DE2448490A1

DE2448490A1 - Membranpumpe

Info

Publication number: DE2448490A1
Application number: DE19742448490
Authority: DE
Inventors: Thomas William Hamilton
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-10-23
Filing date: 1974-10-11
Publication date: 1975-04-30
Also published as: FR2248425B1; JPS5073205A; BE821375A; FR2248425A1; ES431237A1; DK551874A; ZA745951B; GB1433758A; LU71163A1; CA1004914A; AU7445274A; NL7413275A; IT1021873B; US3955901A; SE7413346L

Description

RAFFAY ?· HELDT
2 HAMBURG ;75C 1 3

S.i-Z-e PAVENTANWALT

POStfaCh" 4IO9 DIPL.-INQ. VlNCENZ ν. RAFFAV

PATENT- und RECHTSANWALT

9. Oktober 1974 D^-.Na. dr, jur. gert heldt

Thomas William Hamilton Unsere Akte: 2149/10

27 Clevehurst Close
Stoke Poges
Buckinghamshire / England

Membranpumpe

Die Erfindung "betrifft eine luft- oder gasdruckbetatigte Membranpumpe für Flüssigkeiten mit einem Gehäuse, daß eine Kammer einschließt, einer flexiblen Membran, die die Kammer in eine Luftdruckabteilung mit Lufteinlaß und -auslaß und eine Pumpenabteilung mit Flüssigkeitseinlaß und -auslaß aufteilt und mit einem Steuerventil zum Steuern der Luftzuführung und des Luftaustritts aus der Luftdruckabteilung.

Es sind zwei unterschiedliche Arten von luftdruckbetätigten Mem-" branpumpen bekannt. Bei diesen beiden Arten ist die Membran in Form einer nachgiebigen flexiblen Membranplatte ausgebildet. Bei der einen Art grenzt die Membran an eine Seite einer Pumpenkammer an und sie wird mechanisch durch eine Kolbenstange eines doppeltwirkenden pneumatischen Zylinders vor- und zurückbewegt. Die Kolbenstange ist in der Mitte der Membran befestigt, und wenn die Luft zu dem einen Ende des pneumatischen Zylinders zu-

509818/0298

TELEFON: CQ4O?8X8Ϊ8ί&ΧΑΟ · TELEGRAMME: PATFAY₁ HAMBURG iJ7 80 23

geführt wird, wird die Membran so bewegt, daß sich das Volumen in der Pumpenkammer vergrößert, damit Flüssigkeit durch den Einlaß in die Purapenkammer hineingezogen wird. Am Ende dieses Hubes des Kolbens, wird ein Ventil mechanisch durch die Bewegung der Kolbenstange ausgelöst, wodurch die Verbindungen mit dem. pneumatischen Zylinder umgekehrt werden, so daß sich der Kolben wieder zurückbewegt, um die Membran in eine Richtung zu bewegen, in der das Volumen der Pumpenkammer vermindert und so Flüssigkeit zur Durchführung des Pumphubes ausge- ' stoßen wird.

Pumpen dieser Art haben den Nachteil, daß sie verhältnismäßig groß und unhandlich sind, da die Membran dem Druck nur an einer Seite ausgesetzt wird, so daß diese stark ausgebildet und verhältnismäßig steif sein muß. Weiterhin tritt ein verhältnismäßig starker Verschleiß auf, so daß eine häufige Erneuerung der Membran erforderlich ist.

Die zweite Art der bekannten Pumpen weist ein Gehäuse auf, daß eine Kammer bildet, die durch die quer verlaufende Membran in zwei Abteilungen aufgeteilt wird, von denen die eine eine Pumpabteilung und die andere eine Luftdruckabteilung bildet. Der Luftdruckabteilung wird die Luft unter Druck zugeführt und wieder aus ihr ausgestoßen, wobei dieses abwechselnd stattfindet. Diese Impulse der Luft unter Druck bedingen eine Bewegung der Membran vor und zurück, um das Volumen der Pumpenabteilung zum Ausstoßen von Flüssigkeit zu vermindern und dann mehr Flüssigkeit in diese Abteilung einzuziehen. Die umgekehrte Bewegung der Membran zum Ausstoßen von Luft, wird normalerweise durch die Federungseigenschaften der Membran selbst oder durch eine Feder bewirkt. Das impulsweise Zuführen und Ausstoßen der Luft unter Druck in und aus der Luftdruckabteilung wird normalerweise durch ein Ventil gesteuert, das von der Pumpe getrennt ist, und durch äußere Hilfsmittel betätigt wird. Beispielsweise können getrennte Lufteinlaß- und Luftauslaßventile vorgesehen sein, die magnetbetätigt werden und deren abwechselndes Öffnen und Schließen elektrisch gesteuert wird.

