsvorgang funktionsentscheidend, so dass die wirkenden Kräfte von der Kolbengeometrie abhängig sind. Die experimentell ermittelten Kräfte können in ein Verhältnis zu einander gesetzt und durch einen Quotient beschrieben werden, so dass die erzeugte Kraft der Schließfläche des Kolbens dividiert durch die erzeugte Kraft der Öffnungsfläche des Kolbens zu einem Zahlenwert führt der größer 1 ist.For the exact one Dosing at large Pressure differential pressures between inlet and outlet channel of the process plate, which are with a constant kinetic energy acted upon and force-generating piston surfaces in the closing room for the closing process and the piston surface in the opening room for the opening process crucial for the function, so that the forces acting on the piston geometry dependent are. The experimentally determined forces can be related to set one another and described by a quotient, so that the generated force divides the closing surface of the piston by the generated force of the opening area of the Piston leads to a numerical value which is greater than 1.

Des Weiteren werden während des Pumpvorgangs in der Dosierpumpe unabhängige Druck- und oder Vakuumräume erzeugt, so dass nicht nur die Öffnungs- und Schließkräfte der Kolben Einfluss nehmen, sondern auch die durch die Kolbenkräfte erzeugten Drücke, beidseitig der eingespannten Membranen, in den Vertiefungen der Prozessplatte und den Verbindungs-, Einlass- und Auslasskanälen, um bei hydraulischer Füllung der Kanäle und Vertiefungen den schubweisen Fluidtransport im Dosierkopf in gewünschter Richtung zu gewährleisten.Of Further will be during the pumping process in the metering pump generates independent pressure and / or vacuum spaces, so that not only the opening and closing forces of Pistons influence, but also those generated by the piston forces pressures on both sides of the clamped membranes, in the wells of Process plate and the connection, inlet and outlet channels to hydraulic filling of the channels and depressions the thrust fluid transport in the dosing in the desired To ensure direction.

Aufgrund dessen wurde experimentell ermittelt, dass der erzeugte Druck des Ventilkolbens größer sein muss als der erzeugte Druck des Förderkolben.by virtue of it was experimentally determined that the generated pressure of the Be more large valve piston must be considered the pressure generated by the delivery piston.

Die bewegbare Stange kann durch Axial- oder Rotationsbewegung, erzeugt durch einen elektrischen oder hydraulischen oder pneumatischen oder manuellen Antrieb, den maximal möglichen Kolbenweg variieren, so dass die Dosierpumpe pro Förderhub mit einem Teilvolumen der zugeordneten Vertiefung arbeitet.The movable rod can be generated by axial or rotational movement by an electric or hydraulic or pneumatic or manual drive, the maximum possible Piston travel vary, so that the metering pump per delivery stroke works with a partial volume of the associated recess.

Die bewegbare Stange kann beispielsweise eine Gewindestange, eine Vierkant- oder Profilstange oder auch ein Zylinder sein. Eine automatisch verstellbare Stange die den Kolbenweg variiert führt dazu, dass der Förderkolben die Funktion eines Aktors übernimmt und in Kombination mit einem Durchflusssensor eine Durchflussregelung aufgebaut werden kann.The movable rod may for example be a threaded rod, a square or profile bar or even a cylinder. An automatic adjustable rod which varies the piston stroke causes the delivery piston assumes the function of an actuator and in combination with a flow sensor, a flow control can be built.

Die verwendeten Membran sind vorzugsweise aus elastischen Materialien (Elastomere), die eine hohe Resistenz zu dem geförderten Fluid haben. Des Weiteren können auch dünne metallische Folien eingesetzt werden. Zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit der Membran sind auch Verbundwerkstoffe oder elastische Werkstoffe mit Gewebeeinlagen verwendbar.The used membrane are preferably made of elastic materials (Elastomers), which have a high resistance to the pumped fluid. Furthermore can also thin metallic films are used. To increase the mechanical strength The membrane is also composites or elastic materials usable with fabric inserts.

Die Membranen (5) bestehen bevorzugt aus einem elastischen Material, insbesondere einem Elastomer, Silikon, Viton^®, Teflon^® oder einem Kautschuk.The membranes ( 5 ) Are preferably made of an elastic material, particularly an elastomer, silicone, Viton ^®, Teflon ^®, or rubber.

