DE102018133213A1

DE102018133213A1 - Fördereinheit und Verfahren zum Dosieren hochviskoser oder unter Umgebungsbedingungen ausgasender oder kritischer Medien

Info

Publication number: DE102018133213A1
Application number: DE102018133213.0A
Authority: DE
Inventors: Steffen Roth; Peter Bernard MILITZER
Original assignee: LUTZ JESCO GmbH; LUTZ-JESCO GmbH
Current assignee: LUTZ JESCO GmbH; LUTZ-JESCO GmbH
Priority date: 2018-12-20
Filing date: 2018-12-20
Publication date: 2020-06-25
Also published as: EP3670905A1; ES2841025T3; EP3670905B1

Abstract

Beim Einsatz von Dosierpumpen mit kleinem Fördervolumen kann es insbesondere bei hochviskosen oder unter Umgebungsbedingungen ausgasenden Medien oder Medien im Bereich eines kritischen Punkts zu Problemen beim Fördern kommen. Insbesondere kann dies dazu führen, dass der Dosierkopf nicht vollständig gefüllt ist und dadurch eine undefinierte Menge an Medium dosiert wird. Außerdem kann es zu Kavitation im Dosierkopf kommen, was zu Beschädigungen führt.Gelöst wird dieses Problem durch die Erfindung, indem der Dosierpumpe eine Schlauchpumpe vorgeschaltet wird, welche für eine gleichmäßige Befüllung des Dosierkopfs sorgt. So werden die Vorteile beider Pumpenarten miteinander zu einer besonders vorteilhaften Fördereinheit kombiniert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fördereinheit und ein Verfahren zum Dosieren hochviskoser oder unter Umgebungsbedingungen ausgasender oder kritischer Medien, umfassend eine Dosierpumpe mit einem Dosierkopf zum mengendefinierten Fördern in den Dosierkopf eingebrachten Mediums in eine Ablaufleitung der Dosierpumpe.
Derartige Fördereinheiten sind im Stand der Technik vielfältig bekannt. In diesem Zusammenhang bestehen beim Ansaugen mithilfe von membrangetriebenen Dosierpumpen regelmäßig Probleme mit bestimmten Medien. Dazu gehören insbesondere hochviskose Medien, Medien im Bereich des kritischen Punkts oder auch solche Medien, die aus ihrer Natur heraus zum Ausgasen neigen, also aufgrund ihrer Zusammensetzung teilweise bereits bei Umgebungsdruck den Aggregatzustand ändern. Es kann dazu kommen, dass der Dosierkopf in einem Ansaugzyklus nich komplett gefüllt wird, so dass eine undefinierte Menge dosiert wird. Dies ist bei einer Dosierpumpe natürlich nicht hinnehmbar.
Neben der Problematik der ungenauen Dosierung erhöht sich auch der Verschleiß an der Dosierpumpe durch Kavitation im Dosierkopf, was diesen sowie die hydraulischen Komponenten der Dosierpumpe auf Dauer beschädigt.
Der Stand der Technik bietet hierfür bereits einige Lösungsansätze an. So kann zunächst für einen positiven Zulauf gesorgt werden, also das Medium geodätisch oberhalb der Pumpe gelagert werden, so dass die hierdurch auf das Medium wirkende Schwerkraft die Ansaugung in den Dosierkopf zusätzlich unterstützt.
Auch kann der Dosierkopf selbst modifiziert werden und je nach Art des Mediums etwa mit einer Heizung zur Senkung der Viskosität des Mediums im Dosierkopf, einer vergrößerten Nennweite am Saugventil oder auch mit einer Entlüftungseinrichtung zum Ablassen von Gasblasen aus dem angesaugten Medium, versehen werden.
All diese Möglichkeiten reduzieren die genannten Probleme zwar, beseitigen diese aber nicht vollständig und sind mit einem großen Montageaufwand und nennenswerten Kosten verbunden.
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Fördereinheit vorzuschlagen, die auch bei hochviskosen oder unter Umgebungsbedingungen ausgasenden oder kritischen Medien das Auftreten von Kavitation verhindert und eine exakte Dosierung ermöglicht.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Fördereinheit zum Dosieren hochviskoser oder unter Umgebungsbedingungen ausgasender oder kritischer Medien gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1. Weiter wird die Aufgabe gelöst durch ein solches Verfahren gemäß den Merkmalen der nebengeordneten unabhängigen Ansprüche 6 und 10. Weitere sinnvolle Ausgestaltungen sowohl der Fördereinheit als auch des Verfahrens können den sich jeweils anschließenden abhängigen Ansprüchen entnommen werden.
Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, eine Dosierpumpe herkömmlicher Bauart zu verwenden, welche vorzugsweise mit einer Membran betrieben wird. Wie aus dem Stand der Technik bekannt, wird der Dosierkopf einer solchen Dosierpumpe über eine Zulaufleitung mit einem Medium versorgt, wobei der Dosierkopf das Medium über die Zulaufleitung ansaugt. Jedoch ist der Zulaufleitung eine Schlauchpumpe vorangeschaltet, welche zusätzlich zu der Saugleistung der Dosierpumpe selbst das Medium in Richtung der Dosierpumpe fördert.
In einer Schlauchpumpe wird die Zulaufleitung mehr oder minder um einen Rotor herumgelegt, welcher über einander gegenüberliegende Rollen oder Gleitschuhe die Zulaufleitung abklemmt. Durch eine Drehung des Rotors wird der Inhalt der Zulaufleitung zwischen den Rollen oder Gleitschuhen in Drehrichtung weitergefördert. Eine solche Lösung erlaubt eine zuverlässige Förderung auch von hochviskosen oder unter Umgebungsbedingungen ausgasenden oder kritischen Medien und schafft es dadurch, bei entsprechender Auslegung das Medium kontinuierlich in den Dosierkopf der Dosierpumpe hineinzufördern.
Begrifflich gehen die Zulaufleitung der Schlauchpumpe und die Ablaufleitung der Schlauchpumpe ineinander über, da die Schlauchpumpe nicht zwischen zwei Leitungen, sondern um eine durchgehende Leitung herum aufgebaut ist. Bei einem direkten Anschluss an den Dosierkopf der Dosierpumpe wirkt die gleiche Leitung weiter als Zulaufleitung der Dosierpumpe. Es handelt sich jedoch aufgrund der Funktionsweise der Schlauchpumpe stets um dieselbe Leitung.
Dadurch, dass der Dosierkopf nicht mehr lediglich aus eigener Kraft das Medium ansaugen muss, sondern vielmehr das Medium stets unter dem Förderdruck der Schlauchpumpe vor dem Dosierkopf ansteht, kann die Dosierpumpe nunmehr eine gleichbleibend exakte Dosierung gewährleisten, ohne eine zusätzliche Beheizungseinrichtung oder Entlüftung vorzusehen.
Eine solche Schlauchpumpe kann der Dosierpumpe auch baueinheitlich zugeordnet sein, dergestalt, dass die Zulaufleitung bei Bedarf durch die Schlauchpumpe hindurchgelegt werden kann, wenn die eingangs genannten kritischen Medien gefördert werden sollen.
Damit das Medium stets unter ausreichendem Druck an dem Dosierkopf anliegt, kann mit einigem Vorteil die Schlauchpumpe so ausgelegt sein, dass ein von ihr erzeugter erster Fördervolumenstrom wenigstens gleich groß ist wie ein von der Dosierpumpe erzeugter zweiter Fördervolumenstrom.
Alternativ ist es auch möglich, die Schlauchpumpe und die Dosierpumpe im Wechsel zu betreiben. Dann fährt die Dosierpumpe nach einem Ausfördern des Inhalts des Dosierkopfs in eine offene Endlage, signalisiert diese Endlage, vorzugsweise über einen Lagesensor an die Schlauchpumpe, die wiederum daraufhin beginnt, den Dosierkopf zu füllen, soweit dies nicht bereits durch die Saugwirkung der Dosierpumpe selbst bereits erfolgt ist. Mithilfe eines Drucksensors kann zudem erfasst werden, wann das Medium im Dosierkopf in ausreichender Menge anliegt, so dass dann der nächste Förderzyklus der Dosierpumpe beginnen kann.
In einer Variante der Erfindung kann zwischen der Schlauchpumpe und der Dosierpumpe ein Ausgleichsgefäß vorgesehen sein, welches über die Schlauchpumpe befüllt werden kann und aus dem die Dosierpumpe durch eigene Saugwirkung herausfördert. In diesem Fall könnte die Beheizung, Entlüftung und geödätisch erhöhte Lagerung nicht auf die Dosierpumpe bzw. den Medienbehälter angewendet werden, sondern es würde ausreichen, das Ausgleichsgefäß dergestalt vorzusehen. Auch könnte wiederum die Saugwirkung der Dosierpumpe durch die Anordnung einer Überdruckpumpe in dem Ausgleichsgefäß verbessert werden.
Die vorstehend beschriebene Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen

1 eine Fördereinheit, bestehend aus einer Dosierpumpe mit einer vorgeschalteten Schlauchpumpe in einer schematischen Darstellung, sowie
2 eine Variante der Fördereinheit gemäß 1 mit einem zwischen der Schlauchpumpe und der Dosierpumpe zwischengeschalteten Ausgleichsgefäß in einer schematischen Darstellung.

