Patentanwälte Dipl.-Ing. Han&Langosch*: Or:-lngi!Hef6z Hosenthien7000 Stuttgart 1 Herdweg te Tel*efeh«(Ö7.11) 29-05 2#.
3JJD5649
Änmelderin;Hartmann. & Lämmle GmbH + Co.KG
Schuckertstr. 15
Rute3heim
Dosierpumpe
Die Erfindung betrifft eine Dosierpumpe mit mindestens einem in einem Pumpengehäuse geführten Pumpenkolben, 'dessen Hubfrequenz und/oder dessen wirksamer Kolbenhub einstellbar und der Pumpenkolben hierzu überoinen drehzahl- und/oder hubregelbaren Antrieb boweqbaiist.
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Bekannt sind Dosierpumpenantriebe mit mechanisch iibor Kurvon gesteuertem Pumpenkolbenbewegungen,die je nach Dos.iervolumen in der Kurbelantriebstechnik verstellt werden müssen, d.h. der Kurbelradiusoder die Schubstange getrieben vom Kurbelradius wird in ihrer Länge verändert. Hierdurch wirdder Dosierhub des Pumpenkolbens i η seinen Wegen entsprechend der gewünschten Volumenforderung geändert.Da mit diesen Verstellungen in den Leistungsbereich der Stößelübertragung eingegriffen werden muß, müssenhier hochsteife Stellglieder zwischengeschdtet werden, die bei Hubveriinderungen die Verstellung der volu-'metrischen Hubveränderung vornehmen müssen.
Weiterhin sind hydraulisch gesteuerte Dosierpumperiantriebe bekannt. Hier wird durch eine Schwarz-Weiß-Steuerungein Arbeitszylinder zum Antrieb des Pumpenkolbens zwischen zwei von außen verstellbaren Festanschlägenhin- und herbewegt. Durch Endlagendämpfungen werden die Brems- sowie Beschleunigungskurven gefahren.Eine Kurvenänderung für die Beschleunigung und Bremsung ist nach der Fertigung eines solchen Antriebes nichtmehr möglich, da diese Endlagendämpfung nur durch fertigungstechnische Anbringungsmöglichkeiten erreichtwird. Im übrigen müssen auch hier die Anschläge gegen
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den Arbeitsdruck,den der Arbeitszylinder erzeugt,verstellt werden. Sollten hier Fernverstellungen, gesteuert aus prozeßgesteuerten Anlagen, angebrachtwerden, so sind auch hier größere Leistungen notwendig.
Beide erwähnten Systeme haben den Nachteil, daß Änderungen an den Beschleunigungs- und Verzögerungskurvennur durch großen mechanischen Aufwand vorgenommen werden .können. Da solche Pumpenatriebe jedochhäufig die unterschiedlichsten Medien über Dosierpumpen fördern müssen, sind ideale Saug- oder Ausstoßkurvennicht vorbestimmbar.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, in Vermeidungder beschriebenen Nachteile eine Dosierpumpe der eingangs genannten Art zu schaffen, die mitgeringem Aufwand an unterschiedliche Fördermedien und Förderbedingungen anpaßbar ist, insbesondere ohneaufwendige mechanische Vorkehrungen.
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß als Antrieb für den bzw. die Kolben mindestensein hydraulisch oder pneumatisch beaufschlagter Arbeitszylinder vorgesehen ist, daß dieser bzw. diono
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Arbeitszylinder über eine elektronische Steuerungin ihrem Hub und ihrer Hubgeschwindigkeit, steuerbar sind und daß dazu die Kolbengeschwindigkeit undder Kolbenweg über einen elektronisch gesteuerten Schrittmotor vorgegeben und über eine Nachlaufsteuerungmit einer Istwertrückführung einstellbar 'ist.
Dadurch können insbesondere bei prozeßgesteuerten Anlagen z.B. in der chemischen Verarbeitungsindustriedie Dosierung in weiten Grenzen dem erforderlichen Prozoßzyl'lus automatisch angepaßt werden, wohei selbstein 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 bekannterWeise gekoppelt sein und es kann weiter die Koppelstange oder eine Kolbenstangenverlängerung Teil derIstwertrückführung sein. Insbesondere kann ein Teil der Kolbenstange bzw. der KolbenstangenverlangerungeineVerzahnung tragen, in der ein Ritzel der Istwert-, rückführung kämmt. Dabei wird die Druckbeaufschlagungdes Arbeitszylinders in Abhängigkeit von der Abweichung der Iststellung der Kurbelstange bzw. der Kolbenstangen-Verlängerungvon der vorgegebenen Sollstellung über
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ein hydraulisches Regelventil gesteuert.