Andere Pumpenbauteile können aus nahezu allen verfügbaren Werkstoffen mit den erforderlichen mechanischen Eigenschaften gefertigt werden.Other Pump components can from almost all available Materials with the required mechanical properties become.

Insbesondere die Prozessplatte ist aus produktverträglichen Werkstoffen wie zum Beispiel Kunststoffen, Metallen, Keramik oder speziellen metallischen Chrom-Nickel- Legierungen herstellbar.Especially the process plate is made of product compatible materials such as Example plastics, metals, ceramics or special metallic Chrome-nickel alloys can be produced.

Mit saugseitigem Ventilkolben ist der Ventilkolben am Einlasskanal und mit druckseitigem Ventilkolben ist der Ventilkolben am Auslasskanal gemeint.With suction-side valve piston is the valve piston on the inlet channel and with pressure-side valve piston is the valve piston at the outlet channel meant.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Figuren beispielhaft näher erläutert.The The invention will be explained in more detail below by way of example with reference to the figures.

1 zeigt in einer Schnittdarstellung den Aufbau der Dosierpumpe mit allen Details 1 shows a sectional view of the structure of the metering pump with all the details

2 zeigt den schematischen Aufbau eines Dispensers mit Stange zur Begrenzung des Kolbenweges 2 shows the schematic structure of a dispenser with rod to limit the piston stroke

Beispiel 1example 1

In der 1 ist die erfinderische Kolbenmembranpumpe mit dezentraler Steuereinheit (22) sowie die Verbindungsleitungen (23) dargestellt. Die Kolbenmembranpumpe, auch als Dosierkopf bezeichnet, ist in einer Schnittdarstellung gezeigt. Es ist zu erkennen, dass in die Prozessplatte (2) ein Einlasskanal (6) eingearbeitet ist und dieser Einlasskanal in der Vertiefung (11') mündet und von der Vertiefung (11') ein Verbindungskanal zur Vertiefung (11) verläuft. Der Austrittsquerschnitt (9') und der Eintrittquerschnitt (10') liegen mit Abstand neben einander, aber noch in der gemeinsamen Vertiefung (11'). Der in der Prozessplattenebene sich bildende Durchmesser der eingebrachten Vertiefung wird durch die Membran (5') abgedeckt und mit dem lösbaren Kolbengehäuse (4') auf die Prozessplatte geklemmt, so dass die Vertiefung bzw. Aushöhlung gleichzeitig zur Atmosphäre abgedichtet ist. Gleichzeitig stellt die Membran eine elastische Wand zum übrigen Kolbengehäuse dar. Das vollständige kleine Kolbengehäuse mit innerem beweglichen Kolben (3') oder auch als Ventilkolben (200) bezeichnet und wird zum Beispiel mit Schrauben auf der Prozessplatte befestigt. Aufgrund der speziellen Kontur, hier Kugelabschnitt, der Vertiefung haben die in der Kontur beginnenden oder endenden Teilkanäle bzw. Kanalabschnitte eine elliptische Form die gleichzeitig unter einem Winkel stehen und deshalb besonders gut mit der Membran verschlossen werden können.In the 1 is the inventive piston diaphragm pump with decentralized control unit ( 22 ) as well as the connecting lines ( 23 ). The piston diaphragm pump, also referred to as dosing, is shown in a sectional view. It can be seen that in the process plate ( 2 ) an inlet channel ( 6 ) and this inlet channel in the recess ( 11 ' ) and from the depression ( 11 ' ) a connecting channel to the recess ( 11 ) runs. The outlet cross-section ( 9 ' ) and the inlet cross-section ( 10 ' ) are at a distance next to each other, but still in the common depression ( 11 ' ). The diameter of the introduced depression which forms in the process plate plane is penetrated by the membrane (FIG. 5 ' ) and with the detachable piston housing ( 4 ' ) is clamped on the process plate so that the depression or cavity is simultaneously sealed to the atmosphere. At the same time, the membrane is an elastic wall to the rest of the piston housing. The complete small piston housing with inner movable piston ( 3 ' ) or as a valve piston ( 200 ) and is fastened with screws on the process plate, for example. Due to the special contour, here spherical section, the recess have the beginning or ending in the contour of the sub-channels or channel sections an elliptical shape which are at the same time at an angle and therefore can be closed particularly well with the membrane.

