DE3723463A1 - Peristaltische verdraenger-pumpe fuer fluessige stoffe oder breiige gemenge mit pneumatischem oder hydraulischem antrieb - Google Patents

Description

Bei dieser Erfindung handelt es sich um ein Förder­ system (Verdränger-Pumpe), das peristaltisch Flüssigkeiten oder breiige Gemenge (z. B. Beton) über beliebig lange Strecken in beliebiger Richtung transportieren kann.

Die gesamte Förderstrecke ist in einzelne Abschnitte (Teilstrecken) unterteilt (Abb. 1).

Als Antrieb dient ein gasförmiges oder flüssiges Medium, das unter Druck gesetzt ist. Mittels dieses Antriebsmediums werden Verdrängungs-Zellen in oder an den einzelnen Förderstrecken-Abschnitten gefüllt (Abb. 2 +3). Diese gefüllten Verdrängungs-Zellen verdrängen das zu fördernde Gut. Das Volumen aller Zellen ist gleich groß.

Durch diese Förderstrecken-Teilung wird nur ein dem einzelnen Abschnitt adäquater Arbeitsdruck notwendig (Abb. 1).

Für ähnliche Verwendungszwecke werden bisher Kolben und Kreiselpumpen, aber auch "peristaltische" Pumpen eingesetzt. Jedoch arbeiten die am Markt befindlichen "peristaltischen" Pumpen mechanisch nur auf einem relativ kleinen Teil der Förder­ strecke peristaltisch.

Bei den derzeit verwandten Pumpen müssen diese immer die gesamte Druckhöhe oberhalb der Pumpe, nebst dem spezifischen Widerstand des Förder­ gutes überwinden. Dadurch entstehen bei großen Fördergut-Säulen, hohen spezifischen Gewichten oder hoher spezifischen "innerer Reibung" sehr hohe Pumpendrücke (Abb. 1).

Diese erreichen relativ schnell das technisch Machbare, z. B. bei Beton.

Auch ändern unter hohen Drücken manche Fördergüter ihre Eigenschaften, sie werden kompressibel, wie z. B. Leichtbeton aus Blähton oder Blähschiefer, oder das Fördergut wird durch hohe Drücke oder mechanische Beanspruchung oder durch Berührung mit Metallen unbrauchbar, z. B. organische Stoffe in der Biotechnik, chemischen Industrie oder Medizin-Technik. Man hilft sich bei den vorhandenen Pumpen, indem man diese, soweit technisch oder räumlich möglich und wirtschaftlich sinnvoll, hintereinander schaltet oder "peristaltische" Pumpen einsetzt.

Aus diesen Gründen wird die Verwendung herkömmlicher Pumpen oft problematisch oder gänzlich unmöglich.

Bei dem neuen peristaltischen Fördersystem wird die Förderstrecke in eine Vielzahl dem Fördergut anpaßbare Teilstrecken zerlegt, die zwar synchron doch jede für sich physikalisch unabhängig arbeiten (Abb. 1).

Durch dieses Hintereinanderschalten wird die Förder­ strecken-Länge praktisch unbegrenzt bei konstantem geringem Druck in den Teilstrecken möglich (Abb. 1).

Außerdem besteht die gesamte Förderleitung nur aus einem Rohr oder Schlauch, wobei das Material, aus dem diese bestehen, so gewählt werden kann, daß eine Beeinflussung des Fördergutes ausgeschlossen wird (Abb. 3).

Die peristaltische Arbeitsweise schließt die gesamte Förderstrecke ein (Abb. 1).

