EP0322594B1 - Schlauchpumpe - Google Patents
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- EP0322594B1 EP0322594B1 EP88120116A EP88120116A EP0322594B1 EP 0322594 B1 EP0322594 B1 EP 0322594B1 EP 88120116 A EP88120116 A EP 88120116A EP 88120116 A EP88120116 A EP 88120116A EP 0322594 B1 EP0322594 B1 EP 0322594B1
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B43/00—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members
- F04B43/08—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having tubular flexible members
- F04B43/09—Pumps having electric drive
Description
- Die Erfindung betrifft eine Schlauchpumpe nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
- Schlauchpumpen werden für Dosiereinrichtungen in Wasseraufbereitungsanlagen, als Laborpumpen zur Förderung kleiner Mengen eines zu pumpenden Mediums, aber auch für Dosierzwecke im medizinischen Bereich genutzt. Teilweise werden die Schlauchpumpen auch quasi-kontinuierlich betrieben, also als reine Förderpumpen eingesetzt. Das zu pumpende Medium ist zumeist eine Flüssigkeit, beispielsweise in einer Wasseraufbreitungsanlage mit Chemikalien versetztes Wasser, eine Chemikalienlösung usw.
- Eine bekannte Schlauchpumpe (LUEGER "LEXIKON DER TECHNIK", Band 7, "LEXIKON DER ENERGIETECHNIK UND KRAFTMASCHI-NEN", DVA, Stuttgart, 1965, Seite 264) weist einen Pumpenkörper mit einem kreisförmigen Innenraum auf, dessen Innenwandung eine Widerlagerwand für einen Schlauch darstellt. Der Schlauch ist von einem Eingang in einer kreisbogenförmigen Schleife zu einem Ausgang des Pumpenkörpers geführt. Mittig im Pumpenkörper befindet sich die Abtriebswelle eines Drehantriebs, zumeist eines Elektromotors, auf der eine rotierende Scheibe sitzt. Auf dieser Scheibe sitzen planetenartig umlaufende Rollen, die durch Federkraft gegen den an der Widerlagerwand herumgeführten Schlauch aus elastischem Material angedrückt sind und diesen in regelmäßigen Abständen so zusammendrücken, daß das zwischen zwei Rollen befindliche Schlauchvolumen von der Saugseite abgetrennt und zur Druckseite gefördert wird. Man kennt diese Schlauchpumpen mit zwei, drei oder gar vier umlaufenden Rollen. Bei einer weiteren Bauart einer Schlauchpumpe (LUEGER aaO) wird die Pumpwirkung durch einen exzentrisch gelagerten Rollkolben erzielt, der sich im Innenraum des Pumpenkörpers abwälzt und dabei einen Ring aus elastischem Material gegen die Widerlagerwand drückt. Auch hier ist der Antrieb notwendigerweise ein Drehantrieb, zumeist also ein Elektromotor.
- Die Förderleistung der bekannten Schlauchpumpen muß, insbesondere dann, wenn sie in Dosiereinrichtungen eingesetzt werden, einstellbar sein. Das erfordert eine Einstellbarkeit der Drehzahl des antreibenden Elektromotors. Das wiederum erfordert eine relativ teure Steuerelektronik. Insgesamt sind die bekannten Schlauchpumpen einerseits wegen der Notwendigkeit eines Elektromotors als Antrieb, andererseits wegen der Notwendigkeit einer elektronischen Drehzahlsteuerung relativ teuer.
- Im übrigen ist auch schon eine für Dosierzwecke steuerungstechnisch zweckmäßigere Schlauchpumpe bekannt (US-A 3 171 360), bei der der Schlauch im wesentlichen ortsfest zwischen einer Widerlagerwand und einer Quetschplatte liegt und der antrieb als Betätigungsmagnet ausgeführt ist und eine lineare Antriebsbewegung erzeugt. Durch die spezielle Form der Widerlagerwand und der Quetschplatte ist eine Strömungsrichtung im Schlauch vorgegeben. Der Anordnung des Schlauches in dieser Schlauchpumpe entsprechend ist die Konstruktion relativ groß und aufwendig, außerdem ist die Fördermenge hier nicht sehr gut dosierbar. Eine ähnliche Pumpe zeigt auch die DE-A 2 430 450. Eine höhere Dosiergenauigkeit erfordert eine Mehrzahl von linear arbeitenden Antrieben, was sehr kostenaufwendig ist (GB-A 2 020 735 und Patent Abstracts of Japan, Band 9, Nr. 172 (M-397) (1895), 17. Juli 1985 betreffend JP-A P 6 043 188).
- Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die zuvor erläuterte Pumpe mit ortsfest liegendem Schlauch konstruktiv so zu vereinfachen, daß sie, vergleichbar hohe Dosiergenauigkeit vorausgesetzt, erheblich preisgünstiger ist als die bisher bekannten Schlauchpumpen.
- Die zuvor aufgezeigte Aufgabe wird bei einer Schlauchpumpe nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 gelöst. Wesentlich für die Lehre der Erfindung ist die Erkenntnis, daß eine einfache Abknickung des Schlauchs um etwa 180° zu einer unter normalen Druckverhältnissen zuverlässigen Abquetschung und damit Blockierung des Schlauches führt. Ferner ist bedeutsam die Erkenntnis, daß eine solche durch Abknickung erzielte Abquetschung bei ansteigendem Flüssigkeitsdruck im Schlauch überwunden werden kann, daß also eine solche Abquetschung eine Ventilfunktion hat. Dieser Effekt ist natürlich als solcher seit langem bekannt, er wird aber nun hier bei einer Schlauchpumpe gezielt genutzt, um die bisher erforderlichen umlaufenden Quetschelemente zu eliminieren. Der erfindungsgemäß vorgesehenen Abknickung des Schlauches, die quasi die Funktion des ersten Quetschelementes hat, wird ein ortsfestes zweites Quetschelement vorgeordnet, das so schließt, daß es den zum Aufbau des erforderlichen Flüssigkeitsdrucks im Bereich zwischen Widerlagerwand und Quetschplatte erforderlichen Abschluß des Schlauchs garantiert. Die Förderung der Flüssigkeit durch den Schlauch am ersten Quetschelement vorbei ist möglich, da durch die Druckerhöhung im Bereich zwischen Widerlagerwand und Quetschplatte der Schlauch an der Abknickung etwas aufgebläht wird und einen Flüssigkeitsdurchlaß freigibt. Da bei Erreichen der zweiten Pumpstellen der Druck im Schlauch zwischen Widerlagerwand und Quetschplatte sofort nachläßt, schließt sich das durch die Abknickung am ersten Quetschelement gebildete Ventil sofort wieder. Bei erneutem Abheben der Quetschplatte von der Widerlagerwand und Rückkehr in die erste Pumpstellung wird der Schlauch entlastet und weitet sich nach Offnen des zweiten Quetschelements unter seiner Eigenspannung und/oder unter dem Druck der Flüssigkeit am Eintritt des Schlauches auf und füllt sich mit Flüssigkeit. Danach kann dann der Pumpzyklus erneut ablaufen.
- Insgesamt ist die erfindungsgemäße Schlaupumpe weitaus preiswerter als bekannte Schlauchpumpen herzustellen, wobei die Dosiergenauigkeit aber vergleichbar hoch oder gar höher ist und in der Größenordnung der Dosiergenauigkeit von Schlauchpumpen mit mehreren linearen Antrieben liegt.
- Besonders bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den dem Anspruch 1 nachgeordneten Ansprüchen 2 bis 6 erläutert. Hinsichtlich der Ansprüche 7 und 8 ist darauf hinzuweisen, daß ein Antrieb mit einer linearen Antriebsbewegung sehr viel kostengünstiger ist als ein Drehantrieb, insbesondere dann, wenn der Antrieb als Betätigungsmagnet ausgeführt ist. Durch Einstellung der Antriebsfrequenz, bei Verwendung eines Betätigungsmagneten also der Spielfrequenz des Betätigungsmagneten, läßt sich die Förderleistung der erfindungsgemäßen Schlauchpumpe sehr einfach steuern. Bei Verwendung eines Wechselstrom-Schwingmagneten kann beispielsweise mit der Netzfrequenz als Spielfrequenz gearbeitet werden, so daß dann die erfindungsgemäße Schlauchpumpe als quasi-kontinuierliche Förderpumpe eingesetzt werden kann. Andererseits läßt sich die Förderleistung der erfindungsgemäßen Schlauchpumpe sehr genau auch auf niedrige Werte einstellen, so daß sie als sehr exakt arbeitende Dosierpumpe einsetzbar ist.
- Konstruktiv besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Schlauchpumpe sind im übrigen noch in den Ansprüchen 9 und 10 beschrieben.
- Weitere Besonderheiten und Vorteile der erfindungsgemäßen Schlauchpumpe werden nachfolgend anhand der Erläuterung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung näher beschrieben. In der Zeichnung zeigt
- Fig. 1 in einer Seitenansicht eine erfindungsgemäße Schlauchpumpe in der ersten Pumpstellung I,
- Fig. 2 die Schlauchpumpe aus Fig. 1 in der zweiten Pumpstellung II und
- Fig. 3 die Schlauchpumpe aus Fig. 1 in einer Rückansicht.
