DE102020116815A1

DE102020116815A1 - Pump-Einheit, damit ausgestattete Lagervorrichtung sowie Verfahren zum Betreiben der Pump -Einheit

Info

Publication number: DE102020116815A1
Application number: DE102020116815.2A
Authority: DE
Inventors: Andreas Hoibl
Original assignee: Scheugenpflug GmbH
Current assignee: Scheugenpflug GmbH
Priority date: 2020-06-25
Filing date: 2020-06-25
Publication date: 2021-12-30

Abstract

Um die bei einer Entleervorrichtung für einen Vorratsbehälter (101) in der Regel zwei vorhandenen, abwechselnd fördernden Pump-Einheiten (1) einerseits möglichst kostengünstig und andererseits gering verschleißend zu gestalten, sind beide Pump-Einheiten (1) mit einer Förderpumpe (1.1) in Form einer Membran-Pumpe ausgestattet, die angetrieben wird von einer Arbeitszylinder-Einheit (1.2); die insbesondere pneumatisch betrieben wird.Unabhängig von der Art des Antriebes der Förderpumpe (1.1) wird die axiale Position des Antriebsstössels (9) für die Membran (4) oder der Membran (4) selbst ständig detektiert und die Pump-Einheit (1) hierüber gesteuert.

Description

I. Anwendungsgebiet
Die Erfindung betrifft eine Pump-Einheit, um damit flüssige und vor allem viskose Stoffe wie etwa Kleber und Harze zu transportieren, sowie eine Lagervorrichtung, die einen Vorratsbehälter für solche Materialien umfasst, aus dem mittels einer solchen Pump-Einheit diese Materialien zu einem nachgelagerten Verbraucher gepumpt werden können.
II. Technischer Hintergrund
Gerade pastöse Materialien - z.B. Vergussmassen, um elektronische Schaltungen feuchtigkeitsdicht zu vergießen oder Kleber, um Bauteile dicht miteinander zu verbinden - werden in der Industrie häufig mittels entsprechenden, automatisierten Ausbringungsverfahren über Dosier-Automaten auf den entsprechenden Bauteilen aufgebracht, und müssen dementsprechend ständig mit dem entsprechenden Material versorgt werden.
Zu diesem Zweck ist ein solcher Verbraucher über Leitungen mit einer Lagervorrichtung verbunden, in der sich in einem meist topfförmigen Vorratsbehälter das entsprechende Material befindet. In der Leitung, die von einer meist tiefliegenden Entnahmeöffnung dieses Vorratsbehälters zum Verbraucher führt, ist eine Pump-Einheit angeordnet, die den Transport dieses viskosen Materials bewirkt.
Ein Problem besteht darin, dass diese Materialien häufig abrasive Feststoffe in fein verteilter Form enthalten, weshalb hierfür bestimmte Pumpenbauformen, bei denen zwei Gleitflächen aneinander gleiten, zwischen welche das abrasive Material gelangen kann, weniger in Betracht kommen, weil dies zu einem sehr schnellen Verschleiß an den Gleitflächen führt.
Hierzu zählen sowohl kontinuierlich arbeitende Schneckenpumpen, als auch Kolbenpumpen.
Deshalb und aus Verschleißgründen werden häufig Förderpumpen eingesetzt, die ein elastisches Element aus einem im Vergleich zu Metall relativ weichen Material umfassen wie etwa Membran-Pumpen oder Faltenbalg-Pumpen, die zwar diskontinuierlich, nämlich hubweise, arbeiten, aber einem geringen Verschleiß unterliegen, da keine Relativbewegung zwischen 2 etwa gleich harten Materialien erfolgt an Stellen, die das zu fördernde abrasive Material erreichen kann.
Dennoch sind die dabei verwendeten elastischen Elemente, insbesondere Membranen, hoch belastet und können auch Reisen, was möglichst vermieden werden soll und wenn dann sofort erkannt werden soll.
Für das Transportieren zum Behälter ist - bei einer nicht kontinuierlich arbeitenden Pumpe - nicht unbedingt ein sehr präzise einzuhaltendes Volumen bei jedem Pumpenhub Voraussetzung, jedoch ein ausreichender Versorgungsdruck, damit der Verbraucher jederzeit ausreichend mit Material versorgt wird.
Denn dieser Versorgungsdruck, der auch vorliegt, wenn der Verbraucher kein Material entnimmt kann einbrechen, wenn der Verbraucher Material aus der Pump-Einheit entnimmt, vor allem wenn dies relativ schnell geschieht. Dieser Versorgungsdruck soll dabei jedoch nicht bis auf Null absinken, weshalb - insbesondere abhängig vom Verbraucher - der Materialdruck an der Auslassöffnung bei inaktivem Verbraucher ein vorgegebener Solldruck sein soll.
Sobald diese Entnahme beendet ist, wird der Versorgungsdruck an der Auslassöffnung der aktiven Pump-Einheit und damit der Versorgungsdruck des Verbrauchers wieder ansteigen.
III. Darstellung der Erfindung
a) Technische Aufgabe
Es ist daher die Aufgabe gemäß der Erfindung, eine Pump-Einheit mit einer Förderpumpe, die ein elastisches Element aufweist, insbesondere eine Membran-Förderpumpe, zur Verfügung zu stellen, bei der eine Undichtigkeit der Fördermembran nur geringen Schaden anrichtet und schnell erkannt wird und die darüber hinaus im Bedarfsfall schnell und einfach auszutauschen ist.
Ferner ist es die Aufgabe gemäß der Erfindung, ein geeignetes Verfahren zum Betreiben einer solchen Pump-Einheit zur Verfügung zu stellen,
b) Lösung der Aufgabe
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1, 20 und 22 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Wie jede Pump-Einheit umfasst auch eine gattungsgemäße Pump-Einheit für pastöses Material eine Förderpumpe, die ein sich relativ zum Förderpumpen-Gehäuse bewegbares Pump-Element aufweist, sowie einen Förderpumpen-Antrieb für diese Förderpumpe.
Bei einer bekannten Pump-Einheit ist das Pumpelement ein elastisches Element, insbesondere eine Membran oder ein Faltenbalg.
Bei einer Faltenbalg-Pumpe, ist ein Pump-Kolben in einem Pumpen-Gehäuse axial beweglich, jedoch liegt der Pump-Kolben mit seinem Außenumfang nicht dicht - sei es über Dichtungen oder Kolbenringe - an der Zylinderwandung an und verschiebt sich entlang dieser, sondern endet radial im Abstand zu der Innenumfangswand des Zylinders, wobei ein hülsenförmiger, elastischer Förder-Balg, meist ein Förder-Faltenbalg, mit seiner einen ringförmigen Endkante am Außenumfang des Pumpkolben dicht befestigt ist und mit seiner anderen ringförmigen Endkante am Pumpen-Gehäuse.
Bei einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung einer solchen Faltenbalg-Pumpe ist als 2. elastisches Element vorzugsweise ebenfalls ein Faltenbalg auf der vom Material abgewandten Seite des Förder-Faltenbalges angeordnet.
Eine andere, hier im Focus stehende, Pumpenart ist eine sogenannte Membran-Pumpe, bei der eine elastische, etwa plattenförmige Förder-Membran den Pumpen-Hohlraum im Pumpengehäuse - meist gebildet durch zwei glockenförmige oder napfförmige, mit den offenen Seiten dicht gegeneinander befestigte Gehäuseteile - in einen Förderraum und einen Antriebsraum unterteilt, und an ihrem äußeren Rand umlaufend dicht gegenüber dem Pumpengehäuse befestigt ist, beispielsweise zwischen den beiden gegeneinander gepressten, verschraubten Gehäusehälften dicht befestigt ist.
Durch Bewegen der Förder-Membran quer zu ihrer Hauptebene wird der Förderraum abwechselnd vergrößert und verkleinert, sodass durch entsprechende Ein- und Auslassventile mittels der Förder-Membran aus dem bei maximalem Volumen mit dem Material gefüllten Förderraum beim Verringern seines Volumens das darin beinhaltete Material durch eine Auslassöffnung herausgepresst und gefördert wird und beim Vergrößern seines Volumens durch die Einlassöffnung mit Material gefüllt wird.
Gerade die Bauform als Membran-Pumpe, die für die vorliegende Erfindung im Vordergrund steht, ist verschleißarm sowie einfach und kostengünstig herzustellen, da die einzelnen Bauteile hierfür aufgrund nur weniger und noch dazu ebener Passflächen kostengünstig herzustellen sind, im Gegensatz zu einer Kolbenpumpe.
Alle folgenden Aussagen bezüglich der Membran-Pumpe gelten sinngemäß auch für eine Faltenbalg-Pumpe.
Erfindungsgemäß ist neben dem ersten elastischen Element, welches mit dem zu fördernden Material in Kontakt steht und deshalb Förder-Element genannt wird, ein zweites elastisches Element vorhanden, welches die Pump-Einheit, insbesondere das Förder-Element, in seiner Funktion unterstützt und deshalb Unterstützungs-Element genannt wird - bei einer Membran-Pumpe also Unterstützungs-Membran - die auf der vom Material abgewandten Seite des Förder-Elementes, insbesondere der Förder-Membran, angeordnet ist.
Vorzugsweise sind die beiden Membranen in Bewegungs-Richtung zueinander beabstandet durch einen Zwischen-Raum, insbesondere in dem Zentral-Bereich der Membranen, also dem vom äußeren Rand beabstandeten mittleren Bereich der Membranen. Als Zentrum wird dabei in der Aufsicht auf die Hauptebene der Membran betrachtet der konkrete geometrische Mittelpunkt bezeichnet, bei einer unrunden oder nicht polygonen Form kann dies auch der Schwerpunkt sein.
Unter der Hauptebene des elastischen Elementes, insbesondere einer Membran, wird die durch die ringförmige Einspannung dieses elastischen Elementes definierte Ebene verstanden, bei einem Faltenbalg eine dieser beiden Ebenen, die jedoch in aller Regel parallel zueinander liegen.
Vorzugsweise ist die Unterstützungs-Membran wie die Förder-Membran mit ihrem umlaufenden Rand im umgebenden Förderpumpen-Gehäuse befestigt, insbesondere dicht befestigt, wie auch die Förder-Membran.
Die beiden Membranen können auch einstückig miteinander ausgebildet sein, indem sie sich beispielsweise im Querschnitt betrachtet von einem gemeinsamen, außen umlaufenden Rand aus in Richtung des Zentralbereiches verlaufend auf diesem Weg verzweigen.
Der Vorteil eines solchen Unterstützungs-Elementes, insbesondere Unterstützungs-Membran - im Folgenden ist nur noch von einer Unterstützungs-Membran die Rede, ohne die Erfindung auf die Form einer Membran als elastisches Element zu begrenzen - hat unterschiedliche Vorteile je nach Anordnung und Verwendung der Unterstützungs-Membran.
Den folgenden konkreten Ausführungen liegt auch die Überlegung zugrunde, dass zwei Membranen mit einer bestimmten Dicke einzeln jeweils elastischer sind, als eine einzige Membran aus dem gleichen Material, aber mit der Summe dieser beiden Dicken.
Bei einer ersten Bauform sind die beiden Membranen mechanisch miteinander verbunden, insbesondere in Bewegungsrichtung der Förder-Membran oder der beiden Membranen gekoppelt:

