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Die Erfindung betrifft eine pneumatisch betriebene Pumpeinrichtung zur Förderung eines Fluids umfassend:
- - ein Gehäuse,
- - eine in dem Gehäuse angeordnete Doppelmembranpumpe,
- - eine weitere in dem Gehäuse angeordnete Pumpeinrichtung mit einem Pumpelement,
- - eine Verbindungsstange welche die Doppelmembranpumpe an die Pumpeinrichtung koppelt und einen gemeinsamen Antrieb für die Doppelmembranpumpe an die Pumpeinrichtung ausbildet.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein Farbfördersystem für eine Farbgebungsanlage, vorzugsweise eine Druckmaschine, beispielsweise einer Flexodruckmaschine.
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In diversen Anwendungen, in denen Medien, insbesondere Farben und Lacke im Umlauf gehalten werden müssen und Ringleitungssysteme nicht zur Anwendung kommen können, werden für den Medienvorlauf und den Medienrücklauf jeweils separate Pumpen eingesetzt. Eine weit verbreitete Anwendung findet sich in Druckmaschinen, bei denen Farbe aus einer Farbkammer (Rakelkammer) für den Druckprozeß auf eine Walze gerakelt wird (vgl. 1). In dieser Anwendung wird die Farbe durch eine Vorlaufpumpe 82 in die Farbkammer gepumpt und die überschüssige Farbe mit einer Rücklaufpumpe 81 wieder in den Vorratsbehälter zurückgefördert. Als Pumpen kommen in der Regel Doppelmembranpumpen zur Anwendung, da diese eine geringe Pulsation aufweisen, aufgrund der Bauform leicht zu reinigen sind und bei dieser Bauform der Medienteil hermetisch vom Antriebsteil getrennt ist.
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Durch den beschrieben Prozess mit zwei Pumpen ist sichergestellt, dass immer ausreichend Farbe in der Farbkammer vorrätig ist, die Farbe einen ausreichenden Umlauf erreicht, um z.B. Entmischungen oder Antrocknungen zu vermeiden und der Farbpegel in der Rakelkammer auf einer notwendigen konstanten Füllhöhe gehalten wird. Um die Füllhöhe in der Farbkammer konstant zu halten, erfolgt die Absaugung der überschüssigen Farbe an einem in der entsprechenden Höhe angeordneten Überlauf. Die Rücklaufpumpe wird im Betrieb stets mit einer größeren theoretischen Fördermenge als die Vorlaufpumpe betrieben, um ein Überlaufen der Rakelkammer sicher zu verhindern. Dabei wird in Kauf genommen, dass Luft mit angesaugt wird.
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Die Frequenz der Rücklaufpumpe wird über den Vordruck bzw. Volumenstrom der Druckluftversorgung so eingeregelt, dass sie stets höher ist als die Frequenz der Vorlaufpumpe. Hierzu ist in beiden Pumpen ein Frequenzsensor integriert.
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Nachteil des Verfahrens ist, dass regelungstechnisch sichergestellt werden muss, dass die Rücklaufpumpe immer eine höhere Förderleistung als die Vorlaufpumpe aufweist. Hierbei ist eine ausreichende Sicherheit zu berücksichtigen, die insbesondere Schwankungen im Mediendruck, z.B. bedingt durch Viskositätsschwankungen und im Versorgungsdruck ausgleicht. So wird sichergestellt, dass die Rücklaufpumpe auch bei Änderung der Störgrößen sicher die zugeführte Farbmenge abpumpt. Die theoretisch zu große Pumpleistung der Rücklaufpumpe bedingt einen zusätzlichen Energieverbrauch.
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Bei sinkender Förderleistung oder einem Defekt der Rücklaufpumpe, z.B. durch einen Membranbruch, kann ein Überlaufen der Rakelkammer auftreten. Ein Überlaufen muss aber in jedem Fall verhindert werden, da hierdurch eine Verschmutzung der Druckwerke auftreten kann, die aufwendige Reinigungstätigkeiten erfordert und zu langen Maschinenstillstandzeit führen kann.
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Als Pumpen kommen beispielsweise Doppelmembranpumpen zum Einsatz. Aus
DE 10 2007 039 964 B4 ist eine Hochdruck-Doppelmembranpumpe bekannt, welche zwei zylindrische Pumpkammern aufweist, deren Volumen durch jeweils eine oszillierende Membran vergrößert und verkleinert wird. Die beiden Membranen sind durch eine Koppelstange aneinander gekoppelt. Die Koppelstange trägt weiterhin einen Übersetzer-Kolben. Über in
DE 102007 039 964 B4 nicht dargestellte Leitungen und Ventile wird der Übersetzer-Kolben abwechselnd von beiden Seiten mit Druckluft beaufschlagt und bewegt so die Koppelstange und damit die Membrane hin und her. Der Übersetzer-Kolben dient dazu, die durch die Druckluft bewirkte Kraft in verstärkter Form auf die Membrane zu übertragen. Solche Hochdruck-Doppelmembranpumpen weisen ein Übersetzungsverhältnis von Eingangsdruck der Druckluft zu Ausgangsdruck des geförderten Mediums auf, das größer ist als 1:3. Um die Beanspruchung der Membrane zu reduzieren ist deshalb eine starre Stützscheibe zwischen dem Ende der Koppelstange und der Innenseite der Membran vorgesehen.
