EP2368041A1 - Verfahren und vorrichtung zur entgasung des förderraums einer dosierpumpe - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur entgasung des förderraums einer dosierpumpe

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EP2368041A1
EP2368041A1 EP09793469A EP09793469A EP2368041A1 EP 2368041 A1 EP2368041 A1 EP 2368041A1 EP 09793469 A EP09793469 A EP 09793469A EP 09793469 A EP09793469 A EP 09793469A EP 2368041 A1 EP2368041 A1 EP 2368041A1
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EP
European Patent Office
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pressure
pump
stroke
delivery chamber
gas
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EP09793469A
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EP2368041B1 (de
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Klaus Müller
Sergei Gerz
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Grundfos Management AS
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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B53/00—Component parts, details or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B23/00 or F04B39/00 - F04B47/00
    • F04B53/06—Venting
    • 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
    • F04B13/00—Pumps specially modified to deliver fixed or variable measured quantities
    • 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
    • F04B2205/00—Fluid parameters
    • F04B2205/50—Presence of foreign matter in the fluid
    • F04B2205/503—Presence of foreign matter in the fluid of gas in a liquid flow, e.g. gas bubbles

Definitions

  • the invention relates to a method for degassing a delivery chamber of a metering pump and a device for carrying out the same.
  • the pressure-side pump valve opens, followed by a transfer of liquid from the metering chamber of the dosing pump into the pressure line, whereby pressure equalization takes place.
  • the ratio of the gas volume to liquid volume in the metering chamber of the pump increases, with the result that when starting the metering not directly metering volumes are output. The dosing thus stops.
  • the present invention the object of an improved method for degassing a delivery chamber and to provide a corresponding device for carrying out the method.
  • a first embodiment of the method for degassing a gas-forming fluid in a pumping chamber of a metering pump refers to a pump having a delivery chamber into which a delivery chamber delimiting displacement body extends, wherein the delivery chamber has two openings, one of which via a Suction valve opens into a suction line and a second via a pressure valve in a pressure line. Since the pressure in the pumping chamber increases continuously during pump downtimes because of the formation of gas from the fluid, the pressure valve opens when a certain value is exceeded, so that undefined quantities of gas and fluid pass into the pressure line.
  • a collecting gas bubble pending on the delivery chamber side is advantageously provided by the method according to the invention, so that when the opening pressure of the pressure valve is exceeded, only gas preferably escapes into the pressure line.
  • the method comprises carrying out a pulse, wherein the pulse causes gas bubbles, which have formed in the pumping chamber by the gas-forming fluid and adhere to the inner surfaces of the pumping chamber, to be detached from these surfaces.
  • a pulse is exerted during the pulsing at least on a part of the conveying space bounding surfaces or walls and / or the fluid located in the delivery chamber.
  • the gas bubbles After the gas bubbles have been detached from the inner surfaces, they float in the delivery chamber, can accumulate to form larger gas bubbles, which then preferably rise in the direction of the pressure valve, preferably a collecting gas bubble on the delivery chamber side to build. Increases now the pressure in winningr ⁇ um, escapes preferably pending on the pressure valve collecting gas bubble from the pumping chamber into the pressure line in the form of outlet gas bubbles.
  • This increase in pressure can be a consequence of the fact that even more gas is formed from the fluid during continuous pump shutdown, alternatively, a partial pressure stroke of the displacement body can be performed to increase the pressure, so that the collecting gas bubble escapes into the pressure line.
  • no or only small amounts of fluid are discharged into the pressure line.
  • the pulse formation for releasing the gas bubbles is effected by generating vibration oscillations by means of a vibration generator which is arranged in the delivery chamber. It is possible to put the displacement body and / or other parts of the delivery chamber in vibration. Alternatively, at least a partial pressure and / or Operaaughub the displacement body can be carried out as a pulse, the z. B. advantageous only such a small, possibly infinitesimal volume sucks that z. B. a Clausaughub can be considered rather than suction pulse. As a result, the gas bubbles adhering to the inner surfaces of the delivery chamber are released and can accumulate with further gas bubbles present in the delivery chamber.
  • Yet another embodiment of the method includes performing a partial lift sequence.
  • This Sectionhub may be a Generalhub vinyl of suction strokes and / or pressure strokes.
  • successive partial pressure strokes can be performed alternately with partial strokes.
  • the stroke length with which the displacement body is moved into the delivery chamber can increase, so that each subsequent partial pressure and partial intake stroke combination has a greater stroke length has as the previously executed.
  • the collecting gas bubble which is present at the pressure valve, transferred to the pressure line, and still adhering to the inner surfaces of gas bubbles in response to the increasing stroke length, which in turn again form a collecting gas bubble, which is transferred to the subsequent partial pressure stroke back into the pressure line
  • the gas bubbles produced in the suction line can also be transferred into the delivery chamber as a result of the increase in the stroke length in a suction stroke, where they then accumulate to the collecting gas bubble and transferred by means of a next pressure stroke in the pressure line.
  • the delivery chamber of the metering pump can be almost completely degassed, so that only liquid is advantageously transferred into the pressure line during a first full stroke, which represents a metering stroke, so that controlled metering takes place ,
  • the number of partial strokes can be predetermined, so that the Generalhub Nobel is previously determined with the growing stroke lengths.
  • the partial stroke sequence can be defined with increasing stroke lengths via a desired degassing degree, which can be determined by detecting a pressure gradient in the delivery chamber when a pressure or suction stroke is executed. This determined pressure gradient is compared with a pressure gradient value, which was determined for a degassed delivery chamber as Kalibrierdruckgradient.
  • the desired degree of degassing of a pressure gradient corresponding to the calibration pressure gradient minus a tolerance of z. B. 5% of Kalibrierbuchste whyswerts.
  • a sectionaughub according to the foregoing description preferably has a proportion of 0.1% to 99%, preferably from 1% to 50%, most preferably from 1% to 25% of a full suction stroke.
  • a partial pressure stroke according to the foregoing description preferably has a proportion of 0.1% to 99%, preferably 1% to 50%, most preferably 1% to 25% of a full pressure stroke of the metering pump.
  • the pressure stroke is preferably carried out in a known manner by movement of the displacement body, for example a piston or a membrane.
  • inventions of the method relate to the fact that, for example, in known pump downtime, time intervals or times by means of a timing device, which is in operative connection with the pump, can be preset, so that an automatic degassing is performed before the pump back in Operation is taken.
  • the pulse for degassing the pumping chamber is preferably carried out during a service life or during a pump stop.
  • the execution of a sectionhub shadow with increasing stroke lengths is preferably carried out for starting the pump after a service life of the pump.
  • a pressure sensor arranged on the delivery chamber, which receives the pressure in the delivery chamber, record the pressure profile over a stroke. If the pressure profile determined over the duration of a stroke is related to the stroke or to a volume bounded in the delivery chamber by the traveled stroke length of the displacement body, and if appropriate as p / V ratio. Plotted diagram, it shows a curve for the pressure curve in a pressure stroke, from which the pressure gradient behavior can be seen. When the pump is in a vented state, the slope of the near-linear pressure rise or pressure drop reaches a maximum value, which is taken as the set value of the pressure ramping behavior.
  • the pressure diagram shows an increase or decrease with a smaller gradient, which corresponds to an actual value of the pressure gradient, when a pressure or suction stroke is carried out.
  • the process for pump venting can be carried out until the best possible venting of the pumping chamber has been achieved.
  • Such a comparison is carried out in an evaluation device and the determined result is provided in a control device for actuating the pump as a control parameter. This can be targeted depending on the resulting gas volume, a degassing be initiated or the length of the degassing or the efficiency of the degassing can be determined.
  • the comparison results are preferably supplied to a control device for actuating the pump as control parameters for starting the pump during a service life of the pump, during a pump stop, after a pump stop or for starting the pump after a service life of the pump.
  • the actually delivered volume flow into the pressure line during a stroke of the displacement body depends on the size of the total gas volume.
  • the actual, ie the actual delivery behavior of the pump is determined and can be compared with a desired delivery behavior of the pump, so that, taking into account certain tolerance limits can be judged whether the pump for the metering operation is still functional.
  • the invention further relates to a metering pump for metering fluids, which is suitable, a method according to the preceding Perform description to degas the delivery chamber of the metering pump.
  • the delivery chamber of the pump is preferably in fluid communication with at least one suction line which can be revealed via a suction valve and at least one pressure line which can be disclosed via a pressure valve.
  • a displacement body for displacing the fluid in the delivery space is preferably provided in a known manner, or the delivery space is delimited on at least one side by this displacement body, for example a piston or a membrane.
  • a device for carrying out a pulsation is arranged in the delivery chamber.
  • This may be a vibration exciter, which, for example, is in communication with the displacement body or a wall of the delivery chamber in order to exert vibrations or impulses on the fluid in the delivery space.
  • the drive of the displacement body itself can serve as a device for carrying out an impulse.
  • the drive and / or its control or regulation are preferably designed so that the drive can control the displacement body so that it can perform small suction and / or pressure strokes, which exert only a pulse on the fluid in the delivery chamber, which is required To dissolve and accumulate gas bubbles in the pump room.
  • the stroke is preferably so small that substantially no fluid is conveyed.
  • the drive of the displacement body is then configured such that it can express a collecting gas bubble, as described above, from the pumping space.
  • Such a drive of the displacement body can be done mechanically, hydraulically, pneumatically and / or magnetically.
  • a stepper motor can drive the displacement body via a corresponding transmission.
  • An embodiment of the pump according to the invention refers to the fact that the displacement body, which displaces the fluid from the pumping chamber, is actuated via a travel-controlled drive device, in particular a step motor or a linear motor, for sure to make that the required Ambiaughübe or partial pressure strokes are correspondingly small suction or Druckhübe and thus can produce a correspondingly small negative or positive pressure.
  • a travel-controlled drive device in particular a step motor or a linear motor
  • the displacement body which may be a diaphragm or a piston, optionally executes stroke distances of tenths of millimeters.
  • the finest pressure pulses are possible, which allow the detachment of the gas bubbles, which adhere to the inner surfaces of the pumping chamber, as well as to a membrane or to a pointing in the delivery chamber surface of the displacement piston.
  • the membrane performs a vibrating motion, which corresponds to a "ventricular fibrillation", ie there is no or a very small pumping action for the fluid, the gas bubbles, however, are set in motion, detach themselves from the walls and unite to larger Gas bubbles, which then experience a buoyant force in the fluid and ascend.
  • Fig. 1.1 to 1.8 show representations of the time sequence of the degassing processes and conditions in the delivery chamber of the diaphragm pump in the event of an interruption in operation
  • FIGS. 2.1 to 2.10 show illustrations of the chronological sequence of the degasification processes and states in the delivery chamber of the membrane pump in the method for bringing about a ready state of the metering pump after an interruption in operation
  • FIGS. 2.1 to 2.10 show illustrations of the chronological sequence of the degasification processes and states in the delivery chamber of the membrane pump in the method for bringing about a ready state of the metering pump after an interruption in operation
  • Fig. 3 shows a flow chart of the method and operations during a stoppage and to bring about a Ready state of the dosing pump.
  • a linear motor is understood to be an electric drive machine which does not place the objects connected to it in a rotating, but in a translatory movement. If a linear motor is coupled to actuate a piston in a displacement pump, the piston can travel a very short distance. This makes it possible to meter the piston stroke very finely. The same applies to a stepper motor whose rotor moves forward with only a tiny angular offset for each step specified from the outside. This allows the highest physical positioning accuracy and thus the finest Dosierhübe achieve if such a stepper motor z. B. is coupled via an eccentric with a connecting rod or a plunger pel.
  • a pumping room or dosing the space in the metering pump which contains the fluid to be pumped; a displacement device is guided into it for the purpose of fluid displacement.
