DE4336823A1 - Vorrichtung zur elektronischen Membranlagenkontrolle - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elektronischen Membranlagenkontrolle gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 bis 7.

In der Prozeßtechnik werden zunehmend Membranpumpen eingesetzt, damit die Leckagen giftiger und bedenklicher Stoffe, die in den bisherigen Ausführungen Kolbenpumpe mit Stopfbuchsabdichtung auf­ traten, vermieden werden können. Dabei ist die Steuerung und Kontrolle der Membran, die insbesondere bei höheren Drücken leicht beschädigt werden kann, von entscheidender Bedeutung.

In der Regel erfolgt die Membranlagensteuerung über mittig oder außerhalb angebrachte Kontaktplatten oder Ringe, die bei einer weit ausgelenkten Membran berührt werden und dann über Kolbenstan­ gen den Impuls mechanisch weitergeben. Über eine bestimmte Kurven­ scheibe wird ein mit Federdruck vorbelastetes Zulaufventil ange­ steuert und für die Dauer der Öffnung kann die fehlende Hydrau­ likflüssigkeit nachfließen.

Der Nachteil besteht darin, daß die Anpassung an geänderte Parame­ ter ohne Öffnen der Pumpe nicht möglich sind. Weiterhin ist das Verfahren durch die Überwindung der trägen Massen und der einge­ bauten Federvorspannungen viel zu träge. Durch die starren Ver­ bindungen sind keine variablen Regelcharakteristiken anwendbar, die eine feinere Membranlagensteuerung ermöglichen. Insbesondere bei Hochdruckpumpen verschlechtert sich der Wirkungsgrad und die Dosiergenauigkeit, wenn zu große Mengen Hydrauliköl zugegeben werden, da diese als Fehlstrom unter hohen Druck wieder ausge­ schleust werden.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der gattungsmäßigen Art zu schaffen, das eine exakte Membranlagenrege­ lung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird in einem Verfahren der gattungsmäßigen Art durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 bis 7 gelöst.

Der Ausgangspunkt ist eine Membranpumpe. Der geführte Kolben erzeugt einen Druck im Hydraulikteil, durch den sich die Membran nach außen wölbt und in dem eigentlichen Förderraum das Medium unter Druck über die nach oben öffnenden Ventile herausdrückt. Gleichzeitig wird über ein Schnüffelventil eine geringe Menge Hy­ drauliköl entspannt, um Gasblasenbildung zu vermeiden. Das gleiche Ventil übernimmt auch die Funktion eines Sicherheitsventils.

Beim Zurückziehen des Kolbens in die untere Totpunktlage wird im Hydraulikteil ein Unterdruck erzeugt und die Membran wölbt sich in die andere Richtung. Ist die Hydraulikölmenge zu klein, wird die Membran zu weit gedehnt und kann an der Kolbeneintrittsöffnung zerreißen.

Durch verschiedene eingebaute Geber, die anschließend beschrie­ ben werden, und einer damit verbundenen elektronischen Auswerte­ einheit werden die Signale verarbeitet und entsprechend den vorge­ gebenen Parametern wird das Magnet-Zulaufventil angesteuert.

Die einfachste Variante ist ein mittig angebrachter parabolisch geformter Aufnehmer mit anschließendem Stößel, der federbelastet in einer bestimmten Position gehalten wird. Wird die Membran nach hinten ausgelenkt, verschiebt sich der Stößel in horizontaler Lage. Der Stößel ist magnetisiert und die Bewegungsveränderung wird von einem Sensor, der in der Bohrung plaziert ist, aufge­ nommen und an die Auswerteeinheit weitergegeben.

Eine verfeinerte Abstimmung ergibt sich durch eine mechanische Verstärkung. Auf dem Stößel ist ein Gewinde angebracht und durch die Verzahnung mit einer vertikal angebrachten Scheibe wird die horizontale Verschiebung in eine vertikale drehende Scheibe umge­ lenkt. Auf der Scheibe sind magnetisierte Sektoren, mindestens 2, angebracht, die entsprechende Impulse in den fest angebrachten Aufnehmern generieren. Diese Impulse werden ausgewertet und zur Regelung verwendet. Die Feinheit hängt von der Gewindesteigung und von der Anzahl der markierten Sektoren auf der Drehscheibe ab.

Eine rein elektronische Regelung wird mit einer Doppelmembran rea­ lisiert. Zwischen den beiden Membranen wird ein Sender plaziert, der die Impulse aufzeichnet und dies an die Auswerteelektronik weitergibt.