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Die aus
DE 10 2007 039 964 B4 bekannten Doppelmembranpumpe ist für den Einsatz in der in
1 beschriebenen Pumpeinrichtung grundsätzlich gut geeignet. Zum Betrieb der Anlage sind jedoch zwei Einzelpumpen erforderlich. Um ein Überlaufen der Rakelkammer zu verhindern ist zudem eine aufwendige Frequenzregelung erforderlich. Ganz besonders nachteilig ist, dass bei Ausfall der Rücklaufpumpe durch eine Störung nicht ausgeschlossen ist, dass die Vorlaufpumpe weitere Farbe in die Rakelkammer fördert und diese zum Überlaufen bringt.
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Es stellt sich daher die Aufgabe, eine pneumatisch betriebene Pumpeinrichtung vorzuschlagen welche die genannten Nachteile beseitigt und einen sicheren Betrieb von Anlagen ermöglicht, bei denen zwei Pumpen zum Einsatz kommen und die Fördermenge der beiden Pumpen zur Vermeidung von Störungen aufeinander abgestimmt sein muss.
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Weiterhin stellt sich die Aufgabe, ein Farbfördersystem vorzuschlagen, bei dem die Farbe zwischen zwei Becken mittels zweier Pumpen in Umlauf gehalten und ein Überlaufen verhindert wird.
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Die erstgenannte Aufgabe ist durch eine pneumatisch betriebene Pumpeinrichtung der im Oberbegriff von Anspruch 1 genannten Art gelöst, bei welcher
- - die Doppelmembranpumpe mit Druckluft beaufschlagbar ist und eine erste Pumpe zur Förderung eines Fluids ausbildet und
- - die weitere Pumpeinrichtung über die Verbindungsstange von der Doppelmembranpumpe antreibbar ist und eine zweite Pumpe zur Förderung des Fluids bildet.
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Bei der erfindungsgemäßen Pumpeinrichtung werden somit zwei Einzelpumpen durch eine kombinierte Pumpe ersetzt. Bei der kombinierten Pumpe ist eine die beiden Einzelpumpen aneinander koppelnde Verbindungsstange vorgesehen. Der Begriff: „koppelnde Verbindungsstange“ umfasst auch eine Welle und vor allem Kolbenstange, welche die beiden außenliegenden Membranen miteinander verbindet.
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Die Frequenzregelung der Rücklaufpumpe kann entfallen, da das Förderverhältnis durch die Größe der in der Pumpe enthaltenen Medienkammern vordefinierbar ist und so gewählt werden kann, dass es auf die Anforderungen des jeweiligen Anwendungsfalls abgestimmt ist. In der Basiskonfiguration kann die Pumpe über ein Umschaltsignal z.B. von einem einfachen Timer oder einer SPS angesteuert werden. Weiterhin ist auch eine Frequenzrückmeldung mit interner oder externer Regelung optional möglich.
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Darüber hinaus lässt sich durch die Kombination der Pumpen der Volumenstrom der Rücklaufpumpe auf ein Minimum reduzieren, da die bei getrennten Pumpen mögliche Schwankung des Förderverhältnisses von Vorlaufpumpe zu Rücklaufpumpe bei der erfindungsgemäßen Pumpeinrichtung prinzipbedingt nicht möglich ist. Hierdurch lässt sich die Menge der von der Rücklaufpumpe angesaugten Fremdluft vermindern und der Energieverbrauch der Pumpen reduzieren.
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Die in dem Gehäuse angeordnete Doppelmembranpumpe bildet eine erste Pumpe. Sie umfasst eine erste Membran, die einen im Gehäuse angeordneten ersten Hohlraum in zwei Kammern unterteilt und eine zweite Membran die einen zweiten im Gehäuse angeordneten Hohlraum in zwei Kammern unterteilt.
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Die weitere Pumpeinrichtung (zweite Pumpe) umfasst ein Pumpelement, welches einen ebenfalls im Gehäuse angeordneten dritten Hohlraum in zwei Kammern unterteilt.
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Die Verbindungsstange koppelt die erste und die zweite Pumpe aneinander und bildet einen gemeinsamen Antrieb für beide Pumpen. Vorzugsweise ist sie an ihrem einen Endbereich an die erste Membran und an ihrem anderen Endbereich an die zweite Membran und in ihrem Mittelbereich an das Pumpelement der zweiten Pumpe gekoppelt.
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Der beschriebene Aufbau stellt somit nicht nur lediglich eine Zusammenfassung von zwei getrennten Pumpen in einem gemeinsamen Gehäuse dar, sondern eine integrierte Doppelpumpe. Hierdurch ergibt sich eine platzsparende Bauweise und eine Reduktion des Energiebedarfs.
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Vorzugsweise weist das Gehäuse zwei Gehäuseteile und zwei Gehäusedeckel auf. Die Einzelteile bestehen aus medienbeständigem Material, vorzugsweise aus Edelstahl, Aluminium oder Kunststoff, beispielsweise PP, PVDF, POM oder PA.