Dies wird technisch wie folgt gelöst:

An eine Förderleitung (Rohr oder Schlauch), (Abb. 3) oder in dieselbe (Abb. 2) wird eine bestimmte Anzahl in bestimmtem Abstand (Abb. 1) von Verdrängungs- Zellen angeordnet. Diese trennen die gesamte Förder­ strecke in Teilstrecken (Abb. 1). Die Verdrängungs- Zellen sind mittels einer undurchlässigen Membran abgeschlossen. Diese Verdrängungs-Zellen werden mit einem gespannten Antriebsmedium (Gas oder Flüssigkeit) periodisch gefüllt und entleert (Abb. 1). Dadurch verdrängen sie jeweils das in der Förderleitung (Teilstrecke) befindliche Fördergut (Abb. 2). Wenn sich unterhalb dieser Zellen ein automatisches oder ein angesteuertes Ventil befindet oder die Förderleitung durch gefüllte Zellen abgesperrt ist (Abb. 1 + 4 + 5) wird das Fördergut durch Füllen der Verdrängungs-Zellen nach oben in die nächst­ liegende Teilstrecke verdrängt. Zu diesem Zeitpunkt muß die in Förderrichtung anschließende Zelle entlastet sein. Dadurch kann das verdrängte Fördergut diese jetzt leere drucklose Teilstrecke füllen. Anschließend wird die Förderleitung wieder abgesperrt und die Verdrängung beginnt durch Bespannen der Zelle in der jetzt gefüllten Teilstrecke (Abb. 1 + 4 + 5). Dieses Arbeitsspiel setzt sich bis zum Ende der Förderstrecke fort.

In der oder an der Förderleitung befindet sich also abwechselnd eine mit dem Antriebsmedium gefüllte und eine leere Verdrängungs-Zelle, bzw. eine leere und mit dem Fördergut gefüllte Teilstrecke (Abb. 1 + 4 + 5). Dieses periodische synchrone Füllen und Leeren geschieht, vom Tiefsten beginnend über alle Verdrängungs- Zellen und Teilstrecken hinweg bis zum Ende der Förderstrecke.

Dadurch wandert das Fördergut durch die Förderleitung. Wobei der Druck, resultierend aus der Höhe der Förder­ gut-Säule und dem spezifischen Gewicht des Fördergutes, immer nur den Teilstrecken-Druck erreicht und demzufolge der Druck der einzelnen Verdrängungs-Zellen nur gering über diesem Teilstrecken-Druck liegen muß.

Die Zufuhr des Antriebsmediums kann mittels Schlauch an jeder beliebigen Stelle der Förderstrecke erfolgen. Das Antriebsmedium wird durch handelsübliche Kompressoren, Drehkolbengebläse oder Hydraulik-Pumpen gespannt.

Die Beaufschlagung der Zellen erfolgt durch ein sich außerhalb des Systems befindliches Steuergerät. Alle notwendigen elektro-pneumatischen Ventile sind ebenfalls am Markt.

Die Förderleitung und die Umhüllung werden aus handels­ üblichen Stahlrohren oder Kunststoffrohren oder verschleißarmem Gummi-Schlauch hergestellt. Pneumatischer Antrieb eignet sich für vertikalen Transport, hydraulischer Antrieb für horizontale Förderung.

Dieses Fördersystem ist besonders geeignet für große Förderhöhen oder Förderweiten und Fördergüter mit hohem spezifischem Gewicht und/oder großer ″innerer Reibung″, z. B. Betone und Klärschlämme, für Fördergüter aus der Biotechnik oder der chem. Industrie, die auf hohe Drücke oder mechanische Bean­ spruchung oder auf Berührung mit bestimmten Stoffen z. B. Metallen, empfindlich reagieren.

Wird das Absperren der Teilstrecken durch die Verdrängungs-Zellen selbst vorgenommen, so wird die Reinigung der Förderleitung, wenn die Verdrängungs- Zellen vom Antriebsmedium entleert sind, einfach, da nur glatte Wandungen ohne Einbauten in der Förder­ leitung vorhanden sind, wichtig, z. B. in der Nahrungsmittel-Industrie.

Da bei diesem System alle Pumpenteile innerhalb der Förderleitung oder der Umhüllung liegen, sind die Abmessungen relativ klein und die Außenhaut besteht aus einem glatten über alles gleichstarken Rohr oder Schlauch.

