WO2004090334A1 - Diaphragm pump - Google Patents

Diaphragm pump Download PDF

Info

Publication number
WO2004090334A1
WO2004090334A1 PCT/EP2004/003378 EP2004003378W WO2004090334A1 WO 2004090334 A1 WO2004090334 A1 WO 2004090334A1 EP 2004003378 W EP2004003378 W EP 2004003378W WO 2004090334 A1 WO2004090334 A1 WO 2004090334A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
chamber
pump
pumping
control
diaphragm pump
Prior art date
Application number
PCT/EP2004/003378
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Peter Jähn
Original Assignee
Bayer Industry Services Gmbh &
Jaehn Peter
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bayer Industry Services Gmbh &, Jaehn Peter filed Critical Bayer Industry Services Gmbh &
Priority to DK04724563.4T priority Critical patent/DK1611355T3/en
Priority to EP04724563A priority patent/EP1611355B9/en
Priority to AT04724563T priority patent/ATE485448T1/en
Priority to DE502004011798T priority patent/DE502004011798D1/en
Priority to PL04724563T priority patent/PL1611355T3/en
Publication of WO2004090334A1 publication Critical patent/WO2004090334A1/en

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B43/00Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members
    • F04B43/02Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having plate-like flexible members, e.g. diaphragms
    • F04B43/06Pumps having fluid drive
    • F04B43/073Pumps having fluid drive the actuating fluid being controlled by at least one valve
    • F04B43/0733Pumps having fluid drive the actuating fluid being controlled by at least one valve with fluid-actuated pump inlet or outlet valves; with two or more pumping chambers in series
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B43/00Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members
    • F04B43/0009Special features
    • F04B43/0081Special features systems, control, safety measures
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B49/00Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00
    • F04B49/12Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00 by varying the length of stroke of the working members
    • F04B49/14Adjusting abutments located in the path of reciprocation

Definitions

  • the present invention relates to a diaphragm pump based on DE-A 102 16 146, ie a diaphragm pump with at least two channels for the liquid supply and liquid discharge but with variable displacement which is achieved by a metering device in the form of a dosing and the use of this diaphragm pump as a controllable Nentil or as controllable multi-way distributor valves or multi-component distributor valves.
  • a diaphragm pump with a multi-part Pumpenkö ⁇ er and two channels which consists of at least three rigid plates and at least two arranged between these plates, elastic membranes, the plates in particular a pumping chamber and at least two shut-off chambers, each with a Forming and an outlet opening for the conveyed form, and the pumping chambers and shut-off chambers together with an inlet channel the connecting channels and an outlet channel form a passage, wherein the pumping chamber and the shut-off chambers are divided by the membranes in each a product space and a control space and the control chambers control lines have, which are connected to a control unit.
  • the content of DE-A 102 16 146 is therefore included in the present application.
  • the solution of the object and subject of the present invention is a modular lamellar constructed electro-pneumatically driven pump head as a diaphragm pump (according to Fig.l or Fig.
  • the diaphragm pump has a decentralized electro-pneumatic control unit (100, 115) with vacuum generator for driving the pump head and the center distance of the respectively adjacent inlet and the outlet of each pumping and shut-off chamber is two to ten times the largest hydraulic diameter of the respective inlet (240) or outlet opening (241).
  • the membrane pump according to the invention is preferably designed such that the pumping chamber (211) and the shut-off chambers (210, 212) are sealed at the edge by the membranes (204, 202).
  • the design of the outer plate (205) is carried out to such an extent that preferably the movable disk and the rod together with the external adjustment possibility are accommodated. This requires that the outer plate is usually thicker or stronger than the plates (201) or (203).
  • the elastic membrane clamped between the plates is pneumatically loaded and relieved by the drive (control unit), so that in the closing operating state the active membrane surface is affected by the control pressure up to the limiting wall of the product-side pump or shut-off chamber and in the opening or unloaded operating state by the inherent elasticity of the product Diaphragm material and is deformed by the negative pressure to the limiting wall of the control room.
  • the largest applied motive force is rectified with the largest membrane deformation path.
  • the applied force for the conveying or closing movements of the membranes are greater than the force applied to retrieve the membranes.
  • the membrane load and membrane deformation is symmetrical, so that the dosing accuracy and the membrane life is increased.
  • the diaphragm pump according to the invention consisting of the pump head according to the invention and the decentralized control unit allows conveying small volumes per unit time, has a high short-term dosing accuracy based on the individual Dosierhub, shows a good intake behavior, can promote even in non-flooded state of the pump head against pressure and allowed also at any time the partial lift operation.
  • the membrane pump according to the invention allows in various applications, the conveyance of liquids having a viscosity range of 0.001 Pas to 10 Pas, preferably 0.001 to 5 Pas and more preferably of liquids having a viscosity of 0.001 to 2 Pas.
  • the disk (1001) which can be moved in the axial direction by rotary or lifting movement in the control chamber of the pumping chamber (21 1) allows the maximum stroke of the pumping diaphragm (204) to be varied, so that pumping in a partial lifting operation is possible.
  • there is a further reduction of the membrane load so that depending on the elastic material used, the deformation occurring is reduced by changing the membrane stroke.
  • the movable disc reduces the deformation path in the unloaded state.
  • the axially movable wall (1001) within the control chamber of the pumping chamber varies the membrane movement in the axial direction in a range of 1% up to 100% of the design stroke, preferably the limitation of 10% to 100% and especially Preferably, the limitation is in a range of 20% to 100%> of the stroke without increasing the dead space volume of the pumping chamber.
  • the area of the movable disk is slightly smaller than the area of the active-active membrane. Slight in the sense of the present invention means that the membrane-facing surface of the axially movable disc has a size of 60% of the active membrane surface, preferably a size of 61% to 80% and particularly preferably a size of 81% to 95% based on the active membrane surface.
  • the elastic membrane is supported over a large area during operation and increases the dosing accuracy.
  • the rod (1002) allows the movable disc (1001) to be adjusted from outside the diaphragm pump by feeling it through the outer plate (205).
  • the adjustment is done by rotation or stroke adjustments, for example, manually, motor, hydraulic, pneumatic or piezo-operated, whereby an automatic fine adjustment of the partial stroke can be made.
  • the rod may for example be a threaded rod or be executed without a thread as a cylinder rod or as a square rod.
  • the movable disc or the rod is sealed with a seal to the plate (205) to the outside, so that the control chamber can be pressurized.
  • the axial disc adjustment within the control chamber of the pumping chamber can in a preferred embodiment of the invention via the rod (1002) also be carried out automatically or remotely controlled when an electrically operated motor, a hydraulic or a pneumatic actuator is mounted.
  • shut-off chambers also electrically, hydraulically or pneumatically.
  • An automatically adjustable partial lift of the pumping membranes forms an actuator, so that in combination with e.g. a flow sensor, a flow control can be established.
  • the set delivery rate of the pneumatic pump for example, can be controlled gravimetrically. If deviations from the specified dosing, arise the weighing sensor sends a signal to the monitoring controller, and the controller a control signal to the adjustment drive, which is attached to the rod of the movable disc (1001) and the disc in the pump control chamber in the axial direction adjusted and so Changing the pump stroke volume makes a correction of the pump flow rate.
  • the axially movable disk (1001) used in the control chamber can have different shapes to the membrane side.
  • the disk may be in the form of a flat cylindrical disk (Figure 2a), a blunt cone (Figure 2b) or the shape of a spherical section ( Figure 2c).
  • a disk shape adapted to the pumping chamber has advantages in that, with maximum adjustment of the movable disk, the feeding and discharging connection channels (208/209) of the pumping chamber are closed.
  • the axially movable disc (1001) is provided with openings or bores (1007) and optionally additionally provided on the side facing away from the membrane with a concentrically raised ring (1008), so that upon complete recovery of the disc, the pneumatic connection can not be closed.
  • the movable disc ( Figure 2c) with unilaterally extended rod is bored on one side to allow the direct connection of the control energy to the movable disc.
  • the diaphragm pump is designed such that the movable disc (1001) is flat on the diaphragm side or shows a blunt cone or is adapted to the product-side pumping chamber and provided with a plurality of bores (1007).
  • this invention improved diaphragm pump shows a simpler setting or varying the stroke volume, a reduced pulsation and a uniform flow rate promoted.
  • the application of the partial stroke operation applies to pumping chambers with a stroke volume of greater than 5 ⁇ l / stroke up to 1000 000 ⁇ l / stroke.
  • the erfmdungshiele diaphragm pump is inexpensive to produce due to different corrosion requirements in the chemical industry from various resistant materials.
  • the design of the control or drive technology of the diaphragm pump according to the invention has no influence on the pump head size and the possibility of integration in a miniaturized pilot plant setup.
  • the membrane pump according to the invention can be modular, so that can be done by appropriate additions or replacement of modular parts, a slight task adaptation to the material to be conveyed.
  • the change in the dosing without the displacement of the membrane or the movable disc (1001) in the pump head increases the dead volume, so that the aspirated liquid volume is completely displaced from the pump head at any time.
  • control pressure on the diaphragm in all control chambers is at least 0.1 bar higher than the prevailing pressure at the outlet channel by a pressure regulator upstream of the control unit or at the inlet channel of the pump head, preferably the control pressure is at least 0.5 bar higher, and more preferably the control pressure is 1 bar higher than the expected pressure at the outlet or at the inlet channel.
  • outlet or inlet channel (206, 207) and control pressure ensures tight closure of the respective inlet openings and outlet openings in the pump and shut-off chambers through the membrane.
  • the membranes (202, 204) are preferably made of an elastic material, particularly an elastomer, silicone, Viton ®, Teflon ®, or rubber, in particular of an elastic laminate of the at least two interconnected layers of material with different modulus of elasticity is.
  • a preferred embodiment of the membranes is characterized in that they consist of an elastic laminate consisting of at least two interconnected material layers with different modulus of elasticity. The individual layers are glued together or connected. In principle, this feature is also applicable to a diaphragm pump according to DE-A 102 16 146.
  • a thin Teflon® film can be bonded to a highly elastic rubber to increase the restorative forces of the membrane laminate, thereby reforming a liquid displacement deformed low-energy membrane laminate (e.g., by a vacuum generator) to its original condition.
  • a preferred embodiment of the membranes used is characterized in that thin elastic films are partially chambered and the components or components for membrane chambering made of corrosion-resistant materials and combammem up to 30% of the product-contacting membrane surface, preferably up to 65% and more preferably up to 80% of the product-contacting membrane area.
  • the use of a chambered membrane reduces the plastic deformation that occurs during loading, so that under high load the membrane deformation is extremely low.
  • the two plate-shaped diaphragm chamber elements are preferably disc-shaped, and have on the outer diameter of a concentric membrane ring formed to the raised side (1102, 1 103), so that large membrane surface portions are clamped and in the chambered area are not subject to any deformation or stretching force.
  • chamber elements are used with a membrane diameter of greater than 10 mm to less than 1000 mm, preferably in a diameter range of greater than 50 mm less than 800 mm and more preferably used in a diameter range of greater than 100 mm to less than 500 mm.
  • the product-side surface (1104) of the membrane-chamber component may be provided with an elastic layer or foil to tightly close the supply and discharge connection channels of the pumping chamber (see FIG. 3).
  • Very large pump chambers which are provided with chambered membranes, can be provided with an axial guide for weight compensation, caused by the weight of the chamber elements.
  • the axial guidance may alternatively take over the function of the rod (1002).
  • the axial guide may be a hollow rod (pipe).
  • a preferred embodiment of the diaphragm pump or the pump head is characterized in that the pump head consists of at least three plates and the pumping and Absperrkammem are formed by recesses in the plates (Fig. 2).
  • the diaphragm pump or the pump head consists of at least three plates and the pumping and Absperrkammem (210, 21 1, 212) are formed by depressions in the middle plate.
  • diaphragm pump or of the pump head is characterized in that it consists of at least three plates and the pump and Absperrkammem (210, 212) by depressions (210 ⁇ 21 1 ', 212') in the outer plates (201,203,205) are formed.
  • At least in the product space of the pumping chamber (21 1) is a groove (213) which connects the apex of the pumping chamber depression with the outlet opening of the pumping chamber.
  • the volume of the incorporated groove in the pumping chamber is equal to the dead space volume of the pumping chamber.
  • the dead space volume with respect to the pumping chamber volume is extremely small, sometimes less than 1%.
  • the walls of the control chambers opposite the membrane, but at least the pumping chamber have a compensation volume in the form of a flat depression.
  • the diaphragm can deform in pending negative pressure in the control room and in extreme cases cling to the limiting wall of the control room.
  • there is an enlargement of the respective product space but in compliance with the maximum membrane deformation (shown by way of example in Fig. 1 in the product space of the shut-off chamber (212)).
  • the maximum membrane elongation or membrane deformation is determined by determining the change in length between chord length and arc length of a circular segment.
  • the membrane is unloaded at the level of the chord of the circular section and loaded at the level of the arc length of the circular section.
  • the membrane elongation can be determined from the difference in length of the tendon and the arch (FIG. 8). By analogy, this procedure can also be transferred to other pumping and shut-off chamber geometries.
  • the maximum deformation of the active-active membrane into the larger product-side depression must be at most 20%, preferably 0.01% to 10% and particularly preferably the deformation must be 0.01% to 5% in order to achieve a high constant membrane movement and a high dosing accuracy. especially short-term accuracy, to obtain.
  • the determined membrane deformation limits therefore determine the heights of the shut-off and pump chambers as well as the control and product spaces formed by membranes, so that the dosing accuracy of the inventive diaphragm pump is substantially improved compared to known diaphragm pumps.
  • the compensation volume describes the space into which the existing membrane deforms when the vacuum is applied. If the compensating volume is increased and equipped with an adjustable disc (1001), then the compensating volume due to axial adjustment of the movable disc (1001) has no influence on the product-side recessed volume of the pumping chamber.
  • the product spaces of the shut-off chambers (210, 212) are made smaller than the product space of the pumping chamber (211).
  • the shut-off chamber volume is 5% to 50% of the product-side pumping chamber volume, preferably 5% to 30% and particularly preferably 5% to 20%. In principle, this feature is also applicable to a diaphragm pump according to DE-A 102 16.146
  • the center distance of the respectively adjacent inlet and the outlet of each pumping or shut-off chamber is two to ten times the largest hydraulic diameter of the respective inlet (240) or outlet opening (241), preferably the center distance is twice to five times, and more preferably the two - up to four times, most preferably three to four times ..
  • the defined center distance is an important functional measure of the chambers. It ensures a tight closing of the incoming and outgoing channels or openings and increases the reproducible delivery of gaseous or liquid substances and influences the degree of miniaturization.
  • the connecting channels (208, 209) between the pump chamber and the Absperrkammem are straight in a preferred embodiment and have a ratio of channel length to the respective hydraulic diameter of the channels from 0.5 to 20, preferably 0.5 to 10, particularly preferably 0, 5 to 5, on.
  • the cross sections of the feeding channels to the pumping chamber are larger than the discharge channels to the outlet of the diaphragm pump according to the invention.
  • Another particularly preferred form of the diaphragm pump or the pump head is characterized in that the connecting channels and sub-sections of the inlet and outlet channel are at an angle ⁇ , the angle ⁇ in a range of +/- 20 to 70 degrees, preferably in one Range of +/- 30 to 60 degrees (Figure 3b).
  • the angle ⁇ is measured from the vertex of the lowest point of the respective chamber to the associated connection channel or inlet or outlet channel (FIG. 3 b).
  • the angled channels and channel sections reduce flow losses during the suction and delivery process.
  • a pressure loss reduction is particularly advantageous because flow processes in the diaphragm pump according to the invention or in the pump head are initiated by abruptly changing changes of pressure and vacuum.
  • the obliquely extending connecting channels and inlet and outlet channels reduce the shear occurring during conveying, so that shear-sensitive substances in biological or medical technology are gently metered or conveyed.
  • this feature is also applicable to a diaphragm pump pump head according to DE-A 102 16 146.
  • the small dead volume between the pump and shut-off chamber improves the suction capacity of the diaphragm pump or the pump head and prevents deposits in the dosing head.
  • diaphragm pump / pump head is characterized in that the pump head consists of at least three plates and at least one outer plate is formed tempered. In principle, this feature is also applicable to a diaphragm pump / pump head according to DE-A 102 16 146.
  • the tempering of the outer plate is carried out by thermostating or by electrical heating with separate cooling device.
  • the present invention also preferably relates to a diaphragm pump with controllable valves and decentralized control unit, characterized in that in the pump head in the flow direction of the fluid, the inlet channel with flowed through the barrier chamber and connecting channel to the pumping chamber has a larger hydraulic cross-section than the dissipative connection channel with the following shut-off chamber and outlet channel.
  • the present invention particularly preferably relates to a diaphragm pump with controllable valves and decentralized control unit characterized in that in the pump head, the volume of the pumping chamber (21 1) in the range of 0.005 ml to 1000 ml, preferably from 0.01 ml to 100 ml and more preferably the volume of the pumping chamber is 0.1 ml to less than 10 ml.
  • the present invention particularly preferably relates to a diaphragm pump with controllable valves and decentralized control unit, characterized in that the dead space volume of the product space of the pumping chamber (211) is less than 20% in the pump head, preferably less than 10% and particularly preferably less than 5% of the pumping chamber volume is.
  • An increase in output, for example, by two pump heads with controllable valves and a decentralized control unit consisting of three plates and in the parting planes of the plates befmdliche wells with common inlet and outlet channels and angled connecting channels between pump and Absperrkammem is made possible in a special compact design by a pumping chamber (303, 303 ') and at least two Absperrkammem (301,305) are introduced in the middle plate on both sides and the inlet channel in ansaugender flow direction to a transverse channel opens the two Absperrkammem (301, 30T) connects, and in the direction of discharge also a transverse channel two Absperrkammem (305, 305 ') connects and via the outlet channel to be conveyed material from the pump head and in conjunction with the decentralized control, the operation of all pumping and Absperrkammem is switched so that the function of a double diaphragm pump is provided with controllable valves (Fig. 3a).
  • the membranes of the double membrane pump operate alternately, so that the pulsation of the fluid flow is almost completely compensated.
  • Each of a pumping chamber associated Absperrkammem have to be controlled offset in time in the control process, so that the pulsations occurring are halved. This requires an extended control flow.
  • the three plates of this diaphragm pump according to FIG. 3 a are preferably detachably connected to one another for cleaning and repair purposes.
  • the double diaphragm pump can be equipped such that at least one pumping chamber is equipped with a movable disk for a partial lifting operation.
  • a further preferred form of the diaphragm pump is characterized in that the pump consists of at least three plates and in the middle plate (Fig. 4 or Fig. 4a) at least one pumping chamber is provided and each pumping chamber at least three smaller Absperrkammem belong and each shut-off chamber one Has connecting channel to the pumping chamber and an inlet or outlet channel for the supply or discharge of at least one fluid and all chambers are controlled separately via a decentralized control unit.
  • a diaphragm pump consisting of a pumping chamber and at least three associated Absperrkammem, allows the sequential or the alternate delivery of at least two different fluids.
  • a process can be supplied with two different substances with one pump, wherein the stroke ratio of the substances to be conveyed may be the same or different.
  • the setting of the stroke ratio is done via the decentralized control unit.
  • the diaphragm pump or pump head according to the invention is used as a conveying and removal device.
  • the diaphragm pump according to the invention or the pump head according to the invention is suitable for sampling liquids or gases from closed apparatus.
  • a pump displacement circuit for sampling and Treatment ⁇ is exemplified.
  • 4, 4a (400) are combined with a mixing chamber (701) so that all functional parts are incorporated in the three, but enlarged, pump plates.
  • 702 ' each pump chamber has four associated shut-off chambers (703, 704, 705, 706 and 703', 704 ", 705 ', 706').
  • the shut-off chambers are each assigned inlet channels and outlet channels (marked with flow arrows in FIG. 7).
  • FIG. 7 For an automated sampling with subsequent processing and removal to a connected analyzer all components are shown in FIG. It was dispensed with the representation of the control unit for separate control of the chambers and a sectional view of the three plates.
  • inlet channel (707) and outlet channel (708) are connected to a reactor.
  • suction valve (704), pumping chamber (702), pressure valve (705) and outlet channel (708) of the pump (700) a constant amount of substance can be pumped out of the reaction vessel.
  • the controller switches so that pressure valve (705) closes and valve (706) opens and a defined amount of substance is transferred through the outlet channel of the valve (706) into the mixing chamber (701) with the known pumping chamber volume.
  • the pump (700 ' ) starts to also generate a pump circulation to the mixing chamber.
  • the inlet channel of the valve (704 ') and the outlet channel of the valve (705') is connected to the mixing chamber.
  • the pump (700) can now, in parallel to the put into operation Umpumpniklauf the mixing chamber, via inlet channel (709) and valve (703) while the valve closed (704) promote an additional diluent in the mixing chamber, which is mixed with the substance sample there .
  • the diluted substance sample becomes a possible Analyzer promoted.
  • the valve (705 ') closes and the valve (706') opens. Due to the sum of all feeding pump strokes to the mixing chamber, the treated sample can be discharged via outlet channel (710) with the same number of strokes and conveyed for analysis.
  • the inlet channel (709) is extended to the valve (703 '), so that also the second pump can be flushed after the sample transport with diluent, when corresponding valves are switched.
  • the delivery and removal device has a low dead space volume.
  • This small dead space volume is necessary so that the analysis result is not falsified by old substances due to deposition and aging of the substances removed, the product-loaded channels are not blocked and a high operational availability is given.
  • the conveying device allows an exact sampling and a user-related volumetric delivery of liquids, gases, or liquefied compressed gases. It is particularly advantageous for this purpose, because the stroke volume of the pump head is easily adaptable to operational requirements, especially when Pumpkammem be equipped with adjustable disc for a Generalhub ceremonies.
  • the membrane pump / conveyor according to the invention is operated by means of a decentralized electro-pneumatic control unit, which is provided with a sufficient number of connection options for controlling all required pumping and Absperrkammem.
  • the combination of at least one pumping and associated shut-off chamber with dwell, mixing and separation chambers and task-specific sensors offers the possibility of forming small and compact functional units that measure, treat, process and analyze their properties with liquid or gaseous substances.
  • the functional units have small dimensions and can therefore be easily integrated into analytical and medical devices. It is particularly advantageous that only small dead space volumes are present and only small amounts of substance are processed.
  • a decentralized electro-pneumatic control unit as in FIG. 1 also allows a synchronous control of a plurality of pump heads.
  • the parallel operation of several pump heads with only one control unit allows the economical use of the membrane pump / conveyor according to the invention, for example in filling or filling.
  • the invention therefore also relates to filling plants or filling devices which contain at least one membrane pump according to the invention.
  • a decentralized electro-pneumatic control unit also allows a staggered control of individual pump heads, so that a reduced pulsation occurs in the parallel operation of several pumps.
  • the inventive diaphragm pump with decentralized electro-pneumatic control unit and adjustable disc in the control chamber of the pumping chamber is an economical use with low investment costs possible. This is especially visible when changing tasks require different sized flow rates that can not be covered with a pump head type. With different flow rates, only the pump head needs to be replaced while the control part remains unchanged. The replacement of the pump head is done by simply disconnecting the pneumatic control lines.
  • the control for conveying with the diaphragm pump is preferably carried out so that a delivery stroke consists of at least four individual successive control steps and each control step is separated with an intermediate or associated constant or variable timer for subsequent control step and the conveyor or Metering power of the pump can be varied by changing at least one timer.
  • the timers interwoven between the control steps ensure that the pneumatically triggered substeps of the pumping stroke are carried out accurately and completely and that the individual steps are reproducible.
  • the synchronous modification of all timing elements for regulating the delivery rate ensures a simple, user-friendly handling of the pump.
  • the timing elements T belonging to the control are preferably 0.001 seconds to 100 seconds, preferably the range is between 0.03 seconds to 30 seconds, and more preferably the timer is 0.03 seconds to 10 seconds.
  • the timers ensure that the fast electronic control signals (signal transit time) do not prematurely discontinue the slower pneumatic operations to deflect the diaphragms and thereby the hydraulic displacement operations on the product contacted side of the diaphragm.
  • the fluid dynamic processes take more time than the electronically triggered signals of the controller.
  • the dosing cycle preferably consists of at least four control steps and has at least two different timers, of which only one timer is variable and is used to regulate the pumping cycle.
  • the pneumatic opening and closing operations of the diaphragms in the shut-off chamber can be provided with a non-adjustable smaller timer and a variable timer can be used for the open / close circuit of the central larger pumping chamber.
  • Different timers are particularly advantageous if the volume of Absperrkammem is smaller than the volume of the pumping chamber.
  • Each timer is in a particularly preferred mode of operation greater than the required switching time of the associated electro-pneumatic multi-way valves in the control unit.
  • the associated timer for the diaphragms of the shut-off chambers is 0.01 to 0.15 seconds and preferably 0.01 to 0.075 seconds, and more preferably 0.01 to 0.05 seconds.
  • At the electronic and the electro-pneumatic control unit preferably at least two diaphragm pumps are connected in parallel.
  • An electro-pneumatic control unit can control a number of diaphragm pumps in parallel, so that the pumps, with optionally different large pumping chambers, can simultaneously dose different substances in different amounts at the same time.
  • the thickness of the elastic membrane is preferably greater than 0, 1 mm and less than 5 mm and the height of the pumping and shut-off chamber in the region of the vertex of the chamber (largest dimension above the membrane) is less than 10 times the membrane thickness, preferably less than 5 times the membrane thickness used.
  • the concave depressions in the plates may have different geometric shapes, e.g. that of a cylinder, a sphere section or a truncated cone.
  • a variant of the diaphragm pump or of the pump head preferably consists of a pneumatically controlled pumping chamber combined with two solenoid-operated valves as shut-off chambers.
