DE10317910A1

DE10317910A1 - Pump system for use in high pressure applications, has auxiliary pump, powered by linear motor, connected to and in direct fluid contact with working area of main pump

Info

Publication number: DE10317910A1
Application number: DE10317910A
Authority: DE
Inventors: Uwe Strauss
Original assignee: BIOGENA GmbH
Current assignee: BIOGENA GmbH
Priority date: 2003-04-17
Filing date: 2003-04-17
Publication date: 2004-11-04

Abstract

A valve free auxiliary pump (1), powered by a linear motor (6), is connected to and in direct fluid contact with the working area (8) of a main pump (2). The main pump preferably utilizes a diaphragm pump.

Description

Die Erfindung betrifft ein Pumpensystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, und insbesondere ein Pumpensystem, das zur Anwendung im Hochdruckbereich geeignet ist.The The invention relates to a pump system according to the preamble of the claim 1, and in particular a pump system for use in the high pressure area suitable is.

Es sind Pumpensysteme mit unterschiedlichen Pumpen bekannt. Grundsätzlich kommen Kreisel- und Verdrängerpumpen zum Einsatz. Beim Einsatz in Hochdruckbereichen muss selbstverständlich großes Augenmerk auf die Dichtheit des Systems bzw. die leckfreie Förderung gelegt werden. In diesem Bereich haben sich besonders Rotationsspaltrohr-Motorpumpen bewährt sowie im Bereich der Verdrängerpumpen oszillierende Membrankolbenpumpen.It pump systems with different pumps are known. Basically come Centrifugal and positive displacement pumps for use. Of course, great attention must be paid when using in high pressure areas on the tightness of the system or the leak-free delivery be placed. Rotary canned motor pumps have proven themselves in this area as well in the field of positive displacement pumps oscillating diaphragm piston pumps.

Neuerdings werden für Pumpensysteme auch Pumpen mit Linearmotorantrieb eingesetzt. Diesbezüglich wird auf die Dokumente DE 197 53 041 A1 und DE 198 46 711 A1 verwiesen. Letztgenanntes Dokument beschreibt eine Hochdruckpumpe mit Linearmotorantrieb.Recently, pumps with linear motor drives have also been used for pump systems. In this regard, the documents DE 197 53 041 A1 and DE 198 46 711 A1 directed. The latter document describes a high-pressure pump with a linear motor drive.

Bei den bekannten Pumpensystemen treten insbesondere bei Anwendung im Hochdruckbereich Pulsationsprobleme auf, die zur Beeinträchtigung des Wirkungsgrads; aber auch zu Beschädigungen im Pumpen- bzw. Leitungssystem führen können. Um diese Pulsation in den Griff zu bekommen, wird einerseits mit mehreren Pumpen bzw. Pumpköpfen gearbeitet, um mittels einer Überlagerung die Pulsation jeder einzelnen Pumpe bzw. jedes einzelnen Pumpkopfes zumindest teilweise zu kompensieren und damit eine Verringerung der Druck- und Förderstromschwankungen zu erzielen. Andererseits werden Pulsationsdämpfer eingesetzt, die als passive Bauteile die Schwingungen im Fördermedium dämpfen.at the known pump systems occur particularly when used in High pressure area pulsation problems that affect the Efficiency; but also to damage in the pump or pipe system to lead can. Around Getting to grips with this pulsation is done on the one hand with several Pumps or pump heads worked, to by means of an overlay the pulsation of each individual pump or each individual pump head to compensate at least partially and thus a reduction the pressure and flow fluctuations to achieve. On the other hand, pulsation dampers are used as passive components the vibrations in the medium dampen.

Für die Entstehung der Pulsation werden im Wesentlichen fünf Ursachen geltend gemacht:

1) Phasenanschnitt beim Druckhub.
2) Förderstrompulsation in der Druckleitung, die abhängig von der Anzahl der Pumpen bzw. Pumpenköpfe ist; diese lässt sich ab drei Pumpen oder Pumpenköpfen durch Überlagerung eliminieren.
3) Pulsation aufgrund des Öffnens und Schließens der Ventile.
4) Druckpulsation bei Membrankolbenpumpen durch Phasenanschnitt beim sog. Nachschnüffeln des Ölschnüffelventils, d.h. durch das verzögerte Öffnen bzw. Schließen der Ventile im Ölkreislauf.
5) Förderstrompulsation in der Saugleitung abhängig von der Zahl der Pumpen bzw. Pumpenköpfe; diese kann insbesondere bedingt durch den Phasenanschnitt und die damit verbundene ruckartige Öffnung des Saugventils zu Kavitation führen, wodurch der Wirkungsgrad der Pumpe verschlechtert wird, aber auch erhöhter Verschleiß entstehen kann. Auch diese Förderstrompulsation in der Saugleitung lässt sich durch die Verwendung von drei Pumpen bzw. Pumpenköpfen oder mehr weitgehend eliminieren.

There are five main causes of pulsation:

1) leading edge during pressure stroke.
2) Flow pulsation in the pressure line, which depends on the number of pumps or pump heads; This can be eliminated by superimposing three pumps or pump heads.
3) Pulsation due to the opening and closing of the valves.
4) Pressure pulsation in diaphragm piston pumps due to phase control during the so-called sniffing of the oil sniffing valve, ie due to the delayed opening or closing of the valves in the oil circuit.
5) Flow pulsation in the suction line depending on the number of pumps or pump heads; due to the leading edge and the associated jerky opening of the suction valve, this can lead to cavitation, as a result of which the efficiency of the pump is impaired, but increased wear can also occur. This flow pulsation in the suction line can also be largely eliminated by using three pumps or pump heads or more.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Pumpensystem zu schaffen, bei dem Pulsationen zumindest weitgehend vermieden wird und das bei einem vergleichsweise einfachen Aufbau einen hohen Wirkungsgrad erreicht.The The invention has for its object to provide a pump system in which pulsations are at least largely avoided and that with a comparatively simple structure, high efficiency reached.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 sowie der Ansprüche 6 und 7 gelöst.This Object is achieved by the features of claim 1 and claims 6 and 7 solved.