Der Verbindungskanal (7) beginnt in der Vertiefung (11') mit dem elliptischen Eintrittsquerschnitt und endet in der großen Vertiefung (11) mit dem elliptischen Austrittsquerschnitt. Es ist zu erkennen, dass Verbindungskanäle mindestens zwei Vertiefungen miteinander verbinden.The connection channel ( 7 ) begins in the depression ( 11 ' ) with the elliptical inlet cross section and ends in the large depression ( 11 ) with the elliptical outlet cross-section. It can be seen that connection channels connect at least two recesses with each other.

Die grosse Vertiefung (11) ist in der Prozessplattenebene ebenfalls mit einer Membran (5) verschlossen, so dass auf der verlängerten geometrischen Achse der Vertiefung, zentrisch das Kolbengehäuse (4), ebenfalls mit Schrauben auf der Prozessplatte (1) befestigt ist. Die Membran (5) wird in Analogie zur Membran (5') mit dem Kolbengehäuse (4) eingeklemmt, so dass in der Trennebene zwischen Prozessplatte/Kolbengehäuse eine elastische Wand durch die eingespannte Membran gebildet wird. Die Vertiefung (11) hat einen zweiten Verbindungskanal, der einen weiteren Ventilkolben (200) verbindet, und in der zum Ventilkolben zugeordneten Vertiefung der Auslasskanal (8) beginnt und am Umfang der Prozessplatte endet.The big depression ( 11 ) is also in the process plate level with a membrane ( 5 ), so that on the extended geometric axis of the recess, centric the piston housing ( 4 ), also with screws on the process plate ( 1 ) is attached. The membrane ( 5 ) is in analogy to the membrane ( 5 ' ) with the piston housing ( 4 ), so that in the parting plane between the process plate / piston housing an elastic wall is formed by the clamped membrane. The depression ( 11 ) has a second connecting channel, the another valve piston ( 200 ), and in the recess associated with the valve piston of the outlet channel ( 8th ) begins and ends at the periphery of the process plate.

Einlasskanal, zwei Verbindungskanäle, Auslasskanal und die zugeordneten drei Vertiefungen bilden den Durchflusskanal für das zu fördernde Fluid (12).Inlet channel, two connection channels, outlet channel and the associated three recesses form the flow channel for the fluid to be pumped ( 12 ).

Der gebildete Durchflusskanal ist in der jeweiligen Trennebene der Vertiefungen durch die elastische, eingeklemmte Membran von den zwei Ventilkolben (200) und dem Förderkolben (100) getrennt.The formed flow channel is in the respective parting plane of the recesses by the elastic, clamped membrane of the two valve piston ( 200 ) and the delivery piston ( 100 ) separated.

Auf der prozessplatten-abgewandten Seite der Membran (5) ist das Kolbengehäuse durchgehend geöffnet und mit einem abnehmbaren Deckel (14) verschlossen, so dass der innenliegende, bewegliche Kolben (3) zur einen Seite die Membran kontaktieren und zur anderen Seite den Deckel berühren kann.On the process plate side facing away from the membrane ( 5 ), the piston housing is open throughout and with a removable lid ( 14 ), so that the internal, movable piston ( 3 ) contact the membrane on one side and touch the lid on the other side.

Der Kolben (3) ist in der Fig. zur Membran (5) im Durchmesser verkleinert (abgesetzt), der innere Durchmesser des Kolbengehäuses wurde ebenfalls abgesetzt, so dass durch die Positionierung der Kolbendichtungen (15) der innere Kolbenraum in einen Schließraum (16) und einen Öffnungsraum (17) geteilt wird. Die Bohrungen (18, 19) ermöglichen die Zu- und Ableitung einer Bewegungsenergie, so dass der bewegliche Kolben (3) in die Öffnungsendlage (20) und Schließendlage (21) bewegt werden kann.The piston ( 3 ) is in the figure to the membrane ( 5 ) reduced in diameter (deducted), the inner diameter of the piston housing was also discontinued, so that by positioning the piston seals ( 15 ) the inner piston space into a closing space ( 16 ) and an opening space ( 17 ) is shared. The holes ( 18 . 19 ) allow the supply and discharge of kinetic energy, so that the movable piston ( 3 ) in the opening end position ( 20 ) and closing ( 21 ) can be moved.