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Die Membrane sind in hinter den Gehäusedeckeln liegenden Hohlräumen untergebracht und teilen diese Hohlräume in jeweils zwei Kammern auf. Die eine dieser beiden Kammern bildet eine Antriebskammer, die mit Druckluft beaufschlagbar ist und bewirkt, dass die Verbindungsstange hin und her bewegt wird. Die andere Kammer bildet eine Medienkammer für das zu fördernde Medium. Vorzugsweise sind die beiden Antriebskammern jeweils zwischen Membran und Gehäusedeckel, also außenliegend, angeordnet. Die Medienkammern sind dementsprechend zwischen Membran und Gehäusezentrum, also im Gehäuse innenliegend angeordnet. Hierdurch ist sichergestellt, dass die außenliegenden Antriebskammern hermetisch von den Medienkammern getrennt sind.
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Das Pumpelement der zweiten Pumpe kann als zylindrischer Kolben oder als Membran ausgebildet sein. Der Vorteil eines Kolbens liegt darin, dass er, im Gegensatz zu einer Membran, keinem Ermüdungsverschleiß unterliegt, der zum Ausfall führen könnte. Dies ist insbesondere dann wichtig, wenn die zweite Pumpe als Rücklaufpumpe fungiert. Die Funktion der Rücklaufpumpe muss zuverlässig gewährleitstet werden. Sollte doch eine Störung auftreten, so darf diese Störung nicht dazu führen, dass die Rücklaufpumpe ausfällt und die Vorlaufpumpe weiter fördert. Bei Einsatz eines Kolbens als Pumpelement ist als Störungsursache allenfalls ein Verklemmen des Kolbens im Zylinder vorstellbar. Ein im Kolben verklemmter Zylinder stoppt jedoch gleichzeitig die Hin- und Herbewegung der Verbindungsstange. Fällt die zweite Pumpe also durch Verklemmen des Kolbens aus, so wird auch die Förderung der ersten Pumpe gestoppt.
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Der Vorteil einer Membran liegt darin, dass sie kostengünstiger ist. Ein als Membran ausgebildetes Pumpelement in der zweiten Pumpe kann deshalb in Anwendungsfällen, bei welchen ein Membranbruch keine verheerenden Folgeschäden nach sich zieht, vorteilhaft sein.
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Vorzugsweise bildet die Doppelmembranpumpe eine Vorlaufpumpe und die Pumpeinrichtung der zweiten Pumpe eine Rücklaufpumpe aus. Bei Bruch einer Membran wird somit die Förderung der Vorlaufpumpe reduziert oder komplett beendet. Im Gegensatz zum Fördervolumen der Vorlaufpumpe reduziert sich das Fördervolumen der Rücklaufpumpe durch einen solchen in der Vorlaufpumpe auftretenden Membranbruch nicht. Hierdurch ist gewährleistet, dass ein Becken, dass durch die Vorlaufpumpe befüllt und die Rücklaufpumpe entleert wird, nicht überlaufen kann. Im Falle eines Membran- oder Antriebdefekts der Vorlaufpumpe ist somit sichergestellt, dass der Volumenstrom der Rücklaufpumpe nie kleiner als der Volumenstrom der Vorlaufpumpe ausfällt.
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Vorzugsweise ist der von Vorlaufpumpe geförderte Volumenstrom des Fluid kleiner als der von der Rücklaufpumpe geförderte Volumenstrom, so dass bei Anschluss der beiden Pumpen an ein mit dem Fluid gefülltes Becken der in das Becken geförderte Volumenstrom kleiner ist als der aus dem Becken heraus geförderte, beziehungsweise herausförderbare, Volumenstrom, wodurch ein Überlaufen des Beckens verhindert wird. Die unterschiedlichen Volumenströme werden durch unterschiedliche Hubvolumen der beiden Pumpen realisiert. Je nach Anwendungsfall lassen sich die Medienkammern konstruktiv an das jeweilige Anforderungsprofil anpassen. So kann über die Wahl eines größere Hubvolumen der Rücklaufpumpe gegenüber einem kleineren Hubvolumen der Vorlaufpumpe sichergestellt werden, dass die Rücklaufpumpe immer einen größeren Volumenstrom, als die Vorlaufpumpe fördert.
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Vorzugseise erzeugen die Doppelmembranpumpe und die Pumpeinrichtung der zweiten Pumpe bei Bewegung der Verbindungsstange in beiden Bewegungsrichtungen (R1, R2) einen Volumenstrom des Fluids. Bei einer solchen Ausführung gibt es somit keinen Leerhub. Die Förderung des Fluids ist deshalb pulsationsarm.
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Vorzugsweise sind die Medienkammern über je eine Einlassbohrung mit einem gemeinsamen Einlasskanal und/oder über je eine Auslassbohrung mit einem gemeinsamen Auslasskanal verbunden. Hierdurch ergibt sich eine platzsparende und kostengünstige Bauweise.
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Die für die Doppelmembranpumpe eingesetzten Membranen sind vorzugsweise als elastisch verformbare Verbundmembran ausgeführt. Als Verbundmaterial kann eine homogene Materialmischung und/oder ein textil- bzw. metallverstärktes Material vorgesehen sein. Es ist auch möglich, dass die Verbundmembran mehrere miteinander verbundenen Schichten umfasst (Sandwich-Bauweise). Die Membran kann darüber hinaus an wenigstens einer ihrer Flachseiten mit einer medienbeständigen, insbesondere farbbeständigen, Beschichtung, vorzugsweise mit Polytetrafluorethylen (PTFE) genannt, beschichtet sein. Hierdurch erhöht sich die Lebensdauer der Membran und das Ausfallrisiko reduziert sich. Soweit die an die Doppelmembranpumpe gekoppelte zweite Pumpe als Pumpelemente keinen Kolben, sondern eine Membran aufweist, kann auch diese Membran in der geschilderten Art und Weise ausgeführt sein.