Wird ein Schlauch-System verwendet, ist das ganze Aggregat bedingt flexibel. Es eignet sich dadurch besonders für Sondierungs-Bohrungen in Altdeponien, da zudem kein funkenreißendes Material und keine funkenbildende Antriebsenergie in diesem explosions­ gefährdeten Arbeitsbereich verwendet wird.

Soll Beton aus Leichtzuschlagstoffen (Blähton oder Blähschiefer o. ä.) gepumpt werden, so ist dies ab einer spezifischen Höhe mit den herkömmlichen Pumpen nicht möglich. Dieses Phänomen ist noch nicht endgültig geklärt, hängt aber wahrscheinlich mit der Kompressibilität des Gases in den von außen zugänglichen Oberflächen-Poren in den Zuschlagstoff- Körnern zusammen. Gemenge solcher Art lassen sich mit dieser neuen Förderung pumpen, da hier der geringe notwendige Druck hierbei entscheidend ist. Bei mobilen Pumpen, z. B. Betonpumpen, spielt zur Dimensionierung des Fahrgestells das Gewicht der eigentlichen Pumpe und des dazugehörigen Getriebes eine Rolle. Bei dem pneumatischen Antrieb werden die Aggregats-Gewichte bedeutend niedriger.

• Legende: FördergutFörderleitungVerdrängungs-Zelle (leer)Verdrängungs-Zelle (voll)VentilUmhüllungMembranAntriebs-MediumHFörderstrecke (Druckhöhe) nAnzahl d. Verdrängungs-Zellena, b, cTeilstrecken-Bezeichnung

Claims (34)

1. Herstellung einer Verdränger-Pumpe für flüssige Stoffe und breiige Gemenge, wobei die Verdrängung durch gespannte gasförmige oder flüssige Antriebsmedien erfolgt. Das Antriebs­ medium ist von dem Fördergut durch eine undurch­ lässige Membran getrennt (Abb. 2). Diese Membran bildet Verdrängungs-Zellen. Die Verdrängungs-Zellen sind in der Förder­ strecke verteilt, also hintereinander geschaltet (Abb. 1) und spalten die gesamte Förderstrecke zu Teilstrecken. Diese Verdrängungs- Zellen werden in definierter Reihenfolge gefüllt und entleert (Abb. 1). Die Förderleistung und die Verdrängungs-Zellen bilden eine Einheit. Die Gesamtwirkung dieses Systems ist über die gesamte Förderstrecke peristaltisch.

2. Peristaltische Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebs­ medium pulsiert (Abb. 1).

3. Peristaltische Pumpe nach Anspruch 1 + 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrängung durch einzeln abgeschlossene Verdrängungs-Zellen erfolgt (Abb. 2).

4. Peristaltische Pumpe nach Anspruch 1-3 dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrängungszellen einzeln angesteuert werden (Abb. 2).

5. Peristaltische Pumpe nach Anspruch 1-3 dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrängungs-Zellen in Gruppen angesteuert werden (Abb. 4).

6. Peristaltische Pumpe nach Anspruch 1-5 dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrängungs-Zellen in der Förderleitung eingebaut sind (Abb. 2).

7. Peristaltische Pumpe nach Anspruch 1-5 dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrängungs-Zellen zwischen einer Umhüllung und der Förderleitung ein­ gebaut sind und unmittelbar auf die Förderleitung wirken (Abb. 3).

8. Peristaltische Pumpe nach Anspruch 1-7 dadurch gekennzeichnet, daß die Förderrichtung durch automatische oder gesteuerte Ventile bestimmt wird (Abb. 1).

9. Peristaltische Pumpe nach Anspruch 1-7 dadurch gekennzeichnet, daß die Förderrichtung durch konstruktive Anordnung und spezielle Ansteuerung der Verdrängungs-Zellen bestimmt wird (Abb. 4 + 5).

10. Peristaltische Pumpe nach Anspruch 1-9 dadurch gekennzeichnet, daß die Förderstrecke durch die Verdrängungs-Zellen in einzelne Teil­ strecken getrennt wird (Abb. 4 + 5).

