DE202008001131U1 - Automatische Entlüftung für Kolben- und Membranpumpen - Google Patents

Abstract

Automatische Entlüftung für Kolben- und Membranpumpen,
dadurch gekennzeichnet,
– dass mittels eines Sensors (1, S & 2, S), der zwischen der Pumpe (1, DP) und dem Saugschlauch (1, X & 2, X) eingebaut ist, die Ansaugkraft der Pumpe (1, DP) überwacht wird.
– dass die Gase und das Dosiermittel, mittels eines Magnetventils (1, MV), das 2/2 Wege- oder 2/3 Wegeventil sein kann, zurück in den Vorrat- oder Pufferbehälter (1, B) geführt werden.

Description

• Alle Pumpen die im Saugmodus arbeiten und mehr als 0,5m oder 1m Höhenunterschied zu überwinden haben, haben es schwer, wenn Druckseitig ein hoher Gegendruck ansteht, mit trockenem Pumpenkopf die Dosierflüssigkeit einzusaugen und gegen den anstehenden Gegendruck zu fördern. Wenn der Druckunterschied zwischen der Saug- und Druckseite über 2 Bar liegt, gibt es so gut wie keine Chance die Flüssigkeit bis in den Pumpenkopf einzusaugen. Das führt zum Trockenlauf, der hohe Verschleiß- und Wärmeentwicklung als Folge hat. Bei einer Kolbenpumpe, endet der Trockenlauf fast immer mit der Zerstörung des Hülsen-Kolben-Systems.
• Um diese Probleme zu überwinden, werden heutzutage verschiedene Methoden eingesetzt.
• Die einfachste Möglichkeit ist die manuelle Entlüftung. Dies kann ohne große Zeitverluste bei der Inbetriebnahme der Installation erfolgen. Als Dauerlösung ist diese aber ungeeignet, da eine Extraarbeitskraft eingestellt werden, muss die 24 Std./Tag die Pumpe überwacht und in gegebenen Fall entlüftet.
• Außerdem haben nicht alle größeren Pumpen einen Schlauchanschluss für die Entlüftung. In diesem Fall, wenn druckseitig der Schlauch von dem Schlauchstutzen gelockert oder abgezogen wird, um den Gegendruck abzubauen, fließen mindestens 2–5 Pumpenkopffassvolumen direkt auf den Boden oder auf den Pumpenkörper. Wenn ein nicht aggressives Medium gefördert wird, kann nicht viel passieren, aber wenn es um stärkere Basen oder Säuren geht, kann dies sehr gefährlich werden.
• Aus diesem Grund, wurden Pumpen entwickelt, die druckseitig mit einer einstellbaren Leckagestellschraube versehen sind. Diese Pumpen haben einen Schlauchanschluss für die Flüssigkeit die zusammen mit den eventuellen Gasen in den Dosiermittelbehälter zurückgeführt werden. Die Leckagemenge liegt in der Größenordnung von 25–30% der Dosierleistung. Der Nachteil dieser Lösung liegt genau in den sehr hohen Verlusten und in der zeitaufwendigen Leckageeinstellung. Um die gleiche Dosierung zu erreichen, ist eine um 25–30%ige Überdimensionierung der Pumpe unumgänglich. Dies führt zu höheren Beschaffungskosten bzw. größeren Aufbauflächen.
• Eine andere Maßnahme ist, mittels eines Timers eine periodische Ansteuerung der Pumpe zu realisieren, sodass die eventuelle Entgasung der Flüssigkeit keine vollständige Austrocknung des Pumpenkopfes und/oder der Ein-/Auslassventilen verursachen kann. Die Ansteuerung wird meist in Abstanden von 30 Sek. bis 45 Min. eingestellt. Die Öffnungsdauer selbst, zwischen 0,5 Sek. bis 10 Sek.. Die ausgelöste Hubanzahl pro Zyklus ist mindestens drei. Das heißt dass mindestens 30–40 Hübe/Std. ausgeführt werden. Mit dieser Methode wird die Pumpe auch dann angesteuert, wenn der Pumpenkopf nicht trocken ist (Zeitsteuerung) sodass das Dosiermittel unnötig hin und her bewegt wird, was zu einem Wirkstoffverlust führen kann. Eine sinnlose Entgasung kann auch nicht verhindert werden. So wird eine durchgehende Minderung von mindestens 3% der Pumpenleistung und auch eine gefährliche und unkontrollierte Wirkstoffdegenerierung verursacht.
