DE2129588A1

DE2129588A1 - Dosierpumpe

Info

Publication number: DE2129588A1
Application number: DE19712129588
Authority: DE
Inventors: Franz Ernst
Original assignee: Chemie und Filter GmbH Verfahrenstechnik KG
Current assignee: Chemie und Filter GmbH Verfahrenstechnik KG
Priority date: 1971-06-15
Filing date: 1971-06-15
Publication date: 1973-01-04
Also published as: NL155338B; CA974123A; FR2142469A5; GB1330610A; CH538051A; DE2129588B2; DE2129588C3; AT315138B; NL7208162A

Description

CHEMIE UND FILTER GMBH, Verfahrenstechnik KG, Heidelberg

Dosierpumpe

Die Erfindung bezieht sich auf eine Dosierpumpe mit hin und her beweglichem Pumpenelement, dessen Vorlaufgeschwindigkeit einstellbar ist.

eine geringe Menge Es besteht häufig die Notwendigkeit,/6ines Dosiergutes, z.B. wenige cnr/h, kontinuierlich und wählbar in einen Verfahrensablauf einzuspeisen. Zu diesem Zweck ist eine Dosierpumpe mit einem Kolben bekannt, der von einer Kurvenscheibe verstellt wird. Die Kurvenscheibe wird über ein regelbares Zwischengetriebe von einem kontinuierlich umlaufenden Motor angetrieben. Motor, regelbares Getriebe und Kurvenscheibenantrieb machen eine solche Dosierpumpe aber aufwendig und teuer.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dosierpumpe der eingangs beschriebenen Art anzugeben, die den gleichen Dosiereffekt mit kleinerem Aufwand und geringeren Kosten zu erzielen gestattet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein hydraulisches System mit einer ersten Kammer, deren Volumen mit Hilfe eines primären Verdrängerelements, das durch einen Kraftantrieb hin und her verstellbar ist, veränderbar ist, mit einer zweiten, dor Antriebsseite des Pumpenelements zugeordneten

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Kammer und mit einer beide Kammern zumindest im Vorlaufbetrieb verbindenden einstellbaren Drosselvorrichtung.

Hierbei benötigt man als Antrieb keinen rotierenden Motor, sondern einen einfachen Kraftantrieb, also beispielsweise einen pneumatischen Axialmotor, der an eine Quelle konstanten Drucks anschließbar ist. Die so auf das primäre Verdrängerelement wirkende Kraft führt im Zusammenhang mit der einstellbaren Drosselvorrichtung zwischen der ersten und zweiten Kammer zu einer kontinuierlichen Verstellung des Pumpenelements, "wobei die Verstellgeschwindigkeit von der Einstellung der Drosselvorrichtung abhängt. Dies ergibt einen sehr einfachen billigen Aufbau der Dosierpumpe.

Mit besonderem Vorteil ist der Kraftantrieb des primären Verdrängerelements ein Elektromagnet, dessen Anker eine Feder entgegenwirkt. Ein Elektromagnet läßt sich durch einen einfachen Schalter, z.B. einen Endschalter, erregen und entregen. Es spielt auch keine Rolle, daß der Elektromagnet über seinen Hubweg keine konstante Kraft auf das primäre Verdrängerelement ausübt, weil es keine Schwierigkeiten macht, derartige Kraft-

unterschiede im hydraulischen und/oder im elektr ischen System

zu kompensieren.

Das primäre Verdrängerelement kann beispielsweise einen Kolben aufweisen. Ein solcher Kolben läßt sich vom Kraftgeber über verhältnismäßig lange Wege verschieben. Trotzdem kann bei kleinem Durchmesser des Kolbens die verdrängte Flüssigkeitsmenge klein gehalten werden. Darüber hinaus läßt sich der axiale Vorschub des Kolbens, gegebenenfalls auf einen gewünschten Viert begrenzen.