Hierfür sind die beiden Membranen in ihrem vom außen umlaufenden Rand beabstandeten Zentralbereich, insbesondere im Zentrum der beiden Membrane - die vorzugsweise fluchtend, insbesondere gleich groß, ausgebildet und angeordnet sind - miteinander gekoppelt, insbesondere mittels eines die beiden Membrane verbindenden, zugfesten und / oder druckfesten Verbindungselements, welches sich vorzugsweise in Bewegungsrichtung erstreckt.

Dann können sich die beiden Membrane in ihrem Zentral-Bereich, also in dem Bereich in dem das Verbindungselement angeordnet ist, synchron miteinander in Bewegungsrichtung bewegen, vorzugsweise in beiden Bewegungsrichtungen.
Dabei können die beiden Membranen bereichsweise aneinander anliegen, beispielsweise wenn das Verbindungselement so kurz ist, dass in diesem Bereich die Membranen aneinander anliegen, oder auch abseits des Verbindungsbereiches, dann in einem meist ringförmigen Bereich um den Verbindungsbereich herum, was von der Formgebung der Membranen abhängt und auch vom momentanen Bewegungszustand in Bewegungsrichtung.
Vorzugsweise sind die beiden Membranen mit ihren Rändern in Bewegungsrichtung beabstandet zueinander am oder im umgebenden Förderpumpen-Gehäuse befestigt, sodass sich allein dadurch zwischen den beiden Membranen ein Zwischen-Raum ausgebildet wird, selbst wenn die beiden Membranen in ihrem mittleren Bereich aneinander anliegen.
Die beiden Membranen können auch einstückig ausgebildet sein, beispielsweise einen gemeinsamen, umlaufenden Rand besitzen, mit dem sie in dem Gehäuse dicht befestigt sind, und erst radial weiter innen getrennte Membranen bilden.
Abhängig von der jeweiligen Variante werden unterschiedliche Vorteile erzielt:
Sofern die Membranen zumindest bereichsweise aneinander anliegen, stützt die Unterstützungs-Membran die Förder-Membran durch Kontakt ab und verringert dadurch deren Belastung. Im Verbindungsbereich kann dies der Fall sein durch das vorhandene Verbindungselement.
Falls die beiden Membrane außer über das Verbindungselement keinen Kontakt zueinander haben, kann der durch das Verbindungselement bewirkte Stützeffekt verstärkt werden, wenn beispielsweise im Zwischenraum zwischen den beiden Membranen ein druckdichter zwischen-Raum gebildet ist, der vorzugsweise unter einem Druck steht, der gleich oder gar größer des im Förderraum der Förder-Pumpe auftretenden Förderdruck ist.
Bevorzugt sollte der Druck im Zwischenraum immer mit dem Druck im Förderraum übereinstimmen, unabhängig von der Funktionsstellung der Förder-Membran.
Das Verbindungselement kann Teil eines Antriebs-Stößels sein, der auf der vom Förderraum abgewandten Antriebsseite der Förder-Membran in deren Zentralbereich, vorzugsweise in deren Zentrum, angreift und die Förder-Membran antreibt, also in Bewegungsrichtung vor und zurück bewegt.
Dann durchläuft der Antriebs-Stößel die dahinterliegende Unterstützungs-Membran durch einen in dieser vorhandenen Membran-Durchlass, wobei dann vorzugsweise die Unterstützungs-Membran mit dem Innenumfang ihres Membran-Durchlasses dicht an dem Antriebs-Stößel befestigt ist.
Verbindungselement und Antriebs-Stößel können jedoch auch getrennte Teile sein, sodass das Verbindungselement, beispielsweise ein zwischen-Stössel, nur an der Antriebsseite der Förder-Membran und der der Förder-Membran zugewandten Vorderseite der Unterstützungs-Membran befestigt ist, der Antriebs-Stößel dagegen nur an der von der Förder-Membran abgewandten Rückseite der Unterstützungs-Membran angreift und vorzugsweise an dieser befestigt ist.
Diese Bauform hat den Vorteil, dass die Unterstützungs-Membran innerhalb des umlaufenden Randes, insbesondere wie die Förder-Membran, dicht durchgeht und keinen Membran-Durchlass aufweisen muss, der an einem anderen Bauteil dicht befestigt werden muss.
Bei einer zweiten Bauform sind die Membranen durch kein mechanisches Element fest miteinander gekoppelt, können bereichsweise aneinander anliegen oder sich nicht berühren.
Sofern die Förder-Pumpe mittels eines Antriebs-Stößels angetrieben wird, reicht dieser dann nur bis zur Antriebsseite der Unterstützungs-Membran, und treibt die Unterstützungs-Membran an. Die Weitergabe dieser Bewegung an die Förder-Membran kann dann statt eines mechanischen Verbindungselementes durch das direkte aneinander Anliegen der beiden Membrane oder durch den in dem dicht ausgebildeten Zwischenraum zwischen den Membranen vorherrschenden Druck und ein dort vorhandenes Druck-Medium erfolgen.
In beiden Fällen wird die Förder-Membran durch die Unterstützungs-Membran mechanisch abgestützt und unterliegt dadurch einer geringeren Belastung durch die dann mögliche große Kontaktfläche.
Eine Weitergabe der Antriebsbewegung, von der Unterstützungs-Membran an die Förder-Membran erfolgt vorzugsweise durch die dichte Ausbildung des Zwischen-Raumes, der bei dicht aneinander liegenden Membranen vom Volumen her zwar sehr gering sein kann, aber nichts destotrotz gegeben ist, insbesondere allein dadurch, dass die beiden Membrane an axial, also in Bewegungsrichtung, beabstandeten Stellen mit ihrem umlaufenden Rand im Gehäuse der Pumpe befestigt sind.
Eine dritte Bauform besteht darin, dass die beiden Membranen sich nicht gegenseitig berühren und auch nicht durch ein Verbindungselement mechanisch miteinander verbunden sind.
Auch dann reicht der ggfs. vorhandene Antriebs-Stößel nur bis zur Unterstützungs-Membran, und unabhängig vom Vorhandensein eines Antriebs-Stößels wird auf jeden Fall nur diese Unterstützungs-Membran angetrieben.
Die Weitergabe des Antriebs von der Unterstützungs-Membran auf die Förder-Membran kann dann nur über den dazwischen vorhandenen, abgedichteten Zwischenraum und das darin angeordnete Medium, ein Gas oder eine Flüssigkeit, erfolgen.
Die Unterstützungs-Membran kann mit dem erwähnten Antriebsstössel, der Teil einer Arbeit Zylinder-Einheit sein kann, angetrieben werden oder auch nur durch Druckbeaufschlagung mittels eines Druckmediums, vorzugsweise abwechselnd auf den beiden Seiten der Unterstützungs-Membran.
Der Antriebsstössel kann aber auch von anderen Arten von Antrieben in Bewegung versetzt werden, sei es von einem Elektromotor, einem Exzenterantrieb, einer weiteren Membranpumpe oder - erfindungsgemäß bevorzugt - dem Kolben eines Arbeitszylinders, der vorzugsweise pneumatisch betrieben wird.
Das Vorsehen einer Unterstützungs-Membran hat weiterhin den Vorteil, dass zwischen dem mit Material gefüllten Förderraum und dem Pumpen-Antrieb eine zweite Dichtungsebene vorhanden ist für den Fall, dass die Förder-Membran undicht wird.
Dementsprechend kann ein Undichtigkeits-Sensor - egal welcher Bauform - eine Undichtigkeit der Förder-Membran detektieren, der dann vorzugsweise im Zwischenraum zwischen den beiden Membranen angeordnet ist oder zumindest in diesem Zwischenraum detektiert.
Ein solcher Undichtigkeits-Sensor kann beispielsweise ein Flüssigkeits-Sensor sein, der das Eindringen von Flüssigkeit auf der Antriebsseite der Förder-Membran detektiert und beispielsweise in der Wandung des Pumpen-Raumes im Bereich des Zwischenraumes zwischen den beiden Membranen angeordnet sein kann.
Es gibt jedoch auch andere Möglichkeiten, abhängig von der Bauform der Membran-Pumpe:
Wenn die beiden Membranen einander im normalen Betrieb nicht berühren, insbesondere auch kein Verbindungselement zwischen beiden vorhanden ist, und im Zwischenraum unter normalen Umständen und bei nicht beschädigten Membranen ein bestimmter Normal-Druck herrscht - der keineswegs konstant sein muss - so kann eine Undichtigkeit in der Förder-Membran auch dazu führen, dass dadurch die beiden Membranen in Kontakt zueinander geraten, was durch einen Kontakt-Sensor, insbesondere angeordnet in einer der beiden Membranen, detektiert werden kann.
So könnten beispielsweise die einander zugewandten Flächen der beiden Membranen elektrisch leitend ausgebildet sein und der Kontakt-Sensor ein elektrischer Sensor, der die elektrische Kontaktierung zwischen beiden detektiert.
Ein Undichtigkeits-Sensor könnte auch ein Druck-Sensor sein, der eine Druckveränderung in dem Zwischenraum zwischen den beiden Membranen detektiert und bei Abweichen von dem dort bei dichten Membranen herrschenden Druck ein Warm-Signal abgibt.
Der Zwischenraum kann auch eine Leitungs-Verbindung, also einem Druck-Anschluss nach außerhalb des Gehäuses aufweisen, was sinnvollerweise bereits dann der Fall sein wird, wenn der Zwischenraum mit einem unter Druck stehenden Medium gefüllt werden soll.
Über eine solche Verbindung nach außen können jedoch auch anderer Zwecke erfüllt werden, beispielsweise um im Falle der Undichtigkeit der Förder-Membran diesen Zwischenraum zu spülen, und dadurch dort eingetretenes Material zu entfernen mit dem Zweck, danach nur die Förder-Membran wechseln zu müssen und nicht auch die - nach wie vor dichte - Unterstützungs-Membran.