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Die zum Befüllen und Entleeren der Antriebskammern mit dem Fluid vorgesehenen Ventile sind vorzugsweise in die Gehäuseteile integriert und in entsprechende Aussparungen eingesetzt. Abgedeckt werden die in die Aussparungen eingesetzten Ventile durch einen oberen und einen unteren Anschlussblock, welche jeweils die Ein- und Auslasskanäle für das zu fördernde Fluid enthalten. Dadurch, dass die Anschlussblöcke einfach ein- und demontierbar sind, sind die Ventile für Reparatur- und Reinigungszwecke leicht zugänglich. Diese Bauweise ermöglicht eine geschützte und platzsparende Integration der Ventile in das Gehäuse zeichnet sich insgesamt durch eine leichte Handhabung aus.
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Zur Steuerung der Pumpe kann ein Umschaltventil vorgesehen sein, wobei das Umschaltventil vorzugsweise an einem separat ausgeführten, auswechselbaren Ventilblock angeordnet ist.
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Die Steuerung des Umschaltventils, und damit der Pumpeinrichtung, kann über einen Zeitgeber erfolgen. Eine solche Umschaltsteuerung ist einfach und kostengünstig. Allerdings ist nicht gewährleistet, dass der Richtungswechsel der Hubbewegung der Verbindungsstange tatsächlich am optimalen Umschaltpunkt erfolgt. Um diesen Umschaltpunkt exakt zu treffen kann alternativ oder zusätzlich zu einer Steuerung mittels eines Zeitgebers auch eine wegabhängige Steuerung vorgesehen sein. Eine solche Steuerung kann beispielsweise realisiert werden, indem die Position der Verbindungsstange mittels eines Sensors gemessen wird, wobei der Sensor vorzugsweise mit einem in die Verbindungsstange integrierten Magnetelement zusammenwirkt und dessen Position bestimmt.
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Die erfindungsgemäße Aufgabe wird auch gelöst durch ein Farbfördersystem für eine Farbgebungsanlage bei dem eine Pumpeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 vorgesehen ist. Bei einer solchen Farbgebungsanlage kann es sich insbesondere um eine Druckmaschine, beispielsweise eine Flexodruckmaschine, handeln. Solche Druckmaschinen umfassen eine Farbkammer, aus der heraus die Farbe mittels eines Rakels auf die Druckwalze gebracht wird. Die Farbkammer selbst fasst nur einen begrenzten Farbvorrat und ist deshalb an ein weiteres Becken angeschlossen, welches als Vorrats-Farbbecken zur Versorgung der Farbkammer mit Farbe dient.
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Durch Einsatz der erfindungsgemäßen Pumpeinrichtung in diesem Farbfördersystem wird eine ausreichende Versorgung der Farbkammer mit Farbe sowie ein kontinuierlicher Farbumlauf zur Vermeidung von Absetzerscheinungen sichergestellt.
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In einer bevorzugten Ausführung erzeugt das Farbfördersystem, beziehungsweise die dort eingesetzte Pumpeinrichtung, je Pumphub einen Volumenstrom Farbe in die Farbkammer hinein, der kleiner ist, als der Volumenstrom, der Farbe aus der Farbkammer heraus fördert, so dass ein Überlaufen der Farbkammer verhindert wird.
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Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen, werden nachstehend mit der Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt.
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Die Figuren zeigen:
- 1 ein Farbfördersystem gemäß dem Stand der Technik in einer schematischen Darstellung;
- 2 ein erfindungsgemäßes Farbfördersystem mit einer erfindungsgemäßen Pumpeinrichtung;
- 3 eine Pumpeinrichtung in einer perspektivischen Ansicht auf ihr Gehäuse, mit abgenommenem Anschlussblock aufweisend einen Einlasskanal für das Medium;
- 4 die Pumpeinrichtung gemäß 3 in einer Vorderansicht;
- 5 die Pumpeinrichtung gemäß 3 und 4 in einem ersten Schnitt A - A;
- 6 die Pumpeinrichtung gemäß 3 und 4 in einem zweiten Schnitt B - B;
- 7 eine alternative Ausführungsform einer Pumpeinrichtung, mit einer Membran an Stelle eines Kolbens in einer vereinfachten Schnittdarstellung;
- 8 eine teilperspektivisch gezeigte Pumpeinrichtung gemäß 2, in einem axialen Schnitt.
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Gleiche oder ähnliche Elemente können in den nachfolgenden Figuren mit gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen sein. Ferner enthalten die Figuren der Zeichnung, deren Beschreibung sowie die Ansprüche zahlreiche Merkmale in Kombination. Einem Fachmann ist dabei klar, dass diese Merkmale auch einzeln betrachtet werden oder sie zu weiteren, hier nicht näher beschriebenen Kombinationen zusammengeführt werden können. Die Erfindung erstreckt sich ausdrücklich auch auf solche Ausführungsformen, welche nicht durch Merkmalskombinationen aus expliziten Rückbezügen der Ansprüche gegeben sind, womit die offenbarten Merkmale der Erfindung, soweit dies technisch sinnvoll ist, beliebig miteinander kombiniert sein können. Die in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele haben somit nur beschreibenden Charakter und sind nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken.
