-
Dosier pumpe mit elektronisdh gesteuertem Antrieb mittels Umkehrhubmaaaet.
Die Erfindung betrifft eine Dosierpumpe, dadurch gekennzeichnet,, daß ihr Antrieb
mit Umkehrhubmagnet erfolgt, wobei letzterer-durch spezielle Steuerungseinrichtungen
auf elektronischem Wege gesteuert und geregelt wird. Als Dosierpumpen werden in
der Verfahrenstechnik vorzugsweise axial bewegte Kolben-, Membran- und Balgpumpen
mit meist kleinerem Hubvolumen verwendet, um insbesondere flüssige Medien,*z.B.
Chemikallbssungen in bestimmten Mengenverhältnissen einem anderen, meist flüssigen
Stoff oder Stoffgemisch zuzusetzen. So sind beispielsweise in der Wasserversorgungstechnik
solche Dosierpumpen üblich, um dem Rohwasser die zur Aufbereitung erforderlichen
Chemikalien in gelöster Form beizumischen. An die Genauigkeit dieser Dosierung werden
hohe Anforderungen gestellt, insbesondere an eine dem Rohwasserstrom mengenproportionale
Dosierung. Da sowohl der Rohwasserstrom, je nach Abnahmeverhältnissen, größeren
Durchflußschwankungen unterliegt als auch die Höhe der zu dosierenden Menge von
der Rohwasserbeschaffenheit abhängt, ist der Regelbereich der Dosierpumpen und damit
des Pumpenantriebes relativ groß zu bemessen. Üblicherweise besteht dieser Antrieb
aus einem Drehstrom-Elektromotor, der über ein - oft regelbares - Getriebe und ein
in der Hubhöhe verstellbaren Exzenterantrieb den Drehantrieb des Motors in den axial
wirkenden Antrieb der genannten Pumpen umsetzt. Der mittels mechanischem Getriebe
und Hubverstellung des Exzenters mögliche Regelbereich der Pumpe liegt üblicherweise
bei 1 : 6 und kann durch ein zusätzliches stufenloses Getriebe auf etwa 1 : 20 vergrößert
werden. Bei einer Fernsteuerung der Pumpe, insbesondere aber einer automatischen
Mengenproportionalsteuerung werden für die Verstellung des Getriebes sowie des Exzenterhubes
weitere Antriebselemente, z.B. Drehstromnotoren mit entsprechenden Regelgliedern
zur mechanischen Verstellung benötigt. Sowohl die Umsetzung des Dreh- in einen Axialantrieb
als auch die Maßnahmen zur Erzielung eines möglichst großen Regelbereichs der zu
dosierenden Mengen und deren Fernsteuerung erfordern damit einen verhältnismäßig
großen mechanischen Aufwand in der Antriebsseite. Daneben arbeitet die Ventilsteuerung
der Dosierpumpen selbst mit einfachen oder federbelasteten Kugelventilen, die automatisch
durch die Druckverhältnisse in der Pumpe entsprechend öffnen bzw. schließen.
Erfahrungsgemäß liegt in dieser selbsttätigen Ventilsteuerung ein großer Unsicherheitsfaktor
der Dosiergenauigkeit, da die Kinematik dieser Verschlußelemente infolge strömungsphysikalischer
Einflüsse labil ist und weiterhin nach kürzerer oder längerer Betriebszeit Dichtigkeitsmängel
durch Ansätze etc. an diesen Elementen auftreten.
Die
nachstehend beschriebene Dosierpumpe mit elektronisch gesteu-
ertem
Hubmagnet bezweckt eine Vereinfachung des Antriebes dadurch,
daß
die mechanischen Getriebe- und Regelelemente durch die elek-
tronische
Steuerung völlig in Wegfall kommen, der wesentlich höhere Regelbereich
durch die elektronisch sehr einfach zu steu-
ernde Hubfrequenz
des Magnetantriebes erreicht wird, wodurch auch
eine weitere Vereinfachung
der Fernsteuerung bzw. Automatisierung bei größerer Dosiergenauigkeit
und Betriebssicherheit erreicht
wird. Diese Ausführung ergibt nebenbei
eine Kostensenkung und da-
mit größere Wirtschaftlichkeit dieser Anlagen,
die um so fühlbarer wird, je komplizierter die Steuerungsfaktoren
und -bedingungen werden.
Allgemeiner Aufbau
d Wirkungsweise: Die elektronisch gesteuerte Dosierpumpe
mit Hubmagnetantrieb weist einen mechanischen und einen elektronischen
Bauteil auf.
Der mechanische Bauteil besteht nach Fig. 1 aus dem
Umkehrhubmagnet A, der Freispielkupplung B, der mittels Planschlaterne
C am Hubmagnet A freitragend angeflanschten Pumpe D und deren elektro-
magnetischen
Ein- und Auslaßventilen E.