Mit relativ geringem konstruktiven Aufwand kann eine Verdoppelung der maximalen Fördermenge dadurcherreicht werden, daß symmetrisch zwei Pumpen und Arbeitszylinder vorgesehen sind, die über nur eineNachlaufsteuerung steuerbar sind. Dabei sind beide Arbeitszylinder im synchron-mechanischen Regelkreislauffestgeschaltet, wobei gleichzeitig jede der beiden Dosierpumpen ihre volle Leistung erbringenkönnen und es kannbei der Kopplung jeder Zylinder für sich in der Ausvrirkung der Saug- und Stoßbewegungmit voller Leistung gefahren werden.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeinplel können dieKolbenstangenverlängerungen der beiden Arbeitszylinder jeweils eine Verzahnung tragen, die vorteilhaft über
das Ritzel der Istwertrückführungniteinandor gekoppelt#% sind. Dabei können die beiden Pumpen und Arbeitszylinderpunktsymmetrisch zum Ritzel der Istwertrückführung· angeordnet sein, so daß die beiden Pumpenimmer gleichsinnig laufen und die Saug- und Stoßbeweg.ung kann optimal ausgesteuert werden.
Bei einer anderen Ausführungsform sind die Kolben der beiden Arbeitszylinder fluchtend über eine gemeinsame
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KoIbonstangenverlängerung miteinander verbunden.Bei dieser Tandemlösung wird immer abwechselnd eine Pumpe in Saug- und die andere im Förderbetriebgefahren. Durch die Überlagerung von Saug- und Förderbetrieb ist hier allerdings eine optimale Aussteuerungan den Leistungsgrenzen beschränkt.
Einen materialmäßig reduzierten Konstruktionsaufwand kann man dadurch erreichen, daß das Gehäuse für dieIstwertrückführung gleichzeitig als Abschlußdeckel
K) des Arbeitszylinders dient, in dem die entsprechendenKanäle für die Druckmittelzuführung und Abführung vom und zum Steuerventil direkt angeordnet sind, sodaß mindestens ein Teil der erforderlichen Verbindungs-■ Mtungen und Schraubverbindungen eingespart werdenkann. Eine weitere Vereinfachung kann noch dadurch erreicht werden, daß das Mantelrohr des Arbeitszylindersim Gehäuse der Istwertführung direkt dicht eingeschraubt ist.
Weitere erfindungsgemäße Ausbildungen sind den ünteransprüchenzu entnehmen und werden mit ihren Vorteilen in der nachstehenden Beschreibung näher erläutert.In den beigefügten Zeichnungen zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung
einer Dosierpumpe mit zwei
.Pumpen und Arbeitszylindern
in Tandemanordnung,
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Fig. 2 einen Längsschnitt durch die beiden in Tandem angeordneten Arbeitszylinder,
Fig. 3 ein Kolbengeschwindigkeits-Hubdiagramm,der in den Fig. 1 und 2
dargestellten Ausführungsform einerDosierpumpe,
Fig. 4 eine andere Ausführungsform mitzwei Pumpen und Arbeitszylindern und
Fig. '5 einen Längsschnitt durch die beiden punktsymmetrisch angeordnetenArbeitszylinder der in Fig. 4 schematisch dargestellten Dosierpumpenausführung.