Eine solche Verbindung nach außen kann weiterhin dazu genutzt werden, um den Zwischenraum zu evakuieren, was bei eng aneinander angeordneten Membranen dazu führen kann, dass diese über einen großflächigen Stützbereich aneinander anliegen - vor allem bei der Bauform ohne mechanisch koppelndes Verbindungselement zwischen den beiden Membranen - und dennoch die beiden Membranen entlang ihrer Hauptebene frei aneinander gleiten können, was in den unterschiedlichen Bereiche n der Membranen unabhängig voneinander möglich sein sollte für das bilden von Aufwerfungen quer zur Hauptebene einer Membran aufgrund der Bewegung in axialer Richtung.
Positionssensor:
Vorzugsweise wird die Position des Förderpumpen-Antriebes, insbesondere des Antriebsstössels und/oder der Unterstützungs-Membran, durch einen Positionssensor überwacht, zumindest das Erreichen von dessen Endlagen. Vorzugsweise findet über den gesamten Bewegungsweg eine Detektion der Position des Förderpumpen-Antriebes, insbesondere des Antriebsstössels, statt.
Wenn der Förderpumpen-Antrieb eine Arbeitszylinder-Einheit ist, kann als Positionssensor ein Abstandssensor verwendet werden, der meist auf der vom Pumpelement, meist der Membran, abgewandten Rückseite des Antriebs-Stössels angeordnet ist, der in diesem Fall gleichzeitig der Kolben oder die Kolbenstange des Arbeitszylinders ist, und den Abstand des in der Regel ortsfest im Zylinder montierten Abstands-Sensors zu dieser Rückseite misst.
Das Gleiche, also eine Messung des axialen Abstandes zu einem ortsfest, vorzugsweise im Arbeitsraum, montierten Abstands-Sensors, kann stattdessen oder ergänzend auch für die Position der Membran der Förderpumpe vorgesehen sein.
Alternativ könnte die Mantelfläche des Kolbens zumindest in einem Bereich des Umfanges schräg zur axialen Richtung des Kolbens verlaufen, und ein ortsfest in der Wandung des Zylinders angeordneter Abstands-Sensor könnte den radialen Abstand zu dieser Schräge messen, der sich je nach axialer Position des Kolbens ändert. Hierfür darf der Bewegungsweg des Kolbens jedoch nicht größer sein als seine axiale Erstreckung.
Das Gleiche kann stattdessen oder ergänzend auch für die Position der Förder-Membran der Förderpumpe vorgesehen sein.
Form der Kontaktfläche des Antriebsstößels:
Die Kontaktfläche des Antriebs-Stössels, insbesondere der Kolbenstange des Arbeitszylinders, zur Membran, an welcher er angreift, ist häufig in Bewegungs-Richtung betrachtet nicht klein und quasi punktförmig, sondern scheibenförmig oder ringförmig mit einer erheblichen Ausdehnung.
Dadurch werden punktuelle Überlastungen der Membran beim Beaufschlagen vermieden.
Vorzugsweise besitzt zumindest die Förder-Membran und/oder die Unterstützungs-Membran zusätzlich zu dem durchgehenden, den Innenraum im Pumpengehäuse abtrennenden, Hauptteil der Membran einen - insbesondere einstückig damit ausgebildeten - konzentrischen, ringförmigen Membran-Fortsatz auf der Antriebsseite der Membran. Der ringförmige Membran-Fortsatz geht mit seinem radial äußeren Rand in den durchgehenden Teil der Membran über und steht mit seinem freien, radial inneren Rand von diesem ab und ist in Bewegungsrichtung federnd gegenüber dem durchgehenden Hauptteil der Membran ausgebildet.
Der Membran-Fortsatz ist vorzugsweise ringförmig umlaufend im Querschnitt betrachtet zwischen dem äußeren Rand und dem Zentral-Bereich der Membran angeordnet.
Ein pilzförmiger Membranträger befindet sich als Zugplatte mit dem außen umlaufenden Randbereich seines Kopfes im Freiraum zwischen dem durchgehenden Haupt-Teil der Membran und dem ringförmigen Membran-Fortsatz, und der Stiel der Pilz-Form erstreckt sich durch die zentrale Öffnung des ringförmigen Fortsatzes von der Membran weg und ist vorzugsweise mit der Kolbenstange oder direkt dem Kolben des Zylinders lösbar verbunden, beispielsweise verschraubt.
Dadurch kann die Membran, insbesondere die Förder-Membran, nicht nur geschoben, sondern auch gezogen werden. Der Kopf des Membranträgers sitzt entweder nur formschlüssig zwischen den beiden Teilen der Membran oder ist gegenüber einem oder beiden dieser Teile fixiert, beispielsweise verklebt.
Vorzugsweise ist der durchgehende Hauptteil der Membran in einem radialen Schnitt betrachtet so ausgebildet, dass im eingebauten, unbelasteten Ausgangszustand im Zentral-Bereich, insbesondere im Bereich der Kontaktfläche, eine Aufwölbung zum Förder-Raum hin vorhanden ist und/oder im radial äußeren Rand der Membran, insbesondere radial abseits der Kontaktfläche, eine ringförmige Aufwölbung in Richtung Antriebsraum vorhanden ist.
Diese ringförmige Aufwölbung wird bei Annähern der Membran an das Förderpumpen-Gehäuse zunehmend glattgezogen und gestrafft und ermöglicht den notwendigen radialen Längenausgleich der Membran im Betrieb.
Die erfindungsgemäße zusätzliche Unterstützungs-Membran verläuft dann auf der vom Material abgewandten Rückseite nicht nur des Hauptteiles der Förder-Membran, sondern auch auf der Rückseite des Membran-Fortsatzes vorbei insbesondere bis zum Stiel des Membran-Trägers und ist dort mit diesem, vorzugsweise dicht, verbunden.
Pneumatischer Antriebs-Zylinder:
Der Antriebs-Arbeitszylinder wird vorzugsweise pneumatisch betrieben, und besitzt deshalb sowohl in seinem Antriebs-Raum als auch in seinem Kopplungs-Raum, also beidseits des Kolbens des Arbeitszylinders, einen Anschluss, über den ein Antriebs-Medium, meist Druckluft, zum Betreiben des Arbeitszylinders gesteuert sowohl in den Antriebs-Raum als auch in den Kopplungs-Raum eingebracht werden kann.
Unterdruck-Anschluss:
Zusätzlich kann der Antriebsraum der Förderpumpe - sei es der von dem Förderer-Raum abgewandte zwischen-Raum bezüglich der Förder-Membran oder der von der Förder-Membran abgewandte Raum bezüglich der Unterstützungs-Membran - über einen Unterdruckanschluss verfügen und mit Unterdruck beaufschlagbar sein, vorzugsweise mit dem gleichen Unterdruck wie er meist in dem zu leerenden Vorratsbehälter herrscht.
Dadurch wird erreicht, dass beim Rückhub die Membran aktiv in die vollständig zurückgezogene Füllstellung bewegt werden kann, und im Bereich der Einlassöffnung die Membran nicht durch eine dort vorherrschende Druckdifferenz in Richtung Einlass-Öffnung gesaugt wird.
Heizvorrichtung:
Stromaufwärts des Förderpumpen-Gehäuses oder im Förderpumpen-Gehäuse kann ferner eine Heizvorrichtung - insbesondere in Form von elektrischen Heizschlangen für ein aufgeheiztes flüssiges Heiz-Medium oder elektrische Leitungen - vorgesehen sein, um das zu fördernde Material zu erwärmen und damit dünnflüssiger und besser pumpfähig werden zu lassen. Umgekehrt kann bei einzelnen Anwendungen auch eine Kühlvorrichtung notwendig sein, die Rohrleitungen für ein gekühltes flüssiges Kühl-Medium umfassen kann.
Hinsichtlich der Lagervorrichtung, die neben dem Vorratsbehälter für das zu fördernde Material wenigstens eine der vorbeschriebenen Pump-Einheiten umfasst, wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Pump-Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.
Vorzugsweise umfasst die Lagervorrichtung dabei zwei solcher Pump-Einheiten, die insbesondere gegensynchron angetrieben werden können, um eine quasi-kontinuierliche Förderung des Materials in die gemeinsame Auslassleitung zum Verbraucher hin sicherzustellen.
Vorzugsweise sind die beiden Pump-Einheiten jedoch unabhängig voneinander steuerbar, sodass auch zeitliche Überlappungen des Rückhubes der einen Pump-Einheit und des Arbeitshubes der anderen Pump-Einheit oder ein zeitlicher Abstand dazwischen erzielbar sind.
Teilweise wird der dicht verschlossene Vorratsbehälter mit Unterdruck beaufschlagt, um ein Einmischen von Luft in das Material im Vorratsbehälter zu vermeiden, insbesondere wenn dieser mit einem Mischer ausgestattet ist.
Vorzugsweise wird dann der Luftraum des Vorratsbehälters mit dem Antriebsraum der Förderpumpe und/oder dem Zwischen-Raum zwischen zwei beanstandeten elastischen Elementen, insbesondere Membranen, verbunden, und diese Verbindung kann über ein Ventil wahlweise geöffnet und verschlossen werden.
Dadurch herrscht auf beiden Seiten der Förder-Membran in der Förder-Pumpe der gleiche Druck, sodass beim Füllen der Förderpumpe die Membran in die optimal nahe Endlage zum Gehäuse auf der Antriebsseite gebracht werden und ein maximales Pumpvolumen erreicht werden.
Hinsichtlich des Verfahrens zum Betreiben einer solchen Pump-Einheit, insbesondere in einer solchen Lagervorrichtung, wird die bestehende Aufgabe dadurch gelöst, dass der Betrieb der Pump-Einheit durch ein zweites elastisches Element, insbesondere eine Unterstützungs-Membran, unterstützt wird. Dies verlängert die Lebensdauer und optimiert das Arbeitsergebnis der Pump-Einheit.
Falls der Betrieb der Pump-Einheit unterstützt wird durch dichtes Abtrennen des Förderpumpen-Antriebes gegenüber der Förder-Membran, insbesondere durch die Unterstützungs-Membran, ist die Beschädigung der Pump-Einheit bei einem Riss in der Förder-Membran gering.
Das Unterstützen kann erfolgen, indem die Förder-Membran in Bewegungsrichtung abgestützt wird, insbesondere

