DE1453610A1

DE1453610A1 - Gegentakt-Dosierpumpe zum Dosieren von fluessigen oder gasfoermigen Medien

Info

Publication number: DE1453610A1
Application number: DE1964P0033785
Authority: DE
Inventors: Gossel Dipl-Ing Dieter; Duinker Dr Simon
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1964-03-07
Filing date: 1964-03-07
Publication date: 1969-07-31
Also published as: US3327633A; NL6502583A; FR1426572A; DE1453610B2; GB1097715A

Description

"Gegentakt-Dosierpumpe zum Dosieren von flüssigen oder gasförmigen Medien"

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gegentakt-Dosierpumpe zum Dosieren von flussigen oder gasförmigen Medien mit Verdrängerkolben, die gegenüber dem Pumpengehäuse mittels RoIlmembranen abgedichtet sind, die von einer inkomprsssiblen Flüssigkeit gegenüber dem Fördermedium abgestützt werden.

Kolbendosierpumpen zeichnen sich durch ein großes Hubvolumen und einer damit verbundenen großen Förderleistung aus. Dieses große Hubvolumen bzw. die damit zusammenhängende ^roße Förderleistung beruhen auf einem günstigen Verhältnis von dem Hubvolumen zu deia sogenannten "schädlichen Raum", -ils schädlicher Kaum wird dabei der Teil des Z.ylinderinhaltes bezeichnet, der vom Kolben bei seiner Förderbewegung nicht erreicht und der mithin bei einem Hub auch nicht mit entleert wird. Der Förderhub ist deshalb nur geringfügig druckabhängig.

Nachteilig und genauigkeitsmindernd sind bei den Kolbendosierpumpen die unvermeidlichen Leckverluste an den Stoffbucheen der Verdrän^erkolben, die insbesondere bei kleinen Förderleistungen und bei niedrig viskosen Medien auftreten. Hinzu tritt noch, daß das oft aggressive Fördermedium mit den dichtenden Kolbenteilen und den ütoffbuchsen in Berührung kommt.

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Membrandocsiaruumpen werden eingesetzt, v^enn - moistens durch die Eigenschaften des Fördermediuns bedingt - eine stoj.'fbuchsenlose Konstruktion erforderlich ist. Hierbei entfallen Leckverluste.

Bei den bekannten Membranen wird der Hub durch elastisches Verspannen der Membran bewirkt, wobei die Beanspruchung nit dem Hub steigt. Um zu einer ausreichenden Pumpenlebon/xl&ac-r zu gelangen, sind daher nur kleine Hübe realisierbar, „odurch das Verhältnis vom Hubvolumen zum schädlichen Kaum ungünstig wird. Die Genauigkeit ist dabei nicht besser ::.lu die von Kolbenpumpen. Außerdem ist die Förderleistung, gemessen an der Baugröße, nur niedrig. Schließlich ist es notwendig, die Membran als hoch beanspruchtes Verschleißteil in regelmäßigen Abstanden auszuwechseln.

Es ist bekannt, bei Verdichtern mittels elastischer membranen, sogenannten Rollmembranen, den Verdichtungsraum abzudichten. Die Rollmembranen sind dabei entweder nur an der Gelü-usewand eingespannt und legen sich in Form eines abgeflachten Schlauches um einen beweglichen Kolben oder aber sie sind irr: Gehäuse und am Kolben befestigt. Lei den Hubbewegungen des Kolbens rollt die Membran dann mit dem Kolben mit. Jm ihr die erforderliche Widerstandsfähigkeit und Dichtungsfestigkeit zu verleihen, ist ihr Hohlraum noch" mit einer inlrompressiblen Flüssigkeit gefüllt. Schwierigkeiten bereiten hierbei die die inkompressible Stützflüssigkeit, beispielsweise ein Öl, enthaltenden Dichtungsräume zwischen dem Kolben und dem Gehäuse einerseits sowie der Membran andererseits, wenn die Pumpen einen so großen Hub aufweisen, daß das Volumen 'der Räume schwankt. Es ist bekannt, sich dabei so zu behelfen, daß im Kolben Öffnungen vorgesehen sind, durch die die Stützflüssigkeit in Hohlräume innerhalb des Kolbens abfließen kann. Dafür ist aber ein großer Aufwand nötig.