  • Under gas-forming fluids are understood in particular liquid chemicals that tend to get into balance with their decay products and therefore split off gaseous products.
  • An example of this is hydrogen peroxide.
  • the gases formed increase the pressure in the delivery chamber, thereby causing a delivery chamber of a metering pump, which is closed by pressure valves against suction and discharge line, is pressurized by the formation of the gases. As soon as the through the pressure generated by the resulting gases exceeds the holding pressure of the pressure valves, opens the pressure valve and gases and fluid can pass into the pressure line.
  • Teilaughubs or "partial pressure stroke” means a proportion of a full intake stroke / pressure stroke, wherein a full stroke is achieved when the displacement device is operated over the entire stroke length.
  • a displacement piston under 100 percent load displace a volume of 100 ml
  • a sectionaughub which has only a proportion of 0.1%, displace only 0.1 ml volume.
  • a sectionaughub may be so low that even a swinging of the piston, or in a membrane pump of the membrane, preferably in the range of 1 to 20 Hz, for example, 2 to 10 Hz, more preferably from 3 to 4 Hz, is carried out essentially no fluid is conveyed.
  • stroke length is equivalently used here to the terms partial stroke or partial pressure stroke, because the proportion of a partial stroke length with respect to an entire stroke length corresponds to the proportion of a partial stroke volume with respect to the total stroke volume , so that, for example, at a partial stroke, which corresponds to a share of 25% of a full stroke, at the same time the Generalhubin corresponds to 25% of the total stroke length.
  • a term "desired degree of degassing” is used below, which means that, depending on the fluid to be metered, an experimentally determined minimum degassing can be achieved Gases will also permanently emit gases during the metering process, so that an ideal degree of degassing of such a chemical will correspond to another ideal degree of degassing than is present with a fluid which liberates gases only very gradually and in which a degree of degassing is actually close 1 can be achieved where a degree of degassing close to 1 can actually be achieved.
  • the inventive method refers to the fact that the execution of a pulse during a standstill or after a pump stop can be done, whereas the execution of a Generalhub blur with increasing stroke lengths of the displacement body for startup, or to start the pump after a period of Pump can be used.
  • a service life of the pump is understood below to mean a time duration which is sufficient to provide a corresponding gas volume. Basically, a service life will be at least 30 minutes, as a service life is also a non-operation of the pump overnight of over 12 hours or even a multi-day non-operating the pump stored in the pump fluid storage.
  • a pump stop can take anywhere from a few seconds to 30 minutes.
  • the pump For the pump to carry out the degassing method according to the invention during a service life or a pump stop, the pump must be "active", ie it must be supplied with power and a degassing mode, ie a corresponding program present in the pump software, must be activated.
  • the gas-forming fluid-promoting metering pump whose delivery chamber is to be freed from the gas formed has a suction opening into the pumping chamber suction valve, which extends into a suction line. Furthermore, the delivery chamber opens via a pressure valve in a pressure line. The same applies if there are several pressure or suction lines.
  • a displacement body for displacing the fluid limits the conveyor, usually on one side, and is arranged such that it can alternately execute the pressure strokes required for displacement in combination with the corresponding suction strokes.
  • a pulse is first of all carried out, the pulse being imparted by vibration vibrations by means of a vibration generator arranged in or on the delivery chamber or alternatively z.
  • B. can be performed as a first Generalaughub the displacement body. This sub-stroke corresponds to a proportion of 0.1 to 99% of a full suction stroke and may also be a swing in a range of 1 to 20 Hz. If the gas bubbles by the vibration oscillations or z. B.
  • a section ⁇ ughub may correspond to a proportion of 0.1% to 99%, preferably from 1% to 50%, most preferably from 1% to 25% of a full suction stroke.
  • a Operaaughub can also be divided into a plurality of vibration strokes, which make up a total of 0.1 to 10% of a full intake stroke.
  • a partial pressure stroke may correspond to a level of from 0.1% to 99%, preferably from 1% to 50%, most preferably from 1% to 25% of a full pressure stroke.
  • the determination of the degree of degassing comprises detecting a pressure gradient in the delivery chamber when performing a pressure or suction stroke, and comparing the determined pressure gradient with a pressure gradient serving as Kalibrierdruckgradient, which was determined for a degassed fluid, wherein the desired degree of degassing while a Calibration pressure gradient corresponding to a pressure gradient less a tolerance of approximately 5% of the calibration pressure gradient value.
  • the method may further include presetting time intervals and times of a timer operatively connected to the pump, such that actuation of the pump to start, during a service life, after a pump stop or to start the pump after a service life of the pump , time-controlled.
  • a timer operatively connected to the pump, such that actuation of the pump to start, during a service life, after a pump stop or to start the pump after a service life of the pump , time-controlled.
  • the method also provides that further control parameters for starting the pump during a service life of the pump, after a pump stop or for starting the pump after a service life, are provided: This is the determination of a actually funded volume flow in the pressure line during a defined stroke of the displacement body and the comparison of the stroke defined by this defined delivery behavior of the pump with a delivery behavior of the pump at identical defined stroke, the comparison of the actual delivery behavior and the desired delivery behavior of the pump show whether gas in Conveyor system is present or not. Knowing the misfed volume, the controller may initiate a corresponding degassing operation, which may be the execution of the partial lift sequence with increasing stroke lengths.
  • the metering pump of the method according to the invention will be a diaphragm pump.
  • It can be used any displacement body, provided he z.
  • B can be caused by coupling with a lifting rod, compressed air or other suitable device for performing smallest strokes.
  • a path-controlled drive device such as a linear motor or a stepper motor can be in operative connection with the displacement body.
  • a coupling via a compressed air generator is possible.
  • the sequence of figures 1.1 to 1.8 is based on the following starting situation: During a pump stop or a service life of the pump arise in the delivery chamber 1 different gas bubbles 4,7,8 out of the outgassing fluid out. Above all, the gas bubbles 4, 8 are formed on the inner walls of the delivery chamber and on the piston surface 3 'of the delivery chamber 1 bounding piston 3. By this gas bubble growth, a pressure p 2 in the delivery chamber 1 increases. If the pressure p 2 greater than the pressure in the pressure line p3, then opens the pressure valve 6. By the migration of the fluid or the collecting gas bubble 7 (depending on what is pending on the pressure valve) from the delivery chamber 1 in the pressure line is a pressure compensation instead of.
  • Figures 1.1 to 1.8 is the ready holding the pump, which in the present case is a diaphragm pump, although the membrane itself is not shown separately figurative shown.
  • the gas bubbles can be caused by the decomposition of unstable fluids such as hydrogen peroxide (H2O2).
  • a pulse is carried out as Sectionaughub b and partial pressure stroke a, alternatively, the pulse can also be generated by a swing of the membrane.
  • Fig. 1.3 is outlined how by a continued S äughub b of the piston 3, the G ⁇ sbl ⁇ sen 4 ', 7,8' are still larger, accumulate and rise in the direction of the pressure valve 6.
  • the suction valve 5 can continue to remain closed.
  • Fig. 1.4 shows a large collecting gas bubble 7 after the suction stroke of the piston 3 is completed.
  • a subsequent pressure stroke a of the piston 3, shown in FIG. 1.5, causes the pressure p2 in the delivery chamber 1 to rise again, as a result of which the volume trapped in the delivery chamber 1 decreases.
  • equation (I) the volume of the gas bubbles 4 'and the collecting gas bubble 7 located in the delivery chamber 1 decreases accordingly.
  • a position of the piston 3 is achieved according to that of Fig. 1.1.
  • the pressure level p 2 in the delivery chamber 1 also corresponds to the pressure level from FIG. 1.1.
  • Fig. 1.7 shows how by further outgassing of the fluid, the volume of the gas bubbles 4,8 and the collecting gas bubble 7 increases and the pressure p ⁇ in the pumping chamber 1 further increases.
  • This increase in pressure causes the pressure p 2 in the delivery chamber 1 is higher than in the pressure line (p 2 > P3).
  • the pressure valve 6 opens and the collecting gas bubble 7 attached thereto begins to escape as a result of the pressure equalization in the pressure line as exit gas bubbles 7 '.
  • the fine suction strokes and strokes can be performed well with a metering pump for metering fluids when the displacer of the device is operated by a step or linear motor and acts on the diaphragm or piston as the displacer, or if Vibration generator is installed for impulse.
  • the displacement body which may be a piston or a flexible membrane 3, may be driven mechanically via a lifting rod 2 or hydraulically or pneumatically or magnetically.
  • This process of winningraumentraumung can be performed several times during a service life, for example, by a device for timing (not shown) at predetermined time intervals or at predetermined times outputs a signal that sets the process for degassing the pump room in motion.
  • a device for timing not shown
  • predetermined time intervals or at predetermined times outputs a signal that sets the process for degassing the pump room in motion.
  • empirical values can be used, so that the skilled person can set the time intervals in such a way that the conveyor gassing takes place when a correspondingly strong gas bubble is present. education is to be expected.
  • a step for determining an actual pressure gradient in the delivery chamber during a pressure or suction stroke and comparing the actual pressure gradient behavior of the pump with a desired pressure gradient of the pump with an evaluation device for evaluating the comparison results are performed, wherein the comparison results of a control device to operate the pump as a control parameter for starting the pump after a service life of the pump, alternatively after a pump stop.
  • the steps of setting a time control or a pressure gradient based on the determination of the pressure increase in the delivery chamber in a pressure or suction stroke can be carried out at arbitrary, desired times and also alternately, if necessary, in alternation with manual execution of the method ,
  • the determination of the pressure gradient can be carried out with a pressure measurement device present in the delivery chamber, which receives the pressure curve p2 in the delivery chamber via a pressure or suction stroke, with increasing gas bubble formation, the slope of the pressure increase or pressure drop in a recorded pressure Stroke length diagram decreases, since the gas bubbles are compressible, and when falls below a certain threshold and feedback of the data to a control device, the delivery room ventilation is automatically triggered.
  • the inventive method further relates to the bringing about a ready state of the pump by the delivery chamber and supply lines such as the suction line with the simplest means as quickly as possible freed of gas bubbles, so that the pump can fulfill their task for accurate dosing, without a variety of inaccurate Dosierh paragraph when resuming the dosing takes place after a break.
  • the sequence of figures 2.1 to 2.10 is based on the following information: The pump should start to dose again after a stoppage of operation. In the case of outgassing dosing fluids, a complete pressure stroke must not be carried out immediately, that is, no full stroke volume may be passed through the displacement body.
  • second partial pressure stroke a of the piston 3 in Fig. 2.5 wherein the stroke length of the second pressure stroke a is greater than that of the previous pressure stroke in Fig. 2.2, the pressure p2 increases in the delivery chamber 1 again and that in the delivery chamber 1 trapped volume decreases.
  • the opening pressure of the pressure valve 6 is reached (p 2 > p3), so that a Crystalhubvolumen 20 of the fluid, but especially at the pressure valve 6 pending collecting gas bubble 7 is transferred to the pressure line.
  • the partial stroke volume 20 is at least as great as the stroke difference between the predecessor stroke and the current larger partial stroke.
  • Fig. 2.6 shows that after completion of the second partial pressure stroke, a further second Partaughub b is executed.
  • the pressure p 2 in the delivery chamber 1 drops, while analogously the volume enclosed in the delivery chamber 1 increases according to equation (I) and thus also the volumes of the gas bubbles 4 '.
  • the gas bubbles 4 ' rise in the direction of the pressure valve 6.
  • a volume is sucked from the suction line. This may consist partly of fluid volume and partly of gas volume.
  • the thus tracked by the suction valve 5 from the suction line G ⁇ sbl ⁇ sen 7 "rise in solicitr ⁇ um 1 in the direction of the pressure valve 6 (arrow e).
