DE20311304U1 - Double-diaphragm, precision dosing, pump of miniaturized construction for laboratory use. - Google Patents
Double-diaphragm, precision dosing, pump of miniaturized construction for laboratory use.Info
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Abstract
Description
In chemischen Forschungslaboratorien werden chemische Reaktionen in 100 ml-Glasgefäßen durchgeführt. Für derartige Reaktionen muss der zusätzliche apparative Aufwand und somit die apparativen Kosten für einen Versuchsaufbau möglichst gering gehalten werden. Für eine kontinuierlich - oder auch diskontinuierlich arbeitende Versuchsanlage werden Dosier- und Förderpumpen benötigt, die sehr kompakt, verstopfungsunempfindlich und reproduzierbar kleine Substanzmengen im Bereich von kleiner 1 ml pro Minute dosieren können. In den Laboratorien werden in kurzen Zeitabständen unterschiedliche Reaktionen durchgeführt, dadurch ändern sich die Versuchsbedingungen und auch die eingesetzten Chemikalien, so dass viele Stoffe mit unterschiedlichen Eigenschaften möglichst mit einem Pumpentyp genau dosiert werden muss. Die Dosiergenauigkeit der Pumpen definiert sich im wesentliehen aus der Kurzzeitgenauigkeit. Dabei müssen die zu dosierenden Substanzen in kurzen Zeitabständen (Sekunden oder Minuten) mit geringem Fehler reproduzierbar dosiert werden.In chemical research laboratories, chemical reactions are carried out in 100 ml glass vessels. For such reactions, the additional equipment required and thus the equipment costs for an experimental setup must be kept as low as possible. For a continuous or discontinuous experimental system, dosing and feed pumps are required that are very compact, resistant to clogging and can reproducibly dose small amounts of substances in the range of less than 1 ml per minute. In the laboratories, different reactions are carried out at short intervals, which changes the test conditions and also the chemicals used, so that many substances with different properties must be dosed precisely with one type of pump if possible. The dosing accuracy of the pumps is essentially defined by the short-term accuracy. The substances to be dosed must be dosed reproducibly at short intervals (seconds or minutes) with little error.
Insbesondere werden für derartige Aufgaben bekannte Kolben- oder Membranpumpen eingesetzt. Bei diesen Pumpentypen handelt es sich um oszillierende Verdrängerpumpen. Diese Pumpen arbeiten nach dem Verdrängungsprinzip und sind mit Rückschlagventilen auf der Pumpensaug- und -druckseite ausgerüstet. Eine Dosiermengenänderung erfolgt durch Variation des Kolben- oder Membranhubes, so dass ein verändertes Totraumvolumen je nach eingestelltem Hub im Pumpenkopf entsteht. Die Rückschlagventile nehmen entscheidend Einfluss auf die Pumpfunktion und dieIn particular, well-known piston or diaphragm pumps are used for such tasks. These pump types are oscillating displacement pumps. These pumps work according to the displacement principle and are equipped with check valves on the pump suction and pressure side. A change in the dosing quantity is made by varying the piston or diaphragm stroke, so that a changed dead space volume is created in the pump head depending on the set stroke. The check valves have a decisive influence on the pump function and the
Dosiergenauigkeit der Pumpen.Dosing accuracy of the pumps.
Das führt dazu, dass ein reproduzierbares Dosieren kleinster Flüssigkeitsmengen direkt von der Funktionstüchtigkeit der produktberührten Pumpenventile abhängt. Die Öffhungs- und Schließ funktion der Ventile sind abhängig von der Dichte und Viskosität der zu fördernden Substanz, deshalb ist ein reproduzierbares und substanz-This means that reproducible dosing of the smallest liquid quantities depends directly on the functionality of the pump valves that come into contact with the product. The opening and closing function of the valves depends on the density and viscosity of the substance to be pumped, which is why reproducible and substance-
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unabhängiges Schließen bzw. Öffnen nicht gewährleistet und es kommt zu Dosierabweichungen, insbesondere innerhalb kleiner Zeitabschnitte (Kurzzeitgenauigkeit). Des weiteren ist der Weg des Schließkörpers in den Rückschlagventilen nicht linear, der z.B. kugelige Schließkörper beschreibt eine Taumelbewegung bis er im Dichtsitz liegt und den Substanzdurchgang versperrt. Es ist bekannt, dass vorzugsweise Kugelrückschlagventile in Kolben- und Membranpumpenköpfen eingesetzt werden. Die Veränderung der Pumpleistung erfolgt durch Veränderung des Hubes, so dass die Kolben oder Membranen nicht mehr den maximalen Hubweg durchlaufen und dadurch auch das Ansaugverhalten verschlechtert wird.
10Independent closing or opening is not guaranteed and dosing deviations occur, especially within short periods of time (short-term accuracy). Furthermore, the path of the closing body in the check valves is not linear, for example the spherical closing body describes a wobbling movement until it lies in the sealing seat and blocks the passage of the substance. It is known that ball check valves are preferably used in piston and diaphragm pump heads. The change in pump performance occurs by changing the stroke, so that the pistons or diaphragms no longer travel the maximum stroke and the suction behavior is therefore also impaired.
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Insbesondere wird beim Dosieren flüssiger Substanzen mit unterschiedlicher Viskosität und oder Dichte immer eine abhängige Schließzeit der Rückschlagventile initiiert, was zur Erhöhung des Dosierfehlers führt.In particular, when dosing liquid substances with different viscosity and/or density, a dependent closing time of the check valves is always initiated, which leads to an increase in the dosing error.
Die bekannten Kolben- und Membranpumpen werden über ein Getriebe mit Nockenbzw. Exzenterwelle angetrieben. Die direkte Kopplung dieser Pumpen mit dem Antrieb fuhrt zu großen Geräteabmessungen, deren Bauform für viele miniaturisierte Versuchsanlagen zu groß ist. Die mechanischen Antriebe müssen präzise gefertigt werden und erhöhen die Investitionskosten. Pulsierende Verdrängerpumpen werden auch mit Magnetantrieben ausgerüstet. Dadurch sind die Bauabmessungen dieser Pumpentypen geringfügig kleiner und die Pumpen besitzen ein konstantes Totvolumen im Pumpenkopf.The well-known piston and diaphragm pumps are driven by a gear with a cam or eccentric shaft. The direct coupling of these pumps with the drive results in large device dimensions, the design of which is too large for many miniaturized test systems. The mechanical drives must be manufactured precisely and increase the investment costs. Pulsating displacement pumps are also equipped with magnetic drives. This means that the dimensions of these pump types are slightly smaller and the pumps have a constant dead volume in the pump head.
Es sind Mikrosystempumpen bekannt, mit denen sehr kleine Flüssigkeitsmengen gefördert werden können. Die Mikropumpen sind sog. Präzisionspumpen deren Funktion bei geringsten produktseitigen Verunreinigung nicht mehr gewährleistet ist. Die Strömungskanäle und Verdrängerräume innerhalb der Mikropumpenköpfe besitzen Abmessungen von wenigen &mgr;-Metern. Verunreinigte Produkte verstopfen Strömungskanäle sofort, oder blockieren die dynamisch bewegten Pumpenteile, so dass ein Dosiervorgang schnell unterbrochen werden kann. Kleine Produktkanäle lassenMicrosystem pumps are known that can pump very small amounts of liquid. The micropumps are so-called precision pumps whose function is no longer guaranteed if the product is even slightly contaminated. The flow channels and displacement chambers within the micropump heads have dimensions of just a few μm. Contaminated products immediately clog flow channels or block the dynamically moving pump parts, so that a dosing process can be quickly interrupted. Small product channels allow
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ein Fördern und Dosieren von viskosen Substanzen nicht zu, weil der Druckverlust zu groß ist.conveying and dosing of viscous substances is not possible because the pressure loss is too great.
Es sind verschiedene Mikromembranpumpen bekannt, die aufgrund von piezoelekirischen bzw. thermopneumatischen Antrieben sehr kleine bauliche Abmessungen haben und dadurch kleine Substanzmengen dosieren können. In der Patentschrift DE 4402119 C2 wird eine Mikromembranpumpe beschrieben, die ebenfalls thermisch angetrieben wird. Diese Antriebssysteme funktionieren immer nach dem Prinzip einer thermisch initiierten Volumenausdehnung auf einer Membranseite, so dass die Fördermembran der Pumpe durch die Auslenkung eine Pumpwirkung erzeugt. Mit diesen Antriebssystemen können keine größeren Differenzdrücke überwunden werden um z. B. eine flüssige Substanz in einen unter höheren Druck stehenden Behälter zu dosieren. Desweiteren neigen diese Pumpen zur Verstopfung, so dass der betriebliche Einsatz in chemischen Laboratorien nicht zufriedenstellend ist und in präparativen chemischen Laboratorien derartige Pumpen nicht zu Einsatz kommen.Various micro-diaphragm pumps are known which have very small structural dimensions due to piezoelectric or thermo-pneumatic drives and can therefore dose small amounts of substance. The patent DE 4402119 C2 describes a micro-diaphragm pump which is also thermally driven. These drive systems always work according to the principle of a thermally initiated volume expansion on one side of the diaphragm, so that the pump's delivery diaphragm creates a pumping effect through the deflection. These drive systems cannot overcome large differential pressures, for example to dose a liquid substance into a container under higher pressure. Furthermore, these pumps tend to become clogged, so that their operational use in chemical laboratories is unsatisfactory and such pumps are not used in preparative chemical laboratories.
Mikrosystempumpen, sogenannte Zahnringpumpen arbeiten mit hohen Drehzahlen und erzeugen im Ringspalt einen Druck. Während des Druckaufbaues im ableitenden Bereich der Pumpe erfolgt eine Rückströmung in den ansaugenden Bereich, insbesondere aufgrund der mechanischen Toleranzen von Rotor und Stator der Pumpe, so dass der Pumpenwirkungsgrad stark reduziert wird. Aufgrund der geringen Antriebsleistung der Mikrosystempumpen ist das reproduzierbare Dosieren von niederviskosen Substanzen gegen hohen Druck in der Regel nicht gewährleistet.Microsystem pumps, so-called gear pumps, operate at high speeds and generate pressure in the annular gap. During the pressure build-up in the discharge area of the pump, a backflow occurs into the suction area, particularly due to the mechanical tolerances of the rotor and stator of the pump, so that the pump efficiency is greatly reduced. Due to the low drive power of the microsystem pumps, the reproducible dosing of low-viscosity substances against high pressure is generally not guaranteed.