509818/0295

Pumpen dieser Art können kompakter als die zuerst beschriebenen Pumpen ausgebildet werden. Die Ventilsteuerung ist aber häufig aufwendig und teuer, insbesondere dann, wenn es notwendig ist, die Abgabe der Pumpe in Abhängigkeit von Forderungen für die zu pumpende Flüssigkeit zu verändern.

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Membranpumpe der eingangs genannten Art zu schaffen, die sowohl kompakt als auch einfach aufgebaut ist, so daß sie preiswert hergestellt werden kann, die aber automatisch ihre Abgabe in Abhängigkeit von aufgestellten Forderungen verändern kann. Das heißt, wenn der Flüssigkeitsauslaß von der Pumpe unterbrochen wird, muß die Luft unter Druck automatisch durch die Pumpe strömen, ohne daß es notwendig ist, eine getrennte Betätigung zum Absperren oder Unterbrechen der Luftzuführung durchzuführen.

Um dieses Ziel zu erreichen, weist die Pumpe ein Gehäuse, das eine Kammer einschließt, auf, die durch eine schlappe, biegsame Membran - d.h. die Membran ist schlaff und nur wenig oder gar nicht elastisch - in eine Luftdruckabteilung mit einem Lufteinlaß und einem Luftauslaß und in eine Pumpenabteilung mit einem Flüssigkeitseinlaß und einem Flüssigkeitsauslaß geteilt ist, wobei weiterhin ein Steuerventil zur Steuerung der Luftzuführung und des Luftaustritts aus der Luftdruckkammer vorgesehen ist, daö ein Ventilteil aufweist, das zwischen zwei Endstellungen durch ein Steuerteil bewegbar ist, das an der Membran befestigt und durch diese zwischen zwei EndStellungen bewegbar ist, und wobei zum Festhalten des Steuerteils und des Ventilteils in deren Sndstellungen eine Halteeinrichtung vorgesehen ist, die so angeordnet ist, daß, wenn die Pumpe im Betrieb mit einer Druckluftzufuhr verbunden ist und das Ventilteil und das Steuerteil sich in ihren ersten Endstellungen mit dem Verbindungspunkt des Steuerteils mit der Membran in die Luftdruckabteilung verschoben befinden, Luft unter Druck in die Luftdruckabteilung zugeführt wird, wobei Teile der Membran,

509818/0295

die von dem Verbindungspunkt entfernt liegen, verschoben sind, um das Volumen der pumpenden Abteilung zu vermindern, damit Flüssigkeit in einem Abgabehub abgegeben wird, wobei die Membran gegen Ende dieses Abgabehubes das Steuerteil gegen die Wirkung der Halteeinrichtung von ihrer ersten Endstellung in Richtung auf die Pumpenabteilung in die zweite End stellung bewegt, um das Ventilteil von seiner ersten Endstellung in die zweite Endstellung zu bewegen, in der diese bewirkt, daß die Luft aus der Luftdruckabteilung ausgestoßen wird, so daß die Teile der Membran, die von dem Verbindungspunkt entfernt liegen, zurückverschoben werden, um das Volumen der Pumpenabtei~ lung zu vergrößern und damit weitere Flüssigkeit in einem Eintrittshub zuzuführen, gegen dessen Ende die Membran das Steuerteil gegen die Wirkung des Halteeinrichtung in Richtung der Luftdruckabteilung zurück in die erste Endstellung bewegt, um das Ventilteil von seiner zweiten Endstellung zurück in die erste Endstellung zu bewegen, in der weitere Luft unter Druck in die Luftdruckabteilung eintreten kann, wobei sich dieses entsprechend fortsetzt, damit die Membran fortfährt sich vor- und zurück zu bewegen.

Bei dieser Anordnung wird der Luftein- und-austritt zur Betätigung der Pumpe durch die Bewegung des Steuerkeils gesteuert, d.h, durch die Bewegung der Membran selbst, so daß keine äußere elektrische Schaltung oder ein Ventilmechanismus, der durch ein Mittel von außen betätigt werden muß, erforderlich ist. Durch Verwendung einer schlappen, biegsamen Membran, die wegen der geringen oder wegen gar keiner Elastizität keine Rückkehrkraft auf das Steuerteil ausübt, wenn sie verschoben wird, bleiben das Ventilteil und das Steuerteil in der einen oder der anderen Endstellung unter der Wirkung der Halteeinrichtung, um auf die Pumpe einzuwirken, daß entweder ein Abgabeoder ein Aufnahmehub stattfindet, bis sich die Membran dem Ende ihrer Bewegung auf dem einen oder dem anderen Weg nähert und dann an ihrem Verbindungspunkt mit dem Steuerteil straff wird. Die Membran bewegt das Steuerteil auf diese Weise gegen die Wirkung

509818/0295

der Halteeinrichtung nur in dem letzten Teil ihrer eigenen Bewegung.