• Eine andere Methode, eine durch die Entgasung des Dosiermittels verursachte Pumpenkopfaustrocknung entgegenzuwirken ist ein verlangsamter Ansaugzyklus. Wenn die Pumpe das Medium sehr langsam ansaugt, entgast es weniger. Leider ist diese Methode sehr unsicher. Nicht alle Medien entgasen gleich leicht. Eine Einstellung für ein Medium kann bei einem anderen Medium ungeeignet sein. Der Dosierleistungsverlust ist hoch (wenige mögliche Hübe pro Zeiteinheit) und schwer einzuschätzen (verschieden Medien, verschiedene Sauggeschwindigkeiten).
• Außer der manuellen Entlüftung, können keine älteren oder schon installierten Pumpen Entlüftet oder nachgerüstet werden.
• Der im Schutzanspruch 1 angegebenen Erfindung, liegt das Problem zugrunde, ein Entlüftungssystem zu konzipieren, das diese Nachteile behebt und eine fast 100%ige Anlagenverfügbarkeit sichert ohne eine extra Arbeitskraft, ohne unnötige Dosiermittelentgasung, ohne umständliche Einstellungsarbeiten, ohne Überdimensionierung der Pumpen, eine sichere und vollautomatische Pumpenbetrieb ermöglicht.
• Außerdem sichert diese Erfindung die Möglichkeit, Ausführungs- und Modelunabhängig, auch sehr alte und/oder schon installierte Pumpen nachzurüsten.
• Diese Probleme werden mit den im Schutzanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.
• Das Entlüftungsmodul arbeitet 100%ig selbständig. Es braucht keine extra Arbeitskraft und auch keine umständlichen Einstellungen.
• Es werden keine unnötigen Hübe ausgeführt. Nur wenn die Pumpenleistung wegen Trockenlauf abnimmt, werden Extrahübe ausgeführt, aber nur genau so viele, bis die Dosierleistung wieder auf 100% angestiegen ist. Somit wird eine unnötige Entgasung bzw. Wirkstoffzersetzung verhindert.
• Die mit diesem Modul ausgestattete Dosierpumpe kann ihre maximale Förderleistung entfalten.
• Absolut alle Kolben- oder Membranpumpen, Alters- und Modelunabhängig, können mit diesem Modul problemlos nachgerüstet werden.
• Für die Installation/Nachrüstung wird kein hochqualifiziertes Personal gebraucht. So gut wie jeder kann dieses Modul einbauen und in Betrieb nehmen.
• Funktionsbeschreibung
• Das Entlüftungsmodul arbeitet 100%ig selbständig. Die Saugleistung der Dosierpumpe (1, DP) wird mittels einem Sensor (1, S & 2, S) welches zwischen dem Saugstutzen der Pumpe und dem Saugschlauch (1, X) eingebaut ist, überwacht.
• Wenn die Pumpe (1, DP), egal aus welchem Grund auch immer, zu wenig oder kaum mehr Saugleistung aufweist, wird die Pumpenansteuerung (1, Takt) ausgeschaltet.
• Als nächstes wird das Magnetventil (1, MV) angesteuert und der druckseitiger Druck abgebaut. Das in der Impfstelle (1, Impf) eingebaute Rückschlagventil verhindert dass die zu impfende Flüssigkeit (1, HA) in die Pumpenrichtung fließt. Nach 0,5 Sek. wird die Pumpe (1, DP) mit ihrer maximalen Hubzahl pro Minute angesteuert. Da druckseitig kein Gegendruck mehr ansteht, kann die Pumpe 1, DP) die Flüssigkeit aus dem Dosierbehälter mittels Saugschlauch (1, X) ansaugen und durch das Magnetventil (1, MV) zusammen mit den in dem Pumpenkopf befindlichen Gasen, durch den Schlauch (1, Y) zurück in den Dosierbehälter (1, B) fördern.
