CH656674A5 - Dosierpumpe. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Dosierpumpe mit mindestens einem in einem Pumpengehäuse geführten Pumpenkolben, dessen Hubfrequenz und dessen wirksamer Kolbenhub einstellbar und der Pumpenkolben hierzu über einen hubregelbaren Antrieb bewegbar ist.

Bekannt sind Dosierpumpenantriebe mit mechanisch über Kurven gesteuerte Pumpenkolbenbewegungen, die je nach Dosiervolumen in der Kurbelantriebstechnik verstellt werden müssen, d.h. der Kurbelradius oder die Schubstange getrieben vom Kurbelradius wird in ihrer Länge verändert. Hierdurch wird der Dosierhub des Pumpenkolbens in seinen Wegen entsprechend der gewünschten Volumenforderung geändert. Da mit diesen Verstellungen in den Leistungsbereich der Stösselübertragung eingegriffen werden muss, müssen hier hochsteife Stellglieder zwischengeschaltet werden, die bei Hubveränderungen die Verstellung der volumetri-schen Hubveränderung vornehmen müssen.

Weiterhin sind hydraulisch gesteuerte Dosierpumpenantriebe bekannt. Hier wird durch eine Schwarz-Weiss-Steue-rung ein Arbeitszylinder zum Antrieb des Pumpenkolbens zwischen zwei von aussen verstellbaren Festanschlägen hin-und herbewegt. Durch Endlagendämpfungen werden die Brems- sowie Beschleunigungskurven gefahren. Eine Kurvenänderung für die Beschleunigung und Bremsung ist nach der Fertigung eines solchen Antriebes nicht mehr möglich, da diese Endlagendämpfung nur durch fertigungstechnische Anbringungsmöglichkeiten erreicht wird. Im übrigen müssen auch hier die Anschläge gegen den Arbeitsdruck, den der Arbeitszylinder erzeugt, verstellt werden. Sollten hier Fernverstellungen, gesteuert aus prozessgesteuerten Anlagen, angebracht werden, so sind auch hier grössere Leistungen notwendig.

Beide erwähnten Systeme haben den Nachteil, dass Änderungen an den Beschleunigungs- und Verzögerungskurven nur durch grossen mechanischen Aufwand vorgenommen werden können. Da solche Pumpenantriebe jedoch häufig die unterschiedlichsten Medien über Dosierpumpen fördern müssen, sind ideale Saug- oder Ausstosskurven nicht vorbestimmbar.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, in Vermeidung der beschriebenen Nachteile eine Dosierpumpe der eingangs genannten Art zu schaffen, die mit geringem Aufwand an unterschiedliche Fördermedien und Förderbedingungen anpassbar ist, insbesondere ohne aufwendige mechanische Vorkehrungen.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, dass als Antrieb für den bzw. die Kolben mindestens ein hydraulisch oder pneumatisch beaufschlagter Arbeitszylinder vorgesehen ist, dass dieser bzw. diese Arbeitszylinder über eine elektronische Steuerung in ihrem Hub und ihrer Hubgeschwindigkeit steuerbar sind und dass dazu die Kolbengeschwindigkeit und der Kolbenweg über einen elektronisch gesteuerten Schrittmotor vorgegeben und über eine Nachlaufsteuerung mit einer Istwertrückführung nachgestellt werden.

Dadurch können insbesondere bei prozessgesteuerten Anlagen zum Beispiel in der chemischen Verarbeitungsindustrie die Dosierung in weiten Grenzen dem erforderlichen Prozesszyklus automatisch angepasst werden, wobei selbst

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ein Wechsel der zu fördernden Stoffe ohne mechanische Änderungen an der Dosierpumpe einfach möglich ist.

Konstruktiv besonders einfach kann die Kolbenstange des Arbeitszylinders mit dem Pumpenkolben in bekannter Weise gekoppelt sein und es kann weiter die Koppelstange oder eine Kolbenstangenverlängerung Teil der Istwertrückführung sein. Insbesondere kann ein Teil der Kolbenstange bzw. der Kolbenstangenverlängerung eine Verzahnung tragen, in der ein Ritzel der Istwertrückführung kämmt. Dabei wird die Druckbeaufschlagung des Arbeitszylinders in Abhängigkeit von der Abweichung der Iststellung der Kurbelstange bzw. der Kolbenstangenverlängerung von der vorgegebenen Sollstellung über ein hydraulisches Regelventil gesteuert.