Das Pumpenelement kann eine Membrane sein. Die Ilembrane ist ein leicht;,, bewegliches /Element, das die zweite Kammer vom Punipenraum trennt. Infolgedessen folgt die Verdrängung im Pumnonraun

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verzögerungsfrei der Volumenszunahme in der zweiten Kammer. Das Pumpenelement kann auch ein Balg oder ein Kolben sein. Dtr Kolben kann seinerseits die Pumpwirkung direkt hervorrufen oder einen speziellen Pumpenkopf antreiben.

Häufig empfiehlt es sich, daß die einstellbare Drosselvorrichtung durch ein während des Rücklaufbetriebs öffnendes Ventil überbrückt ist. Dieses Ventil kann ein druckabhängig gesteuertes Rückschlagventil sein. Es kann aber auch ein elektromagnetisch betätigtes Ventil sein, das in Abhängigkeit von einer das Ende des Vorlaufbetriebs kennzeichnenden Größe öffnet. Auf jeden Fall erlaubt es dieses Ventil, daß das Pumpenelement, das primäre Verdrängerelement und der Kraftantrieb rasch wieder in die Ausgangslage zurückkehren, weil die Rückbewegung ungedrosselt erfolgt. Wenn sofort anschließend ein neuer Vorwärtshub beginnt, ist die unterbrechung der kontinuierlichen Dosiergutzufuhr in der Regel so kurz, daß sie ohne Schaden in Kauf genommen werden kann.

Soll aber die kontinuierliche Dosiergutzufuhr überhaupt nicht unterbrochen werden, kann man mindestens zwei Pumpenelemente mit zugehörigem hydraulischen System vorsehen und von einer das Ende des Vorlaufbetriebs des einen Systems kennzeichnenden Größe den Kraftantrieb des anderen Systems einschaltbar machen. Während der Rückwärtsbewegung des einen Systems ist dann das andere System für die Dosiergutförderung wirksam.

Die das Ende des Vorlaufbetriebs kennzeichnende Größe kann beispielsweise ein elektrisches Signal sein, das von einem Endschalter, einem Näherungsinitiator o.dgl. abgeleitet wird· Das Signal kann auch von der durch die Drosselvorrichtung strömen den Hydraulikflüssigkeit abgeleitet werden o.dgl.

Die Drosselvorrichtung kann eine willkürlich von außen verstellbare Drossel aufweisen. Jede Verstellung dieser Drossel führt unmittelbar und ohne Änderung des Kraftantriebs zu einer Ände-

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rung der Vorlaufgeschwindigkeit des Pumpenelements.

Zum Zweck einer möglichst feinen Einstellung kann die willkürlich verstellbare Drossel ein fein einstellbares Nadelventil aufweisen. .

Besondere Vorteile bietet es, wenn die Drosselvorrichtung eine in Abhängigkeit vom Druckabfall an einer Meßblende verstellbare Drossel aufweist. Eine solche Drossel erlaubt es, die Durchströmgeschwindigkeit der hydraulischen Flüssigkeit durch die Meßblende beim Übertritt von der ersten in die zweite Kammer selbst dann im wesentlichen konstant zu halten, wenn die auf das primäre Verdrängerelement wirkende Antriebskraft über den Hub nicht konstant sein sollte. Eine Einstellung kann in diesem Fall beispielsweise dadurch erfolgen, daß der Sollwert des Druckabfalls willkürlich von außen mittels einer Sollwertfeder einstellbar ist.

Besonders günstig ist es in diesem Zusammenhang, wenn als Meßblende die willkürlich von außen verstellbare Drossel verwendet ist. Dann teilt sich der Drosselwiderstand auf die willkürlich von außen verstellbare Drossel und auf die vom Druckabfall verstellbare Drossel auf. Beide gemeinsam bilden dann eine einstellbare Drosselvorrichtung. Selbstverständlich kann im Strömungsweg auch noch eine feste Drossel angeordnet sein, die lediglich zur Erzeugung eines zusätzlichen Drosselwiderstandes und/oder als Meßblende verwendet wird.