Deshalb liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde eine Pumpe zu entwickeln, die stark miniaturisiert ist, kleine Volumenmengen, z.B. von 5 &mgr;&idiagr; bis 1000 &mgr;&Igr;/Hub und pro Zeiteinheit, fördert und eine hohe Kurzzeit-Dosiergenauigkeit besitzt. Die Pumpe soll ein gutes Ansaugverhalten haben und gegen Druck fördern, so dass selbst im m'cht gefluteten Zustand des Pumpenkopfes ein Fördern gegen Druck möglich ist.The invention is therefore based on the object of developing a pump which is highly miniaturized, which pumps small volumes, e.g. from 5 μη to 1000 μη/stroke and per unit of time, and which has a high short-term dosing accuracy. The pump should have good suction characteristics and pump against pressure, so that pumping against pressure is possible even when the pump head is not flooded.
Das Dosieren von Substanzen mit unterschiedlicher Dichte soll keinen wesentlichen Einfluss auf die Fördergenauigkeit und das Dosierverhalten haben. Die Störanfällig-Dosing substances with different densities should not have a significant impact on the conveying accuracy and dosing behavior. The fault-prone
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keit gegen Verstopfung durch Produktverunreinigungen soll wesentlich herabgesetzt werden, so dass auf zusätzliche Feinfilter, auf der Ansaugseite der Pumpe, verzichtet werden kann. Erforderliche Saug- und Druckventile des Pumpenkopfes sollen dichteunabhängig, reproduzierbar öffnen und schließen und insbesondere im geschlossenen Zustand gegen Gasdruck dicht sein, so dass während des Pumpens keine Rückströmung erfolgt, ein hoher Wirkungsgrad erzielt und dadurch ein genaues Pumpen gegen Druck ermöglicht wird. Die Dosierleistung der zu fördernden Volumenströme muss einfach einstellbar bzw. variierbar sein und soll insbesondere bis zu 10 &mgr;&Igr;/Hub betragen. Die Pumpe soll insbesondere aufgrund unterschiedlicher Korrosionsanforderungen in der chemischen Industrie aus diversen resistenten Werkstoffen preiswert herstellbar sein. Aufgrund der gelegentlich rauhen Betriebsbedingungen sollten Reparatur und Wartung einfach und preiswert sein.The risk of blockages caused by product contamination should be significantly reduced so that additional fine filters on the suction side of the pump are not required. The required suction and pressure valves on the pump head should open and close reproducibly, regardless of density, and should be tight against gas pressure, particularly when closed, so that there is no backflow during pumping, a high level of efficiency is achieved and precise pumping against pressure is thus possible. The dosing capacity of the volume flows to be pumped must be easy to adjust or vary and should in particular be up to 10 μ�I/stroke. The pump should be able to be manufactured inexpensively from a variety of resistant materials, particularly due to the different corrosion requirements in the chemical industry. Due to the occasionally harsh operating conditions, repair and maintenance should be simple and inexpensive.
Des weiteren sollen Investitionsvorteile gegenüber dem Stand der Technik deutlich sichtbar werden. Die Auslegung der Steuerung oder Antriebstechnik soll keinen Einfluss auf die Pumpenkopfgröße und die Integrationsmöglichkeit in einen miniaturisierten Versuchsanlagenaufbau nehmen. Die Pumpe soll modular aufgebaut sein, so dass durch entsprechende Ergänzungen oder Austausch von Modulteilen, die Dosierpumpe einfach modifiziert werden kann. Die Änderung der Dosierleistung sollte erfolgen, ohne dass der Verdrängerweg der Membran bzw. des Kolbens im Pumpenkopf das Totvolumen vergrößert, so dass das angesaugte Flüssigkeitsvolumen zu jeder Zeit vollständig aus dem Pumpenkopf verdrängt wird.Furthermore, investment advantages compared to the state of the art should be clearly visible. The design of the control or drive technology should not influence the pump head size and the possibility of integration into a miniaturized test system. The pump should be modular so that the dosing pump can be easily modified by adding or replacing module parts. The dosing performance should be changed without the displacement path of the membrane or piston in the pump head increasing the dead volume, so that the volume of liquid sucked in is completely displaced from the pump head at all times.
Die Aufgabe wurde erfindungsgemäß gelöst durch einen modular lamellenartig aufgebauten pneumatisch angetriebenen Pumpenkopf, der aus mindestens drei starren Lamellen (Platten) besteht und im Bereich der einzelnen Trennebene der mittleren Platte und der jeweils angrenzenden benachbarten Platten mindestens eine konkave Vertiefung vorhanden ist und jede Vertiefung von einer elastischen Membran vollständig überdeckt wird und die Membran auf der einen Seite Teil des Produktraumes der Pumpe ist und die andere Seite Teil des Steuerraumes ist. Die Vertiefungen ein-The object was achieved according to the invention by a modular, lamella-like, pneumatically driven pump head, which consists of at least three rigid lamellae (plates) and in the area of the individual parting plane of the middle plate and the adjacent neighboring plates at least one concave depression is present and each depression is completely covered by an elastic membrane and the membrane is part of the product chamber of the pump on one side and the other side is part of the control chamber. The depressions one-
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oder beidseitig der Membran bilden den max. Weg um den die elastische Membran ausgelenkt werden kann.or on both sides of the membrane form the maximum distance by which the elastic membrane can be deflected.
Gegenstand der Erfindung ist eine Membranpumpe mit einem mehrteiligen Pumpenkörper, wenigstens umfassend drei starre Platten und je eine zwischen diesen Platten angeordnete elastische Membran, wobei die Platten mindestens eine Pumpkammer und mindestens zwei Absperrkammern, insbesondere in einer räumlichen Form eines abgestumpften Kugelabschnitts einer Kugelzone (Kalotten), Zylinders oder Kegels, mit je einer Einlass- und einer Auslassöffnung für das Fördergut bilden, und die Pump- und Absperrkammern über Verbindungskanäle miteinander verbunden sind, und zusammen mit einem Einlasskanal, den Verbindungskanälen sowie einem Auslasskanal einen Durchlasskanal bilden, dadurch gekennzeichnet dass die Pump- und Absperrkammern durch die Membranen in je einen Produktraum und einen Steuerraum geteilt sind und die Steuerräume Steuerleitungen aufweisen, die mit einer Steuereinheit verbunden sind.The invention relates to a diaphragm pump with a multi-part pump body, comprising at least three rigid plates and one elastic diaphragm each arranged between these plates, wherein the plates form at least one pump chamber and at least two shut-off chambers, in particular in a spatial form of a truncated spherical section of a spherical zone (calotte), cylinder or cone, each with an inlet and an outlet opening for the material to be pumped, and the pump and shut-off chambers are connected to one another via connecting channels and, together with an inlet channel, the connecting channels and an outlet channel, form a passage channel, characterized in that the pump and shut-off chambers are each divided by the diaphragms into a product chamber and a control chamber and the control chambers have control lines which are connected to a control unit.
Der Steuerraum wird bei pneumatischer Ansteuerung insbesondere über einen Kanal, der durch die jeweilige äußere Platte geführt ist, mit z.B. einer elektro-pneumatischen Steuereinheit, die in einer Nebenleitung z.B. einen Vakuumerzeuger hat, verbunden, um eine alternierende Druck- oder Vakuumbeaufschlagung des Steuerraumes zu ermöglichen. Ebenso ist es möglich, eine hydraulische Flüssigkeit zur Druck- und Zugbeaufschlagung des Steuerraumes zu verwenden. Gemäß eines Steuerprogramms, welches mindestens vier hintereinander ablaufende Steuerschritte mit jeweils zugehörendem Zeitglied hat, werden beispielsweise die Membranen in den Pump- und Absperrkammern verformt, so dass sich alternierend der Steuer- oder der Produktraum vergrößert bzw. verkleinert. Die Membran öffnet oder verschließt gleichzeitig die im Membranbereich liegende Ein- und Auslassöffnung der Kammern, so dass beim Schließvorgang mindestens die produktberührten Zuführkanäle- dicht verschlossen sind und bei vorgegebener Steuerung mindestens eine, der in Strömungsrichtung liegenden Membranen eine reproduzierbare Volumenverdrängung erzeugt.With pneumatic control, the control chamber is connected, in particular via a channel that runs through the respective outer plate, to e.g. an electro-pneumatic control unit that has e.g. a vacuum generator in a secondary line, in order to enable alternating pressure or vacuum loading of the control chamber. It is also possible to use a hydraulic fluid to apply pressure and tension to the control chamber. According to a control program that has at least four control steps that run one after the other, each with its own timer, the membranes in the pump and shut-off chambers are deformed, for example, so that the control or product chamber alternately increases or decreases. The membrane simultaneously opens or closes the inlet and outlet openings of the chambers in the membrane area, so that during the closing process at least the feed channels that come into contact with the product are tightly closed and, with a given control, at least one of the membranes in the direction of flow produces a reproducible volume displacement.
Die Steuereinheit ist insbesondere aufgrund des erforderlichen Miniaturisierungs-The control unit is particularly suitable due to the required miniaturization
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grades dezentral angeordnet und bei pneumatischer Steuerung z.B. mit flexiblen Schläuchen mit dem Pumpenkopf verbunden.grades are arranged decentrally and, in the case of pneumatic control, are connected to the pump head e.g. with flexible hoses.
Unter Steuereinheit wird hier eine Kombination aus elektronischer Steuerung und Aktoren verstanden, z.B. elektro-pneumatische Schaltventile, die auf einem Druckluft-/Vakuumverteiler montiert sind, welcher einen in einer Nebenleitung befindlichen pneumatischen Unterdruckerzeuger hat. Die elektronische Steuerung und die Aktoren können z.B. zusammen in ein Gehäuse montiert sein. Die elektropneumatischen Ventile werden mittels eines Steuerprogramms bedient, um eine exakte Folge von Arbeitschritten für den Pumpvorgang durchzuführen.The control unit here is understood to be a combination of electronic control and actuators, e.g. electro-pneumatic switching valves that are mounted on a compressed air/vacuum distributor that has a pneumatic vacuum generator in a secondary line. The electronic control and the actuators can, for example, be mounted together in a housing. The electro-pneumatic valves are operated using a control program in order to carry out a precise sequence of work steps for the pumping process.