Bei den im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielon werden für die entsprechenden Teile die gleichen Bezugp.-zELchenverwendet. Beim in Fig. 1 schema ti r.ch darcjosle I 1 t onAusführungsbeispiel einer Dosierpumpe sind zwei Pumpen 1,1' und zwei Arbeitszylinder 2,2' in ihrer axialen
Erstreckung fluchtend miteinander über eine Koppelstange 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 3ist mit.einer Verzahnung 6 versehen, die in einem
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R.it./.ol 7 einer Istwertrückführung 8 kämmt. DieIstwert rückführung 8 ist Bestandteil einer Nachlaufsteuerung9. Der Sollwert der Nachlaufsteuerung 9wird von einer elektronischen Steuerung 10 über einen Schrittmotor 11 vorgegeben entsprechend denDosierbedürfnissen. Der von der elektronischen Steuerung 10 angesteuerte Schrittmotor 11 ist über einen Zahnriemen12 mit einer Sollwerteingabe 13 der Nachlaufsteuerung 9 gekoppelt.
Die Nachlaufsteuerung 9 ist mit einer Druckölversorgung14, einem ölrücklauf 15 und Verbindungsleitungen A und B, A1, B' mit den Druckräumen 16,16' ,17,17' der beiden Arbeitszylinder 2,2' über ein nicht näher dargestelltes Regelventil verbunden. Bei einerentspre-chenden Abweichung des Istwerts vom vorgegebenen Sollwert wird in bekannter Weise über die Nachlaufsteuerung9 eine Verschiebung der Kolben 18,18' mittels Druckölbeaufschlagung bzw. Druckölrückführungerreicht, wodurch über die Kolbenbewegung die Kolben 4,4' der Pumpen 1,1' bewegt und Druckmedium in Richtungder Pfeile 19,19' gefördert bzw. angesaugt .wird.
In der Fig. 2 ist ein konstruktives Ausführungsbeispiel . einer Dosierpumpenkonstruktion gemäß Fig. 1 ohnePumpen dargestellt. Die Koppelstange 3 ist bei dieser
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Konstruktion in einem Gehäuse 20 der Nachlaufsteuerung 9 verschiebbar geführt und über eine Exzenterrolle21 in einem spielfreien Eingriff mit dem Ritzel 7 gehalten. Die Koppelstange 3 selbstist 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 überein 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 Einsparung von Einzelteilen und Schraubverbindungen sinddie Mantelrohre 23,23' der Arbeitszylinder 2,2' direkt im Gehäuse 20 dicht eingeschraubt, wobei die LeitungenA1 und B vom nicht dargestellten Regelventil der. Nachlaufsteuerung9 direkt in die Druckräume 17' bzw. 16 geführt sind.
In Fig. 3 ist ein Kolbengeschwindigkeits-Hubdiagramm für einen Arbeitszyklus dargestellt. Dabei geht die
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Hoschleunigungskurve 24 in einen Konstantgeschwindigkeitsteil25 über und es erfolgt im Hubendbereich eine Verzögerung beispielweise gemäß der Verzögerungskurve 26. Im anschließenden Rückhub erfolgt dieBewegung entsprechend der Beschleunigungskurve 24', dem Konstantgeschwindigkeitsteil 25' über die Verzögerungskurve26* wieder zurück in die Ausgangslage. Durch die elektronische Steuerung kann dieserKurvenverlauf entsprechend dem maximalen Leistungs-IC)vermögen der Druckölversorgung 14 und der Nachlaufsteuerung 9 variiert werden entsprechend den Bedürfnissenund Anforderungen an eine optimale Dosierung.
Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 4 und 5 sind die beiden Arbeitskolben 2,2' mit ihren jeweiligen Koppelstangen3,3' punktsysmetrisch zum Ritzel 7 der Istwertrückführung8 der Nachlaufsteuerung 9 angeordnet. Durch diese punktsymmetrische Anordnung ist eine besonderskurze Bauweise möglich mit dem gleichzeitigen Vorteil, daß beide Kolben 4,4' gleichsinnig entwederfördern oder ansaugen, so daß über die elektronische Steuerung 10 eine optimale Anpassung an die.Förderverhältnisseund Förderstoffe möglich ist. Beispielsweise muß die Beschleunigungskurve 24,24" bei zähenFördermedien flacher verlaufen wie bei dünnflüssigeren.
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Die übrige konstruktive Ausbildung entspricht weitgehend der Konstruktion gemäß Fig. 2. Die aus domGehäuse 20 herausragenden Enden der Koppelstangen 3, 31 sind durch Stutzen 27 bzw. 27', die am Gehäuse 2Oangeschraubt sind, gegen Verschmutzung und Beschädigung geschützt.
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