- entweder durch mechanisches Abstützen
- oder durch pneumatisches oder hydraulisches Abstützen wobei die beiden Membranen insbesondere synchron miteinander bewegt werden. Dies senkt die mechanische, insbesondere punktuelle, Belastung der Förder-Membran.

Falls der Betrieb der Pump-Einheit unterstützt wird durch Überwachen der Dichtigkeit der Förder-Membran vom Zwischen-Raum zwischen den beiden Membranen her, wird dieser Defekt schnell erkannt und kann schnell behoben werden.
Die Steuerung kann ein Alarmsignal abgeben, sobald der Undichtigkeits-Sensor, insbesondere der Flüssigkeitssensor, der Fördererpumpe eine Undichtigkeit meldet, so dass dieser Defekt schnell behoben werden kann.
Falls die axiale Position eines Elementes, nämlich

- des Antriebs-Stössels und/oder
- des den Antriebs-Stössels antreibenden Förderpumpen-Antriebes und/oder
- der Membran, insbesondere eines definierten Punktes oder Bereiches der Membran,

Dies ist sinnvoll, da abhängig von der momentanen axialen Position der Membran die Volumenveränderung im Förder-Raum pro zurückgelegte axiale Strecke des Förderpumpen-Antriebes und damit des Antriebs-Stössels unterschiedlich ist.
Auch kann der Antriebs-Raum der Membran-Förderpumpe mit Unterdruck beaufschlagt werden, insbesondere mit dem gleichen Unterdruck wie der Luftraum des Vorrats-Behälters, um durch einseitig anliegenden Unterdruck bedingte Verformungen der Membran in Richtung Material-Einlassöffnung zu vermeiden.
c) Ausführungsbeispiele
Ausführungsformen gemäß der Erfindung sind im Folgenden beispielhaft näher beschrieben. Es zeigen:

1a: eine Pump-Einheit nach dem Stand der Technik am Ende des Füll-Hubes,
1b: die gemäß 1a in Mittelstellung (Normalstellung),
1c: die Pump-Einheit gemäß 1a am Ende des Förder-Hubes,
2a: eine 1. Bauform einer erfindungsgemäßen Pump-Einheit am Ende des Füll-Hubes,
2b: die gemäß 2a in Mittelstellung (Normalstellung),
2c: die Pump-Einheit gemäß 2a am Ende des Förder-Hubes,
3: eine 2. Bauform einer erfindungsgemäßen Pump-Einheit in Mittelstellung (Normalstellung),
4: eine 3. Bauform einer erfindungsgemäßen Pump-Einheit in Mittelstellung (Normalstellung),
5: die gesamte Lagervorrichtung mit einer Pump-Einheit,