Die Genauigkeit, mit der die Dosierpumpe arbeitet, kann noch weiter durch' einen an die erste Kammer angeschlossenen Druckregler gesteigert werden, der die Leistungszufuhr zum Kraftantrieb so regelt, daß der hydraulische Druck in der ersten Kammer etwa konstant bleibt. Dies gilt insbesondere für einen Elektromagneten, bei dem der zuzuführende Erreger strom in Abhängigkeit vom Druck in der ersten Kammer geregelt werden kann.

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Des weiteren ist es günstig, wenn dem Anker des Antriebs-Elektromagneten ein Anschlag zugeordnet ist, mit dem der Ankerhub einstellbar ist. Auf diese Weise läßt sich die pro Hub zu fördernde Dosiergutmenge bequem einstellen. Statt eines mechanischen Anschlags kann auch ein elektronischer Näherungsinitiator verwendet werden. Ein solcher Näherungsinitiator kann auch unmittelbar die Umschaltung in den Vorlaufbetrieb einleiten.

Die Erfindung ist nachstehend im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch den Anschluß einer erfindungsgemäßen Dosierpumpe an eine chemische Anlage,

Fig. 2 schematisch im Schnitt und teilweise in Ansicht den Aufbau einer Dosierpumpeneinheit und

Fig. 3 eine abgewandelte Pumpe.

In einen Behälter 1 soll ein über den Zulauf 2 zugeführtes und über den Ablauf 3 abgeführtes Medium mit einem kontinuierlich in kleinen Mengen zugeführten Dosiergut vermischt werden. Das Medium kann beispielsweise Brauchwasser sein, das Dosiergut ein der Entkalkung dienendes Phosphat. Das Dosiergut kann aber auch bei einem chemischen Prozeß dazu dienen, irgendwelche chemischen Reaktionen hervorzurufen.

Das Dosiergut wird von einem nicht veranschaulichten Vorratsbehälter über eine Leitung 4 zugeführt und über einen Stutzen 5 in den Behälter 1 eindosiert. Es sind zwei Dosierpumpen 6 und 7 vorgesehen, die jeweils aus drei Teilen bestehen, nämlich einem Antriebsteil 8, einem Hydraulikteil 9 und einem Pumpenteil 10. Umpulsleitungen 11 deuten an, daß immer dann, wenn der Vorwärtshub der einen Pumpe beendet ist, der Antriebsteil 8 der anderen eingeschaltet wird. In der Zwischenzeit kann die erstge-

