NL1002301C1 - Inrichting voor het doseren of verpompen van stoffen. - Google Patents

Description

Inrichting voor het doseren of verpompen van stoffen

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het doseren of verpompen van stoffen, in het bijzonder 5 vloeistoffen, bestaande uit een lineaire elektromotor die een stangloze zuiger heen-en-weer beweegt in een buis en aan beide uiteinden van de buis een afsluitbaar invoer- en uitvoerkanaal. Onder doseren wordt hier zowel het afpassen van een discrete hoeveelheid te doseren stof, als het continu 10 afgeven van een bepaald debiet te doseren stof verstaan. De onderhavige inrichting zal in het vervolg aangeduid worden als doseerpomp.

De doseerpompen die op dit moment worden toegepast, 15 functioneren op een aantal punten gebrekkig. Zo zijn in deze doseerpompen vaak verbindingen, als asdoorvoeringen, aanwezig tussen de buitenwereld en de te verwerken stof. Een aseptische uitvoering van een dergelijke doseerpomp bevat vanwege deze verbindingen additionele constructie-elementen. 20 Zo worden asdoorvoeringen vaak uitgevoerd met dubbele afdichtingen. Tussen deze afdichtingen laat men vervolgens een desinfecterend medium stromen. Ondanks dergelijke additionele constructie-elementen blijkt het lastig te zijn een geheel aseptische uitvoering van een doseerpomp te 25 verkrijgen.

Een tweede punt waarop de doseerpompen die op dit moment worden toegepast, gebrekkig functioneren, is het gemak waarmee deze doseerpompen gereinigd kunnen worden. Voor het 30 afdoende kunnen reinigen van een dergelijke doseerpomp is vaak een gehele of gedeeltelijke demontage van deze doseerpomp vereist. Slechts met speciale vormgeving van de constructie-elementen en of additionele constructie-elementen is een dergelijke doseerpomp zodanig op te bouwen dat deze 35 doseerpomp zonder énige demontage afdoende te reinigen is. De eerder genoemde additionele constructie-elementen ten behoeve 1002301 2 van de aseptische uitvoering van de aldaar genoemde doseerpomp, veroorzaken vaak dat een dergelijke doseerpomp lastiger te reinigen is zonder gehele of gedeeltelijke demontage.

5

De additionele constructie-elementen ten behoeve van een aseptische en of zonder gehele of gedeeltelijke demontage afdoende te reinigen uitvoering van een doseerpomp, maken de huidige doseerpompen tot complexe en zo kostbare en 10 storingsgevoelige installaties.

Met de uitvinding wordt beoogd een doseerpomp te verkrijgen, waarbij deze nadelen worden voorkomen.

15 Volgens de uitvinding kan dit worden bereikt, doordat in de doseerpomp geen verbindingen tussen de buitenwereld en de te verwerken stof nodig zijn en het aantal constructie-elementen dat in contact komt met de te verwerken stof, gering is. Het ontbreken van verbindingen tussen de buitenwereld en de te 20 verwerken stof maakt de doseerpomp zonder toepassing van additionele constructie-elementen reeds aseptisch. Een stangloze zuiger-pomp waar wel een verbinding tussen buitenwereld en te verwerken stof aanwezig is valt eveneens onder de uitvinding, doch wordt de uitvoering waarbij een 25 dergelijke verbinding niet aanwezig is geprefereerd. Door het geringe aantal constructie-elementen dat in contact komt met de te verwerken stof, is de doseerpomp zonder gehele of gedeeltelijke demontage afdoende te reinigen.

30 Een doseerpomp, volgens de uitvinding, bevat minder bewegende onderdelen dan de doseerpompen die op dit moment worden toegepast. Minder bewegende onderdelen betekent minder slijtende onderdelen. Hierdoor zullen minder storingen optreden en zo zal minder onderhoud benodigd zijn. De in zijn 35 aard aseptische en zonder gehele of gedeeltelijke demontage afdoende te reinigen constructie bevat ook in totaliteit 1002301 3 minder onderdelen dan een op dit moment toegepaste doseerpomp die aseptisch en of zonder gehele of gedeeltelijke demontage afdoende te reinigen is. Dit lagere aantal onderdelen levert een geringere complexiteit op.

