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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dosiereinrichtung zum Fördern von Fluiden. Solch eine Dosiereinrichtung weist einen Dosierkopf auf, welcher einen Förderraum, sowie einen Sauganschluss und einen Druckanschluss aufweist, die mit dem Förderraum verbunden sind. Zusätzlich weist der Dosierkopf ein Verdrängungselement auf, das im Dosierkopf von diesem gehalten wird und mit dem Förderraum verbunden ist. Das Verdrängungselement ist zwischen zwei Positionen p1 und p2 hin- und herbewegbar, wobei in der Position p1 das Volumen des Förderraumes kleiner ist, als in der Position p2. Zur Bewegung des Verdrängungselementes ist ein Antrieb vorgesehen.
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Zur Verwendung der Dosiereinrichtung wird diese in ein Dosiersystem integriert, das eine Saug- und eine Druckleitung hat. Dabei wird sowohl der Sauganschluß als auch der Druckanschluss jeweils über ein Rückschlagventil mit der Saug- bzw. Druckleitung verbunden. In den meisten Fällen weist die Dosiereinrichtung bereits entsprechende Rückschlagventile auf, die mit dem Saug- bzw. Druckanschluss verbunden sind, so dass systemseitig keine Rückschlagventile mehr bereitgestellt werden müssen. Der Förderraum wird somit durch die Rückschlagventile und das Förderelement begrenzt.
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Der zur Bewegung des Verdrängungselementes vorgesehene Antrieb bewegt das Verdrängungselement zwischen den zwei Positionen p1 und p2 hin und her. Bei der Bewegung von Position p1 zu Position p2 vergrößert sich das Volumen des Förderraumes, wodurch der Druck auf das zu fördernde Fluid im Förderraum reduziert wird. Unterschreitet der Druck im Förderraum den Druck in der Saugleitung, öffnet das Rückschlagventil am Sauganschluß und das zu fördernde Fluid strömt von der Saugleitung in den Förderraum ein. Dies ist der Ansaugvorgang. Bei der Bewegung des Verdrängungselementes von Position p2 zu Position p1 verkleinert sich das Volumen des Förderraumes. Dadurch wird der Druck im Förderraum erhöht. Überschreitet der Druck im Förderraum den Druck in der Druckleitung, öffnet das Rückschlagventil am Druckanschluss, und das zu fördernde Fluid strömt aus dem Förderraum in die Druckleitung. Dies ist der Dosiervorgang. Ansaug- und Dosiervorgang bilden zusammen einen Fördervorgang. Der Fördervorgang fördert eine für den Anwendungsfall eingestellte Menge an Fluid.
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Bei den bisherigen Ausführungsformen solcher Dosiereinrichtungen ist das Verdrängungselement, das Teil des Dosierkopfes ist, mit dem Antrieb fest gekoppelt und kann nicht, ohne den Antrieb selbst zu zerlegen, von diesem getrennt werden. Daher wird beim Abnehmen des Antriebs von der Dosiereinrichtung der Dosierkopf zwingend zerlegt, da das Verdrängungselement gelöst und entnommen wird, was erhebliche Nachteile birgt.
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Beispielsweise sind Dosiermembranpumpen bekannt, bei denen eine Membran als Verdrängungselement fungiert. Dabei ist ein Antriebsgehäuse, in dem der Antrieb untergebracht ist, mit einem Gehäuse, das den Dosierkopf aufnimmt, unter Zwischenlage der Membran miteinander verbunden. Die Membran trennt somit den Förderraum innerhalb des Dosierkopfgehäuses von einem Antriebsraum innerhalb des Antriebsgehäuses. Soll der Antrieb vom Dosierkopf entfernt werden, so wird bei diesen Dosierpumpen die Membran ebenfalls demontiert.
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Der beschriebene Aufbau der bekannten Dosiereinrichtungen hat insbesondere im Wartungs- oder Reparaturfall erhebliche Nachteile, da beim Lösen des Antriebes das Verdrängungselement vom Dosierkopf gelöst werden muss, selbst wenn Verdrängungselement und Dosierkopf keinen Anlass für die Reparatur- oder Wartungsmaßnahme gegeben haben.
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Falls der Antrieb ausgetauscht werden muss, muss somit entweder das Verdrängungselement mitgetauscht werden, obgleich es keinen Defekt aufweist, oder es muss zum Einen vom Antrieb gelöst, eventuell am Ersatzantrieb befestigt und wieder mit dem Dosierkopf verbunden werden, was sehr zeit- und damit auch kostenaufwändig ist.
