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DOPPELMEMBRANPUMPE Die Erfindung betrifft eine Doppelmembranpumpe
mit durch eine Koppelstange miteinander verbundenen Membranen, welche'die Membrankammern
in innenseitige Treibmittelkammern und außensei tige Förderkammern für das zu fördernde
Medium teilen, wobei ein von der Stellung und Bewegung d«LSMembranen abhängiger
erster Steuerschieber und ein mit diesem zusammenwirkender zweiter Steuerschieber
vorhanden ist.
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Bei einer bekannten Doppelmembranpumpe dieser Art (vergl. US-Patentschrift
2 679 209) ist es nachteilig, daß der zweite Steuerschieber eine federbelastete
Arretierung bendtigt, an der der zweite Steuerschieber jeweils in seinen Endlagen
anliegt Eine solche Arrotierung stellt e relativ verschleißenfälliges Bauteil der,
das die Reparaturnafälligkeit der bekannten Doppelmembrans pumpe in maßgeblicher
Weise beeinflußt. Ein wein terer wesentlicher Nachteil der bekannten Doppelmembranpumpe,
der
auch sämtlichen anderen bekannten Doppelmembranpumpen zu eigen ist, die federbelastete
oder federbetätigte Steuerschieber aufweisen (vgl. insbesondere DAS 1 138 637) besteht
darin, daß während der Spann- oder Aufladezeit der Federelemente jeweils in periodischen
Abständen ein stoßweise auftretender- Leistungsabfall der Doppelmembranpumpe auftritt,
da die zum Spannen der Feder benötigte Leistung jeweils an der Pumpenleistung verlorengeht.
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Aus diesem Grund sind die bisher bekannten Doppelmembranpumpen nicht
zum Einsatz geeignet, wenn sehr gleichmäßige Pumpleistungen erforderlich sind, wie
z.B. bei Einsatz als Dosierpumpen.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Nachteile der bekannten
Doppelmembranpumpen zu vermeiden und eine Doppelmembranpumpe zu schaffen, die unter
Verzicht auf spezielle A'rretiermittel oder Federelemente eine besonders gleichmäßige
Pumpenleistung ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß bei einer
Doppelmembranpumpe der eingangs erwähnten Art der erste und zweite Storgschieber
zum zueinander gegenläufigen Ver-
Die Gelenläufigkeit der beiden
Steuerschieber, die bisher bei Doppelmembranpumpen nicht bekannt ist, ermöglicht
es, daß auf empfindliche Verschleißteile, wie sie Arretiermittel für Steuerschieber
darstellen, und wie sie zur jeweils zeitweise erfolgenden Sicherung gegen Verschieben
der Steuerschieber bisher notwendig sind, verzichtet werden kann. Eine mechanische
Sicherung für die Steuerschieber bei der ertindungsgemdßen Doppelmembranpumpe entfällt
also.
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Ein weiterer wesentlicher Vorteil der ertindungsgemäßen Doppelmembranpumpe
besteht darin, daß unmittelbar nach Einleiten des Umsteuervorgangs Jeweils ohne
Verzug die Umstellung des Gegensteuer schiebers erfolgt da aufgrund der Gegenlaufigkeit
sofort volle Durchströmquerschnitte freigegeben werden. Die Gegenläufigkeit führt
also zu einem schnelleren Freigeben der Wirkungsquerschnitte als dies bei der bisher
lediglich bekannten Gleichläufigkeit von erstem und zweitem Steuerschieber möglich
ist. Der Umsteuervorgang erfolgt also bei der erfindungsgemäßen Doppelmembranpumpe
nahezu trägheitslos.
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In analoger Weise zu Freigeben der Durchströmungsquerschnitte für
das Treibmittel erfolgt Jeweils kurz vor Erreichen der Endlage des ersten oder zweiten
Steuerschiebers ein schnell wirksames Drosseln des Treibmittels und damit ein Abbremsen
jeweils des ersten oder zweiten Steuerschiebers / vor ihren Endlage'n. *
Es
hat sich als vorteilhaft erwiesen, daß der erste und zweite Steuerschieber als zueinander
konzentrische zylindrische Kolben ausgebildet sind.
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Eine solche ausbildung ist insbesondere auch aus fertigungstechnischen
und strömungstechnischen Gründen besonders vorteilhaft.
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Die Erfindung schlägt ferner vor, daß der erste Steuerschieber aus
einer Führungsstange, und zwar in einem Abstand voneinander angeordneten Kolbenelementgn
besteht.
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Es wird von der Erfindung weiterhin vorgeschlagen, daß die von den
Kolben und der Führungsstange gebildeten äußeren Ringflächen größer als die Stirnflächen
der Führungsstange oder ebenso groß wie diese Stirnflächen ausgebildet sind.