5

Een aseptisch en of zonder gehele of gedeeltelijke demontage afdoende te reinigen doseerpomp is in het bijzonder toe te passen voor het verpompen of doseren van stoffen die gevoelig zijn voor vervuiling. Twee voorbeelden van dergelijke 10 vervuilingen zijn bacteriën en zuurstof. Zo zijn levensmiddelen vaak vatbaar voor bacteriële vervuiling. Ook sommige zeepprodukten kunnen tegenwoordig aangetast worden door bacteriële vervuiling. Immers vanuit rijksregelgeving is het gebruik van bacteriedodende en bacterieremmende 15 additieven tegenwoordig aan banden gelegd. Naast bacteriën kan ook zuurstof het te verpompen of te doseren produkt aantasten. Zo kan bij sommige chemicaliën binnengedrongen zuurstof reageren met de te verwerken stof. Niet alleen kunnen de zo ontstane reactieprodukten de te verwerken stof 20 vervuilen, ook kan afgezet reactieprodukt bewegende onderdelen beschadigen. In het ergste geval kan zelfs een verstopping optreden.

Een doseerpomp, volgens de uitvinding, is opgebouwd uit een 25 stangloze zuiger die in een buis heen-en-weer kan bewegen. Deze zuiger wordt voortbewogen door een lineaire elektromotor die langs de buitenzijde van de buis is geplaatst. In deze lineaire elektromotor zijn stroomgeleiders verwerkt. Gevoed door een besturing produceren deze stroomgeleiders een heen-30 en-weer bewegend magneetveld. Doordat de zuiger zacht of permanent magnetische materialen bevat, zal de zuiger dit bewegende magneetveld volgen. Aan weerszijden is de buis voorzien van afzonderlijk afsluitbare verbindingen naar een aanvoerkanaal en een afvoerkanaal. Met name in de aseptische 35 uitvoering van de pomp volgens onderhavige vinding is, 10 0 2 3 0 1 4 afgezien van deze afsluitbare verbindingen, de buis geheel afgesloten.

De zuiger kan zijn vervaardigd van een materiaal dat 5 makkelijk gemagnetiseerd en gedemagnetiseerd kan worden, zoals bijvoorbeeld weekijzer. In de onderhavige aanvrage wordt steeds gesproken van zacht magnetisch materiaal. Ook kan de zuiger een zogenaamd permanent magnetisch materiaal bevatten. Een permanent magnetisch materiaal vormt permanent 10 een magnetisch veld. Permanent magnetisch materiaal is te vervaardigen uit gemagnetiseerd hard magnetisch materiaal. Hard magnetisch materiaal is niet makkelijk te magnetiseren of te demagnetiseren en kan derhalve in gemagnetiseerde vorm permanent een magnetisch veld vormen. Voorbeelden van 15 geschikte materialen zijn magneetstalen, ferrieten en zeldzame aardmetalen. Voor een hygiënische en/of aseptische uitvoering van de pomp kan men het magnetisch materiaal omhullen met een materiaal dat contact tussen de magneet en de te verwerken stof voorkomt, en dat voor een aanraking met 2 0 de te verwerken stof geschikt is. Met name kan gedacht worden aan een omhulling van roestvaststaal, kunststof of het opspuiten van een inert metaal en/of kunststof.

In geval een hygiënische of zelfs aseptische uitvoering van de pomp wordt geprefereerd, heeft het de voorkeur de buis te 25 vervaardigen van een materiaal waarop bacteriele groei minder snel voorkomt. Voorbeelden van dergelijke materialen zijn roestvaststaal, bijvoorbeeld gecodeerd asl AISI-316, of een kunststof, desgewenst versterkt met een versterkingsmateriaal, bijvoorbeeld versterkingsvezels.