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Des Weiteren muss bei der Montage des Verdrängungselements am Dosierkopf darauf geachtet werden, dass es exakt in der gewünschten Position montiert wird, da nur dann ein exaktes Dosieren möglich ist. Gegebenenfalls muss nach dem Austausch der Inhalt der Förderkammer erneut vermessen werden.
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Ausgehend von dem beschriebenen Stand der Technik ist es daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Dosiereinrichtung zum Fördern von Fluiden zur Verfügung zu stellen die einfach aufgebaut ist und zuverlässig dafür sorgt, dass der Antrieb vom Dosierkopf abnehmbar ist, ohne dass der Dosierkopf zerlegt werden muss.
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Erfindungsgemäß wird dies dadurch gelöst, dass der Antrieb von dem Verdrängungselement abnehmbar ist, ohne dass die Halterung zwischen Verdrängungselement und Dosierkopf gelöst werden muss, so dass der Dosierkopf nicht zerlegt werden muss. Die Dosiereinrichtung ist durch diese Maßnahme modular aufgebaut aus Antrieb und Dosierkopf.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist weiterhin vorgesehen, dass das Verdrängungselement der Dosiereinrichtung zum Fördern von Fluiden eine Membran ist. Mit solch einer Maßnahme kann sichergestellt werden, dass Förderfluid nur über den Saug- oder Druckanschluss in den Förderraum zugeführt bzw. aus diesem austreten kann.
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Dies ist bei der Verwendung von einem Kolben als Verdrängungselement nicht möglich, da selbst bei optimaler Bearbeitung aller beweglichen Teile, ein Umströmen von dem zu fördernden Fluid um den Kolben nicht zu verhindern ist.
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Da die Halterung zwischen Dosierkopf und Membran beim Abnehmen des Antriebs vom Dosierkopf nicht gelöst werden muss, wird dementsprechend der Förderraum nicht geöffnet. Dadurch ist eine Kontamination der Umwelt durch das zu fördernde Fluid unmöglich bzw. der Förderraum selbst wird nicht mit Stoffen aus der Umwelt kontaminiert. Des Weiteren ist der abgenommene Antrieb selbst nicht mit dem zu fördernden Fluid in Kontakt gekommen und kann daher als unbedenklich behandelt werden und muss nicht aufwändig gereinigt werden. Die Verwendung einer Membran als Verdrängungselement verhindert zusammen mit der erfindungsgemäßen Maßnahme die Möglichkeit einer Kontamination zuverlässig.
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Bei den bekannten Dosiermembranpumpen wird im Reparaturfall vom Endkunden die gesamte Dosierpumpe von der Dosiereinheit gelöst, was bereits zu einer unvermeidlichen Kontamination der Umgebung durch das aus den Leitungen oder den Anschlüssen heraustropfende Förderfluid führt.
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In der Regel ist der Endkunde verpflichtet, die Dosierkammer vor der Einsendung der Pumpe an den Hersteller zu Dekontaminieren und eine entsprechende Dekontaminierungserklärung abzugeben. Dies ist für den Endkunden mit erheblichem Zeitaufwand verbunden. Trotz Dekontaminierungserklärung des Endkunden kommt es gelegentlich vor, dass der Hersteller nicht ordnungsgemäß dekontaminierte Pumpen übersendet bekommt. Der Hersteller ist daher zum Schutz des Personals und der Umwelt verpflichtet, entsprechende Schutzmaßnahmen zu ergreifen, die teuer und aufwendig sind. Zudem verlängert sich dadurch die Reparaturzeit, da mit der eigentlichen Reparatur erst begonnen werden kann, wenn die notwendige Überprüfung bzw. Reinigung stattgefunden hat. Durch die erfindungsgemäße Maßnahme kann nun der Antrieb von dem weitgehend wartungsfreien Dosierkopf getrennt werden, ohne dass die das Förderfluid enthaltene Leitung unterbrochen werden muss. Lediglich der Antrieb wird zur Reparatur demontiert.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Dosiereinrichtung weist der Dosierkopf ein zweiteiliges Gehäuse auf, mit einem Hauptgehäuseteil, in dem der Förderraum und der Saug- und Druckanschluss angeordnet sind, und einem Nebengehäuseteil, wobei die Membran zwischen Hauptgehäuseteil und Nebengehäuseteil eingeklemmt ist und den Förderraum in Richtung des Nebengehäuseteils abschließt.