Kerngedanke der Erfindung ist es, eine herkömmliche Hauptpumpe, die die zum Stand der Technik geschilderten Nachteile aufweist, mit einer Hilfspumpe zu verbinden, die mittels eines Linearmotors angetrieben wird. Durch die flexible und vielseitige Ansteuerbarkeit des Linearmotors und damit der Hilfspumpe ist es möglich, die durch den Betrieb der Hauptpumpe entstehende Pulsation weitgehend auszugleichen. Durch eine geeignete Regelung kann auf diese Weise daher relativ einfach die Pulsation im System so weitgehend ausgeschaltet werden, dass die mit dieser Pulsation verbundenen Nachteile praktisch nicht mehr oder nur noch in tolerierbarem Maß auftreten.core idea the invention is a conventional one Main pump, which has the disadvantages described to the prior art has to connect to an auxiliary pump by means of a linear motor is driven. Thanks to the flexible and versatile controllability of the linear motor and thus the auxiliary pump, it is possible to Pulsation largely arising from the operation of the main pump compensate. Appropriate regulation can be used in this way therefore relatively simply switched off the pulsation in the system to a large extent that the disadvantages associated with this pulsation are practical no longer occur or only to a tolerable extent.

Die Verbindung der Hilfspumpe mit der Hauptpumpe kann dadurch erzielt werden, dass die beiden Arbeitsräume miteinander verbunden werden. Dabei ist es möglich, die Arbeitsräume direkt miteinander zu verbinden oder die Verbindung über einen Fluidkanal bzw. eine Fluidleitung herzustellen.The Connection of the auxiliary pump with the main pump can be achieved that the two work spaces be connected to each other. It is possible to work rooms directly with each other to connect or the connection via a fluid channel or To produce fluid line.

Wird als Hauptpumpe eine Membranpumpe eingesetzt, ist es aber auch möglich, den Arbeitsraum der Hilfspumpe mit dem dem Arbeitsraum abgewandten Raum unterhalb der Membran der Membranpumpe zu verbinden. Auf diese Weise wirkt die Hilfspumpe auf die Membran der Hauptpumpe, also deren Hub und Hubgeschwindigkeit ein und es kann auf diese Weise die unerwünschte Pulsation, verursacht durch den Betrieb der Hauptpumpe weitgehend vermieden werden. Diese Lösung hat den Vorteil, dass die Hilfspumpe nicht hermetisch abgeschlossen sein muss und der hermetische Abschluss der Hauptpumpe nicht beeinträchtigt wird.Becomes a diaphragm pump is used as the main pump, but it is also possible to use the Work space of the auxiliary pump with the space facing away from the work space to connect below the membrane of the membrane pump. In this way the auxiliary pump acts on the diaphragm of the main pump, i.e. its Stroke and stroke speed and this can cause unwanted pulsation, caused by the operation of the main pump largely avoided become. This solution has the advantage that the auxiliary pump is not hermetically sealed must be and the hermetic seal of the main pump is not affected.

Demgegenüber ist eine Verbindung der beiden Arbeitsräume vorteilhaft bei normal gedichteten Kolbenpumpen, wobei die Hilfspumpe dafür sorgt, dass die Gesamtförderleistung des Pumpensystems zumindest sehr weitgehend der theoretischen Förderleistung der Hauptpumpe entspricht.In contrast, a connection of the two working spaces is advantageous in the case of normally sealed piston pumps, the auxiliary pump ensuring that the total delivery rate of the pump system is at least very largely the theoretical value corresponds to the output of the main pump.

Zweckmäßig wird die Hilfspumpe ventillos ausgebildet und nutzt die Ventile der Hauptpumpe.Will be expedient the auxiliary pump is valveless and uses the valves of the main pump.

Durch das neuartige Pumpensystem werden Pulsationsdämpfer überflüssig; eine weitere passive Glättung des Förderstroms ist nicht länger erforderlich. Die durch die Pulsation auftretenden Probleme, die zur Verschlechterung des Wirkungsgrads des Gesamtsystems, Verschleiß oder Zerstörung des Systems, bspw. durch Rohrleitungsschwingungen auftreten, werden auf einfache Weise eliminiert. Ebenso wird die Kavitationsgefahr im System verringert, und die Ventilbelastung wird ebenfalls aufgrund eines sanfteren Öffnens und Schließens der Ventile vermindert. Auch die Geräuschbelastung vermindert sich durch Abnahme der Pulsation.By the new pump system eliminates pulsation dampers; another passive smoothing of the delivery rate is no longer required. The problems caused by the pulsation, the to deteriorate the efficiency of the overall system, wear or destruction of the system, For example, due to pipeline vibrations are easy Way eliminated. The risk of cavitation in the system is also reduced, and the valve load is also due to a gentler opening and closing of the valves decreased. The noise level is also reduced by reducing the pulsation.

