WO2019030001A1 - Pumpen-einheit, damit ausgestattete lagervorrichtung sowie verfahren zum betreiben der lagervorrichtung - Google Patents

Pumpen-einheit, damit ausgestattete lagervorrichtung sowie verfahren zum betreiben der lagervorrichtung Download PDF

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WO2019030001A1
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drive
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feed pump
pump unit
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PCT/EP2018/070243
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Erich Scheugenpflug
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Scheugenpflug Ag
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    • F04B7/00Piston machines or pumps characterised by having positively-driven valving
    • F04B7/02Piston machines or pumps characterised by having positively-driven valving the valving being fluid-actuated

Definitions

  • the invention relates to a pump unit for transporting liquid and above all viscous substances such as adhesives and resins, as well as a storage device comprising a storage container for such materials, from which by means of such a pump these materials must be pumped to a downstream consumer.
  • potting compounds to moisture-tight encapsulate electronic circuits or glue to tightly connect components together are often applied in industry by means of appropriate automated application method via dosing machines on the corresponding components, and must therefore constantly with the appropriate Material to be supplied.
  • a consumer is connected via lines to a storage device in which is in a mostly pot-shaped Reservoir is the appropriate material.
  • a pump unit is arranged, which causes the transport of this often viscous material.
  • piston pumps are often used, which wear less quickly even with abrasive material to be conveyed and are also cheaper to produce, but do not provide a continuous flow.
  • a degassing unit to eliminate any air pockets still present in the material before the material is pumped to the consumer.
  • a generic pump unit for liquid or pasty material also comprises a feed pump which has a pump element movable relative to the feed pump housing and a drive for this feed pump.
  • the wear is reduced by the material to be delivered by the pumping element comprises at least one elastic element, preferably the elastic element itself is the pumping element.
  • the elastic element peripherally circumferentially tightly clamped, at least with respect to the pump housing, with sleeve-shaped in the form of a bellows at the opposite end of the bellows against a non-elastic pumping element.
  • the elastic element is arranged so that it is in pumping operation only on one side in contact with the material to be conveyed, and thus subdivides the space inside the pump housing into a delivery chamber and a drive space.
  • such a pump unit also includes a controller, usually an electronic controller which controls at least all the moving components of the pump unit.
  • a controller usually an electronic controller which controls at least all the moving components of the pump unit.
  • a bellows pump in which, as is usual in a piston pump, a pump piston in a cylinder is axially movable, but the pump piston is not tight with its outer circumference - whether it is about seals or piston rings - on the cylinder wall and shifts along this, but ends radially spaced from the inner peripheral wall of the cylinder, wherein a sleeve-shaped, elastic bellows, usually a bellows, is tightly secured with its one annular end edge on the outer periphery of the pump piston and with its other annular end edge on the pump housing.
  • Another design is a so-called diaphragm pump, in which an elastic, approximately plate-shaped membrane the interior in the pump housing - usually formed by two bell-shaped or cup-shaped, with the open sides tightly fastened to each other housing parts - the interior of the pump housing in a pumping chamber and a working space divided, and at its outer edge circumferentially tightly mounted opposite the pump housing, for example, between the two pressed against each other screwed housing halves is tightly secured.
  • the design as a diaphragm pump which is in the foreground for the present invention, is very simple and inexpensive to manufacture, since the individual components are to produce this cost less due to only a few and even mating surfaces, in contrast to a piston pump.
  • the inlet valve is preferably an active, ie drivable and in particular controlled drivable, valve, which, however, preferably only between the fully open and fully closed position must be movable back and forth
  • the exhaust valve can even a simple, passive, not by a valve train be driven, exhaust valve, for example in the form of a check valve and will only be an active, controlled drivable, valve in special cases.
  • the check valve may be arranged with the larger side of its passage pointing upwards and occupy only the dead weight of the valve element, usually a ball, the closed position and / or additionally biased by the force of a spring in the closed position in this way is also the cost of producing the required valves, especially the exhaust valve, very low.
  • inlet valve and outlet valve are arranged on diametrically opposite sides of the delivery chamber of the pump, preferably the inlet valve in the assembled state of the pump unit at its lowest point and the outlet valve at its highest point, so that the outlet valve can be particularly easily closed by a non-return valve arranged there ,
  • Such a pump can be driven in different ways:
  • a first possibility is to act on the drive space of the feed pump alternately with negative pressure or overpressure of a drive medium, for example air.
  • the pump in the design as a diaphragm pump, the diaphragm of the pump, via a drive ram, which is fixed with its front end on the side facing away from the material to be conveyed on the membrane, driven transversely to its main plane.
  • the delivery piston is driven by the drive tappet.
  • the drive tappet and / or the membrane of the feed pump can be set in motion by different drives, be it from an electric motor, for example via an oscillating drive or an eccentric drive, even easier, but in turn by a diaphragm pump, which now as Membrane drive pump is used, and whose diaphragm is connected to the other, rear end of the drive plunger.
  • drives be it from an electric motor, for example via an oscillating drive or an eccentric drive, even easier, but in turn by a diaphragm pump, which now as Membrane drive pump is used, and whose diaphragm is connected to the other, rear end of the drive plunger.
  • the drive pump is moved back and forth by creating a differential pressure between the two chambers on both sides of its membrane and reversing it for reciprocation.
  • both the coupling space through which the rear end of the drive plunger extends, and the drive space but at least only the drive space, provided with at least one connection in order to change the pressure in this drive space and possibly also the coupling space and in particular to change the pressure difference between the two spaces from positive to negative value.
  • the drive space on the one hand and the coupling space on the other hand alternately acted upon by compressed air as the working medium and opened the other room to the environment or even subjected to negative pressure.
  • the advantage of not providing this directly at the feed pump in the drive space is that such a drive pump can have a substantially larger membrane area than the feed pump and thereby also a relatively low working pressure of the working medium, preferably air, for the drive pump. is sufficient.
  • the effective area of the membrane of the drive pump at least by a factor of 2, better by a factor of 3, better by a factor of 4, better by a factor of 5 than that of the other membrane, namely the feed pump.
  • the drive chamber of the feed pump can have a vacuum connection and can be acted upon with a vacuum connection in order to be able to actively move the membrane to the completely retracted filling position during the return stroke - possibly in addition to the drive tappet, which only acts selectively - so that in the areas between the attachment point of the Drive ram and the edge Fixing the membrane reaches its maximum retracted position everywhere.
  • the main planes of the two membranes are arranged parallel to each other, and the drive tappet and its direction of movement extend perpendicular thereto.
  • a heating device in particular in the form of electric heating coils or lines for a heated liquid medium, can be provided in the feed pump housing or even the pumping chamber in order to heat the material to be conveyed and thus make it more fluid and better pumpable.
  • a cooling device may also be necessary for individual applications.
  • a liquid sensor is preferably arranged, which detects in the event of a leak such as a crack of the membrane in the drive space in reaching liquids and reports to the controller, which then emits an alarm signal.
  • At least one pressure sensor is provided in the delivery chamber of the delivery pump or in its connections in order to know at all times the pressure conditions in the pump and in particular in the delivery chamber, so that an associated controller can react thereto, either by changing the working pressure of the drive medium or, if necessary, by delivery an alarm signal when the measured pressure exceeds a limit or a minimum pressure is not reached.
  • the same may instead or additionally be provided for the position of the membrane, in particular the diaphragm of the feed pump, and / or for the membrane of the drive pump, if one is present.
  • the storage device which comprises at least one of the above-described pump units in addition to the reservoir for the material to be conveyed
  • this object is achieved in that the pump unit is designed according to one of the preceding claims.
  • the bearing device comprises two such pump units which can be driven counter-synchronously to ensure a quasi-continuous delivery of the material into the outlet line.
  • more than two pump units can be used, of which, for example, half of the pump units each are operated synchronously and can also convey into a common delivery line.
  • the two pump units are independently controllable, so that temporal overlaps of the return stroke of a pump unit and the working stroke of the other pump unit or a time interval between them are possible.
  • the feed pump in particular the membrane feed pump, is preferably arranged so that its inlet valve is below the outlet opening of the reservoir, so that when the inlet valve is opened, the material alone gravity already flows into the pump chamber of the diaphragm pump.
  • the main plane of the membrane of the membrane feed pump may preferably be inclined at an angle of at most 40 °, better 30 °, better at most 20 °, better not more than 10 ° to the vertical, while the reservoir preferably vertically standing with its open side stands up in the storage device.
  • the pump drive of the one or two feed pumps is preferably arranged on the side facing away from the reservoir with respect to the feed pump, so that the pump drive, in particular the drive pump, is easily accessible for repairs.
  • the tightly closed reservoir is subjected to negative pressure to avoid mixing of air into the material in the reservoir, especially when it is equipped with a mixer.
  • the air space of the reservoir is then connected to the drive space of the feed pump, and this compound can be selectively opened and closed via a valve.
  • this compound can be selectively opened and closed via a valve.
  • the membrane can be brought into the optimally close end position to the housing on the drive side and a maximum pumping volume can be achieved in that the delivery space can reach a particularly large volume.
  • the ejection movement of the two pump units can be superimposed in time, so that a continuous delivery as close as possible coming flow is achieved, for which the movement of the membrane of the feed pump, in particular the diaphragm pump, a speed profile on their Movement, for example, the path of movement of the center of the diaphragm pump, can complete.