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Die im Weiteren verwendeten Begriffe: „obere“, „oben“, „untere“, linke“ oder „rechte“ beziehen sich auf die in der Zeichnung dargestellte Anordnung der Komponenten der Pumpeinrichtung.
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Ein in 1 dargestelltes Farbfördersystem 100 stellt einen bekannten Stand der Technik dar und umfasst folgende Komponenten:
- - eine Pumpeinrichtung mit zwei Einzelpumpen, von denen es sich bei der einen Pumpe um eine Vorlaufpumpe 82 und bei der anderen Pumpe um eine Rücklaufpumpe 81 handelt,
- - ein Vorratsbehälter 83 für ein Fluid 11, hier: Farbe, an welches ein Lösemitteldosierer 79 gekoppelt ist,
- - eine Farbgebungsanlage 200 umfassend ein als Rakelkammer 80 ausgebildetes Becken 54, das mit dem Fluid 11 gefüllt ist, eine Rasterwalze 74, einen Druckformzylinder (Klischeezylinder) 75, und einen Gegenzylinder 76,
- - Leitung VL für den Vorlauf und RL für den Rücklauf von Farbe sowie nicht dargestellte übliche Ventile.
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Bei der Farbgebungsanlage handelt es sich um eine schematisch dargestellte Druckmaschine. Zwischen dem Druckformzylinder 75 und dem Gegendruckzylinder 76 wird eine mit der Farbe bzw. Lack zu behandelte Materialbahn 77 geführt und in bekannter Weise bedruckt.
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Die Farbe wird mit der Vorlaufpumpe 82 aus dem Vorratsbehälter 83 in die Rakelkammer 80 gepumpt. Mit der Rücklaufpumpe 81 wird die Farbe zurück in den Vorratsbehälter 83 gepumpt. Bei den beiden Einzelpumpen 81, 82 handelt es sich um bekannte Doppelmembranpumpen, die mit Druckluft angetrieben werden. Durch den von Vor- und Rücklaufpumpe ausgebildeten Farbkreislauf werden unerwünschte Absetzerscheinungen in der Farbe verhindert. In der Rakelkammer 80 muss ständig ein ausreichender Farbvorrat für die Druckprozesse vorhanden sein. Da der Druckprozess Farbe verbraucht muss mittels der Vorlaufpumpe 82 grundsätzlich mehr Farbe in die Rakelkammer 54 hineingefördert werden als von der Rücklaufpumpe 81 herausgefördert wird. Trotzdem muss verhindert werden, dass die Farbe in der Rakelkammer 80 überläuft.
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Um diese Ziele zu erreichen ist die Rücklaufpumpe 81 an einer als Überlauf ausgebildeten Niveauhöhe angeschlossen. In der Regel hat die Rücklaufpumpe 81 eine größere Förderleistung als die Vorlaufpumpe 82, saugt aber nicht nur Farbe sondern auch Luft an. Vereinfacht gesagt fördert die Rücklaufpumpe 81 ständig die Farbmenge aus der Rakelkammer 80 heraus, die eine vordefinieren Farbniveau-Höhe übersteigt. Da es sich Vorlauf- und Rücklaufpumpe 82, 81 um zwei körperlich getrennte Pumpen handelt, wird eine Kopplung der Pumpen in der Regel über eine Frequenzsteuerung der beiden Pumpen realisiert. Trotzdem kann es insbesondere bei Ausfall der Rücklaufpumpe 81 zu Problemen kommen, wenn die Vorlaufpumpe 82 nicht abschaltet und nachfolgend die Rakelkammer 80 überläuft.
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2 zeigt ein erfindungsgemäßes Farbfördersystem 100, bei dem an Stelle zweier getrennter Einzelpumpen 81, 82 die erfindungsgemäßen Pumpeinrichtung 10, 10'. vorgesehen ist. Beide Pumpeinrichtungen 10 und 10' integrieren zwei über eine Verbindungsstange 13 aneinandergekoppelte Pumpen 29, 30 in einem gemeinsamen Gehäuse 12. Die erste Pumpe 29 ist eine Doppelmembranpumpe 20 mit einer ersten Membran 21 und einer zweiten Membran 31.
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Beide Pumpeinrichtungen 10 und 10' umfassen zum einen die genannte Doppelmembranpumpe 20 als erste Pumpe 29 und zudem eine zweite Pumpe 30 mit einem Pumpelement 41. Während bei der Pumpeinrichtung 10 als Pumpelement 41 ein Kolben 47 vorgesehen ist, ist bei der Pumpeinrichtung 10' als Pumpelement 41 eine Membran 48 vorgesehen. Eine Frequenzsteuerung zur Koordination der beiden Pumpen 29, 30 ist bei dem Farbfördersystem 100 nicht erforderlich, kann aber optional vorgesehen sein.