Die Einzelteile A, C, D und E sind in ihrem
Aufbau und ihrer Wir-
kungsweise bekannte Elemente, die für
ihr Zusammenwirken als
Dosierpumpe noch einige - nachstehend
unter A. Mechanische Elemente
beschriebene - besondere Details
aufweisen. Die Freispielkupplung B
ist hingegen eine für
die speziellen Erfordernisse dieses Aggrega-
tes entwickelte Neukonstruktion.
Der
elektronische Bauteil ist unter B. Elektronischer Steuerteil
näher erläutert.
Die
Wirkungsweise des Gesamtaggregates beruht auf den folgenden
kennzeichnenden
Einzelheiten:
Der Umkehrhubmagnet entwickelt eine in beiden Richtungen
wirkende
axiale Antriebskraft, die der axialen Hubbewegung der Pumpe
unmit-
telbar entspricht, d.h. Antrieb und Pumpe sind direkt
gekuppelt, so daß jedes mechanische Getriebeelement, z.B. zur Umsetzung
eines
Drehantriebes in einen Axialantrieb, entfällt. Der Hubweg
des
Magnetantriebes stimmt mit dem der Pumpe überein.
Die
axialen Hubbewegungen des Antriebes werden durch eine Strom-
umsteuerung
des Doppelmagneten erreicht und durch die unter B.
Elektronischer
Steuerteil beschriebenen Einrichtungen selbsttätig
bewirkt. Letztere
ermöglichen auch in einfacher Weise die Regelung der Umsteuer- bzw.
Hubfrequenz des Antriebsmagneten, wodurch ein
mechanisches
Regelelement, z.B. in Form eines stufenlosen Regelgetriebes
oder eines verstellbaren Exzenterhubes zwischen Antrieb
und
Pumpe entfällt.
-
Die elektronische Steuerung betätigt außerdem im Gleichtakt
der
Umsteuerung des Antriebes auch die elektromagnetischen
Ein- und
Auslaßventile E der Dosierpuspe, wodurch ein dichter und
sicherer
Abschluß derselben erreicht wird.
A.
Mechanische Blenentg Der Umkehrhubmagnet A (Fig. 1) arbeitet mit Gleichstrom von
24 Volt und kann somit bei Netzausfall hilfsweise automatisch auf Batterie-
betrieb
umgeschaltet werden.
-
Da die volle Leistung des Umkehrhubmagneten
in beiden Axialrichtungen zur Verfügung steht und die Dosierpumpe
sie pr"tisch nur
im Druckhub -bent5tigt, wird der Magnetantrieb
beidseitig xnit je
einer Dosierpumpe in sog. Tandemanordnung
ausgerilstet..Weben der
besseren Ausnutzung des Antriebes ist
hierdurch eine bessere Konstanz
des Förderflusses und ein doppelter
Regelbereich erzielbar.
An den üblichen Hubmagneten sind zusätzliche
elektronische Schlitz-
initiatoren angebracht, die die beiden
Endstellungen des Antriebes
überwachen (Fig. 1-A1). Hierzu werden
zwei, in ihrem Aufbau und
ihrer Wirkungsweise als bekannt vorausgesetzte
Schlitzinitiatoren A1
an dem Magnetgehäuse so angebracht, daß sie auf
den genauen Hubab-
stand justierbar sind, während die Weicheisen-Steuerfahne
A2 auf
der Antriebsachse befestigt ist. Sie haben
die Hauptaufgabe, die
volumetrische Fällung der Dosierpumpe
bei einer Genauigkeit der
Endstellungen von 0,1 mm zu kontrollieren
(siehe B).
Die Pumpe ist mit einer Planschlaterne C freitragend
an den Antrieb
montiert (Fig. 1). Die Antriebsachse und der
Pumpenkolben sind da-
bei mittels einer Freispielkupplung
B verbunden, die in Fig. 2 in
vergrößertem Maßstab dargestellt ist.
Auf der Pumpenachse B 1a sitzt
mit Gegenmutter gesichert die
Kupplungshälfte B 1b mit der Justier-
schraube B 1c und
dem Sitzring B 1d, auf der Antriebsachse B 2a des
Magneten
entsprechend die Kupplungshälfte B 2b und der vorgeschweißte
Kragen B 2e. Dieser Kragen besitzt gegenüber dem abgedrehten
Hals
von B 1b ein Radialspiel von 1 mm, gegenüber B 1d
ein Axial-
spiel von 0,2 mm. Durch diese neuartige Freispielkupplung
wird die
bisher übliche starre Dreipunktlagerung aufgehoben und
eine sehr
gute Kolbenführung durch das Packungsmaterial erreicht.