Unabhängig von der ausgeführten Konstruktion erhöht sich der gesamte Wirkungsgrad des Systems, da Verluste durch Phasenanschnitt, Förderverluste an den Ventilen und vieles mehr entfallen, so dass der tatsächliche Förderstrom sich dem theoretischen Förderstrom annähert. Weiterhin entfallen Energieeverluste, die durch Pulsation des Fluids entstehen und den Arbeitswirkungsgrad der Hauptpumpe reduzieren. Dabei ist anzumerken, dass die Leistung der erforderlichen Linearmotoren nur wenige Prozent der Gesamtleistung beträgt, so dass der Gesamtwirkungsgrad des Pumpensystems verbessert werden kann.Independent of the executed Construction increased the overall efficiency of the system, since losses due to phase control, delivery losses on the valves and more, so the actual flow the theoretical flow rate approaches. Furthermore, there are no energy losses due to the pulsation of the fluid arise and reduce the working efficiency of the main pump. It should be noted that the performance of the required linear motors is only a few percent of the total output, making the overall efficiency of the pump system can be improved.

Das beschriebene System eignet sich auch zur Nachrüstung. Hierzu müssen bestehende Pumpensysteme nur geringfügig modifiziert werden. Soll der Arbeitsraum der Hilfspumpe mit dem Arbeitsraum der Hauptpumpe verbunden werden, kann bspw. der Pumpenkopf der Hauptpumpe modifiziert werden, wobei es häufig genügen wird, den Pumpendeckel zu modifizieren, indem entweder in den Pumpendeckel direkt die Hilfspumpe eingearbeitet wird oder der Pumpendeckel mit einer Öffnung zum Anschluss der Hilfspumpe versehen wird. Wird die Hilfspumpe direkt in den Pumpendeckel oder einen anderen Bereich des Pumpenkopfs integriert, ist eine Modifikation ohne Vergrößerung des Schadraumes möglich. Soll die Hilfspumpe auf die Membran einwirken und der Arbeitsraum der Hilfspumpe mit dem Raum unterhalb einer Membran einer Membranpumpe verbunden werden, ist zwar eine direkte Integration der Hilfspumpe denkbar, in den meisten Fällen dürfte die Verbindung jedoch einfacher über einen Fluidkanal, der in das Pumpengehäuse eingebracht wird, zu realisieren sein. Auch in diesem Fall ist eine Nachrüstung ohne großen Aufwand möglich.The described system is also suitable for retrofitting. This requires existing Pump systems only marginally be modified. Should the working space of the auxiliary pump with the The working area of the main pump can be connected, for example, the pump head the main pump are modified, it will often suffice, the pump cover to modify, either by placing the auxiliary pump directly in the pump cover is incorporated or the pump cover with an opening to Connection of the auxiliary pump is provided. The auxiliary pump will be direct integrated into the pump cover or another area of the pump head, is a modification without enlarging the Damage space possible. Should the auxiliary pump act on the membrane and the working space of the Auxiliary pump with the space below a membrane of a membrane pump are connected is a direct integration of the auxiliary pump conceivable in most cases might however, the connection is easier to realize a fluid channel that is introduced into the pump housing his. Retrofitting is also easy in this case possible.

Die Hilfspumpe kann direkt mit dem Arbeitsraum der Hauptpumpe verbunden sein. Hierzu kann die Hilfspumpe bspw. als Kolbenpumpe ausgebildet sein und in dem den Arbeitsraum der Hauptpumpe abschließenden Pumpendeckel oder in einem anderen Bauteil eine Öffnung vorgesehen sein, über die die Kolbenpumpe direkt mit dem Arbeitsraum der Hauptpumpe zusammenwirkt. In diesem Fall werden die Arbeitsräume der beiden Pumpen ohne nennenswerte Vergrößerung des Schadraumes miteinander verbunden.The Auxiliary pump can be connected directly to the main pump's working area his. For this purpose, the auxiliary pump can be designed, for example, as a piston pump and in the pump cover that closes the working space of the main pump or in another component, an opening can be provided through which the Piston pump interacts directly with the working area of the main pump. In this case, the working spaces of the two pumps are without significant enlargement of the Damaged space interconnected.

Bei Pumpensystemen für Hochdruckbereiche kommen häufig Triplexmembrankolbenpumpen zur Anwendung. Diese Pumpen weisen drei Arbeitsräume auf und erlauben somit gegenüber einer einfachen Pumpe einen relativ konstanten Förderstrom, dessen Pulsation deutlich geringer ist als die Pulsation, die sich bei der Verwendung einer einfachen Pumpe mit nur einem Arbeitsraum ergibt. Bei einer derartigen Triplexmembrankolbenpumpe kann jeder der Arbeitsräume mit einer Hilfspumpe verbunden sein. Selbstverständlich kann dies auch bei anderen Pumpen, die mehrere Arbeitsräume aufweisen, zweckmäßigerweise so gestaltet sein. Weiterhin kann das Pumpensystem selbstverständlich mehrere grundsätzlich unabhängig voneinander vorgesehene Hauptpumpen aufweisen, von denen jede mit einer Hilfspumpe zusammenwirkt.at Pump systems for High pressure areas come frequently Triplex diaphragm piston pumps for use. These pumps have three workrooms on and thus allow opposite a simple pump has a relatively constant flow, its pulsation is significantly less than the pulsation that occurs when using a simple pump with only one working space. With such a triplex diaphragm piston pump can any of the work spaces be connected to an auxiliary pump. Of course, this can also be the case with other pumps, the multiple work spaces have, expediently be so designed. Furthermore, the pump system can, of course, be fundamentally independent of one another have provided main pumps, each with an auxiliary pump interacts.

