WO1997026457A1

WO1997026457A1 - Verfahren und vorrichtung zum dosieren von fluiden

Info

Publication number: WO1997026457A1
Application number: PCT/AT1996/000229
Authority: WO
Inventors: Franz Sumnitsch
Original assignee: SEZ Semiconductor-Equipment Zubehör für die Halbleiterfertigung AG
Priority date: 1996-01-18
Filing date: 1996-11-20
Publication date: 1997-07-24
Also published as: TW335449B

Abstract

Zum Fördern einer Flüssigkeit mit konstanter Förderleistung werden zwei abwechselnd und hinsichtlich der Pumphübe überlappend arbeitende Faltenbalgpumpen verwendet. Die Bewegungsgeschwindigkeit des Antriebes jeder der beiden Faltenbalgpumpen über deren Förderhub wird derart geändert, daß in Bereichen des Förderhubes, in dem die Förderleistung der Faltenbalgpumpe unter dem gewünschten Wert liegt, die Hubgeschwindigkeit erhöht wird, und in Bereichen, in denen die Förderleistung der Faltenbalgpumpe über der gewünschten Förderleistung liegt, die Geschwindigkeit des Hubes verringert wird, so daß die (Gesamt-)Förderleistung der Faltenbalgpumpen der gewünschten Förderleistung entspricht. Hierzu werden die Antriebe der Faltenbalgpumpen von einem Rechner, in dem die Förderkennlinie jeder der beiden Faltenbalgpumpen gespeichert und der Antriebskennlinie überlagert ist, entsprechend der gewünschten, konstanten Förderleistung an Flüssigkeit angesteuert. Der Rechner erhält auch Daten über die Gesamtmenge an Flüssigkeit, die beispielsweise einem strömenden Medium zudosiert wurde.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Dosieren von Fluiden

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Dosieren von Fluiden mit Hilfe von zwei zeitlich überlappend arbeitenden Faltenbalgpumpen.

Das Dosieren von Fluiden, insbesondere Flüssigkeiten, mit einer über einen längeren Zeitraum konstanten Förderleistung (konstante Fördermenge des Fluids je Zeiteinheit) ist nicht ohne weiteres möglich.

Häufig besteht das Problem, einem strömenden Medium, z.B. einer Flüssigkeit, eine genau definierte Menge eines zweiten Mediums, meist einer zweiten Flüssigkeit, über längere Zeit- räume gleichförmig zuzusetzen.

Die bisherigen Dosierpumpen haben den Nachteil, daß sie ins¬ besondere am Ende eines Förderhubes nicht mehr konstant för¬ dern und eine Zeit lang nicht fördern, wenn sie beim Ansaughub wieder mit dem zu dosierenden Medium gefüllt werden . Auch mit zwei abwechselnd arbeitenden Pumpen kann ein Medium nicht vollständig gleichmäßig dosiert werden. Dies gilt insbesondere auch für die für das Dosieren von kleinen Fluidmengen (Flüs¬ sigkeitsmengen) häufig eingesetzten Faltenbalgpumpen.

Aus der EP 296 801 A sind Maßnahmen bekannt, wie von einer Faltenbalgpumpe eine genau abgemessene Flüssigkeitsmenge abge¬ geben werden kann. Allerdings erlaubt es die in der EP 296 801 A vorgeschlagene Arbeitsweise nicht, eine gleichmäßige Förder- kennlinie zu erreichen, so daß das Medium von der bekannten Faltenbalgpumpe zwar in einer genau vorgegebenen Menge aber mit ungleichmäßiger Förderleistung gefördert wird.

Aus der EP 431 753 A ist eine Pumpe mit zwei Faltenbälgen be- kannt, die abwechselnd so betrieben werden sollen, daß ein im wesentlichen kontinuierlicher und unterbrechungsfreier Strom von Fluid erhalten wird.

Eine ähnliche Pumpenanordnung mit zwei Faltenbalgpumpen ist aus der DE 37 35 816 A bekannt, bei der die Faltenbalgpumpen abwechselnd betätigt werden, so daß sie abwechselnd fördern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren an¬ zugeben, nach dem durch eine mit zwei Faltenbalgpumpen aus- gestattete Dosiervorrichtung über einen beliebig langen Zeit¬ raum ein Fluid mit konstanter Förderleistung fördert.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Maßnahmen des An¬ spruches 1 erreicht.

