DE60210287T2

DE60210287T2 - Pumpenanordnung

Info

Publication number: DE60210287T2
Application number: DE60210287T
Authority: DE
Inventors: Nigel Charles Wood
Original assignee: ITW Ltd
Current assignee: ITW Ltd
Priority date: 2001-07-31
Filing date: 2002-07-24
Publication date: 2006-08-24
Anticipated expiration: 2022-07-25
Also published as: KR100866556B1; US7467927B2; CA2423238A1; CN1464944A; JP2008215357A; JP2004537675A; EP1421278B1; NZ524989A; AU2002355783B2; DE60210287D1; CA2423238C; ES2260464T3; EP1421278A1; KR20040034562A; WO2003012296A1; US20040001765A1; MXPA03002519A; CN1249341C; GB0118616D0; BR0205788A

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft in erster Linie, aber nicht ausschließlich, eine Pumpanordnung zum Pumpen flüssiger Farbe in einem Farbzirkulationssystem, welches eine oder mehrere Farbspritzpistolen bedient.
Allgemeiner Stand der Technik
Es ist bekannt, eine Hubkolbenpumpe zu verwenden, um flüssige Farbe durch einen Kreislauf zu pumpen, welcher ein Speicherreservoir und einen oder mehrere Entnahmepunkte enthält, welche eine oder mehrere Spritzpistolen bedienen. Hubkolbenpumpen werden den Kreiselpumpen allgemein bevorzugt, da es viel unwahrscheinlicher ist, dass sie die Pigmente und andere Einschlüsse in der flüssigen Farbe beschädigen.
Es ist bekannt, eine Hubkolbenpumpe unter Verwendung pneumatischer oder hydraulischer Motoren durch Fluid-Druck zu betreiben. Solche Motoren verbrauchen jedoch relativ viel Energie, und es wurden Versuche unternommen, Fluidmotoren durch Elektromotoren zu ersetzen, um Energie zu sparen und somit die Betriebskosten zu minimieren.
Ein Problem der Hubkolbenpumpen ist der Druckverlust am Ende des Pumpenhubs, wenn der Kolben der Pumpe die Hubumkehr durchläuft. Sogar in einer doppeltwirkenden Pumpe, wo sowohl der Vorwärtshub als auch der Rückhub des Kolben Pumphübe sind, tritt dessen ungeachtet an beiden Enden des Kolbenhubs ein deutlicher Abfall des Versorgungsdrucks auf. Um dieses Problem zu minimieren, und auch, um bei der Reaktion auf Veränderungen im Farbdruck im Zirkulationssystem eine schnelle Reaktion beim Verändern der Pumpentaktgeschwindigkeit zu erhalten, ist es notwendig, einen Servomotor als elektrischen Antriebsmotor zu verwenden. Der Servomotor zusam men mit seinen Steuerungsmechanismen kann an den Enden des Pumpenhubs eine schnelle Hubumkehr erreichen, um einen „Abfall" des Farbdrucks zu minimieren, und kann auch schnell reagieren, um Veränderungen der Pumpentaktgeschwindigkeit vorzunehmen, um einen vorbestimmten Druck im Farbzirkulationssystem beizubehalten. Es hat sich jedoch gezeigt, dass die Verwendung eines Servomotors äußerst teuer ist. Die Servomotoren selbst sind teure Produkte, und sie benötigen teure zusätzliche Steuergeräte, darunter digitale Codierer, um zu jeder Zeit eine Anzeige der Position des Kolbens innerhalb seines Hubs bereitzustellen, eine relativ komplexe Servosteuerungsanordnung, welche eine spezielle Computersoftware benutzt, eine komplexe elektrische Installation, und erfordern ein hohes Maß an elektrischem Sachverstand, um das System in Stand zu halten. Somit bringt ein Servomotor-getriebenes Pumpsystem hohe Investitionskosten mit sich und hat sich als unattraktiv für potenzielle Kunden erwiesen, ungeachtet der Tatsache, dass ein solches System im Gebrauch im Vergleich mit herkömmlichen fluidbetriebenen Motorsystemen Energieeinsparungen bewirken könnte.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System bereitzustellen, bei welchem die vorstehend genannten Nachteile minimiert werden.