  • the drive space of the feed pump is subjected to negative pressure, in particular the same negative pressure as the air space in the reservoir, as soon as the ejection movement of the drive plunger ends.
  • the controller may report the entry of liquid into the drive space and issue an alarm signal, such that the corresponding diaphragm pump is repaired, in particular the diaphragm replaced, or the entire pump unit is replaced with a new one is replaced, which only has to be repaired afterwards.
  • the service interruption of the bearing device is minimized, especially since this only the actively controllable inlet valve of the corresponding pump unit must be closed and after the completion of a last application stroke, the pump unit can be detached from their terminals and removed.
  • FIG. 2a shows one of the pump units in the middle position (normal position)
  • FIG. 2b shows a pump unit in the front view, one of the pump units at the end of the working stroke, FIG. 2c: one of the pump units at the end of the filling stroke,
  • FIG. 2d one of the pump units at the end of the working stroke
  • Figure 3 another design of the pump unit.
  • the structure of the feed pump unit 1 can best be seen from the sectional representation of FIG. 2a and the front view according to FIG. 2b:
  • the pump unit 1 consists of a feed pump 1 .1 in the form of a diaphragm pump, and an upstream in the direction of movement 10 of the membrane 4.1 of this diaphragm pump and thus connected drive pump 1 .2, which also again as a diaphragm pump with a Membrane 4.2 is equipped.
  • the effective area of the membrane 4.2 of the drive pump 1 .2 is substantially larger than that of the membrane 4.1 of the feed pump 1 .1.
  • the membrane 4.1 subdivides the approximately disc-shaped interior of the feed pump 1 .1 into a feed space 1 .1 a, through which the material 1 1 1 to be pumped flows, and a drive space 1 .1 b into which This material 1 1 1 should not get, since the membrane 4.1 is connected at its outer periphery so tightly connected to the feed pump housing 2.
  • the delivery space 1 .1 a has an inlet opening, via which the material 1 1 1 can flow into the delivery space 1 .1 a when the inlet valve 5 arranged in the inlet opening is open.
  • the delivery chamber 1 .1 a has an outlet opening, in which an outlet valve 6 is arranged, so that material 1 1 1 can flow out of this outlet opening when this outlet valve 6 is opened.
  • the feed pump 1 .1 is driven by a feed pump drive 8 in the form of a further diaphragm pump, the drive pump 1 .2, whose diaphragm 4.2 - in the middle position shown in FIG. 2 a, in which the diaphragms 4.1, 4.2 are flat plates, which at most in their radial course may have a fault 4a as indicated in the drive pump 1 .2 - are parallel to each other.
  • the feed pump 1 .1 is driven, ie its membrane 4.1 transversely to its main plane 4 'alternately moved back and forth, by means of a in the middle of the membrane 4.1 at the rear, ie from the drive chamber 1 .1 b forth, attacking drive ram 9, the is also firmly connected to the center of the membrane 4.2 of the drive pump 1 .2, so that the centers of the two membranes 4.1; 4.2 can only move synchronously with each other.
  • the drive rod 9 extends through the membrane 4.2 of the drive pump 1 .2 and also through the subsequent housing wall, and stands out of the pump housing 2 - the feed pump housing and the drive pump housing are at least in the region between the two Membranes 4.1, 4.2 in one piece - before, and has in its interior in its longitudinal extent, the direction of movement 10, extending holes, one of which on the two sides of the Diaphragm 4.2 opens, so one in the coupling space 1 .2a of the drive pump, which is the feed pump 1 .1 faces, and one on the drive side 1 .2b, from which the membrane is driven 4.2.
  • the two longitudinal bores are each connected to a compressed air connection 13, which are accessible outside the pump housing 2 on the drive tappet 9 and can be connected via a respective check valve 14 to a source of compressed air.
  • a compressed air connection 13 which are accessible outside the pump housing 2 on the drive tappet 9 and can be connected via a respective check valve 14 to a source of compressed air.
  • the fault 4a may be useful in order to be able to compensate for the greater transverse extent relative to the central position when the diaphragm 4 is deflected by means of the elasticity of the diaphragm 4.
  • Both membranes 4.1, 4.2 are preferably circular disk-shaped, and preferably also the pump housing 2, as Figure 2b shows. Inlet 5 a and outlet 6 a are arranged one above the other and thus easily accessible.
  • the inlet valve 5 is formed as an active, so driven, check valve 14, the valve body 14a is driven by a pneumatic cylinder 20 by by introducing compressed air into a compressed air port 13 of the pneumatic cylinder 20, ie at open, in the compressed air port 13 existing Check valve 14, the piston 19 this pneumatic cylinder 20 the associated, in this case tapered, valve body 14a, lifts off the valve seat 14b against the force of an acting on the valve stem spring 18, which biases the valve body 14a in the closed position, ie against the valve seat 14b.
  • the outlet valve 6, however, is designed as a simple check valve 7, in which case a ball as a valve body 7a due to gravity rests on the upwardly facing valve seat 7b, if on both sides of the valve body 7a, the same pressure prevails, for example, ambient pressure, and of course, when a higher pressure than on the other side rests on the side facing away from the valve seat 7b side of the valve body 7a.
  • valve unit 6 should preferably be arranged with an outlet valve 6 pointing upwards with the valve seat 7b.
  • the membrane 4.2 of FIG. 2a is displaced to the right by applying the coupling space 1 .2a with compressed air, preferably to the right wall of the interior of the drive pump 1 .2 until it reaches the end position shown in FIG. 2c.
  • the membrane 4.1 of the feed pump 1 .1 Due to the coupling via the drive tappet 9, the membrane 4.1 of the feed pump 1 .1 also performs this movement. Since at the same time the inlet valve 5 is opened by means of appropriate control of the local compressed air connection flows through the inlet port 5a material 1 1 1 through the open inlet valve 5 in the conveyor chamber 1 .1 a of the feed pump 1 .1 and fills this, either by gravity, if the Liquid column above the inlet nozzle 5a is higher than the upper end of the delivery chamber 1 .1 a - which of course depends on the mounting position of the pump Unit 1 depends - or by appropriate pressure with which the material 1 1 1 is pressed into the inlet nozzle 5a.
  • valve body 7a of the check valve 7 is lifted from its valve seat 7b by the flowing material 1 1 1 and the material can flow past the valve body 7a.
  • the membrane 4.1 again begins the filling stroke by movement according to FIG. 2c to the right up to the end position according to FIG. 2c, the material located in the outlet line and in the outlet connection 6a pushes the valve body 7a back onto the valve by gravity alone Valve seat 7b.
  • the movement of the membrane 4.1 in Figure 2c to the right only possible if the inlet valve 5 is open at the same time, because without inflow of material 1 1 1 in the delivery chamber 1 .1 a, the membrane 4.1 can not move to the right.
  • the compressed air connection 13 of the respective room sits away from the center of the respective room and thus also the plunger 9 and penetrates the wall surrounding the respective space.
  • a check valve 14 is present at each of the compressed air connections 13 in order to be able to individually control the supply of compressed air at the individual compressed air connections 13 from a controller 100 * .
  • the advantage of this design is the much simpler constructed plunger 9 in the form of a solid rod or a simple piece of pipe, but above all only between the two membranes 4.1 and 4.2 must be arranged, and must penetrate neither of the two membranes, which increases the life and density of the membranes.
  • FIG. 1 shows the entire storage device 100, in which a pot-like, tightly closed by a lid, reservoir 101 is present, which can be filled or refilled via an inlet opening 103 with material 1 1 1, and the two outlet openings 102 in the lower area has, in each case one of the previously described pump units 1, here 1 a and 1 b, are connected with its inlet port 5a.
  • the pumping units 1 a, 1 b are arranged symmetrically to the vertical 1 1 of the bearing device 100, in such a way that the membrane levels 4 'of the feed pumps 1 .1 of the pumping units 1 a, b preferably at an acute angle ⁇ to the vertical.
  • the pumping units 1 a, 1 b can be partially projecting under the storage container 101 and partially projecting laterally beyond, without the accessibility to the valves 5, 6 of these pumping units 1 a, 1 b to deteriorate significantly.
  • the pump units 1 a, 1 b are time-offset driven in opposite directions, so the one pump unit 1 a performs a delivery stroke, while the other pump unit 1 b performs a filling stroke, the consumer is not shown - to both of which Outlet 6a indicated conveying lines lead - quasi continuously supplied with material 1 1 1 from the storage device 100.
  • the inlet valves 5 of the two pump units 1 a, 1 b must, of course, be driven independently of each other, which can be effected by a controller 100 * of the storage device, while the exhaust valves 6 need as passive valves no active control.
  • the reservoir 101 is usually airtight, so the lid shown here on the cup-shaped main part of the reservoir 101 is tightly secured.
  • the reservoir 101 is under a negative pressure, in the lid of the reservoir 101 except the filling opening 103, a vacuum port 104 is present, which acts by means of a vacuum pump 105, the air space in the reservoir 101 above the material 1 1 1 with negative pressure, ie substantially evacuated ,
  • This negative pressure in the reservoir 101 of course reduces the gravitational inclination of the material 1 1 1 to flow through the low-lying outlet opening 102 with the inlet valve 5 open in the respective feed pump 1 .1 of the respective pump unit 1 a, 1 b.