30

De doserende of pompende werking komt op de volgende wijze tot stand. Als de zuiger in de buis van links naar rechts beweegt, is de linkerverbinding naar het aanvoerkanaal 35 geopend en de linkerverbinding naar het uitvoerkanaal gesloten. Aan de rechterzijde van de buis is tijdens deze 100 2 3 0 1 5 beweging de verbinding naar het aanvoerkanaal gesloten en de verbinding naar het uitvoerkanaal geopend. Het gedeelte van de buis dat zich links van de zuiger bevindt, vult zich met de te verwerken stof. Terwijl de zuiger naar rechts beweegt, 5 wordt de te verwerken stof rechts van de zuiger aan het geopende uitvoerkanaal afgegeven. Als de gewenste hoeveelheid te verwerken stof is afgegeven, stopt de zuiger zijn beweging. Vervolgens sluiten de geopende verbindingen naar het linker aanvoerkanaal en het rechter uitvoerkanaal zich en 10 openen de gesloten verbindingen naar het linker uitvoerkanaal en het rechter aanvoerkanaal zich. De zuiger beweegt vervolgens van rechts naar links in de buis. Rechts van de zuiger vult de buis zich wederom met de te verwerken stof en de zich links van de zuiger bevindende stof die tijdens de 15 voorgaande beweging van de zuiger van links naar rechts de buis links van de zuiger heeft gevuld, wordt aan het geopende linker uitvoerkanaal afgegeven. Wederom stopt de zuiger zijn beweging, als de gewenste hoeveelheid stof is afgegeven. Vervolgens sluiten de geopende verbindingen naar het linker 20 uitvoerkanaal en rechter aanvoerkanaal zich en openen de gesloten verbindingen naar het linker aanvoerkanaal en het rechter uitvoerkanaal zich. De beschreven cyclus herhaalt zich vervolgens. Door het heen-en-weer bewegen van de zuiger en het beurtelings openen en sluiten van de verbindingen naar 25 de kanalen ontstaat zo een dubbelwerkende doseerpomp. Een minder geprefereerde uitvoeringsvorm is die, waarbij slechts aan één zijde wordt verpompt. De andere vorm kan in open verbinding staan met de omgeving, of bijvoorbeeld kan zich daar een permanent aanwezige stof bevinden die niet wordt 30 verpompt.

Opgemerkt wordt, dat vanuit de Franse octrooiaanvrage 35 2.610.717 een doseerpomp bekend is, ondermeer opgebouwd uit een stangloze zuiger bewegend in een buis. Als 1002301 6 toepassinggebied vermeldt deze Franse octrooiaanvrage het doseren van vloeistoffen, in het bijzonder chemicaliën. De zuiger wordt voortbewogen met behulp van een aan de buitenzijde van de buis heen-en-weer bewegende 5 elektromagneet. Deze elektromagneet wordt op zijn beurt voortbewogen met behulp van een pneumatische cilinder.

De als aandrijving van de zuiger dienende lineaire elektromotor volgens de uitvinding heeft een aantal voordelen 10 ten opzichte van de als aandrijving van de zuiger dienende pneumatische cilinder die een elektromagneet voortbeweegt volgens de Franse octrooiaanvrage.

Het aantal bewegende onderdelen van de aandrijving van de 15 zuiger volgens de uitvinding is lager dan het aantal bewegende onderdelen van de aandrijving van de zuiger volgens de stand der techniek. Minder bewegende onderdelen betekent minder slijtende onderdelen. Hierdoor zullen minder storingen optreden en zo minder onderhoud benodigd zijn. Het tweede 20 voordeel is dat de afgegeven hoeveelheid stof per pomp- of doseerslag niet met behulp van een fysieke aanslag, maar door de besturing van de lineaire elektromotor bepaald wordt. De fysieke aanslag met zijn eventuele verstelmogelijkheden is zo overbodig voor een doseerpomp volgens de uitvinding. Dit 25 levert niet alleen een reductie van het aantal onderdelen op, maar ook een verkorting van de omsteltijd die benodigd is voor het veranderen van de hoeveelheid stof die per pomp- of doseerslag wordt afgegeven. Wil de fysieke aanslag volgens de Franse octrooiaanvrage zonder demontage versteld kunnen 30 worden, zal een verbinding tussen de buitenwereld en de verwerken stof noodzakelijk zijn. Deze verbinding tast zo het aseptisch zijn van de doseerpomp aan.