Insbesondere sind die Absperr- und Pumpkammern randseitig durch die eingelegten und verpressten Membranen abgedichtet.In particular, the shut-off and pump chambers are sealed at the edges by the inserted and pressed membranes.
Bevorzugt ist eine Ausführung, bei der jede Absperr- und Pumpkammer eine einzeln zugeordnete Membran hat und die Membranen zwischen die Platten eingelegt sind. Durch z.B. Verschrauben der Platten werden die Membranen eingeklemmt um in den Trennebenen der Platten die druckbeaufschlagten Steuer- und Produkträume nach außen dicht zu verschließen.A preferred design is one in which each shut-off and pump chamber has an individually assigned membrane and the membranes are inserted between the plates. The membranes are clamped in place by screwing the plates together, for example, in order to tightly seal the pressurized control and product chambers from the outside in the separation planes of the plates.
Das Einklemmen der Membranen zwischen den Platten hat für den Anwender im Reparaturfall Vorteile, so dass bei einem eventuellen Defekt des Pumpenkopfes nur die kleine Teilmembran ausgetauscht werden muss und erhebliche Materialkosten eingespart werden. Eine Zuordnung der Teilmembran zur jeweiligen Kammer, ermöglicht eine standardisierte Membranfertigung und verringert die FertigungsClamping the membranes between the plates has advantages for the user in the event of repairs, so that in the event of a defect in the pump head, only the small part of the membrane needs to be replaced, saving considerable material costs. Assigning the part of the membrane to the respective chamber enables standardized membrane production and reduces production
kosten.cost.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Pumpe, hat mindestens im Produktraum der Pumpkammer eine Nut, die den Scheitelpunkt der Pumpkammer mit der Auslassöffnung der Pumpkammer verbindet.A preferred embodiment of the pump has a groove at least in the product space of the pump chamber, which connects the apex of the pump chamber with the outlet opening of the pump chamber.
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Die verbindende Nut, vom Scheitelpunkt zur Auslassöffnung der Pumpkammer erhöht die Genauigkeit und die Reproduzierbarkeit des Fördervorgangs, indem ein vollständiger Abfluss des Dosiervolumens gewährleistet wird. Die Nut bildet einen ableitenden Sammelkanal für das Dosiergut und kompensiert Verformungsdifferenzen der elastischen Membran. Zwischen Einlass der Kammer und Nut muss eine Fläche vorhanden sein, so dass die Membran die Einlassöffnung der Kammer zur Nut abdichten kann. Die Nut kann in einfachster Ausführung ein gestreckter Kanal sein, die Nut kann aber auch in der Vertiefung eine verzweigte Kontur besitzen.The connecting groove from the apex to the outlet opening of the pump chamber increases the accuracy and reproducibility of the conveying process by ensuring that the dosing volume is completely drained. The groove forms a drainage collecting channel for the dosing material and compensates for differences in the deformation of the elastic membrane. There must be a surface between the inlet of the chamber and the groove so that the membrane can seal the inlet opening of the chamber to the groove. In the simplest design, the groove can be an elongated channel, but the groove can also have a branched contour in the recess.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Pumpe, ist der Steuerdruck auf der Membran in allen Steuerräumen mindestens um 0,1 bar höher einstellbar, als der herrschende Druck am Auslasskanal, bevorzugt ist der Steuerdruck mindestens um 0,5 bar höher und besonders bevorzugt ist der Steuerdruck um 1 bar höher als der Druck am Auslasskanal.In a further preferred embodiment of the pump, the control pressure on the membrane in all control chambers can be set at least 0.1 bar higher than the prevailing pressure at the outlet channel, preferably the control pressure is at least 0.5 bar higher and particularly preferably the control pressure is 1 bar higher than the pressure at the outlet channel.
Der höhere Differenzdruck zwischen Auslasskanal und steuerseitigem Druck stellt das dichte Verschließen der jeweiligen Einlassöffnungen in den Kammern durch die Membran sicher.The higher differential pressure between the outlet channel and the control side pressure ensures that the respective inlet openings in the chambers are tightly closed by the membrane.
Die Membranen bestehen bevorzugt aus einem elastischen Material, insbesondere einem Elastomer, Silikon, Viton, Teflon oder einem EPDM-Kautschuk.The membranes preferably consist of an elastic material, in particular an elastomer, silicone, Viton, Teflon or an EPDM rubber.
Besonders vorteilhaft ist eine bevorzugte Ausführung der Pumpe, bei der mehrere Absperrkammern eine gemeinsame Membran aufweisen.A preferred embodiment of the pump in which several shut-off chambers have a common diaphragm is particularly advantageous.
Eine bevorzugte Ausführung der Membranpumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe aus mindestens drei Platten besteht und die Pump- und Absperrkammern durch Vertiefungen in den Platten gebildet sind.A preferred embodiment of the diaphragm pump is characterized in that the pump consists of at least three plates and the pumping and shut-off chambers are formed by recesses in the plates.
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In einer besonders bevorzugten Bauform besteht die Pumpe aus mindestens drei Platten und die Pump- und Absperrkammern sind durch Vertiefungen in einer mittleren Platte gebildet.In a particularly preferred design, the pump consists of at least three plates and the pumping and shut-off chambers are formed by recesses in a central plate.
Eine andere besonders bevorzugte Form der Membranpumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe aus mindestens drei Platten besteht und die Pump- und Absperrkammern durch Vertiefungen in den äußeren Platten gebildet sind.Another particularly preferred form of the diaphragm pump is characterized in that the pump consists of at least three plates and the pumping and shut-off chambers are formed by recesses in the outer plates.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die der Membrane gegenüberliegende Wand des Steuerraums mindestens in der Pumpkammer ein Ausgleichsvolumen, insbesondere eine flächige Vertiefung auf, in die sich die Membrane bei Unterdruck im Steuerraum anschmiegt.In a preferred embodiment, the wall of the control chamber opposite the diaphragm has, at least in the pump chamber, a compensating volume, in particular a flat depression, into which the diaphragm nestles when there is negative pressure in the control chamber.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Membranpumpe beträgt das Ausgleichsvolumen höchstens 100% des jeweiligen zugehörenden Produktraumvolumens, bevorzugt beträgt das Ausgleichsvolumen höchstens 20 %, und besonders bevorzugt beträgt das Ausgleichsvolumen höchstens 10 % des Produktraumvolumen. In a particularly preferred embodiment of the diaphragm pump, the compensation volume is at most 100% of the respective associated product space volume, preferably the compensation volume is at most 20%, and particularly preferably the compensation volume is at most 10% of the product space volume.
Typischerweise sind die Produkträume der Absperrkammern kleiner als der Produktraum der Pumpkammer ausgeführt.Typically, the product spaces of the shut-off chambers are smaller than the product space of the pumping chamber.
Der Mittenabstand des jeweils benachbarten Einlasses und des Auslasses jeder Pump- oder Absperrkammer beträgt das zwei- bis zehnfache des größten hydraulischen Durchmessers der jeweiligen Einlass- oder Auslassöffnung, bevorzugt beträgt der Mittenabstand das zweifache bis fünffache und besonders bevorzugt das zwei- bis dreifache.The center distance of the adjacent inlet and outlet of each pumping or shut-off chamber is two to ten times the largest hydraulic diameter of the respective inlet or outlet opening, preferably the center distance is two to five times and particularly preferably two to three times.
Der definierte Mittenabstand ist ein wichtiges Funktionsmaß der Kammern. Er sorgt für ein dichtes Verschließen der zu- und abführenden Kanäle bzw. Öffnungen undThe defined center distance is an important functional dimension of the chambers. It ensures that the inlet and outlet channels or openings are tightly closed and
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erhöht das reproduzierbare Fördern von gasförmigen oder flüssigen Substanzen und nimmt Einfluss auf den Miniaturisierungsgrad.increases the reproducible conveying of gaseous or liquid substances and influences the degree of miniaturization.
Die Verbindungskanäle zwischen der Pumpkammer und den Absperrkammern sind in einer bevorzugten Ausführung gerade ausgebildet und weisen ein Verhältnis von Kanallänge zum jeweiligen hydraulischen Durchmesser der Kanäle von höchstens 20, bevorzugt höchstens 10, besonders bevorzugt höchstens 5, auf.In a preferred embodiment, the connecting channels between the pump chamber and the shut-off chambers are straight and have a ratio of channel length to the respective hydraulic diameter of the channels of at most 20, preferably at most 10, particularly preferably at most 5.
Das geringe Totraumvolumen zwischen Pump- und Absperrkammern verbessert die Ansaugleistung der pneumatischen Pumpe.The small dead space volume between the pump and shut-off chambers improves the suction performance of the pneumatic pump.
Die Platten der Membranpumpe sind zu Reinigungs- und Reparaturzwecken vorzugsweise lösbar miteinander verbunden.The plates of the diaphragm pump are preferably detachably connected to each other for cleaning and repair purposes.
Eine dezentrale elektro-pneumatische Steuereinheit ermöglicht bevorzugt auch eine synchrone Ansteuerung mehrerer Pumpenköpfe, so dass im parallelen Betrieb mehrerer Pumpen nur eine Steuereinheit notwendig ist.A decentralized electro-pneumatic control unit preferably also enables synchronous control of several pump heads, so that only one control unit is necessary when several pumps are operated in parallel.
Durch die erfindungsgemäße Membranpumpe mit dezentraler elektro-pneumatischer Steuereinheit ist ein wirtschaftlicher Einsatz bei gleichzeitig niedrigen Investitionskosten im Forschungsbereich möglich. Das wird insbesondere sichtbar, wenn wechselnde Aufgabenstellungen unterschiedlich große Förderströme verlangen, die mit einem Pumpenkopftyp nicht abgedeckt werden können. Bei unterschiedlich großen Förderströmen muss nur der Pumpenkopf ausgetauscht werden, während der Steuerungsteil unverändert bleibt. Der Austausch des Pumpenkopfes erfolgt durch einfaches Abklemmen der pneumatischen Steuerleitungen.The diaphragm pump according to the invention with a decentralized electro-pneumatic control unit enables economical use with low investment costs in the research sector. This is particularly evident when changing tasks require different flow rates that cannot be covered by one pump head type. If the flow rates are different, only the pump head needs to be replaced, while the control part remains unchanged. The pump head is replaced by simply disconnecting the pneumatic control lines.