  • the membranes used in the membrane pump or in the pump head are preferably designed to be larger in diameter than the diameter formed by the chambers in the parting plane of the plates, and more preferably the membrane diameter is at least 20% larger.
  • metallic membranes are used as pumping membrane and inserted or inextricably connected by welding with one of the plates, in particular an outer plate.
  • a pulsation damper is mounted downstream of the pressure-side shut-off chamber, in particular in the region of the outlet channel of the diaphragm pump or of the pump head.
  • the diaphragm pump or the pump head is equipped with an integrated spring-loaded overflow valve in order to produce an internal product circuit in the pump head. If the connected control pressure is greater than the desired pump pressure, an integrated expansion possibility is created from the pump pressure side to the pump suction side.
  • At least two pump units consisting of two pump chambers with associated four shut-off chambers for forming a pump set are arranged next to one another in the three rigid plates.
  • the invention also relates to a pump set consisting of two or more membrane or double diaphragm pumps, wherein the diaphragm pumps according to the invention have a common control unit.
  • the present invention relates to a diaphragm pump, which is used as a controllable multi-channel diaphragm valve consisting of three plates, characterized in that a distribution chamber having an inlet channel via a connecting channel has a single upstream controllable valve and at least one shut-off chamber having a Outlet channel has, is connected and the chambers have the same size recesses and are separately controllable, so that for the passage of a substance at least two chambers and the upstream valve must be opened simultaneously in the desired flow direction, and timed all chambers of a decentralized electro-pneumatic control unit be operated. If the distribution is carried out sequentially over a plurality of outlet channels, an enlarged pump or an additional pump is available. Distribution chamber, so that the amount of liquid to be distributed is pumped with each pumping strokes.
  • the diaphragm pump according to the invention is suitable as a multi-channel diaphragm valve, as it has a compact design, smallest dead spaces and due to the small control rooms low switching times to order from the OPEN position in the ZU- To get a position.
  • the membrane pump according to the invention can be used as a multi-channel distribution valve or the multi-channel Verteilile ⁇ umpe to pass more than two different liquids sequentially to a variety of delivery points.
  • at least two shut-off chambers are connected to different fluid supplies, so that distribution via the central distributor chamber (pumping chamber) to a large number, at least more than two shut-off chambers with associated outlet channels is possible.
  • three chambers are opened for the sequential fluid passage.
  • at least two chambers of the multichannel distributor valve are closed (FIG. 6a).
  • the fluid distribution can be done by means of the pump control or alternatively with a timed distribution.
  • the diaphragm pump according to the invention is used as a multi-channel distributor valve for the distribution of at least two different fluids to a plurality of consumers, it is also possible to speak of transmitting and emitting shut-off chambers.
  • the membrane pump or in the case of use of the diaphragm pump as a multi-channel distribution valve or multi-channel valve, the operation of the membranes in the OPEN or CLOSED position pneumatically, electrically or with a hydraulic fluid.
  • the diaphragm pump for the dosing of very small quantities of liquid substance whose volume per pump stroke is significantly below the specific droplet size. Due to the rapid application of the pneumatic conveying energy to the control side of the delivery membrane of the pumping chamber or the Absperrhuntmembranen the sucked product volume in the pumping chamber from the product spaces of the chambers and the AuslasskanaT is thrown out and there is no so-called collecting drops at the discharge point of the pump. As a result, a dosage of small amounts of liquid in a reaction mixture is not delayed in time and a synthesis process is started synchronously with the dosage.
  • the metering of small amounts of substance against pressure is very easy to carry out, since the membranes of the Absperrkammem and the pumping chamber are elastic and close the incoming and outgoing product channels in the closed position of the chambers gas-tight, so that no substance on the gas phase of a connected pressure vessel Outlet side of the pump head is pushed back to the inlet side of the pump and the suction at normal pressure is not interrupted.
  • an exact dosing of small amounts of liquid in an evacuated process plant is possible.
  • Another advantage over the prior art is that due to the small dead space and the dense shut-off and pumping chamber a sensitive product to be dosed without a large residence time and backmixing is supplied to the destination.
  • the pump in comparison to the microstructure technology offer advantages. Due to the large channel dimensions in relation to the dosing volume, the pump is less susceptible to contamination. A contamination caused by product contamination, which is manifested by an increasing dosing error, or can lead to failure of the pump, is greatly reduced due to the large product channels. Product contaminants may be flushed through the relatively large product channels during dosing.
  • the extremely low dead space volume ensures good intake behavior and rapid reproducible dosing, especially in applications involving new pharmaceutical substances. which are only available in small quantities in the early development stage. There are further advantages in applications in medical technology and in diagnostics.
  • Adjusting small liquid flows is particularly easy. It is possible by means of the adjustable disc to change the stroke volume roughly and additionally make an extreme fine adjustment on the time axis with an intermediate timer in the controller. As a result, volume flows can be changed very easily without counter-checking.
  • the lamellar structure of the diaphragm pump with integrated controllable valves can be designed as a double or multi-diaphragm pump to substantially equalize the occurring due to the pumping principle pulsating metering.
  • the pump diaphragm and the controllable valves are actuated directly electrically (supply voltage, for example, 6 or 12 volts).
  • supply voltage for example, 6 or 12 volts
  • the electrical supply of the controller then takes place in mobile applications directly via a battery or a fuel cell, so that over a long time the control unit remains functional.
  • the power supply for operating the diaphragm pump according to the invention opens up the use in medical technology by z .B. to allow a constant drug delivery and the recipient is still mobile.
  • Another mobile use of the diaphragm pump according to the invention with pneumatically operated working diaphragm for the promotion of liquid substances is carried out with a portable two-chamber compressed air reservoir, which may be made of plastic, for reasons of weight.
  • the diaphragm pump according to the invention whose pump and Ventilkammem have a small control chamber volume can be supplied via the one chamber of the compressed air storage for a long time with compressed air, so that the second chamber of the compressed air reservoir for the storage of a. can be used to be applied liquid substance.
  • the inventive diaphragm pump lends itself to mobile applications, for example in the application of pesticides in difficult terrain.
  • Fig. 1 shows the schematic structure of a lamellar constructed pneumatic
  • Diaphragm pump with associated electro-pneumatic control unit and programmable electronic control and connecting lines Diaphragm pump with associated electro-pneumatic control unit and programmable electronic control and connecting lines.
  • variable control chamber wall movable disc
  • Fig. 3 shows a chambered pump diaphragm.
  • Fig. 3a is a sectional view, wherein the middle plate has two pumping chambers and associated Absperrkammem and the outer plates are equipped with a variable control chamber wall.
  • Fig. 3b shows a schematic pump head with inclined channels.
  • Fig. 4, 4a shows the middle plate of a diaphragm pump head with a plurality of Absperrkammem and a plurality of inlet and outlet ports.
  • Fig. 4b shows schematically a diaphragm pump head with a central pumping chamber and a plurality of shut-off chambers and associated inlet and outlet channels.
  • Fig. 5 is a multi-way diaphragm distribution valve shown in a sectional view.
  • Fig. 6 is a schematic representation of a multi-way distribution valve.
  • FIG. 6a schematically shows a multi-component distributor valve.
  • Fig. 7 is an integrated sampling system shown with two diaphragm pumps.
  • Fig. 8 shows schematically the two-dimensional surface of a spherical section with different membrane deformation states.
  • FIG. 1 shows a diaphragm pump with pump head (200) in cross section with associated control (100) and housing and pneumatic distributor (115).
  • a movable disc (1001) has been used with one side attached rod to allow the outside of the manual axial adjustment of the disc.
  • the housing contains electronic components and a freely programmable electrical control. A power supply, not shown, is used to supply power to the electronic components.
  • the housing has a display (101), an on / off switch (102) and a plurality of function keys (103 to 109) with which required parameters for the pumping sequence or for the pumping process can be entered, optically tracked and stored.
  • the electronic control (100) allows different operating variants, so that with the button (103) on continuous operation and with a button (104) can be switched to discontinuous operation of the pump.
  • the discontinuous operation of the pump can be adjusted by a preselectable number of pump strokes and stored with buttons (105) in the controller.
  • the button (106) is a reduction of the set parameters, the button (107) is provided for increasing the variable parameters, which can then also be stored with the button (105) as the newly selected operating parameters of the diaphragm pump in the controller.
  • the time constants can be changed with buttons (106, 107).
  • the button (108) allows the choice between internal and external control, for example from an external process control system.
  • the pumphead (200) will start to operate when the button (109) is pressed, and if the button (109) is pressed again, the operation will be stopped again.
  • the electronics with the programmable controller sends digital signals to the electro-pneumatic, multi-way valves (11 1, 112, 113, 114) at the start of dosing via electrical connection cables (110), which are then brought to their defined feed or delivery (Table 1) switch.
  • the electro-pneumatic multi-way valves (111 to 114) are mounted on a pneumatic manifold block (1 15).
  • the distribution block has two supply channels (116, 1 17).
  • the supply channel (1 16) is directly connected to the compressed air supply and the distribution channel (117) is connected by a line to the vacuum supply.
  • the vacuum is generated by the bypass generator (118), an injector, which is constantly supplied with compressed air by the valve (1 14) when the electrical control is activated.
  • the freely programmable electronic components, diodes for the optical function display, electrical power supply and an electrical circuit board are not shown in Fig. 1.
  • the freely programmable control of the pneumatically operated diaphragm pump with pump head (200) switches the electro-pneumatic multi-way valves (111 to 114) and directs the pressure in the manifold (115) pending pneumatic pressure in the channel (116) (pressure channel) or the vacuum in the distribution channel (117) (Vacuum channel) through the control lines (capillaries or hoses) (1 19, 120, 121) on the pneumatic control chambers (pneumatic chambers) (220, 221, 222) in the pump head (200).
  • the valve (111) is connected to the suction valve (lower shut-off chamber (210) of the pump head (200) through the control line (1 19).)
  • the other valve (1 12) (upper shut-off chamber (212)) and valve (1) are the same. 113) with the pumping chamber (211) of the pump head
  • the valve (114) constantly supplies the vacuum generator with compressed air and is switched immediately as soon as the electronics are supplied with electrical voltage.
  • the diaphragm pump head (200) consists of the three partial plates (201, 203, 205) and has inserted elastic membranes (202, 204) which are pneumatically deformable in the region of the pumping chamber (21 1) and shut-off chambers (210, 212).
  • the membranes (202, 204) are slightly smaller than the plates (201, 203, 205) to ensure a good seal with the atmosphere.
  • depressions are recessed, which form the pump or Absperrkammem (210, 211, 212), wherein the respective compensating volume of the Absperrkammem (210, 212) in the plate
  • the pumping chamber (211) is incorporated with a small balance volume fraction in the plate (205) and with the larger pump volume fraction in the middle plate (203).
  • shut-off chamber (210) is e.g. named the controllable intake valve of the pump head.
  • the pumping chamber (21 1), the delivery chamber and the shut-off chamber (212) is the controllable pressure valve of the pump head.
  • the diaphragms (202, 204) divide the pump and shut-off chambers into control spaces (220, 221, 222) and product spaces (230, 231, 232).
  • the pumping or Absperrkammem (210, 211, 212) have the form of spherical sections on one half and cylinders on the opposite disc.
  • the middle plate (203) has an intake passage (207) and an exhaust passage (206). Both channels (206, 207) are each extended with a welded capillary.
  • the channels (209, 208) connect the product spaces (230, 231, 232) of the chambers (210, 21 1, 212) with each other.
  • the pumping chamber (211) has a groove (213) as a connecting element from the deepest geometric point of the depression in the plate to the outlet opening or to the connecting channel (209). It is also clarified that between the inlet channel (208) and the beginning of the outlet channel (209) with the connecting groove (213) is still a sufficiently large distance to allow a tight closure of the openings in the product space of the pumping chamber through the membrane (204).
  • the pump head (200) is shown here in control step 4 (see Table 1).
  • the diaphragm (202) on the control chamber side (220) is pressurized, so that the membrane (202) the suction passage (207) at the inlet (240) (Fig. 2) and the connecting channel (208) at the outlet (241) (Fig.2) blocked.
  • the associated control chamber (221) is subjected to a vacuum, so that the actively active diaphragm region abuts against the disc (1001) and opens the supply and discharge connecting duct (208, 209).
  • the shut-off chamber (212) is also supplied with a vacuum on the control side so that the connecting channel (209) and the outlet channel (206) are open in order to displace the liquid volume from the pumping chamber in the following control step 5 (see Table 1). It can be seen that the respective membrane movement extends over the entire height of the depression. In Fig. 1 required screws for the contraction of the releasable plates and simultaneous Ve ⁇ ressen the inserted membranes are not shown.
  • the order of the programmable control steps and the position of the valves (111 to 114) are shown in Table 1 below. It means as digital signal “1" compressed air pending (result: membrane is pressed against the plate (203) and closes) and the signal "0" vacuum pending (diaphragm is raised in the control room and opens).
  • the electronic control unit is supplied with electrical voltage and is switched on with the button (102)
  • the programmed control switches the valves (111 to 114) into a defined start or home position.
  • the control of a complete pump stroke consists here, for example, of five individual steps. If the pumping process is interrupted or terminated, the controller jumps to the start or home position. Table 1
  • a variable timer is programmed for each control step 1-5 and assigned (not shown in Table 1), so that the individual consecutive control steps are not mutually influenced and executed completely.
  • the switching times of the electro-pneumatic valves are larger and thus much slower than the time required to send the digital signals.
  • the pumping function according to the control cycle 1-5 (see Table 1) is reproducible and complete.
  • a pump head (200) consisting of the plates (201, 203, 205) is shown in a sectional view. Evident are the clamped in the parting planes of the plates elastic membranes (202, 204), and the Absperrkammem and the pumping chamber with the associated recesses in the middle and the outer plates.
  • the outer plate (205) is made thicker, so that the control chamber (221) is enlarged beyond the associated compensation volume.
  • the control chamber is also extended by a smaller cylindrical recess (1000) and a threaded hole that is led to the outside.
  • the stepped disc (1001) is installed with a cylinder on one side, in which a remote threaded rod (1002) guided through the outer plate is fastened, so that the outer knurled nut (1003) fastened on the threaded rod (1002) is already rotated slightly ), the disc (1001) moves axially in the control chamber or moves.
  • the threaded rod is offset and releasably secured by two pins (1004) with the receiving cylinder of the disc.
  • a seal (1005) is positioned to to seal the control chamber, which is pressurized with pneumatic pressure, to the outside.
  • the disc (1001) is provided with a plurality of bores (1007) and a concentrically raised ring (1008) to promote pressurization of the entire control space and to prevent closure of the bore (1006) upon full recovery of the disc.
  • the adjustable disk has the contour of a spherical section and is thus adapted to the contour of the process-side recess.
  • the disc (1001) can be axially displaced even with a slight manual rotation of the knurled nut (1003), thereby changing the membrane path which at the same time determines the volume of fluid to be delivered.
  • FIGS. 2 a and 2 b show further embodiment variants, in particular different contours of the movable disk.
  • the membrane-side contour of the disc (1001 ') in Fig. 2a is flat, while the contour of the disc (1001 ") shows a blunt cone in Fig. 2b Threaded rod is to be manufactured in order to reduce the number of components, costs and assembly work as possible.
  • Fig. 2c shows another embodiment of the movable disc (1001 '' ') with the disc contour adapted to the pumping chamber The disc is bored on one side so that the control line can be connected directly to the disc and the power connector (1006) in the plate (205) deleted.
  • FIG. 3 shows, by way of example, the chambering of a pumping membrane (204) in a sectional representation.
  • the chambered chamber (204) is not in the working state, while in the lower part of the figure, the control chamber (221) of the membrane (204 ') is pressurized and it comes to the deflection of the membrane.
  • the membrane between the plates (203, 205) is clamped and in the plate (203) parts of the connecting channels (208, 209) are present.
  • the pumping membrane is clamped in the outer region between the plates, while in the center of the membrane is open, so that on both sides chamber elements (1100, 1 101) can be attached.
  • the chamber members have towards the elastic membrane a raised rounded concentric outer ring (1102, 1103), so that during the screwing together of the chamber elements, the enclosed membrane surface is no longer subjected to force. It is advantageous if the contour of the process-side chamber element (1 104) of the recessed contour is adapted so that the dead space volume of the pumping chamber does not increase significantly. If the product-side chamber element is provided or coated with an elastic film (1105), then the connection channels can be sealed in the loaded membrane state. It can be seen in FIG. 3 that, given an occurring plastic deformation of an elastomer, the degree of deformation due to the small deflection, which is to be regarded as a function of the membrane diameter, is negligible. Through the chamber elements, it is also possible to use membrane materials that would be less suitable due to the high permanent deformation.
  • a diaphragm pump consisting of three plates (201, 203, 205) is shown schematically, wherein in particular it can be seen that connecting channels (208, 209) and portions of the supply and outlet channel (207, 206) at an angle ⁇ stand, so that at fast changing flow conditions no large pressure losses occur.
  • a double diaphragm pump with controllable valves which consists of three plates and all pumping and Absperrkammem have been introduced in the middle plate.
  • the inlet channel (300) is T-shaped and connects the left and right suction-side shut-off chambers (301, 301 '), so that both shut-off chambers have a common inlet channel. From each shut-off chamber extends an angled connecting channel (302, 302 ') to the pumping chamber (303, 303'). Almost mirror-inverted to the inflow area, the downstream outflow area of the double diaphragm pump is designed.
  • the connecting channels (304, 304 ') connect the pumping chambers (303, 303') to the discharge chambers (305, 305 ') on the outlet side and the shutoff chambers of the outlet side are connected to a common outlet channel (306).
  • a double-diaphragm pump is described, with a split internal passageway.
  • the double diaphragm pump is equipped in this example with movable discs (1001) for a possible partial lift operation.
  • Figure 3a no releasable connection elements of the plates are shown, the pump head is in no working condition.
  • the flow direction of the double diaphragm pump is indicated by arrows.
  • FIG. 4, 4a the front views of a central plate (plate 400) are shown in which four Absperrkammem (1200, 1201, 1202, 1203) of a diaphragm chamber (1205) are assigned.
  • the chambers are formed by depressions with the shape of a spherical segment (calotte).
  • each Absperrkammem has a connecting channel (1206) to the central pumping chamber (1205), in addition, two Absperrkammem each with a separate inlet channel (1207, 1208) and two Absperrkammem with a separate outlet channel (1209, 1210) are provided.
  • two different substances may be delivered sequentially or alternately with a pump head.
  • the second inlet channel could also be used to pump a cleaning fluid and initiate a flushing process.
  • An alternative use of the second inlet channel is when a vapor connection is realized and thereby at any time a sterilization process could be initiated.
  • the inlet channel (1207) may be connected to a supply line for a substance to be metered. The substance passes into the pumping chamber (1205) during the suction process to then be pushed through the blocking chamber (1202) into the outlet channel (1209). A sterilization process requires a vapor port at the inlet port (1208). The steam could pass through the shut-off chamber (1201) into the pumping chamber (1205) to then pass through a connecting channel to the shut-off chamber (1203) and to the outlet channel (1210).
  • Fig. 4 an angled collecting groove (1215) is shown in the pumping chamber (1205) and bores (1216) for receiving Glasankem or releasable fasteners, with which all three plates can be attached.
  • Fig. 4 shows visibly the pumping chamber, connecting channels (eg 1206) and a groove (1215) for better product discharge from the pumping chamber.
  • Fig. 4a visibly shows the shut-off chambers with inlet and outlet openings.
  • FIG. 4b schematically shows, for example, a chamber interconnection, wherein a pump chamber (1205) and six shut-off chambers (eg 1200), which are shown in the figure as a circle, and with associated inlet channels (1207, 1208, 1213) and outlet channels (1209, FIG. 1210, 1214) are linked. Due to the separate control of each individual chamber, a plurality of different fluid streams can be connected sequentially or alternately via a common pumping chamber (1205) to all available outlet channels.
  • a pump chamber (1205) and six shut-off chambers eg 1200
  • a pumping chamber with more than three shut-off chambers and the corresponding inlet and outlet channels can be used for an automated sampling system.
  • a pumped circulation in the bypass can be generated. If a sample of the substance from the reactor is desired at a certain point in time, for example, the outlet channel (1209) and the outlet channel (1210) close, so that a sufficiently large substance amount can be removed as a sample via the pumping chamber (1205).
  • the pumping chamber is cleaned via the inlet channel (1208) with an inert rinsing agent, whereby the cleaning liquid can be drained off separately via the outlet channel (1214).
  • the inlet channel (1213) is provided by way of example for a final sterilization procedure after completion of the reaction.
  • a diaphragm pump is shown as a multi-way distribution valve, consisting of three plates in analogy to the pump structure. Furthermore, it can be seen that elastic membranes (1303, 1304) are clamped between the plates (1300, 1301, 1302) and thereby divide introduced depressions in the middle plate into a product and a control space. In this illustration, the control chambers of the chambers are not expanded, so that the membranes in the separation area on the outer plates are tight.
  • pneumatic connection connections (1305, 1306, 1307) are indicated by double arrows.
  • the distribution valve is shown in the open state, so that, for example, the elastic membranes deflected by an applied pneumatic pressure and thereby close the connection channels.
  • connection channels in the product chamber are opened so that a fluid can flow through.
  • Shown in Figure 5 is a multi-way manifold valve having a central inlet channel (1308) in the outer plate (1300), followed by a connecting channel (1309) to the manifold space (1310).
  • the distribution space has two connection channels (1311, 1312) to smaller shut-off chambers (1313, 1314), which in turn have outlet channels (1315, 1316) for fluid discharge.
  • a connected electro-pneumatic control unit has to control at least two chambers in order to release a switching path for the passage of a substance.
  • the multi-way diverter valve may selectively direct a supply of material to the left exhaust passage (1315) or the right exhaust passage (1316).
  • both outlet channels can be opened simultaneously, so that a parallel distribution is possible.
  • the electro-pneumatic control unit does not need a vacuum generator because fluid supplies usually have an outlet pressure.
  • the connecting channels are incorporated on one side into the surface of the plate (1301), so that at the same time all connecting channels are sealed with each other and to the outside through the inserted large-area membrane. Therefore
  • Mehrwege- distribution valve in the parting planes of the plates are preferably provided with full-surface elastic films to simplify installation easier and in the event of cleaning operations. Due to the central feed of a substance to be distributed, is in the elastic film (1303) provided a circular opening, so that the inlet channel (1308) and connecting channel (1309) have a flow-through connection.
  • Distribution and shut-off chamber are pneumatically with e.g. Compressed air or hydraulically controllable with liquid.
  • electromagnetic drives can also be used.
  • the plates of the multi-way distribution valve are detachably connected to each other.
  • a fluid may be passed sequentially or in parallel to a plurality of consumers, with two chambers always having to be switched to an open state.
  • central inlet channel (1308 ') is closed, as shown in FIG. 6a, and for example two outlet channels (1400, 1401) converted into inlet channels and connected to different material suppliers, then it is possible to connect these two substances in series to each connected outlet channel to pump.
  • FIG. 7 shows by way of example a pump connection for sampling and preparation.
  • Two diaphragm pumps (700, 700 ') according to FIG. 4 were combined with a mixing chamber (701), so that all functional parts are incorporated in three, but enlarged, pump plates.
  • the diaphragm pumps have a pumping chamber (702, 702 ') and each pumping chamber has four associated shut-off chambers (703, 704, 705, 706 and 703', 704 ', 705', 706 ').
  • the Absperrkammem each inlet channels and outlet channels are assigned. For an automated sampling with subsequent processing and removal to a connected analyzer all components are shown in FIG. It was dispensed with the representation of the control unit for separate control of the chambers.
  • inlet channel (707) and outlet channel (708) are connected to a reactor.
  • inlet channel (707), suction valve (704), pumping chamber (702), pressure valve (705) and outlet channel (708) a constant amount of substance can be pumped out of the reaction vessel.
  • the controller switches so that pressure valve (705) closes and valve (706) opens and a defined amount of substance is transferred through the outlet channel of the valve (706) into the mixing chamber (701) with the known pumping chamber volume.
  • the pump starts (700 ') to also produce a pumped circulation to the mixing chamber.
  • the inlet channel of the valve (704 ') and the outlet channel of the valve (705') is connected to the mixing chamber.
  • the pump (700) can now, parallel to the put into operation Umumpumpniklauf the mixing chamber, via inlet channel (709) and valve (703) with simultaneously closed valve (704) promote an additional diluent in the mixing chamber, which is mixed with the substance sample there.
  • the diluted substance sample is conveyed to a possible analyzer.
  • the valve (705 ') closes and the valve (706') opens. Due to the sum of all feeding pumping strokes to the mixing chamber, the treated sample can be discharged via outlet channel (710) with the same number of strokes and, if necessary, conveyed for analysis.
  • the inlet channel (709) is extended to the valve (703 '), so that also the second pump can be flushed after the sample transport with diluent, when corresponding valves are switched.
  • FIG. 8 schematically shows two plates 800, 801 with a clamped elastic membrane 802.
  • the product-side pumping chamber 800 'and in the plate 801, the control chamber 801' of the pumping chamber is indicated.
  • the diaphragm movement or diaphragm deformation always takes place between the limiting wall of the control chamber and the limiting wall of the pumping chamber, so that the maximum movement of the diaphragm is predetermined by the contours of the chambers.
  • the clamped in the plates and pneumatically actuated membrane (chord length 807) can deform up to the chamber height 804 and thereby assumes the arc length 803.
  • the expansion of the membrane takes place up to the chamber height 806 with the arc length 805, so that the membrane is significantly more deformed relative to the chord length than in the first load case.
  • Larger membrane deformations cause a plastic wrinkling, so that the individual delivery stroke and thus the important displacement volume reduced by forming wrinkles.
  • the wrinkling of the membrane prevents the tight closing of the feeding and discharging channels in the pump and shut-off chambers.
  • the dosing head is adjusted with a movable disc (1001) in the basic position so that the membrane is not deformed.
  • the membrane path in the predetermined geometry space of the pumping chamber can then be reduced by adjusting the movable disk (1001).
  • the design with regard to membrane deformation relates primarily to the product-side chamber contour.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Reciprocating Pumps (AREA)

