DE2129588B2 - Dosierpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Dosierpumpe für

ίο Flüssigkeiten mit hin- und herbeweglichem Pumpenelement, dessen Vorlaufgeschwindigkeit klein und einstellbar ist

Es besteht häufig die Notwendigkeit, eine geringe Menge eines Dosiergutes, z. B. wenige cm³/h, kontinu-

ierlich 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 regel bares Zwischengetriebe von einem kontinuierlich umlaufenden Motor angetrieben. Motor, regelbares Getriebe und Kurvenscheibenantrieb machen eine solche Dosierpumpe aber aufwendig und teuer.

Es ist ferner eine Pumpe bekannt, bei der ein Ver drängerkolben zwangsweise hin- und herbewegt wird.

Beim Druckhub wird Flüssigkeit aus einer ersten Kammer in eine zweite Kammer verdrängt die durch eine als Pumpenelement dienende Membran begrenzt ist. Um eine übermäßige Durchbiegung der Membran zu verhindern, sind die Verbindungsöffnungen zwischen den beiden Kammern durch eine mit der Membran gekuppelte Platte abdeckbar, sobald die Membran ihre vorgegebene Endlage erreicht hat.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dosierpumpe der eingangs beschriebenen Art anzugeben, bei der ein genaues, praktisch kontinuierliches Dosieren kleiner, aber einstellbarer Dosiermengen mit Hilfe eines einfacheren und billigeren Antriebsaggregats möglich ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge· löst, daß bei Anwendung eines Flüssigkeitsantriebs, bei dem ein durch eine Antriebsvorrichtung hin- und herbewegbarer Kolben eines Verdrängerelements Flüssigkeit aus einer ersten Kammer in eine der Antriebsseite des Pumpenelements zugeordnete zweite Kammer verdrängt, eine einstellbare Drosselvorrichtung vorgesehen ist, die zwischen die beiden Kammern geschaltet und bei Vorlaufbetrieb wirksam ist, und daß die Antriebsvorrichtung das Verdrängerelement durch eine statische Kraft belastet.

so Durch die Drosselvorrichtung wird die Menge der pro Zeiteinheit in die zweite Kammer gelangenden Flüssigkeit auf einen beliebig kleinen Wert festgelegt. Daher kann ein Untersetzungsgetriebe entfallen. Da die Drosseleinrichtung einstellbar ist, kann auch die gewünschte Dosiermenge eingestellt werden. Da die Antriebsvorrichtung nur noch eine statische Kraft auf das Verdrängerelement auszuüben hat, benötigt man keinen rotierenden Motor, sondern kommt mit sehr einfachen Vorrichtungen aus. In der Anmeldung sind als Beispiele ein pneumatischer Axialmotor und ein Elektromagnet genannt worden.

Mit besonderem Vorteil ist die Antriebsvorrichtung ein Elektromagnet, dessen Anker gegen die Kraft einer Feder auf das Verdrängerelement wirkt. 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 Verdrän-

gerelement ausübt, weil es keine Schwierigkeiten macht, derartige Kraftunterschiede im hydraulischen und/oder im elektrischen System zu kompensieren.

Das primäre Verdrängerelemem kann beispielsweise einen Kolben aufweisen. Das Pumpenelement kann beispielsweise eine Membran, ein Balg oder ein Kolben sein.

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 Pumpenelemem. 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 zwei Systeme mit je einem Pumpenelement, einer einstellbaren Drosselvorrichtung, einem Verdrängerelement und einer Antriebsvorrichtung vorsehen, wobei die Antriebsvorrichtungen abwechselnd in Abhängigkeit von einer das Ende des Vorlaufbetriebes des jeweils anderen Systems kennzeichnenden Größe einschaltbar sind. 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 od. dgl. abgeleitet wird. Das Signal kann auch von der durch die Drosselvorrichtung strömenden Hydraulikflüssigkeit abgeleitet werden od. dgl.

Die Drosselvorrichtung kann eine willkürlich von außen verstellbare Drossel aufweisen. Jede Verstellung dieser Drossel führt unmittelbar und ohne Änderung des Kraftantriebs zu einer Änderung 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 zwite 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 Erregerstrom in Abhängigkeit vom Druck in der ersten Kammer geregelt werden kann.

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 dem Anker des Elektromagneten auch ein elektronischer Näherungsinitiator zugeordnet sein, der zur Veränderung des Ankerhubs einstellbar ist und bei Erregung die Umschaltung in den Vorlaufbetrieb einleitet.

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

F i g. 1 schematisch den Anschluß einer erfindungsgemäßen Dosierpumpe an eine chemische Anlage.

F i g. 2 schematisch im Schnitt und teilweise in Ansicht den Aufbau einer Dosierpumpeneinheit und F i g. 3 eine abgewandelte Pumpe.

In einen Behälter 1 soll ein über den Zulauf 2 züge führtes 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 U deuten an, daß immer dann, wenn der Vorwärtshub der einen Pumpe beendet ist, der Antriebsteil 8 der anderen Pumpe eingeschaltet wird. In der Zwischenzeit kann die erstgenannte Pumpe in ihre Ausgangsstellung zurückkehren.