Der Aufbau einer Pump-Einheit 1 nach dem Stand der Technik lässt sich am besten anhand der Schnittdarstellung der 1 erkennen:
Die Pump-Einheit 1 besteht dabei aus einer Förderpumpe 1.1 in Form einer Membran-Pumpe, und einer in Bewegungsrichtung 10 der als Förderelement dienenden Membran 3 dieser Membran-Pumpe koaxial vorgelagerten und damit verbundenen Förderpumpen-Antrieb 8 in Form einer pneumatisch betriebenen Arbeitszylinder-Einheit 1.2, also eines Pneumatikzylinders 8.
Sowohl die Membran 3 als auch der koaxial dazu angeordnete Antriebs-Kolben 1.2a der Arbeitszylinder-Einheit 1.2 sind rotationssymmetrisch ausgebildet, betrachtet in Richtung der Längsmittelachse 1', die senkrecht auf der - hier etwa horizontal verlaufenden - Hauptebene 3' der Membran 3 und des Antriebs-Kolbens 1. 2a steht und gleichzeitig die Bewegungsrichtung des Antriebs-Kolbens 1.2a ist und im montierten Zustand häufig identisch ist mit der Vertikalen 11.
Der Förderraum 1.1a besitzt im oberen Bereich eine Einlassöffnung 5a, über die das Material M in den Förderraum 1.1a einströmen kann, wenn das in oder an der Einlassöffnung 5a angeordnete Einlassventil 5 geöffnet ist, wobei dann in aller Regel das Auslassventil 6 geschlossen ist.
Im oberen Bereich besitzt der Förderraum 1.1a ferner eine Auslassöffnung 6a, in oder an der ein Auslassventil 6 angeordnet ist, sodass aus dieser Auslassöffnung 6a Material M ausströmen kann, wenn dieses Auslassventil 6 geöffnet ist, wobei dann in aller Regel das Einlassventil 5 geschlossen ist.
Auf diese Art und Weise wird der Förderraum 1.1a mit Material M gefüllt, wenn sich die Membran 3 von der Einlassöffnung 5a wegbewegt (Füll-Hub) und das im Förderraum 1.1a befindliche Material M in die Auslass-Öffnung 6a ausgestoßen, wenn sich die Membran 3 auf die Auslassöffnung 6a zu bewegt (Förder-Hub), in aller Regel gesteuert von einer Steuerung 1*.
Die Förderpumpe 1.1 wird angetrieben, also ihre Membran 3 quer zu ihrer Hauptebene 3' abwechselnd hin und her bewegt, mittels eines in der Mitte der Membran 3 an deren Rückseite, also vom Antriebsraum 1.1b her, angreifenden Antriebsstössels 9.
Der Förderpumpen-Antrieb 8 in Form eines Pneumatikzylinders 8 umfasst einen Antriebs-Kolben 1.2a, der in einem Antriebs-Zylinder 1.2b zwischen zwei Endstellungen, insbesondere zwei Anschlägen, hin und her beweglich ist vorzugsweise in der gleichen Bewegungsrichtung, in der sich auch die Membran 3 der mit dem Förderpumpen-Antrieb 8 gekoppelten Membran-Förderpumpe 1.1 bewegen kann.
Die wirksame Fläche des Antriebs-Kolben 1.2a ist jedoch größer, etwa doppelt so groß, gewählt als die der Membran 4, um mit relativ geringem Druck des in den Antriebs-Zylinder 1.2b eingebrachten Antriebsmediums, hier Druckluft, die notwendige Kraft auf die Membran 3 aufbringen zu können.
Der Pneumatikzylinder 8 besitzt einen Druckluft-Anschluss 13 zumindest wie dargestellt auf der von der Membran 3 und der Förderpumpe 1.1 abgewandten Druckseite des Antriebs-Kolben 1.2a im Arbeitsraum des Antriebs-Zylinders 1.2b, wird in aller Regel jedoch einen solchen Druckluftanschluss auch auf der andern Seite des Antriebs-Kolben 1.2a, der Zugseite, besitzen, um die Membran 3 aktiv und damit schneller von der Einlassöffnung 5a zurückziehen zu können und das Füllen der Förderpumpe 1.1 zu beschleunigen.
Dem Druckluft-Anschluss 13 ist ein Proportionalventil 16 vorgeschaltet, welches mit der Steuerung 1* der Pump-Einheit 1 in Verbindung stehen kann und von diesem angesteuert werden kann, wie vorstehend beschrieben.
Hierfür ist die ständige Kenntnis der Position des Antriebs-Kolbens 1.2a essentiell, weshalb im Boden des Antriebs-Zylinders 1.2b ein Positionssensor 17 angeordnet ist vorzugsweise in Form eines Abstands-Sensors, der den Abstand des Antriebs-Kolben 1.2a vom Boden des Zylinders 1.2b misst und an die Steuerung 1* meldet.
Vorzugsweise verfügt die Pump-Einheit 1 auch über einen Druck-Anschluss 12, und zwar im Antriebs-Raum 1.1b der Förderpumpe 1.1, wodurch der Füllvorgang durch anlegen von Unterdruck unterstützt werden kann, vor allem wenn der Vorratsbehälter 101, aus dem das Material M entnommen wird, ebenfalls unter einem Unterdruck steht.
Vorzugsweise ist in dem von dem Förder-Raum 1.1a abgewandten Seite der Membran 3, dem Antriebs-Raum 1.1b, ein Flüssigkeits-Sensor 15 angeordnet, der dort eingedrungenes Material M detektiert, was höchstens bei einer Undichtigkeit der Membran 3 selbst oder deren umfangseitiger Einspannung auftritt.
Der Antriebs-Kolben 1.2a ist mit der Membran 3 über einen Antriebs-Stössel 9 verbunden, der zentrisch, also entlang der Axialrichtung 10, der Bewegungsrichtung, verlaufend, angeordnet ist und an der Membran 3 auf deren Rückseite, also der Seite des Antriebs-Raumes 1.1b befestigt ist.
Der Antriebsstössel 9 ist mehrteilig ausgebildet:
Er umfasst zum einen den Schaft 9.1, der im Wesentlichen den Abstand vom Antriebs-Kolben 1.2a zur Membran 3 überbrückt, sowie eine Druckplatte 9.2, die sich am Membran-seitigen Ende des Schaftes 9.1 befindet und mit einer großflächige Kontaktfläche 9a an der Membran 3 anliegt.
Die Membran 3 besitzt im Querschnitt betrachtet zusätzlich zu dem innerhalb der randseitigen, umlaufenden Einspannung durchgehenden Hauptteil einen ringförmigen Fortsatz 3.4 auf der Antriebs-Seite 3b, dessen innerer Umfang frei endet und dessen äußerer Umfang mit der Rückseite des Hauptteiles 3 einstückig verbunden ist.
In dem Zwischenraum zwischen Hauptteil 3 und Fortsatz 3.4 befindet sich eine Zugplatte 9.3, die an ihrer Rückseite zentrisch einen Stiel aufweist, der durch die Öffnung des Fortsatzes 3.4 in Richtung Schaft 9.1 ragt und mit diesem verbunden ist, vorzugsweise in diesen eingeschraubt ist.
Die Zugplatte 9.3 dient dazu, um bei einer schnellen, mittels Druckluft bewirkten, Rückwärtsbewegung des Antriebs-Kolbens 1.2a die Membran 3 mit einer großen Angriffsfläche in Form des Fortsatzes 4.1 zurückziehen zu können.
Die 1a bis c zeigen die verschiedenen Funktionenstellungen des Antriebs-Kolbens 1.2a sowie der Membran 3.
Wie ersichtlich, ist bei der Mittelstellung des Antriebs-Kolbens 1.2a gemäß 1b die Membran 3 im Zentrum leicht gewölbt in Richtung Förder-Raum 1.1a in Form einer Aufwölbung 3B, und im Bereich zwischen dem im Pumpen-Gehäuse 2 dicht verklemmten äußeren Membran-Rand 3.1 und dem an der Zugplatte 9.3 anliegenden Zentralbereich 3.2 im Querschnitt betrachtet leicht in Richtung Antriebs-Raum 1.1b gewölbt in Form einer ringförmigen Aufwölbung 3A, wodurch ein radialer Längen-Vorrat gebildet wird für die beiden Endstellungen:
Wenn sich der Antriebs-Kolben 1.2a am Ende des Förder-Hubes befindet, insbesondere an einem am Antriebs-Zylinder 1.2b ausgebildeten axialen Anschlag des Förderpumpen-Gehäuses 2 anliegt gemäß 1c, ist diese Aufwölbung 3A fast glattgezogen, und die Membran 3 erreicht fast die Einlass-Öffnung 5a und die Auslass-Öffnung 6a, jedoch nicht bis zu einem Kontakt, um eine Beschädigung der Membran 3 durch die Ränder dieser Öffnungen zu vermeiden.
In der anderen Endstellung gemäß 1a, am Ende des Füll-Hubes und Beginn des Förder-Hubes, also wenn der Förder-Raum 1.1a vollständig mit Material M gefüllt ist und der Kolben 1.2a an einem anderen axialen Anschlag des Zylinders 1.2b anliegt, liegt die Membran 3 mit ihrem mittleren Bereich weiter von der Einlass-Öffnung 5a und der Auslass-Öffnung 6a entfernt als der im Pumpen-Gehäuse 2 dicht verklemmte Rand 3.1 der Membran 3, so dass im radialen Bereich dazwischen insbesondere die Membran 4 gegenläufig zu der Krümmung im mittleren, zentrischen Bereich gekrümmt ist, aber flacher als in der Mittelstellung der 1b.
Das Einlassventil 5 als auch das Auslassventil 6 ist in den 1a - c als aktives, also angetriebenes, Sperrventil 14 ausgebildet.