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3 zeigt eine Pumpeinrichtung 10; 10' in einer perspektivischen Ansicht auf ihr Gehäuse 12. Das Gehäuse 12 wird gebildet durch zwei mittlere Gehäuseteile 50 und 51 sowie zwei äußere Gehäusedeckel 52 und 53. Nach oben und unten abgedeckt wird das Gehäuse 12 durch einen unteren Anschlussblock 69 und einen oberen Anschlussblock 70 (in 3 nicht dargestellt). Die Anschlussblöcke 69 und 70 weisen Ein- und Auslasskanäle 57, 58, 71 und 72 auf. Dabei wird das Fluid 11 der Doppelmembranpumpe 20 über den Einlasskanal 57 zugeführt und mittels der Membrane 21 und 31 in den Auslasskanal 58 gefördert (vgl. mit Pfeilen dargestellte Flussrichtung in 5). Analog dazu wird bei Förderung in Gegenrichtung mittels der zweiten Pumpe 30 das Fluid 11 über den Einlasskanal 71 dem Pumpelement 41 zugeführt und in den Auslasskanal 72 gefördert (vgl. mit Pfeilen dargestellte Flussrichtung in 6).
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Zur Steuerung des Volumenstroms sind für die Doppelmembranpumpe 20 die Ein- und Auslassventile 61, 63, 65 und 67 vorgesehen und für die zweite Pumpe 30 die Ein- und Auslassventile 62, 64, 66 und 68. Alle Ventile 61 bis 68 sind in dafür vorgesehen Aussparungen in den Gehäuseteilen 50 und 51 eingesetzt und bei abgebauten Anschlussblöcken 69, 70 leicht demontierbar.
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3 zeigt weiterhin einem abnehmbar am Gehäuse 12 befestigten Ventilblock 59 mit einem oben liegenden als 5/3- Wegeventil ausgeführten Umschaltventil 60.
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4 zeigt die Pumpeinrichtung gemäß 3 in einer Vorderansicht. Dabei zeigt 4 auch den Anschlussblock 70, der in 3 zur besseren Veranschaulichung der oberen Ventile 61, 62, 63 und 64 nicht enthalten ist. 4 zeigt weiterhin zwei abgesetzte Schnittlinien A - A und B - B.
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Der Schnitt A - A ist in 5 dargestellt und zeigt die Pumpeinrichtung gemäß 3 im Zusammenhang mit den für die Doppelmembranpumpe 20 relevanten Kanälen. Die Doppelmembranpumpe 20 wird gebildet durch die in Hohlräumen 22 und 32 hin und her schwingenden Membrane 21 und 31. Die erste Membran 21 teilt den ersten Hohlraum 22 in zwei Kammern 23 und 24 auf. Im dargestellten Ausführungsbeispiel bildet die Kammer 23 zwischen dem Gehäusedeckel 52 und der Membran 21 eine Antriebskammer 25 aus, die über nicht dargestellte Ventile mit Druckluft beaufschlagt wird und bei Beaufschlagung die Membran 21 und die an die Membran 21 gekoppelte Verbindungsstange 13 in Richtung R2 drückt. Die Verbindungsstange 13 ist in ihrem Endbereich 14 an die erste Membran 21 gekoppelt, im Mittelbereich 15 an das Pumpelement 41 und in ihrem zweiten Endbereich 16 an die zweite Membran 31.
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Die zwischen der Membran 21 und dem Gehäusezentrum 17 angeordnete Kammer 24 bildet die Medienkammer 26, in die das Fluid durch einen Verbindungskanal 84 einströmt. Bei Druckluftbeaufschlagung der Membran 21 über die Antriebskammer 25 ist das untere Ventil 65 geschlossen und das obere Ventil 61 geöffnet. Die erste Membran 21 - und mit ihr die Verbindungsstange 13 - bewegt sich in Richtung R2. Das Fluid wird somit durch einen oberen Verbindungskanal 86 und durch das Ventil 61 in den Auslasskanal 58 gedrückt. Gleichzeitig wird auch die zweite Membran 32 in Richtung R2 gedrückt und saugt durch das in diesem Moment geöffnete untere Ventil 67 und einen Verbindungskanal 85 Fluid in eine zwischen Gehäusezentrum 17 und der zweiten Membran 32 befindlichen Medienkammer 36. Analog zur ersten Membran 21 teilt auch die zweite Membran 31 einen zweiten Hohlraum 32 in zwei Kammern 33 und 34 auf, wobei die Kammer 34 die genannte Medienkammer 36 bildet.
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Der Rückhub in Richtung R1 erfolgt im Wesentlichen analog indem an Stelle der Antriebskammer 25 die Antriebskammer 35 mit Druckluft beaufschlagt wird. Bei Beaufschlagung mit Druckluft wird die Membran 32 - und mit ihr die Verbindungsstange 13 - in Richtung R1 gedrückt. Hierbei wird das in der Medienkammer 36 befindliche Fluid durch den Verbindungskanal 87 und das Ventile 63 in den Auslasskanal 58 gedrückt. Gleichzeitig wird durch das Ventil 65 Fluid in die Medienkammer 26 eingesogen. Dadurch dass die beiden oberen Verbindungskanäle 86 und 87 in den gemeinsamen Auslasskanal 58 münden und auch die beiden unteren Verbindungskanäle 84 und 85 aus einem gemeinsamen Einlasskanal, nämlich dem Einlasskanal 57, gespeist werden, erfolgt die Förderung des Fluids äußerst pulsationsarm.