Abstract

The invention relates to a diaphragm pump comprising a multi-part pump body that has at least three rigid plates and at least two elastic membranes placed between these plates. Said plates form at least one pump chamber and at least two blocking chambers, particularly with the geometry of a spherical segment of a spherical zone, of a cylinder or of a truncated cone, each having an inlet and outlet opening for the material to be delivered. The pump chamber and the blocking chambers, together with an inlet channel, form the connecting channels and together with an outlet channel, form a passage channel. The pump chamber and the blocking chambers are separated by the diaphragms into a product space and control space. The control spaces have control lines that are connected to a control unit. The invention is characterized in that the outer plate is provided with a stronger design whereby the control space of the pump chamber is enlarged, and an axially moving disc with an elongated rod, which is placed on one side, is inserted inside said control space.

Description

Membranpumpediaphragm pump
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Membranpumpe auf Basis der DE-A 102 16 146, also eine Membranpumpe mit mindestens zwei Kanälen für die Flüssigkeitszuführung und Flüssigkeitsableitung jedoch mit veränderbarem Hubvolumen was durch eine Dosiervorrichtung in Form eines Dosierkopfes erzielt wird und die Verwendung dieser Membranpumpe als steuerbares Nentil bzw. als steuerbare Mehrwege- Verteilerventile oder Mehrkomponenten- Verteilerventile.The present invention relates to a diaphragm pump based on DE-A 102 16 146, ie a diaphragm pump with at least two channels for the liquid supply and liquid discharge but with variable displacement which is achieved by a metering device in the form of a dosing and the use of this diaphragm pump as a controllable Nentil or as controllable multi-way distributor valves or multi-component distributor valves.
Aus US-A 3 741 687 ist eine Membranpumpe bekannt, die nur zwei Kanäle, einen Einlass- und einen Auslasskanal aufweist.From US-A 3,741,687 a diaphragm pump is known having only two channels, an inlet and an outlet channel.
Aus DE-A 102 16 146 ist eine Membranpumpe mit einem mehrteiligen Pumpenköφer und zwei Kanälen bekannt, die wenigstens aus drei starren Platten und wenigstens zwei zwischen diesen Platten angeordneten, elastischen Membranen besteht, wobei die Platten insbesondere eine Pumpkammer und mindestens zwei Absperrkammern mit je einer Einlass- und einer Auslassöffnung für das Fördergut bilden, und die Pumpkammern und Absperrkammern zusammen mit einem Einlasskanal den Verbindungskanälen sowie einem Auslasskanal einen Durchlasskanal bilden, wobei die Pumpkammer und die Absperrkammern durch die Membranen in je einen Produktraum und einen Steuerraum geteilt sind und die Steuerräume Steuerleitungen aufweisen, die mit einer Steuereinheit verbunden sind.From DE-A 102 16 146 a diaphragm pump with a multi-part Pumpenköφer and two channels is known, which consists of at least three rigid plates and at least two arranged between these plates, elastic membranes, the plates in particular a pumping chamber and at least two shut-off chambers, each with a Forming and an outlet opening for the conveyed form, and the pumping chambers and shut-off chambers together with an inlet channel the connecting channels and an outlet channel form a passage, wherein the pumping chamber and the shut-off chambers are divided by the membranes in each a product space and a control space and the control chambers control lines have, which are connected to a control unit.
Es hat sich beim Gebrauch der Membranpumpe gemäß DE-A 102 16 146 gezeigt, dass diese nicht immer den hohen Genauigkeits-Anforderungen genügt, insbesondere dann, wenn Substanzen unterschiedlicher Dichte aufweisen, aber auch verschiedene Volumenströme bei Betrachtung eines einzelnen Förderhubes, genau dosiert werden sollen oder die Membranpumpe als Mehrwegeventil eingesetzt werden soll.It has been found in the use of the membrane pump according to DE-A 102 16 146, that this does not always meet the high accuracy requirements, especially if substances have different density, but also different volume flows in consideration of a single delivery stroke to be accurately metered or the diaphragm pump is to be used as a multi-way valve.
Es bestand daher die Aufgabe eine auf Basis der Membranpumpe gemäß DE-A 102 16 146 verbesserte Membranpumpe zu entwickeln, die stark miniaturisiert kleine Volumenmengen pro Zeiteinheit fördert und eine hohe Kurzzeit-Dosiergenauigkeit besitzt. Die Pumpe soll ein gutes Ansaugverhalten haben und gegen erhöhten Druck fordern, so dass selbst im nicht gefluteten Zustand des Pumpenkopfes ein Fördern gegen Druck sowie ein Teilhubbetrieb möglich ist, aber auch jederzeit eine Probenentnahme des zu fördernden Gutes gestattet. Die Aufgabe wurde zusätzlich erweitert, durch die Tatsache, dass ein serielles Dosieren unterschiedlicher Flüssigkeiten sowie eine verbesserte Reinigung möglich sein soll, aber auch das pulsierende Förderverhalten optimiert werden soll.It was therefore an object to develop based on the membrane pump according to DE-A 102 16 146 improved membrane pump, which promotes highly miniaturized small volumes per unit time and has a high short-term dosing accuracy. The pump should have a good intake and demand against increased pressure, so that even in the non-flooded state of the pump head conveying against pressure and a Teilhubbetrieb is possible, but also at any time allows sampling of the material to be conveyed. The task has been further extended by the fact that a serial dosing of different liquids as well as an improved cleaning should be possible, but also the pulsating conveying behavior should be optimized.
Der Inhalt der DE-A 102 16 146 wird deshalb von der vorliegenden Anmeldung mit umfasst. Die Lösung der Aufgabe und Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein modular lamellenartig aufgebauter elektro-pneumatisch angetriebener Pumpenkopf als Membranpumpe (gemäß Fig.l bzw. Fig. 2), der mehrteilig aus mindestens drei starren Platten (Lamellen) (201, 203, 205) und mindestens zwei zwischen diesen Platten angeordneten elastischen Membranen (204, 202) besteht, wobei die Platten (201, 203, 205) mindestens eine Pumpkammer (211) und mindestens zwei Absperrkammern (210, 212), insbesondere in der Geometrie eines Kugelabschnitts, einer Kugelzone, eines Zylinders oder abgestumpften Kegels, mit je einer Einlass- (240) und einer Auslassöffnung (241) für das Fördergut bilden, und die Pumpkammer (211) und die Absperrkammern (210, 212) zusammen mit einem Einlasskanal (207), den Verbindungskanälen ((208) und (209)) sowie einem Auslasskanal (206) einen Durchlasskanal bilden, wobei die Pumpkammer (21 1) und die Absperrkammern (210, 212) durch die Membranen (204, 202) in je einen Produktraum (230, 231, 232) und einen Steuerraum (220, 221, 222) getrennt sind und die Steuerräume (220, 221, 222) Steuerleitungen (119, 120, 121) aufweisen, die mit einer Steuereinheit (100, 115) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Platte (205) entsprechend ausgebildet ist um die bewegliche Scheibe aufzunehmen, wodurch der Steuerraum der Pumpkammer vergrößert ist und in diesen eine axial bewegliche Scheibe (1001) mit einseitig angesetzter verlängerter Stange (1002) eingesetzt ist, so dass die einseitig angesetzte Stange der beweglichen Scheibe bis außerhalb des Dosierkopfes verlängert ist und außerhalb der Pumpe verstellt werden kann (1003) und dadurch die im Steuerraum befindliche Scheibe (1001) axial bewegt wird und den möglichen Membranweg in der Pumpkammer reduziert oder vergrößert, so dass das dosierte Flüssigkeitsvolumen pro Förderhub variierbar ist und die Pumpe in einem Teilhubbetrieb arbeitet ohne dass das Totraumvolumen im Produktraum verändert wird, die Fläche der beweglichen Scheibe geringfügig kleiner ist als die Fläche der förderaktiven Membran und der Mittenabstand des jeweils benachbarten Einlasses und des Auslasses jeder Pump- und Absperrkammer das zwei- bis zehnfache des größten hydraulischen Durchmessers der jeweiligen Einlass- (240) oder Auslassöffnung (241) beträgt.The content of DE-A 102 16 146 is therefore included in the present application. The solution of the object and subject of the present invention is a modular lamellar constructed electro-pneumatically driven pump head as a diaphragm pump (according to Fig.l or Fig. 2), the multi-part of at least three rigid plates (lamellae) (201, 203, 205) and at least two elastic membranes (204, 202) arranged between these plates, wherein the plates (201, 203, 205) comprise at least one pumping chamber (211) and at least two shut-off chambers (210, 212), in particular in the geometry of a spherical segment Ball zone, a cylinder or truncated cone, each with an inlet (240) and an outlet opening (241) for the conveyed form, and the pumping chamber (211) and the shut-off chambers (210, 212) together with an inlet channel (207) Connecting channels ((208) and (209)) and an outlet channel (206) form a passage, wherein the pumping chamber (21 1) and the shut-off chambers (210, 212) through the membranes (204, 202) in each case a prod and the control chambers (220, 221, 222) have control lines (119, 120, 121) connected to a control unit (100, 115) are characterized in that the outer plate (205) is adapted to receive the movable disc, whereby the control chamber of the pumping chamber is increased and in this an axially movable disc (1001) with one side attached extended rod (1002) is inserted, so that the unilaterally attached rod of the movable disk is extended to outside the dosing and can be adjusted outside the pump (1003) and thereby the disk (1001) located in the control chamber is moved axially and reduces or increases the possible membrane path in the pumping chamber, so that the metered volume of liquid per delivery stroke is variable and the pump operates in a Teilhubbetrieb without changing the dead space volume in the product space the area of the movable disc is slightly smaller than the area of the active membrane and the center distance of the adjacent inlet and the outlet of each pumping and shut-off chamber is two to ten times the largest hydraulic diameter of the respective inlet (240) or outlet ( 241).
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Membranpumpe eine dezentrale elektro-pneumatische Steuereinheit (100, 115) mit Unterdruckerzeuger zum Antrieb des Pumpenkopfes auf und der Mittenabstand des jeweils benachbarten Einlasses und des Auslasses jeder Pump- und Absperrkammer beträgt das zwei- bis zehnfache des größten hydraulischen Durchmessers der jeweiligen Einlass- (240) oder Auslassöffnung (241).In a preferred embodiment of the invention, the diaphragm pump has a decentralized electro-pneumatic control unit (100, 115) with vacuum generator for driving the pump head and the center distance of the respectively adjacent inlet and the outlet of each pumping and shut-off chamber is two to ten times the largest hydraulic diameter of the respective inlet (240) or outlet opening (241).
Die erfindungsgemäße Membranpumpe ist vorzugsweise so ausgestaltet, dass die Pumpkammer (211) und die Absperrkammern (210, 212) randseitig durch die Membranen (204, 202) abgedichtet sind. Die Ausgestaltung der äußeren Platte (205) erfolgt dermaßen, dass bevorzugt die bewegliche Scheibe sowie die Stange samt externer Verstellmöglichkeit aufgenommen wird. Das erfordert, dass die äußere Platte zumeist dicker oder stärker ausgebildet ist als die Platten (201) oder (203).The membrane pump according to the invention is preferably designed such that the pumping chamber (211) and the shut-off chambers (210, 212) are sealed at the edge by the membranes (204, 202). The design of the outer plate (205) is carried out to such an extent that preferably the movable disk and the rod together with the external adjustment possibility are accommodated. This requires that the outer plate is usually thicker or stronger than the plates (201) or (203).
Die zwischen den Platten eingespannte elastische Membran wird durch den Antrieb (Steuereinheit) pneumatisch belastet und wieder entlastet, so dass im schliessenden Betriebszustand die aktive Membranfläche durch den Steuerdruck bis zur begrenzenden Wand der produktseitigen Pumpoder Absperrkammer und im öffnenden bzw. entlasteten Betriebszustand durch die Eigenelastizität des Membranwerkstoffes und durch den Unterdruck bis zur begrenzenden Wand des Steuerraums verformt wird.The elastic membrane clamped between the plates is pneumatically loaded and relieved by the drive (control unit), so that in the closing operating state the active membrane surface is affected by the control pressure up to the limiting wall of the product-side pump or shut-off chamber and in the opening or unloaded operating state by the inherent elasticity of the product Diaphragm material and is deformed by the negative pressure to the limiting wall of the control room.
Dabei ist die größte aufgebrachte Bewegungskraft mit dem größten Membranverformungsweg gleichgerichtet. Die aufgeschaltete Kraft für die Förder- bzw. Schließbewegungen der Membranen sind größer als die aufgeschaltete Kraft zur Rückholung der Membranen.The largest applied motive force is rectified with the largest membrane deformation path. The applied force for the conveying or closing movements of the membranes are greater than the force applied to retrieve the membranes.
Aufgrund der bevorzugten Kammergeometrien bzw. Kraftwirkung ist die Membranbelastung und Membranverformung symmetrisch, so dass die Dosiergenauigkeit und die Membranstandzeit erhöht ist.Due to the preferred chamber geometries or force effect, the membrane load and membrane deformation is symmetrical, so that the dosing accuracy and the membrane life is increased.
Die erfindungsgemäße Membranpumpe bestehend aus dem erfindungsgemäßen Pumpenkopf und der dezentralen Steuereinheit erlaubt das Fördern kleiner Volumenmengen pro Zeiteinheit, besitzt eine hohe Kurzzeit-Dosiergenauigkeit bezogen auf den einzelnen Dosierhub, zeigt ein gutes Ansaugverhalten, kann selbst im nicht geflutetem Zustand des Pumpenkopfes gegen Druck fördern und erlaubt zudem jederzeit den Teilhubbetrieb. Die erfindungsgemäße Membranpumpe erlaubt in den verschiedensten Anwendungen das Fördern von Flüssigkeiten mit einem Viskositätsbereich von 0,001 Pas bis 10 Pas, bevorzugt 0,001 bis 5 Pas und besonders bevorzugt von Flüssigkeiten mit einer Viskosität von 0,001 bis 2 Pas.The diaphragm pump according to the invention consisting of the pump head according to the invention and the decentralized control unit allows conveying small volumes per unit time, has a high short-term dosing accuracy based on the individual Dosierhub, shows a good intake behavior, can promote even in non-flooded state of the pump head against pressure and allowed also at any time the partial lift operation. The membrane pump according to the invention allows in various applications, the conveyance of liquids having a viscosity range of 0.001 Pas to 10 Pas, preferably 0.001 to 5 Pas and more preferably of liquids having a viscosity of 0.001 to 2 Pas.
Die durch Dreh- oder Hubbewegung in axialer Richtung bewegliche Scheibe (1001) im Steuerraum der Pumpkammer (21 1) ermöglicht, dass der maximale Hubweg der fördernden Pumpenmembran (204) variiert wird, so dass ein Pumpen in einem Teilhubbetrieb möglich ist. Zusätzlich erfolgt eine weitere Reduzierung der Membranbelastung, so dass je nach eingesetztem elastischen Material die auftretende Verformung durch Veränderung des Membran-Hubweges reduziert wird. Vorzugsweise verringert die bewegliche Scheibe den Verformungsweg im entlasteten Zustand.The disk (1001) which can be moved in the axial direction by rotary or lifting movement in the control chamber of the pumping chamber (21 1) allows the maximum stroke of the pumping diaphragm (204) to be varied, so that pumping in a partial lifting operation is possible. In addition, there is a further reduction of the membrane load, so that depending on the elastic material used, the deformation occurring is reduced by changing the membrane stroke. Preferably, the movable disc reduces the deformation path in the unloaded state.
Die axial bewegliche Wand (1001) innerhalb des Steuerraumes der Pumpkammer variiert die Membranbewegung in axialer Richtung in einem Bereich von 1 % bis zu 100 % des konstruktiv größten Hubweges, bevorzugt erfolgt die Begrenzung von 10 % bis 100 % und besonders bevorzugt erfolgt die Begrenzung in einem Bereich von 20 % bis 100%> des Hubweges, ohne dabei das Totraumvolumen der Pumpkammer zu vergrößern.The axially movable wall (1001) within the control chamber of the pumping chamber varies the membrane movement in the axial direction in a range of 1% up to 100% of the design stroke, preferably the limitation of 10% to 100% and especially Preferably, the limitation is in a range of 20% to 100%> of the stroke without increasing the dead space volume of the pumping chamber.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Fläche der beweglichen Scheibe geringfügig kleiner als die Fläche der förderaktiven Membran. Geringfügig im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet, dass die der Membran zugewandte Fläche der axial-beweglichen Scheibe eine Größe von 60 % der förderaktiven Membranfläche hat, bevorzugt eine Größe von 61 % bis 80 % und besonders bevorzugt eine Größe von 81% bis zu 95% bezogen auf die förderaktive Membranfläche. Damit wird die elastische Membran im Betrieb großflächig gestützt und die Dosiergenauigkeit erhöht.According to the present invention, the area of the movable disk is slightly smaller than the area of the active-active membrane. Slight in the sense of the present invention means that the membrane-facing surface of the axially movable disc has a size of 60% of the active membrane surface, preferably a size of 61% to 80% and particularly preferably a size of 81% to 95% based on the active membrane surface. Thus, the elastic membrane is supported over a large area during operation and increases the dosing accuracy.
Die Stange (1002) erlaubt die bewegliche Scheibe (1001) von außerhalb der Membranpumpe zu verstellen indem diese durch die äußere Platte (205) hindurchgefühlt wird. Die Verstellung erfolgt durch Rotations- oder Hubverstellungen beispielsweise, manuell, motorisch, hydraulich, pneumatisch oder piezo-betrieben, wodurch eine automatische Feineinstellung des Teilhubes vorgenommen werden kann. Die Stange kann beispielsweise eine Gewindestange sein oder ohne Gewinde als Zylinderstange oder auch als Vierkantstange ausgeführt sein. Die bewegliche Scheibe bzw. die Stange wird mit einer Dichtung zur Platte (205) nach aussen gedichtet, so dass der Steuerraum mit Druck beaufschlagt werden kann.The rod (1002) allows the movable disc (1001) to be adjusted from outside the diaphragm pump by feeling it through the outer plate (205). The adjustment is done by rotation or stroke adjustments, for example, manually, motor, hydraulic, pneumatic or piezo-operated, whereby an automatic fine adjustment of the partial stroke can be made. The rod may for example be a threaded rod or be executed without a thread as a cylinder rod or as a square rod. The movable disc or the rod is sealed with a seal to the plate (205) to the outside, so that the control chamber can be pressurized.
Die axiale Scheibenverstellung innerhalb des Steuerraumes der Pumpkammer kann in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung über die Stange (1002) auch automatisch bzw. ferngesteuert erfolgen, wenn ein elektrisch betriebener Motor, ein hydraulischer oder ein pneumatischer Stellantrieb montiert wird.The axial disc adjustment within the control chamber of the pumping chamber can in a preferred embodiment of the invention via the rod (1002) also be carried out automatically or remotely controlled when an electrically operated motor, a hydraulic or a pneumatic actuator is mounted.
Je nach Wahl der zweckmässigen Verstellmöglichkeit der beweglichen Scheibe kann es vorteilhaft sein die Absperrkammern auch elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch zu betätigen.Depending on the choice of the appropriate adjustment of the movable disc, it may be advantageous to actuate the shut-off chambers also electrically, hydraulically or pneumatically.
Ein automatisch einstellbarer Teilhub der Pumpmembranen bildet einen Aktor, so dass in Kombination mit z.B. einem Durchflusssensor eine Durchflussregelung aufgebaut werden kann.An automatically adjustable partial lift of the pumping membranes forms an actuator, so that in combination with e.g. a flow sensor, a flow control can be established.
Die eingestellte Förderleistung der pneumatischen Pumpe, kann beispielsweise gravimetrisch kontrolliert werden. Entstehen Abweichungen von der vorgegebenen Dosierleistung, sendet der Wägesensor ein Signal zum überwachenden Regler, und der Regler ein Steuersignal zum Verstell- Antrieb, der an der Stange der beweglichen Scheibe (1001) befestigt ist und die Scheibe im Pumpensteuerraum in axialer Richtung verstellt und so eine Veränderung des Pumpenhubvolumens vornimmt damit eine Korrektur der Pumpen-Förderleistung erfolgt. Die im Steuerraum eingesetzte axial bewegliche Scheibe (1001) kann zur Membranseite unterschiedliche Formen haben. Die Scheibe kann die Form einer ebenen Zylinderscheibe (Fig. 2a), eines stumpfen Kegels (Fig. 2b) oder die Form eines Kugelabschnittes (Fig. 2c) haben. Insbesondere eine zur Pumpkammer angepasste Scheibenform hat Vorteile dahingehend, dass bei maximaler Verstellung der beweglichen Scheibe die zuführenden und abführenden Verbindungskanäle (208/209) der Pumpkammer verschlossen werden.The set delivery rate of the pneumatic pump, for example, can be controlled gravimetrically. If deviations from the specified dosing, arise the weighing sensor sends a signal to the monitoring controller, and the controller a control signal to the adjustment drive, which is attached to the rod of the movable disc (1001) and the disc in the pump control chamber in the axial direction adjusted and so Changing the pump stroke volume makes a correction of the pump flow rate. The axially movable disk (1001) used in the control chamber can have different shapes to the membrane side. The disk may be in the form of a flat cylindrical disk (Figure 2a), a blunt cone (Figure 2b) or the shape of a spherical section (Figure 2c). In particular, a disk shape adapted to the pumping chamber has advantages in that, with maximum adjustment of the movable disk, the feeding and discharging connection channels (208/209) of the pumping chamber are closed.
Die axial bewegliche Scheibe (1001) ist mit Öffnungen oder Bohrungen (1007) versehen und gegebenenfalls zusätzlich auf der Membran abgewandten Seite mit einem konzentrisch erhabenen Ring (1008) versehen, so dass bei vollständiger Rückstellung der Scheibe der pneumatische Anschluss nicht verschlossen werden kann. Die bewegliche Scheibe (Fig. 2c) mit einseitig verlängerter Stange ist einseitig gebohrt, um den direkten Anschluss der Steuerenergie an der beweglichen Scheibe zu ermöglichen.The axially movable disc (1001) is provided with openings or bores (1007) and optionally additionally provided on the side facing away from the membrane with a concentrically raised ring (1008), so that upon complete recovery of the disc, the pneumatic connection can not be closed. The movable disc (Figure 2c) with unilaterally extended rod is bored on one side to allow the direct connection of the control energy to the movable disc.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Membranpumpe so ausgestaltet, dass die bewegliche Scheibe (1001) membranseitig eben ist oder einen stumpfen Kegel zeigt oder der produktseitigen Pumpkammer angepasst und mit mehreren Bohrungen (1007) versehen ist.In a preferred embodiment, the diaphragm pump is designed such that the movable disc (1001) is flat on the diaphragm side or shows a blunt cone or is adapted to the product-side pumping chamber and provided with a plurality of bores (1007).
Gegenüber der Membranpumpe gemäß DE-A 102 16 146 zeigt diese erfindungsgemäß verbesserte Membranpumpe ein einfacheres Einstellen bzw. Variieren des Hubvolumens, eine verringerte Pulsation und einen gleichmässiger geförderten Volumenstrom. Die Anwendung des Teilhubbetriebes gilt für Pumpkammern mit einem Hubvolumen von größer 5 μl/ Hub bis zu 1000 000 μl/Hub. Die erfmdungsgemäße Membranpumpe ist aufgrund unterschiedlicher Korrosionsanforderungen in der chemischen Industrie aus diversen resistenten Werkstoffen preiswert herstellbar.Compared to the diaphragm pump according to DE-A 102 16 146, this invention improved diaphragm pump shows a simpler setting or varying the stroke volume, a reduced pulsation and a uniform flow rate promoted. The application of the partial stroke operation applies to pumping chambers with a stroke volume of greater than 5 μl / stroke up to 1000 000 μl / stroke. The erfmdungsgemäße diaphragm pump is inexpensive to produce due to different corrosion requirements in the chemical industry from various resistant materials.
Die Auslegung der Steuerung oder Antriebstechnik der erfϊndungsgemäßen Membranpumpe hat keinen Einfluss auf die Pumpenkopfgröße und die Integrationsmöglichkeit in einem miniaturisierten Versuchsanlagenaufbau. Die erfindungsgemäße Membranpumpe lässt sich modular aufbauen, so dass durch entsprechende Ergänzungen oder Austausch von Modulteilen, eine leichte Aufgabenanpassung an das zu fördernde Gut erfolgen kann. Die Änderung der Dosierleistung erfolgt ohne dass der Verdrängerweg der Membran bzw. der beweglichen Scheibe (1001) im Pumpenkopf das Totvolumen vergrößert, so dass das angesaugte Flüssigkeitsvolumen zu jeder Zeit vollständig aus dem Pumpenkopf verdrängt wird.The design of the control or drive technology of the diaphragm pump according to the invention has no influence on the pump head size and the possibility of integration in a miniaturized pilot plant setup. The membrane pump according to the invention can be modular, so that can be done by appropriate additions or replacement of modular parts, a slight task adaptation to the material to be conveyed. The change in the dosing without the displacement of the membrane or the movable disc (1001) in the pump head increases the dead volume, so that the aspirated liquid volume is completely displaced from the pump head at any time.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Membranpumpe bzw. des Pumpenkopfes, ist der Steuerdruck auf der Membran in allen Steuerräumen durch einen der Steuereinheit vorgeschalteten Druckregler mindestens um 0,1 bar höher, als der herrschende Druck am Auslasskanal oder am Einlasskanal des Pumpenkopfes, bevorzugt ist der Steuerdruck mindestens um 0,5 bar höher und besonders bevorzugt ist der Steuerdruck um 1 bar höher als der zu erwartende Druck am Auslass- oder am Einlasskanal.In a further preferred embodiment of the diaphragm pump or of the pump head, the control pressure on the diaphragm in all control chambers is at least 0.1 bar higher than the prevailing pressure at the outlet channel by a pressure regulator upstream of the control unit or at the inlet channel of the pump head, preferably the control pressure is at least 0.5 bar higher, and more preferably the control pressure is 1 bar higher than the expected pressure at the outlet or at the inlet channel.
Der höhere Differenzdruck zwischen Auslass- oder Einlasskanal (206, 207) und steuerseitigem Druck stellt das dichte Verschließen der jeweiligen Einlassöffnungen und Auslassöffnungen in den Pump- und Absperrkammem durch die Membran sicher.The higher differential pressure between outlet or inlet channel (206, 207) and control pressure ensures tight closure of the respective inlet openings and outlet openings in the pump and shut-off chambers through the membrane.
Die Membranen (202, 204) bestehen bevorzugt aus einem elastischen Material, insbesondere einem Elastomer, Silikon, Viton®, Teflon® oder einem Kautschuk, insbesondere aus einem elastischen Schichtstoff der mindestens aus zwei miteinander verbundenen Materialschichten mit unterschiedlichen Elastizitätsmodul besteht.The membranes (202, 204) are preferably made of an elastic material, particularly an elastomer, silicone, Viton ®, Teflon ®, or rubber, in particular of an elastic laminate of the at least two interconnected layers of material with different modulus of elasticity is.
Eine bevorzugte Ausführung der Membranen ist dadurch gekennzeichnet, dass diese aus einem elastischen Schichtstoff bestehend aus mindestens zwei miteinander verbundenen Materialschichten mit unterschiedlichem Elastizitätsmodul bestehen. Die einzelnen Schichten werden untereinander verklebt bzw. verbunden. Prinzipiell ist dieses Merkmal auch auf eine Membranpumpe gemäß DE-A 102 16 146 anwendbar.A preferred embodiment of the membranes is characterized in that they consist of an elastic laminate consisting of at least two interconnected material layers with different modulus of elasticity. The individual layers are glued together or connected. In principle, this feature is also applicable to a diaphragm pump according to DE-A 102 16 146.
So kann beispielhaft eine dünne Teflon®-Folie mit einem hochelastischen Kautschuk verbunden werden, um Rückstellungskräfte des Membranschichtstoffes zu erhöhen , und so einen bei der Flüssigkeitsverdrängung verformten Membranschichtstoff mit geringer Hilfsenergie (z.B. durch Vakuumerzeuger) in den ursprünglichen Zustand bis zur begrenzenden Wand zurückzuformen.For example, a thin Teflon® film can be bonded to a highly elastic rubber to increase the restorative forces of the membrane laminate, thereby reforming a liquid displacement deformed low-energy membrane laminate (e.g., by a vacuum generator) to its original condition.
Eine bevorzugte Ausführung der eingesetzten Membranen ist dadurch gekennzeichnet, dass dünne elastische Folien teilweise gekammert sind und die Bauteile bzw. die Komponenten für eine Membran-Kammerung aus korrosionsfesten Werkstoffen bestehen und bis zu 30 % der produktberührten Membranfläche kammem, bevorzugt bis 65 % und besonders bevorzugt bis 80 % der produktberührten Membranfläche kammem.A preferred embodiment of the membranes used is characterized in that thin elastic films are partially chambered and the components or components for membrane chambering made of corrosion-resistant materials and combammem up to 30% of the product-contacting membrane surface, preferably up to 65% and more preferably up to 80% of the product-contacting membrane area.