  • the collecting gas bubble 7 leaves in the form of outlet gas bubbles 7 'the delivery chamber 1 through the pressure valve 6 in the pressure line (shown in Fig. 2.9). Ideally, the delivery chamber 1 is now free from adhering to the inner surfaces of the delivery chamber 1 gas bubbles.
  • the pump was thus advantageously degassed with a small number of strokes, without significant amounts of metering fluid would have been pumped into the pressure line and there would be undesirable spent at the first Dosierhub with.
  • the partial strokes disclosed in the method according to the invention, the nenf ⁇ lls perform such a small stroke that can be spoken of a vibration, as well as the associated partial pressure strokes are sufficient to degas the pumping chamber and a portion of the suction line.
  • the method for degassing the pumping chamber of the pump to achieve a ready state can be triggered manually, but it is also a controlled control possible, so that the inventive method can be initiated when a dosage unit is reported via a control unit, if Time control provides the degassing.
  • the parameters determined above can be transmitted in a manner known to the person skilled in the art to a corresponding control and regulating unit operatively connected to the pump in order to initiate the method according to the invention starting with the desired steps.
  • FIG. 3 shows in a flow chart a possible chronological or logical sequence of the method according to the invention.
  • the processes in the delivery chamber of the pump are described.
  • a metering pause of the metering pump wherein gas bubbles have formed in the delivery chamber through the outgassing fluid in the interior of the delivery chamber, which adhere to the inner surfaces of the delivery chamber (corresponds to FIGS. 1.1 and 1.8)
  • the pressure p 2 inside the pumping chamber decreases, whereby the volumes of the gas bubbles grow, accumulate the gas bubbles and ascend to the collecting gas bubble (corresponds to Fig. 1.2 and 1.3).
  • the second sub-step of the pulse is carried out by performing a partial pressure stroke, whereby the pressure p2 increases in the delivery chamber, whereby a further Ak- Cumulating the G ⁇ sbl ⁇ sen and ascending to S ⁇ mmelg ⁇ sbl ⁇ se is effected (corresponds to Fig. 1.5).
  • the gas bubble volumes grow by the continued outgassing of the fluid, whereby the pressure p 2 in the delivery chamber further increases, so that when the opening pressure of the pressure valve when the pressure p2 in the delivery chamber is greater than the pressure p3 in the pressure line, the collecting gas bubble escapes (corresponds to Fig. 1.6 and 1.7). If the dosing pause of the pump now lasts, the execution of the pulse by sub-stroke and partial pressure stroke is continued tmtervaii at a distance of the preset time interval until the dosing pause is completed.
  • the partial lifting sequence is now carried out with increasing stroke lengths of the displacement body, the partial lifting sequence consisting of n partial lifting combinations of partial pressure strokes and partial lifting strokes.
  • the number n can be preset or controlled depending on the degassing state of the pumping chamber.
  • Each partial pressure stroke partial lift combination is designed with a stroke length corresponding to a proportion of X n % of full stroke length, with each subsequent partial pressure stroke partial lift combination having a longer stroke length ( ⁇ n + i> ⁇ n ).
  • the pump can deliver an entire stroke volume VH (corresponding to Fig. 2.10).
  • the method of Fig. 3 has been described with reference to the figure sequence 2.1-2.10 by executing the Operahub vinyl with increasing stroke lengths with a number of three sub-strokes.
  • the number of partial strokes of Operahub vinyl with increasing stroke lengths is not limited and can be adjusted according to the given operations in relation to the pumping chamber and the fluid to be dosed.
  • the number of partial strokes in the partial lifting sequence can also be controlled with the aid of a suitable measuring technique, depending on the presence of the gas bubbles in the conveying space.
  • This device may be for example an optical sensor or a pressure sensor. If there are no more gas bubbles, the pump is already in an operational state. riding condition; If the apparatus determines whether or not there are still gas bubbles, the sub-stroke sequence is initiated with increasing stroke lengths, whereby partial gas bubbles accumulate out of the delivery chamber and rise to a collecting gas bubble, which is caused by a partial pressure stroke is transferred to the pressure line. This loop is carried out until there are no more gas bubbles, so that the pump is in an operational state and can dose with it.

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Abstract

Verfahren zur Entgasung eines Förderraums (1) einer Dosierpumpe, welcher ein Ausführen einer Impulsgebung umfasst, wobei in dem Förderraum (1) durch das gasbildende Fluid entstandene und an den inneren Flächen anhaftende Gasblasen von diesen Flächen abgelöst werden, wobei die in dem Förderraum (1) vorhandenen Gasblasen (4,4', 8,8') akkumulieren, eine Bewegung (c) in Richtung des Druckventils (6) ausführen und förderraumseitig des Druckventils (6) eine Sammelgasblase (7) bilden. Durch eine Druckerhöhung entweicht die an dem Druckventil (6) anstehende Sammelgasblase (7) aus dem Förderraum (1) als Austrittsgasblasen (7') in die Druckleitung. Dosierpumpe, die eine in dem Förderraum vorliegende Vorrichtung zum Ausführen der Impulsgebung aufweist.

Description

Titel: Verfahren und Vorrichtung zur Entgasung des Förderraums einer Dosierpumpe Unser Zeichen: GP 2043 WO
Beschreibung
[0001 ] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entgasung eines Förderraums einer Dosierpumpe und eine Vorrichtung zur Ausführung desselben.
[0002] Das Problem der Gasbildung in Förderräumen von Dosier- pumpen, besonders beim Dosieren von Flüssigkeiten ist bekannt. Die Gasbildung erfolgt nicht nur während der Dosiervorgänge sondern auch während der Dosierpausen der Pumpe. Bei ausgasenden Substanzen wie etwa Wasserstoffperoxid H2O2 wird Gas freigesetzt, wobei die Anzahl und die Größe der Gasblasen im Förderraum über die Dauer der Dosierpausen oder während einer Standzeit anwachsen. Hierdurch steigt der Druck im Dosierraum der Dosierpumpe an. Übersteigt der Druck im Dosierraum der Pumpe den Druck in der Druckleitung, dann öffnet das druckseitige Pumpenventil, gefolgt von einer Überführung von Flüssigkeit aus dem Dosierraum der Dosierpumpe in die Drucklei- tung, wodurch Druckausgleich stattfindet. Somit steigt das Verhältnis des Gasvolumens zu Flüssigkeitsvolumen im Dosierraum der Pumpe an, mit der Folge, dass beim Anfahren der Dosierpumpe nicht unmittelbar Dosiervolumina ausgegeben werden. Der Dosiervorgang setzt somit aus.
[0003] Es ist daher wünschenswert, ein Verfahren zur Betätigung von Dosierpumpen unter Verbesserung des Anfahrverhaltens und entsprechende, dazu geeignete Dosierpumpen bereitzustellen.
[0004] Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein verbessertes Verfahren zur Entgasung eines Förderraums und eine entsprechende Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen. Diese Aufgaben werden durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 und durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 13 gelöst. Weiterbildungen der Gegenstände sind in den entsprechenden Unteransprüchen offenbart.
[0005] Eine erste Ausführungsform des Verfahrens zur Entgasung eines gasbildenden Fluids in einem Förderraum einer Dosierpumpe bezieht sich auf eine Pumpe mit einem Förderraum, in den sich ein den Förderraum abgrenzender Verdrängungskörper hinein erstreckt, wobei der Förderraum zwei Öffnungen aufweist, von denen eine über ein Saugventil in eine Saugleitung und eine zweite über ein Druckventil in eine Druckleitung mündet. Da bei Pumpenstillstandzeiten wegen der Gasbildung aus dem Fluid der Druck im Förderraum kontinuierlich steigt, öffnet das Druckventil bei Überschreiten eines bestimmten Wertes, so dass Undefinierte Gas- und Fluidmengen in die Druckleitung übergehen. Um zu verhindern, dass gleichzeitig beim Entweichen des entstandenen Gases Fluidanteile in die Druckleitung übergehen, wird durch das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft eine förderraumseitig am Druckventil anstehende Sammelgasblase bereitgestellt, so dass bei Überschreiten des Öffnungsdrucks des Druckventils vorzugsweise lediglich Gas in die Druckleitung entweicht. Dazu umfasst das Verfahren das Ausführen einer Impulsgebung, wobei der Impuls bewirkt, dass Gasblasen, die in dem Förderraum durch das gasbildende Fluid entstanden sind und an den inneren Flächen des Förderraums anhaften, von diesen Flächen abgelöst werden. Dazu wird bei der Impulsgebung zumindest auf einen Teil der den Förderraum begrenzenden Flächen bzw. Wandungen und/oder das in dem Förderraum befindliche Fluid ein Impuls ausgeübt. Nachdem die Gasblasen von den Innenflächen abge- löst wurden, schweben sie im Förderraum, können zu größeren Gasblasen akkumulieren, die dann vorzugsweise in Richtung des Druckventils aufsteigen, bevorzugt um dort förderraumseitig eine Sammelgasblase zu bilden. Erhöht sich nun der Druck im Förderrαum, so entweicht die bevorzugt an dem Druckventil anstehende Sammelgasblase aus dem Förderraum in die Druckleitung in Form von Austrittsgasblasen. Diese Druckerhöhung kann eine Folge davon sein, dass bei andauerndem Pumpenstillstand noch mehr Gas aus dem Fluid gebildet wird, alternativ kann zur Druckerhöhung auch ein Teildruckhub des Verdrängungskörpers durchgeführt werden, so dass die Sammelgasblase in die Druckleitung entweicht. Dabei wird vorteilhaft keine oder nur geringe Mengen an Fluid in die Druckleitung entlassen. Durch dieses Ausführen der Im- pulsgebung ist vorteilhaft sichergestellt, dass der Gasanteil im Förderraum der Dosierpumpe nicht das Maß überschreitet, das zu einem Pumpenausfall führt.
[0006] In einer weiteren Ausführungsform wird die Impulsgebung zur Loslösung der Gasblasen durch ein Erzeugen von Vibrationsschwingun- gen mittels eines Vibrationserzeugers, der in dem Förderraum angeordnet ist, bewirkt. Dabei ist es möglich, den Verdrängungskörper und/oder andere Teile des Förderraumes in Vibration zu versetzen. Alternativ kann als Impulsgebung zumindest ein Teildruck und/oder Teilsaughub des Verdrängungskörpers durchgeführt werden, der z. B. vorteilhaft nur ein derart kleines, gegebenenfalls infinitesimales Volumen ansaugt, dass z. B. ein Teilsaughub eher als Saugimpuls angesehen werden kann. Dadurch werden die an den Innenflächen des Förderraums anhaftenden Gasblasen gelöst und können mit weiteren, im Förderraum vorhandenen Gasblasen akkumulieren.
[0007] Noch eine Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Ausführen einer Teilhubfolge. Diese Teilhubfolge kann eine Teilhubfolge von Saughüben und/oder Druckhüben sein. Bevorzugt können sukzessive Teildruckhübe alternierend mit Teilsaughüben ausgeführt werden. Dabei kann bevorzugt jeweils die Hublänge, mit der der Verdrängungs- körper in den Förderraum bewegt wird, anwachsen, so dass jede folgende Teildruck- und Teilsaughubkombination eine größere Hublänge aufweist als die zuvor ausgeführte. Damit wird die Sammelgasblase, die am Druckventil ansteht, in die Druckleitung überführt, und noch an den Innenflächen anhaftende Gasblasen in Abhängigkeit der wachsenden Hublänge nachgeführt, die ihrerseits wieder erneut eine Sammelgas- blase bilden, die mit dem nachfolgenden Teildruckhub wieder in die Druckleitung überführt wird. Vorteilhaft können hierbei auch infolge der Zunahme der Hublänge bei einem Saughub die in der Saugleitung entstandenen Gasblasen in den Förderraum überführt werden, wo sie dann zur Sammelgasblase akkumulieren und mittels eines nächsten Druckhubs in die Druckleitung überführt werden. Mithilfe dieses Ausfüh- rens der Teilhubfolge mit wachsenden Hublängen kann der Förderraum der Dosierpumpe nahezu vollständig entgast werden, so dass bei einem ersten vollen Hub, der einen Dosierhub darstellt, vorteilhaft nur Flüssigkeit in die Druckleitung überführt wird, so dass ein kontrolliertes Dosie- ren erfolgt. Die Anzahl an Teilhüben kann dabei vorbestimmt sein, so dass die Teilhubfolge mit den wachsenden Hublängen zuvor festgelegt ist.
