EP0402625A1 - Mischgaspumpen-Antrieb - Google Patents

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EP0402625A1
EP0402625A1 EP90108801A EP90108801A EP0402625A1 EP 0402625 A1 EP0402625 A1 EP 0402625A1 EP 90108801 A EP90108801 A EP 90108801A EP 90108801 A EP90108801 A EP 90108801A EP 0402625 A1 EP0402625 A1 EP 0402625A1
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EP
European Patent Office
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drive
mixed gas
gas
pumps
pump
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EP90108801A
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EP0402625B1 (de
Inventor
Helmut Hrouda
Albert-Heinz Gies
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Hoechst AG
Original Assignee
Hoechst AG
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Publication date
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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
    • F04B35/00—Piston pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by the driving means to their working members, or by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors, not otherwise provided for
    • F04B35/04—Piston pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by the driving means to their working members, or by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors, not otherwise provided for the means being electric

Definitions

  • the invention relates to the use of stepper motors for driving mixed gas pumps instead of electric motors with mechanical gears.
  • Mixed gas pumps are piston metering pumps of a special design. Two piston pumps are permanently coupled to one another via pairs of wheels or transmission gears. The ratio of the piston strokes per unit of time is fixed via these pairs of wheels. The volume ratio of the mixed gas pump is thus also predetermined. The volume ratio can be changed by changing the wheel pairs. In order to be able to change the number of piston strokes per unit of time during operation, manual transmissions can be provided instead of the pairs of wheels. These manual transmissions are operated by hand or using magnets. Mixed gas pumps are driven by synchronous or shaded-pole motors. The delivery rate is therefore almost constant.
  • This design of mixed gas pumps has several disadvantages: - Only two components of a gas can be mixed in a mixed gas pump, - if more than two components of a gas are to be mixed, n-1 mixing pumps must be used in cascade for n gas components, - the mixing ratios are fixed by pairs of wheels or gear ratio, - Changing the mixing ratio requires changing the wheels or changing the gearbox (only possible in stages), - The switching frequency of the gearbox is low and continuous continuous operation is not possible, - high maintenance effort, - The dosing rate cannot be changed.
  • the invention thus relates to the use of a stepper motor for driving a mixed gas pump.
  • Any commercially available mixed gas pump can be used for the use according to the invention, provided that the drive can be removed. Piston pumps are preferred.
  • a stepper motor is installed on the mixed gas pump instead of the electric motor and the gearbox. If several mixed gas pumps work as a cascade, a stepping motor is preferably only attached to the first pump of the cascade as a drive.
  • Suitable stepper motors are commercially available and can be selected from the manufacturers' lists. Their size and their technical data depend on the requirements of the mixed gas pumps.
  • the walking speed and the number of steps per unit of time can be adjusted electrically. This adjustment is made via a control and power section. In this way the dosing volume per unit of time can be changed.
  • This control part can in turn be controlled by an analysis computer or a similar device.
  • a stepper motor as a drive for a mixed gas pump has the following advantages: - the high accuracy of the stepper motors, - no mechanical wear (in contrast to manual transmissions), - no need to report a deferral, - low maintenance, - transparent structure of the hardware, - The possibility of a continuous gas mixture during operation.
  • the first pump was equipped with a stepper motor, while the other pumps in the cascade kept their normal drives by means of gear drives.
  • the control part of the stepper motor was controlled via a V.24 interface of the analysis computer.
  • the value transmitted by the analysis computer was converted into the corresponding number of steps in the control section and the corresponding number of steps of the stepping motor was set via the power section.
  • the mixed gas pump driven in this way created the gas mixing ratio H2 / C2H4, which after passing through the pump cascade gave the reference gas mixture for the gas analyzer.
  • the mixing ratio of the gases H2 / C2H4 could be changed continuously and automatically by the analysis computer during operation without the need for mechanical intervention.