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Eine solche Ausbildung ermöglicht, daß der erste Steuerschieber druckausgeglichen
zwischen seinen Endlagen verschiebbar ist. Bei einer entsprechenden Wahl des Flächenverhältnisses
ist es auch möglich, daß die von den Dichtungen auf die Führungsstange ausgeübten
Haltekräfte teilweise kompensiert werden. Eine solche Ausbildung ermöglicht eine
extreme Leichtläufigkeit des Vorsteuerschiebers. Dieser Vorteil ist vor allen Dingen
dort wesentlich wo es auf möglichst gleichmäßige
Pumpenleistungen
ankommt, wie beispielsweise bei Dosierpumpen. Bei solchen Dosierpumpen soll der
durch Reibung des Steuerschiebers erfolgende Energieverbrauch möglichst gering sein.
Das Verhältnis Ringfläche/Stirnfläche kann so gewählt werden, daß in der Endlage
des ersten Steuerschiebers jeweils ein kurzer Anstoß genügt, um den ersten Steuerschieber
zu verschieben. Dabei soll das Verhältnis jedoch so gewählt sein, daß in der Ruhelage
die Reibung zum Festhalten des ersten Steuerschiebers ausreicht. Eine solche Ausbildung
ist ohne weiteres möglich, weil die Reibungskräfte bei bewegtem Schieber'g'eringer
als bei stehendem Schieber sind.
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Ein weiteres Kennzeichen der Erfindung besteht darin, daß der zweite
Steuerschieber zwischen zwei gehäuselesten Endanschlägen verschiebbar ist.
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Die Erfindung schlägt weiterhin vor, daß die Enden des ersten Steuerschiebers
zum abwechselnden Anliegen.
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san den jeweils gegenüberliegenden, durch eine Koppel stange verbundenen'
Membranen oder an diese Membranen einspannenden Membrantellern ausgebildet sind.
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Nachstehend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung
anhand der Zeichnung beschrieben.
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Es zeigen: Fig. 1' einen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Doppelmembranpumpe
mit jeweils
äußerst rechts' liegenden Membranen, erstem und zweitem
Steuerschieber, Fig. 2 einen Querschnitt durch den unteren Teil der in Fig. 1 vollständig
im Schnitt dargestellten Doppelmembranpumpe mit jeweils äußerst rechts liegenden
Membranen und erstem Steuerschieber, jedoch mit, an seinem linken Anschlag liegendem
zweitem Steuerschieber, Fig. 3 einen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Doppelmembranpumpe
mit in ihrer äußersten linken Stellung befindlichen Membranen, sowie erste und zweitem
Steuerschieber, Fig. 4 einen Schnitt durch den unteren Teil der erfindungsgemäßen
Dopppelmembranpumpe mit äußerst links liegenden Membranen und äußerst links befindlichem
erstem Steuerschieber, jedoch mit an seinem rechten Anschlag anliegendem zweitem
Steuerschieber.
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Im einem blockförmingen Gehäuse 1 sind zwei Membranen 2 und 3 eingespannt,
die jeweils über ein Paar von Membrantellern 4 und 5 bzw. 6 und 7, sowie eine im
Gehäuse, 1 längsverschieblich geführt Koppelstange 8 miteinander gekoppelt sind.
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-Durch die Membran 2 wird die rechte vom Gehäuse 1 gebildete Membrankammer
in eine innenseitige Treibmittelkammer 9 und in eine außenseitige Förderkammer 10
geteilt. Durch die linke Membran 3 wird die linke, vom Gehäuse 1 gebildete Membrankammer
in eine innenseitige Treibmittelkammer 11 und in eine außenseitige Förderkammer
12 gesteilt.
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Eine Ansaugleitung 13 weist in ihrem linken Teil ein Rückschlagventil
mit einer Kugel 50 auf. Diese Kugel 50 nimmt die in Fig. 1 gezeigte Lage beim Verschieben
der Membranteller mit den Membranen nach links ein und sie verschließt dabei die
Ansaugleitung 13.
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Die Kugel -51 bewegt sich dabei aus der in Fig. 1 dargestellten Lage
nach oben, bis sie an der Ausflußleitung 14 anliegt. Das Fördermittel kann dann
durch den Schlitz in der Ausflußleitung und durch die Ausflußleitwag selbst austreten.
Die beiden Leitungen 13 und 14 können auch als Kanäle innerhalb des Gehäuseblocks
ausgebildet sein.
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Durch eine Kugel 52, die sich dabei in der in Fig.
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M dargestellten Lage befindet, wird dabei ein Eintreten des Fördermittels
in die Förderkammer 10 verhindert.
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Bei der geschilderten Nach-links-Bewegung der Membranen, Membranteller
und der Koppeistange 8 bewegt sich die Kugel 53 in der Ansaugleitung 13 aus der
in Fig. r dargestellten Lage nach oben und ermöglicht dadurch ein Zufließen bzw.