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Durch die Klemmverbindung, die undurchlässig für das zu fördernde Fluid ist vereinfacht sich die Komplexität des Dosierkopfes, da weniger Befestigungsmittel, beispielsweise Schrauben oder Schnellverschlüsse, benötigt werden, um die Membran am Dosierkopf zu befestigen. Des Weiteren lässt sich der Dosierkopf durch das Trennen der beiden Gehäusehälften auf einfache Weise öffnen, um die Membran tauschen zu können und auch um den Förderraum offen zu legen, um diesen gegebenenfalls reinigen zu können.
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Im Unterschied zu dem Stand der Technik kann aber der Antrieb von der Membran gelöst werden, ohne dass die Verbindung zwischen Hauptgehäuseteil und Nebengehäuseteil gelöst wird. Daher kann der Förderraum beim Abnehmen des Antriebes verschlossen bleiben.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Dosiereinrichtung zum Fördern von Fluiden eine Entlüftungseinrichtung auf. Sich im Förderfluid bildende Gaseinschlüsse, beispielsweise bedingt durch eine längere Zeit ohne Betrieb, beeinträchtigen die Funktion der Dosiereinrichtung derart, dass einerseits nicht die Forderung nach exaktem Dosieren erfüllt wird, da das vom Verdrängungselement verdrängte Volumen nicht vollständig mit Fluid ausgefüllt war und andererseits die Förderung selbst zum Erliegen kommen kann, da trotz des Bewegens des Verdrängungselements nicht ausreichender Druck im Förderraum aufgebaut wird, um das Rückschlagventil zur Druckleitung zu öffnen. Durch das Einbauen einer Entlüftungseinrichtung wird somit die korrekte Funktionsweise der Dosiereinrichtung sichergestellt. Beispielsweise kann die Entlüftungseinrichtung durch einen mit einem Entlüftungsventil verschlossenen Kanal mit kleinem Querschnitt gebildet sein, der den Förderraum an einer oben liegenden Position mit der Umgebung verbindet. Das Entlüftungsventil kann dann im Bedarfsfall während der Bewegung des Verdrängungselementes von der Position p2 die Position p1 geöffnet werden, so dass der sich oben in dem Förderraum ansammelnde Gasanteil aus dem Förderraum gedrückt wird.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Dosiereinrichtung ist vorgesehen, dass ein Federelement das Verdrängungselement in eine der Positionen p1 oder p2 vorspannt, bevorzugt in die Position p2. Dadurch muss der Antrieb nur noch die Kraft für die Bewegung des Verdrängungselementes in eine Richtung, also entweder von Position p1 nach p2 oder von Position p2 nach p1, liefern. Dadurch kann u. a. die Kopplung zwischen Verdrängungselement und Antrieb vereinfacht werden. Das Vorspannen des Verdrängungselementes in die Position p2 ist bevorzugt, da dies die Position ist, bei der der Förderraum das größere Volumen aufweist, und somit der Antrieb eine Druckkraft aufbringen muss, um das Verdrängungselement von der Position p2 zu der Position p1 zu bewegen. Dies ermöglicht eine besonders einfach Kopplung zwischen Antrieb und Verdrängungselement. Beispielsweise könnte der Antrieb eine an der Membran lose anliegende Druckstange aufweisen, die bei Bedarf mit Hilfe eines Magnetantriebes die Membran in die Position p2 drückt. Durch die federnde Anordnung wird die Membran, sobald der Magnetantrieb keine Kraft mehr ausübt, in Richtung p1 gedrückt.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Dosiereinrichtung weist die Membran eine Druckstange auf, die mit dem vorzugsweise als Spiralfeder ausgebildeten Federelement verbunden ist, sodass die Membran federnd in eine der Positionen p1 oder p2 vorgespannt ist, vorzugsweise in Position p2. Durch die Druckstange ist sichergestellt, dass einerseits die Membran ein gesondertes Teil aufweist, auf das der Antrieb wirken kann, und andererseits wird durch die Druckstange ein geführter Federweg für das Federelement realisiert.
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Des Weiteren kann an der Druckstange ein radial über diese vorstehender Flansch vorgesehen sein, an dem sich das eine Ende des als Spiralfeder ausgebildeten Federelements abstützt. Das andere Ende der Spiralfeder kann sich dann auf der Membran abstützen.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Dosiereinrichtung ist die Membran am Nebengehäuseteil befestigt.