  • the feed pump 1 .1 provided in the drive chamber 1 .1 b with a vacuum port 12, which via a check valve 109 also with the vacuum port 104 of the reservoir 1 and thus the This acting vacuum source 5 is connectable.
  • the check valve 109 is open, which is of course preferably only the filling stroke of the case.
  • connection line 108 is shown only for the left pump unit 1 a, in practice, however, it is present in both pump units 1 a, 1 b.
  • the controller 100 * can control the storage device 100 and especially its emptying even better when it is supplied with corresponding input signals:
  • a pumping unit 1 preferably comprises, for example, a liquid sensor 15 on the drive side in the drive space 1 .1b of the feed pump 1 .1, which strikes, if fluid in, for example, a crack in the membrane Form of the material to be pumped 1 1 1 gets there, which is why the liquid sensor 15 - which is technically connected to the controller 100 * - is located on a in the mounted state as low as possible point of the drive chamber 1 .1 b.
  • the pump unit 1 may further comprise a pressure sensor 16, possibly several times, in order to monitor the pressure conditions in the pumping unit 1.
  • a pressure sensor 16 is present in the inlet connection 5a and / or in the outlet connection 6a of the delivery points 1 .1 in order to monitor the pressure conditions prevailing there, which in fact provide information about the correct functioning of the pumping unit 1.
  • Also in the rooms 1 .2a, 1 .2b of the drive pump 1 .2 such pressure sensors 16 may be present, as well as in the rooms 1 .1 a and 1 .1 b of the feed pump 1 .1.
  • a position sensor 17 either in one of the boundary walls of the interior of the feed pump 1 .1, preferably with respect to the center of the membrane 4.1, be present, and / or in the membrane 4.1, in particular its center, incorporated and / or be present in the leadership of the pump housing 2 for the drive tappet 9.
  • the data-related connection of the controller 100 * with the various sensors and the valves to be controlled by the controller is preferably carried out conventionally, that is to say bound by cable, by means of the illustrated data lines 110.
  • the storage container 1 may, on the one hand, comprise a stirrer 106, which, in particular near the bottom of the storage container 1, prevents sedimentation of heavy components of the material 11 by rotation about an upright axis.
  • a stirrer 106 which, in particular near the bottom of the storage container 1, prevents sedimentation of heavy components of the material 11 by rotation about an upright axis.
  • a heater 107 in the form of, for example, heating wires may be present in order to heat the material 1 1 1 and thereby make it less viscous.

Abstract

Pumpen-Einheit (1) zum Entleeren eines mit flüssigem oder pastösem Material (111) gefüllten, insbesondere unter einem Unterdruck stehenden, Vorrats-Behälters (101), der Bestandteil einer Lagervorrichtung (100) ist, wobei die Pumpen-Einheit (1) eine Förderpumpe (1.1) umfasst, welche ein sich relativ zum Förderpumpen-Gehäuse (2) bewegbares elastisches Pump-Element (3), einen Förderpumpen-Antrieb (8), und eine Steuerung zum Steuern mindestens aller beweglichen Komponenten der Pumpen- Einheit (1) aufweist.

Description

Pumpen-Einheit,
damit ausgestattete Lagervorrichtung sowie Verfahren zum Betreiben der Lagervorrichtung
I. Anwendungsgebiet
Die Erfindung betrifft eine Pumpeneinheit, um damit flüssige und vor allem viskose Stoffe wie etwa Kleber und Harze zu transportieren, sowie eine Lagervorrichtung, die einen Vorratsbehälter für solche Materialien umfasst, aus dem mittels einer solchen Pumpe diese Materialien zu einem nachgelagerten Verbraucher gepumpt werden müssen.
II. Technischer Hintergrund
Gerade pastöse Materialien, z.B. Vergussmassen, um elektronische Schaltungen feuchtigkeitsdicht zu vergießen oder Kleber, um Bauteile dicht miteinander zu verbinden, werden in der Industrie häufig mittels entsprechenden, automatisierten Ausbringungsverfahren über Dosier- Automaten auf den entsprechenden Bauteilen aufgebracht, und müssen dementsprechend ständig mit dem entsprechenden Material versorgt werden. Zu diesem Zweck ist ein solcher Verbraucher über Leitungen mit einer Lagervorrichtung verbunden, in der sich in einem meist topfförmigen Vorratsbehälter das entsprechende Material befindet. In der Leitung, die von einer tiefliegenden Entnahmeöffnung dieses Vorratsbehälters zum Verbraucher führt, ist eine Pumpen-Einheit angeordnet, die den Transport dieses häufig viskosen Materials bewirkt.
Ein Problem besteht darin, dass diese Materialien häufig abrasive Feststoffe in fein verteilter Form enthalten, weshalb hierfür bestimmte Pumpenbauformen, wie etwa kontinuierlich arbeitende Schneckenpumpen, nicht in Betracht kommen.
Stattdessen werden häufig Kolbenpumpen verwendet, die auch bei abrasivem zu fördernden Material weniger schnell verschleißen und zusätzlich kostengünstiger herstellbar sind, jedoch keinen kontinuierlichen Förderstrom bieten.
Aus diesem Grund werden dann zwei Förderpumpen, insbesondere in der Bauform als Kolbenpumpe, parallel betrieben, die auch meist über separate Anschlüsse am gleichen Vorratsbehälter angeschlossen sind, und die so angesteuert werden, dass die eine Kolbenpumpe gerade einen Arbeitshub vollzeiht, also Material in Richtung Verbraucher ausstößt, während die andere Kolbenpumpe gerade einen Rückhub vollzieht, also ihr Pumpenraum gerade mit neuem Material aus dem Vorratsbehälter gefüllt wird.
Dennoch verschleißen - abhängig von dem zu fördernden Material - auch Kolbenpumpen bei einem solchen Einsatz und müssen ab und an gewechselt werden, was einerseits Stillstandszeiten der Anlage nach sich zieht und natürlich andererseits die Kosten für Reparatur und Montage der Pumpe, beispielsweise der Kolbenpumpe. Allerdings ist für dieses Transportieren zum Behälter nicht unbedingt ein sehr präzise einzuhaltendes Volumen bei jedem Pumpenhub Voraussetzung, denn es muss lediglich in der Zufuhrleitung zum Verbraucher dort jeweils ein ausreichender Druck vorliegen, damit der Verbraucher jederzeit mit Material versorgt ist. Da es sich häufig um in ihrer Handhabung und Lagerung empfindliche Materialien handelt, können solche Vorratsbehälter
- ein zusätzliches Rührwerk aufweisen, um das Sedimentieren schwererer Inhaltsstoffe zu verhindern,
und/oder
- eine Heizung, um das viskose Material durch Temperaturerhöhung dünnflüssiger werden zu lassen,
und/oder
- vor allem eine Entgasungseinheit, um eventuell in dem Material noch vorhandene Lufteinschlüsse zu beseitigen, bevor das Material zum Verbraucher gepumpt wird.
III. Darstellung der Erfindung a) Technische Aufgabe
Es ist daher die Aufgabe gemäß der Erfindung, eine Pumpeneinheit vor allem für die beschriebene Lagervorrichtung zur Verfügung zu stellen, die einfach und kostengünstig herzustellen ist, und einem möglichst geringen Verschleiß unterliegt,, auch bei abrasiven Inhaltsstoffen des zu fördernden Materials, und darüber hinaus im Bedarfsfall schnell und einfach auszutauschen ist. b) Lösung der Aufgabe
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 , 10 und 14 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Wie jede Pumpen-Einheit umfasst auch eine gattungsgemäße Pumpen- Einheit für flüssiges oder pastöses Material eine Förderpumpe, die ein sich relativ zum Förderpumpen-Gehäuse bewegbares Pump-Element aufweist, sowie einen Antrieb für diese Förderpumpe.
Erfindungsgemäß wird der Verschleiß durch das zu fördernde Material reduziert, indem das Pumpelement zumindest ein elastisches Element umfasst, vorzugsweise das elastische Element selbst das Pumpelement ist. Dabei ist das elastische Element randseitig umlaufend dicht eingespannt, zumindest gegenüber dem Pumpengehäuse, bei hülsenförmiger Gestalt in Form eines Faltenbalges auch am gegenüberliegenden Ende des Faltenbalges gegenüber einem nicht elastischen Pumpelement. U Das elastische Element ist so angeordnet, dass es im Pump-Betrieb nur auf einer Seite mit dem zu fördernden Material in Kontakt steht, und somit den Raum im Inneren des Pumpengehäuses in einen Förderraum und einen Antriebsraum unterteilt. Da das zu fördernde Material somit nicht zwischen das elastische Element einerseits und ein relativ zu diesem bewegtes anderes Element andererseits geraten kann, ist ein Verschleiß bewirkt durch abrasive Eigenschaften des Materials kaum zu befürchten. Vorzugsweise umfasst eine solche Pumpen-Einheit auch eine Steuerung, in der Regel eine elektronische Steuerung, die zumindest alle beweglichen Komponenten der Pumpen-Einheit steuert. Es gibt unterschiedliche Pumpen-Formen, die ein elastisches Element als Teil des Pumpelementes umfassen:
Zum einen eine Faltenbalg-Pumpe, bei der wie bei einer Kolbenpumpe üblich, ein Pump-Kolben in einem Zylinder axial beweglich ist, jedoch liegt der Pump-Kolben mit seinem Außenumfang nicht dicht - sei es über Dichtungen oder Kolbenringe - an der Zylinderwandung an und verschiebt sich entlang dieser, sondern endet radial im Abstand zu der Innenumfangswand des Zylinders, wobei ein hülsenförmiger, elastischer Balg, meist ein Faltenbalg, mit seiner einen ringförmigen Endkante am Außenumfang des Pumpkolben dicht befestigt ist und mit seiner anderen ringförmigen Endkante am Pumpengehäuse.