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Abstract

Durch den kontinuierlichen Betrieb eines Schrittmotors als Antrieb für eine Gasdosierpumpe ist es möglich, Mischungen aus mehreren Komponenten exakt herzustellen, das Mischungsverhältnis nach Bedarf zu verändern und den Gesamtdurchfluß über die Schrittgeschwindigkeit zu variieren. Der Schrittmotor ist über Rechner oder SPS (speicherprogrammierbare Steuerung) ansteuerbar. Dadurch werden Eichvorgänge, Vergleichsgasherstellung, Probenaufbereitung und Rezepturherstellung voll automatisiert.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung von Schrittmotoren für den Antrieb von Mischgaspumpen anstelle von Elektromotoren mit mechanischen Getrieben.
  • Mischgaspumpen sind Kolbendosierungspumpen besonderer Bauart. Zwei Kolbenpumpen sind über Räderpaare oder Übersetzungsgetriebe fest miteinander gekoppelt. Über diese Räderpaare wird das Verhältnis der Kolbenhübe pro Zeiteinheit fest vorgegeben. Damit ist auch das Volumenverhältnis der Mischgaspumpe vorbestimmt. Durch Auswechseln der Räderpaare kann das Volumenverhältnis geändert werden. Um im laufenden Betrieb die Kolbenhubzahl pro Zeiteinheit verändern zu können, können statt der Räderpaare Schaltgetriebe vorgesehen werden. Diese Schaltgetriebe werden von Hand oder über Magnete betätigt. Angetrieben werden Mischgaspumpen über Synchron- oder Spaltpolmotoren . Die Förderleistung ist somit nahezu konstant.
  • Diese Ausführung von Mischgaspumpen hat einige Nachteile:
    - In einer Mischgaspumpe können immer nur zwei Komponenten eines Gases gemischt werden,
    - sind mehr als zwei Komponenten eines Gases zu mischen, so müssen bei n Gaskomponenten n-1 Mischpumpen in Kaskade verwendet werden,
    - die Mischungsverhältnisse sind durch Räderpaare oder Getriebeübersetzung fest vorgegeben,
    - Ändern des Mischungsverhältnisses bedingt ein Wechseln der Räder oder ein Umschalten des Getriebes (nur in Stufen möglich),
    - die Schalthäufigkeit der Getriebe ist gering und damit ein kontinuierlicher Dauerbetrieb nicht möglich,
    - hoher Wartungsaufwand,
    - die Dosierleistung ist nicht veränderbar.
  • Es ist bekannt, zur Dosierung von Flüssigkeiten in Medizin und Chemie ein Schlauchpumpensystem zu verwenden, welches durch einen Permanentmagnet-Schrittmotor angetrieben wird (vgl. Feinwerktechn. u. Meßtechn., F + M, 91 (1983), Nr. 3, S. 111 - 112). Allerdings sind Flüssigkeiten im Gegensatz zu Gasen bei niederem Druck inkompressibel. Zudem ist es schwierig, bei einer Dosierung von Gasen die entsprechende Dosiergenauigkeit zu erreichen. Außerdem werden Schlauchpumpen für Gase unverhältnismäßig Groß.
  • Die Aufgabe bestand nun darin, für Mischgaspumpen einen Ersatz für die mechanischen Übersetzungsgetriebe oder Räderpaare zu finden und gleichzeitg die Möglichkeit zu schaffen, in einer Stufe kontinuierlich veränderbare Mischungsverhältnisse von Mehrkomponentengemischen herzustellen.
  • Es wurde gefunden, das die Aufgabe mit Hilfe von elektrischen Schrittmotorengelöst werden kann.
  • Die Erfindung betrifft somit die Verwendung eines Schrittmotors zum Antrieb einer Mischgaspumpe.
  • Für die erfindungsgemäße Verwendung kann jede handelsübliche Mischgaspumpe eingesetzt werden, sofern der Antrieb abgenommen werden kann. Bevorzugt werden Kolbenpumpen.
  • An die Mischgaspumpe wird anstelle des Elektromotors und des Getriebes ein Schrittmotor anmontiert. Falls mehrere Mischgaspumpen als Kaskade arbeiten, wird vorzugsweise nur an der ersten Pumpe der Kaskade ein Schrittmotor als Antrieb angebracht.
  • Geeignete Schrittmotoren sind handelsüblich und können anhand der Listen der Hersteller ausgewählt werden. Ihre Größe und ihre technischen Daten richten sich nach den Anforderungen der Mischgaspumpen.
  • Bei einem Schrittmotor läßt sich die Schrittgeschwindigkeit und die Schrittzahl pro Zeiteinheit elektrisch verstellen. Diese Verstellung erfolgt über einen Steuer- und Leistungsteil. Auf diese Weise kann das Dosiervolumen pro Zeiteinheit verändert werden. Dieser Steuerteil kann seinerseits durch einen Analysenrechner oder ein ähnliches Gerät gesteuert werden.
  • Der Einsatz eines Schrittmotors als Antrieb für eine Mischgaspumpe hat folgende Vorteile:
    - die hohe Genauigkeit der Schrittmotoren,
    - kein mechanischer Verschleiß (im Gegensatz zu Schaltgetrieben),
    - keine Notwendigkeit einer Rückstellungsmeldung,
    - geringe Wartung,
    - transparenter Aufbau der Hardware,
    - die Möglichkeit einer kontinuierlichen Gasmischung während des laufenden Betriebes.
    • Beispiel
  • In einer Kaskade aus mehreren Mischgaspumpen, welche eine H₂/C₂H₄-Referenzgasmischung für einen Gasanalysator herstellte, wurde die erste Pumpe mit einem Schrittmotor versehen, während die übrigen Pumpen der Kaskade ihre Normalantriebe mittels Zahnradgetriebe behielten.
  • Die Ansteuerung des Steuerteils des Schrittmotors erfolgte über eine V.24-Schnittstelle des Analysenrechners.
  • Der vom Analysenrechner übermittelte Wert wurde im Steuerteil in die entsprechende Schrittzahl umgewandelt und über den Leistungsteil die entsprechende Schrittzahl des Schrittmotors eingestellt.
  • Die so angetriebenen Mischgaspumpe erstellte das Gasmischverhältnis H₂/C₂H₄, das nach Durchlaufen der Pumpenkaskade die Referenzgasmischung für den Gasanalysator ergab. Je nach Prozeßsituation konnte somit das Mischungsverhältnis der Gase H₂/C₂H₄ durch den Analysenrechner kontinuierlich und automatisch während des Betriebs verändert werden, ohne daß ein mechanischer Eingriff erfolgen mußte.
  • Im Vergleich zur alten Anordnung mit mechanischem Getriebe war mit der neuen Anordnung die Betriebszeit der Anlage verlängert worden, da eine Wartung praktisch nicht mehr nötig war.

Claims (2)

1. Verwendung eines Schrittmotors zum Antrieb einer Mischgaspumpe.
2. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das die Mischgaspumpe eine Kolbenpumpe ist.
EP90108801A 1989-05-13 1990-05-10 Mischgaspumpen-Antrieb Expired - Lifetime EP0402625B1 (de)

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DE3915716A DE3915716A1 (de) 1989-05-13 1989-05-13 Mischgaspumpen-antrieb

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EP0402625B1 EP0402625B1 (de) 1994-03-23

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