DE10133349B4 - Vierkammer-Membranpumpe - Google Patents

Abstract

Vierkammer-Membranpumpe, bestehend aus zwei um 90° versetzten Doppelmembranpumpen (1a; 1b), die jeweils ein Paar gegenüberliegend angeordneter Pumpenkammern wenigstens mit einer Arbeitskammer (23a, 25a; 23b, 25b) und einer Steuerkammer (24a, 26a; 24b; 26b) aufweisen, die durch eine Membran (3a; 3b) voneinander getrennt sind,
wobei die gegenüberliegenden Membrane (3a; 3b) jeder Doppelmembranpumpe (1a; 1b) über eine axial verschiebbar gelagerte Stange (2a; 2b) miteinander verbunden und gleichzeitig über einen gemeinsamen Antrieb betätigbar sind,
und wobei die Gehäuse der Doppelmembranpumpen (1a; 1b) jeweils zwei Pumpenkammerflansche (1a.1, 1a.2) und eine dazwischen liegende Quertraverse (1a.3) aufweisen, die jeweils beabstandet zu den zentral positionierten Stangen (2a, 2b) angeordnet sind, und so ineinander verschränkt zusammengesetzt sind, dass die Quertraversen (1a.3) sich beabstandet gegenüber liegen.

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf eine Vierkammer-Membranpumpe für den Einsatz in Druckereien, insbesondere bei Flexodruckmaschinen zur Förderung von Farben, Lacken, Lösungs-, und Reinigungsmitteln.
• Für diese Aufgaben werden in der Praxis häufig mit Druckluft angetriebene, doppelt wirkende Membranpumpen eingesetzt, wie beispielsweise in der DE 32 06 242 A1 beschrieben. Eine zentrisch in einem Gehäuse gelagerte Stange ist an den freien Enden mit je einer Membrane, welche jeweils in einem Gehäuse eingespannt ist und dieses in zwei Räume teilt, verbunden. Die äußeren Räume sind mit einem Saugstutzen einerseits und einen Druckstutzen andererseits über Rückschlagventile miteinander verbunden. Des weiteren ist eine Einrichtung vorgesehen, weiche die inneren Membranräume wechselseitig mit einem Arbeitsmedium, vornehmlich Druckluft, beaufschlägt. Dies führt zu einem Verschieben der über die Stange miteinander verbundenen Membranen. Auf der mit Druckluft beaufschlagten Seite wird das Fördermedium verdrängt und auf der anderen Seite angesaugt. Die Rückschlagventile verhindern dabei ein Zurückfließen des Fördermediums.
• Derartige Pumpen haben etliche Vorteile. Sie sind einfach aufgebaut, selbstansaugend, trockenlaufsicher, besitzen keine Wellendichtung, können ohne Sicherheitseinrichtungen gegen geschlossene Schieber fördern und sind bei scherempfindlichen Medien wie Lacken einsetzbar. Damit sind diese Pumpen, bezogen auf ihr Wirkprinzip, in idealer Weise für den oben genanten Einsatz geeignet.
• Nachteilig bei den Pumpen sind die hohen Energiekosten für die Erzeugung der Druckluft, das unsichere Betriebsverhalten aufgrund der oft sehr störanfälligen Einrichtung zur Steuerung der Druckluft, und die Pulsation der Pumpe. Die Problematik der Steuereinrichtung ist in den Schriften DE 696 09 876 T2 und DE 197 38 779 A1 sehr umfassend beschrieben. Die am Markt bekannten Lösungen konnten das Problem bis heute noch nicht zufriedenstellend lösen. Ein Ausfall oder Blockieren einer Pumpe bei der Förderung der Druckfarben an einer Druckmaschine verursacht erhebliche Kosten, da derartige Maschinen ein Investitionsvolumen von bis zu 10 Mio. DM aufweisen.
• Eine nicht gleichförmig arbeitende Steuereinrichtung führt ebenfalls zu einer ungleichmäßigen Förderung der Druckfarbe, welche Qualitätsschwankungen bei dem Druckerzeugnis hervorrufen kann. Bei einer pulsierenden Zuführung der Druckfarbe ergeben sich ebenfalls Qualitätsschwankungen. In EP 0 970 810 A1 ist ein Farbtransportsystem einer Druckmaschinen beschrieben. Die dabei eingesetzten Membranpumpen sind um einen Pulsationsdämpfer und eine Regeleinrichtung für die Einspeisung der Druckluft ergänzt. Neben dem hohen Aufwand für die Regelung, stellt der Pulsationsdämpfer ein zusätzlich zu reinigendes Element dar.