Das Auslassventil 6 kann dagegen auch als einfaches Rückschlagventil 7 ausgebildet sein wie in 1b dargestellt, indem in diesem Fall eine Kugel als Ventilkörper 7.1 schwerkraftbedingt auf dem nach oben weisenden Ventilsitz 7.2 aufliegt, wenn auf beiden Seiten des Ventilkörpers 7.1 der gleiche Druck herrscht, und natürlich erst recht, wenn auf der vom Ventilsitz 7.2 abgewandten Seite des Ventilkörpers 7.1 ein höherer Druck als auf der anderen Seite anliegt.
Aus diesem Grund sollte die Ventileinheit 6 vorzugsweise mit einem mit dem Ventilsitz 7.2 nach oben weisenden Auslassventil 6 innerhalb der Lagervorrichtung 100 angeordnet werden und vorzugsweise tiefer liegend als der Vorratsbehälter 101.
Die 2a - c zeigen eine 1. erfindungsgemäße Bauform, nämlich verwirklicht an der bekannten Pump-Einheit 1 gemäß der 1a bis c und in den analogen drei Betriebsstellungen.
Dabei ist eine 2. Membran, die Unterstützungs-Membran 4. in axialer Richtung 10 gegenüber der Förder-Membran 3 zurückversetzt auf der vom Förder-Raum 1.1a abgewandten Seite, also der Antriebs-Seite 3b der Förder-Membran b, angeordnet.
Der umlaufende Membran-Rand 4.1 ist ebenso wie der Rand 3.1 der Förder-Membran 3 umlaufend im Förderpumpen-Gehäuse 2 dicht befestigt, insbesondere dicht verklemmt zwischen aneinander anliegenden Teilen des Gehäuses 2. Die auch hier durch den Rand 4.1 definierte Hauptebene 4' dieser Unterstützungs-Membran 4 liegt parallel zur Hauptebene 3' der Förder-Membran 3.
Die Unterstützungs-Membran 4 geht innerhalb des Membran-Randes 4.1 nicht durch, sondern besitzt in ihrem Zentral-Bereich 4.2 einen Membran-Durchlass 4.3, dessen Innenumfang mit dem Schaft 9.1 des Antriebsstössels 9 dicht verbunden ist, in diesem Fall an einer Stelle unmittelbar unterhalb der Druckplatte 9.2 des Antriebsstössels 9.
Somit wird durch die Bewegung des Antriebs-Stössels 9 der Rand des Membran-Durchlasses 4. 3 in Bewegungsrichtung 10 synchron mitbewegt mit dem Zentralbereich 3.2 der Förder-Membran 3, zumindest, wenn dieser mit der Zugplatte 9.3 des Antriebs-Stössels 9 fest verbunden ist und von dieser nicht abheben kann.
Dementsprechend besitzt die Unterstützungs-Membran 4 abhängig von der axialen Position der Befestigung des Randes 4.1 im Gehäuse 2 in zumindest einer Betriebsstellung - siehe beispielsweise die Mittelstellung gemäß 2b - die zu den Aufwölbungen 3A, 3B der Förder-Membran 3 analogen ringförmigen Aufwölbungen 4A, 4B.
Da die Ränder 3.1, 4.1 der beiden Membranen 3, 4 in axialer Richtung 10 beabstandet sind, schließen die beiden Membranen 3, 4 um den Antriebs-Stößel 9 herum einen ringförmigen Zwischen-Raum 1.1c dicht ein, in dem ein Druck-Anschluss 12 mündet, in den je nach Betriebsweise Überdruck oder unter Druck im Zwischen-Raum 1.1c erzeugt werden kann. Die Leitung hierfür verläuft vorzugsweise durch das - feststehende - Gehäuse 2 hindurch, kann jedoch alternativ auch - wie in 2b angedeutet - durch den Schaft des beweglichen Antriebs-Stössels 9 hindurch verlaufen.
Ebenso kann der bezüglich der Unterstützungs-Membran von der Förder-Membran 3 abgewandte Antriebs-Raum 4b über einen Druck-Anschluss 12 verfügen, wie in 2a angedeutet, um auch dort wahlweise Überdruck oder Unterdruck, auch hinsichtlich des Wertes gesteuert in Abhängigkeit von der Bewegung und Stellung der Membranen oder des Antriebs-Stössels 9, erzeugen zu können.
Die 3 zeigt eine 2. erfindungsgemäße Bauform, dargestellt nur in der Mittelstellung der Förder-Membran 3, die sich von derjenigen der 2a - c dadurch unterscheidet, dass die beiden Ränder 3.1, 4.1 der beiden Membranen 3, 4 zumindest gemeinsam und dicht aneinander anliegend befestigt, insbesondere verklemmt, sind im Förderpumpen-Gehäuse 2.
Vorzugsweise sind zumindest die beiden Ränder 3.1, 4.1 einstückig zusammen ausgebildet und dadurch die beiden Membranen 3,4 einstückig zusammen ausgebildet, und verzweigen sich - im Querschnitt der 3 betrachtet - erst in einem vom Rand .1,4.1 aus radial weiter innen liegenden Ring-Bereich in die beiden Membranen 3, 4.
Die 4 zeigt eine 3. erfindungsgemäße Bauform, dargestellt nur in der Mittelstellung der Förder-Membran 4, die sich von der Bauform der 2a - c dadurch unterscheidet, dass die Unterstützungs-Membran 4 in ihrem Zentralbereich 4.2 durchgeht, also innerhalb ihres umlaufenden Randes 4.1 dicht durchgeht.
Dementsprechend reicht der Antriebs-Stößel 9 auf der von der Förder-Membran 3 abgewandten Antriebs-Seite 4b nur bis zur Unterstützungs-Membran 4 in deren Zentralbereich 4.2 heran und ist an dieser mit seiner vorderen Kontaktfläche 9a vorzugsweise befestigt, beispielsweise verklebt.
In axialer Richtung 10 erstreckt sich zwischen den beiden Membranen 3, 4 als Verbindungselement ein Zwischen-Stößel 9.4, der in axialer Richtung 10 an den beiden Membranen 3, 4 vorzugsweise jeweils befestigt, etwa verklebt, ist.
Dieser Zwischen-Stößel 9.4 kann die gleiche Formgebung aufweisen wie anhand der vorhergehenden Figuren hinsichtlich der Druckplatte 9.2 und/oder der Zugplatte 9.3 beschrieben.
Die 5 zeigt eine gesamte Lagervorrichtung 100, in deren Rahmen die zuvor beschriebene Pump-Einheit 1 eingesetzt werden kann, in einem Vertikalschnitt entlang der in der Regel aufrecht stehenden Längsmittelachse 101', die auch die Symmetrieachse des im wesentlichen rotationssymmetrischen Vorrats-Behälters 101 ist, umfassend einen Topf 101.1, der durch einen Deckel 101.2 dicht verschließbar ist.
Dieser wird über eine Einlassöffnung 103 mit Material M befüllt bzw. nachgefüllt werden kann, und der eine oder zwei Auslassöffnungen 102 im Boden 108 besitzt, an denen jeweils eine Pump-Einheit 1 mit ihrem Einlassstutzen angeschlossen ist.
Die wenigstens eine Einlassöffnung 103 ist dabei so positioniert, dass das daraus nach unten fallende Material M auf eine kegelstumpf-förmige Ableitfläche 110a eines Ableitkörpers 110 trifft und an dieser nach unten und radial außen bis zu deren unterer Abtropfkante 109 in einer dünnen Schicht fließt und dabei entgast.
Da die Wandung 107 des Topfes 101.1 nicht vertikal steht, sondern radial nach oben und außen geneigt ist, und sich die Abtropfkante 109 im oberen Bereich des Vorratsbehälters 101 nahe der Innenfläche 107a der Wand 107 befindet, fließt das Material M von der Abtropfkante 109 nach unten und trifft auf die Innenfläche 107a der Wand 107 auf, an der es weiter als dünne Schicht nach unten läuft und weiterhin entgast.
Die vorhandene eine oder zwei Pump-Einheiten 1 sind mit den Membran-Ebenen 3' der Förderpumpen 1.1 horizontal liegend angeordnet.
Der Vorratsbehälter 101 steht meist unter einem Unterdruck, indem im Deckel 101.2 außer der Einlassöffnung 103 auch ein Unterdruckanschluss 104 vorhanden ist, der mit einer Unterdruck-Pumpe 105 gekoppelt ist. Über eine Verbindungsleitung 113 ist der Innenraum des Vorratsbehälters 101 verbunden mit dem Gehäuse-Hohlraum der Förderpumpe 1.1.
Der Vorratsbehälter 101 umfasst häufig einen Rührer 106, der durch Drehung um die Längsmittelachse 101' ein Sedimentieren von schweren Bestandteilen des Materials M verhindert.
Der Motor 111, der den Rührer 106 antreibt, ist auf der Oberseite des Deckels 101.2 montiert und seine Motor-Abtriebswelle 111a ragt durch diesen Deckel 101.2 abgedichtet in das Innere des Topfes 101.1 hinein und ist mit den oberen Enden der Rührflügel 112a, b, die sich im Topf 101.1 drehen, verbunden.
Ein stabförmiger Füllstandssensor 114 erstreckt sich vom Boden 108 aus nach oben.
Der Ableitkörper 110 kann feststehend am Deckel 101.2 montiert sein oder mitdrehend mit dem Rührer 106 an diesem befestigt sein, vorzugsweise am oberen Bereich der Rührflügel 112 a - c.
Des Weiteren kann im Vorratsbehälter 101, insbesondere in dessen Wandung, eine Heizvorrichtung 107 in Form von z.B. Heizdrähten vorhanden sein, um das Material M zu erwärmen und dadurch dünnflüssiger zu machen.
Die Steuerung 100* der Lagervorrichtung 100 kann die Steuerung 1*der wenigstens einen Pump-Einheit 1 mit beinhalten.
Bezugszeichenliste