Der membranseitig abgesetzte Teil des Kolbens bildet aufgrund der am Kolbenumfang befindlichen Dichtung (25) einen abgeschlossen Raum (13) zwischen Membran und Kolbenfläche, der mit einem nicht ausgasenden Fluid vollständig gefüllt ist, dadurch ist dieser Raum luftfrei und hydraulisch gefüllt.The part of the piston which is offset on the diaphragm side forms due to the seal located on the piston circumference ( 25 ) a closed room ( 13 ) between the membrane and piston surface, which is completely filled with a non-degassing fluid, thus this space is free of air and hydraulically filled.

Die Arbeitsweise der erfinderischen Kolben-Membranpumpe mit steuerbaren Kolben-Membranventilen wird beispielsweise von der elektropneumatischen Steuerung gelenkt. Dabei werden Förderkolben (100) und Ventilkolben (200) mit Energie beaufschlagt oder wieder entspannt, so dass wechselweise der Schließraum oder der Öffnungsraum mit Energie beaufschlagt ist und der jeweilige Kolben in die jeweilige Öffnungs- oder Schließendlage bewegt wird.The operation of the inventive piston diaphragm pump with controllable piston diaphragm valves is directed, for example, by the electro-pneumatic control. In doing so, delivery pistons ( 100 ) and valve piston ( 200 ) is energized or relaxed again, so that alternately the closing space or the opening space is energized and the respective piston is moved into the respective opening or closing end position.

Erfolgt die Energiezuschaltung auf den Schließraum (16) bewegt sich der Kolben zur Prozessplatte, durch die Fluidfüllung des Raumes (13) wird die Membran ohne Verzögerung die Kolbenbewegung mit machen, soweit bis das die Schließendlage (21) erreicht ist. Die Endlage der Schließbewegung ist in diesem Fall die Wand oder Oberfläche der zugeordneten Vertiefung (11). Aufgrund der Konturanpanpassung von Kolbenfläche (2) und Vertiefung wird die Membran derart durch den Kolben in die Kontur gepresst, dass die Eintritts- und Austrittsquerschnitte dicht verschlossen werden und der Durchflusskanal unterbrochen ist.If the energy is connected to the Closing room ( 16 ), the piston moves to the process plate, through the fluid filling of the space ( 13 ), the membrane will make the piston movement without delay, as far as the closing end position ( 21 ) is reached. The end position of the closing movement in this case is the wall or surface of the associated recess ( 11 ). Due to the contour adjustment of the piston surface ( 2 ) and depression, the membrane is pressed by the piston in the contour in such a way that the inlet and outlet cross-sections are sealed and the flow channel is interrupted.

Erfolgt dann eine Energiebeaufschlagung des Öffnungsraums bei gleichzeitiger Entlastung des Schließraums, bewegt sich der Kolben von der Vertiefung in der Prozessplatte weg in Richtung des Deckels (14) des Kolbengehäuses. Die Deckelinnenfläche ist gleichzeitig die Öffnungsendlage (20). Die Öffnungsbewegung des Kolbens erzeugt einen Unterdruck bzw. ein Vakuum im Raum (13), so dass die Membran synchron der Kolbenbewegung folgt und den Durchflusskanal in der Prozessplatte freigibt und einen Ansaugvorgang für das zu fördernde Fluid durchführt.If then an energization of the opening space with simultaneous discharge of the closing space, the piston moves away from the recess in the process plate in the direction of the lid ( 14 ) of the piston housing. The lid inner surface is at the same time the opening end position ( 20 ). The opening movement of the piston creates a vacuum or a vacuum in the room ( 13 ), so that the membrane synchronously follows the piston movement and releases the flow channel in the process plate and performs a suction process for the fluid to be delivered.

Um mit der beschriebenen Dosierpumpe aus dem Vakuum in zum Beispiel einen Druckraum zu fördern, besteht ein Förderhub aus sechs Einzelschritten die zusätzlich auf der auf der zeitlichen Achse, d.h. im Steuerungsablauf von einander getrennt sein müssen.Around with the described metering pump from the vacuum in for example to promote a pressure room there is a delivery lift from six individual steps which additionally on the temporal Axis, i. in the control process must be separated from each other.

