DE20018132U1 - System zum Kreislauffördern von Medien - Google Patents

Description

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PATENTANWÄLTE

23. Okt. 2000
43 836 K

ALMATEC Maschinenbau GmbH

Carl-Friedrich-Gauß-Str. 5, 7475 Kamp-Lintfort

"System zum Kreislauffördern von Medien"

Die Erfindung betrifft ein System zur Kreislaufförderung von Medien, insbesondere von Beschichtungsmassen, wie beispielsweise Leimen und Farben in der Druck- und Verpackungsindustrie, zwischen einem ersten und einem zweiten Behälter.

Beim Beschichten, d.h. beim Aufbringen einer fest haftenden Schicht aus ursprünglich formlosem Stoff auf ein Werkstück, ist die Homogenität der Beschichtungsmasse von besonderer Bedeutung. Daher werden die Beschichtungsmassen oftmals kontinuierlich zwischen dem Vorrats- oder Versorgungsgefäß und der sogenannten Rakelkammer umgewälzt. Die Rakelkammer stellt den seitlich begrenzten Raum dar, in dem die Färb- oder Druckwalzen mit dem Beschichtungsmedium versehen werden. Diese weist vorteilhafterweise eine möglichst konstante Füllhöhe auf.

Um einen regelmäßigen Auftrag der Beschichtungsmasse auf die Walzen zu ermöglichen, ist es darüber hinaus von Vorteil, die Beschichtungsmasse aus dem Vorratsbehälter in die Rakelkammer pulsationsfrei zuzuführen, so daß eine Schaum- oder Wellenbildung in der Rakelkammer vermieden wird.

Dazu ist es bekannt, die Beschichtungsmasse aus dem Vorratsbehälter mit Hilfe einer Kreiselpumpe in die Rakelkammer zu fördern. Diese Pumpen weisen jedoch den Nachteil auf, daß sie nur einen eingeschränkten Regelungsbereich besitzen, der durch die Drosselkurve der Pumpe bestimmt ist. Handelt es sich um nicht selbstansaugende Kreiselpumpen, werden diese häufig als sogenannte Tauchpumpen eingesetzt, d.h. das Medium fließt der Pumpe der Schwerkraft folgend zu. Daraus folgt, daß bei der Entleerung, beispielsweise bei einem Produktwechsel, oftmals eine große Restmenge im Vorratsbehälter verbleibt.

Kreiselpumpen weisen einen elektrischen Antrieb auf. Dieser elektrische Antrieb stellt beim Beschichten, insbesondere mit lösemittelhaltigen Medien, beispielsweise Lösemittelfarben, ein erhebliches Risiko dar. Um nämlich der aus der Verwendung von brennbaren Stoffen resultierenden Feuer- und Explosionsgefahr zu begegnen, sind umfangreiche Sicherheitsmaßnahmen erforderlich.

Darüber hinaus sind Kreiselpumpen, insbesondere in Form der Tauchpumpen, beim Wechseln der Beschichtungsbäder, d.h. im Falle eines Produktwechsels, unhandlich.

Sofern eine Kreiselpumpe für die Zuführung des Beschichtungsmediums in die Rakelkammer verwendet wird, erfolgt die Abführung des Mediums aus der Rakelkammer zurück in den Vorratsbehälter über die Schwerkraft. Das bedeutet, daß die Rakelkammer relativ zu dem Vorratsbehälter in einer gewissen Höhe angeordnet sein muß, um einen Ablauf zu ermöglichen. Darüber hinaus müssen die Ableitungen einen weiten Durchmesser aufweisen, um eine ausreichende Geschwindigkeit des Rücklaufs zu gewährleisten. Anderenfalls wäre gerade bei wechselnden Viskositäten verschiedener Medien ein für die Homogenisierung des Mediums ausreichender Rücklauf nicht sicherzustellen.

Daraus ergibt sich unmittelbar der Nachteil, daß die Medien innerhalb der Ableitungen großflächig der Umgebungsluft ausgesetzt sind, so daß gerade lösemittelhaltige Beschichtungsmassen ausgasen. Damit erhöht sich die Neigung des Mediums zu Aushärtungen und Verkrustungen. Eine Verschlechterung der Beschichtungsqualität und zusätzliche Reinigungsmaßnahmen sind die Folge.