Mit der Erfindung wird jede der beiden in der Dosiervorrich¬ tung vorgesehenen Faltenbalgpumpen von dem ihr zugeordneten Antrieb so betätigt, daß die sich bei Faltenbalgpumpen erge¬ benden Ungleichmäßigkeiten der Förderkennlinien ausgeglichen werden.

Mit der Erfindung werden nicht nur die bekannten Ungleichmä¬ ßigkeiten der Förderkennlinie (Beziehung zwischen Hub und Förderleistung) von Faltenbalgpumpen ausgeglichen, sondern auch Ungleichmäßigkeiten in der Förderkennlinie der jeweils gerade eingesetzten Faltenbalgpumpe (produktionsbedingte Ab¬ weichungen, da kein Faltenbalg dem anderen völlig gleich ist) ausgeglichen. Für das erfindungsgemäße Verfahren genügt es, die sich bei konstanter Hubgeschwindigkeit des Antriebes für die Faltenbalgpumpe ergebenden Ungleichmäßigkeiten der Förder¬ kennlinie zu erfassen und diese durch eine Antriebskennlinie zu überlagern, so daß der Förderhub nicht mehr mit gleichmäßi¬ ger Geschwindigkeit erfolgt, sondern so geändert wird, daß bei an sich abnehmender Fördermenge je Zeiteinheit die Hubge- schwindigkeit vergrößert wird und umgekehrt, so daß sich eine über dem Förderhub völlig gleichmäßige Förderleistung ergibt. Zusätzlich erlaubt es die Erfindung, den Übergang des Förderns durch die eine Faltenbalgpumpe auf das Fördern durch die ande¬ re Faltenbalgpumpe ohne Änderung der sich insgesamt ergebenden Förderleistung auszuführen, so daß schlußendlich über einen größeren Zeitraum mit konstanter Leistung (Fördervolumen/Zeit¬ einheit) gearbeitet werden kann.

Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung ergibt sich auch der Vorteil, daß beispielsweise das Dosieren eines Fluids (Flüs- sigkeit) zu einem Mediumstrom (Flüssigkeitsstrom) völlig gleichmäßig erfolgt, und sich die bei bekannten Dosierpumpen, die stoßweise arbeiten, ergebenden Schwankungen der Konzen¬ tration des zudosierten Fluids im Mediumstrom vermieden sind.

Eine für das Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens beson¬ ders geeignete Dosierpumpe ist erfindungsgemäß durch die Merk¬ male des Vorrichtungshauptanspruches gekennzeichnet.

Bevorzugte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Verfahrens¬ weise und der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus den Verfahrens- und Vorrichtungsunteransprüchen.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung an Hand der angeschlossenen Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel einer Dosiervor¬ richtung gemäß der Erfindung, mit der das erfindungsgemaße Verfahren ausgeführt werden kann, und Diagramme des erfin¬ dungsgemäßen Verfahrens dargestellt sind.

Es zeigt:

Fig. 1 eine Dosiervorrichtung schematisch und in Seitenan¬ sicht,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Vorrichtung aus Fig. 1,

Fig. 3 ein Diagramm, das die Abhängigkeit zwischen Förderlei¬ stung und Pumphub bei konstanter Hubgeschwindigkeit einer Faltenbalgpumpe zeigt,

Fig. 4 ein Diagramm, das die Änderung der Hubgeschwindigkeit (entsprechend der Drehzahl des Antriebsmotors) einer Falten¬ balgpumpe in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt,

Fig. 5 ein Diagramm, das die lineare Abhängigkeit der Förder¬ menge über die Zeit beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Do¬ sieren von Fluiden zeigt, und

Fig. 6 schematisch die Steuerung einer erfindungsgemäßen Vor- richtung .

Eine Dosier-Vorrichtung (Fig. 1) besteht aus einem rahmenarti¬ gen Gestell, das aus einer Grundplatte 1 und einer Deckplatte 2 besteht, die miteinander durch Säulen 3 verbunden sind. Die Grundplatte 1 ist über Füße 4 auf einer Unterlage aufgestellt.

In dem rahmenartigen Gestell sind zwei Faltenbalgpumpen 5 mon¬ tiert. Ansaugleitungen 8, in welchen Rückschlagventile 7 vor- gesehen sind, führen durch die Grundplatte 1 in den Innenraum der Faltenbalgpumpen 5. Ebenfalls durch die Grundplatte 1 geführt sind Förderleitungen 6, in welchen Rückschlagventile 9 vorgesehen sind. Ein Teil oder alle Rückschlagventile 7, 9, insbesondere aber die in den Förderleitungen 6 vorgesehenen Rückschlagventile 7, können durch elektrisch angesteuerte Magnetventile ersetzt werden (vgl. Fig. 6).