In der Ruheposition befinden sich der Förderkolben und die zwei Ventilkolben in der Schliessendlage.In the rest position are the delivery piston and the two valve piston in the final position.

Im ersten Schritt wird der saugseitige Ventilkolben in die Öffnungsendlage gefahren und gehalten.in the The first step is the suction-side valve piston in the opening end position drove and kept.

Der zweite Schritt führt nun den Förderkolben in die Öffnungsendlage, so dass das sich ausbildende Volumen der zugeordneten Vertiefung das zu fördernde Fluid ansaugt und die Vertiefung vollständig gefüllt wird. Der Förderkolben verharrt in dieser Position.Of the second step leads now the delivery piston in the opening end position, so that the forming volume of the associated well the one to be promoted Aspirates fluid and the well is completely filled. The delivery piston remains in this position.

Im dritten Schritt wird der saugseitige Ventilkolben wieder in die Schließendlage gefahren, dabei wird die fluidgefüllte Vertiefung leer gedrückt, die Flüssigskeitmenge wird teilweise durch den Einlasskanal zurück gedrückt. Das angesaugte Flüssigkeitsvolumen in der Vertiefung des Förderkolbens ist nun eingesperrt.in the third step, the suction-side valve piston is again in the Schließendlage driven, while the fluid-filled depression is pressed empty, the amount of liquid is partially pushed back through the inlet channel. The aspirated liquid volume in the recess of the delivery piston is now locked up.

Der vierte Schritt öffnet den druckseitigen Ventilkolben, damit ist der Ventilkolben im Auslasskanal gemeint, er wird in die Öffnungsendlage gedrückt. Herrscht nun ein Überdruck am Auslasskanal, muß das saugseitige Ventil absolut dicht sein, ansonsten wird die angesaugte Flüssigkeitsmenge im der Förderkolben – Vertiefung über den Einlasskanal zurück gedrückt.Of the fourth step opens the pressure-side valve piston, so that the valve piston in the outlet channel meant, he is pressed into the opening end position. prevails now an overpressure at the outlet, this must suction-side valve to be absolutely tight, otherwise the sucked amount of liquid in the delivery piston - depression over the Inlet channel pressed back.

Im fünften Schritt wird der Förderkolben wieder in die Schließendlage gedrückt, so dass die eingesperrte Flüssigkeit vollständig aus der Vertiefung herausgedrückt wird, gleichzeitig werden in der Endlage die einmündenden Kanalquerschnitte dicht verschlossen.in the fifth Step is the delivery piston again in the closing position pressed so that the caged liquid Completely pushed out of the depression becomes, at the same time in the final position the merging Channel cross sections tightly closed.

Im sechsten Schritt wird der Ventilkolben im Auslasskanal wieder in die Schließstellung gefahren, so dass die Ausgangsstellung der Pumpe wieder erreicht ist.in the sixth step, the valve piston in the exhaust duct back in the closed position driven, so that the starting position of the pump reached again is.

Zur Erhöhung der Genauigkeit muss der einzelne Schritte eines Förderhubes vollständig abgeschlossen sein, ehe der Folgeschritt beginnt. Daher empfiehlt es sich im Steuerungsablauf einen zeitlichen Abstand von mindestens fünf Millisekunden vorzusehen.to increase Accuracy must be the single steps of a delivery stroke Completely be completed before the next step begins. Therefore recommends it is in the control process a time interval of at least five milliseconds.