1: Pump-Einheit
1': Längsmittelachse
1*: Steuerung
1.1: Förderpumpe
1.1a: Förder-Raum
1.1b: Antriebs-Raum, Antriebs-Seite
1.1c: Zwischen-Raum
1.2: Arbeitszylinder-Einheit, Antriebs-Arbeitszylinder
1.2a: Antriebs-Kolben
1.2b: Antriebs-Zylinder
2: Förderpumpen-Gehäuse
3: erste Membran, Förder-Membran, Förder-Element
3.1: Membran-Rand
3.2: Zentralbereich
3.4: Membran-Fortsatz
3b: Antriebsseite
3A, B: Aufwölbung, Verwerfung
3': Hauptebene
4: zweite Membran, Unterstützungs-Membran, Unterstützungs-Element
4.1: Membran-Rand
4.2: Zentralbereich
4.3: Membran-Durchlass
4b: Antriebsseite
4A, B: Aufwölbung, Verwerfung
4': Hauptebene
5: Einlassventil
5a: Einlassöffnung
6: Auslassventil
6a: Auslassöffnung
7: Rückschlagventil
7.1: Ventilkörper
7.2: Ventilsitz
8: Förderpumpen-Antrieb
9: Antriebs-Stössel
9a: Kontaktfläche
9b: Rückseite
9.1: Schaft
9.2: Druckplatte
9.3: Zugplatte
9.4: Zwischen-Stössel
10: Bewegungsrichtung, axiale Richtung
11: Vertikale
12: Druck-Anschluss
13: Druckluft-Anschluss
14: Sperr Ventil
14a: Ventilkörper
14b: Ventilsitz
15: Flüssigkeits-Sensor
16: Proportional-Ventil
100: Lagervorrichtung
100*: Steuerung
101: Vorrats-Behälter
101': Längsmittelachse
101.1: Topf
101.2: Deckel
102: Auslassöffnung
103: Einlassöffnung
104: Unterdruck-Anschluss
105: Unterdruck-Pumpe
106: Rührer
107: Wandung
107a: Innenfläche
108: Boden
109: Kante, Abtropfkante
110: Ableitkörper
110a: Ableitfläche
111: Rührer-Antrieb, Motor
111a: Motorwelle, Abtriebswelle
112a, b: Rührflügel
113: Verbindungsleitung
114: Füllstands-Sensor
M: Material