Mit relativ geringem konstruktivem Aufwand kann eine Verdoppelung der maximalen Fördermenge dadurch erreicht werden, dass symmetrisch zwei Pumpenkolben und Arbeitszylinder vorgesehen sind, die über nur eine Nachlaufsteuerung steuerbar sind. Dabei sind beide Arbeitszylinder im synchron-mechanischen Regelkreislauf festgeschaltet, wobei gleichzeitig jede der beiden Dosierpumpen ihre volle Leistung erbringen können, und es kann bei der Kopplung jeder Zylinder für sich in der Auswirkung der Saug- und Stossbe-wegung mit voller Leistung gefahren werden.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel können die Kolbenstangenverlängerungen der beiden Arbeitsyzlinder jeweils eine Verzahnung tragen, die vorteilhaft über das Ritzel der Istwertrückführung miteinander gekoppelt sind. Dabei können die beiden Pumpen und Arbeitszylinder punktsymmetrisch zum Ritzel der Istwertrückführung angeordnet sein, so dass die beiden Pumpen immer gleichsinnig laufen, und die Saug- und Stossbewegung kann optimal ausgesteuert werden.

Bei einer anderen Ausführungsform sind die Kolben der beiden Arbeitszylinder fluchtend über eine gemeinsame Kolbenstangenverlängerung miteinander verbunden. Bei dieser Tandemlösung wird immer abwechselnd eine Pumpe im Saug- und die andere im Förderbetrieb gefahren. Durch die Überlagerung von Saug- und Förderbetrieb ist hier allerdings eine optimale Aussteuerung an den Leistungsgrenzen beschränkt.

Einen materialmässig reduzierten Konstruktionsaufwand kann man dadurch erreichen, dass das Gehäuse für die Istwertrückführung gleichzeitig als Abschlussdeckel des Arbeitszylinders dient, in dem die entsprechenden Kanäle für die Druckmittelzuführung und Abführung vom und zum Steuerventil direkt angeordnet sind, so dass mindestens ein Teil der erforderlichen Verbindungsleitungen und Schraubverbindungen eingespart werden kann. Eine weitere Vereinfachung kann noch dadurch erreicht werden, dass das Mantelrohr des Arbeitszylinders im Gehäuse der Istwertführung direkt dicht eingeschraubt ist.

Weitere erfindungsgemässe Ausbildungen sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen und werden mit ihren Vorteilen in der nachstehenden Beschreibung näher erläutert. In den beigefügten Zeichnungen zeigt:

Figur 1 eine schematische Darstellung einer Dosierpumpe mit zwei Pumpen und Arbeitszylindern in Tandemanordnung,

Figur 2 einen Längsschnitt durch die beiden in Tandem angeordneten Arbeitszylinder,

Figur 3 ein Kolbengeschwindigkeits-Hubdiagramm, der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsform einer Dosierpumpe,

Figur 4 eine andere Ausführungsform mit zwei Pumpen und Arbeitszylindern und

Figur 5 einen Längsschnitt durch die beiden punktsymmetrisch angeordneten Arbeitszylinder der in Figur 4 schematisch dargestellten Dosierpumpenausführung.

Bei den im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen werden für die entsprechenden Teile die gleichen Bezugszeichen verwendet. Beim in Figur 1 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel einer Dosierpumpe sind zwei Pumpen 1, 5 1 ' und zwei Arbeitszylinder 2,2' in ihrer axialen Erstreckung fluchtend miteinander über eine Koppelstange 3 gekoppelt. Weiter sind die Kolben 4,4' der Pumpen 1,1' direkt mit den Kolbenstangen 5, 5' der zugeordneten Arbeitszylinder 2 bzw. 2' verbunden. Die Koppelstange 3 ist mit einer Verzahnung 6 l0 versehen, die in einem Ritzel 7 einer Istwertrückführung 8 kämmt. Die Istwertrückführung 8 ist Bestandteil einer Nachlaufsteuerung 9. Der Sollwert der Nachlaufsteuerung 9 kann von einer elektronischen Steuerung 10 über einen Schrittmotor 11 vorgegeben werden entsprechend den Dosierbedürfnis-15 sen. Der von der elektronischen Steuerung 10 angesteuerte Schrittmotor 11 ist über einen Zahnriemen 12 mit einer Sollwerteingabe 13 der Nachlaufsteuerung 9 gekoppelt.