[0008] Alternativ kann die Teilhubfolge mit wachsenden Hublängen über einen gewünschten Entgasungsgrad definiert werden, der ermit- telt werden kann, indem ein Druckgradient im Förderraum bei Ausführen eines Druck- oder Saughubs detektiert wird. Dieser ermittelte Druckgradient wird mit einem Drucksteigungswert verglichen, der für einen entgasten Förderraum als Kalibrierdruckgradient bestimmt wurde. Dabei kann der gewünschte Entgasungsgrad einer dem Kalibrierdruck- gradient entsprechenden Drucksteigung abzüglich einer Toleranz von z. B. 5 % des Kalibrierdrucksteigungswerts entsprechen.
[0009] Auf diese Weise kann durch das Ausführen der Teilhubfolge mit wachsenden Hublängen ein gezieltes und sukzessives Entgasen des Förderraums der Pumpe - und damit auch zum Teil der Saugleitung(en) - erreicht werden, wenn sich in Betriebspausen oder Standzeiten Gas gebildet hat. Bereits vor Ausführen eines ersten vollen Dosierhubs kann dadurch sichergestellt werden, dass im Extremfall die Pumpe in Folge der Kompressibilität der entstandenen Gasblasen nicht ausfällt oder dass bestenfalls keine das Fördervolumen beeinträchtigenden und verfälschenden Gasblasen im Fördersystem der Pumpe enthalten sind.
[00010] Ein Teilsaughub gemäß der vorangehenden Beschreibung hat vorzugsweise einen Anteil von 0,1 % bis 99 %, bevorzugt von 1 % bis 50 %, am meisten bevorzugt von 1 % bis 25 % eines vollen Saughubes. Entsprechend hat ein Teildruckhub gemäß der vorangehenden Beschreibung bevorzugt einen Anteil von 0,1 % bis 99 %, bevorzugt von 1 % bis 50 %, am meisten bevorzugt von 1 % bis 25 % eines vollen Druckhubes der Dosierpumpe. Der Druckhub wird dabei in bekannter Weise bevorzugt durch Bewegung des Verdrängungskörpers, beispielsweise eines Kolbens oder einer Membran durchgeführt.
[0001 1 ] Weitere Ausführungsformen des Verfahrens beziehen sich darauf, dass beispielsweise bei bekannten Pumpenstillstandzeiten Zeitintervalle oder Zeitpunkte mittels einer Zeitsteuerungsvorrichtung, die mit der Pumpe in operativer Verbindung steht, voreingestellt werden können, so dass ein automatischer Entgasungsvorgang ausgeführt wird, ehe die Pumpe wieder in Betrieb genommen wird. Die Impulsgebung zum Entgasen des Förderraumes wird bevorzugt während einer Standzeit oder während eines Pumpenstopps durchgeführt. Das Ausführen einer Teilhubfolge mit wachsenden Hublängen wird bevorzugt zum Anfahren der Pumpe nach einer Standzeit der Pumpe ausgeführt.
[00012] Um zu überprüfen, ob sich Gas gebildet hat, oder um die gebildete Menge an Gas im System zu überprüfen, kann in einem weiteren Verfahrensschritt ein am Förderraum angeordneter Drucksensor, der den Druck im Förderraum aufnimmt, den Druckverlauf über einen Hub aufzeichnen. Wird der über die Dauer eines Hubes ermittelte Druckverlauf zu dem Hubweg, beziehungsweise zu einem im Förder- räum durch die zurückgelegte Hublänge des Verdrängungskörpers begrenzten Volumen ins Verhältnis gesetzt und gegebenenfalls als p/V- Diagramm aufgetragen, so zeigt sich für die Druckkurve bei einem Druckhub ein Verlauf, aus dem das Drucksteigungsverhalten ersehen werden kann. Ist die Pumpe in einem entlüfteten Zustand, erreicht die Steigung des nahezu linearen Druckanstiegs bzw. Druckabfalls einen maximalen Wert, der als Sollwert des Drucksteigungsverhaltens genommen wird. Liegen im Förderraum Gasblasen vor, so zeigt sich im Druckdiagramm bei Durchführen eines Druck- oder Saughubes ein Anstieg bzw. Abfall mit geringerer Steigung, die einem Istwert des Druckgradienten entspricht. Damit kann durch Vergleich des Istwerts mit dem Sollwert das Verfahren zur Pumpenentlüftung so lange durchgeführt werden, bis die bestmögliche Entlüftung des Förderraums erreicht wurde. Ein derartiger Vergleich wird in einer Auswertevorrichtung ausgeführt und das ermittelte Ergebnis in einer Steuervorrichtung zur Betätigung der Pumpe als Steuerparameter bereitgestellt. Damit kann zielge- richtet abhängig vom entstandenen Gasvolumen eine Entgasung initiiert werden oder die Länge der Entgasungsdauer bzw. die Effizienz der Entgasung kann determiniert werden. Die Vergleichsergebnisse werden einer Steuerungsvorrichtung zur Betätigung der Pumpe vorzugsweise als Steuerungsparameter zum Anfahren der Pumpe während einer Stand- zeit der Pumpe, während eines Pumpenstopps, nach einem Pumpenstopp oder zum Anfahren der Pumpe nach einer Standzeit der Pumpe zugeführt.
[00013] Der tatsächlich geförderte Volumenstrom in die Druckleitung während eines Hubes des Verdrängungskörpers hängt von der Größe des Gesamtgasvolumens ab. Das tatsächliche, also das Ist- Förderverhalten der Pumpe, wird bestimmt und kann mit einem Soll- Förderverhalten der Pumpe verglichen werden, so dass unter Berücksichtigung gewisser Toleranzgrenzen beurteilt werden kann, ob die Pumpe für den Dosierbetrieb noch funktionsfähig ist.
[00014] Die Erfindung betrifft ferner eine Dosierpumpe zum Dosieren von Fluiden, die geeignet ist, ein Verfahren gemäß der vorangehenden Beschreibung auszuführen, um den Förderraum der Dosierpumpe zu entgasen. Der Förderraum der Pumpe ist vorzugsweise mit zumindest einer über ein Saugventil offenbaren Saugleitung und zumindest einer über ein Druckventil offenbaren Druckleitung in fluidischer Verbindung. Ferner ist bevorzugt in bekannter Weise ein Verdrängungskörper zur Verdrängung des Fluids in dem Förderraum vorgesehen, bzw. wird der Förderraum an zumindest einer Seite durch diesen Verdrängungskörper, beispielsweise einen Kolben oder eine Membran begrenzt. Darüber hinaus ist in dem Förderraum eine Vorrichtung zum Ausführen einer Im- pulsgebung angeordnet. Dies kann ein Vibrationserreger sein, welcher beispielsweise mit dem Verdrängungskörper oder einer Wandung des Förderraumes in Verbindung steht, um Vibrationen bzw. Impulse auf das Fluid in dem Förderraum auszuüben. Alternativ kann als Vorrichtung zum Ausführen einer Impulsgebung der Antrieb des Verdrängungskör- pers selber dienen. Dazu sind Antrieb und/oder dessen Steuerung bzw. Regelung bevorzugt so ausgestaltet, dass der Antrieb den Verdrängungskörper so steuern kann, dass er kleine Saug- und/oder Druckhübe ausführen kann, welche lediglich einen Impuls auf das Fluid im Förderraum ausüben, welcher erforderlich ist, Gasblasen im Förderraum zu lösen und zu akkumulieren. Der Hub ist dabei bevorzugt so klein, dass im Wesentlichen kein Fluid gefördert wird. Weiter bevorzugt ist der Antrieb des Verdrängungskörpers dann derart ausgestaltet, dass er eine Sam- melgasblase, wie sie oben beschrieben wurde, aus dem Förderraum ausdrücken kann. Ein solcher Antrieb des Verdrängungskörpers kann mechanisch, hydraulisch, pneumatisch und/oder magnetisch erfolgen. Beispielsweise kann ein Schrittmotor über ein entsprechendes Getriebe den Verdrängungskörper antreiben.
[00015] Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Pumpe, mittels der das offenbarte Verfahren ausgeführt werden kann, bezieht sich darauf, dass der Verdrängungskörper, der das Fluid aus dem Förderraum verdrängt, über eine weggesteuerte Antriebsvorrichtung, insbesondere einen Schritt- oder einen Linearmotor, betätigt wird, um sicher zu stellen, dass die erforderlichen Teilsaughübe bzw. Teildruckhübe entsprechend kleine Saug- oder Druckhübe sind und damit einen entsprechend kleinen Unter- oder Überdruck erzeugen können. Vorteilhaft wird somit erzielt, dass der Verdrängungskörper, der eine Membran oder ein Kolben sein kann, gegebenenfalls Hubwege von Zehntelmillimetern ausführt. Damit sind feinste Druckimpulse möglich, die das Ablösen der Gasblasen, die an den Innenflächen des Förderraums, sowie an einer Membran oder an einer in den Förderraum weisenden Fläche des Verdrängungskolbens anhaften, ermöglichen.
[00016] Dabei führt die Membran eine vibrierende Bewegung aus, die einem „Kammerflimmern" entspricht, d.h. es besteht keine oder eine sehr geringe Pumpwirkung für das Fluid, die Gasblasen jedoch werden in Bewegung gesetzt, lösen sich von den Wänden und vereinigen sich zu größeren Gasblasen, die dann in dem Fluid eine Auftriebskraft erfahren und aufsteigen.
[00017] Diese und weitere Vorteile werden aus der nachfolgenden Beschreibung und den begleitenden Figuren ersichtlich.
[00018] Nachfolgend wir die Erfindung beispielhaft anhand der bei- gefügten Figuren beschrieben.
[00019] Fig. 1.1 bis 1.8. zeigen Darstellungen der zeitlichen Abfolge der Entgasungsvorgänge und Zustände im Förderraum der Membranpumpe bei Betriebsunterbrechung,
[00020] Fig. 2.1 bis 2.10 zeigen Darstellungen der zeitlichen Abfolge der Entgasungsvorgänge und Zustände im Förderraum der Membranpumpe beim Verfahren zur Herbeiführung eines betriebsbereiten Zu- stands der Dosierpumpe nach einer Betriebsunterbrechung, und
[00021 ] Fig. 3 zeigt ein Fließschema des Verfahrens und der Vorgänge während einer Betriebsunterbrechung und zur Herbeiführung eines betriebsbereiten Zustαnds der Dosierpumpe.
[00022] Zum besseren Verständnis des Gegenstands werden einige der in der Beschreibung verwendeten Begriffe nachfolgend definiert.