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nannte Pumpe in ihre Ausgangsstellung zurückkehren.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Pumpe weist der Antriebsteil 8 einen Elektromagneten 12 mit einer über eine Leitung 13 gespeisten Wicklung 14 und einem Anker 15 auf. Dieser Anker treibt ein primäres Verdrängerelement 16, das unter der Gegenwirkung einer Rückholfeder 17 steht. Unter dem Einfluß dieser Feder kann sich der Anker gegen einen Anschlag 18 anlegen (Ausgangs-Ruhelage), der durch das vordere Ende einer Stellschraube 19 gebildet wird. Das primäre Verdrängerelement 16 hat einen Kolben 20, einen Mittelabschnitt 21 und einen Kragen 22. Der Kolben ist in einem Gehäuseteil 23 geführt, der Kragen 22 in einem zylindrischen Fortsatz 24 dieses Gehäuseteils. Letzterer ragt in einen Raum 25, der beispielsweise als Speicher für hydraulische Flüssigkeit dienen kann. Der Kolben 20 des Verdrängerelements 16 ragt in eine erste Kammer 26 des Hydraulikteils 9. Dieses Hydraulikteil ist über einen Kanal 27, eine noch zu beschreibende Drosselvorrichtung und einen Kanal 28 mit einer zweiten Kammer 29 verbunden, deren eine Begrenzungswand durch eine Membrane 30 gebildet wird, die ein Pumpenelement darstellt. Außerdem ist die zweite Kammer 29 über ein Rückschlagventil 31 mit der ersten Kammer 26 verbunden, Beide Kammern haben je eine Entlüftungsschraube 32 und 33. Außerdem ist ein Nachströmventil 34 vorgesehen, mit dem der Hydraulikteil aus der Kammer 25 mit Hydraulikflüssigkeit nachgefüllt werden kann. Die einstellbare Drosselvorrichtung weist eine erste Drossel 35 auf, die über eine Leitung 36 mit einer zweiten Drossel 37 verbunden ist. Letztere führt über eine Leitung 38 zum Kanal 28„ Die erste Drossel hat ein Gehäuse 39 und ein fein einstellbares Nadelventil 40. Auf diese Weise läßt sich die Drossel 35 willkürlich von außen einstellen. Die zweite Drossel 37 hat ein Gehäuse 41 und einen Drosselkörper 42, der einerseits von einer Sollwertfeder 43 und andererseits von einer Membrane 44 belastet ist. Diese Membrane steht unter dem Einfluß der Differenz der Drücke in den beiden Räumen 45 und 46. Letztere ist über eine Leitung 47 mit dem Kanal 27 verbunden. Die zweite Drossel Ti wird dalin

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in Abhängigkeit vom Druckabfall an der ersten Drossel 35 gesteuert, da der Raum 45 dem Druck hinter der ersten Drossel 35 und der Druck im Raum 46 dem Druck vor der ersten Drossel entspricht .

Der Pumpenteil 10 hat ein Gehäuse 49 mit einem Zulaufstutzen 50 und einem Ablaufstutzen 51» einem Saugventil 52, einem Druckventil 53 und einem dazwischenliegenden Pumpenraum 54, der einseitig durch die Membran 30 begrenzt ist.

An die zweite Kammer ist über eine Leitung 55 ein Druckmesser angeschlossen. Hit dessen Hilfe kann über eine Impulsleitung 57 ein Signal an ein Schaltgerät 58 abgegeben werden, wenn infolge einer Verstopfung o.dgl. der Druck in der zweiten Kammer 29 über einen vorgegebenen Wert ansteigt. Das Schaltgerät 58 kann dann den Elektromagneten 12 abschalten.

An die erste Kammer 26 ist über eine Leitung 59 ein Druckmesser 60 angeschlossen, der über eine Impulsleitung 61 den jeweiligen Druckwert an das Schaltgerät 48 meldet. Wenn es erstrebt ist, den Druck in der ersten Kammer 26 dauernd konstant zu halten, der hier als Elektromagnet ausgebildete Kraftantrieb aber bei konstanter Stromversorgung eine sich mit dem Hub ändernde Kraft erzeugt, kann auf diese Weise das Schaltgerät den Strom zum Elektromagneten derart regeln, daß die Kraft, mit der der Kolben 20 in die Kammer 26 geschoben wird, annähernd konstant bleibt.

Die Zeichnung veranschaulicht die Anordnung am Ende ihrer Vorwärtsbewegung. Wird mit Hilfe des Druckmessers 26 das Ende dieser Vorwärtsbewegung angezeigt und der Elektromagnet 12 abgeschaltet, kehrt das primäre Verdrängerelement 16 unter dem Einfluß der Feder 17 in die Ausgangslage, die durch den Anschlag 18 bestimmt ist, zurück. Diese Rückbewegung kann rasch vor sich gehen, da das Rückschlagventil 31 öffnet und die zweite Kammer 29 über einen großen Querschnitt mit der ersten Kammer 26 ver-