Mit den oberen Abdeckplatten 10 der Faltenbalgpumpen 5 sind Spindelmuttern 11, z.B. Kugelrollspindelmuttern, verbunden. In die Spindelmuttern 11 sind Spindeln 12 eingeschraubt, die in einer Lageranordnung 13, die an der Deckplatte 2 befestigt ist, drehbar gelagert sind.

Oberhalb der Deckplatte 2 trägt jede der beiden Spindeln 12 eine Zahnscheibe 15, die über einen Zahnriemen 16 mit einer Antriebszahnscheibe 17 gekuppelt ist. Jede Zahnscheibe 17 wird von einem Antriebsmotor 18 angetrieben.

Durch den beschriebenen Antrieb können die oberen Deckplatten 10 der Faltenbalgpumpen 5 je nach der Drehrichtung für den Saughub nach oben und für den Förderhub nach unten bewegt werden.

Die Antriebsmotoren 18 einschließlich ihres (nicht gezeigten) Untersetzungsgetriebes sind an der Deckplatte 2 in Lang¬ schlitzführungen (Fig. 2) geführt, und in diesen Führungen in beliebiger Stellung festlegbar, so daß einerseits die nötige Spannung der Zahnriemen 16 eingestellt und das Übersetzungs¬ verhältnis zwischen Antriebsmotor 18 und Spindel 12 durch Austauschen der Zahnscheiben 15 und/oder 17 geändert werden kann.

Um mit der beschriebenen Vorrichtung eine konstante Förderlei¬ stung zu erzielen, wird wie folgt gearbeitet:

Zunächst wird bei konstantem Förderhub (gleichbleibende Dreh¬ zahl der Antriebsmotoren 18) die Förderkennlinie (Fig. 3) jeder der beiden Faltenbalgpumpen 5 ermittelt. Die so ermit¬ telte Förderkennlinie jeder der beiden Faltenbalgpumpen 5 wird vorzugsweise in einem Rechner 20 (Fig. 6) mit der Antriebs¬ kennlinie des Antriebsmotors 18 für die jeweilige Falten¬ balgpumpe 5 überlagert (Fig. 4). So wird die Drehzahl des An¬ triebsmotors 18 in den Bereichen des Förderhubes der Falten¬ balgpumpe 5, in welchen die Förderkennlinie kleiner als der gewünschte Wert ist, vergrößert. Ebenso wird in den Bereichen des Förderhubes, in denen die Förderkennlinie über der ge¬ wünschten Förderleistung liegt, verringert. Durch das Ändern der Drehzahl der Antriebsmotoren 18 und den entsprechenden Änderungen der Hubgeschwindigkeit beim Förderhub der Falten- balgpumpen 5 ergibt sich eine konstante Förderleistung jeder der beiden Faltenbalgpumpen 5 über einen großen Bereich ihres Hubes (Fig. 5).

Um auch den Übergang des Förderns durch die eine Faltenbalg- pumpe 5 auf das Fördern durch die andere Faltenbalgpumpe 5 mit konstanter Gesamtförderleistung zu gestalten, wird am Ende des Förderhubes der einen Faltenbalgpumpe 5, wo die Änderung der Förderleistung auch durch Ändern (Erhöhen) der Drehzahl des Antriebes nicht mehr ausgeglichen werden kann, bereits die andere Faltenbalgpumpe 5 in Betrieb genommen. Das Inbetrieb- nehmen der anderen Faltenbalgpumpe 5 erfolgt in der Art, daß die Gesamtförderleistung an Fluid durch die Leitungen 8 auch beim Übergang des Förderns durch die eine Faltenbalgpumpe 5 auf das Fördern durch die andere Faltenbalgpumpe 5 konstant bleibt.

Sobald die eine Faltenbalgpumpe 5 ihren unteren Totpunkt er¬ reicht hat und nicht mehr fördert, übernimmt ausschließlich die andere Faltenbalgpumpe 5 das Fördern von Fluid mit kon- stanter Förderleistung. Die leere Faltenbalgpumpe 5 wird dann durch Bewegen ihrer oberen Abdeckplatte 10 in umgekehrter Drehrichtung der Spindel 12 wieder angehoben, so daß sie Fluid ansaugt, wobei der Saughub (siehe Fig. 4) rascher ausgeführt werden kann, als der Förderhub der anderen Faltenbalgpumpe 5, so daß der Saughub vor dem Ende des Förderhubes der anderen Faltenbalgpumpe 5 beendet ist.