[00023] So wird unter einem Linearmotor eine elektrische Antriebsma- schine verstanden, die die mit ihm verbundenen Objekte nicht in eine drehende, sondern in eine translatorische Bewegung versetzt. Ist ein Linearmotor zur Betätigung eines Kolbens in einer Verdrängungspumpe gekoppelt, so kann der Kolben einen sehr kurzen Weg zurücklegen. Damit ist es möglich, den Kolbenhub sehr fein zu dosieren. Selbiges gilt für einen Schrittmotor, dessen Rotor sich bei jedem von außen vorgegebenen Schritt nur mit einem winzigen Winkelversatz vorwärts bewegt. Damit lassen sich höchste physikalische Positioniergenauigkeiten und damit feinste Dosierhübe erreichen, wenn ein solcher Schrittmotor z. B. über einen Exzenter mit einer Pleuelstange oder einem Stößel gekop- pelt ist.
[00024] Als Förderraum oder Dosierraum wird der Raum in der Dosierpumpe bezeichnet, der das zu fördernde Fluid enthält; eine Ver- drängungsvorrichtung wird zum Zweck der Fluidverdrängung in ihn hinein geführt.
[00025] Unter gasbildenden Fluiden werden insbesondere flüssige Chemikalien verstanden, die dazu neigen, mit ihren Zerfallsprodukten ins Gleichgewicht gelangen zu wollen und die daher gasförmige Produkte abspalten. Ein Beispiel hierfür ist Wasserstoffperoxid. Eine Vielzahl anderer Chemikalien, beispielsweise Chlorbleichlauge, neigt ebenfalls zur Gasabspaltung.
[00026] Die gebildeten Gase erhöhen den Druck im Förderraum, wodurch bewirkt wird, dass ein Förderraum einer Dosierpumpe, der durch Druckventile gegen Saug- und Druckleitung abgeschlossen ist, durch die Bildung der Gase unter Druck gesetzt wird. Sobald der durch die entstehenden Gase bereitgestellte Druck den Haltedruck der Druckventile übersteigt, öffnet das Druckventil und Gase sowie Fluid können in die Druckleitung übertreten.
[00027] Der Begriff des „Teilsaughubs" bzw. „Teildruckhubs" meint einen Anteil eines vollen Saughubs/Druckhubs, wobei ein voller Hub erreicht wird, wenn die Verdrängungsvorrichtung über die gesamte Hublänge betätigt wird. Soll beispielsweise ein Verdrängungskolben unter hundertprozentiger Last ein Volumen von 100 ml verdrängen, so würde ein Teilsaughub, der lediglich einen Anteil von 0,1 % aufweist, lediglich 0,1 ml Volumen verdrängen. Ein Teilsaughub kann so gering sein, dass auch lediglich ein Schwingen des Kolbens, oder bei einer Membranpumpe der Membran, bevorzugt im Bereich von 1 bis 20 Hz, beispielsweise 2 bis 10 Hz, weiter bevorzugt von 3 bis 4 Hz, ausgeführt wird, wobei dabei im Wesentlichen kein Fluid gefördert wird.
[00028] In Bezug auf das verdrängte Volumen wird vorliegend auch der Begriff „Hublänge" in äquivalenter Weise zu den Begriffen Teilsaughub, beziehungsweise Teildruckhub verwendet; denn der Anteil einer Teilhublänge in Bezug auf eine gesamte Hublänge entspricht dem Anteil eines Teilhubvolumens in Bezug auf das Gesamthubvolumen, so dass beispielsweise bei einem Teilhub, der einem Anteil von 25 % eines vollen Hubs entspricht, gleichzeitig die Teilhublänge 25 % der Gesamthublänge entspricht.
[00029] Ferner wird nachfolgend ein Begriff „gewünschter Entgasungsgrad" verwendet, worunter zu verstehen ist, dass, abhängig von dem zu dosierenden Fluid, eine experimentell zu ermittelnde Mindestentgasung erreicht werden kann. Diese Mindestentgasung würde einem Entgasungsgrad von 1 entsprechen. Bei Chemikalien, die permanent Gase freisetzen, werden auch während des Dosiervorgangs selbst Gase entstehen, so dass ein idealer Entgasungsgrad einer sol- chen Chemikalie einem anderen idealen Entgasungsgrad entsprechen wird, als er bei einem Fluid vorliegt, das nur sehr allmählich Gase freisetzt und bei dem tatsächlich ein Entgasungsgrad nahe 1 erreicht wer- bei dem tatsächlich ein Entgasungsgrad nahe 1 erreicht werden kann. Um den Entgasungsgrad zu bestimmen, kann das in der Offenlegungs- schrift DE 3546189 Al beschriebene Verfahren zur Durchflussmessung herangezogen werden, oder er kann, wie oben ausgeführt, über einen im Förderraum angeordneten Drucksensor den Druckgradienten bei einem Hub des Verdrängungskörpers aufgezeichnet werden und dieser Istwert mit dem Sollwert verglichen werden.
[00030] Grundsätzlich bezieht sich das erfindungsgemäße Verfahren darauf, dass das Ausführen einer Impulsgebung während einer Stand- zeit oder nach einem Pumpenstopp erfolgen kann, wohingegen das Ausführen einer Teilhubfolge mit wachsenden Hublängen des Verdrängungskörpers zur Inbetriebnahme, beziehungsweise zum Anfahren der Pumpe nach einer Standzeit der Pumpe verwendet werden kann.
[00031 ] Unter einer Standzeit der Pumpe wird nachfolgend eine Zeit- dauer verstanden, die hinreichend ist, um ein entsprechendes Gasvolumen bereitzustellen. Grundsätzlich wird eine Standzeit zumindest 30 Minuten betragen, als Standzeit wird auch ein Nichtbetrieb der Pumpe über Nacht von über 12 Stunden oder auch ein mehrtägiges Nicht- betreiben der Pumpe bei in der Pumpe lagerndem Fluid verstanden. Ein Pumpenstopp kann im Bereich von wenigen Sekunden bis hin zu 30 Minuten dauern. Damit die Pumpe während einer Standzeit oder einem Pumpenstopp das erfindungsgemäße Verfahren zur Entgasung durchführt, muss die Pumpe „aktiv" sein, d. h. sie muss mit Strom versorgt sein und ein Entgasungsmodus, also ein entsprechendes in der Pumpen- Software vorliegendes Programm, muss aktiviert sein.
[00032] Die ein Gas bildendes Fluid fördernde Dosierpumpe, deren Förderraum von dem gebildeten Gas befreit werden soll, weist ein in den Förderraum mündendes Saugventil auf, das sich in eine Saugleitung erstreckt. Ferner mündet der Förderraum über ein Druckventil in eine Druckleitung. Analoges gilt, wenn mehrere Druck- oder Saugleitungen vorliegen. Ein Verdrängungskörper zum Verdrängen des Fluids begrenzt den Förderrαum, üblicherweise an einer Seite, und ist derart angeordnet, dass er die zur Verdrängung erforderlichen Druckhübe in Kombination mit den entsprechenden Saughüben alternierend ausführen kann.
[00033] Um die durch das gasbildende Fluid entstandenen und an den den Förderraum begrenzenden inneren Flächen anhaftenden Gasblasen von diesen Flächen abzulösen, wird zunächst eine Impuls- gebung ausgeführt, wobei die Impulsgebung durch Vibrationsschwingungen mittels eines im oder am Förderraum angeordneten Vibrations- erzeugers erfolgen kann oder alternativ z. B. als ein erster Teilsaughub des Verdrängungskörpers ausgeführt werden kann. Dieser Teilsaughub entspricht einem Anteil von 0,1 bis 99 % eines vollen Saughubs und kann auch ein Schwingen in einem Bereich von 1 bis 20 Hz sein. Wenn sich die Gasblasen durch die Vibrationsschwingungen oder durch z. B. den bereitgestellten Saugimpuls von den Förderraum begrenzenden inneren Flächen abgelöst haben, werden sie in dem Förderraum akkumulieren und, da ihr Volumen angewachsen ist, und sie dadurch einen größeren Auftrieb erfahren, eine Bewegung in Richtung des Druckventils ausführen, vorausgesetzt, dass das Druckventil in den Raum nach oben weisend entgegen der Schwerkraftrichtung angeordnet ist.
[00034] Es bildet sich nunmehr förderraumseitig des Druckventils eine Sammelgasblase, die über das Druckventil in den Ventilraum entlassen werden soll. Dies erfolgt durch einen Druckanstieg im Förderraum, der durch weiteres aus dem Fluid gebildetes Gas und/oder durch einen Teildruckhub bewirkt wird, der einem Anteil von 0,1 bis 99 % eines vollen Druckhubs entsprechen kann. Dadurch wird die Sammelgasblase komprimiert und übt ihrerseits Druck auf das Druckventil aus. Bei Überschreiten des Öffnungsdrucks öffnet sich dieses und das die Sammelgasblase bildende Gas wird als Austrittsgasblasen in die Druckleitung übertreten. Vorteilhaft wird hierbei kein Fluid mit in die Druckleitung ü- berführt. [00035] Ein Teilsαughub kann einem Anteil von 0,1 % bis 99 %, bevorzugt von 1 % bis 50 %, am meisten bevorzugt von 1 % bis 25 % eines vollen Saughubs entsprechen. Ein Teilsaughub kann auch in eine Vielzahl von Schwingungshüben unterteilt sein, die insgesamt einen Anteil von 0,1 bis 10 % eines vollen Saughubs ausmachen. Ein Teildruckhub kann einem Anteil von 0,1 % bis 99 %, bevorzugt von 1 % bis 50 %, am meisten bevorzugt von 1 % bis 25 % eines vollen Druckhubs entsprechen.
[00036] Um die Dosierpumpe in einen betriebsbereiten Zustand zu versetzen, wird nach dem vorstehend beschriebenen Ausführen einer Impulsgebung während einer Betriebsunterbrechung, eine Teilhubfolge mit wachsenden Hublängen des Verdrängungskörpers ausgeführt, wobei die Teilhübe zwischen 0,1 bis 99 % eines vollen Hubs liegen. Durch den zunehmenden Druck im Förderraum infolge der wachsenden Druckhübe entweicht bei den Teildruckhüben eine Sammelgasblase aus dem Druckventil, während die zunehmenden Saughübe auch in der Saugleitung vorhandene Gasblasen in den Förderraum überführen können, wo sie eine Bewegung in Richtung des Druckventils ausführen, und eine Sammelgasblase bilden, die mit einem nächsten Druckhub in die Druckleitung überführt wird. Die Teilhubfolge mit wachsenden Hub- längen wird so lange durchgeführt, bis ein optimaler Entgasungsgrad erreicht ist, der entweder durch die Anzahl der Teilhübe vorbestimmt wird, oder durch Ermitteln des Entgasungsgrades gesteuert wird.
[00037] Das Ermitteln des Entgasungsgrades umfasst das Detektieren eines Druckgradienten im Förderraum bei Ausführen eines Druck- oder Saughubs, und das Vergleichen des ermittelten Druckgradienten mit einem als Kalibrierdruckgradient dienenden Druckgradienten, der für ein entgastes Fluid bestimmt wurde, wobei der gewünschte Entgasungsgrad dabei einem dem Kalibrierdruckgradient entsprechenden Druckgradienten abzüglich einer Toleranz von etwa 5 % des Kalibrier- drucksteigungswerts entspricht.
[00038] Die Werte aus der Ermittlung eines tatsächlichen Druckgra- dienten während eines Hubes des Verdrängungskörpers und der Vergleichswerte des - Ist-Drucksteigungsverhaltens der Pumpe mit einem Soll-Drucksteigungsverhaltens der Pumpe können einer Auswertevorrichtung zur Auswertung der Vergleichsergebnisse zugeführt werden und weiter an eine Steuerungsvorrichtung zur Betätigung der Pumpe als Steuerungsparameter übermittelt werden.