Eine andere Bauform ist eine sogenannte Membran-Pumpe, bei der eine elastische, etwa plattenförmige Membran den Innenraum im Pumpengehäuse - meist gebildet durch zwei glockenförmige oder napfförmige, mit den offenen Seiten dicht gegeneinander befestigte Gehäuseteile - den Innenraum im Pumpengehäuse in einen Förderraum und einen Arbeitsraum unterteilt, und an ihrem äußeren Rand umlaufend dicht gegenüber dem Pumpengehäuse befestigt ist, beispielsweise zwischen den beiden gegeneinander gepressten verschraubten Gehäusehälften dicht befestigt ist.
Durch Bewegen der Membran quer zu ihrer Hauptebene wird der Förderraum abwechselnd vergrößert und verkleinert, sodass durch entsprechende Ein- und Auslassventile mittels der Membran aus dem bei maximalem Volumen mit dem Material gefüllten Förderraum beim Verringern seines Volumens das darin beinhaltete Material durch eine Auslassleitung herausgepresst wird und zum Verbraucher gefördert wird.
Gerade die Bauform als Membran-Pumpe, die für die vorliegende Erfindung im Vordergrund steht, ist sehr einfach und kostengünstig herzustellen, da die einzelnen Bauteile hierfür aufgrund nur weniger und noch dazu ebener Passflächen kostengünstig herzustellen sind, im Gegensatz zu einer Kolbenpumpe. Während das Einlassventil vorzugsweise ein aktives, also antreibbares und insbesondere gesteuert antreibbares, Ventil ist, welches jedoch vorzugsweise nur zwischen der vollständig geöffneten und vollständig geschlossenen Stellung hin und her bewegbar sein muss, kann das Auslassventil sogar ein einfaches, passives, also nicht durch einen Ventiltrieb angetriebenes, Auslassventil sein, beispielsweise in der Form eines Rückschlagventils und wird nur in Sonderfällen ein aktives, gesteuert antreibbares, Ventil sein.
Dadurch wird verhindert, dass bereits in der Auslassleitung befindliches Material zurück in den Förderraum der Membran-Pumpe gelangt, welcher ja bei Vergrößerung seines Volumens durch Material aus dem zu entleerenden Vorratsbehälter, also durch die Einlassöffnung, erhalten soll und gefüllt werden soll. Das Rückschlagventil kann mit der größeren Seite seines Durchlasses nach oben weisend angeordnet sein und lediglich durch das Eigengewicht des Ventilelements, meist einer Kugel, die Schließstellung einnehmen und/oder zusätzlich mittels der Kraft einer Feder in die Schließstellung vorgespannt sein Auf diese Art und Weise ist auch der Aufwand für die Herstellung der benötigten Ventile, vor allem des Auslassventiles, sehr gering. Vorzugsweise sind Einlassventil und Auslassventil an diametral gegenüberliegenden Seiten des Förderraums der Pumpe angeordnet, vorzugsweise das Einlassventil im montierten Zustand der Pumpen-Einheit an dessen tiefster Stelle und das Auslassventil an dessen höchster Stelle, sodass das Auslassventil besonders einfach durch ein dort angeordnetes Rückschlagventil verschlossen werden kann.
Eine solche Pumpe kann auf unterschiedliche Art und Weise angetrieben werden:
Eine erste Möglichkeit besteht darin, den Antriebsraum der Förderpumpe abwechselnd mit Unterdruck oder Überdruck eines Antriebsmediums, beispielsweise Luft, zu beaufschlagen. Bevorzugt wird die Pumpe, bei der Bauform als Membran-Pumpe die Membran der Pumpe, über einen Antriebsstößel, der mit seinem vorderen Ende an der vom zu fördernden Material abgewandten Seite an der Membran befestigt ist, quer zu ihrer Hauptebene angetrieben. Bei einer Faltenbalg-Pumpe wird der Förderkolben von dem Antriebstößel angetrieben.
Der Antriebstößel und/oder die Membran der Förderpumpe kann von unterschiedlichen Antrieben in Bewegung versetzt werden, sei es von einem Elektromotor, zum Beispiel über einen oszillierenden Antrieb oder auch einen Excenter-Antrieb, noch einfacher aber wiederum von einer Membran-Pumpe, die nun als Membran-Antriebspumpe dient, und deren Membran mit dem anderen, hinteren Ende des Antriebsstößels verbunden ist.
Die Antriebspumpe wird in Letzterem Fall dadurch hin und her bewegt, dass zwischen den beiden Räumen beidseits ihrer Membran ein Differenzdruck erzeugt und für das Hin- und Herbewegen umgekehrt wird. Zu diesem Zweck ist sowohl der Kopplungsraum, durch den das hintere Ende des Antriebstößels verläuft, als auch der Antriebsraum, zumindest jedoch nur der Antriebsraum, mit mindestens einem Anschluss versehen, um in diesem Antriebsraum und gegebenenfalls auch dem Kopplungsraum den Druck verändern zu können und insbesondere die Druckdifferenz zwischen den beiden Räumen vom positiven zum negativen Wert verändern zu können. Im einfachsten Fall wird der Antriebsraum einerseits und der Kopplungsraum andererseits abwechselnd mit Druckluft als Arbeitsmedium beaufschlagt und der jeweils andere Raum zur Umgebung hin geöffnet oder gar mit Unterdruck beaufschlagt. Der Vorteil, dies an der Förderpumpe nicht direkt in deren Antriebsraum vorzusehen, liegt darin, dass eine solche Antriebs-Pumpe über eine wesentlich größere Membranfläche als die Förderpumpe verfügen kann und dadurch auch ein relativ geringer Arbeitsdruck des Arbeitsmediums, vorzugsweise Luft, für die Antriebspumpe, ausreichend ist.
Dabei ist die wirksame Fläche der Membran der Antriebspumpe, insbesondere der Membran-Antriebspumpe, mindestens um den Faktor 2, besser um den Faktor 3, besser um den Faktor 4, besser um den Faktor 5 größer als die der anderen Membran, nämlich der Förderpumpe.
Zusätzlich kann der Antriebsraum der Förderpumpe über einen Unterdruckanschluss verfügen und mit Unterdruckanschluss beaufschlagbar sein, um beim Rückhub die Membran aktiv in die vollständig zurückgezogene Füllstellung bewegen zu können - gegebenenfalls zusätzlich zum Antriebsstößel, der ja nur punktuell angreift - sodass in den Bereichen zwischen dem Befestigungspunkt des Antriebsstößels und der randseitigen Befestigung die Membran überall ihre maximal zurückgezogene Stellung erreicht.
Vorzugsweise sind dabei die Hauptebenen der beiden Membranen parallel zueinander angeordnet, und der Antriebstößel und dessen Bewegungsrichtung erstrecken sich lotrecht dazu.
Daraus ergibt sich ein besonders einfacher Aufbau, und auch die Herstellungsprozesse für die Einzelteile von Antriebspumpe und Fördererpumpe sind nahezu identisch.
Im Förderpumpengehäuse oder gar Förderraum kann ferner eine Heizvorrichtung, insbesondere in Form von elektrischen Heizschlangen oder Leitungen für ein aufgeheiztes flüssiges Medium, vorgesehen sein, um das zu fördernde Material zu erwärmen und damit dünnflüssiger und besser pumpfähig werden zu lassen. Auch eine Kühlvorrichtung kann bei einzelnen Anwendungen notwendig sein.
Auf der vom zu fördernden Medium abgewandten Seite der Membran oder des Faltenbalges der Förderpumpe, also dem Antriebsraum, ist vorzugsweise ein Flüssigkeitssensor angeordnet, der im Fall einer Undichtigkeit wie etwa eines Risses der Membran in den Antriebsraum hinein gelangende Flüssigkeiten detektiert und an die Steuerung meldet, die daraufhin ein Alarmsignal abgibt.
Im Förderraum der Förderpumpe oder in deren Anschlüssen ist mindestens ein Drucksensor vorhanden, um jederzeit die Druckverhältnisse in der Pumpe und insbesondere in dem Förderraum zu kennen, sodass eine damit verbundene Steuerung darauf reagieren kann, entweder durch Verändern des Arbeitsdruck des Antriebsmediums oder notfalls auch durch Abgabe eines Alarmsignals, wenn der gemessene Druck einen Grenzwert überschreitet oder ein Mindest-Druck nicht erreicht wird.
Vorzugsweise wird auch die Position des Förderpumpen-Antriebes, insbesondere des Antriebsstößels, durch einen Positionssensor überwacht, zumindest das Erreichen von dessen Endlagen, vorzugsweise findet über den gesamten Bewegungsweges eine Detektion der Bewegung des Antriebsstößels statt. Das Gleiche kann stattdessen oder ergänzend auch für die Position der Membran, insbesondere der Membran der Förderpumpe, vorgesehen sein, und/oder für die Membran der Antriebspumpe, wenn eine solche vorhanden ist.