Die Nachlaufsteuerung 9 ist mit einer Druckölversorgung 14, einem Ölrücklauf 15 und Verbindungsleitungen A und B, 20 A', B' mit den Druckräumen 16,16', 17, 17' der beiden Arbeitszylinder 2, 2' über ein nicht näher dargestelltes Regelventil verbunden. Bei einer entsprechenden Abweichung des Istwerts vom vorgegebenen Sollwert kann in bekannter Weise über die Nachlaufsteuerung 9 eine Verschiebung der Kolben 25 18,18' mittels Druckölbeaufschlagung bzw. Druckölrückfüh-rung erreicht werden, wodurch über die Kolbenbewegung die Kolben 4,4' der Pumpen 1,1' bewegt und Druckmedium in Richtung der Pfeile 19,19' gefördert bzw. angesaugt wird.

In der Figur 2 ist ein konstruktives Ausführungsbeispiel 30 einer Dosierpumpenkonstruktion gemäss Figur 1 ohne Pumpen dargestellt. Die Koppelstange 3 ist bei dieser Konstruktion in einem Gehäuse 20 der Nachlaufsteuerung 9 verschiebbar geführt und über eine Exzenterrolle 21 in einem spielfreien Eingriff mit dem Ritzel 7 gehalten. Die Koppelstange 3 35 selbst ist bis zum inneren Ende der beiden hohl ausgeführten Kolbenstangen 5, 5' geführt und dort fest angelenkt, und sie durchdringt damit die Kolben 18, 18' der beiden Arbeitszylinder 2,2'.

Der Innenraum der Kolbenstangen 5, 5' ist jeweils über 40 ein Innenrohr 22, 22' von den Arbeitsräumen 16,17, 16', 17' unter Anordnung entsprechender Dichtungen abgedichtet. Durch diese Hohlausbildung der Kolbenstangen 5, 5' kann eine wesentliche Reduzierung der Baulänge erreicht werden.

Zur weiteren Verkürzung der Baulänge und zur Einspa-45 rung von Einzelteilen und Schraubverbindungen sind die Mantelrohre 23,23' der Arbeitszylinder 2, 2' direkt im Gehäuse 20 dicht eingeschraubt, wobei die Leitungen A' und B vom nicht dargestellten Regelventil der Nachlaufsteuerung 9 direkt in die Druckräume 17' bzw. 16 geführt sind. 50 In Figur 3 ist ein Kolbengeschwindigkeits-Hubdiagramm für einen Arbeitszyklus dargestellt. Dabei geht die Beschleunigungskurve 24 in einen Konstantgeschwindigkeitsteil 25 über, und es erfolgt im Hubendbereich eine Verzögerung beispielsweise gemäss der Verzögerungskurve 26. Im anschlies-55 senden Rückhub erfolgt die Bewegung entsprechend der Beschleunigungskurve 24', dem Konstantgeschwindigkeitsteil 25' über die Verzögerungskurve 26' wieder zurück in die Ausgangslage. Durch die elektronische Steuerung kann dieser Kurvenverlauf entsprechend dem maximalen Leistungsver-60 mögen der Druckölversorgung 14 und der Nachlaufsteuerung 9 variiert werden entsprechend den Bedürfnissen und Anforderungen an eine optimale Dosierung.

Beim Ausführungsbeispiel der Figuren 4 und 5 sind die beiden Arbeitskolben 2,2' mit ihren jeweiligen Koppelstan-65 gen 3,3' punktsymmetrisch zum Ritzel 7 der Istwertrückführung 8 der Nachlaufsteuerung 9 angeordnet. Durch diese punktsymmetrische Anordnung ist eine besonders kurze Bauweise möglich mit dem gleichzeitigen Vorteil, dass beide Kol-

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ben 4,4' gleichsinnig entweder fördern oder ansaugen, so dass über die elektronische Steuerung 10 eine optimale Anpassung an die Förderverhältnisse und Förderstoffe möglich ist. Beispielsweise muss die Beschleunigungskurve 24, 24' bei zähen Fördermedien flacher verlaufen als bei dünnflüssigeren. Die übrige konstruktive Ausbildung entspricht weitgehend der Konstruktion gemäss Figur 2. Die aus dem Gehäuse 20 herausragenden Enden der Koppelstangen 3,3' sind durch Stutzen 27 bzw. 27', die am Gehäuse 20 angeschraubt sind, 5 gegen Verschmutzung und Beschädigung geschützt.