1 zeigt eine Fördereinheit 1, welche aus einer Dosierpumpe 2 und einer Schlauchpumpe 6 aufgebaut ist. Die Dosierpumpe speist sich über eine Zulaufleitung 4 aus einem Medienbehälter 10 mit einem zähflüssigen Medium 11. Um sicherzustellen, dass die Dosierpumpe 2 nicht aufgrund von Ansaugproblemen unsauber dosiert, wird ihr Dosierkopf 3 von der Schlauchpumpe 6 unterstützt, in welche die Zulaufleitung 4 der Dosierpumpe 2 eingelegt ist, wodurch diese in eine Zulaufleitung 7 der Schlauchpumpe und eine Ablaufleitung 8 der Schlauchpumpe geteilt wird. Ein freies Ende der Zulaufleitung 7 taucht in den Medienbehälter 10 ein, so dass die Schlauchpumpe 6 in an sich bekannter Art und Weise Medium 11 aus dem Medienbehälter 10 ansaugt.
Dies erfolgt über einen Rotor, um den die Zulaufleitung 7 herumgelegt ist und welcher Rollen- oder Gleitelemente aufweist, welche die Zulaufleitung zudrücken. Aufgrund der Rotation des Rotors wird ein zugedrückter Bereich der Zulaufleitung um den Rotor weitergefördert, was sich bei fortgesetzter Rotation fortwährend wiederholt. Es ist hierdurch möglich, auch viskose Medien, sowie ausgasende Medien und Medien im Bereich eines kritischen Punktes gleichmäßig zu fördern.
Auf diese Weise befüllt die Schlauchpumpe 6 den Dosierkopf 3 der Dosierpumpe 2, der wiederum aufgrund seiner zuverlässigen Befüllung in der Lage ist, gleichmäßig über eine Ablaufleitung 8 in einen nachgeschalteten Prozess 12 zu dosieren.
Zunächst kann die Schlauchpumpe 6 dabei kontinuierlich arbeiten und dafür sorgen, dass stets ein gleichbleibender Mediendruck an einer Saugseite des Dosierkopfs 3 anliegt. Hierfür ist es insbesondere erforderlich, dass ein von der Schlauchpumpe 6 erzeugter Fördervolumenstrom größer ist als ein von der Dosierpumpe 2 erzeugter Fördervolumenstrom in Richtung des Prozesses 12.
Alternativ ist es aber auch möglich, die Lage einer Membran im Dosierkopf 3 mittels eines Lagesensors elektrisch zu erfassen und dieses Signal an die Schlauchpumpe 6 zu übermitteln. Bei Erreichen einer Endlage der Membran in einem Zustand, in dem eine Dosierkammer des Dosierkopfs 3 ihre maximale Ausdehnung erreicht, wird die Schlauchpumpe 6 zugeschaltet und fördert so lange Medium in den Dosierkopf 3, bis mittels eines Drucksensors festgestellt wird, dass der Dosierkopf, mithin die Dosierkammer, vollständig gefüllt ist. Dann wird die Schlauchpumpe 6 gestoppt und die Dosierpumpe 2 fördert das in dem Dosierkopf 3 enthaltene Medium 11 über die Ablaufleitung 5 in den Prozess 12. Danach fährt die Membran wieder in die Endlage und der Vorgang wiederholt sich erneut.
2 zeigt eine Variante der soeben beschriebenen Ausgestaltung der Fördereinheit, bei der die Schlauchpumpe 6 nicht direkt in den Dosierkopf 3, sondern vielmehr in ein Ausgleichsgefäß 9 fördert, welches geodätisch oberhalb des Dosierkopfs 3 gelagert ist. Während die Schlauchpumpe 6 einen gleichmäßigen Zustrom in das Ausgleichsgefäß 9 ermöglicht, erfolgt aus dem Ausgleichsgefäß heraus ein positiver Zustrom in den Dosierkopf 3 hinein, was durch eine Überdruckpumpe in dem Ausgleichsgefäß 9 noch unterstützt werden kann. Um die Viskosität des Mediums 11 zu senken, kann dem Ausgleichsgefäß 9 ferner noch eine Heizung zugeordnet sein, mit der das Medium 11 erwärmt wird, so dass es mit geringerer Viskosität in die Dosiermpumpe 2 gefördert werden kann.
Vorstehend beschrieben ist somit eine Fördereinheit, bei welcher der Dosierkopf einer Dosierpumpe mithilfe einer vorgeschalteten Schlauchpumpe befüllt wird und die dadurch auch bei hochviskosen oder unter Umgebungsbedingungen ausgasenden oder kritischen Medien das Auftreten von Kavitation verhindert und eine exakte Dosierung ermöglicht.
Bezugszeichenliste