- Das in den Figuren der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schlauchpumpe ist insbesondere für Dosiereinrichtungen in Wasseraufbereitungsanlagen bestimmt und geeignet. In anders dimensionierter und ggf. auch etwas modifizierter Gestaltung könnte eine solche Schlauchpumpe auch für medizinische Anwendungen beispielsweise als Infusionsdosierpumpe eingesetzt werden, bei entsprechend hoher Antriebsfrequenz könnte diese Schlauchpumpe auch als Quasi-Dauerpumpe mit beachtlicher Förderleistung eingesetzt werden.
- Die dargestellte Schlauchpumpe weist zunächst einen Pumpenkörper 1 und einen geschlossen durch den Pumpenkörper 1 geführten Schlauch 2 auf. Der Schlauch 2 liegt an einer Widerlagerwand 3 des Pumpenkörpers 1 an und führt das zu pumpende Medium in einem geschlossenen Durchlauf, insbesondere wird es sich bei diesem Medium um eine Flüssigkeit, beispielsweise mit Chemikalien versetztes Wasser handeln. An mindestens zwei Stellen sind den Schlauch 2 abquetschende Quetschelemente 4, 5 vorgesehen. Die Quetschelemente 4, 5 werden von einem Antrieb 6 angetrieben bzw. bewegt. Durch Öffnen und Schließen der Quetschelemente 4, 5 in einer bestimmten Reihenfolge ist ein bestimmtes Volumen des zu pumpenden Mediums, insbesondere also der Flüssigkeit, durch den Schlauch, also vom Eintritt 7 zum Austritt 8 förderbar.
- Wesentlich für die Erfindung ist nun, daß anders als im Stand der Technik, bei dem die Quetschelemente über den Schlauch bewegt wurden und dadurch die Förderwirkung erreicht wurde, der Schlauch 2 im wesentlichen ortsfest zwischen der Widerlagerwand 3 und einer Quetschplatte 9 liegt und um ein als erstes Quetschelement 4 dienendes Ende der Quetschplatte 9 mit einer Abknickung von ca. 180° scharf herumgebogen und dadurch abgequetscht ist. Die erste Abquetschstelle wird also durch diese Abknickung am Ende der Quetschplatte 9 realisiert. Am anderen Ende der Quetschplatte 9 ist das zweite Quetschelement 5 der Widerlagerwand 3 gegenüber angeordnet.
- Die Quetschplatte 9 und das daran angeordnete zweite Quetschelement 5 sind durch den Antrieb 6 zwischen einer ersten Pumpstellung I, dargestellt in Fig. 1, mit größerem Abstand von der Widerlagerwand 3 und einer zweiten Pumpstellung 11, dargestellt in Fig. 2, mit kleinem Abstand von der Widerlagerwand 3 hin und her bewegbar. Diese hin und her gehende Bewegung, im Gegensatz zu der im Stand der Technik verwirklichten Rotationsbewegung der Quetschelemente, wird im folgenden als Pumpbewegung bezeichnet.