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bunden wird. Bei diesem Vorgang wird die Membrane 30 nach rechts in die Kammer 29 gezogen. Hierbei vergrößert sich die Pumpenkammer 54, und es wird über den Stutzen 50 und das Saugventil Dosiergut angesaugt. Wenn nun der Elektromagnet 12 wieder eingeschaltet wird, zieht er seinen Anker 15 nach links, wodurch der Kolben 20 in die erste Kammer 26 mit einer durch die Arbeit scharakteristik des Magneten vorgegebenen Kraft geschoben wird. Hierbei wird Hydraulikflüssigkeit über die beiden· Drosseln ^ 35, 37 von der ersten Kammer 26 in die zweite Kammer 29 ge-™ drückt. Die pro Zeiteinheit verdrängte Flüssigkeit ist hierbei durch die Einstellung der Drossel 35 vorgegeben und weitgehend konstant. Sinkt nämlich aus irgendeinem Grund der Druck in der ersten Kammer 26, vermindert sich also die durch die Drossel fließende Menge, so sinkt auch der Druckabfall an dieser "Meßblende", so daß die zweite Drossel 37 stärker öffnet. Infolgedessen wird mit konstanter Geschwindigkeit HydrauljLkflüssig-

keit aus der Kammer 26 in die Kammer 29 verdrängt. Der Pumpenraum 30 verkleinert sich, und das Dosiergut wird über das Druckventil 53 und den Stutzen 51 in den Behälter 1 kontinuierlich eingespeist. Diese Förderung ist beendet, wenn der Anker 15 am Magneten anschlägt und dies durch einen entsprechenden Druckabfall in der zweiten Kammer 29 angezeigt wird. Hierauf wiederholt sich das Arbeitsspiel.

Die Einspeisegeschwindigkeit des Dosierguts kann durch eine einfache Verstellung der Ventilnadel 40 der ersten Drossel -35 geändert werden.

Eine noch höhere Genauigkeit ergibt sich, wenn auch noch eine Stromregelung beim Elektromagneten in Abhängigkeit vom Druck in der ersten Kammer 26 erfolgt.

Werden, wie Fig. 1 zeigt, zwei deacrtige Pumpen 6 und 7 verwendet, dann gibt der Druckmesser 56 ein Signal nicht nur an das Schaltgerät 58 zum Abschalten des Elektromagneten 12, der gera- *) Infolgedessen wird die Membrane 30 nach links verlagert.

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de betriebenen Pumpe, sondern ein weiteres Signal an das Schaltgerät der anderen Pumpe, um dessen Elektromagneten zu erregen. In diesem Fall wird während der Rückwärtsbewegung des Kolbens 20 die kontinuierliche Einspeisung des Dosierguts nicht unterbrochen. Der Elektromagnet 12 bleibt entregt, bis die andere Pumpe ihren Vorwärtshub beendet hat.

In Fig. 3 ist der eigentliche Pumpenteil 10 anders ausgeführt als in Fig. 2, während das hydraulische System den gleichen Aufbau besitzen soll. Für gleiche oder gleichartige Teile wurden daher auch dieselben Bezugszeichen verwendet.

Die zweite Kammer 29 hat einen zylindrischen Fortsatz 62, in welchem ein Kolben 63 bewegbar ist. Dieser Kolben ist über eine Verschraubung 64 mit einer Kolbenverlängerung 65 verbunden, die den Boden 66 eines Faltenbalgs 67 antreibt. Der Faltenbalg ist in der eigentlichen Förderkammer 68 angeordnet. Die beschriebenen Teile sind in Gehäuseabschnitten 69, 70 und 71 untergebracht. An das stirnseitige Ende der Förderkammer 38 schließt sich ein Gehäuse 49 ähnlich wie in Fig. 2.

Im Betrieb wird der Kolben 63 langsam nach links verschoben, wenn der Elektromagnet 12 erregt wird. Hierdurch wird der Faltenbalg 67 weiter in das Innere der Förderkammer 68 gedrückt, wodurch Dosiergut aus dem Stutzen 51 gefördert wird. Beim Rückhub wird Dosiergut über den Stutzen 50 angesaugt.