• Drei Sekunden nachdem der Sensor (1, S & 2, S) die volle Pumpenleistung auswertet, hört die Pumpenansteuerung auf und 0,2 Sek später wird auch das Magnetventil (1, MV) nicht mehr angesteuert.
• Ab jetzt kann die Pumpe wieder ihre 100%ige Leistung aufbringen. Die Impulse des Durchflusssensors (1, Flow) werden wieder an die Pumpe weitergeleitet.
• Wenn innerhalb einer bestimmten Zeit, die zwischen 0 Sek und 60 Sek. eingestellt werden kann, die volle Pumpenleistung nicht erreicht wurde, wird die Pumpenansteuerung (1, Takt) abgeschaltet und eine Störmeldung (1, W) an das Zentralleitsystem gesendet.
• Ausführungsabhängig kann die Anzahl der Entlüftungsprozeduren in einen Speicher abgelegt und auf Tastendruck ausgelesen werden.
• Der Sensor (1, S & 2, S) wandelt die Druckänderungen die in dem Saugschlauch (1, X) entstehen in eine Elektrische Spannung um. Diese Spannung ist eine Wechselspannung. Wenn die Pumpe (1, DP) nicht angesteuert ist, ist der Schlauch (1, X & 2, X) entweder leer oder mit dem Medium befüllt. Auf jeden Fall, ist der Druck in dem Schlauch (1, X & 2, X) konstant. An dem Drucksensor (2, S) liegt eine konstante Gleichspannung an. Diese Spannung wird als Null-Spannung bezeichnet. In dem Moment wenn die Pumpe (1, DP) anfangt zu saugen, entsteht in dem Schlauch (1, X & 2, X) ein Unterdruck. Die Trennmembran (2, J) bewegt sich in einer zum Sensor (1, S & 2, S) entgegengesetzte Richtung. Diese Trennmembranbewegung bewirkt einen Spannungsabfall auf dem Sensor (1, S & 2, S). In diesem Moment, liegt eine niedrigere Spannung auf dem Sensor an, als in der Ruhezeit (wenn der Druck konstant war). Diese Spannung wird als negative Halbwelle bezeichnet. Wenn der Hub abgeschlossen ist, wird das zu dosierende Medium augenblicklich abgebremst, der einen Druckstoß (Drucksteigerung) in dem Saugschlauch (1, X & 2, X) auslöst. Dieser Stoß bewegt die Trennmembran (2, J) in die Richtung des Sensors (1, S & 2, S). Die Trennmembranbewegung bewirkt eine Spannungssteigerung auf dem Sensor (1, S & 2, S). Diese Spannung wird als positive Halbwelle bezeichnet.
• Dieser Druck der durch das abbremsen des Mediums entstanden ist, baut sich sehr schnell ab, die Trennmembran nimmt wieder ihre Mittelstellung an und die Spannung die an dem Sensor (1, S & 2, S) anliegt, sinkt wieder auf den Startwert (NullSpannung) zurück. Dieser Wert bleibt so lange unverändert, bis ein neuer Hub ausgelöst wird.
• Diese Wechselspannung (negative Halbwelle/Null-Spannung/positive Halbwelle) wird mittels eines Filters, von den Störsignalen befreit (Tiefpassfilter), in Rechteckspannung umgewandelt und dem Prozessor zur Verfügung gestellt.