Eine weitere rein elektronische Regelung ergibt sich bei der Ver­ wendung von Stahlmembranen. Durch einen Sensor wird die Änderung des elektrischen Widerstandes, der sich durch die Gefügeverände­ rung in der Stahlmembran ergibt, als Regelgröße gewählt. Des­ gleichen kann als Sensor ein Dehnmeßstreifen gewählt werden.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der schemati­ schen Zeichnung beschrieben:

Abb. 1 eine Prinzipskizze der elektronischen Membranlagen Regelung,

Abb. 2 ein detaillierte Prinzipskizze des elektromechanischen Aufnehmers,

Abb. 3 eine Prinzipskizze des elektronischen Aufnehmers.

Abb. 1 zeigt die Membran 3, die vorn an der Kopfplatte 1 mit dem Pumpenkanal 2 einbindet und hinten am Pumpengehäuse 9 im unteren Totpunkt anliegen kann. Durch den Kolben 10 wird die Hydraulik­ flüssigkeit oszillierend auf Druck oder Entspannung gebracht und dadurch die Membran 3 links (Druck) oder rechts (Entspannung) von ihrer vertikalen Ebene gebracht. Über Ventile analog zur Do­ sierpumpe wird das Medium im Pumpenkanal 2 gefördert. Durch ein kombiniertes Entlüftungsventil 5 wird im Druckhub anfallende Luft ausgeschieden. Bei Überdruck dient dies auch als Sicherheitsventil zum Schutz der Membran 3. Über Sensor 12 und Aufnehmer 11 wird im Saughub gegebenenfalls ein zu weite Auslenkung signalisiert. Über den Impuls, ermittelt aus der Veränderungsgeschwindigkeit der Membranlage wird die Öffnungsdauer des Zulaufventils 6 und damit die Zulaufmenge Hydrauliköl aus Tank 7 exakt eingestellt. Dadurch wird die im anschließenden Druckhub ausgeschleuste Menge Hydrau­ liköl minimiert und die Genauigkeit und der Wirkungsgrad deutlich verbessert.

Abb. 2 zeigt die elektromechanischen Sensoren. Im einfachsten Fall handelt es sich um einen magnetisierten Stößel 18 an einem parabo­ lisch geformten, federgestützten Aufnehmer 14, der bei Membranaus­ lenkung 3 im Saughub horizontal nach hinten bewegt wird. Der elektronische Aufnehmer 11 registriert die Veränderung und gibt die Signale zur elektronischen Auswertung (Abb. 1/4) weiter.

Eine mechanische Verstärkung wird erreicht, in dem der Stößel 15 mit einer Zahnstange/Gewinde 16 ausgerüstet wird, durch die die horizontale Bewegung über eine innenverzahnte Drehscheibe 17 in eine Rotion umgewandelt wird. Auf der Scheibe werden Sektoren magnetisch gekennzeichnet und über den elektrischen Aufnehmer 11 werden die Impulse weitergegeben und in o.a. Auswerteelektro­ nik verarbeitet.

In Abb. 3 wird in einer Doppelmembran 18 und 19 ein Sensor 12 pla­ ziert, der die Impulsstärken aufnimmt und an den Empfänger 11 wei­ terleitet. Die im Gehäuse 9 befindlichen Hydraulikkanäle 14 werden um den mittig gelagerten Empfänger 11 geführt.

Claims (7)

1. Vorrichtung zur elektronischen Membranlagenkontrolle einer Membranpumpe, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage der Membran (3) durch einen elektromechani­ schen Geber (15/16) oder elektronischen Sender (12) über einen Empfänger (11) und eine damit verbundene elektro­ nische Auswerteeinheit (4) ermittelt und über den geregelten Zulauf des Hydrauliköls (6, 8) kontrolliert wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Geber (12) ein an einer konkav ausgebildeten Aufprallplatte (14) befestigter federbelasteter Stößel (15) ist, der magnetisch markiert wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Geber ein an einer konkave ausgebildeten Aufprall­ platte befestigter federbelasteter Stößel ist, der mit einem Gewinde (16) versehen ist und durch Kraftumlenkung eine im Winkel von 90 Grad positionierte Scheibe (17) rotieren läßt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß am Rand der drehenden Scheibe (17) eine oder mehrere Sektoren magnetisch markiert sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Geber (12) zwischen zwei Membranen (18 und 19) eingebaut ist und gegenüber dem im Gehäuse (9) befind­ lichen Empfänger (11) eingebaut ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Geber (12) ein zwischen zwei Membranen (18 und 19) eingebauter Dehnungsmeßstreifen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Gefügeveränderung einer ausgelenkten Stahlmembran verursachte Veränderung des elektrischen Widerstandes als Gebersignal (12) dient.