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Die erwähnten Nachteile der bekannten Dosierpumpen sind bei einer Gegentakt-Dosierpumpe nach dem Prinzip der Kolbenpumpe zum Dosieren von flüssigen oder gasförmigen Medien mit Verdrängerkolben, die gegenüber dem Pumpengehäuse mittels Kollmembranen abgedichtet sind, die von einer inkompressiblen Flüssigkeit gegenüber dem !Fördermedium abgestützt werden, dadurch vermieden, daß die auf einer Achse entgegengesetzt zueinander angeordneten Kolben mittels eines im Pumpengebäuse gelagerten Gleitstückes verbunden und die ltollmembranen, die die Förderräume von dem Lager im Gehäuse trennen, in an sich bekannter Weise einerseits längs der lLolbenstirnrander und andererseits etwa auf halber Hubhöhe an den Zylinderwänden festgelegt sind, wobei die Kolben gegenüber dem Gleitstück und in Richtung auf dieses soweit einen geringeren Querschnitt aufweisen, daß die Dichtungsrilume zwischen den Membranen und dem Gleitlager bei jeder Kolbenstellung den gleichen Rauminhalt aufweisen.

Die Gegentakt-Dosierpumpe nach der Erfindung zeichnet sich gegenüber den bekannten Pumpen durch die Einfachheit ihrer Konstruktion aus, die es bei großem Hub und kleinem schädlichen Raum gestattet, die Hj'draulikflüssigkeit, die die Membranen gegenüber dem !Fördermedium abstützt, in einem völlig abgeschlossenen, von dem Lager lediglich in zwei l'eile geteilten Hohlraum unterzubringen, der keine Durchführungen nach außen oder innen aufweist. Eine geringe Wanderung der Hydraulikflüssigkeit aus dem Dichtungshohlraum des einen Zylinders in den Dichtungshohlraum des anderen Zylinders wird durch eine gleich große entgegengesetzte Wanderung bei der Kolbengegenbewegung kompensiert, so daß dadurch kein Fehler auftreten kann.

Infolge der geringeren Beanspruchung der Rollmembranen steigt die Lebensdauer der Membranen in der Dosierpumpe nach der Erfindung. Während bei bekannten Membran-Dosierpumpen bei

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kleinem Hub eine Membranlebensdauer von 4500 Stunden bei 108 Hüben pro Minute entsprechend ca. 3*10' Hüben insgesamt angegeben wird, arbeitet die Pumpe nach der Erfindung mit P.ollmembranen noch nach über 10.000 Betriebs stunden bei 1500 Hüben pro Minute entsprechend 9 · 10⁸ Hüben insgesamt und einer Hubhöhe von 65 mm noch vollständig einwandfrei. Me lebensdauer der Kollmembran in der Pumpe nach der Erfindung ist mithin also mindestens dreißigmal so groß wie die Lebensdauer der Membran in einer Membran-Dosierpumpe üblicher Bauart.

Die Gregentakt-Bosierpumpe nach der Erfindung wird vorzugsweise elektromagnetisch angetrieben. Me Verdrängerkolben mit dem sie verbindenden Gleitstück sowie das Gleitlager und verstellbare Anschläge aur Veränderung der Fordervolumen bestehen dabei aus magnetisch gut leitendem Werkstoff, während die übrigen Pumpenteile aus magnetisch schlecht leitendem Werkstoff gefertigt sind» Die Verdrängerkolben bei der Gegentakt-Dosierpuape nach d©r Erfindung werden dann über Erregerspulen.₉ die auf das Lager und die Anschläge verbindendes i'eldeisen aufgesetzt sind, mittels der, von den die Erregerspulen durchfließenden Strömen herrührenden Peldkräften Ma- und herbewegt. Auf diese Art und Weise entfällt gegliohe mechanische Verbindung zwischen den Kolbenarbeiteräumen und der Umgebung* wodurch Stoffbuchsen-Dichtungsprobleme entfallen.

Die Erfindung wird anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Pig. 1 zeigt in schematiseher Darstellung ein Ausführungsbeispiel einer elektromagnetisch angetriebenen Gegentakt-Dosierpumpe nach der Erfindung mit dem Kolben in einer unteren Endlage.

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Pig. 2 zeigt die Pumpe nach. Pig. 1, wobei der Kolben sich, jedoch an der oberen Endlage befindet.

Fig. 3 zeigt die Pumpe nach Pig. 1 mit durch einen Anschlag reduziertem Hub.

Pig. 4 zeigt in schematischer Darstellung den elektromagnetischen Antrieb der Pumpe nach der Erfindung für stromrichtungsunabhängige Betätigung.

Pig. 5 zeigt einen elektromagnetischen Antrieb für stromrichtungsabhängige Betätigung.

Die in Pig. 1 dargestellte Gegentakt-Dosierpumpe besteht aus einem Pumpengehäuse 1, in dem sich ein Gleitlager 3 für eine Kolbenanordnung 5 befindet, die aus einem Gleitstück 7 und zwei entgegengesetzt zueinander an dem Gleitstück 7 angeordneten Kolben 9 besteht. Die Kolbenanordnung wird in dem Gleitlager 3 geführt und kann aus beiderseits des Gleitlagers gelegenen Zylindern 11 in diesen befindliche gasförmige oder flüssige Medien verdrängen. An den Kolbenstirnflachen 13 sind Rollmembranen 15 befestigt. Aus-8erdem stützen sioh die Rollmembranen etwa in halber Hubhöhe an den Zylinderwänden 17 ab.