[00039] Das Verfahren kann weiterhin das Voreinstellen von Zeitintervallen und Zeitpunkten einer mit der Pumpe in operativer Verbindung stehenden Zeitsteuervorrichtung umfassen, so dass die Betätigung der Pumpe zum Anfahren, während einer Standzeit, nach einem Pumpenstopp oder zum Anfahren der Pumpe nach einer Standzeit der Pumpe, zeitgesteuert ausgeführt werden kann. Damit kann vorteilhaft eine bereits betriebsbereite Pumpe zur Verfügung gestellt werden, wenn nach einer Arbeitspause oder einer Nachtruhezeit die Dosierar- beit wieder aufgenommen wird.
[00040] Schließlich sieht das Verfahren auch vor, dass weitere Steuerungsparameter zum Anfahren der Pumpe während einer Standzeit der Pumpe, nach einem Pumpenstopp oder zum Anfahren der Pumpe nach einer Standzeit, bereitgestellt werden: Es handelt sich hierbei um die Ermittlung eines tatsächlich geförderten Volumenstroms in die Druckleitung während eines definierten Hubs des Verdrängungskörpers und dem Vergleichen des durch diesen definierten Hub erhaltenen Ist- Förderverhaltens der Pumpe mit einem Förderverhalten der Pumpe bei identischem definiertem Hub, wobei die Gegenüberstellung des Ist- Förderverhaltens und des Soll-Förderverhaltens der Pumpe zeigen ob Gas im Fördersystem vorhanden ist oder nicht. Durch Kenntnis des Fehlfördervolumens kann die Steuerungsvorrichtung einen entsprechenden Entgasungsvorgang, der das Ausführen der Teilhubfolge mit wachsenden Hublängen sein kann, in Gang setzen.
[00041 ] Vorteilhaft wird die Dosierpumpe des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Membranpumpe sein. Selbstverständlich ist das erfin- dungsgemäße Verfahren auch mit einer Kolbenpumpe ausführbar. Es kann jeder Verdrängungskörper eingesetzt werden, sofern er z. B: durch Kopplung mit einer Hubstange, Druckluft oder einer anderen geeigneten Vorrichtung zur Ausführung kleinster Hubbewegungen veranlasst werden kann. Um kleine Hubbewegungen vorteilhaft mit einer Membranpumpe auszuführen, kann eine weggesteuerte Antriebsvorrichtung wie ein Linearmotor oder ein Schrittmotor mit dem Verdrängungskörper in operativer Verbindung stehen. Auch eine Koppelung über einen Druckluftgeber ist möglich.
[00042] Der Figurenfolge 1.1 bis 1.8 liegt die folgende Ausgangssituation zugrunde: Während eines Pumpenstopps oder einer Standzeit der Pumpe entstehen im Förderraum 1 verschiedene Gasblasen 4,7,8 aus dem ausgasenden Fluid heraus. Vor allem entstehen die Gasblasen 4,8 an den Innenwänden des Förderraums sowie an der Kolbenfläche 3' des den Förderraum 1 begrenzenden Kolbens 3. Durch dieses Gasblasenwachstum steigt ein Druck p2 im Förderraum 1 an. Wird der Druck p2 größer als der Druck in der Druckleitung p3, dann öffnet das Druckventil 6. Durch das Wandern des Fluids oder der Sammelgasblase 7 (je nach dem, was an dem Druckventil ansteht) aus dem Förderraum 1 in die Druckleitung findet ein Druckausgleich statt.
[00043] Hierbei ist nachteilig, wenn das Fluid in die Druckleitung wandert. Denn dabei nimmt das Verhältnis von Gasblasenanteil zu Flui- danteil im Förderraum 1 zu. Wird das Produkt aus Gasblasenvolumen und dem Druck im Förderraum 1 so groß, dass sogar durch einen voll- ständigen Saughub der notwendige Druck p2 zum Öffnen des Saugventils 5, der kleiner als der Druck pi in der Saugleitung sein muss, nicht erreicht werden kann, dann fließt kein Fluidvolumen aus der Saugleitung in den Förderraum 1 nach. Dies bedeutet wiederum, dass durch einen vollständigen Druckhub der Druck p2 des Fluidvolumens im Förderraum 1 höchstens bis zu einem Druck, der dem Druck p3 in der Druckleitung entspricht, ansteigt, so dass das Druckventil 6 auch nicht öffnet. Es wer- den lediglich die eingeschlossenen Gαsblαsen 4,7,8 im Förderrαum 1 komprimiert und wieder expandiert, ohne dass die Pumpe Volumina aus der Saugleitung in die Druckleitung befördert. Ein Dosiervorgang ist somit nicht möglich.
[00044] Um dies zu verhindern, soll während der Pumpenstopps, beziehungsweise während einer Standzeit beim Wachsen der Gasblasen im Förderraum 1 nur ein geringer Anteil des Fluids aus dem Förderraum 1 in die Druckleitung übergehen, und der Gasblasenanteil nicht bis zum Ausfall des Dosiervorgangs zunehmen. Dazu werden während einer Betriebsunterbrechung der Pumpe Impulse zum Ablösen der Gasblasen 4,8 von den Innenwänden des Förderraums 1 ausgeführt. Dadurch akkumulieren die kleinen Gasblasen zu einer großen Sammelgasblase 7, die durch die Auftriebskraft bis an das Druckventil 6 aufsteigt. Dieser Impuls kann durch die Bewegung des Kolbens 3 erreicht werden, wie es in der Figurenfolge 1.1 bis 1.8 schematisch dargestellt ist.
[00045] In Figuren 1.1 bis 1.8 ist das betriebsbereite Halten der Pumpe, die vorliegend eine Membranpumpe ist, obgleich die Membran selbst nicht gesondert figurativ dargestellt ist, dargestellt. Die Gasblasen können durch den Zerfall instabiler Fluiden wie beispielsweise Was- serstoffperoxid (H2O2) entstehen. Eine Impulsgebung wird als Teilsaughub b und Teildruckhub a ausgeführt, alternativ kann der Impuls auch durch ein Schwingen der Membran erzeugt werden.
[00046] In Figur 1.1 wachsen die Gasblasen 4,7,8 während einer Betriebsunterbrechung der Pumpe im Förderraum 1 , und der Druck p2 steigt mit zunehmendem Gasblasenanteil an.
[00047] Durch einen Saughub b des Kolbens 3, wie in Fig. 1.2 dargestellt, wodurch das im Förderraum 1 eingeschlossene Volumen zunimmt, verringert sich der Druck p2im Förderraum 1 , wodurch die Gasblasen 4', 7, 8' entsprechend der Gleichung (I) größere Volumina einnehmen. Pvorher X Vvorher n = Pnαchher X Vnαchher n (I)
[00048] In Fig. 1.3 ist skizziert, wie durch einen fortgesetzten Sαughub b des Kolbens 3 die Gαsblαsen 4', 7,8' noch größer werden, akkumulieren und in Richtung Druckventil 6 aufsteigen. Das Saugventil 5 kann da- bei weiterhin geschlossen bleiben.
[00049] Fig. 1.4 zeigt eine große Sammelgasblase 7, nachdem der Saughub des Kolbens 3 beendet ist. Die, wie in Fig. 1.3 gezeigt, zuvor vergrößerten und von der Innenwand des Förderraums 1 gelösten Gasblasen 8' haben sich zu dieser Sammelgasblase 7 vereinigt, die nun am Druckventil 6 ansteht; einige Gasblasen 4' blieben weiterhin an den Innenwänden des Förderraums 1 hängen.
[00050] Ein daraufhin anschließender Druckhub a des Kolbens 3, dargestellt in Fig. 1.5, lässt den Druck p2 im Förderraum 1 wieder ansteigen, wodurch das im Förderraum 1 eingeschlossene Volumen ab- nimmt. Damit verkleinert sich gemäß Gleichung (I) entsprechend das Volumen der im Förderraum 1 befindlichen Gasblasen 4' und der Sammelgasblase 7.
[00051 ] Nachdem der Druckhub a des Kolbens 3 beendet ist, wie in Fig. 1.6 dargestellt, ist eine Position des Kolbens 3 entsprechend der aus Fig. 1.1 erreicht. Dabei entspricht auch das Druckniveau p2 im Förderraum 1 dem Druckniveau aus Fig. 1.1. Im Gegensatz zur Situation in Fig. 1.1 liegen in Fig. 1.6 nur noch wenige Gasblasen 4' an den Innenwänden des Förderraums 1 und die Sammelgasblase 7 vor, die am Druckventil 6 ansteht.
[00052] In Fig. 1.7 ist dargestellt, wie durch weiteres Ausgasen des Fluids das Volumen der Gasbläschen 4,8 und der Sammelgasblase 7 anwächst und der Druck p∑ im Förderraum 1 weiter ansteigt. Dieser Druckanstieg führt dazu, dass der Druck p2 im Förderraum 1 höher wird als in der Druckleitung (p2 > P3). Dadurch öffnet sich das Druckventil 6 und die daran anliegende Sammelgasblase 7 beginnt in Folge des Druckausgleichs in die Druckleitung als Austrittsgasblasen 7' zu entweichen.
[00053] Ein weiteres Ausgasen des Fluids im Förderraum 1 befördert weitere Austrittsgasblasen 7' der Sammelgasblase 7 in die Druckleitung, wie in Fig. 1.8 dargestellt ist. Das heißt, dass das ausgasende Fluid im Förderraum 1 solange die Sammelgasblase 7 als Austrittsgasblasen 7' aus dem Förderraum 1 in die Druckleitung verdrängt wie der Druck p2 im Förderraum 1 größer ist als der Druck p3 in der Druckleitung. Um zu verhindern, dass die anwachsenden Gasblasen 4,8 nicht Fluid aus dem Förderraum 1 in die Druckleitung verdrängen, wird erneut ein Saughub b zur Bildung einer Sammelgasblase 7 am Druckventil 6 entsprechend der Darstellung in Fig. 1.2 eingeleitet.
[00054] Die feinen Saughübe und Druckhübe können mit einer Do- sierpumpe zum Dosieren von Fluiden gut ausgeführt werden, wenn der Verdrängungskörper der Vorrichtung über einen Schritt- oder einen Linearmotor betrieben wird und auf die Membran oder den Kolben als Verdrängungskörper einwirkt, oder wenn ein Vibrationserzeuger zur Im- pulsgebung installiert ist.
[00055] Der Verdrängungskörper, der ein Kolben oder eine flexible Membran 3 sein kann, kann mechanisch über eine Hubstange 2 oder hydraulisch oder pneumatisch oder magnetisch angetrieben sein.
[00056] Dieser Vorgang der Förderraumentgasung kann während einer Standzeit mehrfach durchgeführt werden, beispielsweise, indem eine Vorrichtung zur Zeitsteuerung (nicht dargestellt) in vorbestimmten Zeitintervallen oder zu vorbestimmten Zeitpunkten ein Signal ausgibt, welches das Verfahren zur Entgasung des Förderraumes in Gang setzt. Dabei kann auf Erfahrungswerte zurückgegriffen werden, so dass der Fachmann die Zeitintervalle derart einstellen kann, dass die Förder- raumentgasung stattfindet, wenn eine entsprechend starke Gasbla- senbildung zu erwarten ist.
[00057] Andererseits kann ein Schritt zur Ermittlung eines tatsächlichen Druckgradienten im Förderraum während eines Druck- oder Saughubes und Vergleich des Ist-Drucksteigungsverhaltens der Pumpe mit einem Soll-Drucksteigungsverhalten der Pumpe mit einer Auswertevorrichtung zur Auswertung der Vergleichsergebnisse ausgeführt werden, wobei die Vergleichsergebnisse einer Steuerungsvorrichtung zur Betätigung der Pumpe als Steuerungsparameter zum Anfahren der Pumpe nach einer Standzeit der Pumpe, alternativ nach einem Pum- penstopp ausgeführt werden. Die Schritte des Einstellens einer Zeitsteuerung oder einer auf der Ermittlung des Druckanstiegs Druckgradienten im Förderraum bei einem Druck- oder Saughub basierten Steuerung, können zu beliebigen, gewünschten Zeitpunkten ausgeführt werden und auch wechselweise, ggfs. im Wechsel mit manueller Aus- führung des Verfahrens getätigt werden.