Das Diagramm in Fig. 3 zeigt, daß bei einer Faltenbalgpumpe bei konstanter Antriebsgeschwindigkeit gegen Ende des Förder- hubes der Faltenbalgpumpe die Fördermenge an Fluid je Zeit, also die Förderleistung, abnimmt. Um dieses Absinken der För¬ derleistung, das in Fig. 3 gezeigt ist, auszugleichen, wird bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Drehzahl des An¬ triebsmotors 18 der Antriebsvorrichtung jeder der beiden Fal- tenbalgpumpen 5, beispielsweise entsprechend dem in Fig. 4 gezeigten Verlauf, geändert. Es ist ersichtlich, daß die An¬ triebsgeschwindigkeit ( = Drehzahl des Antriebsmotors) am Be¬ ginn des Förderhubes rasch erhöht, dann zum Ausgleichen des Abfallens der Förderleistung (siehe Fig. 3) allmählich bis zu einem Maximum gesteigert und dann wieder abgesenkt wird. Fig. 4 zeigt auch, daß der Saughub in kürzerer Zeit ausgeführt wird als der Förderhub, was auch daran erkennbar ist, daß der Ab¬ solutwert der Drehzahl des Antriebsmotors 18 beim Saughub größer ist als beim Förderhub.

Zu Fig. 4 ist noch anzumerken, daß diese nur die Abhängigkeit der Drehzahl über die Zeit einer der beiden Pumpenantriebe zeigt und daß die zweite Faltenbalgpumpe etwa zu dem Zeitpunkt in Betrieb genommen wird, in dem die Drehzahl des Antriebs- motors der ersten Faltenbalgpumpe ihr Maximum erreicht hat.

So ergibt sich durch die Verfahrensweise vorzugsweise in Ver¬ bindung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit zwei Falten¬ balgpumpen 5 die in Fig. 5 gezeigte, über die Zeit konstant bleibende Fördermenge, also eine konstante Förderleistung an Fluid.

Die Verfahrensweise zum Fördern von Medium mit konstanter

Förderleistung mit einer Vorrichtung mit zwei Faltenbalgpumpen 5 ist nicht auf die in Fig. 1 gezeigte Ausführungsform einer Dosiervorrichtung beschränkt, vielmehr kann der Antrieb für die Faltenbalgpumpen 5 in beliebiger Weise ausgebildet sein. Beispielsweise ist ein Exzenterantrieb oder ein Antrieb über Hebelvorrichtungen denkbar.

Fig. 6 zeigt in einem schematischen Schaltbild die Steuerung der erfindungsgemäß vorgesehenen Faltenbalgpumpen 5. Ein Zen¬ tralrechner 20 (CPU) regelt die Antriebsmotoren 18, wobei die Drehzahl der Antriebsmotoren 18 durch diesen zugeordnete In- krementalgeber 21 an den Zentralrechner 20 rückgemeldet wird. In der Leitung 25, in der das Medium strömt, dem das in einem Vorratsbehälter 22 vorrätig gehaltene Fluid zudosiert werden soll, ist ein Durchflußmeßgerät 26 in Strömungsrichtung (Pfeil 27) gesehen vor der Leitung 28, durch die das Fluid zudosiert wird, vorgesehen. Das Durchflußmeßgerät 26 liefert der Durch¬ flußmenge des Mediums je Zeiteinheit entsprechende Daten an den Zentralrechner 20.

Die Drehzahl der Antriebsmotoren 18 für die Faltenbalgpumpen 5 wird in der oben beschriebenen Weise in Abhängigkeit von der von dem Durchflußmeßgerät 26 erfaßten Menge an Medium, das je Zeiteinheit durch die Leitung 25 strömt, und unter Berücksich¬ tigung der vorher ermittelten Förderkennlinien der Falten¬ balgpumpen 5 gesteuert. Bevorzugt ist nach der Einmündung der Leitung 28, durch die Fluid der Leitung 25 für das Medium zugeleitet wird, ein weiteres Durchflußmeßgerät 29 vorgesehen, das die Gesamtmenge aus Medium und zudosiertem Fluid erfaßt und entsprechende Daten an den Zentralrechner 20 abgibt, um die richtige Dosierung zu überwachen. Der Zentralrechner 20 steuert über Leitungen auch die im Beispiel von Fig. 6 als elektrisch angesteuerte Magnetventile ausgebildeten Ventile 7 in den Leitungen 6, die zur Leitung 28 münden, durch die das Fluid in das Medium dosiert wird.