Hinsichtlich der Lagervorrichtung, die neben dem Vorratsbehälter für das zu fördernde Material wenigstens eine der vorbeschriebenen Pumpen-Einheiten umfasst, wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Pumpen-Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.
Vorzugsweise umfasst die Lagervorrichtung dabei zwei solcher Pumpen- Einheiten, die gegensynchron angetrieben werden können, um eine quasikontinuierliche Förderung des Materials in die Auslassleitung sicherzustellen.
Je nach dem benötigten Fördervolumen können statt der Verwendung unterschiedlich großer Pumpen-Einheiten auch mehr als zwei Pumpen- Einheiten Verwendung finden, von denen beispielsweise jeweils die Hälfte der Pumpen-Einheiten synchron betrieben werden und auch in eine gemeinsame Förderleitung hinein fördern können. Vorzugsweise sind die beiden Pumpen-Einheiten jedoch unabhängig voneinander steuerbar, sodass auch zeitliche Überlappungen des Rückhubes der einen Pumpen-Einheit und des Arbeitshubes der anderen Pumpen-Einheit oder ein zeitlicher Abstand dazwischen möglich werden.
Bei der Lagervorrichtung ist die Förderpumpe, insbesondere die Membran- Förderpumpe, vorzugsweise so angeordnet, dass sich ihr Einlassventil unterhalb der Auslassöffnung des Vorratsbehälter befindet, sodass bei geöffnetem Einlassventil das Material allein schwerkraftbedingt bereits in den Förderraum der Membran-Pumpe strömt.
Dabei kann die Hauptebene der Membran der Membran-Förderpumpe vorzugsweise unter einem Winkel von höchstens 40°, besser höchstens 30°, besser höchstens 20°, besser höchstens 10° zur Vertikalen geneigt angeordnet sein, während der Vorratsbehälter vorzugsweise vertikal stehend mit seiner offenen Seite nach oben in der Lagervorrichtung steht. Dies ergibt eine besonders raumsparende Anordnung und damit eine kompakte Lagervorrichtung. Der Pumpenantrieb der einen oder auch zwei Förderpumpen ist dabei vorzugsweise auf der bezüglich der Förderpumpe auf der vom Vorratsbehälter abgewandten Seite angeordnet, sodass der Pumpenantrieb, insbesondere die Antriebs-Pumpe, leicht zugänglich ist für Reparaturen. Vorzugsweise wird der dicht verschlossene Vorratsbehälter mit Unterdruck beaufschlagt, um ein Einmischen von Luft in das Material im Vorratsbehälter zu vermeiden, insbesondere wenn dieser mit einem Mischer ausgestattet ist.
Vorzugsweise wird dann der Luftraum des Vorratsbehälters mit dem Antriebsraum der Förderpumpe verbunden, und diese Verbindung kann über ein Ventil wahlweise geöffnet und verschlossen werden. Dadurch herrscht hinsichtlich der beiden Seiten der Membran in der Förder- Pumpe der gleiche Druck, vorzugsweise soll auf der Seite des zu fördernden Materials sogar ein geringfügig niedrigerer Druck anstehen als auf der gegenüberliegenden Seite der Membran.
Dadurch kann beim Füllen der Förderpumpe die Membran in die optimal nahe Endlage zum Gehäuse auf der Antriebsseite gebracht werden und ein maximales Pumpvolumen erreicht werden, indem der Förderraum ein besonders großes Volumen erreichen kann.
Beim Verfahren zum Betreiben einer solchen Lagervorrichtung kann die Ausstoßbewegung der beiden Pumpen-Einheiten zeitlich überlagert werden, sodass ein einer kontinuierlichen Förderung möglichst nahe kommender Förderstrom erreicht wird, wofür auch die Bewegung der Membran der Förderpumpe, insbesondere der Membran-Pumpe, ein Geschwindigkeitsprofil über ihren Bewegungsweg, beispielsweise des Bewegungsweges des Mittelpunktes der Membran-Pumpe, vollziehen kann.
Dies ist beispielsweise möglich, wenn die Bewegung der Membran oder des Antriebsstößels über den gesamten Bewegungsweges hinweg überwacht wird und an die Steuerung gemeldet wird, die dadurch die Antriebsgeschwindigkeit des Pumpenantriebes, auch der eventuell benutzten Membran-Antriebspumpe, innerhalb jedes Pumpenhubes variieren kann oder nach einem vorgegebenen Weg-Geschwindigkeits-Diagramm steuern kann.
Durch die Beaufschlagung des Luftraumes des Vorratsbehälters mit dem gleichen Unterdruck wie in dem Antriebsraum der Membran-Förderpumpe wird ein optimales und vor allem immer konstantes Fördervolumen erreicht. Vorzugsweise wird dabei der Antriebsraum der Förderpumpe mit Unterdruck beaufschlagt, insbesondere dem gleichen Unterdruck wie der Luftraum im Vorratsbehälter, sobald die Ausstoßbewegung des Antriebsstößels endet.
Falls ein Flüssigkeitssensor vorhanden ist, kann die Steuerung beim Empfang eines entsprechenden Signales den Eintritt von Flüssigkeit in den Antriebsraum melden und ein Alarmsignal abgeben, sodass die entsprechende Membran-Pumpe repariert, insbesondere die Membran ausgetauscht, wird oder die gesamte Pumpen-Einheit gegen eine neue ausgetauscht wird, die erst anschließend repariert werden muss. Dadurch wird die Betriebsunterbrechung der Lagervorrichtung minimal gehalten, zumal hierfür lediglich das aktiv ansteuerbare Einlassventil der entsprechenden Pumpen-Einheit geschlossen werden muss und nach dem Vollziehen eines letzten Ausbringungshubes die Pumpen-Einheit von ihren Anschlüssen gelöst und entfernt werden kann.
c) Ausführungsbeispiele
Ausführungsformen gemäß der Erfindung sind im Folgenden beispielhaft näher beschrieben. Es zeigen: Figur 1 : die gesamte Lagervorrichtung mit zwei Pumpen-Einheiten,
Figur 2a: eine der Pumpen-Einheiten in Mittelstellung (Normalstellung),
Figur 2b: eine Pumpen-Einheit in der Front Ansicht, eine der Pumpen-Einheiten am Ende des Arbeitshubes, Figur 2c: eine der Pumpen-Einheiten am Ende des Füll-Hubes,
Figur 2d: eine der Pumpen-Einheiten am Ende des Arbeits-Hubes,
Figur 3: eine andere Bauform der Pumpen-Einheit.
Der Aufbau der Förderpumpen-Einheit 1 lässt sich am besten anhand der Schnittdarstellung der Figur 2a und der Frontdarstellung gemäß Figur 2b erkennen:
Die Pumpen-Einheit 1 besteht dabei aus einer Förderpumpe 1 .1 in Form einer Membran-Pumpe, und einer in Bewegungsrichtung 10 der Membran 4.1 dieser Membran-Pumpe vorgelagerten und damit verbundenen Antriebspumpe 1 .2, die ebenfalls wieder als Membran-Pumpe mit einer Membran 4.2 ausgestattet ist.
Dabei ist die wirksame Fläche der Membran 4.2 der Antriebspumpe 1 .2 wesentlich größer als die der Membran 4.1 der Förderpumpe 1 .1 .
Wie bei jeder Membran-Pumpe unterteilt die Membran 4.1 den etwa diskus- förmigen Innenraum der Förderpumpe 1 .1 in einen Förderraum 1 .1 a, durch den das zu pumpende Material 1 1 1 strömt, und einen Antriebsraum 1 .1 b, in den dieses Material 1 1 1 nicht gelangen soll, da die Membran 4.1 an ihrem Außenumfang ja dicht mit dem Förderpumpen-Gehäuse 2 verbunden ist.
Der Förderraum 1 .1 a besitzt im unteren Bereich eine Einlassöffnung, über die das Material 1 1 1 in den Förderraum 1 .1 a einströmen kann, wenn das in der Einlassöffnung angeordnete Einlassventil 5 geöffnet ist. Im oberen Bereich besitzt der Förderraum 1 .1 a eine Auslassöffnung, in der ein Auslassventil 6 angeordnet ist, sodass aus dieser Auslassöffnung Material 1 1 1 ausströmen kann, wenn dieses Auslassventil 6 geöffnet ist. Angetrieben wird die Förderpumpe 1 .1 von einem Förderpumpen-Antrieb 8 in Form einer weiteren Membran-Pumpe, der Antriebspumpe 1 .2, deren Membran 4.2 - in der in Figur 2a dargestellten Mittellage, in der die Membranen 4.1 , 4.2 ebene Platten darstellen, die höchstens in ihrem radialen Verlauf eine Verwerfung 4a aufweisen können wie bei der Antriebspumpe 1 .2 angedeutet - parallel zueinander liegen.
Die Förderpumpe 1 .1 wird angetrieben, also ihre Membran 4.1 quer zu ihrer Hauptebene 4' abwechselnd hin und her bewegt, mittels eines in der Mitte der Membran 4.1 an deren Rückseite, also vom Antriebsraum 1 .1 b her, angreifenden Antriebsstößels 9, der ebenso mit der Mitte der Membran 4.2 der Antriebspumpe 1 .2 fest verbunden ist, sodass sich die Mitten der beiden Membranen 4.1 ; 4.2 nur synchron miteinander bewegen können.