Offenbarung der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Pumpanordnung für ein Farbzirkulationssystem bereitgestellt, welches eine Hubkolbenpumpe umfasst, einen Wechselstrom-Induktionsmotor, einen Umwandler von Dreh- in Linearbewegung, welcher den Ausgang des Induktionsmotors mit dem Eingang der Pumpe koppelt, einen Wechselstrom-Frequenzwandler, welcher den Induktionsmotor steuert, Schaltmittel zum Umkehren der Rotation des Induktionsmotors an den Enden des Hubs der Hubkolbenpumpe und einen Druckstoßbeseitiger, welcher mit der Ausgangsseite der Pumpe kommuniziert, um während der Hubumkehr der Pumpe den Druck in dem Zirkulationssystem zu vergrößern.
Man wird erkennen, dass das Bereitstellen eines Wechselstrom-Induktionsmotors als Hauptantrieb der Pumpanordnung, gesteuert durch einen Wechselstrom-Frequenzwandler und Schaltmittel, eine deutlich preisgünstigere Haupt-Antriebsanordnung darstellt als der bekannte Servomotor mit zugehörigem Steuermechanismus. Man erkennt jedoch, dass der Induktionsmotor mit seiner Frequenzwandler-Steuerung eine langsamere Hubumkehr erzielt, als es mit der bekannten Servomotoranordnung erreicht werden kann, wobei dieser Nachteil durch den Einbau eines Druckstoßbeseitigers in das Farbzirkulationssystem überwunden wird, um den Druck in dem System während der Hubumkehr zu verstärken. Die Kombination eines Wechselstrom-Induktionsmotors zusammen mit einem Druckstoßbeseitiger erzeugt eine wirksame und steuerbare Pumpanordnung mit einer deutlichen Einsparung bei Anschaffungs- und Wartungskosten gegenüber der bekannten Servomotoranordnung.
Wünschenswerterweise ist die Pumpe eine doppeltwirkende Pumpe, bei welcher sowohl der Vorwärts- als auch der Rückhub Pumphübe sind.
Vorzugsweise ist der Druckstoßbeseitiger ein aktiver Druckstoßbeseitiger.
Bequemerweise wird das Volumen der Gaskammer des Druckstoßbeseitigers durch eine damit verbundene zusätzliche Druckkammer vergrößert.
Wünschenswerterweise sind mit den Hubumkehr-Schaltkontakten Sicherheits-Schaltkontakte verbunden, welche in dem Fall betätigt werden, dass der Pumpenhub einen vorbestimmten Hubumkehrpunkt überschreitet.
Vorzugsweise wird ein Druckmessumformer bereitgestellt, welcher den Pumpenausgangsdruck überwacht.
Wünschenswerterweise wird ein Reduziergetriebe bereitgestellt, welches zwischen den Motor und den Umwandler geschaltet ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ein Beispiel der Erfindung ist in den begleitenden Zeichnungen veranschaulicht, wobei 1 eine schematische Darstellung einer Pumpanordnung ist und 2 eine Seitenansicht eines Teils der Vorrichtung aus 1 ist.
Bester Ausführungsmodus der Erfindung
Bezogen auf die Zeichnungen stellt die Pumpanordnung 11 einen Fluss flüssiger Farbe unter Druck in einem Farbzirkulationssystem 12 bereit und umfasst eine Hubkolbenpumpe 13, vorzugsweise eine doppeltwirkende Pumpe, bei welcher sowohl der Vorwärts- als auch der Rückhub des Kolbens 14 der Pumpe 13 Hübe sind, die einen Ausgangsdruck erzeugen. Die Hubkolbenpumpe 13 wird von einem Wechselstrom-Induktionsmotor 15 durch ein Stellglied 16 angetrieben, welches einen Umwandler von Dreh- in Linearbewegung umfasst, welcher eine kugel- oder rollspindelartige Einheit enthält, welche die Rotation der Ausgangswelle des Induktionsmotors 15 in eine geradlinige Hin- und Herbewegung des Kolbens 14 der Pumpe 13 umwandelt. Bequemerweise ist ein Getriebe 17 zwischen den Motor 15 und das Antriebselement 16 geschaltet, um die Drehgeschwindigkeit der Ausgangswelle des Motors 15 zu verringern.