Die Steuerung für das Fördern mit der Membranpumpe ist bevorzugt so durchzuführen, dass ein Förderhub aus mindestens vier einzelnen hintereinander folgenden Steuerschritten besteht und jeder einzelne Steuerschritt mit einem zwischengeschalteten konstanten oder variierbaren Zeitglied zum darauf folgenden SteuerschrittThe control for conveying with the diaphragm pump is preferably carried out in such a way that a delivery stroke consists of at least four individual control steps following one another and each individual control step is connected to an intermediate constant or variable time element for the following control step.
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getrennt ist und die Förder- bzw. Dosierleistung der Pumpe durch das Verändern von mindestens einem Zeitglied verändert werden kann.is separated and the delivery or dosing capacity of the pump can be changed by changing at least one timer.
Die zwischen den Steuerschritten eingeflochtenen Zeitglieder stellen sicher, dass die pneumatisch ausgelösten Teilschritte des Pumphubes exakt und vollständig durchgeführt werden und die einzelnen Schritte reproduzierbar ablaufen. Das synchrone Verändern aller Zeitglieder zur Regulierung der Förderleistung sorgt für eine einfache bedienerfreundliche Handhabung der Pumpe.The timing elements interwoven between the control steps ensure that the pneumatically triggered partial steps of the pump stroke are carried out precisely and completely and that the individual steps are reproducible. The synchronous changing of all timing elements to regulate the delivery rate ensures simple, user-friendly handling of the pump.
Die zur Steuerung gehörenden Zeitglieder betragen vorzugsweise T > 0,1 Sekunden bis 100 Sekunden, bevorzugt liegt der Bereich bei T > 0,3 Sekunden bis 30 Sekunden und besonders bevorzugt beträgt das Zeitglied T > 0,5 Sekunden bis 10 Sekunden.The time elements belonging to the control are preferably T > 0.1 seconds to 100 seconds, preferably the range is T > 0.3 seconds to 30 seconds and particularly preferably the time element is T > 0.5 seconds to 10 seconds.
Die Zeitglieder stellen sicher, dass die schnellen elektronischen Steuerungs-Signale (Signallaufzeit) die langsameren pneumatischen Arbeitsvorgänge zur AuslenkungThe timing elements ensure that the fast electronic control signals (signal runtime) outpace the slower pneumatic working processes for deflection
der Membranen und dadurch die hydraulischen Verdrängungsvorgänge auf der produktberührten Seite der Membran nicht vorzeitig abgebrochen werden. Insbesondere wenn viskose Substanzen gefördert werden, benötigen die fluiddynamischen Vorgänge mehr Zeit als die elektronisch ausgelösten Signale der Steuerung.
20of the membranes and thus the hydraulic displacement processes on the side of the membrane that comes into contact with the product are not prematurely terminated. Particularly when viscous substances are conveyed, the fluid dynamic processes require more time than the electronically triggered signals from the control system.
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Der Dosierzyklus besteht bevorzugt aus mindestens vier Steuerschritten und hat mindestens zwei unterschiedliche Zeitglieder, von denen nur ein Zeitglied veränderbar ist und zur Regulierung des Pumpenzyklus benutzt wird.The dosing cycle preferably consists of at least four control steps and has at least two different time elements, of which only one time element is variable and is used to regulate the pump cycle.
Zur Optimierung des Pumpzyklusses einer erfindungsgemäßen Pumpe können die pneumatischen Öffnungs- und Schließ vorgänge der Membranen in den Absperrkammern mit einem nicht verstellbaren kleineren Zeitglied versehen werden und ein variierbares Zeitglied für die AUF / ZU - Schaltung der mittleren größeren Pumpkammer genutzt werden.To optimize the pumping cycle of a pump according to the invention, the pneumatic opening and closing processes of the membranes in the shut-off chambers can be provided with a non-adjustable smaller timer and a variable timer can be used for the OPEN / CLOSED switching of the middle larger pumping chamber.
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Zwei verschiedene Zeitglieder sind insbesondere dann vorteilhaft, wenn das Volumen der Absperrkammern kleiner ist als das Volumen der Pumpkammer.Two different time elements are particularly advantageous when the volume of the shut-off chambers is smaller than the volume of the pump chamber.
Jedes Zeitglied ist in einer besonders bevorzugten Betriebsweise größer als die benötigte Schaltzeit der zugeordneten elektro-pneumatischen Mehrwege-Ventile.In a particularly preferred mode of operation, each timer is longer than the required switching time of the associated electro-pneumatic multi-way valves.
An der elektronischen und der elektro-pneumatischen Steuereinheit sind bevorzugt mindestens zwei Membranpumpen parallel angeschlossen.Preferably, at least two diaphragm pumps are connected in parallel to the electronic and electro-pneumatic control units.
Eine elektro-pneumatische Steuereinheit kann parallel mehrere Membranpumpen ansteuern, so dass die Pumpen mit gegebenenfalls unterschiedlichen großen Pumpkammern synchron verschiedene Substanzen in unterschiedlicher Menge zeitgleich dosieren können.An electro-pneumatic control unit can control several diaphragm pumps in parallel, so that the pumps, which may have pump chambers of different sizes, can synchronously dose different substances in different quantities at the same time.
Die Dicke der elastischen Membran ist bevorzugt größer als 0,1 mm und kleiner als 5 mm und die Höhe der Pump- und Absperrkammer im Bereich des Scheitelpunktes der Kammer (größte Ausdehnung über der Membran) ist insbesondere größer als das 2-fache der Membrandicke und kleiner als das 10-fache der Membrandicke.The thickness of the elastic membrane is preferably greater than 0.1 mm and less than 5 mm and the height of the pumping and shut-off chamber in the region of the apex of the chamber (largest extent above the membrane) is in particular greater than 2 times the membrane thickness and less than 10 times the membrane thickness.
Die konkaven Vertiefungen in den Platten können verschiedene geometrische Formen haben, wie z.B. die eines Zylinders, eines Kugelabschnittes oder eines Kegelstumpfes.The concave recesses in the plates can have various geometric shapes, such as a cylinder, a segment of a sphere or a truncated cone.
Die Membranpumpe weist bevorzugt für die saug- und druckseitige Absperrkammer kleinere Vertiefungen auf, als für die Pumpkammer, und alle Vertiefungen sind vollständig auf der Produktseite der Membranseite in der mittleren Platten angeordnet.The diaphragm pump preferably has smaller recesses for the suction and pressure side shut-off chambers than for the pump chamber, and all recesses are arranged entirely on the product side of the diaphragm side in the middle plates.
Eine Variante der Membranpumpe besteht bevorzugt aus einer pneumatisch gesteuerten Pumpkammer, kombiniert mit zwei magnetbetriebenen Ventilen als AbsperrA variant of the diaphragm pump preferably consists of a pneumatically controlled pump chamber, combined with two solenoid-operated valves as shut-off
kammern.chambers.
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Die in der Pumpe eingesetzten Membranen sind vorzugsweise im Durchmesser um mindestens 20 % größer ausgelegt als der gebildete Durchmesser der Kammern in der Trennebene der Platten.The membranes used in the pump are preferably designed to be at least 20% larger in diameter than the diameter of the chambers formed in the separation plane of the plates.
In einer weiteren alternativ bevorzugten Ausführungsform werden metallische Membranen als Pumpmembran verwendet und eingelegt oder unlösbar mit einer der Teilplatten, insbesondere einer äußeren Platte schweißtechnisch verbunden.In a further alternative preferred embodiment, metallic membranes are used as pump membranes and are inserted or permanently welded to one of the partial plates, in particular an outer plate.
In einer weiteren besonderen Ausfuhrungsform ist ein Pulsationsdämpfer in Strömungsrichtung hinter der druckseitigen Absperrkammer, insbesondere im Bereich des Auslasskanals der Membranpumpe angebracht.In another special embodiment, a pulsation damper is installed in the flow direction behind the pressure-side shut-off chamber, in particular in the area of the outlet channel of the diaphragm pump.
In einer weiteren besonderen Ausfuhrungsform ist die Membranpumpe mit einem integriertem federbelasteten Überströmventil ausgerüstet, um einen internen Produktkreislauf in der Membranpumpe zu erzeugen. Falls der angeschlossene Steuerungsdruck größer ist als der erwünschte Pumpendruck wird eine integrierte Entspannungsmöglichkeit von der Pumpendruckseite zur Pumpensaugseite geschaffen.In another special embodiment, the diaphragm pump is equipped with an integrated spring-loaded overflow valve to create an internal product circuit in the diaphragm pump. If the connected control pressure is greater than the desired pump pressure, an integrated relaxation option is created from the pump pressure side to the pump suction side.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführung sind in den drei starren Platten mindestens zwei Pumpeneinheiten, bestehend aus zwei Pumpkammern mit zugehörenden vier Absperrkammern, zur Bildung eines Doppel-Membranpumpenkopfes angeordnet.In a further particularly preferred embodiment, at least two pump units, consisting of two pump chambers with associated four shut-off chambers, are arranged in the three rigid plates to form a double diaphragm pump head.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Pumpensatz bestehend aus zwei oder mehr Membranpumpen, wobei die erfindungsgemäßen Membranpumpen eine gemeinsame Steuereinheit aufweisen.The invention also relates to a pump set consisting of two or more diaphragm pumps, wherein the diaphragm pumps according to the invention have a common control unit.
Bevorzugt ist ein Pumpensatz, bei dem die Membranpumpen gemeinsame durchgehende Platten aufweisen.Preferred is a pump set in which the diaphragm pumps have common continuous plates.