Wird als Hauptpumpe eine Membranpumpe eingesetzt und die Hilfspumpe so mit der Hauptpumpe verbunden, dass der Arbeitsraum der Hilfspumpe nicht mit dem Arbeitsraum der Hauptpumpe verbunden ist, sondern mit dem Raum unterhalb der Membran, so dass die Hilfspumpe auf die Membran der Hauptpumpe wirkt, kann auf diese Weise die Membran in vorteilhafter Weise gesteuert werden und eine Pulsation verhindert oder zumindest stark vermindert werden. Außerdem geht die Antriebsleistung, die durch die Hilfspumpe auf die Membran aufgebracht wird, selbstverständlich auch in die Gesamtleistung des Pumpsystems ein. Es erfolgt jedoch keine zusätzliche Fluidförderung. Bei kompressiblen Fluiden leistet die Hilfspumpe in erster Linie die Verdichterarbeit zur Kompression des Fluids.Becomes a diaphragm pump is used as the main pump and so is the auxiliary pump connected to the main pump that the working space of the auxiliary pump is not is connected to the work area of the main pump, but to the Space below the diaphragm so that the auxiliary pump on the diaphragm the main pump acts, the membrane can be advantageous in this way Be controlled and prevent or at least prevent pulsation be greatly reduced. Moreover the drive power goes through the auxiliary pump to the diaphragm is applied, of course also in the overall performance of the pump system. However, it does no additional Fluid conveyance. In the case of compressible fluids, the auxiliary pump primarily provides the compression work to compress the fluid.

Auch bei einer derartigen Konstruktion kann die Hilfspumpe in die Hauptpumpe integriert werden und direkt auf den Raum unterhalb der Membran einwirken. Konstruktiv einfacher ist jedoch eine Anordnung, bei der der Raum unterhalb der Membran über einen Fluidkanal oder eine Fluidleitung mit dem Arbeitsraum der Hilfspumpe verbunden ist. Eine derartige Gestaltung dürfte auch bei Nachrüstung eines entsprechenden Pumpensystems in Betracht zu ziehen sein. Da bei einem derartig gestalteten Pumpensystem zusätzlich zu dem Fluid, das mittels der Hauptpumpe auf die Membran wirkt, Fluid von der Hilfspumpe in den Raum unterhalb der Membran eingebracht wird oder auf dieses Fluid eine zusätzliche Kraft aufgebracht wird, kann es zweckmäßig sein, die Membran der Hauptpumpe so zu gestalten, dass diese ein erhöhtes Spiel aufweist bzw. diese mit einer Aufhängung an der Hauptmembranpumpe installiert ist, die eine hinreichende Auslenkung ermöglicht.Even with such a construction, the auxiliary pump can be integrated into the main pump and act directly on the space below the membrane. However, an arrangement is structurally simpler in which the space below the membrane is connected to the working space of the auxiliary pump via a fluid channel or a fluid line. Such a design should also be considered when retrofitting a corresponding pump system. Since in a pump system designed in this way, in addition to the fluid that acts on the membrane by means of the main pump, fluid is introduced from the auxiliary pump into the space below the membrane or an additional force is applied to this fluid, the membrane of the Main pump so that the se has an increased play or this is installed with a suspension on the main diaphragm pump, which allows sufficient deflection.

Diese beschriebene Konstruktion lässt sich auch bei Triplexmembrankolbenpumpen einsetzen, indem jedem Arbeitsraum der Triplexmembrankolbenpumpe eine Hilfspumpe zugeordnet wird und der Arbeitsraum dieser Hilfspumpe in geeigneter Weise mit dem Raum unterhalb der drei Membranen der Hauptpumpe verbunden ist.This described construction leaves also use triplex diaphragm piston pumps by everyone An auxiliary pump is assigned to the work area of the triplex diaphragm piston pump and the working space of this auxiliary pump in a suitable manner the space below the three membranes of the main pump.

Bewährt hat sich bei den beschriebenen Konstruktionen für die Hilfspumpe eine Kolbenpumpe, die über einen Linearmotor angetrieben wird. Vorteilhaft weist der Linearmotor ein Wegmesssystem und eine Regelung auf, mittels der Hub und Hubgeschwindigkeit geregelt werden können. Das Wegmesssystem kann ein induktives Messsystem aufweisen und es können Hall-Sensoren oder optische Sensoren zum Einsatz kommen. Bei hermetisch abgeschlossenen Systemen wird die Hilfspumpe vorteilhaft als Linearspaltrohr-Motorpumpe ausgebildet und die Regelung des Linearmotors selbstverständlich auf die Hauptpumpe abgestimmt. Mittels geeigneter Abstimmung kann Pulsation weitgehend vermieden werden, was im Detail anhand konkreter Ausführungsbeispiele gezeigt werden wird.Has proven a piston pump in the described constructions for the auxiliary pump, the above a linear motor is driven. The linear motor advantageously has a position measuring system and a control system, by means of the stroke and stroke speed can be regulated. The path measuring system can have an inductive measuring system and it can Hall sensors or optical sensors are used. With hermetic closed systems, the auxiliary pump is advantageous as a linear canned motor pump trained and the control of the linear motor of course the main pump tuned. By means of suitable coordination, pulsation largely avoided, which in detail based on specific embodiments will be shown.