Die Verwendung einer gekammerten Membran reduziert die bei Belastung auftretende plastische Verformung, so dass bei hoher Belastung die Membranverformung extrem gering ist. Die zwei plattenförmigen Membrankammerelemente (siehe Fig. 3, (1 100, 1 101 )) sind vorzugsweise scheibenförmig, und haben am äußeren Durchmesser einen konzentrischen zur Membranseite ausgebildeten erhabenen Ring (1102, 1 103), so dass große Membran-Flächenanteile eingespannt sind und im gekammerten Bereich keiner Verformungskraft bzw. Dehnkraft unterliegen.The use of a chambered membrane reduces the plastic deformation that occurs during loading, so that under high load the membrane deformation is extremely low. The two plate-shaped diaphragm chamber elements (see Fig. 3, (1 100, 1 101)) are preferably disc-shaped, and have on the outer diameter of a concentric membrane ring formed to the raised side (1102, 1 103), so that large membrane surface portions are clamped and in the chambered area are not subject to any deformation or stretching force.
Vorzugsweise werden Kammerelemente bei einem Membran-Durchmesser von größer 10 mm bis kleiner 1000 mm eingesetzt, vorzugsweise in einem Durchmesserbereich von größer 50 mm bis kleiner 800 mm und besonders bevorzugt in einem Durchmesserbereich von größer 100 mm bis kleiner 500 mm eingesetzt.Preferably, chamber elements are used with a membrane diameter of greater than 10 mm to less than 1000 mm, preferably in a diameter range of greater than 50 mm less than 800 mm and more preferably used in a diameter range of greater than 100 mm to less than 500 mm.
Besonders vorteilhaft ist eine bevorzugte Ausführung der Membranpumpe bzw. des Pumpenkopfes, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpmembran (204) gekammert ist (Fig. 3).Particularly advantageous is a preferred embodiment of the diaphragm pump or the pump head, characterized in that the pumping membrane (204) is chambered (Fig. 3).
Sind große Flächenanteile der Membran gekammert, so kann die produktseitige Fläche (1104) der Membran-Kammerkomponente mit einer elastischen Schicht oder Folie versehen sein, um zuführende und abführende Verbindungskanäle der Pumpkammer dicht zu verschließen (siehe Fig. 3).If large surface portions of the membrane are chambered, the product-side surface (1104) of the membrane-chamber component may be provided with an elastic layer or foil to tightly close the supply and discharge connection channels of the pumping chamber (see FIG. 3).
Sehr große Pumpkammem, die mit gekammerten Membranen versehen sind, können zur Gewichtskompensation, hervorgerufen durch das Gewicht der Kammerelemente, mit einer axialen Führung versehen sein. Die axiale Führung kann alternativ die Funktion der Stange (1002) übernehmen. Die axiale Führung kann eine Hohlstange (Rohr) sein.Very large pump chambers, which are provided with chambered membranes, can be provided with an axial guide for weight compensation, caused by the weight of the chamber elements. The axial guidance may alternatively take over the function of the rod (1002). The axial guide may be a hollow rod (pipe).
Besonders vorteilhaft ist eine bevorzugte Ausführung der Membranpumpe bzw. des Pumpenkopfes, bei der mehrere Absperrkammem eine gemeinsame Membran aufweisen (Fig. 1).Particularly advantageous is a preferred embodiment of the diaphragm pump or of the pump head, in which a plurality of shut-off chambers have a common membrane (FIG. 1).
Eine bevorzugte Ausführung der Membranpumpe bzw. des Pumpenkopfes ist dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpenkopf aus mindestens drei Platten besteht und die Pump- und Absperrkammem durch Vertiefungen in den Platten gebildet sind (Fig. 2).A preferred embodiment of the diaphragm pump or the pump head is characterized in that the pump head consists of at least three plates and the pumping and Absperrkammem are formed by recesses in the plates (Fig. 2).
In einer besonders bevorzugten Bauform besteht die Membranpumpe bzw. der Pumpenkopf aus mindestens drei Platten und die Pump- und Absperrkammem (210, 21 1, 212) sind durch Vertiefungen in der mittleren Platte gebildet.In a particularly preferred design, the diaphragm pump or the pump head consists of at least three plates and the pumping and Absperrkammem (210, 21 1, 212) are formed by depressions in the middle plate.
Eine andere besonders bevorzugte Form der Membranpumpe bzw. des Pumpenkopfes ist dadurch gekennzeichnet, dass dieser/diese aus mindestens drei Platten besteht und die Pump und Absperrkammem (210, 212) durch Vertiefungen (210\ 21 1 ', 212') in den äußeren Platten (201,203,205) gebildet sind.Another particularly preferred form of the diaphragm pump or of the pump head is characterized in that it consists of at least three plates and the pump and Absperrkammem (210, 212) by depressions (210 \ 21 1 ', 212') in the outer plates (201,203,205) are formed.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Membranpumpe bzw. des Pumpenkopfes, befindet sich zumindest im Produktraum der Pumpkammer (21 1) eine Nut (213), die den Scheitelpunkt der Pumpkammer- Vertiefung mit der Auslassoffnung der Pumpkammer verbindet.In a particularly preferred embodiment of the diaphragm pump or the pump head, at least in the product space of the pumping chamber (21 1) is a groove (213) which connects the apex of the pumping chamber depression with the outlet opening of the pumping chamber.
Das Volumen der eingearbeiteten Nut in die Pumpkammer ist mit dem Totraumvolumen der Pumpkammer gleich zu setzen. Durch entsprechende Gestaltung der Kammergeometrie (Kugeldurchmesser und Höhe) ist das Totraumvolumen bezogen auf das Pumpkammervolumen extrem klein, teilweise unter 1 %. In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die der Membran gegenüberliegenden Wände der Steuerräume, zumindest jedoch die Pumpkammer, ein Ausgleichsvolumen in Form einer flächigen Vertiefung auf. Dadurch kann sich die Membrane bei anstehendem Unterdruck in den Steuerraum verformen und sich im Extremfall an die begrenzende Wand des Steuerraumes anschmiegen. Gleichzeitig erfolgt eine Vergrößerung des jeweiligen Produktraumes, jedoch unter Einhaltung der maximalen Membranverformung, (beispielhaft dargestellt in Fig. 1 im Produktraum der Absperrkammer (212)).The volume of the incorporated groove in the pumping chamber is equal to the dead space volume of the pumping chamber. By appropriate design of the chamber geometry (ball diameter and height), the dead space volume with respect to the pumping chamber volume is extremely small, sometimes less than 1%. In a preferred embodiment, the walls of the control chambers opposite the membrane, but at least the pumping chamber, have a compensation volume in the form of a flat depression. As a result, the diaphragm can deform in pending negative pressure in the control room and in extreme cases cling to the limiting wall of the control room. At the same time there is an enlargement of the respective product space, but in compliance with the maximum membrane deformation (shown by way of example in Fig. 1 in the product space of the shut-off chamber (212)).
Werkstoffe wie elastische Kunststoffmembranen unterliegen bei großer Belastung einer Dehnung und bleibenden Verformung. Die bleibende bzw. plastische Verformung hat direkte Auswirkungen auf die Dosiergenauigkeit, insbesondere bei der Betrachtung des einzelnen Dosierhubes. Für eine Präzisionsdosierung mit einer Membrantechnik wurde im Rahmen der Arbeiten zur vorliegenden Erfindung festgestellt, dass die Membranverformung und somit die Höhe der Absperr- und Pumpkammern nicht beliebig groß gewählt werden darf.Materials such as elastic plastic membranes are subject to elongation and permanent deformation under heavy load. The permanent or plastic deformation has direct effects on the dosing accuracy, especially when considering the individual metering stroke. For a precision dosing with a membrane technique was found in the work on the present invention that the membrane deformation and thus the height of the shut-off and pumping chambers must not be arbitrarily large.
Es wurde bei der zweidimensionalen Betrachtung der Vertiefungsgeometrien in den Platten überraschend herausgefunden, dass ausgehend vom eingespannten unbelasteten Zustand bis zur maximalen Membranverformung, zwischen den Platten enge Grenzen eingehalten werden müssen, um eine exakte Flüssigdosierung zu ermöglichen.It was surprisingly found in the two-dimensional consideration of the well geometries in the plates that from the clamped unloaded state to the maximum membrane deformation, narrow limits must be maintained between the plates to allow an accurate liquid dosage.
Im Falle einer Pumpkammergeometrie, wie z.B. in Form des räumlichen Kugelabschnittes, erfolgt die Ermittlung der maximalen Membrandehnung bzw. Membranverformung, indem die Längenänderung zwischen Sehnenlänge und Bogenlänge eines Kreisabschnittes ermittelt wird. Dabei ist die Membran auf Höhe der Sehne des Kreisabschnittes unbelastet und auf Höhe der Bogenlänge des Kreisabschnittes belastet. Bei Kenntnis der Sehnen- und Bogenlänge des Kreisabschnittes kann aus der Längendifferenz von Sehne und Bogen die Membrandehnung ermittelt werden (Fig. 8). In Analogie kann dieses Vorgehen auch auf andere Pump- und Absperrkammergeometrien übertragen werden.In the case of a pumping chamber geometry, such as e.g. in the form of the spatial sphere section, the maximum membrane elongation or membrane deformation is determined by determining the change in length between chord length and arc length of a circular segment. The membrane is unloaded at the level of the chord of the circular section and loaded at the level of the arc length of the circular section. With knowledge of the chord and arc length of the circular segment, the membrane elongation can be determined from the difference in length of the tendon and the arch (FIG. 8). By analogy, this procedure can also be transferred to other pumping and shut-off chamber geometries.
Die maximale Verformung der förderaktiven Membran in die größere produktseitige Vertiefung darf höchstens 20 % betragen, bevorzugt 0,01 % bis 10 % und besonders bevorzugt muss die Verformung 0,01 % bis 5 % betragen, um eine hohe gleichbleibende Membranbewegung und eine hohe Dosiergenauigkeit, insbesondere Kurzzeit-Genauigkeit, zu erhalten.The maximum deformation of the active-active membrane into the larger product-side depression must be at most 20%, preferably 0.01% to 10% and particularly preferably the deformation must be 0.01% to 5% in order to achieve a high constant membrane movement and a high dosing accuracy. especially short-term accuracy, to obtain.
Die ermittelten Membran - Verformungsgrenzen bestimmen deshalb die Höhen der Absperr- und Pumpkammem sowie die durch Membranen gebildeten Steuer- und Produkträume, so dass die Dosiergenauigkeit der erfinderischen Membranpumpe wesentlich im Vergleich zu bekannten Membranpumpen verbessert wird. Das Ausgleichsvolumen beschreibt den Raum, in den sich die vorhandene Membran bei anstehendem Unterdruck hinein verformt. Ist das Ausgleichsvolumen vergrößert und mit einer verstellbaren Scheibe (1001) ausgerüstet, dann hat das Ausgleichsvolumen durch axiale Verstellung der beweglichen Scheibe (1001) keinen Einfluss auf das produktseitige Vertiefungsvolumen der Pumpkammer.The determined membrane deformation limits therefore determine the heights of the shut-off and pump chambers as well as the control and product spaces formed by membranes, so that the dosing accuracy of the inventive diaphragm pump is substantially improved compared to known diaphragm pumps. The compensation volume describes the space into which the existing membrane deforms when the vacuum is applied. If the compensating volume is increased and equipped with an adjustable disc (1001), then the compensating volume due to axial adjustment of the movable disc (1001) has no influence on the product-side recessed volume of the pumping chamber.
Typischerweise sind die Produkträume der Absperrkammem (210, 212) kleiner als der Produktraum der Pumpkammer (211) ausgeführt.Typically, the product spaces of the shut-off chambers (210, 212) are made smaller than the product space of the pumping chamber (211).
In einer besonders bevorzugten Ausfuhrungsform der Membranpumpe bzw. des Pumpenkopfes beträgt das Absperrkammervolumen 5 % bis 50 % des produktseitigen Pumpkammervolumens, bevorzugt 5 % bis 30 % und besonders bevorzugt 5 % bis 20 %. Prinzipiell ist dieses Merkmal auch auf eine Membranpumpe gemäß DE-A 102 16.146 anwendbarIn a particularly preferred embodiment of the diaphragm pump or the pump head, the shut-off chamber volume is 5% to 50% of the product-side pumping chamber volume, preferably 5% to 30% and particularly preferably 5% to 20%. In principle, this feature is also applicable to a diaphragm pump according to DE-A 102 16.146
Der Mittenabstand des jeweils benachbarten Einlasses und des Auslasses jeder Pump- oder Absperrkammer beträgt das zwei- bis zehnfache des größten hydraulischen Durchmessers der jeweiligen Einlass- (240) oder Auslassöffnung (241), bevorzugt beträgt der Mittenabstand das zweifache bis fünffache und besonders bevorzugt das zwei- bis vierfache, ganz besonders bevorzugt das drei- bis vierfache..The center distance of the respectively adjacent inlet and the outlet of each pumping or shut-off chamber is two to ten times the largest hydraulic diameter of the respective inlet (240) or outlet opening (241), preferably the center distance is twice to five times, and more preferably the two - up to four times, most preferably three to four times ..
Der definierte Mittenabstand ist ein wichtiges Funktionsmaß der Kammern. Er sorgt für ein dichtes Verschließen der zu- und abführenden Kanäle bzw. Öffnungen und erhöht das reproduzierbare Fördern von gasförmigen oder flüssigen Substanzen und nimmt Einfluss auf den Miniaturisierungsgrad.The defined center distance is an important functional measure of the chambers. It ensures a tight closing of the incoming and outgoing channels or openings and increases the reproducible delivery of gaseous or liquid substances and influences the degree of miniaturization.
Die Verbindungskanäle (208, 209) zwischen der Pumpkammer und den Absperrkammem sind in einer bevorzugten Ausführung gerade ausgebildet und weisen ein Verhältnis von Kanallänge zum jeweiligen hydraulischen Durchmesser der Kanäle von 0,5 bis 20, bevorzugt 0,5 bis 10, besonders bevorzugt 0,5 bis 5, auf. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Querschnitte der zuführenden Kanäle zur Pumpkammer größer als die abführenden Kanäle bis zum Auslass der erfindungsgemäßen Membranpumpe.The connecting channels (208, 209) between the pump chamber and the Absperrkammem are straight in a preferred embodiment and have a ratio of channel length to the respective hydraulic diameter of the channels from 0.5 to 20, preferably 0.5 to 10, particularly preferably 0, 5 to 5, on. In a preferred embodiment, the cross sections of the feeding channels to the pumping chamber are larger than the discharge channels to the outlet of the diaphragm pump according to the invention.
Eine weitere besonders bevorzugte Form der Membranpumpe bzw. des Pumpenkopfes ist dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungskanäle und Teilabschnitte des Einlass- und Auslasskanals unter einem Winkel α stehen, wobei der Winkel α in einem Bereich von +/- 20 bis 70 Grad, bevorzugt in einem Bereich von +/- 30 bis 60 Grad liegt (Fig. 3b). Der Winkel α wird gemessen vom Scheitelpunkt der tiefsten Stelle der jeweiligen Kammer bis zum zugehörenden Verbindungskanal bzw. Ein- oder Auslasskanal (Fig. 3 b). Die unter einem Winkel stehenden Kanäle und Kanalabschnitte vermindern Strömungsverluste während des Ansaug- und Fördervorgangs. Eine Druckverlustminderung ist besonders vorteilhaft, weil Strömungsvorgänge in der erfindungsgemäßen Membranpumpe bzw. im Pumpenkopf durch sprunghaft wechselnde Veränderungen von Druck und Vakuum eingeleitet werden. Die schräg verlaufenden Verbindungskanäle sowie Einlass- und Auslasskanäle reduzieren während der Förderung die auftretende Scherung, so dass scherempfindliche Substanzen in der Bio- oder Medizintechnik schonend dosiert bzw. gefördert werden. Prinzipiell ist dieses Merkmal auch auf eine Membranpumpe Pumpenkopf gemäss DE-A 102 16 146 anwendbar.Another particularly preferred form of the diaphragm pump or the pump head is characterized in that the connecting channels and sub-sections of the inlet and outlet channel are at an angle α, the angle α in a range of +/- 20 to 70 degrees, preferably in one Range of +/- 30 to 60 degrees (Figure 3b). The angle α is measured from the vertex of the lowest point of the respective chamber to the associated connection channel or inlet or outlet channel (FIG. 3 b). The angled channels and channel sections reduce flow losses during the suction and delivery process. A pressure loss reduction is particularly advantageous because flow processes in the diaphragm pump according to the invention or in the pump head are initiated by abruptly changing changes of pressure and vacuum. The obliquely extending connecting channels and inlet and outlet channels reduce the shear occurring during conveying, so that shear-sensitive substances in biological or medical technology are gently metered or conveyed. In principle, this feature is also applicable to a diaphragm pump pump head according to DE-A 102 16 146.
Das geringe Totraumvolumen zwischen Pump- und Absperrkammem verbessert die Ansaug- leistung der Membranpumpe bzw. des Pumpenkopfes und vermeidet Ablagerungen im Dosieikopf.The small dead volume between the pump and shut-off chamber improves the suction capacity of the diaphragm pump or the pump head and prevents deposits in the dosing head.
Eine weitere besonders bevorzugte Form der Membranpumpe/des Pumpenkopfes ist dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpenkopf aus mindestens drei Platten besteht und mindestens eine äußere Platte temperierbar ausgebildet ist. Prinzipiell ist dieses Merkmal auch auf eine Membranpumpe/Pumpenkopf gemäß DE-A 102 16 146 anwendbar.Another particularly preferred form of the diaphragm pump / pump head is characterized in that the pump head consists of at least three plates and at least one outer plate is formed tempered. In principle, this feature is also applicable to a diaphragm pump / pump head according to DE-A 102 16 146.
Die Temperierung der äußeren Platte erfolgt durch Thermostatisierung oder durch eine elektrische Beheizung mit separater Kühleinrichtung.The tempering of the outer plate is carried out by thermostating or by electrical heating with separate cooling device.
Die vorliegende Erfindung betrifft zudem bevorzugt eine Membranpumpe mit steuerbaren Ventilen und dezentraler Steuereinheit dadurch gekennzeichnet, dass im Pumpenkopf in Durchströmrichtung des Fluids der Einlasskanal mit durchströmter Absperrkammer und Verbindungskanal zur Pumpkammer einen größeren hydraulischen Querschnitt hat als der ableitende Verbindungskanal mit folgender Absperrkammer und Auslasskanal.The present invention also preferably relates to a diaphragm pump with controllable valves and decentralized control unit, characterized in that in the pump head in the flow direction of the fluid, the inlet channel with flowed through the barrier chamber and connecting channel to the pumping chamber has a larger hydraulic cross-section than the dissipative connection channel with the following shut-off chamber and outlet channel.
Die vorliegende Erfindung betrifft besonders bevorzugt eine Membranpumpe mit steuerbaren Ventilen und dezentraler Steuereinheit dadurch gekennzeichnet, dass im Pumpenkopf das Volumen der Pumpkammer (21 1) im Bereich von 0,005 ml bis 1000 ml liegt, bevorzugt von 0,01 ml bis 100 ml und besonders bevorzugt beträgt das Volumen der Pumpkammer 0,1 ml bis kleiner 10 ml.The present invention particularly preferably relates to a diaphragm pump with controllable valves and decentralized control unit characterized in that in the pump head, the volume of the pumping chamber (21 1) in the range of 0.005 ml to 1000 ml, preferably from 0.01 ml to 100 ml and more preferably the volume of the pumping chamber is 0.1 ml to less than 10 ml.
Die vorliegende Erfindung betrifft ganz besonders bevorzugt eine Membranpumpe mit steuerbaren Ventilen und dezentraler Steuereinheit dadurch gekennzeichnet, dass im Pumpenkopf das Totraumvolumen des Produktraumes der Pumpkammer (211) weniger als 20 % ist, bevorzugt weniger als 10 % und besonders bevorzugt weniger als 5 % des Pumpkammervolumens beträgt.The present invention particularly preferably relates to a diaphragm pump with controllable valves and decentralized control unit, characterized in that the dead space volume of the product space of the pumping chamber (211) is less than 20% in the pump head, preferably less than 10% and particularly preferably less than 5% of the pumping chamber volume is.
Eine Leistungserhöhung durch beispielsweise zwei Pumpenköpfe mit steuerbaren Ventilen und dezentraler Steuereinheit bestehend aus drei Platten und in den Trennebenen der Platten befmdliche Vertiefungen mit gemeinsamen Einlass- und Auslasskanälen sowie abgewinkelten Verbindungskanälen zwischen Pump- und Absperrkammem wird in besonderer kompakter Bauweise ermöglicht, indem in der mittleren Platte beidseitig eine Pumpkammer (303, 303') und mindestens zwei Absperrkammem (301,305) eingebracht sind und der Einlasskanal in ansaugender Durchströmrichtung auf einen Querkanal mündet der zwei Absperrkammem (301 , 30T) verbindet, und in ableitender Strömungsrichtung ebenfalls ein Querkanal zwei Absperrkammem (305, 305') verbindet und über den Auslasskanal ein zu fördernder Stoff aus dem Pumpenkopf austreten kann und in Verbindung mit der dezentralen Steuerung die Betätigung aller Pump- und Absperrkammem so geschaltet wird, dass die Funktion einer Doppelmembranpumpe mit steuerbaren Ventilen erbracht wird (Fig. 3a).An increase in output, for example, by two pump heads with controllable valves and a decentralized control unit consisting of three plates and in the parting planes of the plates befmdliche wells with common inlet and outlet channels and angled connecting channels between pump and Absperrkammem is made possible in a special compact design by a pumping chamber (303, 303 ') and at least two Absperrkammem (301,305) are introduced in the middle plate on both sides and the inlet channel in ansaugender flow direction to a transverse channel opens the two Absperrkammem (301, 30T) connects, and in the direction of discharge also a transverse channel two Absperrkammem (305, 305 ') connects and via the outlet channel to be conveyed material from the pump head and in conjunction with the decentralized control, the operation of all pumping and Absperrkammem is switched so that the function of a double diaphragm pump is provided with controllable valves (Fig. 3a).
Die Membranen der Doppelmembranpumpe arbeiten alternierend, so dass das Pulsieren der Fluidströmung nahezu vollständig kompensiert wird.The membranes of the double membrane pump operate alternately, so that the pulsation of the fluid flow is almost completely compensated.
Die jeweils einer Pumpkammer zugeordneten Absperrkammem müssen dabei im Steuerungsablauf zeitlich versetzt angesteuert werden, so dass die auftretenden Pulsationen halbiert werden. Das erfordert einen erweiterten Steuerungsablauf.Each of a pumping chamber associated Absperrkammem have to be controlled offset in time in the control process, so that the pulsations occurring are halved. This requires an extended control flow.
Die drei Platten dieser Membranpumpe gemäß Fig. 3a sind zu Reinigungs- und Reparaturzwecken vorzugsweise lösbar miteinander verbunden.The three plates of this diaphragm pump according to FIG. 3 a are preferably detachably connected to one another for cleaning and repair purposes.
Die Doppelmembranpumpe kann im Bedarfsfall so ausgerüstet werden, dass mindestens eine Pumpkammer mit einer beweglichen Scheibe für einen Teilhubbetrieb ausgerüstet ist.If necessary, the double diaphragm pump can be equipped such that at least one pumping chamber is equipped with a movable disk for a partial lifting operation.
Eine weitere bevorzugte Form der Membranpumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe aus mindestens drei Platten besteht und in der mittleren Platte (Fig. 4 oder Fig. 4a) mindestens eine Pumpkammer vorgesehen ist und zu jeder Pumpkammer mindestens drei kleinere Absperrkammem gehören und jede Absperrkammer einen Verbindungskanal zur Pumpkammer und einen Einlass- oder Auslasskanal für die Zu- oder Ableitung mindestens eines Fluids besitzt und alle Kammern über eine dezentrale Steuereinheit separat ansteuerbar sind.A further preferred form of the diaphragm pump is characterized in that the pump consists of at least three plates and in the middle plate (Fig. 4 or Fig. 4a) at least one pumping chamber is provided and each pumping chamber at least three smaller Absperrkammem belong and each shut-off chamber one Has connecting channel to the pumping chamber and an inlet or outlet channel for the supply or discharge of at least one fluid and all chambers are controlled separately via a decentralized control unit.
Eine Membranpumpe bestehend aus einer Pumpkammer und mindestens drei zugehörenden Absperrkammem, ermöglicht das sequenzielle oder das alternierende Fördern von mindestens zwei verschiedenen Fluiden. So können beispielsweise einem Prozess zwei verschiedene Substanzen mit einer Pumpe zugeführt werden, wobei das Hubverhältnis der zu fördernden Substanzen gleich oder unterschiedlich sein kann. Das Einstellen des Hubverhältnisses erfolgt über die dezentrale Steuereinheit. Die Vorteile des Anwenders bestehen darin, dass mit einer Dosiereinheit, bei niedrigem Investitions- und Montageaufwand sowie bei geringstem Raumbedarf mit einer Pumpeinheit mehrere Substanzen in einem gewünschten Verhältnis einem Prozess zugeführt werden können. Insbesondere bei Anwendungen im pharmazeutischen Bereich, wo geringe Totraumvolumina und eine Sterilisierbarkeit der eingesetzten technischen Komponenten gefordert ist, ist der Einsatz der erfindungsgemäßen Membranpumpe besonders vorteilhaft.A diaphragm pump consisting of a pumping chamber and at least three associated Absperrkammem, allows the sequential or the alternate delivery of at least two different fluids. Thus, for example, a process can be supplied with two different substances with one pump, wherein the stroke ratio of the substances to be conveyed may be the same or different. The setting of the stroke ratio is done via the decentralized control unit. The advantages of the user are that with a dosing unit, with low investment and assembly costs as well as in the smallest space requirement with a pumping unit several substances in a desired ratio can be supplied to a process. In particular, in applications in the pharmaceutical field, where low dead space volumes and a sterilizability of the technical components used is required, the use of the membrane pump according to the invention is particularly advantageous.
In einer alternativen Ausführungsform wird die erfindungsgemäße Membranpumpe bzw. der erfindungsgemäße Pumpenkopf als Förder- und Entnahmevorrichtung eingesetzt. In diesem Fall eignet sich die erfindungsgemäße Membranpumpe bzw. der erfindungsgemäße Pumpenkopf zur Probenentnahme von Flüssigkeiten oder Gasen aus geschlossenen Apparaturen.In an alternative embodiment, the diaphragm pump or pump head according to the invention is used as a conveying and removal device. In this case, the diaphragm pump according to the invention or the pump head according to the invention is suitable for sampling liquids or gases from closed apparatus.
In Fig. 7 ist beispielhaft eine Pumpenverschaltung zur Probenahme und ^-aufbereitung dargestellt. Zwei Membranpumpen (700, 700") nach Fig.4, 4a (400) sind mit einer Mischkammer (701) kombiniert, so dass alle funktioneilen Teile in den drei, jedoch vergrößerten, Pumpenplatten eingebracht sind. Die Membranpumpen haben eine Pumpkammer (702, 702') und jede Pumpkammer hat vier zugeordnete Absperrkammem (703, 704, 705, 706 und 703',704",705',706'). Den Absperrkammem sind jeweils Einlasskanäle und Auslasskanäle (in der Fig. 7 mit Flusspfeilen gekennzeichnet) zugeordnet. Für eine automatisierte Probenahme mit anschließender Aufarbeitung und Abtransport zu einem angeschlossenen Analysegerät sind in der Figur 7 alle Komponenten dargestellt. Verzichtet wurde auf die Darstellung der Steuereinheit zur separaten Ansteuerung der Kammern und auf eine Schnittdarstellung der drei Platten.In Fig. 7 a pump displacement circuit for sampling and Treatment ^ is exemplified. 4, 4a (400) are combined with a mixing chamber (701) so that all functional parts are incorporated in the three, but enlarged, pump plates. 702 ') and each pump chamber has four associated shut-off chambers (703, 704, 705, 706 and 703', 704 ", 705 ', 706'). The shut-off chambers are each assigned inlet channels and outlet channels (marked with flow arrows in FIG. 7). For an automated sampling with subsequent processing and removal to a connected analyzer all components are shown in FIG. It was dispensed with the representation of the control unit for separate control of the chambers and a sectional view of the three plates.