Indem also die Membran 4.2 der Antriebspumpe 1 .2 hin und her bewegt wird in und entgegen der Verlaufsrichtung des Antriebsstößels 9, der im Pumpengehäuse 2 zwischen den beiden Membran-Pumpen 1 .1 , 1 .2 verschiebbar gelagert ist, wird vom Antriebsstößel 9 die Förderpumpe 1 .1 angetrieben. In diesem Fall erstreckt sich der Antriebsstößel 9 durch die Membran 4.2 der Antriebspumpe 1 .2 hindurch und auch durch die anschließende Gehäuse- Wandung, und steht aus dem Pumpengehäuse 2 - das Förderpumpen- Gehäuse und das Antriebspumpen-Gehäuse sind zumindest im Bereich zwischen den beiden Membranen 4.1 , 4.2 einstückig ausgeführt - vor, und weist in seinem Inneren in seiner Längserstreckung, der Bewegungsrichtung 10, verlaufende Bohrungen auf, von denen je eine auf den beiden Seiten der Membran 4.2 mündet, also eine im Kopplungsraum 1 .2a der Antriebspumpe, welcher der Förderpumpe 1 .1 zugewandt ist, und einer auf der Antriebs-Seite 1 .2b, von der her die Membran 4.2 angetrieben wird. Die beiden Längsbohrungen sind jeweils mit einem Druckluftanschluss 13 verbunden, die außerhalb des Pumpengehäuses 2 am Antriebstößel 9 zugänglich sind und über jeweils ein Sperrventil 14 mit einer Druckluftquelle verbindbar sind. Durch z.B. wechselweises Beaufschlagen des Kopplungs-Raumes 1 .2a und des Antriebs-Raumes 1 .2b mit Druckluft kann die große Membran 4.2 der Antriebspumpe 1 .2 in Bewegungsrichtung hin und her bewegt werden, wodurch verbunden über den Antriebstößel 9 auch die Membran 4.1 der Förderpumpe 1 .1 synchron hin und her bewegt wird, wofür die maximalen Auslenkstrecken der beiden Membranen 4.1 , 4.2 vorzugsweise gleich groß sein sollten.
Die Verwerfung 4a kann sinnvoll sein, um die bei ausgelenkter Membran 4 größere Quererstreckung gegenüber der Mittellage ausgleichen zu können mittels der Elastizität der Membran 4.
Beide Membranen 4.1 , 4.2 sind vorzugsweise kreisscheibenförmig ausgebildet, und vorzugsweise auch das Pumpengehäuse 2, wie Figur 2b zeigt. Einlassstutzen 5a und Auslassstutzen 6a sind übereinander angeordnet und dadurch gut zugänglich.
Das Einlassventil 5 ist als aktives, also angetriebenes, Sperrventil 14 ausgebildet, dessen Ventilkörper 14a von einem Pneumatik-Zylinder 20 angetrieben wird, indem durch Einbringen von Druckluft in einen Druckluftanschluss 13 des Pneumatik-Zylinders 20, also bei geöffnetem, in dem Druckluftanschluss 13 vorhandenen Sperrventil 14, der Kolben 19 dieses Pneumatik-Zylinders 20 den damit verbundenen, in diesem Fall kegelförmigen, Ventilkörper 14a, vom Ventilsitz 14b abhebt gegen die Kraft einer am Ventilschaft angreifenden Feder 18, die den Ventilkörper 14a in die geschlossene Stellung, also gegen den Ventilsitz 14b, vorspannt.
Das Auslassventil 6 ist dagegen als einfaches Rückschlagventil 7 ausgebildet, indem in diesem Fall eine Kugel als Ventilkörper 7a schwerkraftbedingt auf dem nach oben weisenden Ventilsitz 7b aufliegt, wenn auf beiden Seiten des Ventilkörpers 7a der gleiche Druck herrscht, beispielsweise Umgebungsdruck, und natürlich erst recht, wenn auf der vom Ventilsitz 7b abgewandten Seite des Ventilkörpers 7a ein höherer Druck als auf der anderen Seite anliegt.
Aus diesem Grund sollte die Ventileinheit 6 vorzugsweise mit einem mit dem Ventilsitz 7b nach oben weisenden Auslassventil 6 angeordnet werden.
Im Pump-Betrieb wird mittels Beaufschlagung des Kopplungsraumes 1 .2a mit Druckluft die Membran 4.2 von Figur 2a nach rechts verlagert, vorzugsweise bis anliegend an der rechten Wand des Innenraumes der Antriebspumpe 1 .2 bis in die in Figur 2c dargestellte Endlage.
Durch die Kopplung über den Antriebsstößel 9 vollzieht auch die Membran 4.1 der Förderpumpe 1 .1 diese Bewegung. Da gleichzeitig das Einlassventil 5 mittels entsprechender Ansteuerung des dortigen Druckluftanschlusses geöffnet ist, strömt über den Einlassstutzen 5a Material 1 1 1 durch das offene Einlassventil 5 in den Fördererraum 1 .1 a der Förderpumpe 1 .1 ein und füllt diesen, entweder schwerkraftbedingt, wenn die Flüssigkeitssäule über dem Einlassstutzen 5a höher ist als das obere Ende des Förderraumes 1 .1 a - was natürlich von der Montagelage der Pumpen- Einheit 1 abhängt - oder durch entsprechenden Druck, mit dem das Material 1 1 1 in den Einlassstutzen 5a gepresst wird.
Sobald in der Stellung gemäß Figur 2c auf diese Art und Weise der Förder- Raum 1 .1 a der Förderpumpe 1 .1 vollständig mit Material 1 1 1 gefüllt ist und der Füllhub beendet ist, wird das Einlassventil 5 geschlossen, indem der Pneumatik-Zylinder 20 entlüftet wird, und die Feder 18 das Einlassventil 5 in die geschlossene Stellung bewegt. Anschließend kann mittels Wechsel der Druckluftbeaufschlagung bei der Antriebspumpe 1 .2 vom Kopplungsraum 1 .2a auf den Antriebsraum 1 .2b als Arbeitshub ein Verlagern beider Membranen 4.1 , 4.2 gemeinsam mittels Kopplung durch den Antriebsstößel 9 nach links bewegt werden bis zu der in Figur 2d dargestellten Endlage, in der beide Membranen 4.1 , 4.2 vorzugsweise an der linken Wand des Innenraumes der jeweiligen Pumpe 1 .1 , 1 .2 anliegen, wodurch also das Volumen des Förderraumes 1 .1 a der Förderpumpe 1 .1 minimiert wird, und das im Förderraumes 1 .1 a befindliche Material 1 1 1 aus dem Auslassstutzen 6a in die nur in Figur 1 angedeutete anschließende Förderleitung zum Verbraucher geschoben wird.
Dabei wird durch das strömende Material 1 1 1 der Ventilkörper 7a des Rückschlagventils 7 von seinem Ventilsitz 7b abgehoben und das Material kann an dem Ventilkörper 7a vorbeiströmen. Nachdem der Förderhub beendet ist, und die Membran 4.1 wieder den Füllhub beginnt durch Bewegung gemäß Figur 2c nach rechts bis in die Endstellung gemäß Figur 2c, drückt das in der Auslassleitung und in dem Auslassstutzen 6a befindliche Material den Ventilkörper 7a allein schon schwerkraftbedingt wieder auf den Ventilsitz 7b. Dabei wird die Bewegung der Membran 4.1 in Figur 2c nach rechts nur möglich, wenn gleichzeitig das Einlassventil 5 offen ist, denn ohne Nachströmen von Material 1 1 1 in den Förderraum 1 .1 a lässt sich die Membran 4.1 nicht nach rechts bewegen.
Der Ablauf dieses Pumpbetriebes zeigt, dass auf diese Art und Weise das zu fördernde, gegebenenfalls stark abrasiv wirkende, Material 1 1 1 nur auf einer Seite mit dem sich bewegenden Pumpelement 3, bei einer Membran-Pumpe der Membran 4.1 , in Berührung gelangt, dagegen nicht an Gleitpaarungen, bei denen zwei Elemente dicht anliegend gegeneinander verschoben werden, wie etwa der Antriebstößel 9 in seiner Führung im Pumpengehäuse 2, sodass abrasive Partikel dazwischen gelangen können und einen sehr schnellen Verschleiß an der Gleitpaarung bewirken können, Zusätzlich ist in Figur 2d eine andere Zuführung von Arbeitsmedium, meist Druckluft, in den Kopplungs-Raum 1 .2a sowie den Antriebs-Raum 1 .2b der Antriebs-Pumpe 1 .2 als auch gegebenenfalls in den Kopplungs-Raum 1 .1 b der Förderpumpe 1 .1 dargestellt als Alternative zur Zuführung über den Stößel 9:
Der Druckluft-Anschluss 13 des jeweiligen Raumes sitzt dabei abseits des Zentrums des jeweiligen Raumes und damit auch des Stößels 9 und durchdringt die den jeweiligen Raum umgebende Wandung. Vorzugsweise ist auch in diesem Fall an jedem der Druckluft-Anschlüsse 13 ein Sperrventil 14 vorhanden, um die Druckluftzufuhr an den einzelnen Druckluft- Anschlüssen 13 von einer Steuerung 100* aus einzeln steuern zu können.