Beispiel 2Example 2

In der 2 ist die Ausführung eines Dispensers dargestellt. Auf der einen Seite der Prozessplatte (1) ist ein Förderkolben (100) und auf der anderen Seite der Prozessplatte ein Ventilkolben (200) lösbar montiert. Die Montageelemente von beispielsweise Schrauben sind in der Fig. nicht dargestellt. Die Kolben sind über Verbindungsleitungen (23) mit der Steuereinheit (22) verbunden. Die Besonderheit dieser Ausführung besteht darin, dass über den Einlasskanal und den Verbindungskanal das angesaugte Produkt die Vertiefung des Förderkolbens füllt. Wird der Ventilkolben nach dem Ansaugvorgang geschlossen befindet sich eine definierte Fluidmenge in der Vertiefung des Förderkolbens. Je nach betrieblicher Anforderung kann nun zu einem beliebigen Zeitpunkt das aufgenommene Produktvolumen wieder ausgestoßen werden. Beim Ausstoßvorgang strömt das Fluid auf gleichen Weg, wie schon beim Ansaugvorgang, zurück.In the 2 is the execution of a dispenser shown. On one side of the process plate ( 1 ) is a delivery piston ( 100 ) and on the other side of the process plate a valve piston ( 200 ) detachably mounted. The mounting elements of, for example, screws are not shown in the figure. The pistons are connected via connecting lines ( 23 ) with the control unit ( 22 ) connected. The peculiarity of this design is that via the inlet channel and the connecting channel, the sucked product fills the recess of the delivery piston. If the valve piston is closed after the suction process, there is a defined amount of fluid in the recess of the delivery piston. Depending on the operational requirement, the recorded product volume can now be ejected again at any time. During the ejection process, the fluid flows back the same way as during the suction process.

Zusätzlich ist in der 2 der Deckel (26) des Förderkolbens modifiziert, so dass der Deckel mit einer zusätzlichen Lager- und Dichtungsstelle für den Kolben versehen ist und gleichzeitig eine bewegbare Stange (27) durch den Deckel geführt ist, die außerhalb des Kolbengehäuses verstellt werden kann. Aufgrund der zusätzlichen Lager – und Dichtungsstelle kann der bewegliche Kolben mit einem Zapfen (28) versehen werden, der die Aufnahme eines Führungs- und Dichtungsring ermöglicht und den Schließraum nach aussen dichtet. Die bewegbare Stange benötigt keine weitere Dichtung zum Schließraum.In addition, in the 2 the lid ( 26 ) of the delivery piston, so that the cover is provided with an additional bearing and sealing point for the piston and at the same time a movable rod ( 27 ) is guided through the lid, which can be adjusted outside of the piston housing. Due to the additional bearing and sealing point of the movable piston with a pin ( 28 ), which allows the inclusion of a guide and sealing ring and seals the closing space to the outside. The movable rod requires no further seal to the closing space.

Erfolgt über die variierbare Stange eine Verkleinerung des Kolbenweges, dann kann diese Position mit der Mutter (29) gesichert werden.If the piston rod is reduced by means of the variable rod, this position can be adjusted with the nut ( 29 ).

In einer automatisierten Anwendung ist es dadurch möglich, eine Flüssigkeitsmenge von einem Ort der Aufnahme zum Ort der Abgabe geschlossen zu transportieren.In In an automated application, this makes it possible to obtain an amount of liquid from a place of admission to the place of delivery closed to transport.

11: Prozessplatteprocess plate
22: Membranseitige Kolbenflächemembrane side piston area
3,3'3,3 ': Kolben, beweglichPiston, movable
4,4'4,4 ': Kolbengehäusepiston housing
5,5'5.5 ': Membranmembrane
66: Einlasskanalinlet channel
77: Verbindungskanalconnecting channel
88th: Auslasskanalexhaust port
9,9'9.9 ': AustrittsquerschnittOutlet cross section
10,10'10.10 ': EintrittsquerschnittInlet cross-section
11,11'11.11 ': Vertiefungdeepening
1212: Fluidfluid
1313: Raum zwischen Kolben und Membranroom between piston and diaphragm
14,14'14.14 ': Deckelcover
15,15'15.15 ': Dichtungpoetry
16,16'16.16 ': Schließraumclosing chamber
17,17'17.17 ': Öffnungsraumopening space
18,18'18.18 ': Bohrungdrilling
19,19'19.19 ': Bohrungdrilling
20,20'20.20 ': ÖffnungsendlageOpening position
21, 21'21 21 ': SchließendlageSchließendlage
2222: Steuereinheitcontrol unit
2323: Verbindungsleitungeninterconnectors
2424: Stangepole
2525: Dichtung, abgesetzter KolbenPoetry, stepped piston
2626: Deckel, modifiziert zur Aufnahme der Stange und LagerstelleCover, modified for receiving the rod and bearing
2727: Stange, bewegbarPole, movable
2828: Zapfen am Kolben mit Führungs- und Dichtungsringspigot on the piston with guide and sealing ring
2929: Muttermother
100100: Förderkolbendelivery piston
200200: Ventilkolbenplunger