Aus der Fig.7 ist zu erkennen, dass eine Substanzprobe angesaugt werden kann, wenn Einlasskanal (707) und Auslasskanal (708) an einem Reaktor angeschlossen sind. Über Einlasskanal (707), Ansaugventil (704), Pumpkammer (702), Druckventil (705) und Auslasskanal (708) der Pumpe (700) kann ständig eine Substanzmenge aus dem Reaktionsgefäß umgepumpt werden. Zu einem gewünschten Zeitpunkt schaltet die Steuerung beispielsweise um, so dass Druckventil (705) schließt und Ventil (706) öffnet und mit dem bekannten Pumpkammervolumen eine definierte Substanzmenge durch den Auslasskanal des Ventils (706) in die Mischkammer (701) überführt wird. Sobald die Probe überführt ist startet die Pumpe (700') um ebenfalls einen Umpumpkreislauf zur Mischkammer zu erzeugen. Dabei ist der Einlasskanal des Ventils (704') und der Auslasskanal des Ventils (705') mit der Mischkammer verbunden. Die Pumpe (700) kann nun, parallel zum in Betrieb genommenen Umpumpkreislauf der Mischkammer, über Einlasskanal (709) und Ventil (703) bei gleichzeitig geschlossenem Ventil (704) beispielhaft ein zusätzliches Verdünnungsmittel in die Mischkammer fördern, welches mit der Substanzprobe dort vermischt wird. Nach dem Mischprozess durch Pumpe (700') wird die verdünnte Substanzprobe zu einem möglichen Analysegerät gefördert. Dabei schließt das Ventil (705') und das Ventil (706') öffnet. Aufgrund der Summe aller zuführenden Pumphübe zur Mischkammer, kann mit gleicher Hubzahl die aufbereitete Probe über Auslasskanal (710) ausgeschleust und zur Analyse gefördert werden. Des Weiteren ist der Einlasskanal (709) verlängert bis zum Ventil (703'), so dass auch die zweite Pumpe nach dem Probentransport mit Verdünnungsmittel gespült werden kann, wenn entsprechende Ventile geschaltet werden.It can be seen from FIG. 7 that a substance sample can be sucked in if inlet channel (707) and outlet channel (708) are connected to a reactor. Through inlet channel (707), suction valve (704), pumping chamber (702), pressure valve (705) and outlet channel (708) of the pump (700), a constant amount of substance can be pumped out of the reaction vessel. At a desired time, for example, the controller switches so that pressure valve (705) closes and valve (706) opens and a defined amount of substance is transferred through the outlet channel of the valve (706) into the mixing chamber (701) with the known pumping chamber volume. Once the sample has been transferred, the pump (700 ' ) starts to also generate a pump circulation to the mixing chamber. In this case, the inlet channel of the valve (704 ') and the outlet channel of the valve (705') is connected to the mixing chamber. The pump (700) can now, in parallel to the put into operation Umpumpkreislauf the mixing chamber, via inlet channel (709) and valve (703) while the valve closed (704) promote an additional diluent in the mixing chamber, which is mixed with the substance sample there , After the mixing process by pump (700 '), the diluted substance sample becomes a possible Analyzer promoted. The valve (705 ') closes and the valve (706') opens. Due to the sum of all feeding pump strokes to the mixing chamber, the treated sample can be discharged via outlet channel (710) with the same number of strokes and conveyed for analysis. Furthermore, the inlet channel (709) is extended to the valve (703 '), so that also the second pump can be flushed after the sample transport with diluent, when corresponding valves are switched.
Die Förder- und Entnahmevorrichtung weist ein geringes Totraumvolumen auf.The delivery and removal device has a low dead space volume.
Dieses geringe Totraumvolumen ist notwendig damit durch Ablagerung und Alterung der entnommenen Substanzen das Analysenergebnis nicht durch Altsubstanzen verfälscht wird, die produktbeaufschlagten Kanäle nicht verstopfen und eine hohe betriebliche Verfügbarkeit gegeben ist.This small dead space volume is necessary so that the analysis result is not falsified by old substances due to deposition and aging of the substances removed, the product-loaded channels are not blocked and a high operational availability is given.
Die erfindungsgemäße Fördervorrichtung gestattet eine exakte Probenentnahme und eine anwendernahe volumetrische Förderung von Flüssigkeiten, Gasen, bzw. verflüssigten Druckgasen. Sie ist für diese Zwecke besonders vorteilhaft, weil das Hubvolumen des Pumpenkopfes leicht an betriebliche Anforderungen anpassbar ist, insbesondere dann, wenn Pumpkammem mit verstellbarer Scheibe für einen Teilhubbetrieb ausgestattet werden.The conveying device according to the invention allows an exact sampling and a user-related volumetric delivery of liquids, gases, or liquefied compressed gases. It is particularly advantageous for this purpose, because the stroke volume of the pump head is easily adaptable to operational requirements, especially when Pumpkammem be equipped with adjustable disc for a Teilhubbetrieb.
Die erfindungsgemäße Membranpumpe/Fördervorrichtung wird mittels einer dezentralen elektro- pneumatischen Steuereinheit betrieben, die mit auseichend vielen Anschlussmöglichkeiten zur Steuerung aller benötigten Pump- und Absperrkammem versehen ist.The membrane pump / conveyor according to the invention is operated by means of a decentralized electro-pneumatic control unit, which is provided with a sufficient number of connection options for controlling all required pumping and Absperrkammem.
Die Kombination von mindestens einer Pump- und zugehörenden Absperrkammem mit Verweil-, Misch- und Trennkammern und aufgabenspezifischer Sensorik bietet die Möglichkeit kleine und kompakte Funktionseinheiten zu bilden, die flüssige oder gasförmige Substanzen mit ihren Eigenschaften messen, behandeln, aufbereiten und analysieren. Die Funktionseinheiten haben kleine Abmessungen und können daher in- analytischen und in medizinischen Geräten leicht integriert werden. Besonders vorteilhaft ist, das nur geringe Totraumvolumen vorhanden sind und nur geringe Substanzmengen verarbeitet werden.The combination of at least one pumping and associated shut-off chamber with dwell, mixing and separation chambers and task-specific sensors offers the possibility of forming small and compact functional units that measure, treat, process and analyze their properties with liquid or gaseous substances. The functional units have small dimensions and can therefore be easily integrated into analytical and medical devices. It is particularly advantageous that only small dead space volumes are present and only small amounts of substance are processed.
Eine dezentrale elektro-pneumatische Steuereinheit wie in Fig. 1 ermöglicht aber auch eine synchrone Ansteuerung mehrerer Pumpenköpfe. Der parallele Betrieb mehrerer Pumpenköpfe mit nur einer Steuereinheit ermöglicht den wirtschaftlichen Einsatz der erfindungsgemäßen Membranpumpe/Fördervorrichtung beispielsweise in Abfüllanlagen oder Abfüllvorrichtungen. Die Erfindung betrifft deshalb auch Abfüllanlagen oder Abfüllvorrichtungen, die wenigstens eine erfindungsgemäße Membranpumpe enthalten. Eine dezentrale elektro-pneumatische Steuereinheit ermöglicht auch eine zeitlich versetzte Ansteuerung einzelner Pumpenköpfe, so dass im parallelen Betrieb mehrerer Pumpen eine reduzierte Pulsation auftritt.However, a decentralized electro-pneumatic control unit as in FIG. 1 also allows a synchronous control of a plurality of pump heads. The parallel operation of several pump heads with only one control unit allows the economical use of the membrane pump / conveyor according to the invention, for example in filling or filling. The invention therefore also relates to filling plants or filling devices which contain at least one membrane pump according to the invention. A decentralized electro-pneumatic control unit also allows a staggered control of individual pump heads, so that a reduced pulsation occurs in the parallel operation of several pumps.
Durch die erfindungsgemäße Membranpumpe mit dezentraler elektro-pneumatischer Steuereinheit und verstellbarer Scheibe im Steuerraum der Pumpkammer ist ein wirtschaftlicher Einsatz bei gleichzeitig niedrigen Investitionskosten möglich. Das wird insbesondere sichtbar, wenn wechselnde Aufgabenstellungen unterschiedlich große Förderströme verlangen, die mit einem Pumpen- kopftyp nicht abgedeckt werden können. Bei unterschiedlich großen Förderströmen muss nur der Pumpenkopf ausgetauscht werden, während der Steuerungsteil unverändert bleibt. Der Austausch des Pumpenkopfes erfolgt durch einfaches Abklemmen der pneumatischen Steuerleitungen.The inventive diaphragm pump with decentralized electro-pneumatic control unit and adjustable disc in the control chamber of the pumping chamber is an economical use with low investment costs possible. This is especially visible when changing tasks require different sized flow rates that can not be covered with a pump head type. With different flow rates, only the pump head needs to be replaced while the control part remains unchanged. The replacement of the pump head is done by simply disconnecting the pneumatic control lines.
Die Steuerung für das Fördern mit der Membranpumpe ist bevorzugt so durchzuführen, dass ein Förderhub aus mindestens vier einzelnen hintereinander folgenden Steuerschritten besteht und jeder einzelne Steuerschritt mit einem zwischengeschalteten bzw. zugeordneten konstanten oder variierbaren Zeitglied zum darauf folgenden Steuerschritt getrennt ist und die Förder- bzw. Dosier leistung der Pumpe durch das Verändern von mindestens einem Zeitglied variiert werden kann.The control for conveying with the diaphragm pump is preferably carried out so that a delivery stroke consists of at least four individual successive control steps and each control step is separated with an intermediate or associated constant or variable timer for subsequent control step and the conveyor or Metering power of the pump can be varied by changing at least one timer.
Die zwischen den Steuerschritten eingeflochtenen Zeitglieder stellen sicher, dass die pneumatisch ausgelösten Teilschritte des Pumphubes exakt und vollständig durchgeführt werden und die einzelnen Schritte reproduzierbar ablaufen. Das synchrone Verändern aller Zeitglieder zur Regulierung der Förderleistung sorgt für eine einfache bedienerfreundliche Handhabung der Pumpe.The timers interwoven between the control steps ensure that the pneumatically triggered substeps of the pumping stroke are carried out accurately and completely and that the individual steps are reproducible. The synchronous modification of all timing elements for regulating the delivery rate ensures a simple, user-friendly handling of the pump.
Die zur Steuerung gehörenden Zeitglieder T betragen vorzugsweise 0,001 Sekunden bis 100 Sekunden, bevorzugt liegt der Bereich zwischen 0,03 Sekunden bis 30 Sekunden und besonders bevorzugt beträgt das Zeitglied 0,03 Sekunden bis 10 Sekunden.The timing elements T belonging to the control are preferably 0.001 seconds to 100 seconds, preferably the range is between 0.03 seconds to 30 seconds, and more preferably the timer is 0.03 seconds to 10 seconds.
Die Zeitglieder stellen sicher, dass die schnellen elektronischen Steuerungs-Signale (Signallaufzeit) die langsameren pneumatischen Arbeitsvorgänge zur Auslenkung der Membranen und dadurch die hydraulischen Verdrängungsvorgänge auf der produktberührten Seite der Membran nicht vorzeitig abgebrochen werden. Insbesondere wenn viskose Substanzen mit einer Viskosität von 0,1 mPas bis 5000 mPas gefördert werden, benötigen die fluiddynamischen Vorgänge mehr Zeit als die elektronisch ausgelösten Signale der Steuerung.The timers ensure that the fast electronic control signals (signal transit time) do not prematurely discontinue the slower pneumatic operations to deflect the diaphragms and thereby the hydraulic displacement operations on the product contacted side of the diaphragm. In particular, when viscous substances are promoted with a viscosity of 0.1 mPas to 5000 mPas, the fluid dynamic processes take more time than the electronically triggered signals of the controller.
Der Dosierzyklus besteht bevorzugt aus mindestens vier Steuerschritten und hat mindestens zwei unterschiedliche Zeitglieder, von denen nur ein Zeitglied veränderbar ist und zur Regulierung des Pumpenzyklusses benutzt wird. Zur zeitlichen Optimierung des Pumpzyklusses einer erfindungsgemäßen Membranpumpe können die pneumatischen Offnungs- und Schließvorgänge der Membranen in den Absperrkammem mit einem nicht verstellbaren kleineren Zeitglied versehen werden und ein variierbares Zeitglied für die AUF/ZU- Schaltung der mittleren größeren Pumpkammer genutzt werden.The dosing cycle preferably consists of at least four control steps and has at least two different timers, of which only one timer is variable and is used to regulate the pumping cycle. To optimize the timing of the pumping cycle of a diaphragm pump according to the invention, the pneumatic opening and closing operations of the diaphragms in the shut-off chamber can be provided with a non-adjustable smaller timer and a variable timer can be used for the open / close circuit of the central larger pumping chamber.
Verschiedene Zeitglieder sind insbesondere dann vorteilhaft, wenn das Volumen der Absperrkammem kleiner ist als das Volumen der Pumpkammer.Different timers are particularly advantageous if the volume of Absperrkammem is smaller than the volume of the pumping chamber.
Insbesondere ausgehend von der elektro-pneumatischen Steuerung und den wechselnden pneumatischen Zuständen in den Steuerleitungen und -räumen der Membranpumpe, zwischen Unterdruck (Vakuum) bzw. einen drucklosen Zustand für den Öffnungsvorgang und erhöhtem Druck für den Schließvorgang der Kammern, ist es vorteilhaft mit verschiedenen Zeitgliedem zu arbeiten und somit die Leistungsfähigkeit der Pumpe zu steigern.In particular, starting from the electro-pneumatic control and the changing pneumatic states in the control lines and spaces of the diaphragm pump, between negative pressure (vacuum) or a non-pressurized state for the opening operation and increased pressure for the closing of the chambers, it is advantageous with different Zeitgliedem to work and thus increase the performance of the pump.
Jedes Zeitglied ist in einer besonders bevorzugten Betriebsweise größer als die benötigte Schaltzeit der zugeordneten elektro-pneumatischen Mehrwege-Ventile in der Steuereinheit.Each timer is in a particularly preferred mode of operation greater than the required switching time of the associated electro-pneumatic multi-way valves in the control unit.
In einer besonderen Ausführung der Steuerung ist das zugeordnete Zeitglied für die Membranen der Absperrkammem 0,01 bis 0,15 Sekunden und bevorzugt 0,01 bis 0,075 Sekunden und besonders bevorzugt 0,01 bis 0,05 Sekunden.In a particular embodiment of the controller, the associated timer for the diaphragms of the shut-off chambers is 0.01 to 0.15 seconds and preferably 0.01 to 0.075 seconds, and more preferably 0.01 to 0.05 seconds.
An der elektronischen und der elektro-pneumatischen Steuereinheit sind bevorzugt mindestens zwei Membranpumpen parallel angeschlossen.At the electronic and the electro-pneumatic control unit preferably at least two diaphragm pumps are connected in parallel.
Eine elektro-pneumatische Steuereinheit kann parallel mehrere Membranpumpen ansteuern, so dass die Pumpen mit gegebenenfalls unterschiedlichen großen Pumpkammem synchron verschiedene Substanzen in unterschiedlicher Menge zeitgleich dosieren können.An electro-pneumatic control unit can control a number of diaphragm pumps in parallel, so that the pumps, with optionally different large pumping chambers, can simultaneously dose different substances in different amounts at the same time.
Die Dicke der elastischen Membran ist bevorzugt größer als 0, 1 mm und kleiner als 5 mm und die Höhe der Pump- und Absperrkammer im Bereich des Scheitelpunktes der Kammer (größte Ausdehnung über der Membran) ist kleiner als das 10-fache der Membrandicke, bevorzugt kleiner als das 5-fache der eingesetzten Membrandicke.The thickness of the elastic membrane is preferably greater than 0, 1 mm and less than 5 mm and the height of the pumping and shut-off chamber in the region of the vertex of the chamber (largest dimension above the membrane) is less than 10 times the membrane thickness, preferably less than 5 times the membrane thickness used.
Die konkaven Vertiefungen in den Platten können verschiedene geometrische Formen haben, wie z.B. die eines Zylinders, eines Kugelabschnittes oder eines Kegelstumpfes.The concave depressions in the plates may have different geometric shapes, e.g. that of a cylinder, a sphere section or a truncated cone.
Eine Variante der Membranpumpe bzw. des Pumpenkopfes besteht bevorzugt aus einer pneumatisch gesteuerten Pumpkammer, kombiniert mit zwei magnetbetriebenen Ventilen als Absperrkammem. Die in der Membranpumpe bzw. im Pumpenkopf eingesetzten Membranen sind vorzugsweise im Durchmesser größer ausgelegt als der Durchmesser der durch die Kammern in der Trennebene der Platten gebildet wird und besonders bevorzugt ist der Membrandurchmesser mindestens um 20 % größer.A variant of the diaphragm pump or of the pump head preferably consists of a pneumatically controlled pumping chamber combined with two solenoid-operated valves as shut-off chambers. The membranes used in the membrane pump or in the pump head are preferably designed to be larger in diameter than the diameter formed by the chambers in the parting plane of the plates, and more preferably the membrane diameter is at least 20% larger.
In einer weiteren alternativ bevorzugten Ausführungsform werden metallische Membranen als Pumpmembran verwendet und eingelegt oder unlösbar mit einer der Platten, insbesondere einer äußeren Platte schweißtechnisch verbunden.In a further alternative preferred embodiment, metallic membranes are used as pumping membrane and inserted or inextricably connected by welding with one of the plates, in particular an outer plate.
In einer weiteren besonderen Ausführungsform ist ein Pulsationsdämpfer in Strömungsrichtung hinter der druckseitigen Absperrkammer, insbesondere im Bereich des Auslasskanals der Membranpumpe bzw. des Pumpenkopfes angebracht.In a further particular embodiment, a pulsation damper is mounted downstream of the pressure-side shut-off chamber, in particular in the region of the outlet channel of the diaphragm pump or of the pump head.
In einer weiteren besonderen Ausführungsform ist die Membranpumpe bzw. der Pumpenkopf mit einem integrierten federbelasteten Überströmventil ausgerüstet, um einen internen Produktkreislauf im Pumpenkopf zu erzeugen. Falls der angeschlossene Steuerungsdruck größer ist als der erwünschte Pumpendruck wird eine integrierte Entspannungsmöglichkeit von der Pumpendruckseite zur Pumpensaugseite geschaffen.In a further particular embodiment, the diaphragm pump or the pump head is equipped with an integrated spring-loaded overflow valve in order to produce an internal product circuit in the pump head. If the connected control pressure is greater than the desired pump pressure, an integrated expansion possibility is created from the pump pressure side to the pump suction side.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführung sind in den drei starren Platten mindestens zwei Pumpeneinheiten, bestehend aus zwei Pumpkammem mit zugehörenden vier Absperrkammem zur Bildung eines Pumpensatzes nebeneinander angeordnet.In a further particularly preferred embodiment, at least two pump units consisting of two pump chambers with associated four shut-off chambers for forming a pump set are arranged next to one another in the three rigid plates.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Pumpensatz bestehend aus zwei oder mehr Membran- oder Doppelmembranpumpen, wobei die erfindungsgemäßen Membranpumpen eine gemeinsame Steuereinheit aufweisen.The invention also relates to a pump set consisting of two or more membrane or double diaphragm pumps, wherein the diaphragm pumps according to the invention have a common control unit.
Bevorzugt ist ein Pumpensatz, bei dem die Pumpenköpfe mindestens eine gemeinsame durchgehende Platten aufweisen die lösbar zueinander verbunden sind.Preferred is a pump set in which the pump heads have at least one common continuous plates which are detachably connected to each other.
In einer bevorzugten Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung eine Membranpumpe, die als steuerbares Mehrkanal-Membranventil bestehend aus drei Platten genutzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verteilerkammer mit einem Einlasskanal über einen Verbindungskanal ein einzelnes vorgeschaltetes steuerbares Ventil hat und mit mindestens einer Absperrkammer, die einen Auslasskanal hat, verbunden ist und die Kammern gleich große Vertiefungen haben und separat ansteuerbar sind, so dass für die Durchleitung eines Stoffes mindestens zwei Kammern und das vorgeschaltete Ventil gleichzeitig in gewünschter Durchflussrichtung geöffnet sein müssen, und alle Kammern von einer dezentralen elektro-pneumatischen Steuereinheit zeitgesteuert betätigt werden. Erfolgt die Verteilung sequentiell über mehrere Auslasskanäle bietet sich eine vergrößerte Pumpbzw. Verteilerkammer an, so dass die zu verteilende Flüssigkeitsmenge mit Pumphüben jeweils gefördert wird.In a preferred embodiment, the present invention relates to a diaphragm pump, which is used as a controllable multi-channel diaphragm valve consisting of three plates, characterized in that a distribution chamber having an inlet channel via a connecting channel has a single upstream controllable valve and at least one shut-off chamber having a Outlet channel has, is connected and the chambers have the same size recesses and are separately controllable, so that for the passage of a substance at least two chambers and the upstream valve must be opened simultaneously in the desired flow direction, and timed all chambers of a decentralized electro-pneumatic control unit be operated. If the distribution is carried out sequentially over a plurality of outlet channels, an enlarged pump or an additional pump is available. Distribution chamber, so that the amount of liquid to be distributed is pumped with each pumping strokes.
Insbesondere für die gleichmäßige Verteilung von Flüssigkeiten und Gasen auf eine Vielzahl von Verbrauchern eignet sich die erfindungsgemäße Membranpumpe als Mehrkanal-Membranventil, da es eine kompakte Bauform, kleinste Toträume und aufgrund der kleinen Steuerräume geringe Schaltzeiten hat um von der AUF- Stellung in die ZU-Stellung zu gelangen.In particular, for the uniform distribution of liquids and gases to a variety of consumers, the diaphragm pump according to the invention is suitable as a multi-channel diaphragm valve, as it has a compact design, smallest dead spaces and due to the small control rooms low switching times to order from the OPEN position in the ZU- To get a position.
Die erfindungsgemäße Membranpumpe kann als Mehrkanal-Verteilerventil bzw. der Mehrkanal- Verteileφumpe genutzt werden um mehr als zwei verschiedene Flüssigkeiten sequenziell zu einer Vielzahl von Abnahmestellen zu leiten. Dabei werden beispielsweise mindestens zwei Absperrkammem an unterschiedliche Fluidversorgungen angeschlossen, so dass eine Verteilung über die zentrale Verteilerkammer (Pumpkammer) zu einer Vielzahl, mindestens mehr als zwei Absperrkammem mit zugeordneten Auslasskanälen möglich ist. In diesem Fall sind für die sequentielle Fluiddurchleitung drei Kammern geöffnet. Im ruhenden Zustand sind mindestens zwei Kammern des Mehrkanal-Verteilerventils geschlossen (Fig. 6a ). Die Fluidverteilung kann mittels des Pumpensteuerung erfolgen oder alternativ mit einer zeitgesteuerten Verteilung.The membrane pump according to the invention can be used as a multi-channel distribution valve or the multi-channel Verteilileφumpe to pass more than two different liquids sequentially to a variety of delivery points. In this case, for example, at least two shut-off chambers are connected to different fluid supplies, so that distribution via the central distributor chamber (pumping chamber) to a large number, at least more than two shut-off chambers with associated outlet channels is possible. In this case, three chambers are opened for the sequential fluid passage. In the stationary state, at least two chambers of the multichannel distributor valve are closed (FIG. 6a). The fluid distribution can be done by means of the pump control or alternatively with a timed distribution.
Wird die erfindungsgemäße Membranpumpe als Mehrkanal- Verteilerventil für die Verteilung von mindestens zwei verschiedenen Fluiden zu mehreren Verbrauchern eingesetzt, kann auch von sendenden und abgebenden Absperrkammem gesprochen werden.If the diaphragm pump according to the invention is used as a multi-channel distributor valve for the distribution of at least two different fluids to a plurality of consumers, it is also possible to speak of transmitting and emitting shut-off chambers.
Dadurch ist gewährleistet, dass im ruhenden Zustand zwischen mehreren separaten Sendekanälen und mehreren separaten Empfängerkanälen mindesetns eine Sicherheitsabsperrung vorhanden ist.This ensures that in the dormant state between several separate transmission channels and several separate receiver channels mindesetns a safety barrier is present.
Die Membranpumpe bzw. im Falle des Einsatzes der Membranpumpe als Mehrkanal- Verteilerventil oder Mehrkanalventil kann die Betätigung der Membranen in AUF- oder ZU- Stellung pneumatisch, elektrisch oder mit einer Hydraulikflüssigkeit erfolgen.The membrane pump or in the case of use of the diaphragm pump as a multi-channel distribution valve or multi-channel valve, the operation of the membranes in the OPEN or CLOSED position pneumatically, electrically or with a hydraulic fluid.
Mit der erfindungsgemäßen Membranpumpe mit ansteuerbarem Ansaug- und Druckventil bzw. ansaugseitiger und druckseitiger Absperrkammer können je nach Ausführungsgröße sehr kleine Volumenströme von beispielsweise lμl / Hub aber auch Volumenströme bis in den ml-Bereich pro Hub reproduzierbar gefördert werden. Besonders vorteilhaft ist der getrennte Aufbau zwischen eigentlicher Pumpeinheit bzw. Pumpenkopf und der dezentralen elektrischen bzw. elektro- pneumatischen Steuereinheit. Dadurch ist der erforderliche Platzbedarf für ein kontinuierlich arbeitendes Förder- bzw. Dosiergerät in einer miniaturisierten Versuchsanlage für Screening- Arbeiten sehr gering. Dieses Pumpenprinzip arbeitet ohne mechanisches Getriebe und die benötigten Bauteile des Pumpenkopfes haben keine dynamische Funktion, bis auf das Auslenken der Membran im Bereich der Absperr- und Pumpkammer. Somit ist selbst für eine miniaturisierte Ausführung der Pumpenbauteile keine Präzisionsfertigung nötig. Mechanische Störungseinflüsse sind aufgrund fehlender mechanisch beweglicher Teile nicht vorhanden und die Fertigungskosten sind für diesen reproduzierbar arbeitenden Membranpumpenkopf erheblich minimiert. Die Pumpe benötigt lediglich eine Strom- und eine Druckluftversorgung um arbeiten zu können; diese sind beispielsweise in jedem Labor vorhanden.With the diaphragm pump according to the invention with controllable suction and pressure valve or suction-side and pressure-side shut-off chamber very small volume flows of, for example, lμl / stroke but also volume flows up to the ml range per stroke can be reproducibly promoted depending on the execution size. Particularly advantageous is the separate structure between the actual pump unit or pump head and the decentralized electrical or electro-pneumatic control unit. As a result, the space required for a continuously operating conveyor or metering device in a miniaturized test facility for screening work is very low. This pump principle works without mechanical gear and the required components of the pump head have no dynamic function, except for the deflection the membrane in the area of the shut-off and pumping chamber. Thus, even for a miniaturized design of the pump components no precision manufacturing is necessary. Mechanical disturbance influences are not present due to the lack of mechanically moving parts and the production costs are considerably minimized for this reproducible working diaphragm pump head. The pump needs only a power and a compressed air supply to work; These are present in every laboratory, for example.
Besonders vorteilhaft ist die Anwendung der Membranpumpe für die Dosierung von sehr kleinen flüssigen Substanzmengen, deren Volumen pro Pumphub wesentlich unter der spezifischen Tropfengröße liegt. Durch das schnelle Aufbringen der pneumatischen Förderenergie auf die Steuerseite der Fördermembran der Pumpkammer bzw. der Absperrkammermembranen wird das angesaugte Produktvolumen in der Pumpkammer aus den Produkträumen der Kammern und dem AuslasskanaT herausgeschleudert und es bildet sich kein sogenannter Sammel-Tropfen an der Abgabestelle der Pumpe. Dadurch wird eine Dosierung von kleinen Flüssigkeitsmengen in ein Reaktionsgemisch zeitlich nicht verzögert und ein Syntheseverlauf wird synchron mit der Dosierung gestartet.Particularly advantageous is the use of the diaphragm pump for the dosing of very small quantities of liquid substance whose volume per pump stroke is significantly below the specific droplet size. Due to the rapid application of the pneumatic conveying energy to the control side of the delivery membrane of the pumping chamber or the Absperrkammermembranen the sucked product volume in the pumping chamber from the product spaces of the chambers and the AuslasskanaT is thrown out and there is no so-called collecting drops at the discharge point of the pump. As a result, a dosage of small amounts of liquid in a reaction mixture is not delayed in time and a synthesis process is started synchronously with the dosage.
Das Dosieren von kleinen Substanzmengen gegen Druck ist sehr gut durchführbar, da die Membranen der Absperrkammem und der Pumpkammer elastisch sind und die zu- und ableitenden Produktkanäle in ZU-Stellung der Kammern gasdicht schließen, so dass über die Gasphase eines angeschlossenen Druckgefäßes kein Stoff über die Auslassseite des Pumpenkopfes auf die Einlassseite der Pumpe zurück gedrückt wird und das Ansaugen bei Normaldruck nicht unterbrochen wird. Zusätzlich wird ein exaktes Dosieren von kleinen Flüssigkeitsmengen in eine evakuierte Prozessanlage möglich.The metering of small amounts of substance against pressure is very easy to carry out, since the membranes of the Absperrkammem and the pumping chamber are elastic and close the incoming and outgoing product channels in the closed position of the chambers gas-tight, so that no substance on the gas phase of a connected pressure vessel Outlet side of the pump head is pushed back to the inlet side of the pump and the suction at normal pressure is not interrupted. In addition, an exact dosing of small amounts of liquid in an evacuated process plant is possible.
Ein weiterer Vorteil gegenüber dem Stand der Technik besteht darin, dass aufgrund des geringen Totraums und der dichten Absperr- und Pumpkammer ein zu dosierendes empfindliches Produkt ohne große Verweilzeit und Rückvermischung dem Bestimmungsort zugeführt wird.Another advantage over the prior art is that due to the small dead space and the dense shut-off and pumping chamber a sensitive product to be dosed without a large residence time and backmixing is supplied to the destination.
Insbesondere im Vergleich zur Mikrostrukturtechnik bieten sich Vorteile. Aufgrund der im Verhältnis zum Dosiervolumen großen Kanalabmessungen ist die Pumpe wenig empfindlich gegen Verschmutzung. Eine durch Produktverunreinigung hervorgerufene Störung, die sich durch einen größer werdenden Dosierfehler bemerkbar macht, oder zum Versagen der Pumpe führen kann, ist aufgrund der großen Produktkanäle stark reduziert. Produktverunreinigungen können während des Dosierens durch die relativ großen Produktkanäle gespült werden.In particular, in comparison to the microstructure technology offer advantages. Due to the large channel dimensions in relation to the dosing volume, the pump is less susceptible to contamination. A contamination caused by product contamination, which is manifested by an increasing dosing error, or can lead to failure of the pump, is greatly reduced due to the large product channels. Product contaminants may be flushed through the relatively large product channels during dosing.