Der Vorteil dieser Bauform ist der wesentlich einfacher aufgebaute Stößel 9 in Form einer massiven Stange oder eines einfachen Rohrstückes, der jedoch vor allem nur zwischen den beiden Membranen 4.1 und 4.2 angeordnet werden muss, und keine der beiden Membranen durchdringen muss, was die Lebensdauer und Dichtigkeit der Membranen erhöht.
Die Figur 1 zeigt die gesamte Lagervorrichtung 100, in der ein topfartiger, durch einen Deckel dicht verschließbarer, Vorratsbehälter 101 vorhanden ist, der über eine Einlassöffnung 103 mit Material 1 1 1 befüllt bzw. nachgefüllt werden kann, und der zwei Auslassöffnungen 102 im unteren Bereich besitzt, an denen jeweils eine der zuvor beschriebenen Pumpen-Einheiten 1 , hier 1 a und 1 b, mit ihrem Einlassstutzen 5a angeschlossen sind.
Die Pump-Einheiten 1 a, 1 b sind dabei symmetrisch zur Vertikalen 1 1 der Lagervorrichtung 100 angeordnet, und zwar so, dass die Membran-Ebenen 4' der Förderpumpen 1 .1 der Pump-Einheiten 1 a, b vorzugsweise unter einem spitzen Winkel α zur Vertikalen stehen. Dadurch können die Pump- Einheiten 1 a, 1 b teilweise unter den Vorratsbehälter 101 hineinragend angeordnet werden und teilweise seitlich darüber hinaus ragend, ohne die Zugänglichkeit zu den Ventilen 5, 6 dieser Pump-Einheiten 1 a, 1 b wesentlich zu verschlechtern.
Indem die Pumpen-Einheiten 1 a, 1 b zeitversetzt gegenläufig angetrieben werden, also die eine Pumpen-Einheit 1 a einen Förderhub vollzieht, während die andere Pumpen-Einheit 1 b einen Füllhub vollzieht, wird der nicht dargestellte Verbraucher - zu dem beide an den Auslassstutzen 6a angedeuteten Förderleitungen führen - quasi kontinuierlich mit Material 1 1 1 aus der Lagervorrichtung 100 versorgt.
Dies kann besonders gut dadurch erreicht werden, dass sich die wechselseitigen Hübe nicht zeitlich aneinander anschließen, sondern gegebenenfalls leicht überlappen, sodass gegen Ende des Förderhubes der einen Pumpen-Einheit 1 a, bei der der Förderstrom in der abführenden Leitung sich bereits verringert, bereits der Förderhub der anderen Pumpen-Einheit 1 b einsetzt, und deren Förderstrom zunimmt. Dazu müssen die Einlassventile 5 der beiden Pumpeinheiten 1 a, 1 b natürlich unabhängig voneinander antreibbar sein, was durch eine Steuerung 100* der Lagervorrichtung bewirkt werden kann, während die Auslassventile 6 als passive Ventile keiner aktiven Ansteuerung bedürfen. In der Regel soll strikt vermieden werden, dass in das Material 1 1 1 Luft in Form von Lufteinschlüssen hinein gelangt, weshalb der Vorratsbehälter 101 meist luftdicht verschlossen ist, also der hier dargestellte Deckel auf dem topfförmigen Hauptteil des Vorratsbehälters 101 dicht befestigt ist. Dabei steht der Vorratsbehälter 101 unter einem Unterdruck, indem im Deckel des Vorratsbehälter 101 außer der Einfüllöffnung 103 auch ein Unterdruckanschluss 104 vorhanden ist, der mittels einer Unterdruckpumpe 105 den Luftraum im Vorratsbehälter 101 oberhalb des Materials 1 1 1 mit Unterdruck beaufschlagt, also im Wesentlichen evakuiert.
Dieser Unterdruck im Vorratsbehälter 101 verringert natürlich die schwerkraftbedingte Neigung des Materials 1 1 1 , durch die tiefliegende Auslassöffnung 102 bei geöffnetem Einlassventil 5 in die jeweilige Förderpumpe 1 .1 der jeweiligen Pumpen-Einheit 1 a, 1 b zu strömen.
Deshalb ist zur Unterstützung dieses Einströmens vorzugsweise bei beiden Pump-Einheiten 1 a, 1 b die Förderpumpe 1 .1 im Antriebsraum 1 .1 b mit einem Unterdruckanschluss 12 versehen, der über ein Sperrventil 109 auch mit dem Unterdruckanschluss 104 des Vorratsbehälters 1 und damit der diesem beaufschlagenden Unterdruckquelle 5 verbindbar ist. Damit herrschen im Luftraum des Vorratsbehälters 101 immer die gleichen Druckverhältnisse wie auf der Antriebsseite 1 .1 b, zumindest wenn das Sperrventil 109 geöffnet ist, was natürlich vorzugsweise nur beim Füllhub der Fall ist.
Aus Übersichtlichkeitsgründen ist diese Verbindungsleitung 108 nur für die linke Pump-Einheit 1 a dargestellt, in der Praxis ist sie jedoch bei beiden Pump-Einheiten 1 a, 1 b vorhanden. Die Steuerung 100* kann die Lagervorrichtung 100 und vor allem deren Entleervorgang noch besser steuern, wenn sie mit entsprechenden Eingangssignalen beliefert wird:
Deshalb umfasst eine Pump-Einheit 1 - wie am besten anhand der Figur 2a erkennbar - vorzugsweise beispielsweise einen Flüssigkeitssensor 15 auf der Antriebsseite im Antriebsraum 1 .1 b der Förderpumpe 1 .1 , der anschlägt, falls beispielsweise durch einen Riss in der Membran Flüssigkeit in Form des zu pumpenden Materials 1 1 1 dorthin gelangt, weshalb der Flüssigkeitssensor 15 - der datentechnisch mit der Steuerung 100* verbunden ist - sich an einem im montierten Zustand möglichst tief liegenden Punkt des Antriebsraumes 1 .1 b befindet.
Die Pumpen-Einheit 1 kann ferner einen Drucksensor 16, gegebenenfalls mehrfach, aufweisen, um die Druckverhältnisse in der Pump-Einheit 1 zu überwachen. Vorzugsweise ist im Einlassstutzen 5a und/oder im Auslassstutzen 6a der fördert-Punkte 1 .1 ein solcher Drucksensor 16 vorhanden, um die dort herrschenden Druckverhältnisse zu überwachen, die ja Aufschluss über ein korrektes Arbeiten der Pump-Einheit 1 geben. Auch in den Räumen 1 .2a, 1 .2b der Antriebspumpe 1 .2 können solche Drucksensoren 16 vorhanden sein, ebenso wie in den Räumen 1 .1 a und 1 .1 b der Förderpumpe 1 .1 . Ferner ist es für die Steuerung 100* von Interesse, die aktuelle Position oder wenigstens das Erreichen der Endlagen-Positionen der Membranen, vor allem der Membran 4.1 der Förderpumpe 1 .1 , zu kennen, oder ersatzweise des Antriebsstößels 9, der fest mit dieser Membran 4.1 verbunden ist. Zu diesem Zweck kann ein Positionssensor 17 entweder in einer der Begrenzungswände des Innenraumes der Förderpumpe 1 .1 , vorzugsweise gegenüber der Mitte der Membran 4.1 , vorhanden sein, und/oder auch in der Membran 4.1 , insbesondere deren Zentrum, eingearbeitet sein und/oder auch in der Führung des Pumpengehäuses 2 für den Antriebsstößel 9 Vorhanden sein.
Die datentechnische Verbindung der Steuerung 100*mit den verschiedenen Sensoren sowie den von der Steuerung anzusteuern den Ventilen geschieht vorzugsweise konventionell, also Kabel gebunden, mittels der dargestellten Datenleitungen 1 10.
Wie Figur 1 ferner zeigt, kann der Vorratsbehälter 1 einerseits einen Rührer 106 umfassen, der insbesondere nahe des Bodens des Vorratsbehälters 1 durch Drehung um eine aufrechte Achse ein Sedimentieren von schweren Bestandteilen des Materials 1 1 1 verhindert.