- In der ersten Pumpstellung I ist der Schlauch 2 im wesentlichen entspannt, hat also im Bereich zwischen Widerlagerwand 3 und Quetschplatte 9 sein normales Volumen. Das zweite Quetschelement 5 quetscht den Schlauch 2 in der Pumpstellung I nicht ab, so daß Flüssigkeit vom Eintritt 7 in den Bereich zwischen Widerlagerwand 3 und Quetschplatte 9 eintreten kann. Auf dem Weg von der ersten Pumpstellung in die zweite Pumpstellung 11 quetscht zunächst das zweite Quetschelement 5 den Schlauch 2 ab, so daß im Bereich zwischen Widerlagerwand 3 und Quetschplatte 9 im Schlauch 2 befindliche Flüssigkeit nicht zurück zum Eintritt 7 strömen kann. Danach, also im weiteren Verlauf der Bewegung in Richtung der zweiten Pumpstellung II quetscht dann die Quetschplatte 9 den Schlauch 2 gegen die Widerlagerwand 3. Da das vom Ende der Quetschplatte 9 gebildete erste Quetschelement 4 von dieser Bewegung unbeeinflußt bleibt und die Quetschwirkung an dieser Stelle ja nur durch die einfache Abknickung des Schlauchs 2 realisiert ist, reicht der im Schlauch 2 zwischen Widerlagerwand 3 und Quetschplatte 9 erzeugte Flüssigkeitsdruck aus, den Schlauch 2 an der Abknickung ein wenig zu öffnen und die Flüssigkeit hier hindurchzudrücken. Die Flüssigkeit tritt also aus dem Bereich des Schlauches 2 zwischen Widerlagerwand 3 und Quetschplatte 9 bis zum Erreichen der Pumpstellung II vollständig in den Bereich des Schlauches 2 jenseits des ersten Quetschelements 4 aus. Da bei Erreichen der zweiten Pumpstellung II der Druck im Schlauch 2 zwischen Widerlagerwand 3 und Quetschplatte 9 nachläßt, schließt die Abknickung den Schlauch 2 am ersten Quetschelement 4 sofort wieder, so daß ein Rückströmen von Flüssigkeit aus geschlossen ist. Kehrt nun die Quetschplatte 9 wieder in die erste Pumpstellung I zurück, so wird der Schlauch 2 zwischen Widerlagerwand 3 und Quetschplatte 9 entlastet und bläht sich unter seiner Eigenspannung und/oder aufgrund des Flüssigkeitsdrucks am Eintritt 7 sofort nach Öffnen des zweiten Quetschelements 5 wieder auf und füllt sich zwischen Widerlagerwand 3 und Quetschplatte 9 mit Flüssigkeit.
- Das zuvor geschilderte Pumpspiel wiederholt sich mit der Antriebsfrequenz des Antriebs 6 und führt so zu der gewünschten Pumpwirkung.
- Wesentlich bei der zuvor erläuterten Konstruktion ist die besondere Einfachheit des Aufbaus und die damit verbundene Möglichkeit, auf einen Elektromotor als Antrieb 6 zu verzichten, da mit der hier gewählten Konstruktion eine Drehbewegung der Quetschelemente 4, 5 nicht mehr erforderlich ist.
- Die Fig. 1 und 2 lassen im Vergleich deutlich erkennen, wie sich zwischen den Pumpstellungen I und II ein Flüssigkeitswulst durch den Schlauch 2 bewegt. Dabei ist zu erkennen, daß im hier dargestellten Ausführungsbeispiel dem ersten Quetschelement 4 ein drittes Quetschelement 10 nachgeordnet ist und das dritte Quetschelement 10, im Zusammenwirken mit einem Widerlager 11, in der ersten Pumpstellung I den Schlauch 2 abquetscht und in der zweiten Pumpstellung 11 den Schlauch 2 nicht abquetscht. Dieses dritte Quetschelement 10 in Verbindung mit dem Widerlager 11 dient der zusätzlichen Sicherheit. Die Quetschelemente 5 und 10 sind im hier dargestellten Ausführungsbeispiel im übrigen als einfache Quetschkanten beispielsweise an einem entsprechend gebogenen Metallstreifen ausgeführt, das Widerlager 11 ist eine Platte, ebenfalls als stabiler Metallstreifen ausgeführt. Andere Ausführungsformen sind natürlich denkbar. In jedem Fall ist darauf zu achten, daß der Schlauch 2 durch das Abquetschen auch bei Dauerbetrieb nicht beschädigt wird.
- Grundsätzlich kann die Pumpbewegung von Quetschplatte und zweitem Quetschelement (sowie drittem Quetschelement im hier dargestellten Ausführungsbeispiel) eine lineare Bewegung sein. Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der Pumpbewegung allerdings um eine Schwenkbewegung. Die Schwenkbewegung im hier dargestellten Ausführungsbeispiel hat den Vorteil, daß das zweite Quetschelement 5 ohne besondere zusätzliche Maßnahmen lediglich durch seine geometrische Anordnung in Bewegungsrichtung "vor" der Quetschplatte 9 und näher zur Schwenkachse die Abquetschung des Schlauchs 2 früher durchführt als die Quetschplatte 9. Das zweite Quetschelement 5 steht also gegenüber der Quetschplatte 9 in Richtung auf die Widerlagerwand 3 vor.
- Insbesondere bei einer linearen Bewegung als Pumpbewegung, jedoch auch bei einer Schwenkbewegung als Pumpbewegung kann es sich empfehlen, daß das zweite Quetschelement entgegen einer zum Abquetschen des Schlauches ausreichenden Rückstellkraft gegenüber der Quetschplatte zurückdrückbar ist. Das ist zwar mit etwas größerem technischen Aufwand verbunden, führt aber zu einer stärkeren Schonung des Schlauchs am zweiten Quetschelement.