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3 Blatt Zeichnungen

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656 674 PATENTANSPRÜCHE

1. Dosierpumpe mit mindestens einem in einem Pumpengehäuse geführten Pumpenkolben (4,4'), dessen Hubfrequenz und dessen wirksamer Kolbenhub einstellbar und der Pumpenkolben (4,4') hierzu über einen hubregelbaren Antrieb bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass als Antrieb für den bzw. die Kolben (4,4') mindestens ein hydraulisch oder pneumatisch beaufschlagter Arbeitszylinder (2,2') vorgesehen ist, dass dieser bzw. diese Arbeitszylinder (2,2') über eine elektronische Steuerung (10) in ihrem Hub und ihrer Hubgeschwindigkeit steuerbar sind und dass dazu die Kolbengeschwindigkeit und der Kolbenweg über einen elektronisch gesteuerten Schrittmotor (11) vorgegeben und über eine Nachlaufsteuerung (9) mit einer Istwertrückführung (8) nachgestellt werden.

2. Dosierpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange (5,5') des Arbeitszylinders (2,2') mit dem Pumpenkolben (4,4') gekoppelt ist und dass diese Koppelstange (3,3') oder eine Kolbenstangenverlängerung Teil der Istwertrückführung (8) ist.

3. Dosierpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der Koppelstange (3,3') bzw. der Kolbenstangenverlängerung eine Verzahnung (6,6') trägt, die in einem Ritzel (7) der Istwertrückführung (8) kämmt.

4. Dosierpumpe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass symmetrisch zwei Pumpenkolben (4,4') und Arbeitszylinder (2,2') vorgesehen sind, die über nur eine Nachlaufsteuerung (9) steuerbar sind.

5. Dosierpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstangenverlängerungen bzw. Koppelstangen (3,3') der beiden Arbeitszylinder (2,2') jeweils eine Verzahnung (6,6') tragen und dass beide Verzahnungen (6,6') der Kolbenstangen bzw. Koppelstangen (3,3') über das Ritzel (7) der Istwertrückführung (8) miteinander gekoppelt sind (Fig. 5).

6. Dosierpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Pumpenkolben (4,4') und Arbeitszylinder (2,2') punktsymmetrisch zum Ritzel (7) der Istwertrückführung (8) angeordnet sind.

7. Dosierpumpe nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstangenverlängerungen bzw. Koppelstangen (3,3') im Gehäuse (20) der Istwertrückführung (8) verschiebbar geführt sind.

8. Dosierpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (18,18') der beiden Arbeitszylinder (2, 2') fluchtend über eine gemeinsame Kolbenstangenverlängerung bzw. der Koppelstange (3) miteinander verbunden sind, die in einem Gehäuse (20) der Istwertführung (8) verschiebbar geführt ist.

9. Dosierpumpe nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (20) zugleich als Abschlussdeckel der Arbeitszylinder (2,2') dient, und mit Kanälen (A, A', B, B') für die Druckölzu- und -abfuhr versehen ist.

10. Dosierpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnung (6,6') der Kolbenstange (5,5') bzw. Koppelstange (3,3') über ein Anpressstück spielfrei im zugeordneten Ritzel (7) kämmt.

11. Dosierpumpe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Anpressstück eine Exzenternachstellung (21,21') dient.

12. Dosierpumpe nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Mantelrohr (23,23') des Arbeitszylinders (2,2') im Gehäuse (20) der Istwertrückführung (8) dicht eingeschraubt ist.

13. Dosierpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange (5, 5') des Arbeitszylinders (2,2') hohl ausgebildet ist und die Koppelstange (3, 3') innen am hohlen kolbenabseitigen Ende der Kolbenstange (5, 5') angekoppelt und durch den Kolben ( 18 bzw. 18') des Arbeitszylinders (2,2') nach aussen geführt ist, wobei der hohle Innenraum der Kolbenstange (5, 5') durch ein Innenrohr (22, 22') gegen die Druckräume (16,17, 16', 17') des Arbeitszylinders (2,2') abgedichtet ist.