Des Weiteren kann im Vorratsbehälter 101 , insbesondere in dessen Wandung, eine Heizvorrichtung 107 in Form von z.B. Heizdrähten vorhanden sein, um das Material 1 1 1 zu erwärmen und dadurch dünnflüssiger zu machen. BEZUGSZEICHENLISTE
1, 1a, 1b Pumpen-Einheit
1* Steuerung
1.1 Förderpumpe
1.1a Förder-Raum
1.1b Antriebs-Raum
1.2 Antriebspumpe
1.2a Kopplungs-Raum
1.2b Antriebs-Raum
2 Förderpumpen-Gehäuse
3 Pump-Element
4, 4.1,4.2 elastisches Element, Membran, Faltenbalg
4a Verwerfung
4' Hauptebene
5 Einlassventil
5a Anschlussstutzen, Einlassstutzen
6 Auslassventil
6a Anschlussstutzen, Auslassstutzen
7 Rückschlagventil
7a Ventil körper
7b Ventilsitz
8 Förderpumpen-Antrieb
9 Antriebs-Stössel
10 Bewegungsrichtung
11 Vertikale
11' Längsmitte Unterdruck-Anschluss Druckluft-Anschluss Sperr ventila Ventilkörperb Ventilsitz
Flüssigkeit-Sensor Druck-Sensor
Position-Sensor Feder
Kolben
Problematik-Zylinder
0 Lagervorrichtung0* Steuerung
1 Vorrats-Behälter2 Auslassöffnung3 Einlassöffnung4 Unterdruck-Anschluss5 Unterdruck-Pumpe6 Rührer
7 Heizvorrichtung8 Verbindungsleitung9 Sperrventil
0 Datenleitung
1 Material
Winkel

Claims

WO 2019/030001 Uns PCT/EP2018/070243 PATENTANSPRÜCHE
1. Pumpen-Einheit (1) zum Entleeren eines mit flüssigem oder pastösem Material 111) gefüllten, insbesondere unter einem Unterdruck stehenden, Vorrats-Behälters 101), insbesondere eines Misch-Behälters (101), der Bestandteil einer Lagervorrichtung 100) ist, wobei
die Pumpen-Einheit (1 ) eine Förderpumpe (1.1) umfasst, welche
- ein sich relativ zum Förderpumpen-Gehäuse (2) bewegbares Pump-Element (3),
- einen Förderpumpen-Antrieb (8), und
- eine Steuerung (1*) zum Steuern mindestens aller beweglichen Komponenten der Pumpen-Einheit (1)
aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass
- das Pump-Element (3) ein elastisches Element (4) zumindest umfasst, vorzugsweise ein elastisches Element (4) ist.
2. Pumpen-Einheit nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
- das elastische Element (4) ein Faltenbalg (4) ist, der das Förderpumpen-Gehäuse (2) mit einem Pump-Kolben (3) verbindet und die Förderpumpe (1.1) eine Faltenbalg-Pumpe (1.1) Ist
oder
- das elastische Element eine im Wesentlichen ebene Membran (4) ist, die an ihrem Umfang dicht an den Innenseiten des Pumpen-Gehäuses (2) befestigt ist und die Förderpumpe (1.1) eine Membran-Förderpumpe (1.1) ist.
3. Pumpen-Einheit für nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Membran-Förderpumpe (1.1)
- ein aktives, gesteuert bewegbares Einlassventil (5) WO 2019/030001 Uns PCT/EP2018/070243 und/oder
- ein passives Auslassventil (6), insbesondere in der Bauform eines Rückschlag- Ventiles (7), umfasst und dabei
- insbesondere der Ventil-Körper (7a) oberhalb des Ventil-Sitzes (7b) des Rückschlag-Ventil (7) angeordnet ist und der Ventilkörper (7a) durch sein Eigengewicht, insbesondere nur sein Eigengewicht, und/oder zusätzliche Schließkraft, insbesondere Federkraft, in die Schließstellung vorgespannt ist.
4. Pumpen-Einheit für nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
- Einlassventil (5) und Auslassventil (6) an diametral gegenüberliegenden Seiten des Förder-Raumes (1.1a) der Membran-Förderpumpe (1.1 ) angeordnet sind,
- insbesondere das Einlassventil (5) im montierten Zustand der Membran- Förderpumpe (1.1) an der tiefsten Stelle und das Auslassventil (6) an der höchsten Stelle des Förder-Raumes (1.1a).
5. Pumpen-Einheit für nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Antriebs-Raum (1.1b) der Membran-Förderpumpe (1.1) über einen Unterdruck- Anschluss (12) verfügt und mit Unterdruck beaufschlagbar ist.
6. Pumpen-Einheit für nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
- der Förderpumpen-Antrieb (8) einen in Bewegungsrichtung (10) beweglichen und angetriebenen Antriebs-Stössel (9) umfasst, der im Antriebs-Raum (1.1b) mit der Membran (4) oder dem mit dem Faltenbalg (4) verbundenen Förderkolben (3) wirkverbunden ist und insbesondere mittig daran befestigt ist und
- insbesondere der Antriebs-Stössel (9) von einer Membran-Antriebspumpe (1.2) angetrieben ist, deren Membran (4) oder Pumpelement (3) mit dem anderen Ende des Antriebs-Stössel (9) wirkverbunden ist,
- insbesondere die Membran-Antriebspumpe (1.2) und die Membran-Förderpumpe (1.1) fluchtend hintereinander in Bewegungsrichtung (10) angeordnet sind, in welcher sich auch der Antriebs-Stössel (9) erstreckt und beweglich ist. WO 2019/030001 Uns PCT/EP2018/070243
7. Pumpen-Einheit für nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
- die Membran-Antriebspumpe (1.2) pneumatisch betreibbar ist und insbesondere wenigstens deren Antriebs-Raum (1.2b), insbesondere auch deren Kopplungs- Raum (1.2a) jeweils über einen Druckluft-Anschluss (13) verfügt,
und/oder
- die wirksame Fläche der Membran (4) der Membran-Antriebspumpe (1.2) mindestens um den Faktor 2,0, besser um den Faktor 3,0, besser um den Faktor 4,0, besser um den Faktor 5,0 grösser ist als die der Membran-Förderpumpe (1.1).
8. Pumpen-Einheit für nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
- das Förderpumpen-Gehäuse (2) eine Heizvorrichtung (14) zum Beheizen des Innenraumes der Förderpumpe (1.1) aufweist,
und/oder
- ein Flüssigkeit-Sensor (15) auf der Antriebs-Seite der Membran (4) der Membran- Förderpumpe (1.1) vorhanden ist.
9. Pumpen-Einheit für nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
- ein Drucksensor (16) im Förder-Raum (1.1a) oder dessen Anschlüssen vorhanden ist,
und/oder
- ein Positionssensor (17) zum Ermitteln der Position des Förderpumpen-Antriebes (8), insbesondere des Antriebs-Stössels (9), vorhanden ist, der insbesondere in der Membran (4) angeordnet, insbesondere in dieser integriert, ist. WO 2019/030001 Uns PCT/EP2018/070243
10. Lagervorrichtung (100) umfassend
- einen mit flüssigem oder pastösem Material (111) gefüllten Vorrats-Behälter (101) in dem vorzugsweise Unterdruck herrscht, insbesondere einem Misch-Behälter (101), und
- wenigstens einer Pumpen-Einheit (1) zum Entleeren des Behälters (100), dadurch gekennzeichnet, dass
die wenigstens eine Pumpen-Einheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.
11. Lagervorrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
- die Lagervorrichtung (100) zwei Pumpen-Einheiten (1a, 1b) umfasst, die insbesondere unabhängig voneinander ansteuerbar sind,
und/oder
- das Einlassventil (5) in die Membran-Förderpumpe (1.1) unterhalb der Auslassöffnung (102) des Vorrats-Behälters (101) angeordnet ist.
12. Lagervorrichtung nach Anspruch 10 oder 11 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
- die Membran-Förderpumpe (1.1) mit der Hauptebene (4') der Membran (4) unter einem Winkel (a) von höchstens 40°, besser höchstens 30°, besser höchstens 20°, besser höchstens 10° zur Vertikalen (11 ) angeordnet ist,
und/oder
- der wenigstens eine Förderpumpen-Antrieb (8) bezüglich der Membran- Förderpumpe (1.1) auf der von der Längsmitte (11') der Lagervorrichtung (100) abgewandten Seite angeordnet ist.
13. Lagervorrichtung nach Anspruch 10, 11 oder 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
- eine verschließbare Verbindungsleitung (108) zwischen dem Luftraum des
Vorrats-Behälters (101 ) und dem Antriebs-Raum (1.1b) der Membran- Förderpumpe (1.1), insbesondere jeder Membran-Förderpumpe (1.1), vorhanden ist. WO 2019/030001 Uns PCT/EP2018/070243
14. Verfahren zum Entleeren des Vorrats-Behälters (101) einer Lagevorrichtung (100) gemäß einem der vorherigen Ansprüche 10 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, dass
- die Ausstoß-Bewegung des Antriebs-Stössels (9a) der Pumpen-Einheit (1a) begonnen wird, bevor die Ausstoß-Bewegung des Antriebs-Stössels (9b) der Pumpen-Einheit (1b) beendet ist
und/oder
- der Antriebs-Raum (1.1b) der Membran-Förderpumpe (1.1) mit Unterdruck beaufschlagt wird, insbesondere mit dem gleichen Unterdruck wie der Luftraum des Vorrats-Behälters (101), sobald die Ausstoß-Bewegung des Antriebs-Stössels (9) beendet ist.
15. Verfahren nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Einlassventil (5) geschlossen wird, sobald der Positionssensor (17) das Erreichen der Endposition der Membran (4) der Fördererpumpe (1.1) in der Aufzieh-Stellung meldet.
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Steuerung (100*) ein Alarmsignal abgibt, sobald der Flüssigkeitssensor (15) im Antriebsraum (1.1b) der Fördererpumpe (1.1) Flüssigkeit meldet.
17. Verfahren nach Anspruch 14, 15 oder 16,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Steuerung (100*) die Pumpen-Antriebe (8) still setzt, sobald der im Förder-Raum (1.1a) vorhandene Drucksensor (16) einen über einem vorgegebenen Grenzwert liegenden Druck meldet.
PCT/EP2018/070243 2017-08-08 2018-07-26 Pumpen-einheit, damit ausgestattete lagervorrichtung sowie verfahren zum betreiben der lagervorrichtung WO2019030001A1 (de)

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