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Bei dieser Ausführungsform bleibt die Membran beim Trennen der beiden Gehäusehälften fest mit der Nebengehäusehälfte verbunden. Auch bleibt das Federelement gespannt, da es gegen das Nebengehäuse gespannt ist. Somit wird die Position der Membran auch beim Öffnen des Förderraumes nicht verändert. Dieser kann dann gereinigt werden und anschließend auf einfache Weise durch Verbinden der beiden Gehäusehälften wieder geschlossen werden. Auch ein zusätzliches Spannen des Federelements auf die richtige Vorspannung entfällt.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Dosiereinrichtung ist der Antrieb in einem Antriebsgehäuse angeordnet, das mit dem Nebengehäuseteil verbunden ist, wobei vorzugsweise sowohl Antriebsgehäuse als auch Nebengehäuseteil jeweils Flanschelemente aufweisen, die über die Außenflächen des Antriebsgehäuses bzw. des Nebengehäuseteiles derart vorstehen, dass Antriebsgehäuse und Nebengehäuseteil durch Verbinden der Flanschelemente miteinander verbunden werden können.
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Dadurch, dass die Flanschelemente über die Außenflächen des Nebengehäuseteils und des Antriebsgehäuses vorstehen, ist es möglich, auf diese aus unterschiedlichen Richtungen zuzugreifen. Dieses erleichtert das Trennen des Antriebs vom Dosierkopf insbesondere bei einer in ein Dosiersystem integrierten Dosiereinrichtung, wo eventuell Rohrleitungen den einfachen Zugang zu den Verbindungselementen aus einer bestimmten Richtung erschweren, bzw. unmöglich machen. Des Weiteren können bestehende Dosiereinrichtungen durch das Einbauen solcher Flanschelemente in Verbindung mit Auftrennen der Verbindung zwischen Verdrängungselement und Antrieb nachgerüstet werden.
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So ist es beispielsweise bei den eingangs beschriebenen Membranpumpen möglich, diese zwischen Antriebsgehäuse und Dosierkopfgehäuse aufzutrennen und sowohl an das Antriebsgehäuse als auch an das Dosierkopfgehäuse ein Flanschelement zu montieren. Die Membran wird dann nicht mehr zwischen Dosierkopfgehäuse und Antriebsgehäuse eingeklemmt, sondern zwischen Dosierkopfgehäuse, welches dann das Hauptgehäuseteil bildet, und Flanschelement, welches dann das Nebengehäuseelement bildet oder Teil davon ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform sind die beiden Flanschelemente voneinander beabstandet angeordnet, wobei zwischen den beiden Flanschelementen eine vorzugsweise verschließbare Öffnung vorgesehen ist, durch die auf die Verbindung zwischen Membran und Antrieb zugegriffen werden kann, um diese zu lösen.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Druckstange zweiteilig ausgeführt, wobei das eine Teil mit der Membran und das andere Teil mit dem Antrieb verbunden ist, wobei die beiden Teile voneinander lösbar sind.
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Beispielsweise können die beiden Teile der Druckstange jeweils einen Magneten aufweisen, mit denen sie verbunden werden können. Alternativ kann auch der eine Teil hülsenartig über den anderen Teil schiebbar sein und mit Hilfe einer Schraube verbunden werden. Auch könnten die beiden Teile mit einem Bajonettverschluss miteinander verbindbar sein.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform. Es zeigen:
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1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Dosiereinrichtung, wobei der erfindungswesentliche Teil geschnitten dargestellt ist.
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2 eine Schrägansicht der Dosiereinrichtung.
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3 eine Frontansicht der Dosiereinrichtung.
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In 1 ist eine Seitenansicht in Teilschnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Dosiereinrichtung gezeigt. Sie weist einen Dosierkopf 12 auf, der einen Sauganschluss 1 und einen Druckanschluss 2 hat, die beide mit dem Förderraum 4 verbunden sind. Das Verdrängungselement ist eine Membran 5, die zwischen zwei separaten Teilen (nicht gezeigt) des Dosierkopfes 12, die von den Befestigungsschrauben 13 zusammengehalten werden, eingesetzt ist und ein Wandelement des Förderraums 4 bildet. Die Membran 5 und der Antrieb sind über eine Druckstange (6, 7, 8) miteinander verbunden. Die Druckstange (6, 7, 8) besteht aus einer an der Membran 5 befestigten Stange und einer mit dem Antrieb verbundenen Antriebsstange 7, die über eine Kopplungsvorrichtung 8 mit einander verbunden sind. Die Kopplungsvorrichtung 8 ist lösbar, so dass Stange 6 und Antriebsstange 7 wahlweise voneinander gelöst oder miteinander verbunden werden können. Über die Bauelemente 6, 7 und 8 wird die Kraft vom Antrieb 11, der in einem Gehäuse untergebracht ist, auf die Membran 5 übertragen.