Das Pumpensystem kann so gestaltet werden, dass bestehende Pumpensysteme leicht umrüstbar sind und durch Nachrüsten leicht in das neuartige Pumpensystem gemäß den Ansprüchen 1 bis 6 modifizierbar sind. Hierzu muss im Wesentlichen die Hilfspumpe nachgerüstet werden, die über eine Öffnung des Arbeitsraumes der Hauptpumpe oder eines anderen Raumes der Hauptpumpe, bspw. des Raumes unterhalb der Membran, wenn eine Membranpumpe als Hauptpumpe eingesetzt wird, mit dieser verbunden ist.The Pump system can be designed so that existing pump systems easily convertible are and by retrofitting easily modified in the new pump system according to claims 1 to 6 are. For this purpose, the auxiliary pump essentially has to be retrofitted, the above an opening the working area of the main pump or another room of the main pump, For example, the space below the membrane when a membrane pump as Main pump is used, is connected to this.

Mit der Erfindung kann auch ein neuartiges Pumpensystem geschaffen werden, das aus einer Linearmotorpumpe mit Spaltrohr besteht. Derartige Pumpen sind aus dem Stand der Technik nicht bekannt und weisen die beschriebenen Vorteile auf. Eine derartige Linearmotorpumpe mit Spaltrohr wird detaillierter anhand der 5 erläutert. Wesentlich ist dabei, dass der Linearmotor mit einem Spaltrohr zur Verbindung der Druckräume versehen ist. Die Pumpe kann über einen oder zwei gegenüberliegende angeflanschte oder mit dem Motor integriert ausgebildete Pumpenköpfe verfügen.With the invention, a new type of pump system can also be created, which consists of a linear motor pump with a canned tube. Such pumps are not known from the prior art and have the advantages described. Such a linear motor pump with a canned tube is described in more detail with reference to FIG 5 explained. It is essential that the linear motor is provided with a can to connect the pressure chambers. The pump can have one or two opposite flanged pump heads or pump heads that are integrated with the motor.

Die Motorwelle kann als Rohr oder Vollwelle ausgeführt werden. Das Spaltrohr ist zweckmäßig konzentrisch zur Motorwelle ausgebildet. Im äußeren Umfangsbereich des Linearmotors kann ein Kühlmantel zur Kühlung des Motors vorgesehen werden. Des Weiteren kann der Motor über ein druckfestes Rohr gekapselt werden.The Motor shaft can be designed as a tube or solid shaft. The can is expediently concentric trained to the motor shaft. In the outer peripheral area of the linear motor can be a cooling jacket for cooling of the engine. Furthermore, the engine can be operated via a pressure-resistant pipe are encapsulated.

Die Ständerwicklung des Linearmotors kann Blechpakete aufweisen und wirkt mit dem Läufer des Motors zusammen. Dieser kann durch Permanentmagnete oder eine Läuferwicklung geschaffen werden.The stator winding The linear motor can have laminated cores and interacts with the rotor of the motor together. This can be done using permanent magnets or a rotor winding be created.

Wesentlich ist, dass durch die beschriebene Linearspaltrohrmotorpumpe ein hermetisch dichtes druckausgeglichenes Pumpensystem geschaffen werden kann, das durch eine entsprechende Ansteuerung des Linearmotors die in der Anmeldung beschriebenen Vorteile aufweist.Essential is that by the linear canned motor pump described a hermetic tight pressure-balanced pump system can be created, by a corresponding control of the linear motor which in the advantages described in the application.

Die Erfindung wird folgend detailliert anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele erläutert.The The invention is detailed below using preferred exemplary embodiments explained.

1 zeigt mögliche Verfahrkurven einer Linearmotorpumpe. Es wird die Dynamik des Motors aufgezeigt. 1 shows possible traversing curves of a linear motor pump. The dynamics of the engine are shown.

2 zeigt die Kombination einer herkömmlichen Membrankolbenpumpe mit einer Linearmotorpumpe sowie Diagramme, die den Förderstrom der einzelnen Pumpen sowie des kombinierten Pumpensystems zeigen. 2 shows the combination of a conventional diaphragm piston pump with a linear motor pump and diagrams showing the flow rate of the individual pumps and the combined pump system.

3 zeigt die Kombination einer Triplexmembrankolben-Hochdruckpumpe mit drei Linearmotorpumpen als Hilfspumpen sowie die zugeordneten Förderströme. 3 shows the combination of a triplex diaphragm piston high pressure pump with three linear motor pumps as auxiliary pumps as well as the assigned flow rates.

4 zeigt die Kombination einer Linearmotorpumpe mit einer herkömmlichen Membrankolbenpumpe, wobei der Arbeitsraum der Linearmotorpumpe mit dem Raum unterhalb der Membran der Membrankolbenpumpe verbunden ist. Weiterhin ist der Förderstrom der Pumpen sowie des kombinierten Pumpensystems dargestellt. 4 shows the combination of a linear motor pump with a conventional diaphragm piston pump, the working space of the linear motor pump being connected to the space below the diaphragm of the diaphragm piston pump. The flow of the pumps and the combined pump system is also shown.

5 zeigt einen Linearmotor mit Spaltrohr gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. 5 shows a linear motor with a canned tube according to a further embodiment of the invention.

In 1 sind drei mögliche Verfahrkurven für den Kolben einer Kolbenhilfspumpe angegeben, die mittels eines Linearmotors angetrieben wird. Aus diesen möglichen Verfahrkurven, insbesondere der dritten untersten Kurve, sind sehr gut die Möglichkeiten zu erkennen, die der Antrieb mittels Linearmotor bietet. Derartige Verfahrkurven bzw. eine derartige Fluidförderung ist mit keiner anderen Pumpe möglich.In 1 there are three possible traversing curves for the piston of an auxiliary piston pump that is driven by a linear motor. From these possible traversing curves, in particular the third lowest curve, the possibilities that the drive with a linear motor offers can be recognized very well. Such travel curves or such a fluid delivery is not possible with any other pump.