• In der DE 44 43 778 A1 wird eine Doppelmembranpumpe beschrieben, bei der der Antrieb über einen Elektromotor und ein spezielles Getriebe erfolgt. Das Getriebe besteht im wesentlichen aus einem Kurbelzapfen und einem in einem Führungsrahmen gelagerten Kulissenstein, der auf dem Kurbeizapfen gelagert ist. An dem Führungsrahmen sind an zwei gegenüberliegenden Seiten Wellenenden befestigt, weiche wiederum mit den Membranen verbunden sind und im Gehäuse der Pumpe geführt werden. Die Einrichtung besitzt ein geschlossenes, mit Öl gefülltes Getriebegehäuse und ist entsprechend aufwendig. Die Pulsation bei dieser Art des Antriebes ist ebenfalls sehr hoch.
• Weiterhin ist aus DE 30 42 328 C2 eine Pumpe bekannt, bei der vier Membrankammern um ein Zentrum herum gleichförmig angeordnet sind. Die gegenüberliegenden Membranen sind jeweils über eine Stange miteinander verbunden. Die Stangen sind ihrerseits über eine Exzentereinrichtung so verbunden, daß in jeder Stellung eine definierte Lage zueinander gegeben ist. Die vorgeschlagene Drehschiebereinrichtung zur Beaufschlagung der Pumpe mit dem Arbeitsmedium Druckluft verursacht in der Praxis große Probleme bei der Abdichtung. Alle vier Pumpenkammern sind in einem Gehäuse angeordnet und fest miteinander verbunden.
• Die in DE 200 18 132 U1 beschriebene Lösung für die Förderung der Druckfarbe ist nur bei bestimmten Flexodruckmaschinen mit offenen Rakelsystemen und bei bestimmten Druckfarben einsetzbar. Nachteilig bei dieser Lösung ist, daß zur Förderung der Druckfarbe zur Maschine nur eine Pumpenkammer wirkt und damit nur während 50% der Zeit eine Förderung statt findet. Ein noch größerer Nachteil besteht darin, daß die Rückfördermenge, um ein Oberlaufen der Farbwanne oder des Auffangbehältnisses an der Maschine zu vermeiden, größer ist, als die Menge die zur Maschine gefördert wird und damit immer eine bestimmte Menge Luft mit gesaugt wird. Bei bestimmten Wasser basierten Druckfarben kann dies zu einer erheblichen Schaumbildung führen. Darüber hinaus kann die Farbe im Bereich der Absaugöffnung aufgrund des ständigen Lufteintrags eintrocknen und die Absaugöffnung verengen, weiches dann wieder zu einer Oberfüllung führen kann.
• Alle bekannten Pumpenlösungen sind bei den oben genannten Einsatz immer nur bedingt anwendbar und keineswegs bei allen Aufgaben einsetzbar. Damit ergibt sich für die Druckerei und den Druckmaschinenhersteller die Notwendigkeit, verschiedene Pumpen einzusetzen, die darüber hinaus häufig noch um weitere Komponenten ergänzt werden müssen. Dies verursacht erhöhte Betriebs- und Verwaltungskosten.
• Die Höhe der Anforderung hinsichtlich gleichmäßiger Förderung, Fördermenge, Förderdruck, Regelbarkeit der Pumpe, Standzeit der Pumpe und der Antriebsart der Pumpe ist abhängig von dem jeweiligen Druckmaschinentyp, der Art der zu fördernden Druckfarbe und den Einsatzbedingungen der Druckmaschine. Neben der Förderung der Druckfarbe, werden Pumpen für die Versorgung der Druckmaschinen und Anlagen mit Löse- und Reinigungsmitteln eingesetzt.
• In der PCT/WO 97146805 A1 ist eine Druckübertragungseinrichtung offenbart, in der vier Kammern mit Membranen angeordnet sind, wobei jeweils die Membranen zweier gegenüberliegender Kammern über eine gemeinsame Stange verbunden sind. Die Stangen dienen zugleich dem Schließen und Öffnen von Ventilwegen und sind nicht mit einer Antriebseinrichtung gekoppelt. Eine Verwendung als Pumpe, ist nicht offenbart. Alle Kammern sind mehrfach miteinander verbunden und wirken zusammen. Ein Ausfall einer Kammer führt daher auch zu Störungen der anderen Kammern. Im Wartungsfall muss die gesamte Einrichtung zerlegt werden.
• Ausgehend von diesen Problemen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vierkammer-Membranpumpe zu schaffen, die bei allen Förderaufgaben in Druckereien insbesondere bei Flexodruckmaschinen eingesetzt werden kann, einfach und modular aufgebaut ist, betriebssicher und wirtschaftlich arbeitet, mit einem Motor, vornehmlich einem Elektromotor, oder mittels Druckluft angetrieben werden kann und keinen Pulsationsdämpfer erfordert.
• Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vierkammer-Membranpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die erfindungsgemäße Membranpumpe ist aus zwei unabhängig voneinander funktionsfähigen Doppelmembranpumpen aufgebaut und besitzt vier Pumpenkammern. Die Membranpumpe besteht aus zwei Gehäusen in U-Form, die so ausgebildet sind, daß sie zu einem geschlossenen Gehäuse zusammengesetzt werden können. In jedem Gehäuse ist eine Stange gelagert an deren Enden jeweils eine Membrane befestigt ist, die am äußeren Rand im Gehäuse eingespannt ist. Die Stangen sind jeweils mit einem Gabelelement und über ein Pleuel mit einer fliegend gelagerten Kurbelwelle verbunden. Die Lagerung kann mit Gleit- oder Wälzlagern erfolgen. Jedes U-Gehäuse stellt einen funktionsfähige einzelne Doppelmembranpumpe dar, die über die Kurbelwelle angetrieben wird. Im zusammengebautem Zustand der beiden U-Gehäuseformen kreuzen sich die Membranstangen und die beiden Kurbelwellen befinden sich auf einer Achse, wobei die Kurbelzapfen zueinander zeigen und mit einem elastischen Element drehfest miteinander verbunden sind. Die Verbindung der beiden Pumpen ist derart, daß der Aushub der vier Pumpenkammer in einem Versatz von ca. 90° erfolgt. Die Pulsation läßt sich damit gegenüber Doppelmembranpumpen erheblich reduzieren.
• Auf dem Wellenende der Kurbelwelle kann alternativ eine Kurvenscheibe drehfest angebracht werden. Zwei 4/2, 512 oder 5/3 Wege-Ventile die von der Kurvenscheibe betätigt werden, beaufschlagen die zum Fördermedium abgewandte Seite der Membranen mit Druckluft. Gegenüber den bekannten Lösungen hat diese Erfindung den Vorteil, daß in der Industrie erprobte Ventile eingesetzt werden können und der Schaltzeitpunkt und der Schaltweg, bezogen auf die Stellung der Membranstange, exakt und reproduzierbar festgelegt werden kann. Ein Blockieren der Pumpe, oder ein ungleichmäßiger Lauf ist mit dieser Erfindung ausgeschlossen.
• Mit dieser Erfindung ist eine Membranpumpe geschaffen, die bei allen Förderaufgaben bei Flexodruckmaschinen eingesetzt werden kann, keinen Pulsationsdämpfer aufweist, die Fördermedien produktionsgerecht fördert, eine hohe Produktionssicherheit aufweist und wahlweise mit einem mechanischen oder einem pneumatischen Antrieb ausgestattet werden kann.
• Die Erfindung wird nachfolgend anhand von vier Seiten Zeichnungen näher erläutert.
• 1 zeigt eine Seitenansicht der Membranpumpe nach der Erfindung.
• 2 zeigt die Draufsicht von 1
• 3 zeigt die Seitenansicht einer Pumpenhälfte
• 4 zeigt die Draufsicht von 3
• 5 zeigt den Kurbeltrieb und die Druckluftsteuerung
• 6 zeigt die Draufsicht der Druckluftsteuerung
• In der nachfolgenden Beschreibung sind Positionsnummern mit den Indizes a und b versehen. Die Unterscheidung zwischen a und b bei gleichen Positionsnummern besagt, daß die Teile identisch sind aber den jeweiligen Pumpenhälften a oder b zugeordnet sind.
• Die Pumpe ist nach 1 aus den Gehäusen 1a und 1b, welche an den Punkten 20 miteinander lösbar verbunden sind, aufgebaut. Die Gehäuse 1a und 1b sind als zwei unabhängig voneinander funktionsfähige Doppelmembranpumpen aufgebaut und werden über die Kurbelwellen 10 und 15, welche vorzugsweise mit Wälzlagem in den jeweiligen Gehäusen gelagert sind, über das Kupplungselement 14 drehfest miteinander verbunden. In jedem Gehäuse 1a und 1b befinden sich Bohrungen 27 und 28 (vgl. 4). In Gehäuse 1a ist die Kurbelwelle 10 in Bohrung 27 gelagert und in dem zweiten Gehäuse 1b ist die Kurbelwelle 15 in Bohrung 28 gelagert. Beide Bohrungen 27 und 28 sind so angeordnet, daß im zusammengebauten Zustand der Gehäuse die Achsen der beiden Kurbelwellen fluchten.