Claims

Pumping device, in particular with pneumatically operated, controllable valves characterized in that on a process plate ( 1 ), with at least two in the process plate ( 1 ) arranged, flow-through channel sections ( 6 . 7 ) at least two piston housings ( 4 . 4 ' ) with controllable movable piston ( 3 . 3 ' ), in particular releasably, are fixed and in a contact plane between process plate ( 1 ) and a respective piston housing a movable elastic membrane ( 5 . 5 ' ), in particular is clamped, which has a depression ( 11 . 11 ' ) in the process plate ( 1 ) completely covered, and on the associated extended geometric axis of a recess centric piston housing with a piston on the process plate ( 1 ), wherein a particular concentrically clamped membrane a movable separating element between the process plate ( 1 ) and piston housing with piston, the piston housing is open to the membrane, so that a membrane with a membrane-side piston surface ( 2 ) of a piston over the entire surface is contacted to push the membrane to the complete contact with the contour of the recess, the piston can move between two end positions, in one end position, the void volume of the associated recess is no longer present and at the same time the orifices ( 9 . 9 ' . 10 . 10 ' ) of the sub-channels in the recesses are sealed by the deformed membrane to prevent the fluid from flowing through.

Pumping device according to claim 1, characterized in that in a plane of the process plate ( 1 ) adjacent exit ( 9 . 9 ' ) and entry mouths ( 10 . 10 ' ) of the channels, in particular comprising at least one inlet channel ( 6 ), at least one connection channel ( 7 ) and / or at least one outlet channel ( 8th ), by introduced depressions ( 11 . 11 ' ) are connected to a fluid ( 12 ) to form a flow channel.

Pumping device according to one of the preceding claims, characterized in that an end position an opening end position ( 20 . 20 ' ) forms, in particular on an inner cover surface, and another end position a closing end position ( 21 . 21 ' ) forms on an associated recessed area in the process plate ( 1 ).

Pumping device according to one of the preceding claims, characterized in that arranged in the piston housing movable piston ( 3 . 3 ' ), in particular with seals located on the piston circumference ( 15 . 15 ' ), the interior of a piston housing in a closing space ( 16 . 16 ' ) and an opening space ( 17 . 17 ' ) and closing and opening space each with holes ( 18 . 19 . 18 ' . 19 ' ) are provided for the supply and discharge of an auxiliary energy, in particular a fluid.

Pumping device according to one of the preceding claims, characterized in that the one membrane ( 5 . 5 ' ) is larger in area than a depression in projection.

Pumping device according to one of the preceding claims, characterized in that at least one decentralized electropneumatic control unit ( 22 ) via connecting lines ( 23 ) is connected to the opening and closing spaces of the piston housing, so that all the pistons are pneumatically and sequentially movable into the end positions, and at least one piston in the associated recess of the process plate ( 1 ) alternately pressure or vacuum builds up to produce a batchwise fluid transport and the piston movements of all pistons in the sequential control flow, in particular by at least five milliseconds are delayed to each other, so that the individual piston movements do not overlap in time and tangent.

Pumping device according to one of the preceding claims, characterized in that the piston housing is opened on the side facing away from the membrane and provided with a detachable lid ( 14 . 14 ' ) is closed.

Pumping device according to one of the preceding claims, characterized in that the geometry of the recess and the contours of a membrane-side piston surface ( 2 ) and in particular in the form of a ball portion or truncated cone, in particular whereby the respective mouths of the feeding and discharging channels in the recesses in cross section take an elliptical shape, which are in the recess at an angle to the geometric axis of the recess.

Pumping device according to one of the preceding claims, characterized in that between pistons ( 3 ) and membrane ( 5 ) a closed room ( 13 ), which is smaller than the void volume of the associated recess in the process plate, preferably the space ( 13 ) is less than 10% of the associated cavity volume of the well, and more preferably the space is less than 2% of the cavity volume of the well.

Pumping device according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of pistons are mounted on the process plate and at least one closed space ( 13 ) between the piston and diaphragm filled with a particular liquid fluid and the air volume is completely displaced, in particular wherein the fluid for filling a non-degassing paste or a non-outgassing highly viscous liquid, preferably having a viscosity of less than 1000 Pas, preferably less than 500 Pas and more preferably less than 100 Pas.