Außerdem besteht das Risiko, daß die Rakelkammer im Falle des Ausfalls der Förderpumpe leerläuft.

Um diesen Nachteilen zu begegnen ist es bekannt, die Beschichtungssysteme mit einer separaten Rückführpumpe auszustatten.

Dabei stellt jedoch die Abstimmung der Leistungswerte von Zuführpumpe und Rückführpumpe eine erhebliche Schwierigkeit dar. So ist es zur Vermeidung einer etwaigen Überfüllung der Rakelkammer notwendig, die Leistung der Rückführpumpe immer etwas oberhalb derjenigen der Zuführpumpe zu halten. Diese Abstimmung ist jedoch schwierig, insbesondere weil in der Rakelkammer durch die Walzen eine Abnahme von Beschichtungsmedien erfolgt, also eine Verringerung des Beschichtungsmediums zu berücksichtigen ist. Ist die Leistung der Rückführpumpe jedoch zu groß, können die Walzen und die Rakelkammer trockenlaufen.

Die Verwendung zweier verschiedener Pumpen für die Zuführung und für die Abführung des Mediums aus der Rakelkammer beinhaltet demnach grundsätzlich das Risiko der Überfüllung oder des Trockenlaufens der Rakelkammer im Falle des Ausfalls oder der unbeabsichtigten Unterförderung oder Überförderung durch eine der beiden Pumpen.

Ausgehend von diesen Nachteilen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Pumpenaggregrat bereitzustellen, das die Zuführung eines

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Mediums von einem ersten Gefäß in ein zweites Gefäß bei gleichzeitiger Rückführung des Mediums von dem zweiten Gefäß in das erste Gefäß zuverlässig und sicher gewährleistet.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Pumpenaggregat nach Anspruch 1. Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind jeweils Gegenstand der Unteransprüche.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, ein Pumpensystem mit zwei Förderkammern zu verwenden, die einen gemeinsamen Antrieb aufweisen. Dabei dient eine der Förderkammern als Zuführkammer, während die andere Kammer als Rückführkammer dient. Dies ermöglicht eine automatische Koordination der beiden Kammern.

In ihrer Funktion als Zuführ- bzw. Rückführkammer weisen die Förderkammern jeweils die erforderlichen Anschlüsse, Leitungen und gegebenenfalls Ventile auf, um das Medium von einem ersten in einen zweiten Behälter (Zuführkammer) bzw. von diesem zweiten Behälter zurück in den ersten Behälter (Rückführkammer) zu fördern.

In einer besonderen Ausführungsform handelt es sich bei diesem Pumpenaggregat um eine Doppelmembranpumpe, deren zwei Förderkammern voneinander getrennt sind.

In der Verwendung eines gemeinsamen Antriebs liegt der besondere Vorteil, daß eine Verriegelung zwischen den Förderkammern weitgehend überflüssig ist, da selbst beim Ausfall des Antriebs weder ein Trockenlaufen noch eine Überfüllung des zu beschickenden bzw. zu entleerenden Gefäßes - im Falle der Beschichtung also der Rakelkammer - zu befürchten ist. Auch auf aufwendige Ventile oder Regelungen zu Zwecken der Abstimmung der Kammern aufeinander kann weitgehend verzichtet werden.

Um eine Überfüllung der Rakelkammer jederzeit sicher zu verhindern, sollte die Förderkapazität der Rückführkammer geringfügig höher sein als die der Zuführkammer. Dies wird in einer vorteilhaften Ausführungsform erfindungsgemäß gelöst, indem das Medium über Saug- und Druckventile der Zuführkammer zunächst in einen integrierten Pulsationsdämpfer geleitet wird. Dieser wird vorzugsweise von einem einen aktiv arbeitenden, selbstregelnden Pulsationsdämpfer mit eigener Luftsteuerung gebildet, dessen Versorgung intern von der Versorgung der Pumpe abgeleitet ist. Damit kann sich der Pulsationsdämpfer den sich ändernden Betriebszuständen der Pumpe anpassen und zu jedem Zeitpunkt ist eine möglichst maximale Pulsationsdämpfung gewährleistet.