Die Ausgangsöffnung der Pumpe 13 ist an die Strömungsleitung 18 des Farbversorgungskreislaufs 12 angeschlossen, welcher eine oder mehrere Spritzpistolen (nicht dargestellt) versorgt. Die Rückleitung 19 des Farbver sorgungskreislaufs enthält ein Rückschlagventil 21 und entlädt sich in ein Farbreservoir oder einen Mischtank 22, von welchem die Farbe durch eine Saugleitung 23 zur Einlassöffnung der Pumpe 13 gezogen wird.
Eine Induktionsmotor-Steuerungseinheit 24 ist bequemerweise entfernt von der Pumpanordnung 11 angeordnet und steuert die Versorgung des Motors 15 mit elektrischer Energie von einer elektrischen Energieversorgung 25. Bequemerweise kann die elektrische Energieversorgung eine 400 Volt-, Dreiphasen-und-Erde-, 3KW-Versorgung sein. Die Motorsteuerungseinheit 24 wird verwendet, um durch Herstellen oder Unterbrechen der Versorgung des Motors 15 mit elektrischer Energie die Haupt-Ein/Aus-Funktionen zu steuern. Außerdem steuert die Motorsteuerungseinheit indes die Pumpentaktgeschwindigkeit und die Pumpenumkehr. Die Pumpenumkehr wird durch das Umkehren der Rotation des Motors 15 erreicht. Um eine geeignete Umkehr des Motors 15 zu erreichen, wird ein elektrischer Schaltmechanismus 26 bereitgestellt, welcher von einer Komponente 16a des Stellgliedes 16 betrieben wird, welche sich im Einklang mit dem Kolben 14 der Pumpe 13 bewegt. Der Schaltmechanismus 26 enthält erste Schaltkontakte 26a, welche an einem Punkt, welcher dem ersten Ende des Arbeitshubs des Kolbens 14 entspricht, von der Komponente 16a des Antriebselements 16 geschaltet werden, und zweite Schaltkontakte 26b, welche an einem Punkt geschaltet werden, welcher dem zweiten, gegenüberliegenden Ende des Arbeitshubs des Kolbens 14 entspricht. Das Schließen der ersten oder zweiten Kontakte 26a, 26b sendet ein Signal an die Motorsteuerungseinheit 24, die Umkehr der Polarität der Energieversorgung des Motors 15 zu bewirken. Daher wird an jedem Ende des Arbeitshubs des Kolbens 14 die Rotationsrichtung des Motors 15 umgekehrt, und somit wird der Hub des Kolbens 14 umgekehrt. Außerdem enthält der Schaltmechanismus 26 Sicherheits-Schaltkontakte 26c, 26d, welche außerhalb des Bewegungsbereichs der Kompo nente des Stellgliedes 16 liegen, um die ersten und zweiten Schaltkontakte 26a, 26b zu bedienen. Die Sicherheits-Schaltkontakte 26c, 26d werden nicht normal betätigt, sondern in einer Fehlersituation, in der keine normale Hubumkehr auftritt, dann werden an einem Punkt in der Bewegung des Kolbens 14, welcher der äußersten mechanischen Grenze der Bewegung des Kolbens entspricht, die Sicherheits-Schaltkontakte betätigt, und die Betätigung der Sicherheits-Schaltkontakte wird bewirken, dass der Motor ausgeschaltet wird und ein Alarm ertönt. Die Sicherheits-Schaltkontakte verhindern somit, dass der Kolben unbeabsichtigt an einen Punkt getrieben wird, an welchem ein physischer Schaden an der Pumpanordnung aufträte.
Man wird erkennen, dass erste und zweite Schaltkontakte in der Praxis nicht unbedingt erforderlich sind und ein einzelnes Set Umkehr-Schaltkontakte bereitgestellt werden könnte, wobei die Steuerungseinheit 24 einen Logikschaltkreis enthielte, welcher die Polarität der Versorgung des Motors 15 jedes Mal umkehrt, wenn die Umkehr-Schaltkontakte betätigt werden.