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6 zeigt einen weiteren abgesetzten Schnitt durch die Pumpeinrichtung gemäß der in 4 dargestellten Schnittlinie B - B. Dieser Schnitt verdeutlicht die Pumparbeit der zweiten Pumpe 30. Die Verbindungsstange 13 ist in Mittelbereich 15 an das Pumpelement 41 gekoppelt. Bei dem in 6 dargestellten Beispiel ist als Pumpelement 41 ein Kolben 47 vorgesehen. Der Kolben 47 befindet sich in einer Kolbenführungsbuchse 49, die einen dritten Hohlraum 42 ausbildet. Der Kolben 47 teilt diesen Hohlraum in die beiden Kammern 43 und 44 auf, die als Medienkammern 45 und 46 fungieren. Ferner ist die Verbindungsstange 13 mit Gleithülsen 92 und Führungsbuchsen 93 (vgl. 6) umgeben, welche bei Verschleiß leicht gewechselt werden können. Außerdem ist in die Verbindungsstange 13 wenigstens ein Magnetelement 56 eingebaut, welches mit einem am rechten Gehäusedeckel 53 befindlichen Sensor 55 zusammenwirkt.
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6 zeigt den Kolben 47 in seiner linken Endlage. Bei Beaufschlagung der Membran 21 mit Druckluft bewegt sich die Verbindungsstange 13 - und mit ihr der Koben 47 in Richtung R2. Das Ventil 64 ist geschlossen und das Ventil 68 ist geöffnet. Das Fluid 11 wird somit durch den Verbindungskanal 89 und das Ventil 68 in den Auslasskanal 72 gedrückt. Gleichzeitig wird durch das Ventil 62 Fluid 11 aus dem Einlasskanal 71 durch das geöffnete Ventil 62 und den Verbindungskanal 91 angesogen und gelangt so in die Medienkammer 45. Die Medienkammer 45 ist in 6 nur als Linie ohne Volumen zu sehen, da sich der Kolben 47 in Endlage befindet.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel bildet die Doppelmembranpumpe 20 eine Vorlaufpumpe 18 mit einem Volumenstrom V1 je Förderhub aus und die zweite Pumpe 30 eine Rücklaufpumpe mit einem Volumenstrom V2 je Förderhub. Die Medienkammern 26, 36, 45 und 46 sind so aufeinander abgestimmt, dass der von der Vorlaufpumpe 18 geförderte Volumenstrom V1 kleiner ist als der von der Rücklaufpumpe 19 geförderte Volumenstrom V2.
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7 zeigt eine alternative Ausführungsform einer Pumpeinrichtung 10' mit einer Membran 48 an Stelle eines Kolbens 47. Analog zum Kolben 47 fungiert auch die Membran 48 als Pumpelement 41. Die Pumpeinrichtung 10' kann somit auch als Drei-Membranen-Pumpe bezeichnet werden.
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8 zeigt eine teilperspektivisch dargestellte Pumpeinrichtung 10 gemäß 3, in einem axialen Schnitt.
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Funktionsweise (in Verbindung mit Figuren 5 und 6):
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Der Antrieb der Doppelmembranpumpe 20 erfolgt über ein wechselseitiges Bedrucken und Entlüften der deckelseitigen Antriebskammern 25, 35. Hierbei sind die gegenüberliegenden Antriebskammern 25, 35 so angesteuert, dass zunächst eine Antriebskammer über das Umschaltventil 60 mit Druck beaufschlagt wird, während die gegenüberliegende Antriebskammer entlüftet wird. Wird z. B. die Antriebskammer 25 bedruckt, ist die Antriebskammer 35 entlüftet. Die Membran 21 bewegt sich in Richtung R2. Dabei wird das in der Medienkammer 26 enthaltene Fluid durch das geöffnete Ventil 61 in den Auslasskanal 58 gedrückt.
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Durch die Verbindung der Membran 21 mit der Kolbenstange 13 wird eine Hubbewegung in Richtung R2 auf die gegenüberliegende Membran 31 übertragen. Hierdurch vergrößert sich das Volumen der Medienkammer 32 und es erfolgt ein Ansaugen des Fördermediums über das Einlassventil 67. Die Umsteuerung der Hubbewegung von Richtung R2 in Richtung R1 erfolgt zeit- oder weggesteuert durch abwechselnde Beaufschlagung der Antriebskammern 25, 35 mit Druckluft
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Über die Bewegung der Verbindungsstange 13 wird ebenfalls ein auf der Verbindungsstange 13 befestigtes Pumpelement 41 (Kolben 47 oder Membran 48) bewegt. Durch die oszillierende Hubbewegung in Richtung R1 und R2 wird von den Membranen 21, 31 auf die beiden Medienkammern 45, 46 der Doppelmembranpumpe eingewirkt und deren Volumina abwechselnd vergrößert und verkleinert. Soweit es sich bei dem Pumpelement 41 um einen Kolben 47 handelt, wird dieser in einer Führungsbuchse 93 geführt. Die Medienkammern 45, 46 werden durch den entstehenden Spalt abgedichtet. Das in einem Hub geförderte Volumen der Medienkammern 45, 46 ist bei dem dargestellten Kolben 47 größer als das im gleichen Hub geförderte Volumen der Medienkammern 26, 36 der Membranen 21, 31.