Der nachgeschaltete Pulsationsdämpfer führt zwangsläufig zu einem gewissen Leistungsverlust und damit zu einer geringfügigen Reduktion der Zuführmenge, während die Rückführung in den Vorratsbehälter ungedämpft erfolgen kann. Damit ergibt sich ein Verhältnis zwischen Rückführung und Zuführung zugunsten der Rückführung, so daß ein Überfüllen der Rakelkammer zuverlässig vermieden werden kann.

Darüber hinaus hat der Pulsationsdämpfer den Vorteil, daß die Zuführung in die Rakelkammer möglichst pulsationsfrei erfolgt und damit eine hohe Qualität, beispielsweise der Beschichtungen, ermöglicht wird.

Nach dem Verlassen des Pulsationsdämpfers passiert das Medium vorteilhafterweise ein integriertes Nadelventil. So kann die erforderliche Fördermenge in die Rakelkammer stufenlos und feinfühlig reguliert werden.

In einer weiteren Ausführungsform kann die Rückführung des Mediums aus der Rakelkammer in den Vorratsbehälter über eine Vorlage erfolgen, deren Volumen dem des Verdrängungsvolumens der Membranen entspricht. Damit kann weitgehend verhindert werden, daß Einflüsse, beispielsweise Wirbelungen, während des Saughubes der ungedämpften Rückführseite

den Flüssigkeitsspiegel in der Rakelkammer beunruhigen und das Beschichtungsverfahren negativ beeinflussen. Die ungedämpfte Rückführung kann darüber hinaus den gewünschten Effekt der Vermischung des Mediums unterstützen.

Aufgrund der Verwendung des Pumpenaggregats, auch zur Rückführung des Mediums in den Vorratsbehälter, kann die Abführleitung klein und auch flexibel sein. Damit wird ein Nachteil des Standes der Technik vermieden, bei dem durch große Durchmesser der Abführleitungen das ablaufende Medium großflächig der Umgebungsluft ausgesetzt ist.

In einer vorteilhaften Ausführungsform kann das erfindungsgemäße Pumpenaggregat ein Vier-Wege-Ventil aufweisen, das auf der Druckseite der Förderkammer hinter dem Pulsationsdämpfer und dem Nadelventil angeordnet sein kann. Damit kehrt sich die Förderrichtung der Zuführkammer durch ein einfaches Umlegen eines Hebels um. Während im normalen Förderbetrieb das Medium angesaugt und über einen Pulsationsdämpfer in die Rakelkammer gefördert wird, kann durch Umschalten dieses Ventils die Rakelkammer und die Leitungen einschließlich der Pumpenkammer leergesaugt und in den Vorratsbehälter zurückgefördert werden. Gleichzeitig entleert die zwangsläufig mitlaufende Rückführkammer die Leitung und die Pumpenkammer. Der gesamte Entleerungsprozess kann somit unabhängig von der Schwerkraft und nur abhängig vom Saugvermögen der Pumpen erreicht werden. Dieses ermöglicht eine erhebliche Verkürzung der Entleerungszeiten, verringert das in dem System verbleibende Restvolumen und ermöglicht damit einen geringeren Einsatz von Lösemitteln.

Vorteilhafterweise ist das Vier-Wege-Ventil als Scheibenventil ausgebildet, so daß sich keine Toträume ergeben, in denen das Medium anderenfalls bei längerer Nichtbetätigung aushärten könnte. Unabhängig davon kann die Zuführung und die Abführung an das Pumpenaggregat auch von unten erfolgen.