De uitvinding heeft verder als belangrijk voordeel dat 35 gecontroleerd kan worden gepompt of gedoseerd. Zo kan niet alleen begin- en eindstand, maar ook het snelheids- en 1002301 7 versnellingsverloop van de zuiger tijdens zijn bewegingen worden opgedragen. Het in meer of mindere mate afwezig zijn van deze mogelijkheid om de bewegingen van de zuiger op te dragen, kan bij een pneumatische aandrijving, zoals in de 5 Franse octrooiaanvrage, een hortende en stotende doseerpomp opleveren. Bij de wijze van aandrijven van de zuiger volgens de uitvinding kunnen dergelijke hinderlijke trillingen worden voorkomen. Ook de feitelijke pomp- of doseeracties kunnen met een doseerpomp volgens de uitvinding op een meer 10 gecontroleerde wijze worden uitgevoerd. Het is bijvoorbeeld mogelijk om een bepaald debietverloop tijdens een enkele doseeractie op te geven.

Bij het doseren van discrete hoeveelheden stof kan 15 nadruppelen van het uitvoerkanaal tussen twee doseeracties hinderlijke vervuiling opleveren. Een bekende mogelijkheid om deze druppelvorming te voorkomen is het leegzuigen van het uitvoerkanaal, nadat de gewenste hoeveelheid stof is afgegeven. Een doseerpomp volgens de uitvinding kan dit 20 leegzuigen van het uitvoerkanaal zonder additionele constructie-elementen uitvoeren. Na het afgeven van de gewenste hoeveelheid stof beweegt de zuiger zich een klein stukje terug. Op deze wijze kan de achtergebleven stof in het uitvoerkanaal worden teruggezogen. Deze terugzuigactie 25 voorkomt zo het nadruppelen van het uitvoerkanaal. Een aandrijving van de zuiger volgens de Franse octrooiaanvrage kan door zijn beperkte bestuurbaarheid een dergelijke terugzuigactie niet zonder additionele constructie-elementen uitvoeren.

30

De uitvinding zal thans aan de hand van een uitvoeringsvoorbeeld in de tekening nader worden toegelicht. Andere uitvoeringsvoorbeelden volgens de uitvinding zijn eveneens mogelijk.

35 1002301 8

Figuur 1 toont een langsdoorsnede van een uitvoeringsvoorbeeld van een doseerpomp volgens de uitvinding. Volgens dit uitvoeringsvoorbeeld is de doseerpomp opgebouwd uit de buis 1 waarin de stangloze zuiger 2 heen-en-5 weer kan bewegen. Op de buis 1 komen de vier kanalen 5, 6, 7 en 8 uit. De kanalen 5 en 7 verzorgen de aanvoer van de te verpompen of te doseren stof en de kanalen 6 en 8 verzorgen de afvoer van de te verpompen of te doseren stof. Elk van deze vier kanalen kan afgesloten worden met een afzonderlijk 10 te bedienen klep. Een dergelijk klep kan bijvoorbeeld een balgklep, een membraamklep of een vlinderklep zijn. Voor een aseptische uitvoering van de pomp wordt de voorkeur gegeven aan een balg- of membraamklep.

15 De cilindrische zuiger 2 wordt voortbewogen door een cilindrische lineaire elektromotor 3 die rondom de cilindrische dunwandige buis 1 is geplaatst. In deze lineaire elektromotor 3 zijn stroomgeleiders 4 verwerkt. Gevoed door een niet in figuur 1 afgebeelde besturing produceren deze 20 stroomgeleiders een heen-en-weer bewegend magneetveld. De buis 1 dient gemaakt te zijn van een niet magnetiseerbaar materiaal dat bij voorkeur bestand is tegen de te verwerken stoffen.