11. Peristaltische Pumpe nach Anspruch 1-10 dadurch gekennzeichnet, daß die Förderstrecke durch die Verdrängungs-Zellen in längengleiche Teilstrecken geteilt wird (Abb. 1 + 4).

12. Peristaltische Pumpe nach Anspruch 1-9 dadurch gekennzeichnet, daß der Überdruck in der einzelnen Verdrängungs-Zelle dem jeweiligen Druck in der Förderleitung am jeweiligen Standort der Verdrängungs-Zelle angepaßt ist (Abb. 6).

13. Peristaltische Pumpe nach Anspruch 1-9 dadurch gekennzeichnet, daß die Längen der Teilstrecken in Relation zu dem standorttypischen Druck in der Förderleitung stehen (Abb. 7).

14. Peristaltische Pumpe nach Anspruch 1-13 dadurch gekennzeichnet, daß die Membran flexibel ist.

15. Peristaltische Pumpe nach Anspruch 1-12 dadurch gekennzeichnet, daß die Membran elastisch ist.

16. Peristaltische Pumpe nach Anspruch 1-15 dadurch gekennzeichnet, daß die Membran armiert ist.

17. Peristaltische Pumpe nach Anspruch 1-16 dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrängungs- Zelle den gesamten Querschnitt der Förderleitung ausfüllt (Abb. 8).

18. Peristaltische Pumpe nach Anspruch 1-16 dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrängungs- Zelle Teile des Querschnitts der Förderleitung ausfüllt (Abb. 9).

19. Peristaltische Pumpe nach Anspruch 1-18 dadurch gekennzeichnet, daß die Membrane alleine einen geschlossenen Hohlkörper bildet (Abb. 10).

20. Peristaltische Pumpe nach Anspruch 1-18 dadurch gekennzeichnet, daß die Membrane mit einem definierten Teil der Förderleitung einen Hohlkörper bildet (Abb. 11).

21. Peristaltische Pumpe nach Anspruch 1-18 dadurch gekennzeichnet, daß die Membrane mit einem Teil der Umhüllung einen Hohlkörper bildet (Abb. 12).

22. Peristaltische Pumpe nach Anspruch 1-22 dadurch gekennzeichnet, daß die Membrane an der Förderleitung befestigt ist.

23. Peristaltische Pumpe nach Anspruch 1-21 dadurch gekennzeichnet, daß die Membrane an der Umhüllung befestigt ist.

24. Peristaltische Pumpe nach Anspruch 1-23 dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrängungs- Zelle an der Stelle mit dem höchsten Druck in der Teilstrecke gefüllt wird (Abb. 13).

25. Peristaltische Pumpe nach Anspruch 1-24 dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung flexibel ist.

26. Peristaltische Pumpe nach Anspruch 1-24 dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung starr ist.

27. Peristaltische Pumpe nach Anspruch 1-26 dadurch gekennzeichnet, daß die Förderleitung flexibel ist.

28. Peristaltische Pumpe nach Anspruch 1-26 dadurch gekennzeichnet, daß die Förderleitung starr ist.

29. Peristaltische Pumpe nach Anspruch 1-28 dadurch gekennzeichnet, daß nach diesem System definierte unabhängige Längen gefertigt werden.

30. Peristaltische Pumpe nach Anspruch 1-29 dadurch gekennzeichnet, daß diese einzelnen Längen durch Kupplungen zu praktisch unbegrenzten Strecken verbunden werden.

31. Peristaltische Pumpe nach Anspruch 1-30 dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung parallel zur Längsachse geteilt ist.

32. Peristaltische Pumpe nach Anspruch 1-30 dadurch gekennzeichnet, daß die Förderleitung parallel zur Längsachse geteilt ist.

33. Peristaltische Pumpe nach Anspruch 1-29 dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung einen ringförmigen Querschnitt hat.

34. Peristaltische Pumpe nach Anspruch 1-29 dadurch gekennzeichnet, daß die Förderleitung einen ringförmigen Querschnitt hat.