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Mit der erfindungsgemäßen Membranpumpe mit ansteuerbarem Ansaug- und Druckventil bzw. ansaugseitiger und druckseitiger Absperrkammer können je nach Ausfuhrungsgröße sehr kleine Volumenströme von <5&mgr;1 / Hub bis in den ml-Bereich pro Minute reproduzierbar gefördert werden. Besonders vorteilhaft ist der getrennte Aufbau zwischen eigentlicher Pumpeinheit bzw. Pumpenkopf und der dezentralen elektrischen bzw. elektro-pneumatischen Steuereinheit, dadurch ist der erforderliche Platzbedarf für ein kontinuierlich arbeitendes Fördergerät in einer stark miniaturisierten Versuchsanlage für Screening-Arbeiten sehr gering. Dieses Pumpenprinzip arbeitet ohne mechanisches Getriebe und die benötigten Bauteile des Pumpenkopfes haben keine dynamische Funktion, bis auf das Auslenken der Membran im Bereich der Absperr- und Pumpkammer, so dass selbst für eine miniaturisierte Ausführung der Pumpenbauteile keine Präzisionsfertigung nötig ist. Mechanische Störungseinflüsse sind aufgrund fehlender mechanischer Teile nicht vorhanden und die Fertigungskosten sind für diesen reproduzierbar arbeitenden Membranpumpenkopf erheblich minimiert. Die Pumpe benötigt lediglich eine Strom- und eine Druckluftversorgung um arbeiten zu können; diese sind in jedem Labor vorhanden.With the diaphragm pump according to the invention with controllable intake and pressure valve or intake-side and pressure-side shut-off chamber, very small volume flows of <5μ1 / stroke down to the ml range per minute can be conveyed reproducibly, depending on the design size. The separate structure between the actual pump unit or pump head and the decentralized electrical or electro-pneumatic control unit is particularly advantageous, as the space required for a continuously operating conveying device in a highly miniaturized test facility for screening work is very small. This pump principle works without mechanical gear and the required components of the pump head have no dynamic function, apart from the deflection of the diaphragm in the area of the shut-off and pump chamber, so that even for a miniaturized design of the pump components, no precision manufacturing is necessary. Mechanical interference is not present due to the lack of mechanical parts and the manufacturing costs for this reproducibly operating diaphragm pump head are significantly minimized. The pump only needs a power supply and a compressed air supply to work; these are available in every laboratory.
Besonders vorteilhaft ist die Anwendung der Membranpumpe für die Dosierung von sehr kleinen flüssigen Substanzmengen, deren Volumen pro Pumphub wesentlich unter der spezifischen Tropfengröße liegt. Durch das schnelle Aufbringen der pneumatischen Förderenergie auf die Steuerseite der Verdrängermembran der Pumpkammer wird das angesaugte Produktvolumen in der Pumpkammer aus dem Produktraum der Kammer und dem Auslasskanal herausgeschleudert und es bildet sich kein Tropfen an der Abgabestelle der Pumpe. Dadurch wird eine Dosierung von kleinen Flüssigkeitsmengen in ein Reaktionsgemisch zeitlich nicht verzögert und ein Syntheseverlauf wird synchron mit der Dosierung gestartet.The use of the diaphragm pump is particularly advantageous for dosing very small amounts of liquid substances whose volume per pump stroke is significantly less than the specific drop size. By quickly applying the pneumatic conveying energy to the control side of the displacement diaphragm of the pump chamber, the sucked-in product volume in the pump chamber is ejected from the product space of the chamber and the outlet channel and no drops form at the pump discharge point. This means that dosing of small amounts of liquid into a reaction mixture is not delayed and a synthesis process is started synchronously with the dosing.
Das Dosieren von kleinen Substanzmengen bei gegenläufigem Druck ist sehr gut durchführbar, da die Membranen der Absperrkammern und Pumpkammer elastisch sind und die zu- und ableitende Produktkanäle in ZU — Stellung der Kammern gasdicht schließen, so dass über die Gasphase eines angeschlossenes DruckgefäßesThe dosing of small amounts of substance at opposing pressure is very easy to carry out, since the membranes of the shut-off chambers and pump chamber are elastic and the inlet and outlet product channels close gas-tight in the CLOSED position of the chambers, so that the gas phase of a connected pressure vessel
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kein Stoff über die Auslassseite des Pumpenkopfes auf die Einlassseite der Pumpe zurück gedrückt wird und das Ansaugen bei Normaldruck nicht unterbrochen wird.no substance is pushed back to the inlet side of the pump via the outlet side of the pump head and suction is not interrupted at normal pressure.
Ein weiterer Vorteil gegenüber dem Stand der Technik ist sichtbar, dass aufgrund des geringen Totraums und der dichten Absperr- und Pumpkammer ein zu dosierendes empfindliches Produkt ohne große Verweilzeit und Rückvermischung dem Bestimmungsort zugeführt wird.A further advantage over the state of the art is that due to the small dead space and the tight shut-off and pumping chamber, a sensitive product to be dosed is fed to the destination without a long residence time and backmixing.
Insbesondere im Vergleich zur Mikrostrukturtechnik bieten sich Vorteile aufgrund der im Verhältnis zum Dosiervolumen großen Kanalabmessungen ist die Pumpe wenig empfindlich gegen Verschmutzung. Eine durch Produktverunreinigung hervorgerufene Störung, die sich durch einen größer werdenden Dosierfehler bemerkbar macht, oder zum Versagen der Dosierung der Pumpe führen kann, ist aufgrund der großen Produktkanäle stark reduziert. Produktverunreinigungen können während des Dosierens durch die relativ großen Produktkanäle gespült werden.There are advantages, particularly in comparison to microstructure technology, because the channel dimensions are large in relation to the dosing volume, making the pump less sensitive to contamination. Any disruption caused by product contamination, which can be noticed by an increasing dosing error or lead to the pump failing to dose, is greatly reduced due to the large product channels. Product contamination can be flushed through the relatively large product channels during dosing.
Das extrem kleine Hold-up des Pumpenkopfes und das geringe Totraumvolumen sichert ein gutes Ansaugverhalten und ein schnelles reproduzierbares Dosieren, insbesondere bei Anwendungen, die neue pharmazeutische Stoffe betreffen, die im frühen Entwicklungsstadium nur in geringen Mengen verfügbar sind.The extremely small hold-up of the pump head and the low dead space volume ensure good suction behavior and fast, reproducible dosing, especially in applications involving new pharmaceutical substances that are only available in small quantities in the early stages of development.
Das Einstellen von kleinen Dosierströmen ist besonders einfach, weil das Einstellen der Dosiermenge bei konstanten Verdrängervolumen mit einem zwischengeschalteten Zeitglied in der Steuerung erfolgt. Dadurch können sehr einfach ohne Gegenkontrolle Volumenströme verändert werden.Setting small dosing flows is particularly easy because the dosing quantity is set at a constant displacement volume using an intermediate timer in the control system. This makes it very easy to change volume flows without counter-control.
Der lamellenartige Aufbau der Membranpumpe mit integrierten steuerbaren Ventilen, die aufgrund des Pumpprinzips einen pulsierenden Dosierstrom erzeugt, macht es möglich, durch Vervielfachung der Verdrängereinheit und der Ventile den Dosierstrom zu vergleichsmäßigen, wobei die baulichen Abmessungen der Pumpe in der Versuchsanlage sich nicht wesentlich vergrößern.The lamellar structure of the diaphragm pump with integrated controllable valves, which generates a pulsating dosing flow due to the pumping principle, makes it possible to equalize the dosing flow by multiplying the displacement unit and the valves, whereby the structural dimensions of the pump in the test system do not increase significantly.
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Für den Anwender bieten sich weitere Betriebsvorteile, dadurch dass die produktberührten Verschleißteile einfach und preiswert ersetzbar sind.The user benefits from further operational advantages as the wearing parts that come into contact with the product can be replaced easily and inexpensively.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Figuren beispielhaft näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to the figures.
Figur 1 zeigt deii schematischen Aufbau einer lamellenartig aufgebautenFigure 1 shows the schematic structure of a lamellar
pneumatischen Membranpumpe mit zugehörender elektro-pneumatischer Steuereinheit und programmierbarer elektronischer Steuerung sowie den Verbindungsleitungen.pneumatic diaphragm pump with associated electro-pneumatic control unit and programmable electronic control as well as the connecting lines.
Figur 2 zeigt beispielhaft eine Membranpumpe bei der Vertiefungen in derFigure 2 shows an example of a diaphragm pump in which depressions in the
mittleren Platte eingearbeitet sind und die Pump- und Absperrkammern bilden.middle plate and form the pumping and shut-off chambers.
Figur 3 zeigt einen Pumpenkopf mit separat eingelegten elastischen Membra-Figure 3 shows a pump head with separately inserted elastic membrane
nen für j ede Kammer.for each chamber.
Figur 4 zeigt eine Anwendung bei der mehrere Pumpen mit einer SteuereinheitFigure 4 shows an application where several pumps are connected to one control unit
verschaltet sind.are interconnected.
Figuren 5, 5a zeigen eine Doppel-Membranpumpe mit gemeinsamen Platten.
Figur 6 zeigt ausschnittsweise eine Pumpkammer mit Ausgleichsvolumen inFigures 5, 5a show a double diaphragm pump with common plates.
Figure 6 shows a detail of a pump chamber with compensation volume in
der Steuerkammer.the tax chamber.
Figuren 7, 7a zeigen die Anordnung und Ausgestaltung der Nut bzw. des Sammelkanals in z. B. einer Pumpkammer.Figures 7, 7a show the arrangement and design of the groove or the collecting channel in, for example, a pump chamber.
Figur 8 zeigt eine Pumpe mit Kammern in den äußeren Platten.Figure 8 shows a pump with chambers in the outer plates.
Figuren 9,9a zeigen Ausführungen der Membranpumpe mit Kammern in der inneren Platte.Figures 9,9a show designs of the diaphragm pump with chambers in the inner plate.