Pumping device according to claim 10, characterized in that the volume of fluid filling five to ten Milliliters, is preferred the volume is one to four milliliters, and more preferably the volume the fluid filling less than a milliliter.

Pumping device according to one of the preceding claims, characterized characterized in that at least one piston housing an inner stepped Piston has and the stepped piston additional seals on the outer circumference has and the membrane side has a smaller diameter, so that by energy supply generated forces are different in size on the piston.

Pumping device according to one of the preceding claims, characterized in that the force-generating piston surface in the closing space of piston housing is larger as the force-generating piston surface in the opening room.

Pumping device according to one of the preceding claims, characterized characterized in that at least two different sized piston housing with different huge Piston and associated diaphragm and recess on the process plate are mounted and the wells connected to each other via connecting channels are.

Pumping device according to one of the preceding claims, characterized in that the numerical value of the quotient formed in a range of 1.1 to 1.49, preferably the value of the quotient in a range of 1.5 to 1.99, and more preferably the value of the quotient in a range of 2 to 5.

Pumping device according to one of the preceding claims, characterized characterized in that a valve piston is a pressure in the product-filled depression of Process plate that is 15% larger than the pressure generated of the delivery piston in the associated product-filled Deepening, preferably the pressure generated by the valve piston is around 25% bigger and particularly preferred is the pressure generated by the valve piston 50% bigger than the pressure generated by the delivery piston.

Pumping device according to claim 16, characterized in that in the closing or opening space of the funding and or valve piston is a spring inserted, which is the piston pressed in a de-energized state in a defined end position.

Pumping device according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the pistons over the control unit with electric or pneumatic or hydraulic or mechanical force are moved and the piston movement a Lifting or rotating movement is.

Pumping device according to one of the preceding claims, characterized in that the metering pump has a delivery piston and two smaller valve piston, all pistons are mounted on one side of the process plate and are connected to a control unit via connecting lines and be be driven.

Pumping device according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the metering pump from a delivery piston on one side the process plate and at least two valve pistons on the other Side of the process plate detachable are assembled and all pistons with a decentralized Electro-pneumatic control unit connected via connecting lines and operated.

Pumping device according to one of the preceding claims, characterized in that through the cover a movable rod ( 24 ) is guided, which can be manually or automatically adjusted outside the piston housing to vary the piston stroke and thus the displacement and / or the pump power.

Pumping device according to one of the preceding claims, characterized characterized in that through the lid of the delivery piston, a movable Rod led is, with which the piston stroke can be variably adjusted.

Pumping device according to one of the preceding claims, characterized characterized in that on a common process plate with at least two flow channels, at least two delivery pistons and at least four valve pistons from a decentralized control unit operated to perform the function of a multiple metering pump, wherein in particular delivery piston and suction-side valve piston and pressure-side valve piston alternately work to reduce the pulsating behavior of the dosing pump.

Pumping device according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the to the delivery piston associated recess in the process plate has a groove of the deepest geometric point of the depression to the connection channel runs, so that higher viscosity Fluids can be pushed faster from the pumping chamber.

Pumping device according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the process plate with delivery piston and check valves on extended Inlet and outlet channel is operated.

Use of a pump device according to one of the preceding claims as Dispenser characterized in that the process plate with a delivery piston and a valve piston is equipped and the process plate an inlet channel of the same outlet channel is, and has a connection channel to suck in a product volume and to eject in the same way.

Control unit for controlling a pumping direction according to one of the preceding claims, characterized in that it is connected via connecting lines ( 23 ) is connected to the opening and closing spaces of the piston housing so that all the pistons are pneumatically and sequentially movable into the end positions, and at least one piston in the associated recess of the process plate ( 1 ) alternately pressure or vacuum builds up to produce a batchwise fluid transport and the piston movements of all pistons in the sequential control flow, in particular by at least five milliseconds are delayed to each other, so that the individual piston movements do not overlap in time and tangent.

Method for controlling a pump device according to one of the preceding claims, characterized in that at least one piston in the associated recess of the process plate ( 1 ) alternately builds pressure or vacuum to produce a batchwise fluid transport and the alternating piston movements of all pistons in the sequential control flow, in particular by at least five milliseconds are delayed to each other, so that the individual piston movements do not overlap in time and tangent.

A method according to claim 28, characterized in that all Piston first be moved to an end position.