In 2 ist oben rechts schematisch die Hilfspumpe 1, die als Linearmotorpumpe in Gestalt einer Kolbenpumpe ausgebildet ist, dargestellt. Die Pumpe weist einen Linearmotorantrieb 6 auf, der mit dem Pumpkolben 4 verbunden ist und diesen entsprechend der Pumpensteuerung hin- und herbewegt. Der Pumpkolben 4 ist verschieblich im Pumpengehäuse 5 gelagert.In 2 is the auxiliary pump at the top right 1 , which is designed as a linear motor pump in the form of a piston pump. The pump has a linear motor drive 6 on that with the pump piston 4 is connected and moves it back and forth according to the pump control. The pump piston 4 is slidable in the pump housing 5 stored.

Darunter ist schematisch die Hauptpumpe 2 in Gestalt einer Membrankolbenpumpe dargestellt. Auch diese weist einen Pumpenkolben 10 auf, der über ein nicht kompressibles Fluid 9 auf eine Membran 7 wirkt. Auf der anderen Seite der Membran 7 ist der Arbeitsraum 8 der Hauptpumpe 2 dargestellt. Saug- und Druckseite der Hauptpumpe 2 sind nur schematisch gezeigt. Wird der Pumpenkolben 10 der Membrankolbenpumpe nach links verschoben, so wird die Membran mittels des nicht kompressiblen Fluids 9 nach links ausgelenkt und Fluid gefördert. Wird der Pumpkolben 10 nach rechts bewegt, wird die Membran 7 entsprechend nach rechts ausgelenkt und von der Saugseite zu förderndes Fluid in den Arbeitsraum 8 angesaugt und bei der darauffolgenden Bewegung des Pumpenkolbens 10 nach links auf der Druckseite wieder ausgestoßen.Below that is the main pump 2 shown in the form of a diaphragm piston pump. This also has a pump piston 10 on that via an incompressible fluid 9 on a membrane 7 acts. On the other side of the membrane 7 is the work space 8th the main pump 2 shown. Suction and pressure side of the main pump 2 are only shown schematically. Will the pump piston 10 the diaphragm piston pump is shifted to the left, the diaphragm is moved using the incompressible fluid 9 deflected to the left and fluid promoted. Will the pump piston 10 moved to the right, the membrane 7 accordingly deflected to the right and fluid to be conveyed from the suction side into the work area 8th sucked in and during the subsequent movement of the pump piston 10 ejected to the left on the printed page.

Die beiden Pumpen 1, 2 werden zu einem Pumpensystem 3 gemäß der unteren Darstellung komibiniert. Hierzu wird der Pumpenkolben 4 der Linearmotorpumpe in die Öffnung 11 des Pumpendeckels 12 der Membrankolbenpumpe eingepasst. Das Pumpengehäuse 5 der Linearmotorpumpe wird dazu in geeigneter Weise auf dem Pumpendeckel 12 der Membrankolbenpumpe befestigt.The two pumps 1 . 2 become a pump system 3 combined according to the illustration below. For this the pump piston 4 the linear motor pump into the opening 11 of the pump cover 12 the diaphragm piston pump. The pump housing 5 the linear motor pump is in a suitable manner on the pump cover 12 attached to the diaphragm piston pump.

Der von der Membrankolbenpumpe erzeugte Förderstrom ist in dem mittleren Diagramm auf der linken Seite dargestellt. Gut zu sehen ist der Phasenanschnitt, während dem keine Fluidförderung erfolgt. Bei der hier vorgenommenen Regelung der Linearmotorpumpe (s. obere Darstellung der Förderdiagramme auf der linken Seite) wird der Phasenanschnitt vollständig ausgeglichen und des Weiteren die Förderspitze der Membrankolbenpumpe gekappt. Es ergibt sich somit der resultierende Förderstrom des Pumpensystems 3, wie in der unteren Darstellung der Diagramme auf der linken Seite gezeigt. Wie gut zu sehen ist, weist der resultierende Förderstrom keinen Phasenanschnitt auf und die Förderspitze ist gekappt, wodurch die Pulsation des geförderten Fluids bereits deutlich vermindert wird.The flow rate generated by the diaphragm piston pump is shown in the middle diagram on the left. The phase cut is clearly visible, during which there is no fluid delivery. With the control of the linear motor pump carried out here (see upper illustration of the delivery diagrams on the left-hand side), the leading edge is completely compensated and the delivery tip of the diaphragm piston pump is also cut off. The resulting flow of the pump system is thus obtained 3 as shown in the diagram below on the left. As can be clearly seen, the resulting delivery flow has no phase gating and the delivery tip is capped, whereby the pulsation of the delivered fluid is already significantly reduced.

Wie bereits dargelegt, werden bei Hochdruckanwendungen üblicher Weise Pumpensysteme mit mehreren Pumpen oder Pumpen, die mehrere Arbeitsräume aufweisen, eingesetzt, um zum einen gewünschte Förderleistung zu erbringen und zum anderen durch geeignetes Überlagern der Förderung der einzelnen Arbeitsräume die Pulsation bereits zu vermindern.How already outlined are becoming more common in high pressure applications Way pump systems with multiple pumps or pumps that have multiple workrooms have, used to provide the desired output and on the other hand by suitable overlaying the promotion of individual workspaces already reduce the pulsation.