25 De lengte en diameter van de buis 1 zijn afhankelijk van de gewenste maximaal af te geven hoeveelheid te verpompen of te doseren stof per beweging van de zuiger 2, de kleinste absolute onnauwkeurigheid waarmee een af te geven hoeveelheid te verpompen of te doseren stof per beweging van de zuiger 2 30 afgegeven mag worden en de onnauwkeurigheid van het niet in figuur 1 afgebeelde systeem voor de bepaling van de positie van de zuiger 2 in de buis 1. De lengte en de diameter van de buis 1 is op de volgende wijze te bepalen. Uitgaande van een bepaalde onnauwkeurigheid in de positiebepaling van de zuiger 35 2, bepaalt de kleinste absolute onnauwkeurigheid waarmee een af te geven hoeveelheid te verpompen of te doseren stof per 1002301 9 beweging van de zuiger 2 afgegeven mag worden, de grootste diameter van de buis 1 waarbij de onderhavige hoeveelheid aan de gestelde nauwkeurigheidseisen voldoet. De diameter van de buis 1 wordt zo groot mogelijk gekozen om de lengte van de 5 buis 1 zo klein mogelijk te houden. Op deze wijze verkrijgt men een compacte bouwwijze die de inpasbaarheid van de doseerpomp in installaties vergroot.

De positie van de zuiger 2 in de buis 1 is via diverse 10 methoden te bepalen. Zo kunnen, als de zuiger 2 permanent magnetische materialen bevat, sensoren die de aanwezigheid van magnetische velden kunnen detecteren, de positie van de zuiger 2 eenduidig vastleggen. Deze sensoren dienen langs de buitenzijde van de buis 1 geplaatst te worden. Een andere 15 mogelijkheid om de positie van de zuiger 2 in de buis 1 te bepalen is met een in één uiteinde van de buis 1 geplaatste sensor die, met behulp van bijvoorbeeld looptijd, de afstand waarop zuiger 2 zich van deze sensor bevindt, bepaalt. Ook is het mogelijk om in beide uiteinden van de buis een sensor te 20 plaatsen. Bij deze tweezijdige meetmethode is de onderlinge verhouding van beide meetsignalen een maat voor de positie van de zuiger 2 in de buis 1. De tweezijdige meetmethode heeft als voordeel op de enkelzijdige meetmethode dat, als aan weerszijden van de doseerpomp dezelfde stof verpompt of 25 gedoseerd wordt, de eigenschappen van de te verwerken stof niet in het meetsysteem verwerkt hoeven te worden. Het meetsysteem behoeft zo bij verandering van de te verwerken stof of van de eigenschappen van de te verwerken stof niet bijgesteld te worden.

30

De opbouw van de zuiger 2 is mede afhankelijk van het gekozen elektromotorische principe. Het principe van een borstelloze gelijkstroommotor verdient de voorkeur, omdat bij toepassing van dit principe een relatief hoge kracht per 35 manteloppervlakte-eenheid van de zuiger 2 te bereiken is. De lineaire elektromotor 3 dient een zodanige kracht op de 1002301 10 zuiger 2 te kunnen uitoefenen dat de optredende drukvallen over de zuiger 2, de massatraagheidskrachten van de zuiger 2 en de optredende wrijvingskrachten te weerstaan zijn. De diameter van de zuiger 2 is ongeveer gelijk aan de reeds 5 vastgelegde diameter van de buis 1. Een hogere te behalen kracht per manteloppervlakte-eenheid van de zuiger 2 zal zo een kleinere lengte van de zuiger 2 opleveren. Een kleinere lengte van de zuiger 2 draagt bij aan een kleinere totale lengte van de buis 1. De zuiger 2 dient bij het principe van 10 een borstelloze gelijkstroommotor permanent magnetische materialen te bevatten. Ook andere elektromotorische principes zijn toepasbaar. Zo kunnen ook de principes van een stappenmotor of een asynchrone wisselstroommotor toegepast worden. Bij het principe van een asynchrone wisselstroommotor 15 dient de zuiger 2 zacht magnetiseerbare materialen te bevatten.