• In den Gehäusen 1a und 1b sind die Stangen 2a und 2b gelagert, an deren freien Enden auf jeder Seite die Membranen 3a und 3b in den Membrantellern 5a und 5b fest mit der Stange verbunden sind. Auf den Stangen 2a und 2b sind die Gabelelemente 8a und 8b befestigt, welche über die Bolzen 7a und 7b und die Pleuel 9a und 9b mit den Kurbelwellen 10 und 15 verbunden sind. Die Lagerung der Teile kann sowohl in Gleitlagern als auch in Wälzlagern erfolgen.
• Die Membranen sind mit einer Wulst im Gehäuse zentriert und werden mit den Pumpendeckeln 4a und 4b fest eingespannt. Damit bilden sich die Kammern 23a, b und 24a, 24b sowie 25a, 25b und 26a, 26b. Die Pumpendeckel 4a und 4b sind mit je zwei Kugelventilen, bestehend aus den Teilen 11, 12, und 13, ausgestattet und über die beiden Sammelleitungen 19 auf der Saug- und Druckseite miteinander verbunden.
• Der Antrieb der Pumpe kann mit einen Motor, vorzugsweise ein Elektromotor mit Getriebe über eine Kupplung über das Wellenende der Kurbelwelle 10 erfolgen.
• Bei einem pneumatischen Antrieb der Pumpe ist auf dem Wellenende der Kurbelwelle 10 eine Kurvenscheibe befestigt, 5 und 6. Mit dieser Kurvenscheibe werden die Ventile 17a, 17b über die Rollenstößel 18a, 18b geschaltet. Die Ventile sind mit den Kammern 24a, 24b und 26a, 26b verbunden. Die Umschaltung der Ventile erfolgt über die Kurve, wenn sich die Membranen in ihren Umkehrlagen befinden. Der genaue Schaltpunkt kann dabei genau in den Umkehrlagen oder kurz vor oder kurz nach dem Erreichen der Umkehrlagen sein.

Claims (9)

1. Vierkammer-Membranpumpe, bestehend aus zwei um 90° versetzten Doppelmembranpumpen (1a; 1b), die jeweils ein Paar gegenüberliegend angeordneter Pumpenkammern wenigstens mit einer Arbeitskammer (23a, 25a; 23b, 25b) und einer Steuerkammer (24a, 26a; 24b; 26b) aufweisen, die durch eine Membran (3a; 3b) voneinander getrennt sind, wobei die gegenüberliegenden Membrane (3a; 3b) jeder Doppelmembranpumpe (1a; 1b) über eine axial verschiebbar gelagerte Stange (2a; 2b) miteinander verbunden und gleichzeitig über einen gemeinsamen Antrieb betätigbar sind, und wobei die Gehäuse der Doppelmembranpumpen (1a; 1b) jeweils zwei Pumpenkammerflansche (1a.1, 1a.2) und eine dazwischen liegende Quertraverse (1a.3) aufweisen, die jeweils beabstandet zu den zentral positionierten Stangen (2a, 2b) angeordnet sind, und so ineinander verschränkt zusammengesetzt sind, dass die Quertraversen (1a.3) sich beabstandet gegenüber liegen.
2. Vierkammer-Membranpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Doppelmembranpumpen (1a; 1b) U-förmig ausgebildet sind.
3. Vierkammermembranpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Stangen (2a; 2b) in übereinander liegenden Ebenen kreuzen.
4. Vierkammer-Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass an den Stangen (2a; 2b) jeweils ein Pleuel (9a; 9b) schwenkbar angeordnet ist, das in einen exzentrisch rotierenden Kurbelzapfen einer Kurbelwelle (10, 15) eingreift.
5. Vierkammer-Membranpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Pleuel (9a; 9b) jeweils über einen Bolzen (7a; 7b) mit einem Gabelelement (8a; 8b) verbunden sind, welches an der Stange (2a) befestigt ist.
6. Vierkammer-Membranpumpe nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelwellen (10, 15) über ihre Kurbelzapfen mittels eines Kupplungselements (14) form- und/oder kraftschlüssig miteinander verbunden sind.
7. Vierkammer-Membranpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelwellen (10, 15) in oder an der jeweiligen Quertraverse (1a.3; 1b.3) gelagert sind.
8. Vierkammer-Membranpumpe nach einem der Ansprüche 4 bis 7, gekennzeichnet durch eine Pneumatiksteuerungsvorrichtung, die wenigstens zwei Druckventile (17a; 17b) mit Rollenstößeln (18a; 18b) und wenigstens eine Kurvenscheibe (16) umfasst, wobei die Druckventile (17a; 17b) über die an der Außenkontur der Kurvenscheibe (16) anliegenden Rollenstößeln (18a; 18b) gesteuert sind.
9. Vierkammer-Membranpumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurvenscheibe (16) an einer der Kurbelwellen (10, 15) drehfest angeordnet ist.