Claims

Pump-Einheit (1) zum Fördern eines flüssigen oder pastösen Materials (M) insbesondere eines damit gefüllten, insbesondere unter einem Unterdruck stehenden, Vorrats-Behälters (101), der Bestandteil einer Lagervorrichtung (100) ist, wobei die Pump-Einheit (1) eine Förderpumpe (1.1) umfasst, welche aufweist - ein sich relativ zum Förderpumpen-Gehäuse (2) in dessen Gehäuse-Hohlraum in Bewegungsrichtung (10) bewegbares, erstes elastisches Element (3) als Förder-Element (3), - einen Förderpumpen-Antrieb (8), und - eine Steuerung (1*) zum Steuern mindestens aller beweglichen Komponenten der Pump-Einheit (1) dadurch gekennzeichnet, dass - ein sich relativ zum Förderpumpen-Gehäuse (2) in Bewegungsrichtung (10) bewegbares, zweites elastisches Element (4) als Unterstützungs-Element (4) vorhanden ist. (Membran-Förderpumpe:)
Pump-Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass - das erste (3) und/oder das zweite (4) elastische Element eine, insbesondere im Wesentlichen ebene, Membran ist, die mit ihrem äußeren, ihren Zentralbereich (3.2,4.2) umgebenden Membran-Rand (3.1, 4.1) dicht am oder im umgebenden Förderpumpen-Gehäuses (2) befestigt ist und die Förderpumpe (1.1) eine Membran-Förderpumpe (1.1) ist.
Pump-Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - die beiden Membranen (3, 4) zwischen sich einen Zwischen-Raum (1c) dicht einschließen, - insbesondere die Membran-Ränder (3.1, 4.1) beider Membranen (3, 4) beabstandet zueinander, insbesondere in Bewegungsrichtung (10) beabstandet zueinander, am oder im umgebenden Förderpumpen-Gehäuses (2) befestigt sind. (Membranen mechanisch verbunden:)
Pump-Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - die beiden Membranen (3, 4) in ihrem Zentralbereich (3.2, 4.2), insbesondere in ihrem Zentrum (definieren) mechanisch miteinander gekoppelt sind mit oder ohne direkten Kontakt der beiden Membranen (3.1, 4.1) im Zentralbereich (3.2, 4.2), zueinander, - insbesondere der Förderpumpen-Antrieb (8) einen in Bewegungsrichtung (10) beweglichen und angetriebenen Antriebs-Stössel (9) umfasst, der an beiden Membranen (3, 4) befestigt ist.
Pump-Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebs-Stössel (9) entweder - an der Förder-Membran (3) auf deren Antriebs-Seite befestigt ist, insbesondere die Förder-Membran (3) innerhalb ihres umlaufenden Randes des (3.1) dicht durchgeht, insbesondere ohne Membran-Durchlass im Zentralbereich (3.2), - insbesondere durch die Unterstützungs-Membran (4) durch deren Membran-Durchlass (4.3) hindurch durchläuft und dicht mit dem Innenumfang des Membran-Durchlasses (4.3) verbunden ist, oder - an der Antriebsseite (4b) der Unterstützungs-Membran (4) befestigt ist, - insbesondere zumindest die Unterstützungs-Membran ohne Membran-Durchlass im Zentralbereich (4.2) dicht durchgeht. Und die Membranen (3, 4) in Bewegungsrichtung (10) durch ein Zwischenstößel mechanisch miteinander verbunden sind. (Membranen nur aneinander anliegend:)
Pump-Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - die beiden Membranen (3, 4) zumindest in ihrem Zentralbereich (3.2, 4.2) nur aneinander anliegen ohne eine mechanische Kopplung in Bewegungsrichtung (10). (Membranen nicht einander berührend:)
Pump-Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - die beiden Membranen (3, 4) zueinander beabstandet sind durch den Zwischen-Raum (1c), insbesondere in allen normalen (definieren) Betriebszuständen und Funktionsstellungen der Förder-Pumpe (1), - insbesondere über all zueinander beabstandet sind. (Undichtigkeits-Sensor:)
Pump-Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - die Förder-Pumpe (1.1) einen Undichtigkeits-Sensor (15) umfasst, der in der Lage ist, eine Undichtigkeit zumindest der Förder-Membran (3) zu detektieren.
Pump-Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Undichtigkeits-Sensor (15) - ein Flüssigkeit-Sensor (15) auf der Antriebs-Seite der Förder-Membran (3), insbesondere im Zwischen-Raum (1c), ist, oder - ein Kontakt-Sensor (15) ist, der einen Kontakt der beiden Membranen (3, 4) detektiert bei einer Bauform mit im normalen Betriebszustand beabstandeten Membranen (3, 4), oder - ein Druck-Sensor (15) ist, der eine Druck-Veränderung im Zwischen-Raum (1c) zwischen den beiden Membranen (3, 4) detektiert. (Positionssensor:)
Pump-Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Positionssensor (17) zum Ermitteln der jeweiligen Position - entweder wenigstens eines der elastischen Elemente (3, 4), insbesondere der Membranen (3, 4), - oder des Förderpumpen-Antriebes (8), insbesondere des Antriebs-Stössels (9) entlang des gesamten Bewegungsweges vorhanden ist.
Pump-Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Positionssensor (17) als Abstandssensor (17) ausgebildet ist und insbesondere - auf der von den elastischen Elementen (3) abgewandten Rückseite (9b) des Antriebs-Stössels (9) angeordnet ist und die Position des Antriebs-Stössels (9) misst, und/oder - im Antriebsraum (1b) der Förder-Pumpe (1.1) angeordnet ist und die axiale Position des Förder-Elementes (3) oder des Unterstützungs-Elementes (4) misst. (Form Kontaktfläche Antriebsstößel:)
Pump-Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - die Kontaktfläche (9a) des Antriebs-Stössels (9) zur Förder-Membran (3) oder Unterstützungs-Membran (4) in Bewegungsrichtung (10) betrachtet scheibenförmig oder ringförmig ist.
Pump-Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - die Förder-Membran (3) und/oder die Unterstützungs-Membran (4) auf der Antriebsseite (3b, 4b) einen zwischen dem Rand (3.1,4.1) und dem Zentralbereich oder im Zentralbereich ansetzenden Membran-Fortsatz (3.4, 4.4) aufweist, der im radialen Querschnitt betrachtet mit dem freien, radial inneren Ende zum Zentrum (3.2, 4.2) der Membran hin gerichtet ist, - der Membran-Fortsatz (3.4, 4.4) in Bewegungsrichtung (10) betrachtet insbesondere ringförmig umlaufend zwischen dem äußeren Rand (3.1, 4.1) und dem Zentralbereich (3.2, 4.2) der Membran (3, 4) angeordnet ist.
Pump-Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Förder-Membran (3) und/oder die Unterstützungs-Membran (4) im radialen Querschnitt im eingebauten, unbelasteten Ausgangszustand - nahe dem äußeren Randbereich (3.1, 4.1) der Membran (3, 4) eine ringförmige Aufwölbung (3 A, 4,) in die vom Förder-Raum (1.1a) weg weisende Richtung aufweist und/oder - im Zentralbereich (3.2, 4.2) eine Aufwölbung (3b) in Richtung Förder-Raum (1.1a) aufweist. (Membranen identisch :)
Pump-Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Förder-Membran (3) und die Unterstützungs-Membran (4) identisch ausgebildet sind. (Antrieb = Arbeitszylinder:)
Pump-Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - der Fördererpumpen-Antrieb (8) eine Arbeitszylinder-Einheit (1.2) ist und - der Positionssensor (17) ein Abstandssensor (17) ist, der im Zylinder (1.2b) der Arbeitszylinder-Einheit (1.2) angeordnet ist und - entweder den axialen Abstand des Kolbens (1.2a) der Arbeitszylinder-Einheit (1.2) zum Boden des Zylinders (1.2b) misst, - oder den radialen Abstand zu der schräg zur axialen Richtung stehenden Mantelfläche des Kolbens (1.2a) misst.(Antriebs-Zylinder)
Pump-Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - der Antriebs-Arbeitszylinder (1.2) pneumatisch betreibbar ist und insbesondere beide Arbeits-Räume (1.2b) der Arbeitszylinder-Einheit (1.2) jeweils über einen Druckluft-Anschluss (13) verfügt, und/oder - die wirksame Fläche des Antriebskolbens (1.2a) der Membran-Antriebspumpe (1.2) mindestens um den Faktor 1,2, besser um den Faktor 1,4, besser um den Faktor 1,6, besser um den Faktor 1,8 grösser ist als die wirksame Fläche der davon angetriebenen Membran (3, 4) der Membran-Förderpumpe (1.1). (Druck-Anschluss:)
Pump-Einheit für nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der vom Förder-Raum (1.1a) abgewandten Raum in der Membran-Förderpumpe (1.1), insbesondere der Zwischen-Raum (1a) zwischen den beiden Membranen (3, 4), über einen Druck-Anschluss (12) verfügt. (Heizvorrichtung:)
Pump-Einheit für nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - die Förder-Pumpe (1), insbesondere das Förderpumpen-Gehäuse (2) oder eine der Membranen (3, 4), eine Heizvorrichtung zum Beheizen des Innenraumes der Förderpumpe (1.1) aufweist, - insbesondere der Zwischen-Raum (1c) mit einem beheizten Medium gefüllt ist oder durchströmt ist.
Lagervorrichtung (100) umfassend - einen mit flüssigem oder pastösem Material (111) gefüllten Vorrats-Behälter (101) in dem vorzugsweise Unterdruck herrscht, insbesondere einem Misch-Behälter (101), und - wenigstens einer Pump-Einheit (1) zum Entleeren des Behälters (100), dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Pump-Einheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.
Lagervorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass - die Lagervorrichtung (100) zwei Pump-Einheiten (1) umfasst, die insbesondere unabhängig voneinander ansteuerbar sind.
Lagervorrichtung nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass - eine, insbesondere verschließbare, Verbindungsleitung (113) zwischen dem Luftraum des Vorrats-Behälters (101) und einem von dem Förder-Raum (1.1a) der Membran-Förderpumpe (1.1) abgewandten Raum vorhanden ist, insbesondere bei jeder Membran-Förderpumpe (1.1).
Verfahren zum Betreiben der Pump-Einheit mit einem ersten fördernden, elastischen Element (3), insbesondere einer Förder-Membran (3) insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1-19, insbesondere zum Entleeren des Vorrats-Behälters (101) einer Lagervorrichtung (100) gemäß einem der vorherigen Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrieb der Pump-Einheit (1) durch ein zweites elastisches Element (4), insbesondere eine Unterstützungs-Membran (4), unterstützt wird.
Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrieb der Pump-Einheit (1) unterstützt wird durch dichtes Abtrennen des Förderpumpen-Antriebes (8) gegenüber der fördert-Membran (3), insbesondere durch die Unterstützungs-Membran (4)
Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - das Unterstützen erfolgt, indem die Förder-Membran (3) in Bewegungsrichtung (10) abgestützt wird, insbesondere - entweder durch mechanisches Abstützen - oder durch pneumatisches oder hydraulisches Abstützen - wobei die beiden Membranen (3, 4) insbesondere synchron miteinander bewegt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrieb der Pump-Einheit (1) unterstützt wird durch Überwachen der Dichtigkeit der Förder-Membran (3) vom Zwischen-Raum (1c) zwischen den beiden Membranen (3, 4) her. (Sicherheits-Funktion:)
Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (1*) ein Alarmsignal abgibt, sobald der Undichtigkeits-Sensor (15), insbesondere der Flüssigkeitssensor (15), der Fördererpumpe (1.1) eine Undichtigkeit meldet. (Unterdruck-Verbindung:)
Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - ein vom Förder-Raum (1.1a) abgewandter Raum der Membran-Förderpumpe (1.1) mit Unterdruck beaufschlagt wird, insbesondere mit dem gleichen Unterdruck wie der Luftraum des Vorrats-Behälters (101), - insbesondere sobald die Ausstoß-Bewegung des Antriebs-Stössels (9) beendet ist oder permanent.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - der Zwischen-Raum (1c) zwischen den beiden Membranen 3,4) in allen normalen Betriebszuständen unter einem Überdruck gehalten wird, - der Überdruck insbesondere gleich hoch oder höher gehalten wird als der Förderdruck im Förder-Raum (1a) der Förder-Pumpe (1.1).