1: Fördereinheit
2: Dosierpumpe
3: Dosierkopf
4: Zulaufleitung
5: Ablaufleitung
6: Schlauchpumpe
7: Zulaufleitung
8: Ablaufleitung
9: Ausgleichsgefäß
10: Medienbehälter
11: Medium
12: Prozess

Claims

Fördereinheit zum Dosieren hochviskoser oder unter Umgebungsbedingungen ausgasender oder kritischer Medien (11), umfassend eine Dosierpumpe (2) mit einem Dosierkopf (3) zum mengendefinierten Fördern in den Dosierkopf (3) eingebrachten Mediums (11) in eine Ablaufleitung (5) der Dosierpumpe (2), dadurch gekennzeichnet, dass der Dosierkopf (3) zulaufseitig mit der Ablaufleitung (8) einer Schlauchpumpe (6) zur Befüllung des Dosierkopfs (3) verbunden ist, während eine Zulaufleitung (7) der Schlauchpumpe (6) mit einem Medienbehälter (10) verbunden ist.
Fördereinheit gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlauchpumpe (6) derart ausgelegt ist, dass ein von ihr erzeugter erster Fördervolumenstrom wenigstens gleich groß ist wie ein von der Dosierpumpe (2) erzeugter zweiter Fördervolumenstrom.
Fördereinheit gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Dosierpumpe (2) wenigstens einen Lagesensor zur Detektion der Endlagen einer Membran im Dosierkopf (3) zugeordnet sind und die Schlauchpumpe (6) mit diesem Lagesensor datenverbunden ist.
Fördereinheit gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablaufleitung (8) der Schlauchpumpe (6) ein Ausgleichsgefäß (9) aufweist, welches vorzugsweise geodätisch oberhalb des Dosierkopfs (3) der Dosierpumpe (2) gelagert ist.
Fördereinheit gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem Ausgleichsgefäß (9) eine Heizung, eine Überdruckpumpe und/oder ein Entlüftungsventil zugeordnet ist.
Verfahren zum Dosieren hochviskoser oder unter Umgebungsbedingungen ausgasender oder kritischer Medien (11) mittels einer Dosierpumpe (2), welche einen Dosierkopf (3) aufweist, aus dem das Medium (11) in eine Ablaufleitung (5) der Dosierpumpe (2) ausgefördert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Dosierkopf (3) mithilfe einer Schlauchpumpe (6) mit Medium (11) befüllt wird, welche eine mit einem Medienbehälter (10) verbundene Zulaufleitung (7) aufweist und deren Ablaufleitung (8) zulaufseitig mit dem Dosierkopf (3) verbunden ist.
Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Befüllung des Dosierkopfs (3) fortlaufend stattfindet, wobei ein von der Schlauchpumpe (6) erzeugter erster Fördervolumenstrom wenigstens gleich groß ist wie ein von der Dosierpumpe (2) erzeugter zweiter Fördervolumenstrom.
Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosierpumpe (2) nach einem Förderzyklus in eine Endlage fährt, wodurch wenigstens ein dem Dosierkopf (3) zugeordneter Lagesensor zur Detektion der Endlage das Erreichen der Endlage an die Schlauchpumpe (6) signalisiert, daraufhin die Schlauchpumpe (6) den Dosierkopf (3) der Dosierpumpe (2) befüllt, welcher nach Abschluss seiner Befüllung das eingebrachte Medium (11) in einem neuen Förderzyklus in die Ablaufleitung (5) der Dosierpumpe (2) ausfördert.
Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschluss der Befüllung des Dosierkopfs (3) entweder in der Schlauchpumpe (6) oder im Dosierkopf (3) selbst, vorzugsweise mithilfe eines Drucksensors, detektiert wird und die Detektion des Abschlusses der Befüllung das Ausfördern durch den Dosierkopf (3), sowie einen Stopp der Schlauchpumpe (6) auslöst.
Verfahren zum Dosieren hochviskoser oder unter Umgebungsbedingungen ausgasender oder kritischer Medien (11) mittels einer Dosierpumpe (2), welche einen Dosierkopf (3) aufweist, aus dem das Medium (11) in eine Ablaufleitung (5) der Dosierpumpe (2) ausgefördert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Dosierkopf (2) mit einem Ausgleichsgefäß (9) verbunden ist, welches mithilfe einer Schlauchpumpe (6) mit Medium (11) aus einem Medienbehälter (10) befüllt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichsgefäß (9) geodätisch oberhalb des Dosierkopfes (3) der Dosierpumpe (2) gelagert ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass dem Ausgleichsgefäß (9) eine Heizung, eine Überdruckpumpe und/oder ein Entlüftungsventil zugeordnet ist.