Man wird erkennen, dass die Rotationsgeschwindigkeit des Motors 15 die Taktgeschwindigkeit der Pumpe 13 bestimmt. Die Motorsteuerungseinheit enthält einen herkömmlichen Wechselstrom-Frequenzwandler 24a, welcher die Polaritätsumkehr der Versorgung des Motors 15 bewirkt, wenn die Hubumkehr signalisiert wird, und welcher auch die Versorgung des Motors 15 steuert, um die Rotationsgeschwindigkeit des Motors zu steuern. Die Steuerungseinheit 24 kann eine manuelle Steuerungseinheit aufweisen, wodurch der Operator verschiedene Motorgeschwindigkeiten und somit Pumpenhubgeschwindigkeiten einstellen kann, um den Ausgang der Pumpenanordnung den Erfordernissen des Farbzirkulationssystems, mit welchem die Pumpanordnung verwendet wird, genügen zu lassen. Des Weiteren überwacht ein Druckmessumformer 27 den Druck am Ausgang der Pumpe 13 und versorgt die Steuerungseinheit 24 mit Kontrollsignalen. Es kann ein Bereich von Operationen des Druckmessumformers 27 und seines Zusammenwirkens mit der Steuerungseinheit 24 bereitgestellt werden. Zum Beispiel könnte der Messumformer 27 einfach den Druck am Auslass der Pumpe 13 überwachen, um sicherzustellen, dass der Motor 15 ausgeschaltet wird, wenn der Druck am Pumpenauslass einen sicheren Arbeitsdruck überschreitet. Der Messumformer 27 könnte jedoch auch ein Signal als Reaktion auf niedrigen Druck liefern, um eine Erhöhung der Betriebsgeschwindigkeit des Motors 15 und somit eine Erhöhung der Taktgeschwindigkeit der Pumpe 13 auszulösen. Das Wissen des Fachmanns auf dem Fachgebiet der Wechselstrom-Induktionsmotorsteuerung umfasst problemlos die erforderliche Konstruktion der Motorsteuerungseinheit, um solch ein Ergebnis zu erlangen.
Wünschenswerterweise weist die Steuerungseinheit 24 ein Anzeigemodul auf, wodurch der Operator leicht den Betriebszustand der Pumpanordnung ermitteln kann und leicht alle Fehlerzustände erkennen kann, welche auftreten könnten.
Ein Nachteil des relativ einfachen Wechselstrom-Induktionsmotor/Frequenzwandler-Systems ist, dass seine Steuerung der Pumpenhubumkehr relativ langsam ist, verglichen mit dem, was mit der viel komplexeren Servomotoranordnung erreicht werden kann. Somit besteht die Gefahr unerwünschter Druckschwankungen, insbesondere Druckabfälle, in dem Farbzirkulationssystem, welche der Hubumkehr der Pumpe 13 entsprechen. Dieser Nachteil wird durch Einbau eines Druckstoßbeseitigers 28 in die Strömungsleitung 18 von der Pumpe 13 überwunden. Druckstoßbeseitiger sind natürlich als eine Vorrichtung zum „Puffern" der Druckbedingungen in einem Farbzirkulationssystem wohlbekannt. Ein einfacher Druckstoßbeseitiger, bei welchem der gespeicherte Druck in die Leitung 18 entladen wird, wenn der Druck in der Leitung 18 fällt, würde eine Teillösung für das Problem des Druck abfalls in der Leitung 18 bei der Hubumkehr in der Pumpe 13 bereitstellen. Die bevorzugte Lösung ist jedoch, einen aktiven Druckstoßunterdrücker zu verwenden, bequemerweise der Form, welche in unserer ebenfalls anhängigen Europäischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungs-Nr. 1 079 169 offenbart ist. Noch bevorzugt ist es, einen aktiven Druckstoßausgleicher in Verbindung mit einer Hilfs-Druckkammer 28a (1) zu verwenden, wie in unserer ebenfalls anhängigen Europäischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungs-Nr. 1 079 170 offenbart ist.