[00058] Die Bestimmung des Druckgradienten kann mit einer in dem Förderraum vorliegenden Vorrichtung zur Druckmessung durchgeführt werden, die den Druckverlauf p2 im Förderraum über einen Druck- oder Saughub aufnimmt, wobei bei zunehmender Gasblasenbildung die Steigung des Druckanstiegs bzw. Druckabfalls in einem aufgenommenen Druck-Hublänge-Diagramm abnimmt, da die Gasblasen kompres- sibel sind, und bei Unterschreiten eines bestimmten Schwellenwertes und über Rückkoppelung der Daten an eine Steuerungsvorrichtung die Förderraumentlüftung automatisch ausgelöst wird.
[00059] Das erfindungsgemäße Verfahren bezieht sich weiterhin auf das Herbeiführen eines betriebsbereiten Zustands der Pumpe, indem der Förderraum und auch Zuführleitungen wie die Saugleitung mit einfachsten Mitteln schnellstmöglich von Gasblasen befreit werden, so dass die Pumpe ihre Aufgabe zum genauen Dosieren erfüllen kann, ohne dass eine Vielzahl von ungenauen Dosierhüben beim erneuten Aufnehmen des Dosierens nach einer Pause erfolgt. [00060] So liegt der Figurenfolge 2.1 bis 2.10 die folgende Ausgαngs- lαge zugrunde: Die Pumpe soll nach einer Betriebsunterbrechung erneut beginnen zu dosieren. Dabei darf bei ausgasenden Dosierfluiden nicht sofort ein vollständiger Druckhub ausgeführt werden, das heißt, es darf kein volles Hubvolumen durch den Verdrängungskörper vollzogen werden.
[00061] Im Folgenden werden unter Bezug auf die Figurenfolge 2.1 bis 2.10 die Vorgänge beschrieben, wie Gasblasen 4,4', 7,8,8' durch anwachsende Teilhübe a und b aus dem Förderraum 1 in die Drucklei- tung überführt werden, so dass nur ein geringer Anteil des Fluids aus dem Förderraum 1 in die Druckleitung übergeht, bevor die Gasblasen 4,4', 7,8,8' aus dem Förderraum 1 entfernt werden. Dazu wird der Gasblasenanteil im Förderraum 1 durch Teilhübe mit wachsender Hublänge derart reduziert, dass der Dosiervorgang stattfinden kann.
[00062] Wie in Fig. 2.1 dargestellt, sind im Förderraum 1 Gasblasen entstanden, sowohl eine Sammelgasblase 7 als auch Gasbläschen 4,8 an den Innenflächen des Förderraumes 1. Der gestrichelt umrandete Bereich symbolisiert die Größe des Hubvolumens VH 20.
[00063] Durch die Druckhubbewegung a des Kolbens 3 steigt der Druck p2 im Förderraum 1 an (Fig. 2.2), wobei das durch den Kolben 3 begrenzte Volumen im Förderraum 1 abnimmt. Bei Erreichen des Öffnungsdruck des Druckventils 6 (p2 > P3) wird ein Teilhubvolumen VH 20, vor allem aber die am Druckventil 6 anstehende Sammelgasblase 7 in die Druckleitung verdrängt.
[00064] Nach Beendigung des Teildruckhubs a, entsprechend Fig. 2.2, wird ein Teilsaughub b, wie in Fig. 2.3 dargestellt, durchgeführt. Dabei sinkt durch die Saugbewegung des Kolbens 3 der Druck p∑ im Förderraum 1. Gleichzeitig nimmt das durch den Kolben 3 begrenzte Volumen im Förderraum 1 zu. Entsprechend der obigen Gleichung (I) nehmen die Gasblasen 4',8' größere Volumina ein. Einige davon akku- mulieren zu einer großen Sαmmelgαsblαse 7, wie in der nachfolgenden Fig. 2.4 dargestellt, die am Druckventil 6 ansteht.
[00065] In Fig. 2.4 ist der Teilsaughub b des Verdrängungskörpers 3 beendet und der Kolben 3 hat seine Ausgangslage eingenommen. Es sind wieder sowohl eine Sammelgasblase 7 als auch die Gasbläschen 4' an den Innenflächen des Förderraumes 1 vorhanden. Allerdings ist nun der Volumenanteil der Gasbläschen 4', die an den Innenflächen des Förderraumes 1 vorhanden sind, reduziert. Das Hubvolumen VH 20 bezieht sich auf den folgenden, in Fig. 2.5 dargestellten Teildruckhub.
[00066] Durch diesen weiteren, zweiten Teildruckhub a des Kolbens 3 in Fig. 2.5, wobei die Hublänge des zweiten Druckhubs a größer ist als die des vorausgegangenen Druckhubs in Fig. 2.2, steigt der Druck p2 im Förderraum 1 wieder an und das im Förderraum 1 eingeschlossene Volumen nimmt ab. Spätestens nach Überschreiten der Hublänge des Vorgängerhubes wird der Öffnungsdruck des Druckventils 6 erreicht (p2 > p3), so dass ein Teilhubvolumen 20 des Fluids, vor allem aber die am Druckventil 6 anstehende Sammelgasblase 7 in die Druckleitung überführt wird. Das Teilhubvolumen 20 ist zumindest so groß wie die Hubdifferenz zwischen dem Vorgängerhub und dem aktuellen größeren Teilhub.
[00067] Fig. 2.6 zeigt, dass nach Beendigung des zweiten Teildruckhubs ein weiterer zweiter Teilsaughub b ausgeführt wird. Durch den Teilsaughub b des Kolbens 3 sinkt der Druck p2 im Förderraum 1 , während analog das im Förderraum 1 eingeschlossene Volumen gemäß Gleichung (I) und damit auch die Volumina der Gasblasen 4' zuneh- men. Dadurch steigen die Gasblasen 4' in Richtung Druckventil 6 auf. Dort oder während des Aufsteigens akkumulieren sie zu einer neuen großen Sammelgasblase 7, die dann am Druckventil 6 ansteht. Wenn dabei der notwendige Druck zum Öffnen des Saugventils 5 erreicht wird, wird auch ein Volumen aus der Saugleitung angesaugt. Dieses kann zum Teil aus Fluidvolumen und zum Teil aus Gasvolumen bestehen. Die damit durch das Saugventil 5 aus der Saugleitung nachgeführten Gαsblαsen 7" steigen im Förderrαum 1 in Richtung des Druckventils 6 auf (Pfeil e).
[00068] In Fig. 2.7 ist der zweite Teilsaughub des Kolbens 3 beendet und der Verdrängungskörper 3 nimmt wieder die Ausgangslage ein. Inzwischen ist nur noch die am Druckventil 6 anstehende Sammelgas- blase 7 vorhanden.
[00069] Mit einem dritten Druckhub a, dessen Hublänge wiederum größer ist als die des Vorgängerhubs und hier einem vollen Druckhub entspricht, komprimiert der Kolben 3 das in dem Förderraum 1 durch den Kolben 3 eingeschlossene Volumen, dargestellt in Fig. 2.8. Ebenso wird die zuvor gebildete Sammelgasblase 7 komprimiert, die am Druckventil 6 ansteht und die den gesamten Gasanteil im Förderraum 1 um- fasst, so dass sie mit dem Hubvolumen VH 20 in die Druckleitung überführt werden kann, wie in der nachfolgenden Fig. 2.9 dargestellt ist.
[00070] Wurde nun ein voller Druckhub a ausgeführt, verlässt die Sammelgasblase 7 in Form von Austrittsgasbläschen 7' den Förderraum 1 durch das Druckventil 6 in die Druckleitung (dargestellt in Fig. 2.9). Im Idealfall ist der Förderraum 1 nun frei von an den Innenflächen des Förderraumes 1 haftenden Gasbläschen.
[00071 ] In Fig. 2.10 ist schließlich dargestellt, dass nach diesem vollen Druckhub a, durch den der Förderraum 1 vollständig entgast wurde, der erste volle Saughub b folgt. Dabei wird ein vollständiges Hubvolumen VH 20 von der Saugleitung durch das Saugventil 5 in den Förderraum 1 eingesaugt.
[00072] Die Pumpe wurde somit vorteilhaft mit einer geringen Anzahl von Hubbewegungen entgast, ohne dass maßgebliche Mengen an Dosierfluid bereits in die Druckleitung gepumpt worden wären und dort beim ersten Dosierhub unerwünscht mit ausgegeben würden. Die im erfindungsgemäßen Verfahren offenbarten Teilsaughübe, die gegebe- nenfαlls einen so geringen Hub ausführen, dass von einer Vibration gesprochen werden kann, so wie die dazugehörigen Teildruckhübe reichen aus, um den Förderraum sowie einen Teil der Saugleitung zu entgasen.
[00073] Das Verfahren zur Entgasung des Förderraums der Pumpe zum Erreichen eines betriebsbereiten Zustandes kann manuell ausgelöst werden, es ist jedoch auch eine gesteuerte Regelung möglich, so dass das erfindungsgemäße Verfahren eingeleitet werden kann, wenn über eine Steuerungseinheit ein Dosierungsbedarf gemeldet wird, wenn eine Zeitsteuerung die Entgasung vorsieht. Die vorstehend ermittelten Parameter können auf eine dem Fachmann bekannte Weise an eine entsprechende mit der Pumpe in operativer Verbindung stehende Steue- rungs- und Regelungseinheit übermittelt werden, um das erfindungsgemäße Verfahren mit den gewünschten Schritten beginnend auszulö- sen.
[00074] Fig. 3 zeigt in einem Fließschema eine mögliche zeitliche, beziehungsweise logische Abfolge des erfindungsgemäßen Verfahrens. Dabei sind neben den Verfahrensschritten auch die Vorgänge in dem Förderraum der Pumpe beschrieben. Ausgehend von einer Dosierpau- se der Dosierpumpe, wobei sich im Förderraum durch das ausgasende Fluid Gasblasen im Inneren des Förderraums gebildet haben, die an den Innenflächen des Förderraums anhaften (entspricht Fig. 1.1 und 1.8), wird nach einem vorbestimmten Zeitintervall tmtervaii die Impulsge- bung ausgeführt, bei der in einem ersten Teilschritt durch einen Teilsaughub der Druck p2im Inneren des Förderraums sinkt, wodurch die Volumina der Gasblasen wachsen, die Gasblasen akkumulieren und zur Sammelgasblase aufsteigen (entspricht Fig. 1.2 und 1.3). Im Förderraum liegen noch Gasblasen an den Innenflächen vor, sowie die Sammelgasblase am Druckventil (entspricht Fig. 1.4). Der zweite Teilschritt der Impulsgebung erfolgt durch das Ausführen eines Teildruckhubs, wodurch der Druck p2 im Förderraum ansteigt, wodurch ein weiteres Ak- kumulieren der Gαsblαsen und Aufsteigen zur Sαmmelgαsblαse bewirkt wird (entspricht Fig. 1.5). Mit andauernder Stillstandszeit wachsen die Gasblasenvolumina durch das fortgesetzte Ausgasen des Fluids, wodurch der Druck p2 im Förderraum weiter ansteigt, so dass bei Über- schreiten des Öffnungsdrucks des Druckventils, wenn der Druck p2 im Förderraum größer wird als der Druck p3 in der Druckleitung, die Sam- melgasblase entweicht (entspricht Fig. 1.6 und 1.7). Dauert nun die Dosierpause der Pumpe an, wird das Ausführen der Impulsgebung durch Teilsaughub und Teildruckhub im Abstand des voreingestellten Zeitinter- valls tmtervaii fortgesetzt, bis die Dosierpause beendet ist.