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BeispieleExamples Beispiel 1example 1
In Figur 1 ist eine Membranpumpe 200 im Querschnitt mit zugehöriger Steuerung 100 und Gehäuse sowie Pneumatikverteiler 115 dargestellt. Im Gehäuse sind elektronische Komponenten und eine freiprogrammierbare elektrische Steuerung eingebaut. Eine nicht dargestellte Stromzuleitung dient der Spannungsversorgung der elektronischen Komponenten. Das Gehäuse hat ein Display 101, einen Ein/Aus-Schalter 102 und mehrere Funktionstaster 103 bis 109, mit denen benötigte Parameter für den Pumpablauf bzw. für den Pumpvorgang eingegeben, optisch verfolgt und gespeichert werden können. Die elektronische Steuerung 100 ermöglicht verschiedene Betriebsvarianten, so dass mit dem Taster 103 auf kontinuierlichen Betrieb und mit Taster 104 auf diskontinuierlichen Betrieb der Pumpe geschaltet werden kann. Insbesondere der diskontinuierliche Betrieb der Pumpe kann durch eine vorwählbare Anzahl von Pumphüben eingestellt und mit Taster 105 in der Steuerung gespeichert werden. Mit dem Taster 106 ist eine Reduzierung der eingestellten Parameter, der Taster 107 ist für eine Erhöhung der variierbaren Parameter vorgesehen, die dann ebenfalls mit dem Taster 105 als neu gewählte Betriebsparameter der Membranpumpe in die Steuerung gespeichert werden können. Bei kontinuierlicher Fahrweise können mit Taster 106, 107 die Zeitkonstanten verändert werden. Der Taster 108 erlaubt die Wahl zwischen interner und externer Steuerung, von zum Beispiel einem externen Prozessleitsystem. Die Pumpe 200 beginnt zu arbeiten, wenn Taster 109 betätigt wird und bei wiederholtem Drücken des Tasters 109 wird der Arbeitsvorgang wieder gestoppt. Die Elektronik mit der programmierbaren Steuerung sendet zu Beginn der Dosierung über elektrische Verbindungskabel 110 digitale Signale zu den elektro-pneumatischen 2/3-Wege-Ventilen 111, 112, 113, 114, die dann in ihre definierte Auf- oder Zu-Stellung (Tabelle 1) schalten. Die elektro-pneumatischen 2/3-Wege-Ventile 111 bis 114 sind auf einem pneumatischen Verteilerblock 115 montiert. Der Verteilerblock hat zwei Versorgungskanäle 116, 117. Der Versorgungskanal 116 ist direkt mit der Druck-Figure 1 shows a diaphragm pump 200 in cross-section with the associated control system 100 and housing as well as a pneumatic distributor 115. Electronic components and a freely programmable electrical control system are installed in the housing. A power supply line (not shown) is used to supply voltage to the electronic components. The housing has a display 101, an on/off switch 102 and several function buttons 103 to 109 with which the required parameters for the pumping sequence or for the pumping process can be entered, visually tracked and saved. The electronic control system 100 enables various operating variants, so that the button 103 can be used to switch to continuous operation and the button 104 to discontinuous operation of the pump. In particular, the discontinuous operation of the pump can be set using a preselectable number of pump strokes and saved in the control system using button 105. Button 106 is used to reduce the set parameters, button 107 is used to increase the variable parameters, which can then also be saved in the control system as newly selected operating parameters of the diaphragm pump using button 105. In continuous operation, buttons 106 and 107 can be used to change the time constants. Button 108 allows the choice between internal and external control, for example from an external process control system. Pump 200 starts to work when button 109 is pressed, and if button 109 is pressed again, the work process is stopped again. At the start of dosing, the electronics with the programmable control sends digital signals via electrical connecting cables 110 to the electro-pneumatic 2/3-way valves 111, 112, 113, 114, which then switch to their defined open or closed position (Table 1). The electro-pneumatic 2/3-way valves 111 to 114 are mounted on a pneumatic distributor block 115. The distributor block has two supply channels 116, 117. The supply channel 116 is directly connected to the pressure
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luftversorgung verbunden und der Verteilkanal 117 ist mit einer Vakuumleitung an die Unterdruckversorgung angeschlossen. Der Unterdruck wird durch den im Bypass installierten Vakuumerzeuger 118, einen Injektor, erzeugt, der vom Ventil 114 bei Einschaltung der elektrischen Steuerung ständig mit Druckluft versorgt wird. In einer kompakten Bauweise befindet sich der Verteilerblock 115 mit den elektropneumatischen 2/3-Wege-Ventilen und dem Unterdruckerzeuger 118 direkt im Gehäuse der Steuerung 100, so dass die Druckluftversorgung des Versorgungskanals 116 über eine Schlauchkupplung llo'und der Pumpenkopf über die Schlauchkupplungen 119', 120\ 12&Ggr; verbunden werden. Die freiprogrammierbaren elektronischen Komponenten, Dioden für die optische Funktionsanzeige, elektrisches Netzgerät und eine elektrische Platine sind in Figur 1 nicht dargestellt.air supply and the distribution channel 117 is connected to the vacuum supply by a vacuum line. The vacuum is generated by the vacuum generator 118 installed in the bypass, an injector, which is constantly supplied with compressed air by the valve 114 when the electrical control is switched on. In a compact design, the distribution block 115 with the electro-pneumatic 2/3-way valves and the vacuum generator 118 is located directly in the housing of the control 100, so that the compressed air supply of the supply channel 116 is connected via a hose coupling 110' and the pump head via the hose couplings 119', 120\ 12&Ggr;. The freely programmable electronic components, diodes for the optical function display, electrical power supply unit and an electrical circuit board are not shown in Figure 1.
Die freiprogrammierbare Steuerung der pneumatisch betriebenen Membranpumpe 200 schaltet die elektro-pneumatischen 2/3-Wegeventile 111 bis 114 und leitet den im Verteilerblock 115 anstehenden pneumatischen Druck im Kanal 116 (Druckkanal) oder das Vakuum im Verteilerkanal 117 (Vakuumkanal) durch die Steuerleitungen (Kapillaren oder Schläuche) 119, 120, 121 auf die pneumatischen Steuerräume (Pneumatikräume) 220,221, 222 in der Pumpe 200.The freely programmable control of the pneumatically operated diaphragm pump 200 switches the electro-pneumatic 2/3-way valves 111 to 114 and directs the pneumatic pressure in the channel 116 (pressure channel) or the vacuum in the distribution channel 117 (vacuum channel) in the distribution block 115 through the control lines (capillaries or hoses) 119, 120, 121 to the pneumatic control chambers (pneumatic chambers) 220, 221, 222 in the pump 200.
Das Ventil 111 (Vl) ist durch die Steuerleitung 119 mit dem Ansaugventil (untere Absperrkammer 210) der Membranpumpe 200 verbunden. Nach gleichem Schema sind das andere Ventil 112 (V2) (obere Absperrkammer 212) und Ventil 113 (V3) mit der Pumpkammer 211 der Pumpe 200 verbunden. Das Ventil 114 (V4) versorgt den Vakuumerzeuger ständig mit Druckluft und wird sofort geschaltet, sobald die Elektronik mit elektrischer Spannung versorgt ist.The valve 111 (Vl) is connected to the intake valve (lower shut-off chamber 210) of the diaphragm pump 200 via the control line 119. The other valve 112 (V2) (upper shut-off chamber 212) and valve 113 (V3) are connected to the pump chamber 211 of the pump 200 in the same way. The valve 114 (V4) constantly supplies the vacuum generator with compressed air and is switched immediately as soon as the electronics are supplied with electrical voltage.
Der Membranpumpenkopf 200 besteht aus den drei Teilplatten 201, 203, 205 und hat eingelegte elastische Membranen 202, 204, die im Bereich der Pumpkammer 211 und Absperrkammern 210, 212 pneumatisch verformbar sind. Die Membranen 202, 204 haben die gleiche Fläche wie die Platten 201, 203, 205, um eine gute Abdichtung zur Atmosphäre zu gewährleisten. In den Platten 201, 203, 205 sind VertiefungenThe diaphragm pump head 200 consists of the three partial plates 201, 203, 205 and has inserted elastic diaphragms 202, 204, which are pneumatically deformable in the area of the pump chamber 211 and shut-off chambers 210, 212. The diaphragms 202, 204 have the same surface area as the plates 201, 203, 205 in order to ensure a good seal against the atmosphere. In the plates 201, 203, 205 there are recesses
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eingelassen, die die Pump- bzw. Absperrkammern 210, 211, 212 bilden. Die Absperrkammern 210, 212 sind hier beispielsweise in die Platte 201 und die Pumpkammer 211 ist mit einem geringen Ausgleichs-Volumenanteil in der Platte 205 und mit dem größeren Volumenanteil in die mittlere Platte 203 eingearbeitet.
5which form the pumping or shut-off chambers 210, 211, 212. The shut-off chambers 210, 212 are here, for example, incorporated into the plate 201 and the pumping chamber 211 is incorporated with a small compensating volume proportion in the plate 205 and with the larger volume proportion in the middle plate 203.
5
Mit der Absperrkammer 210 ist z.B. das steuerbare Ansaugventil des Pumpenkopfes benannt. Sinngemäß stellt die Pumpkammer 211 die Förderkammer und die Absperrkammer 212 das steuerbare Druckventil des Pumpenkopfes dar.For example, the shut-off chamber 210 is the name given to the controllable suction valve of the pump head. Accordingly, the pump chamber 211 represents the delivery chamber and the shut-off chamber 212 represents the controllable pressure valve of the pump head.
Die Membranen 202, 204 teilen die Pump- und Absperrkammern in Steuerräume 220, 221, 222 und in Produkträume 230, 231, 232.The membranes 202, 204 divide the pumping and shut-off chambers into control chambers 220, 221, 222 and product chambers 230, 231, 232.
Die Pump- bzw. Absperrkammern 210, 211, 212 haben die Form von abgestumpften Kegeln. Die mittlere Platte 203 weist einen Ansaugkanal 207 und einen Auslasskanal 206 auf. Beide Kanäle 206, 207 sind jeweils mit einer eingeschweißten Kapillare verlängert. Die Kanäle 209, 208 verbinden die Produkträume 230, 231, 232 der Kammern 210, 211,212 mit einander.The pumping or shut-off chambers 210, 211, 212 have the shape of truncated cones. The middle plate 203 has an intake channel 207 and an outlet channel 206. Both channels 206, 207 are each extended by a welded-in capillary. The channels 209, 208 connect the product spaces 230, 231, 232 of the chambers 210, 211, 212 with each other.
Die Pumpkammer 211 hat eine Nut 213, als verbindendes Element vom tiefsten geometrischen Punkt der Vertiefung in der Platte zur Auslassöffnung bzw. zumThe pump chamber 211 has a groove 213, as a connecting element from the deepest geometric point of the recess in the plate to the outlet opening or
Verbindungskanal 209. Auch wird verdeutlicht, das zwischen Einlasskanal 208 und Beginn des Auslasskanals 209 mit der verbindenden Nut 213 noch ein ausreichend großer Abstand vorliegt um ein dichtes Verschließen der Öffnungen im Produktraum der Pumpkammer durch die Membran 204 zu ermöglichen.