Onverminderd het hierboven beschreven bepalende effect van de onnauwkeurigheid van het systeem voor de bepaling van de 20 positie van de zuiger 2 in de buis 1 op de diameter van de buis 1, kan, als de drukval over de zuiger 2 een bepalende rol speelt in het hierboven beschreven krachtenspel op de zuiger 2, de kleinste totaallengte van de buis 1 bepaald worden. Een buis met een grotere diameter dan een andere 25 buis, zal in een kleinere lengte dan deze andere buis dezelfde hoeveelheid stof kunnen bevatten. Voor wat betreft de gewenste maximaal af te geven hoeveelheid te verpompen of te doseren stof per beweging van de zuiger 2, levert een buis 1 met een grotere diameter relatief een kleinere totaallengte 30 van de buis 1 op. Uitgaande van een maximaal te weerstaan drukverschil over de zuiger 2, zal een grotere diameter van de buis 1 een grotere lengte van de zuiger opleveren. Immers het drukverschil over de zuiger 2 levert bij een grotere diameter een grotere kracht op de zuiger 2 op. Een grotere 35 lengte van de zuiger levert vervolgens een grotere totaallengte van de buis op. Beide effecten werken elkaar zo 1002301 11 tegen. Deze onderlinge tegenwerking maakt een optimalisatie mogelijk. Via deze optimalisatie is de diameter van de buis 1 te bepalen die het vervolgens mogelijk maakt de kleinste totaallengte van de buis 1 te bepalen.

5

Het omhullende oppervlak van de zuiger 2 dient gemaakt te zijn van een niet magnetiseerbaar materiaal dat bij voorkeur bestand is tegen de te verwerken stoffen. Hiernaast kan het materiaal van het omhullende oppervlak van de zuiger 2 in 10 combinatie met de keuze voor het materiaal van het inwendige oppervlak van de buis 1 en de te verpompen of te doseren stof zodanig gekozen worden dat een afdoende lagering van de zuiger 2 in de buis 1 ontstaat. Een afdoende lagering van de zuiger 2 in de buis 1 kan, naast door deze materiaalkeuzes, 15 ook door het met behulp van de lineaire elektromotor 3 laten roteren van de zuiger 2 in de buis 1 gerealiseerd worden.

100 2 3 0 1

Claims (10)

1. Een inrichting voor het afpassen van discrete hoeveelheden te doseren stoffen, het continu afgeven van een bepaald debiet te doseren stoffen en het verpompen van stoffen, opgebouwd uit een buis waarin een zuiger 5 heen-en-weer wordt bewogen door een langs de buitenzijde van de buis geplaatste lineaire elektromotor, waarbij aan beide afgesloten uiteinden van de buis afsluitbare verbindingen naar zowel een aanvoerkanaal als afvoerkanaal zich bevinden. 10

2. Een inrichting volgens conclusie 1, waarbij onder stoffen in het bijzonder verpompbare levensmiddelen worden verstaan.

3. Inrichting volgens één der conclusies 1-2, waarbij de zuiger zacht magnetische materialen bevat.

4. Inrichting volgens één der conclusies 1-2, waarbij de zuiger permanent magnetische materialen bevat. 20

5. Inrichting volgens één der conclusies 1-4, waarbij de zuiger ten behoeve van een afdoende lagering in de buis roteert.

6. Inrichting volgens één der conclusies 1-5, waarbij sensoren zijn aangebracht voor de bepaling van de positie van de zuiger.

7. Een inrichting volgens één der conclusies 3-4, waarbij 30 de inrichting is voorzien van sensoren die de aanwezigheid van magnetische velden kunnen detecteren. 10 0 2 3 0 1

8. Werkwijze voor het verpompen van een stof, met het kenmerk, dat gebruik wordt gemaakt van een pomp volgens een der conclusies 1 tot en met 7.

9. Werkwijze volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat de te verpompen stof door een van de afvoerbuizen wordt gestuwd door een naar buiten gerichte beweging van de stangloze zuiger, waarna de afsluitklep van deze afvoerbuis zich eerst sluit nadat de teruggaande 10 beweging van de zuiger reeds is ingezet.

10. Werkwijze voor het verpompen van een stof, met het kenmerk, dat gebruik wordt gemaakt van een pomp volgens één der conclusies 6 en 7, en dat in beide uiteinden van 15 de buis een sensor is geplaatst en door middel van de verhouding tussen het meetsignaal afkomstig van de ene sensor en het meetsignaal afkomstig van de andere sensor de positie van de zuiger in de buis wordt bepaald. 10 0 2 3 0 1