Ausaugen des Fördermittelß aus der Ansaugleitung 13 in die Fördermittelkammer 10.
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Das Treibmittel gelangt über einen Treibmittelzuflußkanal 16, einen
Ringraum 17 und verschiedene, nachstehend beschriebene Kanäle ,jeweils in die rechte
innenseitige Treibmittelkammer 9, bzw. die linke lnnen-Beitige'rreibtnittelkammer
11.
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Im Gehäuse 1 ist ein mit der. Treibmittelkammer 9 in Verbindung stehender
Kanal 18 vorgesehen, der an seiner linken Seite in einen Ringraum 19 mündet. Mit
der Treibsmittelkammer 11 ist ein Kanal 20 verbunden, der an seinem rechten Ende
in einen Ringraum 21 mündet.
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Weiterhin sind im Gehäuse 1 zwei fest angeordnete, eine mit Durchlässen
versehene Büchse 22 umgebende Ringräume 23 und 24 vorhanden.
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Innerhalb des durch die zylindrische Büchse gebildeten Raums sind
ein erster Steuerschieber 38 und ein zweiter Steuerschieber 25 vorgesehen; der zweite
Steuerschieber 25 ist axial zwischen zwei gehäusefesten Anschlägen 26 und 27 verschieblich.
Der zweite Steuerschieber 25 ist mit seiner rechten Stirnseite 28 zum Anliegen an
dem rechten gehäusefesten Anschlag 26 ausgebildet und mit seiner linken Stirnseite
29 zum Anliegen an dem linken gehäusefesten Anschlag 27. An seinen Enden besitzt
der zweite Steuerschieber 25 ,jeweile an der Innenseite der Büchse 22 anliegende
Dichtungen 25a und 25b. Der zweite Steuerschieber 25 weist
ferner
umlaufende Ringnuten auf, und zwar eine linke Ringnut 30, eine mittlere Ringnut
31 und eine rechte Ringnut 32. Die mittlere Ringnut 31 ist mit einer linken Radialbohrung
33 und einer rechten Radialbohrung 34 verbunden. Die linke Radialbohrung 33 steht
mit einem sich bis zur linken Stirnseite 29 des zweiten Steuerschiebers 25 erstreckenden
Kanal 35 in Verbindung, Die rechte Radialbohrung 34 ist mit einem Kanal 36 verbunden
der sich von der Radialbohrung 34. weg bis zur rechten Stirnseite 28 des zweiten
Steuerschiebers 25 erstreckt.
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Der zweite Steuerschieber 25 weist eine Zentralbohrung 37 auf, in
der der erste Steuerschieber 38 axial verschieblich gelagert ist. Der erste Steuerschieber
38 besteht im wesentlichen aus einer in zwei Gehäusebohrungen gelagerten FUhrungsstange
39, sowie aus zwei konzentrisch dazu und in einem Abstand voneinander angeordneten
Kolbenelementen 40'und 41. Die linke Stirnfläche der Führungestange int mit 39b
bezeichnot, die rechte Stirnfläche mit 39a.
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Das Kolbenelement 40 weist ein)t Ringfläche 4Oa auf; das Kolbenelement
41 besitzt eine Ringfläche 41a.
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Die Ringfläche 40a ist größer oder gleich der Stirnfläche 39a.-Die
Ringfläche 41a ist größer oder. gleich der Stirnfläche 39b Durch eine solche Ausbildung
kann erreicht werden, daß der erste Steuerschieber drucks ausgeglichen betätigbar
ist und daß gegebenenfalls
auch noch die von den Dichtungen 54
und 55 auf~die Führungsstange 39 ausgeübte Reibungskraft teilweise ausgeglichen
wird. Da die am ersten Steuerschieber angreifende Reibungskraft (Haltekraft) bei
stehendem ersten Steuerschieber größer ist als bei bewegtem -erstem Steuerschieber
ist es ohne weiteres möglich, das Verhältnis Ringflächen 41a bzw. 40a zu Stirnflachen
39b bzw. 39a so auszulegen, daß jeweils in der Endlage des ersten Steuerschiebers
ein kurzer Anstoß durch den entsprechenden Membranteller 4 oder 6 genügt, damit
dieser Steuerschieber dann ohne weitere Krafteinwirkung durch einen Membranteller
jeweils bis zu seiner anderen Endlage läuft.
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Die linke Ringnut 30 des zweiten Steuerschiebers 25 steht über eine
Radialbohrung 42 mit der Zentralbohrung in Verbindung. Die rechte Ringnut 32 steht
über einer Radialbohrung 43 ebenfalls mit der Zentralbohrung 37 in Verbindung.