Das extrem geringe Totraumvolumen sichert ein gutes Ansaugverhalten und ein schnelles reproduzierbares Dosieren, insbesondere bei Anwendungen, die neue pharmazeutische Stoffe betreffen, die im frühen Entwicklungsstadium nur in geringen Mengen verfügbar sind. Es bieten sich weitere Vorteile bei Anwendungen in der Medizintechnik und in der Diagnostik.The extremely low dead space volume ensures good intake behavior and rapid reproducible dosing, especially in applications involving new pharmaceutical substances. which are only available in small quantities in the early development stage. There are further advantages in applications in medical technology and in diagnostics.
Das Einstellen von kleinen Flüssigkeitsströmen ist besonders einfach. Es besteht die Möglichkeit mittels der verstellbaren Scheibe das Hubvolumen grob zu verändern und zusätzlich mit einem zwischengeschalteten Zeitglied in der Steuerung eine extreme Feineinstellung auf der Zeitachse vorzunehmen. Dadurch können sehr einfach ohne Gegenkontrolle Volumenströme verändert werden.Adjusting small liquid flows is particularly easy. It is possible by means of the adjustable disc to change the stroke volume roughly and additionally make an extreme fine adjustment on the time axis with an intermediate timer in the controller. As a result, volume flows can be changed very easily without counter-checking.
Der lamellenartige Aufbau der Membranpumpe mit integrierten steuerbaren Ventilen kann als Doppel- oder als Mehrfachmembranpumpe ausgebildet werden um den aufgrund des Pumpprinzips auftretenden pulsierenden Dosierstrom wesentlich zu vergleichmäßigen.The lamellar structure of the diaphragm pump with integrated controllable valves can be designed as a double or multi-diaphragm pump to substantially equalize the occurring due to the pumping principle pulsating metering.
Weitere Ausführungsvarianten für den stationären oder mobilen Einsatz der erfindungsgemäßen Membranpumpe sind möglich, wenn die Pumpmembran und die steuerbaren Ventile direkt elektrisch, (Versorgungsspannung z.B. 6 oder 12 Volt) betätigt werden. Die elektrische Versorgung der Steuerung erfolgt dann bei mobilen Einsätzen direkt über eine Batterie oder einer Brennstoffzelle, so dass über lange Zeit die Steuereinheit funktionstüchtig bleibt. Die Energieversorgung zum Betreiben der erfindungsgemäßen Membranpumpe eröffnet den Einsatz in der Medizintechnik um z .B. eine ständige Medikamentenzuführ zu ermöglichen und der Empfänger trotzdem mobil ist.Further variants for stationary or mobile use of the diaphragm pump according to the invention are possible if the pump diaphragm and the controllable valves are actuated directly electrically (supply voltage, for example, 6 or 12 volts). The electrical supply of the controller then takes place in mobile applications directly via a battery or a fuel cell, so that over a long time the control unit remains functional. The power supply for operating the diaphragm pump according to the invention opens up the use in medical technology by z .B. to allow a constant drug delivery and the recipient is still mobile.
Eine weitere mobile Verwendung der erfindungsgemäßen Membranpumpe mit pneumatisch betriebener Arbeitsmembran zur Förderung flüssiger Substanzen erfolgt mit einem tragbaren Zwei- Kammer-Druckluftspeicher, der aus Gewichtsgründen beispielsweise aus Kunststoff sein kann. Die erfindungsgemäße Membranpumpe, deren Pump- und Ventilkammem ein geringes Steuerraumvolumen haben, kann über die eine Kammer des Druckluftspeichers lange Zeit mit Druckluft versorgt werden, so dass die zweite Kammer des Druckluftspeichers für die Bevorratung eines z.B. auszubringenden flüssigen Stoffes genutzt werden kann. Die erfinderische Membranpumpe bietet sich für mobile Einsätze beispielsweise bei der Ausbringung von Pflanzenschutzmitteln in schwierigem Gelände an.Another mobile use of the diaphragm pump according to the invention with pneumatically operated working diaphragm for the promotion of liquid substances is carried out with a portable two-chamber compressed air reservoir, which may be made of plastic, for reasons of weight. The diaphragm pump according to the invention, whose pump and Ventilkammem have a small control chamber volume can be supplied via the one chamber of the compressed air storage for a long time with compressed air, so that the second chamber of the compressed air reservoir for the storage of a. can be used to be applied liquid substance. The inventive diaphragm pump lends itself to mobile applications, for example in the application of pesticides in difficult terrain.
Für den Anwender bieten sich weitere Betriebsvorteile dadurch, dass die produktberührten Verschleißteile einfach und preiswert ersetzbar sind.For the user, further operational advantages result from the fact that the wetted wear parts can be replaced easily and inexpensively.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Figuren beispielhaft näher erläutert. Fig. 1 zeigt den schematischen Aufbau einer lamellenartig aufgebauten pneumatischenThe invention will be explained in more detail by way of example with reference to the figures. Fig. 1 shows the schematic structure of a lamellar constructed pneumatic
Membranpumpe mit zugehörender elektro-pneumatischer Steuereinheit und programmierbarer elektronischer Steuerung sowie den Verbindungsleitungen.Diaphragm pump with associated electro-pneumatic control unit and programmable electronic control and connecting lines.
Fig.2 zeigt eine Schnittdarstellung eines Pumpenkopfes mit von außen variierbarer2 shows a sectional view of a pump head with variable from the outside
Wand im Steuerraum der Pumpkammer.Wall in the control room of the pumping chamber.
Fig. 2a, 2b, 2c zeigen verschiedene Ausführungskonturen der variierbaren Steuerraumwand (beweglichen Scheibe)2a, 2b, 2c show different execution contours of the variable control chamber wall (movable disc)
Fig. 3 zeigt eine gekammerte Pumpenmembran.Fig. 3 shows a chambered pump diaphragm.
Fig. 3a ist eine Schnittdarstellung, wobei die mittlere Platte zwei Pumpkammem und zugeordnete Absperrkammem hat und die äußeren Platten mit einer variierbaren Steuerraumwand ausgestattet sind.Fig. 3a is a sectional view, wherein the middle plate has two pumping chambers and associated Absperrkammem and the outer plates are equipped with a variable control chamber wall.
Fig. 3b zeigt einen schematischen Pumpenkopf mit schrägen Kanälen.Fig. 3b shows a schematic pump head with inclined channels.
Fig. 4, 4a zeigt die mittlere Platte eines Membranpumpenkopf mit mehreren Absperrkammem und mehreren Einlass- und Auslasskanälen.Fig. 4, 4a shows the middle plate of a diaphragm pump head with a plurality of Absperrkammem and a plurality of inlet and outlet ports.
Fig. 4b zeigt schematisch einen Membranpumpenkopf mit zentraler Pumpkammer und mehreren Absperrkammern und zugeordneten Einlass- und Auslasskanälen.Fig. 4b shows schematically a diaphragm pump head with a central pumping chamber and a plurality of shut-off chambers and associated inlet and outlet channels.
Fig. 5 ist ein Mehrwege- Membranverteilerventil in einer Schnittdarstellung gezeigt.Fig. 5 is a multi-way diaphragm distribution valve shown in a sectional view.
Fig. 6 ist eine schematische Darstellung eines Mehrwege- Verteilerventils.Fig. 6 is a schematic representation of a multi-way distribution valve.
Fig.6a ist schematisch ein Mehrkomponenten-Verteilerventil dargestellt.6a schematically shows a multi-component distributor valve.
Fig. 7 ist ein integriertes Probenahmesystem gezeigt mit zwei Membraφumpen.Fig. 7 is an integrated sampling system shown with two diaphragm pumps.
Fig. 8 zeigt schematisch die zweidimensionale Fläche eines Kugelabschnittes mit unterschiedlichen Membranverformungszuständen. BeispieleFig. 8 shows schematically the two-dimensional surface of a spherical section with different membrane deformation states. Examples
Beispiel 1example 1
In Figur 1 ist eine Membranpumpe mit Pumpenkopf (200) im Querschnitt mit zugehöriger Steuerung (100) und Gehäuse sowie Pneumatikverteiler (115) dargestellt. Im Pumpenkopf gemäß Fig. 1 ist eine bewegliche Scheibe (1001) mit einseitig angesetzter Stange eingesetzt worden um von außen die manuelle axiale Verstellung der Scheibe zu ermöglichen. Im Gehäuse sind elektronische Komponenten und eine freiprogrammierbare elektrische Steuerung eingebaut. Eine nicht dargestellte Stromzuleitung dient der Spannungsversorgung der elektronischen Komponenten. Das Gehäuse hat ein Display (101), einen Ein/Aus-Schalter (102) und mehrere Funktionstaster (103 bis 109), mit denen benötigte Parameter für den Pumpablauf bzw. für den Pumpvorgang eingegeben, .optisch verfolgt und gespeichert werden können. Die elektronische Steuerung (100) ermöglicht verschiedene Betriebsvarianten, so dass mit dem Taster (103) auf kontinuierlichen Betrieb und mit Taster (104) auf diskontinuierlichen Betrieb der Pumpe geschaltet werden kann. Insbesondere der diskontinuierliche Betrieb der Pumpe kann durch eine vorwählbare Anzahl von Pumphüben eingestellt und mit Taster (105) in der Steuerung gespeichert werden. Mit dem Taster (106) ist eine Reduzierung der eingestellten Parameter, der Taster (107) ist für eine Erhöhung der variierbaren Parameter vorgesehen, die dann ebenfalls mit dem Taster (105) als neu gewählte Betriebsparameter der Membranpumpe in die Steuerung gespeichert werden können. Bei kontinuierlicher Fahrweise können mit Taster (106, 107) die Zeitkonstanten verändert werden. Der Taster (108) erlaubt die Wahl zwischen interner und externer Steuerung, von zum Beispiel einem externen Prozessleitsystem. Der Pumpenkopf (200) beginnt zu arbeiten, wenn Taster (109) betätigt wird und bei wiederholtem Drücken des Tasters (109) wird der Arbeitsvorgang wieder gestoppt. Die Elektronik mit der programmierbaren Steuerung sendet zu Beginn der Dosierung über elektrische Verbindungskabel (110) digitale Signale zu den elektro-pneumatischen -Mehrwege- Ventilen (11 1, 112, 113, 114), die dann in ihre definierte Auf- oder Zustellung (Tabelle 1) schalten. Die elektro-pneumatischen Mehrwege- Ventile (111 bis 114) sind auf einem pneumatischen Verteilerblock (1 15) montiert. Der Verteilerblock hat zwei Versorgungskanäle (116, 1 17). Der Versorgungskanal (1 16) ist direkt mit der Druckluftversorgung verbunden und der Verteilkanal (117) ist mit einer Leitung an die Unterdruckversorgung angeschlossen. Der Unterdruck wird durch den im Bypass installierten Vakuumerzeuger (118), einen Injektor, erzeugt, der vom Ventil (1 14) bei Einschaltung der elektrischen Steuerung ständig mit Druckluft versorgt wird. In einer kompakten Bauweise befindet sich der Verteilerblock (115) mit den elektro-pneumatischen Mehrwegventilen und dem Unterdruckerzeuger (1 18) direkt im Gehäuse der Steuerung (100), so dass die Druckluftversorgung des Versorgungskanals (1 16) über eine Schlauchkupplung (116') und der Pumpenkopf über die Schlauchkupplungen (119', 120', 121') verbunden werden. Die freiprogrammierbaren elektronischen Komponenten, Dioden für die optische Funktionsanzeige, elektrisches Netzgerät und eine elektrische Platine sind in Fig. 1 nicht dargestellt.1 shows a diaphragm pump with pump head (200) in cross section with associated control (100) and housing and pneumatic distributor (115). In the pump head of FIG. 1, a movable disc (1001) has been used with one side attached rod to allow the outside of the manual axial adjustment of the disc. The housing contains electronic components and a freely programmable electrical control. A power supply, not shown, is used to supply power to the electronic components. The housing has a display (101), an on / off switch (102) and a plurality of function keys (103 to 109) with which required parameters for the pumping sequence or for the pumping process can be entered, optically tracked and stored. The electronic control (100) allows different operating variants, so that with the button (103) on continuous operation and with a button (104) can be switched to discontinuous operation of the pump. In particular, the discontinuous operation of the pump can be adjusted by a preselectable number of pump strokes and stored with buttons (105) in the controller. With the button (106) is a reduction of the set parameters, the button (107) is provided for increasing the variable parameters, which can then also be stored with the button (105) as the newly selected operating parameters of the diaphragm pump in the controller. In continuous driving mode, the time constants can be changed with buttons (106, 107). The button (108) allows the choice between internal and external control, for example from an external process control system. The pumphead (200) will start to operate when the button (109) is pressed, and if the button (109) is pressed again, the operation will be stopped again. The electronics with the programmable controller sends digital signals to the electro-pneumatic, multi-way valves (11 1, 112, 113, 114) at the start of dosing via electrical connection cables (110), which are then brought to their defined feed or delivery (Table 1) switch. The electro-pneumatic multi-way valves (111 to 114) are mounted on a pneumatic manifold block (1 15). The distribution block has two supply channels (116, 1 17). The supply channel (1 16) is directly connected to the compressed air supply and the distribution channel (117) is connected by a line to the vacuum supply. The vacuum is generated by the bypass generator (118), an injector, which is constantly supplied with compressed air by the valve (1 14) when the electrical control is activated. In a compact design, the manifold (115) with the electro-pneumatic multi-way valves and the vacuum generator (1 18) directly in the housing of the controller (100), so that the compressed air supply to the supply channel (1 16) via a hose coupling (116 ') and the pump head via the hose couplings (119 ', 120', 121 ') are connected. The freely programmable electronic components, diodes for the optical function display, electrical power supply and an electrical circuit board are not shown in Fig. 1.
Die freiprogrammierbare Steuerung der pneumatisch betriebenen Membranpumpe mit Pumpenkopf (200) schaltet die elektro-pneumatischen Mehrwegeventile (111 bis 114) und leitet den im Verteilerblock (115) anstehenden pneumatischen Druck im Kanal (116) (Druckkanal) oder das Vakuum im Verteilerkanal (117) (Vakuumkanal) durch die Steuerleitungen (Kapillaren oder Schläuche) (1 19, 120, 121) auf die pneumatischen Steuerräume (Pneumatikräume) (220, 221 , 222) im Pumpenkopf (200).The freely programmable control of the pneumatically operated diaphragm pump with pump head (200) switches the electro-pneumatic multi-way valves (111 to 114) and directs the pressure in the manifold (115) pending pneumatic pressure in the channel (116) (pressure channel) or the vacuum in the distribution channel (117) (Vacuum channel) through the control lines (capillaries or hoses) (1 19, 120, 121) on the pneumatic control chambers (pneumatic chambers) (220, 221, 222) in the pump head (200).
Das Ventil (111) ist durch die Steuerleitung (1 19) mit dem Ansaugventil (untere Absperrkammer (210) des Pumpenkopfes (200) verbunden. Nach gleichem Schema sind das andere Ventil (1 12) (obere Absperrkammer (212)) und Ventil (113) mit der Pumpkammer (211) des PumpenkopfesThe valve (111) is connected to the suction valve (lower shut-off chamber (210) of the pump head (200) through the control line (1 19).) The other valve (1 12) (upper shut-off chamber (212)) and valve (1) are the same. 113) with the pumping chamber (211) of the pump head
(200) verbunden. Das Ventil (114) versorgt den Vakuumerzeuger ständig mit Druckluft und wird sofort geschaltet, sobald die Elektronik mit elektrischer Spannung versorgt ist.(200) connected. The valve (114) constantly supplies the vacuum generator with compressed air and is switched immediately as soon as the electronics are supplied with electrical voltage.
Der Membranpumpenkopf (200) besteht aus den drei Teilplatten (201 , 203, 205) und hat eingelegte elastische Membranen (202, 204), die im Bereich der Pumpkammer (21 1) und Absperrkammem (210, 212) pneumatisch verformbar sind. Die Membranen (202, 204) sind etwas kleiner als die Platten (201, 203, 205), um eine gute Abdichtung zur Atmosphäre zu gewährleisten. In der Platte (203,) sind Vertiefungen eingelassen, die die Pump- bzw. Absperrkammem (210, 211, 212) bilden, wobei das jeweilige Ausgleichsvolumen der Absperrkammem (210, 212) in der PlatteThe diaphragm pump head (200) consists of the three partial plates (201, 203, 205) and has inserted elastic membranes (202, 204) which are pneumatically deformable in the region of the pumping chamber (21 1) and shut-off chambers (210, 212). The membranes (202, 204) are slightly smaller than the plates (201, 203, 205) to ensure a good seal with the atmosphere. In the plate (203,) depressions are recessed, which form the pump or Absperrkammem (210, 211, 212), wherein the respective compensating volume of the Absperrkammem (210, 212) in the plate
(201) eingebracht ist. Die Pumpkammer (211) ist mit einem geringen Ausgleichs- Volumenanteil in der Platte (205) und mit dem größeren Pump- Volumenanteil in der mittleren Platte (203) eingearbeitet.(201) is introduced. The pumping chamber (211) is incorporated with a small balance volume fraction in the plate (205) and with the larger pump volume fraction in the middle plate (203).
Mit der Absperrkammer (210) ist z.B. das steuerbare Ansaugventil des Pumpenkopfes benannt. Sinngemäß stellt die Pumpkammer (21 1) die Förderkammer und die Absperrkammer (212) das steuerbare Druckventil des Pumpenkopfes dar.With the shut-off chamber (210) is e.g. named the controllable intake valve of the pump head. Analogously, the pumping chamber (21 1), the delivery chamber and the shut-off chamber (212) is the controllable pressure valve of the pump head.
Die Membranen (202, 204) teilen die Pump- und Absperrkammem in Steuerräume (220, 221, 222) und in Produkträume (230, 231, 232).The diaphragms (202, 204) divide the pump and shut-off chambers into control spaces (220, 221, 222) and product spaces (230, 231, 232).
Die Pump- bzw. Absperrkammem (210, 211, 212) haben die Form von Kugelabschnitten auf der einen Hälfte und Zylindern auf der gegenüberliegenden Scheibe. Die mittlere Platte (203) weist einen Ansaugkanal (207) und einen Auslasskanal (206) auf. Beide Kanäle (206, 207) sind jeweils mit einer eingeschweißten Kapillare verlängert. Die Kanäle (209, 208) verbinden die Produkträume (230, 231 , 232) der Kammern (210, 21 1, 212) miteinander. Die Pumpkammer (211) hat eine Nut (213), als verbindendes Element vom tiefsten geometrischen Punkt der Vertiefung in der Platte zur Auslassoffnung bzw. zum Verbindungskanal (209). Auch wird verdeutlicht, das zwischen Einlasskanal (208) und Beginn des Auslasskanals (209) mit der verbindenden Nut (213) noch ein ausreichend großer Abstand vorliegt um ein dichtes Verschließen der Öffnungen im Produktraum der Pumpkammer durch die Membran (204) zu ermöglichen.The pumping or Absperrkammem (210, 211, 212) have the form of spherical sections on one half and cylinders on the opposite disc. The middle plate (203) has an intake passage (207) and an exhaust passage (206). Both channels (206, 207) are each extended with a welded capillary. The channels (209, 208) connect the product spaces (230, 231, 232) of the chambers (210, 21 1, 212) with each other. The pumping chamber (211) has a groove (213) as a connecting element from the deepest geometric point of the depression in the plate to the outlet opening or to the connecting channel (209). It is also clarified that between the inlet channel (208) and the beginning of the outlet channel (209) with the connecting groove (213) is still a sufficiently large distance to allow a tight closure of the openings in the product space of the pumping chamber through the membrane (204).
Der Pumpenkopf (200) ist hier im Steuerungsschritt 4 (siehe Tabelle 1) gezeigt. Im Bereich der Absperrkammer (210) (steuerbares Ansaugventil) ist die Membran (202) auf der Steuerraumseite (220) mit Druck beaufschlagt, so dass die Membran (202) den Ansaugkanal (207) am Einlass (240) (Fig. 2) und den Verbindungskanal (208) am Auslass (241) (Fig.2) versperrt. Im Bereich der Pumpkammer (211) (Förderkammer) ist der zugehörige Steuerraum (221) mit Vakuum beaufschlagt, so dass der förderaktive Membranbereich sich an die Scheibe (1001) anlegt und den zuführenden und ableitenden Verbindüngskanal (208, 209) öffnet. Die Absperrkammer (212) ist steuerseitig ebenfalls mit Vakuum beaufschlagt, so dass der Verbindungskanal (209) und der Auslasskanal (206) geöffnet sind um im folgenden Steuerschritt 5 (siehe Tabelle 1) das Flüssigkeitsvolumen aus der Pumpkammer zu verdrängen. Zu erkennen ist, dass die jeweilige Membranbewegung sich über die gesamte Höhe der Vertiefung erstreckt. In Fig. 1 sind erforderliche Schrauben für das Zusammenziehen der lösbaren Platten und gleichzeitige Veφressen der eingelegten Membranen nicht dargestellt.The pump head (200) is shown here in control step 4 (see Table 1). In the area of the shut-off chamber (210) (controllable intake valve), the diaphragm (202) on the control chamber side (220) is pressurized, so that the membrane (202) the suction passage (207) at the inlet (240) (Fig. 2) and the connecting channel (208) at the outlet (241) (Fig.2) blocked. In the region of the pumping chamber (211) (delivery chamber), the associated control chamber (221) is subjected to a vacuum, so that the actively active diaphragm region abuts against the disc (1001) and opens the supply and discharge connecting duct (208, 209). The shut-off chamber (212) is also supplied with a vacuum on the control side so that the connecting channel (209) and the outlet channel (206) are open in order to displace the liquid volume from the pumping chamber in the following control step 5 (see Table 1). It can be seen that the respective membrane movement extends over the entire height of the depression. In Fig. 1 required screws for the contraction of the releasable plates and simultaneous Veφressen the inserted membranes are not shown.
Die Reihenfolge der programmierbaren Steuerungsschritte und die Stellung der Ventile (111 bis 114) sind im Folgenden in der Tabelle 1 dargestellt. Es bedeutet als Digitalsignal „1" Druckluft anstehend (Ergebnis: Membran wird an die Platte (203) angedrückt und schließt) und das Signal „0" Vakuum anstehend (Membran wird im Steuerraum angehoben und öffnet). Sobald die elektronische Steuerung mit elektrischer Spannung versorgt und mit dem Taster (102) eingeschaltet ist, schaltet die programmierte Steuerung die Ventile (111 bis 114) in eine definierte Startoder Grundstellung. Die Steuerung eines vollständigen Pumpenhubes besteht hier beispielsweise aus fünf Einzelschritten. Wird der Pumpvorgang unterbrochen oder beendet springt die Steuerung in die Start- oder Grundstellung. Tabelle 1The order of the programmable control steps and the position of the valves (111 to 114) are shown in Table 1 below. It means as digital signal "1" compressed air pending (result: membrane is pressed against the plate (203) and closes) and the signal "0" vacuum pending (diaphragm is raised in the control room and opens). As soon as the electronic control unit is supplied with electrical voltage and is switched on with the button (102), the programmed control switches the valves (111 to 114) into a defined start or home position. The control of a complete pump stroke consists here, for example, of five individual steps. If the pumping process is interrupted or terminated, the controller jumps to the start or home position. Table 1
Figure imgf000026_0001
Figure imgf000026_0001
Im Steuerungsablauf ist für jedem Steuerungsschritt 1-5 ein veränderbares Zeitglied programmiert und zugeordnete (in der Tabelle 1 nicht dargestellt), damit die einzelnen hintereinander ablaufenden Steuerungsschritte sich nicht gegenseitig beeinflussen und vollständig ausgeführt werden. Die Schaltzeiten der elektro-pneumatischen Ventile sind größer und damit wesentlich langsamer als die benötigte Zeit zur Sendung der digitalen Signale. . Durch die zwischengeschalteten Zeitglieder wird die Pumpfunktion gemäß dem Steuerungszyklus 1-5 (siehe Tabelle 1) reproduzierbar und vollständig durchgeführt.In the control sequence, a variable timer is programmed for each control step 1-5 and assigned (not shown in Table 1), so that the individual consecutive control steps are not mutually influenced and executed completely. The switching times of the electro-pneumatic valves are larger and thus much slower than the time required to send the digital signals. , By the intermediary timers the pumping function according to the control cycle 1-5 (see Table 1) is reproducible and complete.
Beispiel 2Example 2
In Fig. 2 ist ein Pumpenkopf (200), bestehend aus den Platten (201, 203, 205) in einer Schnittdarstellung gezeigt. Zu erkennen sind die in den Trennebenen der Platten eingespannten elastischen Membranen (202, 204), sowie die Absperrkammem und die Pumpkammer mit den zugehörigen Vertiefungen in der mittleren und den äußeren Platten. Die äußere Platte (205) ist dicker ausgebildet, so dass der Steuerraum (221) über das zugehörige Ausgleichsvolumen hinaus vergrößert ist. Der Steuerraum ist zusätzlich erweitert um eine kleinere zylindrische Vertiefung (1000) und um eine Gewindebohrung, die nach außen geführt ist. Im vergrößerten Steuerraum ist die abgesetzte Scheibe (1001) mit einseitigem Zylinder eingebaut, in der eine durch die äußere Platte geführte abgesetzte Gewindestange (1002) befestigt ist, so dass bei schon geringer Drehung der, auf der Gewindestange (1002) befestigten äußeren Rändelmutter (1003), die Scheibe (1001) sich im Steuerraum axial bewegt bzw. verschiebt. Die Gewindestange ist abgesetzt und durch zwei Stifte (1004) mit dem aufnehmenden Zylinder der Scheibe lösbar befestigt. Auf dem im Steuerraum befindlichen einseitigen Zylinder der Scheibe ist eine Dichtung (1005) positioniert, um den mit pneumatischem Druck beaufschlagten Steuerraum nach außen zu dichten. Die Scheibe (1001) ist mit mehreren Bohrungen (1007) und mit einem konzentrisch erhabenen Ring (1008) versehen um eine Druckbeaufschlagung des gesamten Steuerraumes zu begünstigen und das Verschließen der Bohrung (1006) bei vollständiger Rückstellung der Scheibe zu verhindern. Die Druckluftzufuhr bzw. die Beaufschlagung durch Unterdruck erfolgt über die seitlich versetzte Bohrung (1006). In der Fig. 2 hat die verstellbare Scheibe die Kontur eines Kugelabschnittes und ist damit angepasst an die Kontur der prozessseitigen Vertiefung.In Fig. 2, a pump head (200) consisting of the plates (201, 203, 205) is shown in a sectional view. Evident are the clamped in the parting planes of the plates elastic membranes (202, 204), and the Absperrkammem and the pumping chamber with the associated recesses in the middle and the outer plates. The outer plate (205) is made thicker, so that the control chamber (221) is enlarged beyond the associated compensation volume. The control chamber is also extended by a smaller cylindrical recess (1000) and a threaded hole that is led to the outside. In the enlarged control chamber, the stepped disc (1001) is installed with a cylinder on one side, in which a remote threaded rod (1002) guided through the outer plate is fastened, so that the outer knurled nut (1003) fastened on the threaded rod (1002) is already rotated slightly ), the disc (1001) moves axially in the control chamber or moves. The threaded rod is offset and releasably secured by two pins (1004) with the receiving cylinder of the disc. On the one-sided cylinder of the disc located in the control chamber, a seal (1005) is positioned to to seal the control chamber, which is pressurized with pneumatic pressure, to the outside. The disc (1001) is provided with a plurality of bores (1007) and a concentrically raised ring (1008) to promote pressurization of the entire control space and to prevent closure of the bore (1006) upon full recovery of the disc. The compressed air supply or the application of negative pressure via the laterally offset bore (1006). In FIG. 2, the adjustable disk has the contour of a spherical section and is thus adapted to the contour of the process-side recess.
Ist die Gewindestange beispielsweise mit einem Feingewinde versehen, so kann die Scheibe (1001) schon bei einer geringen manuellen Verdrehung der Rändelmutter (1003) axial verschoben und dadurch der Membranweg, der gleichzeitig das zu fördernde Flüssigkeitsvolumen bestimmt, verändert werden.If the threaded rod is provided, for example, with a fine thread, then the disc (1001) can be axially displaced even with a slight manual rotation of the knurled nut (1003), thereby changing the membrane path which at the same time determines the volume of fluid to be delivered.
Die Fig. 2a und Fig. 2b zeigen weitere Ausführungsvarianten, insbesondere verschiedene Konturen der beweglichen Scheibe. Die membranseitige Kontur der Scheibe (1001') in Fig. 2a ist eben, während die Kontur der Scheibe (1001") in Fig. 2b einen stumpfen Kegel zeigt. Des Weiteren zeigen die beiden Figuren, dass die Scheibe mit einseitigem Zylinder und direkt angearbeiteter Gewindestange zu fertigen ist, um möglichst die Anzahl der Bauteile, Kosten und die Montagearbeit zu reduzieren.FIGS. 2 a and 2 b show further embodiment variants, in particular different contours of the movable disk. The membrane-side contour of the disc (1001 ') in Fig. 2a is flat, while the contour of the disc (1001 ") shows a blunt cone in Fig. 2b Threaded rod is to be manufactured in order to reduce the number of components, costs and assembly work as possible.
Fig. 2c zeigt eine weitere Ausführungsform der beweglichen Scheibe (1001'"), wobei die Scheibenkontur der Pumpkammer angepasst ist. Die Scheibe ist einseitig aufgebohrt, so dass die Steuerleitung direkt an der Scheibe angeschlossen werden kann und der Energieanschluss (1006) in der Platte (205) entfällt.Fig. 2c shows another embodiment of the movable disc (1001 '' ') with the disc contour adapted to the pumping chamber The disc is bored on one side so that the control line can be connected directly to the disc and the power connector (1006) in the plate (205) deleted.
Beispiel 3Example 3