Die Diohtungsräume 19 zwischen den Rollmembranen 15 Bind mittels einer inkompressiblen Hydraulikflüssigkeit gefüllt; sie sind bei jeder Hubstellung der Kolbenanordnung 5 praktisch gleich. Dies wird dadurch erreicht, daß die Kolben Querschnittsbereiche verringerten Durchmessers aufweisen, die bei den Hubbewegungen gerade bis an das Gleitlager 3 heranführbar sind, wobei die Zylinder vorzugsweise gleichzeitig bis an das Gleitlager heran einen um einen Betrag größeren Durohmesser aufweisen, als die Kolben mit einem gegenüber dem Gleitlagerdurohmesser kleineren Durchmesser versehen sind. Weiterhin trägt daau die Anordnung die Be-

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festigung der Membranen 15 etwa in halber Hubhöhe an der Zylinderwand bei.

Die Pördervolumina der Zylinderhohlräume 11 sind mittels Anschlägen 21 einstellbar. Bei dem in Pig. 3 dargestellten Kolbenstand ist einer der Anschläge 21 um ein Stück in den einen Zylinderraum 11 eingeschraubt.

Das zu fördernde Medium strömt durch einen am Pumpengehäuse vorgesehenen Stutzen 23 und sich an den Stutzen anschließende Rohrleitungen 25 in die Pörderräume 11 ein. Je nachdem, in welcher Richtung sich die Kolbenanordnung 5 bewegt, wird dabei entweder aus dem oberen oder unteren Pörderraum 11 das zu fördernde Medium über Leitungen 27 und einen Stutzen 29 abgeführt. Rückschlagventile 31 in den Leitungen 25 bzw. 27 sorgen dafür, daß das geförderte Medium nicht etwa versehentlich zurückströmen kann.

Wie die Pig. 1 und 2 zeigen» sind die schädlichen Räume 33 bei der Pumpe nach der Erfindung äußerst gering, da die Kolbenstirnflächen bis zum Inschlagen an die ins Pumpengehäuse 1 eingesetzten Anschläge 21 gelangen und lediglich ringförmige schädliche Räume übrig bleiben, die die Rollmembranen aufgrund ihrer Konstruktion übrig lassen.

Die Kolbenanordnung wird bei der Pumpe nach der Erfindung ■ auf elektromagnetischem Wege in Setrieb gesetzt.

Zu diesem Zweck sind die Anschläge 21 _K, das Gleitlager 3 und die Kolbenanordnung 5 aus magnetisch leitfähigem Material gefertigt. Das Gleitlager, und die Anschläge sind dabei mittels weichmagnetischer Jocheisen 35 miteinander verbunden (Pig. 4). Als Werkstoff für die Jocheisen kommt entweder Bisen oder Ferrit in Betracht. Auf die Bisenverbindungen 35 sind Erregerspulen 37» 38 aufgesetzt, die mittels'

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eines Schalters 39 wahlweise abwechselnd von einer Spannungsquelle 41 mit Strom versorgt werden. Entsprechend der Stellung de3 Schalters 39 fließt der Strom aus der Gleich- oder Wechselspannungsquelle 41 entweder durch die Wicklung 37 oder 3ö. Da die magnetischen Kräfte in diesem Pall so wirken, daß sie den magnetischen Widerstand im gerade erregten Kreis unabhängig von der Feldrichtung zu verringern trachten, wird die Kolbenanordnung 5 entweder zum einen oder zum anderen Polschuh 21 gezogen.

Bei stromrichtungsabhängiger Betätigung nach Pig. 5 ist die Kolbenanordnung 5 magnetisiert. Die eine Kolbenstirnfläche trägt dabei einen magnetischen Südpol ;· . während die andere einen magnetischen Nordpol 45 aufweist. Durch e' Umpolen der aus einer Gleichstromquelle 47 gespeisten 1^:.· te-Ölungen 37» 38 mittels eines Kommutierungsschalters 49 wird dabei die Richtung der auf Ie Kolbenaordnung 5 einwirkenden Antriebskraft geändert.

Die Wicklungen 37 und 38 können statt über dan Schalter 49 auch unmittelbar aus einer Stromquelle wechselnder Polarität gespeist werden. Es kommen dabei Wechselstrom oder Impulsstromquellen in Betracht. Unterhalb der GrenzfrequenB der Pumpe bestimmt dann die Speisefrequenz die Förderleistung. Dies ist besonders vorteilhaft für Dosieranlagen, deren Förderleistung während des Betriebes veränderbar sein soll. Wenn mehrere Dosierpumpen nach der Erfindung parallel zueinander arbeiten und zeitlich gegeneinander verschoben angesteuert werden, dann ist es auch möglich, zu einer vollständig kontinuierlichen Förderung zu gelangen.