In 3 auf der rechten Seite ist schematisch eine Triplexmembrankolben-Hochdruckpumpe dargestellt, die über drei Arbeitsräume verfügt, wobei die in den Arbeitsraum 8 angeordneten Membranen 7 über drei Pumpenkolben 10 und nicht kompressible Fluids 9 angesteuert werden. Wie bereits im Zusammenhang mit 2 erläutert, wirken mit den Arbeitsräumen 8 der Triplexmembrankolbenpumpe die Linearmotorpumpen als Hilfspumpen 1 zusammen. Zu beachten ist, dass die konstruktive Darstellung nur rein schematisch erfolgt. Auf der linken Seite der 3, in der Mitte der dargestellten Diagramme, ist der Förderstrom der Triplexmembrankolben-Hochdruckpumpe dargestellt, in der Darstellung darüber der Förderstrom der drei Linearmotorpumpen, der auf die Triplexmembrankolbenpumpe abgestimmt ist. Aus der Kombination dieser Förderströme ergibt sich der resultierende Förderstrom, der in der untersten Darstellung der 3 auf der linken Seite dargestellt ist. Wie gut zu sehen ist, handelt es sich um einen weitgehend kontinuierlichen Förderstrom, der keine in der Praxis relevante Pulsation mehr aufweist.In 3 a triplex diaphragm piston high-pressure pump is schematically shown on the right side, which has three work rooms, the one in the work room 8th arranged membranes 7 via three pump pistons 10 and non-compressible fluids 9 can be controlled. As already related to 2 explained, work with the work rooms 8th the triplex diaphragm piston pump the linear motor pumps as auxiliary pumps 1 together. It should be noted that the constructional representation is purely schematic. On the left side of the 3 , in the middle of the diagrams shown, the flow rate of the triplex diaphragm piston high pressure pump is shown, in the figure above the flow rate of the three linear motor pumps, which is matched to the triplex diaphragm piston pump. The combination of these flow rates results in the resulting flow rate, which is shown in the bottom representation of the 3 is shown on the left. As can be clearly seen, the flow is largely continuous and no longer has any pulsation that is relevant in practice.

In 4 ist ein weiteres Pumpensystem 13 dargestellt, bei dem eine Linearmotorpumpe mit einer herkömmlichen Membrankolbenpumpe kombiniert wird. Im Unterschied zu dem bereits dargelegten Pumpensystem 3 erfolgt die Verbindung der beiden Pumpen bei diesem Pumpensystem 13 jedoch so, dass die Linearmotorpumpe in Fluidverbindung mit dem Raum unterhalb der Membran 7 der Membrankolbenpumpe in Verbindung steht. Hierzu ist im Pumpengehäuse der Membrankolbenpumpe ein Fluidkanal vorgesehen, der über eine Fluidleitung 14 mit dem Arbeitsraum 15 der Linearmotorpumpe 1 in Verbindung ist. Das auf die Membran 7 wirkende nicht kompressible Fluid 9 kann somit sowohl vom Pumpenkolben 10 der Membrankolbenpumpe als auch vom Pumpenkolben 4 der Linearmotorpumpe unter Druck gesetzt werden. D.h. die Membran 7 der Membrankolbenpumpe wird nicht nur mittels des Pumpenkolbens 10 ausgelenkt, sondern deren Auslenkung wird auch durch den Pumpenkolben 4 der Linearmotorpumpe gesteuert.In 4 is another pump system 13 shown, in which a linear motor pump is combined with a conventional diaphragm piston pump. In contrast to the pump system already described 3 the two pumps are connected in this pump system 13 however, such that the linear motor pump is in fluid communication with the space below the diaphragm 7 the diaphragm piston pump is connected. For this purpose, a fluid channel is provided in the pump housing of the diaphragm piston pump, which is connected via a fluid line 14 with the work space 15 the linear motor pump 1 is connected. That on the membrane 7 acting non-compressible fluid 9 can thus both from the pump piston 10 the diaphragm piston pump and the pump piston 4 pressure on the linear motor pump. Ie the membrane 7 the diaphragm piston pump is not only by means of the pump piston 10 deflected, but their deflection is also by the pump piston 4 controlled by the linear motor pump.

Auf der linken Seite in 4 sind wieder die Förderdiagramme der Pumpen 12 bzw. des Pumpensystems 13 dargestellt. Identisch zur Darstellung in 2 lässt sich durch geeignete Regelung der Linearmotorpumpe ein resultierender Förderstrom erzeugen, der keinen Phasenanschnitt aufweist und dessen Spitzen gekappt sind. Dieser resultierende Förderstrom ist in 4 unten links dargestellt. Wird die beschriebene Konstruktion bei einer Triplexmembrankolben-Hochdruckpumpe, wie sie in 3 dargestellt ist, eingesetzt, ergibt sich ebenso ein resultierender Förderstrom, wie er in 3 unten links dargestellt ist.On the left in 4 are again the delivery diagrams of the pumps 12 or the pump system 13 shown. Identical to the representation in 2 A suitable flow rate can be generated by suitable control of the linear motor pump, which has no phase gating and whose tips are capped. This resulting flow is in 4 shown at the bottom left. If the construction described in a triplex diaphragm piston high pressure pump, as in 3 is used, there is also a resulting flow, as in 3 is shown at the bottom left.

5 zeigt ein Pumpensystem bestehend aus einer hermetisch dichten druckausgeglichenen Linearmotorpumpe mit Spaltrohr. 5 shows a pump system consisting of a hermetically sealed, pressure-balanced linear motor pump with a can.