Der Vorteil
dieser Konstruktion macht sich vor allem in der größeren
Beständig-
keit der Packung, geringerer Wartung bei größerer Dichtigkeit
auch
über längere Zeiträume bemerkbar. Voraussetzung ist dabei ein
vorgepreßtes Packungsmaterial.
-
Die Elektrosagnetventile E der Pumpe (Fig.
1) arbeiten ebenfalls
mit einer Spulenspannung von 24-
Volt Gleichstrom; das Druck-E-Ventil wird mit der Drueetspule,
das Saug-E-Ventil mit der Saugmagnetspule den Antriebes parallel
geschaltet. Dieses System bietet sich geradezu an, da keine
gesonderten Steuerelemente hierbei notwendig
werden und die Sicherheit
dieser Anordnung weit über der einer
mechanischen Ausführung liegt;
der Preisunterschied ist geringfügig. B, 81ektrAnischer
Steuerteil
Der Steuerungsaufbau besteht aus zwei Einheiten:
M a Netzteil
b# Elektronischer Steuerung Netzteil:
Der Netzteil
besteht aus
1.) einen Drehst,owtrafo prin. 380
Volt Drehstrom, sek. 24 Volt
Drehstress mit nachgeschalteten Siliziumaleichrichtern
in
Drehatrow-HrUckenschaltung zur Versorgung des Usacehrhubmagneten
und der Leistungsverstärker.
-
2.) einen Doppelspannungstrafo prin. 220 Volt Wechselspannung
mit nachgeschalteten -9iliziumgleiehrichtern in Graetz-HrUckenschaltung
und Kondensatorsiebung. Leistung 25 W
zur Versorgung
des elektronischen Steuerteils. Spannungen P « + 24
V, M = -24 V, N : -24 V. Die Spannung P wird
zusätz-
lich über einen Konstanter stabilisiert.
In
Gehäuse des Netzteils sind u.a. Sicherungen, Schalter, Kontrolllampen
und Netinstrumente zur Überwachung des Gerätes untergebracht,
b) Elektronische Steuerung: Der elektronische Steuerungsteil wird vorzugsweise
aus Hausteinen
der Siesstie-N-Serie der Fa. Siemens
oder der Logistat-N-Serie der
Fa. AEG und Verstärkern zusassengebaut.
Aus wirtschaftlichen gründen können auch die elektronischen Bauelemente
auf einer
esseinsamen Trägerplatte in gedruckter Schaltung ausgeführt
werden
Integrierte Schaltungstechnik). Das Herz des Steuerungsteils
ist ein Taktgeber, welcher über eine
Grobstufenschaltung une einen
Digital-Wendelpotentiometer für die
Feineinstellung mit einer
Genauigkeit von 0,1 % eingestellt werden
kann. Er steuert den
Rhythmus des Umkehrhubmagneten mit sehr hoher
Konstanz in der
Zeiteinheit. Der Regelbereich liegt bei 1 : 40
3 - 120
Hübe pro Minute. Denn Taktgeber ist eine Zählstufe nachgeschaltet,
Kelche für die Umsteuerung des Magneten wichtige antivalente
Signale abgibt.
-
Der Ausgang der Schlitz-Initiatoren
am Hubmagnet
liegt über einer
NOR-Stufe mit Signalunformung
auf dem Vorbereitungseingang
der
Zählstufe. Wird
also im Falle einer mechanischen Störung
im An-
trieb oder in der Pumpe
eine der beiden Endstellungen
nicht er-
reicht, so wird
die Umkehrsteuerung
des Magneten
nicht eingeleitet.
| Für jedes der beiden Ausgangssignale der Zählstufe
ist eine NAND- |
| Stufe nachgeschaltet, welche wiederum mit einem der beiden
Schlitz- |
| Initiatoren i na Und-Verhalten steht. Hier
erfüllen die Initiatoren |
| ihre zweite Aufgabe: Wird mich die Endstellung des Antriebes |
| ohne Fehler erreicht, so wIrd die Ansteuerung der 5
AmprVerstgrker, |
| die den NAND-Stufen nachgescl@ltet. sind, unterbrochen.
Die Zug- und |
| Druckmagnetspulen und Magnetventile stah"n also nur während
der |
| Arbeitabewegwng unter Spannung; dies hat geringste Erwärmung
und |
| geringsten S tr*r#iv erbrauch zur folge. |
FUr die Dosiernengenkontrolle ist ein Zählwerk eingebaut, welches durch Druckknopf-Betätigung
genau eire Minute eingeschaltet
bleibt.
Die Hubzahl des Antriebes
wird
in dieser Zeit gezählt. Der Vorgang
kann auch automatisch
erfolgen, so daß
eine ständige Kontrolle'gewährleistet
ist.
-
Für die Überwachung ist für jede der beiden Endlagenstellungen
ein
elektronisches Zeitglied eingebaut, Kelches bei Stillstand
der Maschine sofort Störsignal gibt.