Statt eines Elektromagneten kann als Kraftantrieb auch eine pneumatische Antriebsvorrichtung verwendet werden, also ein von einer Quelle konstanten Drucks gespeister Linearmotor, ein Membran- oder Balg-Arbeitselement u.dgl. Es kann sich auch um ein einfaches Gewicht handeln, das nach oben gezogen wird und während des Pumpvorganges langsam nach unten sinkt_β

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Claims

- ίο - Patentansprüche

1. ^Dosierpumpe mit hin und her beweglichem Pumpenelement, dessen Vorlaufgeschwindigkeit einstellbar ist, gekennzeichnet durch ein hydraulisches System mit einer ersten Kammer (26), deren Volumen mit Hilfe eines primären Verdrängerelements (16), das durch einen Kraftantrieb hin und her verstellbar ist, veränderbar ist, mit einer zweiten, der Antriebsseite des Pumpenelements (50, 63) zugeordneten Kammer (29) und mit einer beide Kammern zumindest im Vorlaufbetrieb verbindenden einstellbaren Drosselvorrichtung (35, 37).

2. Dosierpumpe nach Anspruchs, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftantrieb des primären Verdrängerelements (16) ein Elektromagnet (12) ist, dessen Anker (15) eine Feder (17) entgegenwirkt.

3. Dosierpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das primäre Verdrängerelement (16) einen Kolben (20) aufweist.

4. Dosierpumpe nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpenelement eine Membrane (30) ist,

5. Dosierpumpe nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpenelement ein Kolben (63) ist, der seinerseits einen Pumpenkopf. (66, 67) antreibt.

6. Dosierpumpe nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die einstellbare Drosselvorrichtung (35,37) durch ein während des Rücklaufbetriebes öffnendes Ventil (31) überbrückt ist.

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7. Dosierpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das überbrückende Ventil (30) ein druckabhängig gesteuertes Rückschlagventil ist.

8. Dosierpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das überbrückende Ventil ein elektromagnetisch betätigtes Ventil ist, das in Abhängigkeit von einer das Ende des Vorlaufbetriebes kennzeichnenden Größe öffnet.

9. Dosierpumpe nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Pumpenelemente (30) mit zugehörigem hydraulischen System (9) vorgesehen sind und von einer das Ende des Vorlaufbetriebs des einen Systems kennzeichnenden Größe der Kraftantrieb (12) des anderen Systems einschaltbar ist.

10. Dosierpumpe nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselvorrichtung (35, 37) eine willkürlich von außen verstellbare Drossel (35) aufweist.

11. Dosierpumpe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die willkürlich verstellbare Drossel (35) ein fein einstellbares Nadelventil (40) aufweist.

12. Dosierpumpe nach einem der Ansprüche 1 - 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselvorrichtung (35» 37) eine in Abhängigkeit vom Druckabfall an einer Meßblende (35) verstellbare Drossel (37) aufweist.

13. Dosierpumpe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßblende die willkürlich von außen verstellbare Drossel (35) verwendet ist·

14. Dosierpumpe nach einem der Ansprüche 1 - 12, gekennzeichnet durch einen an die erste Kammer (26) angeschlossenen Druck-

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regler (60), der die Leistungszufuhr zum Kraftantrieb (12) so regelt, daß der hydraulische Druck in der ersten Kammer etwa konstant bleibt.

15. Dosierpumpe nach einem der Ansprüche 1-13, dadurch gekennzeichnet, daß dem Anker (15) des Elektromagneten (12) ein Anschlag (18) zugeordnet ist, mit dem der Ankerhub einstellbar ist.

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16. Dosierpumpe nach einem der Ansprüche 1-13, dadurch gekennzeichnet, daß dem Anker (15) des Elektromagneten (12) ein elektronischer Näherungsinitiator zugeordnet ist, mit dem der Ankerhub einstellbar ist.

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