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Claims

. ■ . Hamburg, don J. Dera. Ti>-6u Ln/Dr. .. . lieine jVkte: PHD-252 .

r]jJ.li,jD r&tentverwalUmg. GmbII.

J. r t jntansprüch e.:

(iJ Gg- .ontc-kt-JDosierpunipe sum Dofjieruii τοπ ilüijcigen oder gasförmigen idealen mit Terdranger colben, die gegenüber dem Pumpeiiijehäuse 2^r:ittoli.. Lolliaembrcnen abgediclitet cine, die Vv.ii einer iniiVOiuprGsaiTjJxn.Flüssigkeit gegenüber dem Yüi-dox-"/,lCvliuxi abgesTj.iiist v/ordon, dadurch gelcennzeiclmet, daß die auf einor ΛοΙιοο entgc-gengesetst zueinander angeordneten Kolben (9) mittel,.i einea im ±umpengeiiäULo gülcgerten Gleitstiiclce« (7) verbunden und die Lollmerabraiisn ('iü)> die die Pördorr'■ urne (11) von den Lager (i) im GelKvuüe trennen, in cn sieb" be kennt er '..eiae einerseits längs der Kolbenstirnränder (13) und andererseits in ebenfalls an sich bekannter Weise etwa auf halber Hubhöhe an den Zylinderwänden (17) festgelegt sind, wobei die "Kolben gegenüber den Gleitstück und in Richtung auf dieses soweit einen verringerten Querschnitt aiiivveisen, daß die Dichtung sr üuiue (1¹^) zv/i schon, den i-Ieiibra— neu und dem Lagsr hei Ί 5der■"Kolbenstellung den gleichen Ecuiainlialt aux'v/eiseii.

c. Gegentakt-Dosierpunpe nach Anspruch 1, dadurch gekennseichnet, daß die Kolben („uerscbnittsbereiche verringerten Durchmessers bei den Hubbev/egüngen gerade bis an das Lager (3) heranführbar sind und die Zylinder (11) bis an" das" Lager heran einen um etwa den Betrag größeren Durchmesser aufweisen, als die Kolben (9) mit einem gegenüber dem Lager kleinerem Durchmesser versehen sind.

3. Gegentakt-Dosierpumpe nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch, gekennzeichnet, daß die Rauminhalte der Förderräutae (11) mittels in die Pörderräume einschiebbarer Anschläge (21) veränderbar sind.

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Ί. Cre,"-ii"Lx-lct-Dosiorji.«miixie nach den .müprüchen 1 "bis 3, dadurch, gekennzeichnet, dci., die Verdri-ngerkolben (9) mit dem Gleitstück (7), -co'.-li -1·:ε „ajor (3) und die veTotellüarsn -nschl^:.go (21) au., u^rr-ti^ch gut leitendem Werkstoff bejtohcii, während dii übriroii Piu:r.;oiiteile aus ;;oM3Gljt loitondou .cricotox'f gefertigt aind.

^:·. Gegöiitakt-Dosior/ampe nccli don ^ncj^a-ilGben 1 υίο j, da-ά HO]] _LjGkonn3Giciiii-L, αεβ dio Yerdrcingerlrolben-G-leitst^.c'-roinliolt (ü) in a:-:i'-.^:.<:z xiiohtan^ nⁿrn^ticiert ist, üo cu" .= c ".no EoIbenQtirnxlLcbs (·>;,) .liaan i-ic^no-uifjcbon iiordpol und äis ειηΊοΓϋ Ivolbaii^tiiiii'iClulic (^£,-^) einen magnetisouen ö'ldpol aufweist.

o. Gu^uirbE.kt-DosiGr^uupe nach den insprAchon 1 biy 5, dadurch gekennzeichnet, del·; dna als Polscbuh dienende Gleit— leger (3) und die ebenfalls als Polaci.ahe dienenden JLnsciilL (21) niixtols Feldeicens (35) vc-rbunden und auf den EeIdoicGiiverbinduneen Erregersxjulen (37, 38) angeordnet sind.

7. Ge^entakt-Dosierpumpe nach den -nsprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, da;."' dio iJrregervi-ickiungen (37, 3 ■) un nittelbar aus einjr v.'echselstromquelle voränderlicher Precuens spGiübar sind.

ü. Gegentakt-Dosierpumpe nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie zur Erzielung einer kontinuierlichen i'örderung mit mehreren parallelarbeitendeii gleich rrtigen Dosierpumpen susanmenwirkt, die seitlich gegeneinander verschoben angesteuert werden.

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