Bei der in F i g. 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 20 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 Membran 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 hai ein Gehäuse 41 und einen Drosselkörper 42, der einerseits von einer Sollwertfeder 43 und andererseits von einer Membran 44 belastet ist. Diese Membran 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 37 wird daher 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 56 angeschlossen. Mit dessen Hilfe kann über eine Impulsleitung 57 ein Signal an ein Schaltgerät 58 abgegeben werden, wenn infolge einer Verstopfung od. 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 Ausgangstage, die durch den Anschlag 18 bestimmt ist, zurück. Diese Röckbewegung kann rasch vor sich gehen, da das Rückschlagventil 31 öffnet und die zweite Kammer 29 über einen großen Querschnitt mit der ersten Kammer 26 verbunden wird. Bei diesem Vorgang wird die Membran 30 nach rechts in die Kammer 29 gezogen. Hierbei vergrößert sich die Pumpenkammer 54, und es wird über den Stutzen 50 und das Saugventil 52 Dosiergut angesaugt Wenn nun der Elektromagnet 12 wieder eingeschaltet wird, zieht er seinen Anker 15 nach links, wodurch der Kolben 20 m die erste Kammer 26 mit einer durch die Arbeitscharakteristik des Magneten vorgegebenen Kraft geschoben wird. Hierbei wird Hydraulikflüssigkeit über die beiden Drossein 35, 37 von der ersten Kammer 26 in die zweite Kammer 29 gedrückt. 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 35 fließende Menge, so sinkt auch der Druckabfall an dieser »Meßblende«, so daß die zweite Drossel 37 stärker öffnet. Infolgedessen wird mit konstanter Geschwindigkeit Hydraulikflüssigkeit aus der Kammer 26 in die Kammer 29 verdrängt Infolgedessen wird die Membran 30 nach links verlagert 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 F i g. 1 zeigt zwei derartige Pumpen 6 und 7 verwendet dann gibt der Druckmesser 56 ein Signal nicht nur an das Schaltgerät 58 zum Abschalten des Elektromagneten 12, der gerade 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 F i g. 3 ist der eigentliche Pumpenteil 10 anders ausgeführt als in F i g. 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 KoI-benVerlängerung 65 verbunden, dje 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 F i g. 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

SS 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 verwen det 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 übe» gezogen wird und während des Pumpvorganges langsam nach

6s unten sinkt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (12)

Patentansprüche:

1. Dosierpumpe für Flüssigkeiten mti hin- und herbeweglichem Pumpenelement, dessen Vorlaufgeschwindigkeit klein und einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anwendung eines Flüssigkeitsantriebs, bei dem ein durch eine Antriebsvorrichtung hin- und herbewegbarer Kolben (20) eines Verdrängerelements (16) Flüssigkeit aus einer ersten Kammer (26) in eine der Antriebsseite des Pumpenelements (30,63) zugeordnete zweite Kammer (29) verdrängt, eine einstellbare Drosselvorrichtung (35, 37) vorgesehen ist, die zwischen die beiden Kammern geschaltet und bei Vorlaufbetrieb wirksam ist, und daß die Antriebsvorrichtung das Verdrängerelement durch eine statische Kraft belastet.

2. Dosierpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsvorrichtung ein Elektromagnet (12) ist, dessen Anker (15) gegen die Kraft einer Feder (17) auf das Verdrängerelement (16) wirkt.

3. Dosierpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einstellbare Drosselvorrichtung (35,37) durch ein während des Rücklaufbetriebes öffnendes Ventil (31) überbrückt ist

4. Dosierpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das überbrückende Ventil (31) ein druckabhängig gesteuertes Rückschlagventil ist.

5. Dosierpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das überbrückende Ventil ein elektromagnetisch betätigtes Ventil ist, das in Abhängigkeit von einer das Ende des Vorlaufbetriebes kennzeichnenden Größe öffnet.

6. Dosierpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis

5, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Systeme mit je einem Pumpenelement (30), einer einstellbaren Drosselvorrichtung (35, 37), einem Verdrängerelemer.t (16) und einer Antriebsvorrichtung vorgesehen sind und die Antriebsvorrichtungen abwechselnd in Abhängigkeit von einer das Ende des Vorlaufbetriebes des jeweils anderen Systems kennzeichnenden Größe einschaltbar sind.

7. Dosierpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis

6, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselvorrichtung (35,37) eine willkürlich von außen verstellbare Drossel (35) aufweist.

8. Dosierpumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die willkürlich verstellbare Drossel (35) ein fein einstellbares Nadelventil (40) aufweist

9. Dosierpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselvorrichtung (35, 37) eine in Abhängigkeit vom Druckabfall an einer Meßblende (35) verstellbare Drossel (37) aufweist.

10. Dosierpumpe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßblende die willkürlich von außen verstellbare Drossel (35) verwendet ist.

11. Dosierpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis

10, gekennzeichnet durch einen an die erste Kammer (26) angeschlossenen Druckregler (60), der die Leistungszufuhr zur Antriebsvorrichtung so regelt, daß der hydraulische Druck in der ersten Kammer etwa konstant bleibt.

12. Dosierpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis

11, dadurch gekennzeichnet, daß dem Anker (15)

des Elektromagneten (12) ein elektronischer Näherungsinitiator zugeordnet ist, der zur Veränderung des Ankerhubs einstellbar ist und bei Erregung die Umschaltung in den Vorlaufbetrieb einleitet