25Connecting channel 209. It is also made clear that there is still a sufficiently large distance between the inlet channel 208 and the beginning of the outlet channel 209 with the connecting groove 213 to enable the openings in the product space of the pump chamber to be tightly closed by the membrane 204.
25
Die Membranpumpe 200 ist hier im Steuerungsschritt 4 (siehe Tabelle 1) gezeigt. Im Bereich der Absperrkammer 210 (steuerbares Ansaugventil) ist die Membran 202 auf der Steuerraumseite 220 mit Druck beaufschlagt, so dass die Membran 202 den Ansaugkanal 207 am Einlass 240 (Fig.2) und den Verbindungskanal 208 am Auslass 241 (Fig.2) versperrt. Im Bereich der Pumpkammer 211 (Förderkammer oder Verdrängereinheit) ist der zugehörige Steuerraum 221 mit Vakuum beaufschlagt, soThe diaphragm pump 200 is shown here in control step 4 (see Table 1). In the area of the shut-off chamber 210 (controllable intake valve), the diaphragm 202 is pressurized on the control chamber side 220, so that the diaphragm 202 blocks the intake channel 207 at the inlet 240 (Fig.2) and the connecting channel 208 at the outlet 241 (Fig.2). In the area of the pump chamber 211 (delivery chamber or displacement unit), the associated control chamber 221 is pressurized with vacuum, so
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dass der Membranbereich sich abhebt und den zuführenden und ableitenden Verbindungskanal 208, 209 öffnet. Die Absperrkammer 212 ist steuerseitig ebenfalls mit Vakuum beaufschlagt, so dass der Verbindungskanal 209 und der Auslasskanal 206 geöffnet sind um im folgenden Steuerschritt 5 (siehe Tabelle 1) das Pumpenhubvolumen aus der Pumpkammer zu verdrängen. In der Figur 1 sind erforderliche Schrauben für das Zusammenziehen der Platten und gleichzeitige Verpressen der eingelegten Membranen nicht dargestellt.that the membrane area lifts off and opens the supply and discharge connection channels 208, 209. The shut-off chamber 212 is also subjected to vacuum on the control side, so that the connection channel 209 and the outlet channel 206 are opened in order to displace the pump stroke volume from the pump chamber in the following control step 5 (see Table 1). The screws required for pulling the plates together and simultaneously pressing the inserted membranes are not shown in Figure 1.
Die Reihenfolge der programmierbaren Steuerungsschritte und die Stellung der Ventile 111 bis 114 sind im folgenden in der Tabelle 1 dargestellt. Es bedeutet als Digitalsignal „1" Druckluft anstehend (Ergebnis: Membran wird an die Platte 203 angedrückt und schließt ) und das Signal „0" Vakuum anstehend (Membran wird im Steuerraum angehoben und öffnet). Sobald die elektronische Steuerung mit elektrischer Spannung versorgt und mit dem Taster 102 eingeschaltet ist, schaltet die programmierte Steuerung die Ventile 111 bis 114 in eine definierte Start- oder Grundstellung. Die Steuerung eines vollständigen Pumpenhubes besteht hier beispielsweise aus fünf Einzelschritten. Wird der Pumpvorgang unterbrochen oder beendet springt die Steuerung in die Start - oder Grundstellung.The sequence of the programmable control steps and the position of the valves 111 to 114 are shown in Table 1 below. The digital signal "1" means that compressed air is present (result: the membrane is pressed against the plate 203 and closes) and the signal "0" means that vacuum is present (the membrane is raised in the control chamber and opens). As soon as the electronic control is supplied with electrical voltage and switched on with the button 102, the programmed control switches the valves 111 to 114 to a defined start or basic position. The control of a complete pump stroke here, for example, consists of five individual steps. If the pumping process is interrupted or ended, the control jumps to the start or basic position.
SaugventilSuction valve
VerdrängerDisplacer
DruckventilPressure valve
Vakuumvacuum
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Im Steuerungsablauf ist hinter jedem Steuerungsschritt 1 - 5 ein veränderbares Zeitglied programmiert (in der Tabelle 1 nicht dargestellt), damit die einzelnen hintereinander ablaufenden Steuerungsschritte sich nicht gegenseitig beeinflussen und vollständig ausgeführt werden. Die Schaltzeiten der elektro-pneumatischen Ventile sind größer und damit wesentlich langsamer als die benötigte Zeit zur Sendung der digitalen Signale. Durch die zwischengeschalteten Zeitglieder wird die Pumpfunktion gemäß dem Steuerungszyklus 1-5 (siehe Tabelle 1) reproduzierbar und vollständig durchgeführt.In the control sequence, a variable timer is programmed behind each control step 1 - 5 (not shown in Table 1) so that the individual control steps that run one after the other do not influence each other and are carried out completely. The switching times of the electro-pneumatic valves are longer and therefore significantly slower than the time required to send the digital signals. The intermediate timers ensure that the pump function is carried out reproducibly and completely in accordance with the control cycle 1-5 (see Table 1).
Die Figur 2 zeigt eine Membranpumpe ähnlich der in Figur 1 beschriebenen Pumpe, jedoch befinden sich die Kammern bzw. die Vertiefungen 210', 211', 212' in der mittleren Platte 203\ Die Kammern 210' bis 212' haben hier die Form eines Kugelabschnittes. Es ist zu erkennen, dass die Höhe im Scheitelpunkt der Vertiefung der Pumpkammer größer ist als die Dicke der Membran. In dieser Ausführung ist der Mittenabstand der zu- und abführenden Kanäle 207, 208 auf der Ansaugseite der Pumpe (Kammer 210") größer, als der Mittenabstand der zu- und abführenden Kanäle 209, 206 des Druckventils (Kammer 212'). Durch den größeren Mittenabstand am Saugventil wird die Dichtigkeit des Ansaugventils erhöht und eine Rückströmung des Produkts während des Pumpvorgangs verhindert.Figure 2 shows a diaphragm pump similar to the pump described in Figure 1, but the chambers or recesses 210', 211', 212' are located in the middle plate 203\. The chambers 210' to 212' here have the shape of a spherical segment. It can be seen that the height at the apex of the recess of the pump chamber is greater than the thickness of the diaphragm. In this design, the center distance of the inlet and outlet channels 207, 208 on the suction side of the pump (chamber 210") is greater than the center distance of the inlet and outlet channels 209, 206 of the pressure valve (chamber 212'). The larger center distance on the suction valve increases the tightness of the suction valve and prevents backflow of the product during the pumping process.
In Figur 3 ist eine Variante der Pumpe 200 aus Figur 2 mit drei separat eingelegten Membranen 300, 301, 302. Die Vertiefungen 210', 211', 212' sind alle auf der inneren Platte 203' angeordnet und bilden hier mit den Membranen 300, 301, 302 die Produkträume 230, 231, 232. Bei geöffneten Produktkanälen liegen die Membranen 300, 301, 302 an den jeweiligen äußeren Platten 201', 205' an. Diese Membranen werden im Betriebsfall über die Steuerraumseite über eine Bohrung gemäss dem Steuerungs-Figure 3 shows a variant of the pump 200 from Figure 2 with three separately inserted membranes 300, 301, 302. The recesses 210', 211', 212' are all arranged on the inner plate 203' and form the product chambers 230, 231, 232 with the membranes 300, 301, 302. When the product channels are open, the membranes 300, 301, 302 rest against the respective outer plates 201', 205'. These membranes are operated via the control chamber side via a hole according to the control
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programm mit Druckluft oder Vakuum beaufschlagt um die Pumpfunktion zu gewährleisten.program is pressurized with compressed air or vacuum to ensure the pumping function.
Figur 4 gibt beispielsweise den parallelen Betrieb von drei Membranpumpen 200a, 200b, 200c des in Figur 3 gezeigten Typs im nicht angesteuerten Zustand wieder. Diese sind an die Leitungen des Druckverteilers 115 ähnlich wie in Figur 1 parallel angeschlossen. Die pneumatischen 2/3-Wege-Ventile des Druckverteilers 115 werden mittels der hier nicht gezeigten elektrischen Steuerung betätigt und bewirken über die Steuerleitungen 119 bis 121, die hier verzweigt auf die drei Pumpenköpfe verschaltet sind, die Betätigung der Membranen. Beim Parallelbetrieb der Pumpenköpfe mit einer Steuereinheit, ist darauf zu achten, dass die Verbindungsleitungen, sowie die Druckluft- und Vakuumversorgung ausreichend dimensioniert sind.Figure 4, for example, shows the parallel operation of three diaphragm pumps 200a, 200b, 200c of the type shown in Figure 3 in the non-controlled state. These are connected in parallel to the lines of the pressure distributor 115, similar to Figure 1. The pneumatic 2/3-way valves of the pressure distributor 115 are actuated by means of the electrical control (not shown here) and actuate the diaphragms via the control lines 119 to 121, which are branched here and connected to the three pump heads. When operating the pump heads in parallel with a control unit, care must be taken to ensure that the connecting lines and the compressed air and vacuum supply are sufficiently dimensioned.
Figuren 5 und 5a zeigen eine Ausfuhrung der Membranpumpe 20Od, bei der zwei Pumpeinheiten bzw. zwei Pumpenköpfe gemeinsame Teilplatten haben. Die Teilplatten sind mit den Schrauben 500 verspannt. Die wesentlichen Konturen wie Pumpkammern und Verbindungskanäle im Innern des Pumpenkopfes sind in Figur 5 a mit gebrochenen Linien dargestellt. Der zweifache Pumpenkopf kann mit einer Steuereinheit betrieben werden, so dass mit einem Steuerungshub (entsprechend Schritt 1-5; Tabelle 1, Fig.l) die doppelte Fördermenge pro Hub dosiert werden kann.Figures 5 and 5a show an embodiment of the diaphragm pump 200d in which two pump units or two pump heads have common sub-plates. The sub-plates are clamped together with the screws 500. The essential contours such as pump chambers and connecting channels inside the pump head are shown in broken lines in Figure 5a. The double pump head can be operated with a control unit so that with one control stroke (corresponding to steps 1-5; Table 1, Fig.l) twice the delivery quantity can be metered per stroke.