Die Pumpe weist einen Linearmotor 20 auf, der bei dieser Ausführungsform an beiden Seiten mit einem angeflanschten Pumpenkopf 25 versehen ist. Es handelt sich somit um eine Boxeranordnung. Weiterhin ist ein Spaltrohr 21 vorgesehen, das konzentrisch zu einer Motorwelle 23 angeordnet ist und die Druckräume verbindet. Im Außenbereich des Linearmotors 20 ist ein druckfestes Rohr 24 und ein Kühlmantel 26 angeordnet, um den Motor hermetisch abzuschließen und die entstehende Wärme abzuführen. Bei dieser Ausführungsform ist die Ständerwicklung 27 mit Blechpaketen versehen und der Läufer 28 mit Permanentmagneten.The pump has a linear motor 20 on, in this embodiment on both sides with a flange-mounted pump head 25 is provided. It is therefore a boxer arrangement. There is also a can 21 provided that concentric to a motor shaft 23 is arranged and connects the pressure rooms. Outside of the linear motor 20 is a pressure-resistant pipe 24 and a cooling jacket 26 arranged to hermetically seal the engine and dissipate the heat generated. In this embodiment, the stator winding 27 provided with sheet metal packages and the runner 28 with permanent magnets.

Gemäß einer nicht dargestellten Ausführungsform weist der Läufer eine Läuferwicklung auf. Durch die Ausführung der Pumpe als Linearspaltrohrmotorpumpe ist eine Steuerung der Pumpe bzw. des Förderstroms in der beschriebenen Art und Weise möglich, so dass sich die in der Beschreibung ausführlich beschriebenen Vorteile ohne weiteres erzielen lassen.According to one not shown embodiment the runner points a runner winding on. By execution the pump as a linear canned motor pump is a control of the pump or the flow rate possible in the manner described, so that the in the description in detail can easily achieve the described benefits.

Claims

Pump system with a main pump ( 2 ) that have at least one work space ( 8th ) and conveys a fluid from a suction side to a pressure side, characterized by at least one by means of a linear motor ( 6 ) driven auxiliary pump ( 1 ) directly connected to the work area ( 8th ) the main pump ( 2 ) is in fluid communication.

Pump system according to claim 1, characterized in that the auxiliary pump ( 1 ) is formed without a valve.

Pump system according to claim 1 or 2, characterized in that the main pump ( 2 ) a pump head ( 11 ) that has the work area ( 8th ) closes and an opening for connection to the auxiliary pump ( 1 ) having.

Pump system according to one of claims 1 to 3, characterized in that the main pump ( 2 ) several work rooms ( 8th ), each with an auxiliary pump ( 1 ) connected is.

Pump system according to one of claims 1 to 4, characterized in that the main pump ( 2 ) is a triplex piston pump or triplex diaphragm piston pump, the working spaces ( 8th ) each with an auxiliary pump ( 1 ) are connected.

Pump system with a main pump ( 2 ), which is designed as a diaphragm pump and at least one working space ( 8th ), and conveys a fluid from a suction side to a pressure side, characterized by at least one by means of a linear motor ( 6 ) driven auxiliary pump ( 1 ) with the work area ( 8th ) the diaphragm pump ( 2 ) opposite side of the membrane ( 7 ) is in fluid communication.

Pump system according to claim 6, characterized in that the fluid connection over a fluid channel takes place.

Pump system according to claim 6, characterized in that the auxiliary pump ( 1 ) directly with the space below the membrane ( 7 ) connected is.

Pump system according to one of claims 6 to 8, characterized in that the membrane ( 7 ) of the main diaphragm pump ( 2 ) has an increased game.

Pump system according to one of claims 6 to 9, characterized in that the main pump ( 2 ) is a triplex diaphragm pump and each work area ( 8th ) an auxiliary pump ( 1 ) assigned.

Pump system according to one of claims 1 to 10, characterized in that the auxiliary pump ( 1 ) has a piston pump.

Pump system according to one of claims 1 to 11, characterized in that the linear motor ( 6 ) has a position measuring system and the stroke and the stroke speed can be regulated by means of a controller.

Pump system according to claim 12, characterized in that the path measuring system has an inductive measuring system or a Measuring system with Hall sensors.

Pump system according to one of claims 1 to 13, characterized in that the control of the linear motor ( 6 ) on the main pump ( 2 ) is coordinated.

Pump system according to one of claims 1 to 14, characterized in that the auxiliary pump ( 1 ) has a linear canned motor pump.

Pump system according to one of claims 1 to 15, characterized in that the auxiliary pump ( 1 ) can be retrofitted and has an opening with the work area ( 8th ) or another room of the main pump ( 2 ) can be connected to it.

Pump system with a linear motor pump driven by a linear motor ( 20 ) is driven, characterized in that the linear motor pump has a can ( 21 ) and is hermetically sealed and pressure-balanced.

Pump system according to claim 17, characterized in that the pump opposite two pump heads ( 25 ) having.

Pump system according to one of claims 17 or 18, characterized in that the motor shaft ( 23 ) is designed as a tubular or solid shaft and the can ( 21 ) concentric to the motor shaft ( 23 ) is provided.

Pump system according to one of claims 17 to 19, characterized in that on the outer circumference of the linear motor ( 20 ) a cooling jacket ( 26 ) is provided.

Pump system according to one of claims 17 to 20, characterized in that on the outer circumference of the linear motor ( 20 ) a pressure-resistant pipe ( 24 ) is arranged.

Pump system according to one of claims 17 to 21, characterized in that the pump heads ( 12 ) integrated with the linear motor ( 20 ) are trained.