In Figur 3 wird beispielhaft die Kammerung einer Pumpmembran (204) in einer Schnittdarstellung gezeigt. Im oberen Teil der Figur ist die gekammerte Membran (204) nicht im Arbeitszustand, während im unteren Teil der Figur der Steuerraum (221) der Membran (204') mit Druck beaufschlagt ist und es zur Auslenkung der Membran kommt. Ebenfalls zu erkennen ist, dass die Membran zwischen den Platten (203, 205) eingespannt ist und in der Platte (203) Teile der Verbindungskanäle (208, 209) vorhanden sind. Die Pumpmembran ist im äußeren Bereich zwischen den Platten eingespannt, während im Zentrum die Membran geöffnet ist, so dass beidseitig Kammerelemente (1100, 1 101) befestigt werden können. Die Kammerelemente haben zur elastischen Membran hin einen erhabenen gerundeten konzentrischen äußeren Ring (1102, 1103), so dass während des Zusammenschraubens der Kammerelemente die eingeschlossene Membranfläche nicht mehr kraftbeaufschlagt ist. Vorteilhaft ist, wenn die Kontur des prozessseitigen Kammerelementes (1 104) der Vertiefungskontur angepasst ist, damit das Totraumvolumen der Pumpkammer sich nicht wesentlich vergrößert. Wird das produktseitige Kammerelement mit einer elastischen Folie (1105) versehen bzw. beschichtet, dann können die Verbindungskanäle im belasteten Membranzustand dicht verschlossen werden. In der Fig. 3 ist zu erkennen, dass bei einer auftretenden plastischen Verformung eines Elastomers der Verformungsgrad aufgrund der geringen Auslenkung, die als Funktion des Membrandurchmessers zu sehen ist, zu vernachlässigen ist. Durch die Kammerelemente besteht die Möglichkeit auch Membranwerkstoffe einzusetzen, die aufgrund der hohen bleibenden Verformung weniger geeignet wären.FIG. 3 shows, by way of example, the chambering of a pumping membrane (204) in a sectional representation. In the upper part of the figure, the chambered chamber (204) is not in the working state, while in the lower part of the figure, the control chamber (221) of the membrane (204 ') is pressurized and it comes to the deflection of the membrane. It can also be seen that the membrane between the plates (203, 205) is clamped and in the plate (203) parts of the connecting channels (208, 209) are present. The pumping membrane is clamped in the outer region between the plates, while in the center of the membrane is open, so that on both sides chamber elements (1100, 1 101) can be attached. The chamber members have towards the elastic membrane a raised rounded concentric outer ring (1102, 1103), so that during the screwing together of the chamber elements, the enclosed membrane surface is no longer subjected to force. It is advantageous if the contour of the process-side chamber element (1 104) of the recessed contour is adapted so that the dead space volume of the pumping chamber does not increase significantly. If the product-side chamber element is provided or coated with an elastic film (1105), then the connection channels can be sealed in the loaded membrane state. It can be seen in FIG. 3 that, given an occurring plastic deformation of an elastomer, the degree of deformation due to the small deflection, which is to be regarded as a function of the membrane diameter, is negligible. Through the chamber elements, it is also possible to use membrane materials that would be less suitable due to the high permanent deformation.
In Fig. 3b ist schematisch eine Membranpumpe, bestehend aus drei Platten (201, 203, 205) dargestellt, wobei insbesondere zu erkennen ist, dass Verbindungskanäle (208, 209) und Abschnitte des Zuführ- und Auslasskanals (207, 206) unter einem Winkel α stehen, damit bei schnell wechselnden Strömungszuständen keine großen Druckverluste auftreten.In Fig. 3b, a diaphragm pump, consisting of three plates (201, 203, 205) is shown schematically, wherein in particular it can be seen that connecting channels (208, 209) and portions of the supply and outlet channel (207, 206) at an angle α stand, so that at fast changing flow conditions no large pressure losses occur.
Beispiel 4Example 4
In Fig. 3a ist eine Doppelmembranpumpe mit steuerbaren Ventilen gezeigt, die aus drei Platten besteht und alle Pump- und Absperrkammem in der, mittleren Platte eingebracht worden sind. Zu erkennen ist, dass der Einlasskanal (300) T-förmig gestaltet ist und die linke und rechte ansaugseitige Absperrkammer (301, 301') verbindet, so dass beide Absperrkammem einen gemeinsamen Einlasskanal haben. Von jeder Absperrkammer verläuft ein abgewinkelter Verbindungskanal (302, 302') zur Pumpkammer (303, 303'). Fast spiegelbildlich zum Einströmbereich ist der nachgeschaltete Ausströmbereich der Doppelmembranpumpe gestaltet. Die Verbindungskanäle (304, 304') verbinden die Pumpkammern (303, 303') mit den Abspeπkammern (305, 305') auf der Auslassseite, und die Absperrkammem der Auslassseite sind mit einem gemeinsamen Auslasskanal (306) verbunden. In diesem Beispiel ist eine Doppelmembranpumpe beschrieben, mit einem gesplitteten inneren Durchlasskanal. Die Doppelmembranpumpe ist in diesem Beispiel mit beweglichen Scheiben (1001) für einen möglichen Teilhubbetrieb ausgerüstet. In der Figur 3a sind keine lösbaren Verbindungselemente der Platten gezeigt, der Pumpenkopf befindet sich in keinem Arbeitszustand. Die Durchströmrichtung der Doppel-Membranpumpe ist mit Pfeilen angedeutet.In Fig. 3a, a double diaphragm pump with controllable valves is shown, which consists of three plates and all pumping and Absperrkammem have been introduced in the middle plate. It can be seen that the inlet channel (300) is T-shaped and connects the left and right suction-side shut-off chambers (301, 301 '), so that both shut-off chambers have a common inlet channel. From each shut-off chamber extends an angled connecting channel (302, 302 ') to the pumping chamber (303, 303'). Almost mirror-inverted to the inflow area, the downstream outflow area of the double diaphragm pump is designed. The connecting channels (304, 304 ') connect the pumping chambers (303, 303') to the discharge chambers (305, 305 ') on the outlet side and the shutoff chambers of the outlet side are connected to a common outlet channel (306). In this example, a double-diaphragm pump is described, with a split internal passageway. The double diaphragm pump is equipped in this example with movable discs (1001) for a possible partial lift operation. In Figure 3a, no releasable connection elements of the plates are shown, the pump head is in no working condition. The flow direction of the double diaphragm pump is indicated by arrows.
Beispiel 5Example 5
In Fig. 4, 4a sind die Frontansichten einer mittleren Platte (Platte 400) gezeigt, bei der vier Absperrkammem (1200, 1201, 1202, 1203) einer Membrankammer (1205) zugeordnet sind. Die Kammern sind durch Vertiefungen mit der Form eines Kugelabschnittes (Kalotte) gebildet. Jede Absperrkammem hat einen Verbindungskanal (1206) zur zentralen Pumpkammer (1205), zusätzlich sind jeweils zwei Absperrkammem mit einem separaten Einlasskanal (1207, 1208) und zwei Absperrkammem mit einem separaten Auslasskanal (1209, 1210) versehen. In diesem Ausführungsbeispiel können zwei unterschiedliche Substanzen sequentiell oder alternierend mit einem Pumpenkopf gefördert werden. In einer Anwendung für pharmazeutische Zwecke könnte auch der zweite Einlasskanal dazu genutzt werden um eine Reinigungsflüssigkeit zu pumpen und einen Spülvorgang einzuleiten. Eine alternative Verwendung des zweiten Einlasskanals besteht, wenn ein Dampfanschluss realisiert ist und dadurch zu einem beliebigen Zeitpunkt ein Sterilisationsvorgang eingeleitet werden könnte. So kann z.B. der Einlasskanal (1207) mit einer Zuleitung für eine zu dosierende Substanz verbunden sein. Die Substanz gelangt während des Ansaugvorgangs in die Pumpkammer (1205) um dann durch die Absperrkammer (1202) in den Auslasskanal (1209) gedrückt zu werden. Ein Sterilisationsvorgang benötigt einen Dampfanschluss am Einlasskanal (1208). Der Dampf könnte durch die Absperrkammer (1201) in die Pumpkammer (1205) gelangen um anschließend durch einen Verbindungskanal zur Absperrkammer (1203) und zum Auslasskanal (1210) zu gelangen. Im Anwendungsbereich der Pharmazie erfolgen Dosierbzw. Pumpvorgänge und Sterilisationsschritte sequentiell, so dass aufgrund einer separaten An- steuerbarkeit von Pumpkammer und Absperrkammem der Automatisierungsaufwand gering ist. In Fig. 4 ist eine abgewinkelte Sammel-Nut (1215) in der Pumpkammer (1205) gezeigt und Bohrungen (1216) für die Aufnahme von Zugankem bzw. lösbaren Befestigungselementen, mit denen alle drei Platten befestigt werden können. Die Fig. 4 zeigt sichtbar die Pumpkammer, Verbindungskanäle ( z.B. 1206) und eine Nut (1215) zu besseren Produktableitung aus der Pumpkammer. Fig. 4a zeigt sichtbar die Absperrkammem mit Einlass- und Auslassöffnungen.In Fig. 4, 4a, the front views of a central plate (plate 400) are shown in which four Absperrkammem (1200, 1201, 1202, 1203) of a diaphragm chamber (1205) are assigned. The chambers are formed by depressions with the shape of a spherical segment (calotte). each Absperrkammem has a connecting channel (1206) to the central pumping chamber (1205), in addition, two Absperrkammem each with a separate inlet channel (1207, 1208) and two Absperrkammem with a separate outlet channel (1209, 1210) are provided. In this embodiment, two different substances may be delivered sequentially or alternately with a pump head. In an application for pharmaceutical purposes, the second inlet channel could also be used to pump a cleaning fluid and initiate a flushing process. An alternative use of the second inlet channel is when a vapor connection is realized and thereby at any time a sterilization process could be initiated. For example, the inlet channel (1207) may be connected to a supply line for a substance to be metered. The substance passes into the pumping chamber (1205) during the suction process to then be pushed through the blocking chamber (1202) into the outlet channel (1209). A sterilization process requires a vapor port at the inlet port (1208). The steam could pass through the shut-off chamber (1201) into the pumping chamber (1205) to then pass through a connecting channel to the shut-off chamber (1203) and to the outlet channel (1210). In the field of pharmacy Dosierbzw. Pumping operations and sterilization steps sequentially, so that due to a separate controllability of pumping chamber and Absperrkammem the automation effort is low. In Fig. 4, an angled collecting groove (1215) is shown in the pumping chamber (1205) and bores (1216) for receiving Zugankem or releasable fasteners, with which all three plates can be attached. Fig. 4 shows visibly the pumping chamber, connecting channels (eg 1206) and a groove (1215) for better product discharge from the pumping chamber. Fig. 4a visibly shows the shut-off chambers with inlet and outlet openings.
In Fig. 4b ist beispielsweise schematisch eine Kammerverschaltung dargestellt, wobei eine Pumpkammer (1205) und sechs Absperrkammem (z.B. 1200), die in der Figur als Kreis dargestellt sind, sowie mit zugeordneten Einlasskanälen (1207, 1208, 1213) und Auslasskanälen (1209, 1210, 1214) verknüpft sind. Aufgrund der separaten Ansteuerung jeder einzelnen Kammer sind mehrere unterschiedliche Fluidenströme sequentiell oder alternierend über eine gemeinsame Pumpkammer (1205) zu allen vorhandenen Auslasskanälen verschaltbar.FIG. 4b schematically shows, for example, a chamber interconnection, wherein a pump chamber (1205) and six shut-off chambers (eg 1200), which are shown in the figure as a circle, and with associated inlet channels (1207, 1208, 1213) and outlet channels (1209, FIG. 1210, 1214) are linked. Due to the separate control of each individual chamber, a plurality of different fluid streams can be connected sequentially or alternately via a common pumping chamber (1205) to all available outlet channels.
Aus den Fig. 4, 4a, 4b ist zu erkennen, dass eine Pumpkammer mit mehr als drei Absperrkammem und den entsprechenden Einlass- und Auslasskanälen für ein automatisiertes Probeentnahmesystem nutzbar ist. So kann z.B. aus einem Reaktor oder einer produktführenden Rohrleitung über den Einlasskanal (1207) mit Absperrkammer der Pumpkammer (1205) und dem Auslasskanal (1209) ein Umpumpkreislauf im Bypass erzeugt werden. Wird zu einem bestimmten Zeitpunkt eine Substanzprobe aus dem Reaktor gewünscht, schließt beispielsweise der Auslasskanal (1209) und der Auslasskanal (1210) öffnet, so dass eine ausreichend große Substanz- menge als Probe über die Pumpkammer (1205) entnommen werden kann. Nach der Probeentnahme wird die Pumpkammer über den Einlasskanal (1208) mit einem inerten Spülmittel gereinigt, wobei die Reinigungsflüssigkeit über den Auslasskanal (1214) separat abgeleitet werden kann. Der Einlasskanal (1213) ist "beispielhaft für einen abschließenden Sterilisationsvorgang nach Beendigung der Reaktion vorgesehen.It can be seen from FIGS. 4, 4a, 4b that a pumping chamber with more than three shut-off chambers and the corresponding inlet and outlet channels can be used for an automated sampling system. Thus, for example, from a reactor or a product-carrying pipeline via the inlet channel (1207) with shut-off chamber of the pumping chamber (1205) and the outlet channel (1209) a pumped circulation in the bypass can be generated. If a sample of the substance from the reactor is desired at a certain point in time, for example, the outlet channel (1209) and the outlet channel (1210) close, so that a sufficiently large substance amount can be removed as a sample via the pumping chamber (1205). After sampling, the pumping chamber is cleaned via the inlet channel (1208) with an inert rinsing agent, whereby the cleaning liquid can be drained off separately via the outlet channel (1214). The inlet channel (1213) is provided by way of example for a final sterilization procedure after completion of the reaction.
Beispiel 6Example 6
In Fig. 5 ist eine Membranpumpe als Mehrwege- Verteilerventil, bestehend aus drei Platten in Analogie zum Pumpenaufbau dargestellt. Des Weiteren ist zu erkennen, dass elastische Membranen (1303, 1304) zwischen den Platten (1300, 1301, 1302) eingespannt sind und dadurch eingebrachte Vertiefungen in der mittleren Platte in einen Produkt- und einen Steuerraum teilen. In dieser Darstellung sind die Steuerräume der Kammern nicht erweitert, so dass die Membranen im Trennbereich an den äußeren Platten dicht anliegen. Durch die äußeren Platten (1300, 1302) sind durch Doppelpfeile pneumatische Anschlussverbindungen (1305, 1306, 1307) angedeutet. Das Verteilerventil ist im geöffneten Zustand dargestellt, so dass beispielsweise die elastischen Membranen durch einen aufgebrachten pneumatischen Druck ausgelenkt und dadurch die Verbindungskanäle verschließen würden. Entspannt der pneumatische Druck, sind die Verbindungskanäle in den Produktkammem geöffnet, so dass ein Fluid durchströmen kann. In Fig. 5 ist ein Mehrwege- Verteilerventil gezeigt, das einen zentralen Einlasskanal (1308) in der äußeren Platte (1300) hat, daran schließt sich ein Verbindungskanal (1309) zum Verteilerraum (1310) an. Der Verteilerraum hat zwei Verbindungskanäle (1311, 1312) zu kleineren Absperrkammem (1313, 1314), die wiederum Auslasskanäle (1315, 1316) für die Fluidableitung haben. Es ist zu erkennen, dass beispielsweise eine angeschlossene elektro-pneumatische Steuereinheit mindestens zwei Kammern ansteuern muss um einen Schaltweg für die Durchleitung eines Stoffes frei zu geben. In diesem Beispiel kann das Mehrwege-Verteilerventil bzw. Verteilerventil einen zugeführten Stoff wahlweise zum linken Auslasskanal (1315) oder zum rechten Auslasskanal (1316) lenken. Für Reinigungszwecke können beide Auslasskanäle gleichzeitig geöffnet werden, so dass eine parallele Verteilung möglich ist. Die elektro-pneumatsiche Steuereinheit benötigt keinen Unterdruckerzeuger, weil Fluidversorgungen in der Regel einen Ausgangsdruck haben.In Fig. 5, a diaphragm pump is shown as a multi-way distribution valve, consisting of three plates in analogy to the pump structure. Furthermore, it can be seen that elastic membranes (1303, 1304) are clamped between the plates (1300, 1301, 1302) and thereby divide introduced depressions in the middle plate into a product and a control space. In this illustration, the control chambers of the chambers are not expanded, so that the membranes in the separation area on the outer plates are tight. Through the outer plates (1300, 1302) pneumatic connection connections (1305, 1306, 1307) are indicated by double arrows. The distribution valve is shown in the open state, so that, for example, the elastic membranes deflected by an applied pneumatic pressure and thereby close the connection channels. If the pneumatic pressure relaxes, the connection channels in the product chamber are opened so that a fluid can flow through. Shown in Figure 5 is a multi-way manifold valve having a central inlet channel (1308) in the outer plate (1300), followed by a connecting channel (1309) to the manifold space (1310). The distribution space has two connection channels (1311, 1312) to smaller shut-off chambers (1313, 1314), which in turn have outlet channels (1315, 1316) for fluid discharge. It can be seen that, for example, a connected electro-pneumatic control unit has to control at least two chambers in order to release a switching path for the passage of a substance. In this example, the multi-way diverter valve may selectively direct a supply of material to the left exhaust passage (1315) or the right exhaust passage (1316). For cleaning purposes, both outlet channels can be opened simultaneously, so that a parallel distribution is possible. The electro-pneumatic control unit does not need a vacuum generator because fluid supplies usually have an outlet pressure.
In der Trennebene der Platten (1301, 1302) sind die Verbindungskanäle einseitig in die Oberfläche der Platte (1301) eingearbeitet, so dass durch die eingelegte großflächige Membran gleichzeitig alle Verbindungskanäle untereinander und nach außen abgedichtet werden. Daher sind Mehrwege- Verteilerventil in den Trennebenen der Platten vorzugsweise mit vollflächigen elastischen Folien versehen, um eine einfachere Montage und im Falle einer Reinigung die Vorgänge zu vereinfachen. Aufgrund der zentralen Zuführung eines Stoffes der verteilt werden soll, ist in der elastischen Folie (1303) eine kreisrunde Öffnung vorgesehen, damit Einlasskanal (1308) und Verbindungskanal (1309) eine durchströmbare Verbindung haben.In the parting plane of the plates (1301, 1302), the connecting channels are incorporated on one side into the surface of the plate (1301), so that at the same time all connecting channels are sealed with each other and to the outside through the inserted large-area membrane. Therefore Mehrwege- distribution valve in the parting planes of the plates are preferably provided with full-surface elastic films to simplify installation easier and in the event of cleaning operations. Due to the central feed of a substance to be distributed, is in the elastic film (1303) provided a circular opening, so that the inlet channel (1308) and connecting channel (1309) have a flow-through connection.
Verteiler- und Absperrkammer sind pneumatisch mit z.B. Druckluft oder hydraulisch mit Flüssigkeit ansteuerbar. Es können jedoch auch elektromagnetische Antriebe zum Einsatz kommen. Die Platten des Mehrwege-Verteilerventil sind lösbar miteinander verbunden.Distribution and shut-off chamber are pneumatically with e.g. Compressed air or hydraulically controllable with liquid. However, electromagnetic drives can also be used. The plates of the multi-way distribution valve are detachably connected to each other.
In Fig. 6 ist die mittlere Platte eines Mehrwege- Verteilerventils schematisch dargestellt. Zu erkennen ist ein zentraler Stoff-Einlasskanal (1308') mit einer Verteilerkammer (1310') und einer Vielzahl von Verbindungskanälen (1312') mit zugeordneten Absperrkammem (1314') und folgenden Auslasskanälen (1316'). Es kann z.B. mit dieser Ausführung ein Fluid sequentiell oder parallel zu einer Vielzahl von Verbrauchern geleitet werden, wobei immer zwei Kammern in einen geöffneten Zustand geschaltet sein müssen.In Fig. 6, the middle plate of a multi-way distribution valve is shown schematically. Evident is a central fabric inlet channel (1308 ') with a distribution chamber (1310 ' ) and a plurality of connecting channels (1312 ') with associated Absperrkammem (1314') and subsequent outlet channels (1316 '). For example, with this embodiment, a fluid may be passed sequentially or in parallel to a plurality of consumers, with two chambers always having to be switched to an open state.
Wird der zentrale Einlasskanal (1308') geschlossen, wie in Fig. 6a gezeigt, und beispielsweise zwei Auslasskanäle (1400, 1401) zu Einlasskanälen umfunktioniert und an verschiedene Stoff- versorgem angeschlossen, dann besteht die Möglichkeit, diese beiden Stoffe seriell zu jedem angeschlossenen Auslasskanal zu pumpen.If the central inlet channel (1308 ') is closed, as shown in FIG. 6a, and for example two outlet channels (1400, 1401) converted into inlet channels and connected to different material suppliers, then it is possible to connect these two substances in series to each connected outlet channel to pump.
Beispiel 7Example 7
In Fig. 7 ist beispielhaft eine Pumpenverschaltung zur Probenahme und -aufbereitung dargestellt. Zwei Membranpumpen (700, 700') gemäss Fig. 4 wurden mit einer Mischkammer (701) kombiniert, so dass alle funktionellen Teile in drei, jedoch vergrößerten, Pumpenplatten eingebracht sind. Die Membranpumpen haben eine Pumpkammer (702, 702') und jede Pumpkammer besitzt vier zugeordnete Absperrkammem (703, 704, 705, 706 und 703', 704', 705', 706'). Den Absperrkammem sind jeweils Einlasskanäle und Auslasskanäle (in der Fig. mit Flusspfeilen gekennzeichnet) zugeordnet. Für eine automatisierte Probenahme mit anschließender Aufarbeitung und Abtransport zu einem angeschlossenen Analysegerät sind in der Figur 7 alle Komponenten dargestellt. Verzichtet wurde auf die Darstellung der Steuereinheit zur separaten Ansteuerung der Kammern.FIG. 7 shows by way of example a pump connection for sampling and preparation. Two diaphragm pumps (700, 700 ') according to FIG. 4 were combined with a mixing chamber (701), so that all functional parts are incorporated in three, but enlarged, pump plates. The diaphragm pumps have a pumping chamber (702, 702 ') and each pumping chamber has four associated shut-off chambers (703, 704, 705, 706 and 703', 704 ', 705', 706 '). The Absperrkammem each inlet channels and outlet channels (in the figure marked with flow arrows) are assigned. For an automated sampling with subsequent processing and removal to a connected analyzer all components are shown in FIG. It was dispensed with the representation of the control unit for separate control of the chambers.
Aus der Fig.7 ist zu erkennen, dass eine Substanzprobe angesaugt werden kann, wenn Einlasskanal (707) und Auslasskanal (708) an einem Reaktor angeschlossen sind. Über Einlasskanal (707), Ansaugventil (704), Pumpkammer (702), Druckventil (705) und Auslasskanal (708) kann ständig eine Substanzmenge aus dem Reaktionsgefäß umgepumpt werden. Zu einem gewünschten Zeitpunkt schaltet die Steuerung beispielsweise um, so dass Druckventil (705) schließt und Ventil (706) öffnet und mit dem bekannten Pumpkammervolumen eine definierte Substanzmenge durch den Auslasskanal des Ventils (706) in die Mischkammer (701) überführt wird. Sobald die Probe überführt ist startet die Pumpe (700') um ebenfalls einen Umpumpkreislauf zur Mischkammer erzeugen. Dabei ist der Einlasskanal des Ventils (704') und der Auslasskanal des Ventils (705') mit der Mischkammer verbunden. Die Pumpe (700) kann nun, parallel zum in Betrieb genommenen Umpumpkreislauf der Mischkammer, über Einlasskanal (709) und Ventil (703) bei gleichzeitig geschlossenem Ventil (704) ein zusätzliches Verdünnungsmittel in die Mischkammer fördern, welches mit der Substanzprobe dort vermischt wird. Nach dem Mischprozess durch Pumpe (700') wird die verdünnte Substanzprobe zu einem möglichen Analysegerät gefördert. Dabei schließt das Ventil (705') und das Ventil (706') öffnet. Aufgrund der Summe aller zuführenden Pumphübe zur Mischkammer, kann mit gleicher Hubzahl die aufbereitete Probe über Auslasskanal (710) ausgeschleust und gegebenenfalls zur Analyse gefördert werden. Des Weiteren ist der Einlasskanal (709) verlängert bis zum Ventil (703'), so dass auch die zweite Pumpe nach dem Probentransport mit Verdünnungsmittel gespült werden kann, wenn entsprechende Ventile geschaltet werden.It can be seen from FIG. 7 that a substance sample can be sucked in if inlet channel (707) and outlet channel (708) are connected to a reactor. Through inlet channel (707), suction valve (704), pumping chamber (702), pressure valve (705) and outlet channel (708), a constant amount of substance can be pumped out of the reaction vessel. At a desired time, for example, the controller switches so that pressure valve (705) closes and valve (706) opens and a defined amount of substance is transferred through the outlet channel of the valve (706) into the mixing chamber (701) with the known pumping chamber volume. Once the sample is transferred, the pump starts (700 ') to also produce a pumped circulation to the mixing chamber. In this case, the inlet channel of the valve (704 ') and the outlet channel of the valve (705') is connected to the mixing chamber. The pump (700) can now, parallel to the put into operation Umumpumpkreislauf the mixing chamber, via inlet channel (709) and valve (703) with simultaneously closed valve (704) promote an additional diluent in the mixing chamber, which is mixed with the substance sample there. After the mixing process by pump (700 '), the diluted substance sample is conveyed to a possible analyzer. The valve (705 ') closes and the valve (706') opens. Due to the sum of all feeding pumping strokes to the mixing chamber, the treated sample can be discharged via outlet channel (710) with the same number of strokes and, if necessary, conveyed for analysis. Furthermore, the inlet channel (709) is extended to the valve (703 '), so that also the second pump can be flushed after the sample transport with diluent, when corresponding valves are switched.
Beispiel 8Example 8
In Fig. 8 sind schematisch zwei Platten 800, 801 mit eingespannter elastischer Membran 802 dargestellt. In der Platte 800 ist der produktseitige Pumpraum 800' und in der Platte 801 ist der Steuerraum 801' der Pumpkammer angedeutet. Die Membranbewegung bzw. die Membranverformung erfolgt erfindungsgemäß immer zwischen der begrenzenden Wand des Steuerraumes und der begrenzenden Wand der Pumpkammer, so dass die maximale Bewegung der Membran durch die Konturen der Kammern vorgegeben ist.FIG. 8 schematically shows two plates 800, 801 with a clamped elastic membrane 802. In the plate 800, the product-side pumping chamber 800 'and in the plate 801, the control chamber 801' of the pumping chamber is indicated. According to the invention, the diaphragm movement or diaphragm deformation always takes place between the limiting wall of the control chamber and the limiting wall of the pumping chamber, so that the maximum movement of the diaphragm is predetermined by the contours of the chambers.
Des Weiteren ist zu erkennen, dass im ersten Belastungsfall die in den Platten eingespannte und pneumatisch betätigte Membran (Sehnenlänge 807) sich bis zur Kammerhöhe 804 verformen kann und dabei die Bogenlänge 803 annimmt.Furthermore, it can be seen that in the first load case, the clamped in the plates and pneumatically actuated membrane (chord length 807) can deform up to the chamber height 804 and thereby assumes the arc length 803.
Im zweiten Belastungsfall erfolgt die Dehnung der Membran bis zur Kammerhöhe 806 mit der Bogenlänge 805, so dass die Membran bezogen auf die Sehnenlänge deutlich mehr verformt wird als im ersten Belastungsfall. Größere Membranverformungen verursachen eine plastische Faltenbildung, so dass der einzelne Förderhub und dadurch das wichtige Verdrängungsvolumen durch sich bildende Falten verkleinert. Des Weiteren verhindert die Faltenbildung der Membran das dichte Schliessen der zuführenden und abführenden Kanäle in den Pump- und Absperrkammem.In the second load case, the expansion of the membrane takes place up to the chamber height 806 with the arc length 805, so that the membrane is significantly more deformed relative to the chord length than in the first load case. Larger membrane deformations cause a plastic wrinkling, so that the individual delivery stroke and thus the important displacement volume reduced by forming wrinkles. Furthermore, the wrinkling of the membrane prevents the tight closing of the feeding and discharging channels in the pump and shut-off chambers.
Diese Erkenntnis führt dazu, das die Geometrie der Pump- und Absperrkammem und die damit verbundene Membrandehnung Einfluss auf die Dosiergenauigkeit haben. Bei optimal dimensionierter Pumpkammer (zweiter Belastungsfall) in der Flächenform eines Kreisabschnittes mit einem Durchmesser von ca. 255 mm und einer Höhe der Kammer von ca. 1,5 mm kommt es zu keiner bleibenden Membranverformung. Die errechnete Sehnenlänge und die zugehörige Bogenlänge beträgt ca. 39 mm. Daraus folgt, dass in diesem Beispiel keine bleibende Verformung der Membran auftritt.This finding leads to the fact that the geometry of the pumping and Absperrkammem and the associated membrane elongation have an influence on the dosing accuracy. With optimally dimensioned pumping chamber (second load case) in the surface shape of a circle section With a diameter of about 255 mm and a height of the chamber of about 1.5 mm, there is no permanent membrane deformation. The calculated chord length and the associated arc length is approx. 39 mm. It follows that in this example no permanent deformation of the membrane occurs.
In der Praxis wird der Dosierkopf mit einer beweglichen Scheibe (1001) in der Grundstellung so eingestellt, dass die Membran nicht verformt wird. Während des Pumpvorgangs kann dann der Membranweg im vorgegebenen Geometrie-Raum der Pumpkammer durch Verstellen der beweglichen Scheibe (1001) verkleinert werden. Die Auslegung hinsichtlich der Membranverformung bezieht sich primär auf die produktseitige Kammerkontur. In practice, the dosing head is adjusted with a movable disc (1001) in the basic position so that the membrane is not deformed. During the pumping process, the membrane path in the predetermined geometry space of the pumping chamber can then be reduced by adjusting the movable disk (1001). The design with regard to membrane deformation relates primarily to the product-side chamber contour.