Zusammenfassend kann ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beispielsweise wie folgt dargestellt werden:

Zum Fördern einer Flüssigkeit mit konstanter Förderleistung werden zwei abwechselnd und hinsichtlich der Pumphübe über- läppend arbeitende Faltenbalgpumpen verwendet. Die Bewegungs- geschwindigkeit des Antriebes jeder der beiden Faltenbalgpum¬ pen über deren Förderhub wird derart geändert, daß in Berei¬ chen des Förderhubes, in dem die Förderleistung der Falten¬ balgpumpe unter dem gewünschten Wert liegt, die Hubge- schwindigkeit erhöht wird, und in Bereichen, in denen die Förderleistung der Faltenbalgpumpe über der gewünschten För¬ derleistung liegt, die Geschwindigkeit des Hubes verringert wird, so daß die (Gesamt-)Förderleistung der Faltenbalgpumpen der gewünschten Förderleistung entspricht. Hiezu werden die Antriebe der Faltenbalgpumpen von einem Rechner, in dem die Förderkennlinie jeder der beiden Faltenbalgpumpen gespeichert und der Antriebskennlinie überlagert ist, entsprechend der gewünschten, konstanten Förderleistung an Flüssigkeit ange¬ steuert. Der Rechner erhält auch Daten über die Gesamtmenge an Flüssigkeit, die beispielsweise einem strömenden Medium zudo¬ siert wurde.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Fördern eines Fluids, insbesondere einer Flüssigkeit, mit konstanter Förderleistung unter Verwen- dung von zwei abwechselnd arbeitenden Faltenbalgpumpen, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungsgeschwindigkeit des Antriebes jeder der beiden Faltenbalgpumpen über deren Hubweg geändert wird, wobei in Bereichen des Förderhubes, in denen die Förderleistung der Faltenbalgpumpe unter dem gewünschten Wert liegt, die Hubgeschwindigkeit erhöht wird, und wobei in Bereichen, in denen die Förderleistung der Faltenbalgpumpe über der gewünschten Förderleistung liegt, die Hubgeschwindigkeit verringert wird, daß gegen Ende des Förderhubes der einen Faltenbalgpumpe die andere Faltenbalgpumpe mit einer Hubgeschwindigkeit in Betrieb gesetzt wird, so daß die Gesamtförderleistung beider Fal¬ tenbalgpumpen der gewünschten Förderleistung entspricht, und daß die Hubgeschwindigkeit der anderen Faltenbalgpumpe ständig erhöht wird, bis die Hubgeschwindigkeit am Ende des Förderhubes der einen Faltenbalgpumpe der gewünschten Förderleistung entspricht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Förderkennlinie der Faltenbalgpumpen dadurch ermit- telt, daß man Fluid mit konstanter Hubgeschwindigkeit fördert und die Förderleistung über den Förderhub der Faltenbalgpumpe erfaßt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Förderkennlinien der Faltenbalgpumpen mit deren An¬ triebskennlinien überlagert.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß man den Saughub der Faltenbalgpumpen mit größerer Hubgeschwindigkeit ausführt als den Förderhub.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß man Änderungen der Förderleistung, die durch Ungleichmäßigkeiten der Förderkennlinie bestimmt sind, durch die Form der Beschleunigungs- bzw. Verzöge- rungsrampen der Antriebssteuerungskurven der Antriebsmoto¬ ren ausgleicht.

6. Vorrichtung zum Fördern eines Fluids mit konstanter För- derleistung, insbesondere zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit zwei Faltenbalgpum¬ pen (5), dadurch gekennzeichnet, daß jeder der beiden Faltenbalgpumpen (5) ein vom Antrieb (15, 16, 17, 18) der anderen Faltenbalgpumpe (5) unabhängiger Antrieb (15, 16, 17, 18) zugeordnet ist und daß den Antriebsmotoren (18) eine Steuerung zugeordnet ist, durch welche die Form der Beschleunigungs- und Verzögerungsrampen der Antriebsmoto¬ ren auf den jeweils gewünschten Wert einstellbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Faltenbalgpumpen (5) in einem Gestell (1, 2, 3) mon¬ tiert sind, in dem auch der Antrieb (15, 16, 17, 18) für das Ausführen der Förder- und der Saughübe der Falten¬ balgpumpen montiert ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Faltenbalgpumpen (5) durch Spindel (12)- Spindelmutter ( 11 )-Antriebe betätigt werden.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindeln (12) im Gestell (1, 2, 3) um zueinander par¬ allele Achsen drehbar gelagert sind.