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Die Medienkammern 26, 36 sind jeweils mit einem separaten Auslassventil 61, 63 und Einlassventil 65, 67 verbunden. Die Einlassventile 65, 67 sind im unteren, dagegen die Auslassventile 61, 63 im oberen Bereich der Gehäuseteile 50, 51 angeordnet. Die Medienkammern 26 und 36 münden über Verbindungskanäle in einem gemeinsamen Einlasskanal 57 bzw. einen gemeinsamen Auslasskanal 58.
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Alternativ zu einer Zeitsteuerung kann das Umschaltventil 60 auch in Abhängigkeit von der Position der Verbindungsstange 13 umgeschaltet werden. Dadurch, dass das Magnetelement 56 in die Verbindungsstange 13 integriert ist, kann die Position der Verbindungsstange 13 über den Sensor 55 abgefragt werden. Vorteilhaft an dieser Ausführung ist, dass mit Hilfe des Sensors 55 die genaue Position der Verbindungsstange 13 erfasst und damit der optimale Umschaltpunkt für das Steuerventil 60 bestimmt werden kann. So ist sichergestellt, dass die Verbindungsstange 13 den vollen Hub ausführt und in den Endpositionen keine Umschaltverzögerungen oder Wartezeiten auftreten, die zu einem Anstieg der Pulsation des Medienstroms führen würden.
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Die Ansteuerung des Umschaltventils 60 erfolgt durch eine in den Sensor 55 integrierte Ansteuerung oder durch eine externe Steuerung (SPS), die das Sensorsignal auswertet und eine Umsteuerung des Umschaltventils 60 veranlasst.
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Eine Frequenzregelung der Vorlaufpumpe 18 (Doppelmembranpumpe 20) kann mit Hilfe eines Sensorsignals des Sensors 55 erfolgen. Die Frequenzregelung der Rücklaufpumpe 19 (zweite Pumpe 30 mit Kolben 47 oder mit Membran 48) kann entfallen, da das Förderverhältnis durch die Rücklaufpumpe 19 vorgegeben ist.
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Bezugszeichenliste
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- 10, 10'
- Pumpeinrichtung
- 11
- Fluid
- 12
- Gehäuse
- 13
- Verbindungsstange
- 14
- Endbereich (von 13)
- 15
- Mittelbereich (von 13)
- 16
- Endbereich (von 13)
- 17
- Gehäusezentrum
- 18
- Vorlaufpumpe
- 19
- Rücklaufpumpe
- 20
- Doppelmembranpumpe
- 21
- erste Membran
- 22
- erster Hohlraum
- 23
- Kammer (in 22)
- 24
- Kammer (in 22)
- 25
- Antriebskammer (in 22)
- 26
- Medienkammer (in 22)
- 27
- Einlassbohrung
- 28
- Auslassbohrung
- 29
- erste Pumpe (Doppelmembranpumpe)
- 30
- zweite Pumpe
- 31
- zweite Membran
- 32
- zweiter Hohlraum
- 33
- Kammer (in 32)
- 34
- Kammer (in 32)
- 35
- Antriebskammer (in 32)
- 36
- Medienkammer (in 32)
- 37
- Einlassbohrung
- 38
- Auslassbohrung
- 39
- -
- 40
- Pumpeinrichtung
- 41
- Pumpelement
- 42
- dritter Hohlraum
- 43
- Kammer (in 42)
- 44
- Kammer (in 42)
- 45
- Medienkammer (in 42)
- 46
- Medienkammer (in 42)
- 47
- Kolben
- 48
- Membran
- 49
- Kolbenführungsbuchse
- 50
- Gehäuseteil
- 51
- Gehäuseteil
- 52
- Gehäusedeckel
- 53
- Gehäusedeckel
- 54
- Becken
- 55
- Sensor
- 56
- Magnetelement
- 57
- Einlasskanal
- 58
- Auslasskanal
- 59
- Ventilblock
- 60
- Umschaltventil
- 61
- Ventil
- 62
- Ventil
- 63
- Ventil
- 64
- Ventil
- 65
- Ventil
- 66
- Ventil
- 67
- Ventil
- 68
- Ventil
- 69
- Anschlussblock
- 70
- Anschlussblock
- 71
- Einlasskanal (für 40)
- 72
- Auslasskanal (für 40)
- 73
- Kammerrakel
- 74
- Rasterwalze
- 75
- Druckformzylinder (Klischeezylinder)
- 76
- Gegendruckzylinder
- 77
- Materialbahn
- 78
- Frequenzrückmeldung
- 79
- Lösemitteldosierer
- 80
- Rakelkammer
- 81
- Vorlaufpumpe
- 82
- Rücklaufpumpe
- 83
- Vorratsbehälter
- 84
- Verbindungskanal
- 85
- Verbindungskanal
- 86
- Verbindungskanal
- 87
- Verbindungskanal
- 88
- Verbindungskanal
- 89
- Verbindungskanal
- 90
- Verbindungskanal
- 91
- Verbindungskanal
- 92
- Gleithülse
- 93
- Führungsbuchse
- 100
- Farbfördersystem
- 200
- Farbgebungsanlage
- R1
- Richtung
- R2
- Richtung
- VL
- Vorlauf
- RL
- Rücklauf
- V1
- Volumenstrom (Vorlauf)
- V2
- Volumenstrom (Rücklauf)
- L
- Druckluft
- F
- Frequenzsteuerung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007039964 B4 [0008, 0009]