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Die zylindrische Büchse 22 besitzt radiale Durchflußöffnungen 44,44a,45,45a,46,46a,47,47a,48,48a.
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Bei der in Fig. 1 dargestellten Stellung der Doppelmembranpumpe gelangt
das Treibmittel durch den Treibmittelzuflußkanal 16 über den Ringraum 17, die Durchflußöffnung
46, die Ringnut 31, die Durchfluß-
Steuerschieber 25 befindet sich
bei der in Fig. 1 dargestellten Lage unmittelbar vor seiner Verschiebung nach links.
Diese Verschiebung nach links ist möglich, da das Treibmittel aus der mittleren
Ringnut 31 über die rechtetRadialbohrung 34 in die Zentralbohrung 37 sowie von dort
wiederum durch die Fortsetzung der rechten Radialbohrung 34 und den Kanal 36 zur
rechten Stirnseite 28 des zweiten.Steuerschiebers 25 gelangen kann. Dabei ist wichtig,
daß das rechte Kolbenelement, 41 des ersten Steuerschiebers 38 in der gezeigten
Lage bereits einen Teil des Durchflußquerschnitts der Radialbohrung 34 freigegeben
hat. Der zweite Steuerschieber 25 verschiebt sich nun mit zuerst schnell anwachsender
und kurz vor Erreichen seiner linken Endlage schnell abnehmender Geder schwindigkeit
bis zu in Fig. 2 dargestellten Lage, und zwar unter Verdrängung des Treibmittels
aus dem zu Beginn des Verschiebevorgangs freien Raum zwischen der linken Stirnseite
29 und dem linken Anschlag 27 durch die schematisch angedeutete Treibmittelabflußöffnung
49 nach außen.
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In der in Fig. 2 dargestellten Lage gelangt das Treibmittel über
den Treibmittelzuflußkanal 16, den Ringraum 17, die Durchflußöffnung 46, die mittlere
Ringnut 31, die Durchflußöffnung 45, den Ringraum 21 und den Kanal 20 in die linke
innenseitige Treibmittelkammer 11. Das Treibmittel vorschiebt die NobrantOller 6
und 7 mit der Membran 3 nach links, wobei durch die
Kopplung mit
Hilfe der Koppelstange 8 ebenfalls die rechte Membran 2 mit den Membrantellurn 4
und 5 nach links verschoben wird. Im Laufe des Verschiebevorgangs legt sich der
Memrant.ller 4 an di. rechte StirnflXchc 39a der Führungsstange 39 an und verschiebt
den gesamten ersten Steuerschieber 38 nach links. Beim Verschiebevorgang nach links
wird das zu fördernde Medium aus der linken außenseitigen Förderkammer 12 durch
die Ausflußleitung 14,herausgepumpt.
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Die Membranen und der erste Steuerschieber erreichen schließlich
die in Fig. 3 dargestellte Lage.
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In dieser Lage steht der Treibmittelzuflußkanal 16 in der gleichen
Weise wie in Fig. 2 dargestellt noch mit der innenseitigen Treibmittelkammer 11
in Verbindung. Von der mittleren Ringnut 31 kann das Treibmittel nun jedoch über
die linke Radialbohrung 33, die Zentralbohrung 37 und die Fortsetzung der linken
Radialbohrung 33 durch den Kanal 35 an die linke Stirnseite 29 des zweiten Steuerschiebers
25 gelangen und in analo-.
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ger Weise wie beim im Zusammenhang mit Fig. 1 geschilderten Vorgang
den zweiten Steuerschieber 25 nach rechts verschieben. Dabei tritt das sich zwischen
der rechten Stirnseite 28 und dem rechten Anschlag 26 befindliche Treibmittel durch
die Treibmittelauslaßöffnung 49a nach außen.
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Der zweite Steuerschieber 25 liegt schließlich in der in Fig. 4 dargestellten
Lage, in der er bis zum Umsteuern festgehalten wird. Die weiteren Arbeitstakte
verlaufen
völlig analog zu den bereits geschilderten Arbeitstakten.
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Es ist möglich, die vorstehend geschilderte Steuerung auch bei einer
Kolbenpumpe, z.B. bei einer Doppelkolbenpumpe zu verwenden. Anstelle zweier, zwischen
Membrantellern befestigter Membranen würden dabei beispielsweise mit Hilfe der Koppelstange
8 gekoppelte Kolben vorzusehen sein, die sich in entsprechend geformten rechten
und. linken Zylinderrdumen hin- und herbewegen könnten. Diese Kolben könnten auch
als unterschiedliche obere und. untere Druckflächen aufweisende Kolben ausgebildet
sein.
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In Betracht gezogene Druckschriften: US-Patentachrift 2 679 209 DAS
1 138 637 - Patentansprüche -