Eine weitere Verwendung besteht darin, wenn gleich oder unterschiedlich grosse Pumpkammern in die Teilplatten eingebracht sind, so dass mit einer Steuereinheit synchron zwei unterschiedliche Stoffe gepumpt werden, oder es werden am gemeinsamen Pumpenkopf zwei Steuereinheiten für die Erzeugung unterschiedlicher Stoffströme angeschlossen. Der innere Aufbau einer einzelnen Pumpeinheit entspricht der Pumpe gemäß Figur 3. Fig. 5a zeigt deutlich, dass die äußeren Konturen (501, 502, 503) der Kammern in den verschiedenen Ebenen der Platten sich überlagern um ein geringes Totraumvolumen und dadurch ein gutes Ausgangsverhalten der Pumpe zu gewährleisten. Des Weiteren wird eine besonders kompakte Pumpenkopfausfuhrung möglich.Another use is when pump chambers of the same or different sizes are incorporated into the partial plates, so that two different substances are pumped synchronously with one control unit, or two control units for generating different material flows are connected to the common pump head. The internal structure of a single pump unit corresponds to the pump according to Figure 3. Fig. 5a clearly shows that the outer contours (501, 502, 503) of the chambers in the different levels of the plates overlap in order to ensure a small dead space volume and thus good output behavior of the pump. Furthermore, a particularly compact pump head design is possible.
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Figur 6 zeigt im Querschnitt zwei Abschnitte der Platten 203, 205 im Bereich der Pumpkammer 211 einer Membranpumpe ähnlich Figur 1. Das Volumen der Pumpkammer ist in gleichem Verhältnis auf beide Platten verteilt, so dass die eingelegte Membran 301 über eine konzentrische Dichtfläche 214 verspannt wird und den Produktraum 231 und den Steuerraum 221 nach außen abdichtetFigure 6 shows a cross-section of two sections of the plates 203, 205 in the area of the pump chamber 211 of a diaphragm pump similar to Figure 1. The volume of the pump chamber is distributed equally between both plates, so that the inserted diaphragm 301 is clamped over a concentric sealing surface 214 and seals the product chamber 231 and the control chamber 221 to the outside.
Figur 7, 7a zeigt die Aufsicht der Vertiefung in einer Membranpumpe in Form einer Kugelabschnittsgeometrie der Pumpkammer 211. Zu erkennen ist die vorgesehene Nut 213, die vom Scheitelpunkt der Pumpkammer bis zum Verbindungskanal 209 verläuft und als Sammelkanal für ein vollständiges Entleeren des Produktraumes dient. In Figur 7a ist eine weitere besondere Ausführung einer verzweigten Nut 213" bzw. des Sammelkanals 213 gezeigt.Figure 7, 7a shows the top view of the recess in a diaphragm pump in the form of a spherical segment geometry of the pump chamber 211. The groove 213 provided can be seen, which runs from the apex of the pump chamber to the connecting channel 209 and serves as a collecting channel for completely emptying the product space. Figure 7a shows another special design of a branched groove 213" or the collecting channel 213.
Figur 8 zeigt den erfindungsgemäßen Membranpumpenkopf 200 mit einer Pumpkammer 211" und zwei Absperrkammern 210", 212" und der zwischen den Platten 201", 203", 205", eingelegten elastischen Membran 202" und 204". Die Membranpumpe hat in dieser Ausfuhrungsvariante Vertiefungen in den äußeren Platten 201", 205" und der Sammelkanal 213" befindet sich in der Platte 203".Figure 8 shows the diaphragm pump head 200 according to the invention with a pump chamber 211" and two shut-off chambers 210", 212" and the elastic diaphragm 202" and 204" inserted between the plates 201", 203", 205". In this embodiment, the diaphragm pump has recesses in the outer plates 201", 205" and the collecting channel 213" is located in the plate 203".
Zu erkennen sind der Einlasskanal 207", die Verbindungskanäle 208", 209" und der Auslasskanal 206" sowie der Sammelkanal 213". Diese Ausführungsform der erfindungsgemäßen Pumpe erfordert einen geringeren fertigungstechnischen Aufwand.The inlet channel 207", the connecting channels 208", 209" and the outlet channel 206" as well as the collecting channel 213" can be seen. This embodiment of the pump according to the invention requires less manufacturing effort.
Figur 9 zeigt eine kombinierte Anordnung der Verbindungskanäle des Pumpenkopfes. Die mittlere Platte ist in einer Schnittdarstellung gezeigt und die äußeren Platten 20&Ggr;, 205' können aufgrund der Anordnung des Durchlasskanals verkleinert werden. Der Einlasskanal 207' und Verbindungskanal 208' zwischen Pumpkammer und saugseitiger Absperrkammer sind rechtwinklig zur äußeren Plattenkontur eingebracht, so dass der Verbindungskanal 208' geradlinig und kurz ist. Das Tot-Figure 9 shows a combined arrangement of the connecting channels of the pump head. The middle plate is shown in a sectional view and the outer plates 20', 205' can be made smaller due to the arrangement of the passage channel. The inlet channel 207' and connecting channel 208' between the pump chamber and the suction-side shut-off chamber are placed at right angles to the outer plate contour, so that the connecting channel 208' is straight and short. The dead-
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raumvolumen des Verbindungskanals 208' ist dadurch minimiert. Der Verbindungskanal zur druckseitigen Absperrkammer hat eine größere Länge und ein größeres Totraumvolumen. Diese Ausführung erfordert eine dritte verkleinerte Platte 205' für den Aufbau der Pumpe.The volume of the connecting channel 208' is thereby minimized. The connecting channel to the pressure-side shut-off chamber has a greater length and a larger dead space volume. This design requires a third reduced plate 205' for the construction of the pump.
In Figur 9a ist eine optimierte Pumpe mit geringem Totraumvolumen dargestellt, wobei die mittlere Platte 203' in einer Schnittdarstellung gezeigt ist. Die geometrischen Flächen der Vertiefungen der Absperrkammern liegen teilweise oder vollständig im Schatten der geometrischen Fläche der Pumpkammervertiefung, so dass die Verbmdungskanäle von Pumpkammer zu den Absperrkammern extrem kurz sind und ein optimiertes Ansaugverhalten der Pumpe ermöglicht wird.Figure 9a shows an optimized pump with a low dead space volume, with the middle plate 203' shown in a sectional view. The geometric surfaces of the recesses of the shut-off chambers lie partially or completely in the shadow of the geometric surface of the pump chamber recess, so that the connecting channels from the pump chamber to the shut-off chambers are extremely short and an optimized suction behavior of the pump is made possible.
In Figur 9a ist von der Pumpkammer 21&Ggr; zu druckseitigen Absperrkammer 212' der Verbindungskanal 209' im Scheitelpunkt der Pumpkammervertiefung positioniert, so dass der Sammelkanal (vgl. Fig. 7) entfallt. Das Totraumvolumen der Pumpe bildet sich aus dem Volumen der beiden Verbindungskanäle 208', 209'. Das Kammervolumen der ansaugseitigen Vertiefung der Absperrkammer 210' liegt teilweise und das Kammervolumen 212' vollständig im Schatten der Pumpkammervertiefung 21&Ggr;, so dass bei gleichzeitiger Optimierung der Dicke der mittleren Platte 203' die Verbindungskanäle 208', 209' extrem kurz gestaltet sind. Das Verhältnis Kanallänge 208' zu Durchmesser beträgt 3,5.In Figure 9a, the connecting channel 209' is positioned at the apex of the pump chamber recess from the pump chamber 21' to the pressure-side shut-off chamber 212', so that the collecting channel (see Figure 7) is omitted. The dead space volume of the pump is formed from the volume of the two connecting channels 208', 209'. The chamber volume of the suction-side recess of the shut-off chamber 210' lies partially and the chamber volume 212' lies completely in the shadow of the pump chamber recess 21', so that the connecting channels 208', 209' are designed to be extremely short while optimizing the thickness of the middle plate 203'. The ratio of channel length 208' to diameter is 3.5.
Die entstehenden geometrischen Flächen der Vertiefungen der Absperrkammern auf den jeweiligen Ebenen der Platten, liegen teilweise oder vollständig im Schatten der sich bildenden geometrischen Fläche der Pumpkammervertiefung, so dass dadurch die Verbindungskanäle der Kammern und das Totraumvolumen des Pumpenkopfes extrem verkleinert ist.The resulting geometric surfaces of the depressions of the shut-off chambers on the respective levels of the plates lie partially or completely in the shadow of the forming geometric surface of the pump chamber depression, so that the connecting channels of the chambers and the dead space volume of the pump head are extremely reduced.
Claims (18)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE20311304U DE20311304U1 (en) | 2003-07-23 | 2003-07-23 | Double-diaphragm, precision dosing, pump of miniaturized construction for laboratory use. |
Applications Claiming Priority (1)
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| DE20311304U DE20311304U1 (en) | 2003-07-23 | 2003-07-23 | Double-diaphragm, precision dosing, pump of miniaturized construction for laboratory use. |
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| DE20311304U1 true DE20311304U1 (en) | 2003-09-18 |
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ID=28459352
Family Applications (1)
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| DE20311304U Expired - Lifetime DE20311304U1 (en) | 2003-07-23 | 2003-07-23 | Double-diaphragm, precision dosing, pump of miniaturized construction for laboratory use. |
Country Status (1)
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|---|---|
| DE (1) | DE20311304U1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102021133514A1 (en) | 2021-12-16 | 2023-06-22 | J. Wagner Gmbh | diaphragm pump device |
-
2003
- 2003-07-23 DE DE20311304U patent/DE20311304U1/en not_active Expired - Lifetime
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| DE102021133514A1 (en) | 2021-12-16 | 2023-06-22 | J. Wagner Gmbh | diaphragm pump device |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R207 | Utility model specification |
Effective date: 20031023 |
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| R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: JAEHN, PETER, DE Free format text: FORMER OWNER: BAYER AKTIENGESELLSCHAFT, 51373 LEVERKUSEN, DE Effective date: 20040426 |
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| R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: JAEHN, PETER, DE Free format text: FORMER OWNER: BAYER INDUSTRY SERVICES GMBH & CO. OHG, 51373 LEVERKUSEN, DE Effective date: 20050216 |
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