[00075] Nach Beendigung der Dosierpause liegen damit im Förderraum noch Gasblasen an den Innenflächen des Förderraums und eine Sammelgasblase am Druckventil vor (entspricht Fig. 2.1 ). Zur Herbeiführung eines dosierbereiten Zustands der Dosierpumpe wird nun die Teil- hubfolge mit wachsenden Hublängen des Verdrängungskörpers ausgeführt, wobei die Teilhubfolge aus n Teilhubkombinationen von Teildruckhüben und Teilsaughüben besteht. Die Anzahl n Teilhubkombinationen kann voreingestellt oder abhängig vom Entgasungszustand des Förderraums gesteuert werden. Jede Teildruckhub-Teilsaughubkombination wird mit einer Hublänge ausgeführt, die einem Anteil von Xn % einer vollen Hublänge entspricht, wobei jede nachfolgende Teildruckhub- Teilsaughubkombination eine größere Hublänge aufweist (χn+i > χn). Nach dem Ausführen eines ersten Teildruckhubs mit einer ersten Hublänge von Xi % einer vollen Hublänge, wobei das Druckventil öffnet und die Sammelgasblase entweicht (entspricht Fig. 2.2), wird ein erster Teilsaughub mit der ersten Hublänge ausgeführt, wodurch Gasblasen akkumulieren und aufsteigen (entspricht Fig. 2.3). Nach der ersten Teildruckhub-Teilsaughubkombination liegen noch die Sammelgasblase am Druckventil und Restgasblasen im Förderraum vor (entspricht Fig. 2.4).
[00076] Bei einer zweiten Teilhubkombination mit einer zweiten Hub- länge von X2% einer vollen Hublänge, die größer ist als die erste Hublänge, entspricht das Ausführen des zweiten Teildruckhubs dem Zustand in Fig. 2.5, und das Ausführen eines zweiten Teilsaughubs mit der zweiten Hublänge (entsprechend Fig. 2.6) bewirkt überdies noch, dass Gasbla- sen aus der Saugleitung in den Förderraum nachgeführt werden können, wenn der Druck p2 im Förderraum kleiner wird als der Druck pi in der Saugleitung, so dass das Saugventil öffnet.
[00077] Nach der Ausführung der zweiten Teilhubkombination liegt schließlich noch eine Sammelgasblase am Druckventil an (entspricht Fig. 2.7), die dann durch Ausführen eines dritten Druckhubs, der hier ein voller Druckhub mit X3 = 100 % Hublänge ist. Dabei öffnet das Druckventil und die Sammelgasblase entweicht (entspricht Fig. 2.8), der Förderraum liegt nun in einem entgasten Zustand vor (Fig. 2.9) und die Pumpe ist somit betriebsbereit.
[00078] Jetzt kann die Pumpe durch Ausführen eines vollen Saughubs ein ganzes Hubvolumen VH fördern (entspricht Fig. 2.10).
[00079] Vorliegend wurde das Verfahren nach Fig. 3 unter Bezug auf die Figurenfolge 2.1-2.10 durch Ausführen der Teilhubfolge mit wachsenden Hublängen mit einer Anzahl von drei Teilhüben beschrieben. Die Anzahl der Teilhübe der Teilhubfolge mit wachsenden Hublängen ist allerdings nicht beschränkt und kann entsprechend den gegebenen Bedienungen in Bezug auf den Förderraum und das zu dosierende Fluid angepasst werden. Wie oben erwähnt, kann die Anzahl der Teilhübe in der Teilhubfolge auch mit Hilfe einer geeigneten Messtechnik, abhän- gig vom Vorhandensein der Gasblasen im Förderraum gesteuert werden.
[00080] Mittels dieser Messtechnik kann festgestellt werden, ob noch Gasblasen vorhanden sind oder nicht. Diese Vorrichtung kann beispielsweise ein optischer Sensor oder ein Drucksensor sein. Sind keine Gasblasen mehr vorhanden, ist die Pumpe bereits in einem betriebsbe- reiten Zustand; stellt die Vorrichtung zur Ermittlung, ob noch Gasblasen vorhanden sind, fest, dass noch Gasblasen vorhanden sind, wird das Ausführen der Teilhubfolge mit wachsenden Hublängen veranlasst, wobei durch Teilsaughübe Randgasblasen aus dem Förderraum akkumu- liert und zu einer Sammelgasblase aufsteigen, die durch einen Teildruckhub in die Druckleitung überführt wird. Diese Schleife wird so lange durchgeführt, bis keine Gasblasen mehr vorhanden sind, so dass die Pumpe in einem betriebsbereiten Zustand ist und damit dosieren kann.
Bezugszeichenliste
1 Förderrαum/Dosierrαum
2 Hubstαnge
3 Verdrängungskolben
3' In den Förderraum hinein weisende Fläche des Kolbens
O
O
4 Gasblase
5 Saugventil
6 Druckventil
7 Sammelgasblase
T Austrittsgasblase
7" Aus der Saugleitung nachgeführte Gasblasen
8 Gasblase
8' Auftriebsgasblase
9 Öffnung zur Saugleitung
9' Ventilraum des Saugventils
10 Öffnung zur Druckleitung
10' Ventilraum zur Druckleitung
20 Hubvolumen VH a Bewegung des Kolbens in Richtung Förderraum b Bewegung des Kolbens aus dem Förderraum heraus
C Bewegung der Gasblasen im Förderraum

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren zur Entgasung eines Förderraums (1 ) einer Dosierpumpe, gekennzeichnet durch Ausführen einer Impulsgebung, wobei in dem Förderraum (1 ) durch ein gasbildendes Fluid entstandene und an den inneren Flächen anhaftende Gasblasen von diesen Flächen abgelöst werden, und wobei die in dem Förderraum (1 ) vorhandenen Gasblasen (4,4',8,8') zu einer Sammelgasblase ak- kumulieren, und wobei durch eine Druckerhöhung die Sammelgasblase (7) aus dem Förderraum (1 ) entweicht.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die Dosierpumpe derart ausgestaltet ist, dass sich in den Förderraum (1 ) zumindest eine Saugleitung über ein Saugventil (5) hineinerstreckt und wobei sich aus dem Förderraum ( 1 ) eine Druckleitung über ein Druckventil (6) herauserstreckt und wobei ein Verdrängungskörper (3) gemeinsam mit einem Dosierkopf zur Verdrängung eines gasbildenden Fluids innere Flächen zur Begrenzung des Förderraums (1 ) bereit- stellt, dadurch gekennzeichnet, dass aufgrund der Impulsgebung die Gasblasen (4, 4',8, 8') eine Bewegung (c) in Richtung des Druckventils (6) ausführen und förderraumseitig des Druckventils (6) die Sammelgasblase (7) bilden und wobei bei Druckerhöhung die an dem Druckventil (6) anstehende Sammelgasblase (7) als Aus- trittsgasblasen (71) in die Druckleitung entweicht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckerhöhung in dem Förderraum (1 ) durch Austreten des Gases aus dem Fluid und/oder einen Teildruckhub des Ver- drängungskörpers entsteht.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausführen der Impulsgebung
- durch ein Ausführen zumindest eines Teilhubs oder einer Teilhubfolge oder einer Vibration des Verdrängungskörpers, oder - durch Erzeugen von Vibrationsschwingungen mittels eines Vibrationserzeugers erfolgt.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Ausführen einer Teilhubfolge mit wachsenden Hub- längen des Verdrängungskörpers (3), so dass die Sammelgasblase
(7) in die Druckleitung überführt wird, und noch an den Innenflächen haftende Gasblasen in Abhängigkeit der wachsenden Hublänge nachgeführt werden, und eine erneute Sammelgasblase (7) bilden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine vorbestimmte Zahl an Teilhüben die Teilhubfolge mit wachsenden Hublängen bestimmt.
7. Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch
Ermitteln des gewünschten Entgasungsgrades, wobei ein Druckgradient im Förderraum (1 ) bei Ausführen eines Druck- oder Saughubes detektiert wird, und der ermittelte Druckanstieg mit einem als Kalibrierdruckanstieg dienenden Druckgradientenwert verglichen wird, der für einen entgasten Förderraum (1 ) bestimmt wurde, wobei der gewünschte Entgasungsgrad dabei einem dem Kalibrierdruckgradienten entsprechenden Druckanstieg abzüglich einer vordefinierten Toleranz des Kalibrierdrucksteigungswertes entspricht.
8. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein
Teilsaughub einem Anteil von 0,1 % bis 99 %, bevorzugt von 1 % bis 50 %, am meisten bevorzugt von 1 % bis 25 % eines vollen Saug- hubs entspricht, und ein Teildruckhub einem Anteil von 0,1 % bis 99 %, bevorzugt von 1 % bis 50 %, am meisten bevorzugt von 1 % bis 25 % eines vollen Druckhubs entspricht.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausführen der Impulsgebung während einer Standzeit oder während eines Pumpenstopps ausgeführt wird.
10. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausführen der Teilhubfolge mit wachsenden Hublängen zum Anfahren der Pumpe nach einer Standzeit der Pumpe ausgeführt wird.
1 1 . Verfahren nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch
Voreinstellen von Zeitintervallen (tintervaii) oder Zeitpunkten einer mit der Pumpe in operativer Verbindung stehenden Zeitsteuerungsvorrichtung, so dass das Ausführen der Impulsgebung und das Aus- führen der Teilhubfolge mit wachsenden Hublängen zeitgesteuert ausgeführt werden.
12. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 7 bis 1 1 , gekennzeichnet durch Zuführen der Werte aus der Ermittlung eines tatsächlichen
Druckgradienten während eines Hubes des Verdrängungskörpers und der Vergleichswerte des Ist-Drucksteigungsverhaltens der Pumpe mit einem Soll-Drucksteigungsverhalten der Pumpe einer mit einem Soll-Drucksteigungsverhαlten der Pumpe einer Auswertevorrichtung zur Auswertung der Vergleichsergebnisse, wobei die Vergleichsergebnisse einer Steuerungsvorrichtung zur Betätigung der Pumpe als Steuerungsparameter zum Anfahren der Pumpe - während einer Standzeit der Pumpe,
- während eines Pumpenstopps
- nach einem Pumpenstopp, oder
- zum Anfahren der Pumpe nach einer Standzeit der Pumpe zugeführt werden.
13. Dosierpumpe zum Dosieren von Fluiden, die geeignet ist, um das Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 12 auszuführen, um den Förderraum (1 ) der Dosierpumpe zu entgasen, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Förderraum eine Vorrichtung zum Ausführen einer Impulsgebung angeordnet ist.
14. Dosierpumpe nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zum Ausführen einer Impulsgebung - ein Vibrationserzeuger, der in dem oder an dem Förderraum angeordnet ist, oder
- der Verdrängungskörper ist, der über eine drehwinkel- oder eine weggesteuerte Antriebsvorrichtung betreibbar ist, wobei die drehwinkel- oder weggesteuerte Antriebsvorrichtung geeignet ist, Teilsaughübe und Teildruckhübe des Verdrängungskörpers bereitzustellen.
15. Dosierpumpe nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die drehwinkel- oder weggesteuerte Antriebsvorrichtung ein Schritt-, EC- oder ein Linearmotor ist.
16. Dosierpumpe nach zumindest einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet dass der Verdrängungskörper (3) ein Kolben oder eine flexible Membran ist.
17. Dosierpumpe nach zumindest einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrängungskörper
- mechanisch
- hydraulisch
- pneumatisch - magnetisch betätigbar ist.
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