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Am Dosierkopf 12 ist eine Entlüftungseinrichtung 3 vorgesehen. An den Dosierkopf 12 ist die Adapterplatte 9 mittels Befestigungsschrauben 15 angeflanscht, an das Gehäuse des Antriebs 11 ist die Adapterplatte 10 mittels Befestigungsschrauben 15 angeflanscht. Die Adapterscheiben 9 und 10 werden mittels Verbindungsschrauben 14 parallel zueinander verbunden, wobei ein Abstand zwischen den Adapterplatten 9 und 10 durch Abstandshalterhülsen 16 gehalten wird. Durch Lösen der Verbindungsschrauben 14 und der Kopplungsvorrichtung 8 kann also der Antrieb abgenommen werden, ohne dass der Förderraum undicht für das zu fördernde Fluid wird.
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In der gezeigten Ausführungsform ist ein Abstand zwischen den beiden Adapterplatten vorgesehen, so dass zwischen den beiden Adapterplatten auf die Kopplungsvorrichtung 8 zugegriffen werden kann, um diese zu betätigen.
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In der Regel weist die Dosiereinrichtung sowohl am Sauganschluss 1 als auch am Druckanschluss 2 jeweils ein Rückschlagventil auf. Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, dass die Rückschlagventile in einem Dosiersystem, in das die Dosiereinrichtung integriert wird, vorgesehen sind.
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Die Position p1 der Membran 5, in der das Förderraumvolumen am geringsten ist, wird dadurch erreicht, dass der Antrieb die Antriebsstange 7 in Richtung des Förderraums (in 1 nach links) drückt. Diese Bewegung wird über die Kopplungsvorrichtung 8 und die Stange 6 auf die Membran übertragen und bewegt diese somit. Um die Position p2 der Membran, bei der das Förderraumvolumen am größten ist, zu erreichen, zieht der Antrieb die Stange und damit die Membran in die entgegengesetzte Richtung.
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Entweder der Druckhub, d. h. die Bewegung der Membran in die Position p1, oder der Saughub, d.h. die Bewegung der Membran in die Position p2, kann auch mit Hilfe eines Federelementes (hier nicht gezeigt) bewirkt werden. So kann beispielsweise das Federelement sich sowohl an der Stange 6 als auch am Dosierkopfgehäuse oder an dem, dem Dosierkopfgehäuse zugeordneten Flanschelement 9, abstützen, was bewirkt, dass die Membran in Richtung der Position p2 bewegt wird, sobald keine Kraft über die Antriebsstange 7 auf die Membran übertragen wird.
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In 2 ist eine perspektivische Ansicht von vorne auf den Dosierkopf 12 und den Antrieb 11 gezeigt. Deutlich erkennbar ist, dass die Adapterplatten 9 und 10 sowohl über den Dosierkopf, als auch über das Antriebsgehäuse hinausragen. Dadurch ist eine erleichterte Bedienung der Verbindungsschrauben 14, sowohl von der Seite des Dosierkopfes aus, als auch von der Seite des Antriebes aus, möglich.
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In 3 ist die Frontansicht der Dosiereinrichtung auf den Dosierkopf zu sehen. Diese Ansicht macht noch einmal die Position der Befestigungsschrauben 13 und der Verbindungsschrauben 14 deutlich. Des Weiteren ist deutlich zu sehen, wie die Adapterplatte 9 über den Dosierkopf hinausragt, um einen einfachen Zugang zu den Verbindungsschrauben 14 zu gewährleisten.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Sauganschluss
- 2
- Druckanschluss
- 3
- Entlüftungseinrichtung
- 4
- Förderraum
- 5
- Membran
- 6
- Stange
- 7
- Antriebsstange
- 8
- Kopplungsvorrichtung
- 9
- Adapterplatte Dosierkopf
- 10
- Adapterplatte Antriebsgehäuse
- 11
- Antrieb mit Gehäuse
- 12
- Dosierkopf
- 13
- Befestigungsschrauben Dosierkopf
- 14
- Verbindungsschrauben
- 15
- Adapterplattenbefestigungsschrauben
- 16
- Abstandshalterhülsen