Claims

Patentansprüche claims
1. Mehrteiliger Pumpenkopf, wenigstens umfassend drei starre Platten (201, 203, 205) und einer mindestens zwei zwischen diesen Platten (201, 203, 205) angeordneten elastischen Membranen (204, 202), wobei die Platten (201, 203, 205), mindestens eine Pumpkammer (211) und mindestens zwei Absperrkammem (210, 212), insbesondere in der Geometrie eines Kugelabschnitts, einer Kugelzone, eines Zylinders oder abgestumpften Kegels, mit je einer Einlass- (240) und einer Auslassöffnung (241) für das Fördergut bilden, und die Pumpkammer (211) und Absperrkammem (210, 212) zusammen mit einem Einlasskanal (207) den Verbindungskanälen (208) und (209) sowie einem Auslasskanal (206) einen Durchlasskanal bilden, wobei die Pumpkammer (211) und die Absperrkammem (210, 212) durch die Membranen (204, 202) in je einen Produktraum (230, 231, 232) und einen Steuerraum (220, 221, 222) getrennt sind und die Steuerräume (220, 221, 222) Steuerleitungen (119, 120, 121) aufweisen, die mit einer Steuereinheit (100, 115) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Platte (205) entsprechend ausgebildet ist um die bewegliche Scheibe aufzunehmen, wodurch der Steuerraum der Pumpkammer vergrößert ist und in diesen eine axial bewegliche Scheibe (1001) mit einseitig angesetzter verlängerter Stange (1002) eingesetzt ist, so dass die einseitig angesetzte Stange der beweglichen Scheibe bis außerhalb des Dosierkopfes verlängert ist und außerhalb der Pumpe manuell verstellt werden kann (1003) und dadurch die im Steuerraum befindliche Scheibe (1001) axial bewegt wird und den maximal eingestellten Membranweg in der Pumpkammer reduziert oder vergrößert, so dass das dosierte Flüssigkeitsvolumen pro Förderhub variierbar ist und die Pumpe in einem Teilhubbetrieb arbeitet ohne dass das Totraumvolumen im Produktraum verändert wird, die Fläche der beweglichen Scheibe geringfügig kleiner ist als die Fläche der förderaktiven Membran und der Mittenabstand des jeweils benachbarten Einlasses und des Auslasses jeder Pump- und Absperrkammer das zwei- bis zehnfache des größten hydraulischen Durchmessers der jeweiligen Einlass- (240) oder Auslassöffnung (241 ) beträgt.A multi-part pump head, comprising at least three rigid plates (201, 203, 205) and at least two elastic membranes (204, 202) arranged between these plates (201, 203, 205), the plates (201, 203, 205) , at least one pumping chamber (211) and at least two shut-off chambers (210, 212), in particular in the geometry of a spherical segment, a spherical zone, a cylinder or truncated cone, each having an inlet (240) and an outlet (241) for the conveyed material form the pumping chamber (211) and Absperrkammem (210, 212) together with an inlet channel (207) the connecting channels (208) and (209) and an outlet channel (206), a passage, wherein the pumping chamber (211) and the Absperrkammem (210, 212) are separated by the membranes (204, 202) into a respective product space (230, 231, 232) and a control space (220, 221, 222) and the control spaces (220, 221, 222) control lines (119, 120, 121) provided with a control unit (100, 115), characterized in that the outer plate (205) is designed to receive the movable disc, whereby the control chamber of the pumping chamber is increased and in this an axially movable disc (1001) with one side attached extended rod (1002) used is, so that the unilaterally attached rod of the movable disk is extended to outside the dosing and can be manually adjusted outside the pump (1003) and thereby the disc located in the control chamber (1001) is moved axially and reduces the maximum diaphragm distance set in the pumping chamber or increased, so that the metered liquid volume per delivery stroke is variable and the pump operates in a Teilhubbetrieb without the dead space in the product space is changed, the area of the movable disc is slightly smaller than the surface of the active active membrane and the center distance of the adjacent inlet u nd the outlet of each pumping and shut-off chamber is two to ten times the largest hydraulic diameter of the respective inlet (240) or outlet opening (241).
2. Membranpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich dabei um eine Doppelmembranpumpe handelt, die aus drei Platten besteht und worin alle Pump- und Absperrkammem in der mittleren Platte eingebracht worden sind.2. Diaphragm pump according to claim 1, characterized in that it is a double-diaphragm pump, which consists of three plates and wherein all pumping and Absperrkammem have been introduced in the middle plate.
3. Membranpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der mittleren Platte mindestens drei, vorzugsweise 4 Absperrkammem (1200, 1201, 1202, 1203) einer Membranpumpkammer (1205) zugeordnet sind. 3. Diaphragm pump according to claim 1 or 2, characterized in that in the middle plate at least three, preferably 4 Absperrkammem (1200, 1201, 1202, 1203) of a diaphragm pumping chamber (1205) are assigned.
4. Membranpumpe gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die bewegliche Scheibe (1001) mit verlängerter Stange (1002) mit adaptiertem pneumatischen, elektrischen, hydraulischen oder piezo-Antrieb für eine automatisierte Femeinstellung des Teilhubes durch Rotations- oder Hubbewegung versehen ist.4. Diaphragm pump according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that the movable disc (1001) with extended rod (1002) with adapted pneumatic, electric, hydraulic or piezo drive for an automated remote adjustment of the partial stroke by rotation or Hubbewegung is provided.
5. Membranpumpe gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungs- bzw. Teilabschnitte, Einlass- und Auslasskanäle schräggestellt sind.5. Diaphragm pump according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that the connecting or partial sections, inlet and outlet channels are inclined.
6. Membranpumpe gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Einlass- oder Auslasskanäle mit Absperrkammem einer Pumpkammer zugeordnet sind und in mindestens einem Auslasskanal eine Mischkammer zur Aufnahme einer Probenteilmenge vorgesehen ist, und der Mischkammer eine zweite Pumpkammer mit mehreren Einlass- und Auslasskanälen und Absperrkammem zugeordnet sind, um die in der Mischkammer aufgefangene Probenteilmenge um zu pumpen, so dass bei Zuführung eines separaten Verdünnungsmittels in die Mischkammer, die dort befindliche Probe verdünnt bzw. vermischt werden kann, um nach dem Vermischen die verdünnte Probe durch Abpumpen zu entnehmen und zu analysieren.6. Diaphragm pump according to one or more of claims 1 to 5, characterized in that a plurality of inlet or outlet channels are associated with Absperrkammem a pumping chamber and in at least one outlet channel a mixing chamber for receiving a sample subset is provided, and the mixing chamber a second pumping chamber with a plurality Inlet and outlet channels and Absperrkammem are assigned to pump the intercepted in the mixing chamber sample subset, so that when a separate diluent in the mixing chamber, the sample located there can be diluted or mixed to after mixing the diluted sample by To remove and analyze pumping.
7. Membranpumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass diese aus 3 Platten besteht und als Mehrwege-Verteilerventil genutzt werden kann.7. Diaphragm pump according to one or more of claims 1 to 6, characterized in that it consists of 3 plates and can be used as a multi-way distribution valve.
8. Verwendung der Membranpumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7 als Fördervorrichtung oder als Probenahmesystem oder in Abfüllvorrichtungen und Abfüllanlagen.8. The use of the diaphragm pump according to one or more of claims 1 to 7 as a conveyor or as a sampling system or in filling and bottling plants.
9. Verwendung der Membranpumpe nach Anspruch 8 als Mehrwege-Verteilerventil, dadurch gekennzeichnet, dass dieses aus einem zentralen Stoff-Einlasskanal (1308') mit einer Verteilerkammer (1310') und einer Vielzahl von Verbindungskanälen (1312') mit zugeordneten Absperrkammem (1314') und folgenden Auslasskanälen (1316') besteht.9. The use of the diaphragm pump according to claim 8 as a multi-way distribution valve, characterized in that this from a central substance inlet channel (1308 ') with a distribution chamber (1310') and a plurality of connecting channels (1312 ') with associated Absperrkammem (1314' ) and following outlet channels (1316 ').
10. Verwendung einer Membranpumpe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammern gleich große Vertiefungen haben und separat ansteuerbar sind, so dass für die Durchleitung eines Stoffes mindestens zwei Kammern gleichzeitig in gewünschter Durchflussrichtung geöffnet sein müssen, und alle Kammer von einer dezentralen Steuereinheit betätigt werden. 10. Use of a diaphragm pump according to claim 9, characterized in that the chambers have the same size recesses and are separately controllable, so that for the passage of a substance at least two chambers must be opened simultaneously in the desired flow direction, and actuated all chamber of a decentralized control unit become.
PCT/EP2004/003378 2003-04-10 2004-03-31 Diaphragm pump WO2004090334A1 (en)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DK04724563.4T DK1611355T3 (en) 2003-04-10 2004-03-31 Diaphragm pump
EP04724563A EP1611355B9 (en) 2003-04-10 2004-03-31 Diaphragm pump
AT04724563T ATE485448T1 (en) 2003-04-10 2004-03-31 DIAPHRAGM PUMP
DE502004011798T DE502004011798D1 (en) 2003-04-10 2004-03-31 DIAPHRAGM PUMP
PL04724563T PL1611355T3 (en) 2003-04-10 2004-03-31 Diaphragm pump

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10316395A DE10316395B4 (en) 2003-04-10 2003-04-10 diaphragm pump
DE10316395.6 2003-04-10

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2004090334A1 true WO2004090334A1 (en) 2004-10-21

Family

ID=33103301

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2004/003378 WO2004090334A1 (en) 2003-04-10 2004-03-31 Diaphragm pump

Country Status (8)

Country Link
EP (1) EP1611355B9 (en)
AT (1) ATE485448T1 (en)
DE (2) DE10316395B4 (en)
DK (1) DK1611355T3 (en)
ES (1) ES2354864T3 (en)
PL (1) PL1611355T3 (en)
PT (1) PT1611355E (en)
WO (1) WO2004090334A1 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2287468A1 (en) * 2009-08-21 2011-02-23 Bürkert Werke GmbH Dosing unit
CN110088474A (en) * 2016-12-21 2019-08-02 费森尤斯医疗护理德国有限责任公司 Operating device and the method for running operating device and the diaphragm pump with operating device and diaphragm pump installation and the blood processing apparatus with diaphragm pump
CN111534411A (en) * 2020-04-03 2020-08-14 利穗科技(苏州)有限公司 Alternate tangential flow canning culture device and control method thereof
EP3559464B1 (en) * 2016-12-21 2020-11-25 Fresenius Medical Care Deutschland GmbH Diaphragm pump device and diaphragm pump having a diaphragm pump device and an actuation device
CN112386790A (en) * 2020-12-03 2021-02-23 李建朝 Low-damage blood pump convenient to control and adjust

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005035502A1 (en) * 2005-07-26 2007-02-01 Mingatec Gmbh Pump arrangement used as a dispenser comprises plunger housings with controllable plungers detachedly arranged on a process plate with channel sections passing through the plate
DE102008043309A1 (en) * 2008-10-30 2010-05-06 Robert Bosch Gmbh Diaphragm pump with a multipart pump housing

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2391703A (en) * 1943-03-06 1945-12-25 Infilco Inc Proportioning pump
DE1528459A1 (en) * 1965-01-22 1970-07-30 Licentia Gmbh Dosing pump for liquids or gases
US3741687A (en) * 1970-04-15 1973-06-26 Nystroem Ernst Holger Bertil Jet-actuated membrane pump
EP1072868A1 (en) * 1999-07-09 2001-01-31 Sawatec Ag Dosing device for liquids

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH608115A5 (en) * 1975-07-04 1978-12-15 Welp Microbox Dr Gmbh & Co
DE10216146A1 (en) * 2002-04-12 2003-10-30 Bayer Ag diaphragm pump

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2391703A (en) * 1943-03-06 1945-12-25 Infilco Inc Proportioning pump
DE1528459A1 (en) * 1965-01-22 1970-07-30 Licentia Gmbh Dosing pump for liquids or gases
US3741687A (en) * 1970-04-15 1973-06-26 Nystroem Ernst Holger Bertil Jet-actuated membrane pump
EP1072868A1 (en) * 1999-07-09 2001-01-31 Sawatec Ag Dosing device for liquids

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2287468A1 (en) * 2009-08-21 2011-02-23 Bürkert Werke GmbH Dosing unit
US8556597B2 (en) 2009-08-21 2013-10-15 Buerkert Werke Gmbh Metering unit
CN110088474A (en) * 2016-12-21 2019-08-02 费森尤斯医疗护理德国有限责任公司 Operating device and the method for running operating device and the diaphragm pump with operating device and diaphragm pump installation and the blood processing apparatus with diaphragm pump
EP3559464B1 (en) * 2016-12-21 2020-11-25 Fresenius Medical Care Deutschland GmbH Diaphragm pump device and diaphragm pump having a diaphragm pump device and an actuation device
CN111534411A (en) * 2020-04-03 2020-08-14 利穗科技(苏州)有限公司 Alternate tangential flow canning culture device and control method thereof
CN112386790A (en) * 2020-12-03 2021-02-23 李建朝 Low-damage blood pump convenient to control and adjust

Also Published As

Publication number Publication date
DK1611355T3 (en) 2011-01-31
PL1611355T3 (en) 2011-04-29
PT1611355E (en) 2011-01-19
EP1611355B1 (en) 2010-10-20
DE10316395B4 (en) 2008-04-17
EP1611355B9 (en) 2011-02-23
ES2354864T3 (en) 2011-03-18
DE502004011798D1 (en) 2010-12-02
EP1611355A1 (en) 2006-01-04
DE10316395A1 (en) 2004-11-04
ATE485448T1 (en) 2010-11-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE10216146A1 (en) diaphragm pump
EP0077908B1 (en) Apparatus for feeding liquid against high pressure
EP2222959B1 (en) Method for supplying a fluid and micropump for said purpose
WO2010139295A1 (en) Apparatus for transporting a fluid within a channel leg of a microfluidic element
EP1944084B1 (en) Valve device for a micro fluid system
WO2012000816A1 (en) Method and device for measuring a volume flow of a liquid flowing into a container and/or a volume of the liquid having flowed into the container
DE10344700A1 (en) Multichannel pipetting
DE102010042265A1 (en) Valve, device with valve, use of the valve in the device, micropump with valve, nebulizer system with valve and metering / mixing device with valve
EP2633914B2 (en) Pipetting device and method for its production
EP1248102A1 (en) Measuring, cleaning and calibration device for ph electrodes or electrodes for the measurement of redox potentials
DE102005045393B4 (en) Method for dosing solutions
EP1611355B1 (en) Diaphragm pump
EP3462140B1 (en) Method and metering device for metered dispensing of fluid
EP1424130B1 (en) Multichannel dispenser with automatic calibration
DE60127433T2 (en) PIPETTING DEVICE WITH RINSING
EP2191135A1 (en) Micrometering system
DE102013108948B4 (en) Device for conveying liquids with the aid of a piezo drive device
EP0997643B1 (en) Diaphragm metering pump
EP2097722B1 (en) Device and method for metering media
DE102011003615B4 (en) Method and device for measuring a volume flow of a liquid flowing into a container and/or a volume of the liquid flowing into the container
EP1941947A1 (en) valve assenbly for a microfluidic system
WO2001004584A1 (en) Dosing device for liquids
WO2007000064A1 (en) Micro-dosing device for liquid materials
WO2008098947A1 (en) Apparatus and method for dosing liquids into gas-filled chambers
DE20311304U1 (en) Double-diaphragm, precision dosing, pump of miniaturized construction for laboratory use.

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AE AG AL AM AT AU AZ BA BB BG BR BW BY BZ CA CH CN CO CR CU CZ DE DK DM DZ EC EE EG ES FI GB GD GE GH GM HR HU ID IL IN IS JP KE KG KP KR KZ LC LK LR LS LT LU LV MA MD MG MK MN MW MX MZ NA NI NO NZ OM PG PH PL PT RO RU SC SD SE SG SK SL SY TJ TM TN TR TT TZ UA UG US UZ VC VN YU ZA ZM ZW

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): BW GH GM KE LS MW MZ SD SL SZ TZ UG ZM ZW AM AZ BY KG KZ MD RU TJ TM AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IT LU MC NL PL PT RO SE SI SK TR BF BJ CF CG CI CM GA GN GQ GW ML MR NE SN TD TG

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2004724563

Country of ref document: EP

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 2004724563

Country of ref document: EP