- Zuvor ist schon erläutert worden, daß ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Schlauchpumpe darin besteht, daß hier ein Antrieb 6 mit einer linearen Antriebsbewegung verwendet werden kann. Selbstverständlich ist es möglich, einen Antrieb zu verwenden, der eine rotierende Antriebsbewegung verursacht, da selbstverständlich aus einer rotierenden Antriebsbewegung jederzeit über einen Kurbeitrieb eine lineare Antriebsbewegung erzeugt werden kann. Eine lineare Antriebsbewegung hat allerdings für die Konstruktion eines Antriebs 6 kostenmäßig unter Umständen erhebliche Vorteile. Insbesondere gilt das dann, wenn der Antrieb 6 als Betätigungsmagnet 12 ausgeführt ist, wie das im hier dargestellten Ausführungsbeispiel der Fall ist. Ein Betätigungsmagnet besteht aus einem Magnetkörper 13 und einem Anker 14, über die die mechanische Kraftwirkung eines elektromagnetischen Feldes zur Ausübung einer bestimmten Längs- oder Drehbewegung ausgenutzt wird. Hauptarten von Betätigungsmagneten sind Hubmagneten, Drehmagneten und Schwingmagneten. Außerdem unterscheidet man zwischen gleichstrombetriebenen und wechselstrombetriebenen Betätigungsmagneten, die sich hinsichtlich des mechanischen Aufbaus und in den Schaltzeiten unterscheiden. Bei eingeschalteter Erregerwicklung am Magnetkörper 13 des Betätigungsmagneten 12 wird der Anker 14 in Richtung des stärker werdenden Magnetfeldes vom Magnetkörper 13 angezogen. Die dabei erzeugte Hubkraft ist die Magnetkraft, die unter Berücksichtigung der entsprechenden Komponente des Ankergewichts nach außen wirkt. Nach Ausschalten der Erregerwicklung verbleibt infolge der magnetischen Remanenz eine Klebekraft, so daß zur Rückführung des Ankers 14 in die Hubanfangslage eine zumeist von einer Rückstellfeder 15 aufgebrachte Rückstellkraft erforderlich ist. Die Antriebsfrequenz des Antriebs 6 wird bei Ausführung als Betätigungsmagnet 12 als Spielfrequenz bezeichnet (LUEGER "LEXIKON DER TECHNIK", Band 13, "LEXIKON DER FEINWERKTECHNIK", Seite 86, 87).
- Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Betätigungsmagnet 12 als Hubmagnet ausgeführt, was eine besonders preisgünstige und hinsichtlich der Kraftwirkung hier optimale Lösung darstellt. Die Quetschplatte 9 und das zweite Quetschelement 5 sind am Anker 14 des Betätigungsmagneten 12 angebracht.
- Wie zuvor dargelegt worden ist, könnte der Anker 14 eine lineare Bewegung ausführen, im hier dargestellten Ausführungsbeispiel führt der Anker 14 allerdings eine Schwenkbewegung aus. Dazu gilt, daß der Anker 14 des Betätigungsmagneten 12 auslegerartig ausgeführt und um eine Schwenkachse 16 schwenkbar seitlich am Magnetkörper 13 gelagert ist. Dies ist aus der Rückansicht in Fig. 3 besonders deutlich zu erkennen.
- Im hier dargestellten und insoweit bevorzugten Ausführungsbeispiel gilt schließlich, daß eine besondere Führung des Schlauchs 2 im Bereich des ersten Quetschelements 4 erfolgt, nämlich dadurch, daß an der Quetschplatte 9 nahe dem das erste Quetschelement 4 bildenden Ende am Rand und/oder auf der von der Widerlagerwand 3 abgewandten Seite eine Schlauchführung 17 angebracht und der Schlauch 2 zwischen der Schlauchführung 17 und der Quetschplatte 9 hindurchgeführt ist. Die Fig. 1 und 2 der Zeichnung zeigen im übrigen, daß im dort links liegenden Bereich des Pumpenkörpers 1 eine weitere Schlauchführung 18 für den Schlauch 2 vorgesehen ist, damit dieser nicht seitlich aus der Gesamtanordnung herausrutschen kann.
- Insgesamt zeigt die Zeichnung eine erfindungsgemäße Schlauchpumpe, die äußerst einfach aufgebaut ist, insbesondere keinen Drehantrieb mehr benötigt, sondern mit einem einfachen Betätigungsmagneten als Antrieb auskommt und dadurch extrem kostengünstig ist. Im Vergleich mit bislang bekannten Schlauchpumpen sind die Kosten hier um 60 bis 80 % gesenkt.
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