Speziell ist eine aktive Druckstoß-Unterdrückungseinheit mit einem Vorrat an Luft oder einem anderem Gas unter Druck gekoppelt und enthält eine dynamische Ventilanordnung, welche sicherstellt, dass die Membran der Druckstoßunterdrückungseinheit, gegen welche der hydraulische Druck in der Farbleitung wirkt, immer schnell in eine Gleichgewichtsposition zurückgestellt wird, wenn sie durch Steuern des Gasdrucks an der gegenüberliegenden Seite der Membran, um den hydraulischen Druck abzustimmen, auf Druckveränderungen in der Farbleitung reagiert. Die Verwendung einer zusätzlichen Druckkammer 28a, wie sie in der ebenfalls anhängigen Patentanmeldung EP-1 079 170 offenbart ist, stellt sicher, dass das Luftvolumen, gegen welches die Membran wirkt, deutlich größer ist als das Volumen der Kammer der Einheit, welche für den hydraulischen Druck in der Farbleitung offen ist, um so die in der Luftkammer erfolgende Differentialdruckveränderung zu minimieren, welche aus der Durchbiegung der Membran als Ergebnis einer Veränderung des hydraulischen Drucks in der Farbleitung resultiert. Es hat sich herausgestellt, dass die Anwendung einer aktiven Druckstoßunterdrückung mit vergrößertem Gasvolumen die Probleme, welche aus der relativ langsamen Hubumkehr entstehen, dadurch überwindet, dass sichergestellt wird, dass ungeachtet der langsamen Hubumkehr der Druck im Farbzirkulationssystem auf oder nahe dem gewünschten Wert bleibt.
Man wird erkennen, dass es für die Steuerungseinheit 24 erstrebenswert ist, von der Pumpenanordnung 11 entfernt angeordnet zu sein, vorzugsweise in einem anderen Raum des Gebäudes, insbesondere dort, wo ein entflammbares Lösungsmittel als Farbträger verwendet wird. Des Weiteren werden, in Übereinstimmung mit der Standardpraxis, in den Signalleitungen zwischen der Schaltanordnung 26 und der Steuerungseinheit 24 Namur-Barrieren bereitgestellt, um jedes Risiko des Sprühens von Funken an der Schalteinheit 26 zu vermeiden. Natürlich wird auch die Betriebstemperatur des Motors überwacht, zum Beispiel durch ein Thermistor-Relais, welches den Motor in dem Fall abschalten wird, dass dessen Temperatur eine sichere Arbeitstemperatur überschreitet.

Claims

Pumpanordnung für ein Farbzirkulationssystem, umfassend eine Hubkolbenpumpe (13) und gekennzeichnet durch einen Wechselstrom-Induktionsmotor (15), einen Umwandler (16) von Dreh- in Linearbewegung, welcher den Ausgang des Induktionsmotors (15) mit einem Antriebs-Eingang der Pumpe (13) koppelt, einen Wechselstrom-Frequenzwandler (24a), welcher den Induktionsmotor steuert, Schaltmittel (26) zum Umkehren der Rotation des Induktionsmotors (15) an den Enden des Hubs der Hubkolbenpumpe (13) und einen Druckstoßbeseitiger (28), welcher mit der Ausgangsseite der Pumpe (13) kommuniziert, um während der Hubumkehr der Pumpe den Druck in dem Zirkulationssystem zu vergrößern.
Pumpanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckstoßbeseitiger (28) ein aktiver Druckstoßbeseitiger ist.
Pumpanordnung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen der Gaskammer des Druckstoßbeseitigers (28) durch eine damit verbundene zusätzliche Druckkammer (28a) vergrößert wird.
Pumpanordnung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit den Hubumkehr-Schaltkontakten (26) Sicherheits-Schaltkontakte (26a) verbunden sind, welche in dem Fall betätigt werden, dass der Pumpenhub einen vorbestimmten Hubumkehrpunkt überschreitet.
Pumpanordnung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Druckmessumformer (27), welcher den Pumpenausgangsdruck überwacht.
Pumpanordnung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (13) eine doppeltwirkende Pumpe ist, bei welcher sowohl der Vorwärts- als auch der Rückhub Pumphübe sind.
Pumpanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Reduziergetriebe (17), welches zwischen den Motor (15) und den Umwandler (16) geschaltet ist.