• Der Flowmeter (1, Flow) gibt einen elektrischen Impuls, nach dem eine bestimmte Menge der zu impfenden Flüssigkeit durch die Leitung (1, V) durchgeflossen ist. Dieser Impuls (1, Set) löst in der Steuerung ein Taktsignal (1, Takt) aus, welches die Dosierpumpe (1, DP) ansteuert. Wenn innerhalb von einer Sekunde der Sensor (1, S & 2, S) keine Druckänderung wahr nimmt, obwohl ein Taktsignal (1, Takt) generiert wurde, werden die folgenden Impulse die von dem Flowmeter (1, Flow) kommen vernachlässigt, das Magnetventil (1, MV) angesteuert und der Druck an der Druckseite der Pumpe abgebaut. Mittels Taktausgang (1, Takt), werden Steuerimpulse an die Pumpe (1, DP) geschickt.
• Diese Impulse lösen so viele Hübe aus, bis der Sensor (1, S & 2, S) in dem Saugschlauch (1, X & 2, X) Druckstöße wahrnimmt. Wenn nach einer bestimmten Anzahl von Hüben immer noch keine Rückmeldung (1, Reset & 2, Reset) von dem Sensor (1, S & 2, S) kommt, wird die Ansteuerung (1, Takt) der Pumpe (1, DP) abgeschaltet und eine Störmeldung (1, W) an die Zentralleitstelle gesendet. Die Anzahl der Hübe nachdem die Störmeldung (1, W) gesendet wird, kann zwischen eins und 1024 eingestellt werden. Die Einstellung hängt von der Länge des Saugschlauches (1, X & 2, X) ab.
• Wenn eine Rückmeldung (1, Reset & 2, Reset) von dem Sensor (1, S & 2, S) kommt, wird die Entlüftungsphase zurückgesetzt, die Pumpe (1, DP) nicht mehr angesteuert und das Magnetventil (1, MV) abgeschaltet (kein Durchgang in der Richtung des Entlüftungsschlauches – 1, Y –).
• Der Weg für die Flowmeterimpulsen (1, Set) wird freigeschaltet und die Pumpe (1, DP) steht jetzt betriebsbereit. Wie lange nach jedem Flowmeterimpuls (1, Set) auch eine Rückmeldung (1, Reset) des Sensors (1, S & 2, S) kommt, wird kein Entlüftungsprozess ausgelöst. Wenn aber nach einem Flowmeterimpuls (1, Set) keine Rückmeldung (1, Reset) kommen sollte, wird gleich der automatische Entlüftungsvorgang ausgelöst.

Claims (4)

1. Automatische Entlüftung für Kolben- und Membranpumpen, dadurch gekennzeichnet, – dass mittels eines Sensors (1, S & 2, S), der zwischen der Pumpe (1, DP) und dem Saugschlauch (1, X & 2, X) eingebaut ist, die Ansaugkraft der Pumpe (1, DP) überwacht wird. – dass die Gase und das Dosiermittel, mittels eines Magnetventils (1, MV), das 2/2 Wege- oder 2/3 Wegeventil sein kann, zurück in den Vorrat- oder Pufferbehälter (1, B) geführt werden.
2. Die Bauart des Sensors nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, – dass der Sensor (1, S & 2, S) die Druckunterschiede in dem Ansaugschlauch (1, X & 2, X), mittels einer Trennmembran wahrnimmt. – dass das Medium nicht in direkten Kontakt mit dem Sensor (1, S & 2, S) kommen muss. – dass der Sensor (1, S & 2, S) auch ein Mikrofon oder ähnliches sein kann – dass der Saugschlauch (1, X & 2, X) selbst, als Trennmembran (2, J) fungieren kann.
3. Die Bauform der Trennmembran nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennmembran (2, J) eine rohrförmige- oder flache Form haben kann.
4. Die angewendeten Werkstoffe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, – dass der Werkstoff aus dem die Trennmembran (2, J) hergestellt ist, eine hohe chemische Beständigkeit, gute mechanische Belastbarkeit und eine hohe Elastizität aufweisen muss. – dass die Werkstoffe aus dem das Ventil (1, MV) hergestellt ist, können Dosiermediumabhängig verschiedene Kunststoffe und/oder hochqualitative, korrosionsresistente Edelstähle sein. – dass das Dichtungsmaterial hohe chemische Beständigkeit haben muss.