Vorteilhafterweise werden die Gehäuseteile aus leitfähigem Polyethylen gebildet, das eine gute chemische Beständigkeit für eine Vielzahl von Medien aufweist und insbesondere den Anforderungen an Materialien für den Einsatz von lösemittelhaltigen Substanzen erfüllt. Darüber hinaus ist es mit einem spezifischen Gewicht von 0,95 leicht, was die Handhabung des Pumpenaggregats erleichtert.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles des näheren erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig.1: eine Draufsicht auf die Druckseite des Pumpenaggregats des erfindungsgemäßen Systems;

Fig.2: eine Draufsicht auf die Saugseite des Pumpenaggregats des erfindungsgemäßen Systems;

Fig. 3: einen Querschnitt durch die Zuführkammer einschließlich integriertem Pulsationsdämpfer;

Fig. 4a: einen Querschnitt durch die Zuführkammer entlang der Linie A-A der Fig. 3;

Fig. 4b: einen Querschnitt durch die Ebene B-B der Fig. 4a;

Fig.5: einen Querschnitt durch die Rückführkammer des Pumpenaggregats des erfindungsgemäßen Systems;

Fig. 6: einen Querschnitt durch die Rückführkammer entlang der Linie C-C der Fig. 5;

Fig. 7: eine schematische Darstellung des Förderwegs im regulären Betrieb des erfindungsgemäßen Systems;

Fig. 8: eine schematische Darstellung des Förderwegs zur Entleerung des Beschichtungssystems einschließlich des Pumpenaggregats und

Fig. 9: einen Querschnitt durch die Rakelkammer.

Das erfindungsgemäße System weist einen Antrieb 1 mit zentralem Druckluftanschluß 2 sowie einer Rückführkammer 3, einer Zuführkammer 4 auf, die mit einem integrierten Pulsationsdämpfer 5 ausgestattet ist.

Das Beschichtungsmedium wird über einen senkrechten Anschluß 6 über nicht näher dargestellte Saug- und Druckventile der Zuführkammer in einen integrierten Pulsationsdämpfer 5 geleitet. Dieser weist eine eigene Steuerung 8 auf.

Nach dem Verlassen des Pulsationsdämpfers passiert das Beschichtungsmedium über den Kanal 9 das Nadelventil 10 und wird über die Zuleitung 11 in die Rakelkammer 14 geleitet.

Ein Vier-Wege-Ventil 12 auf der Druckseite der Zuführkammer 4 ermöglicht durch seine Betätigung das Ansaugen von Beschichtungsmedien aus der Rakelkammer 14.

Die Rückführung des Beschichtungsmediums erfolgt in der Rakelkammer 14 über eine kleine Vorlage 13, deren Volumen dem des Verdrängungsvolumens der Membran 15 entspricht. Das Beschichtungsmedium wird über den Anschluß 16 durch die Rückförderungsleitung 17 der Rückführkammer 3 zugefügt. Aus der Rückführkammer wird das Beschichtungsmedium

anschließend direkt über den senkrechten Auslaß 18 in den Vorratsbehälter 7 zurückgefördert.

Für den Fall der Entleerung des Systems bei einem Produktwechsel erfolgt das Ansaugen des Mediums nach dem Umschalten des Vier-Wege-Ventils 12 über die Leitung 19 in die Zuführkammer und von dort in den Vorratsbehälter. Die zwangsläufig mitlaufende Rückführkammer entleert die Leitung und die Pumpenkammer.

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Claims (10)

1. System zum Kreislauffördern von Medien mit zwei Förderkammern und einem gemeinsamen Antrieb (1), dadurch gekennzeichnet, daß die erste Förderkammer eine Zuführkammer (4) und die zweite Förderkammer eine Rückführkammer (3) darstellt.

2. System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Doppelmembranpumpe.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Pulsationsdämpfer (5).

4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Pulsationsdämpfer (5) in die Zuführkammer (4) integriert ist.

5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch ein Nadelventil (10).

6. System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Leitungsanschluß senkrecht zu der Zuführkammer (4) und/oder Rückführkammer (3) angeordnet ist.

7. System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch Gehäuseteile des Antriebs (1) und/oder der Förderkammern (3, 4) aus Polyethylen.

8. System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine Vorlage (13).

9. System nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch ein Vier-Wege-Ventil (12).

10. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Vier- Wege-Ventil (12) als Scheibenventil ausgebildet ist.