Die schlappe, "biegsame Membran kann als Ballon ausgebildet sein, der von dem Gehäuse umgeben ist, wobei der Raum innerhalb des Ballons die Pumpenabteilung und der Raum zwischen dem Ballon und der Wand des Gehäuses die Luftdruckabteilung bildet. Der Ballon kollabiert beim Abgabehub der Pumpe und dehnt sich wieder beim Aufnahmehub aus, während die Flüssigkeit in den Ballon strömt, und zwar durch einen Einlaß und durch einen Auslaß am Hals des Ballons. In diesem Pail kann das Steuerteil an einem Teil des Ballons befestigt sein, das dem Hals diametral gegenüberliegt.

Es wird jedoch vorgezogen, daß die Membran die Form einer biegsamen, schalenförmigen Membranplatte annimmt, die über die Kammer verläuft und eine Pumpenabteilung an der einen Seite und eine Luftdruckabteilung an der anderen Seite hat. Das Steuerteil wird dann an der Membran in der Mitte oder in der Nähe der Mitte, befestigt. Im Betrieb wird die Membran vor-und zurückverschoben. Zu Beginn jeder Bewegung, wird der Teil der Membran, der den Verbindungspunkt des Steuerteils umgibt, verschoben, wobei die Mitte der Membran stationär bleibt. Gegen Ende der Bewegung wird die Membran dann gespannt und zieht das Steuerteil mit sich und zwar gegen die Wirkung der Halteeinrichtung von der einen Endstellung in die andere. ■ '

Wenn der Flüssigkeitseinlaß der Pumpenabteilung mit Flüssigkeit unter geringem Druck beliefert wird, der sehr viel geringer ist als derjenige der Pumpenabgabe, beispielsweise wenn die. Pumpe Flüssigkeit von einem Behälter auf einem höheren Niveau absaugt, als die Pumpe selbst liegt, bewirkt der Druck der zugelieferten Flüssigkeit, daß die Flüssigkeit in die Pumpenabteilung strömt und die schalenfjörmige Membranplatte oder eine andere schlappe Membran in Richtung auf die Luftdruckabteilung bewirkt,-wodurch die Luft aus dieser Abteilung ausgestoßen wird.

509818/0296

Es wird jedoch vorgezogen, die Pumpe so anzuordnen, daß beim Einlaßhub eine Saugwirkung erzeugt wird, um die Flüssigkeit in die Pumpenabteilung einzubeziehen. Um dieses zu erreichen, wird ein unteratmosphärischer Druck auf die Luftdruckabteilung übertragen. Die Pumpe ist zu diesem Zweck vorzugsweise mit einer Lufteinlaßleitung zur Verbindung mit einer Druckluftquelle versehen, und diese Leitung führt zu einem Venturirohr, mit dessen Engstelle der Lufteinlaß und der Luftauslaß verbunden sind. Das Ventilteil ist dann so angeordnet, daß es den Auslaß von dem Venturirohr verschließt, wenn dieses !Peil sich in seiner ersten Endstellung befindet. Der Auslaß des Venturirohres zur Atmosphäre wird geöffnet, wenn das Ventilteilsich in seiner zweiten Endstellung befindet. Wenn sich das Ventil in seiner ersten Endstellung befindet, kann Luft, die unter Druck zu der Einlaßleitung zugeführt wird, nicht gerade durch das Venturirohr strömen, sie strömt vielmehr durch die Verbindung der Engstelle des Venturirohres und dann durch den Einlaß und Auslaß in die Luftdruckabteilung, so daß sie unter Druck steht und die Membran so bewegt, daß die Pumpe einen Abgabehub durchführt. Wenn das Ventil in die zweite Stellung bewegt wird, kann die Luft von der Einlaßleitung ungehindert durch das Venturirohr strömen und einen unteratmosphärischen Druck an der Engstelle des Venturirohres erzeugen, welcher durch die Verbindung an der Engstelle auf die Luftdruckabteilung übertragen wird. Auf diese Weise wird die Luft aus dieser Abteilung abgesogen» und der Druck innerhalb dieser Abteilung liegt unter demjenigen der Atmosphäre, um die Membran in die Luftdruckabteilung zu ziehen, wodurch die Pumpe einen Einlaßhub durchführt.

Es ist für die Einrichtung zum Halten des Steuerteils und des Ventilteils in ihren beiden Endstellungen wichtig, eine Haltekraft zu erzeugen, die ausreichend ist, um dem Teil der biegsamen, schalenförmigen Membran, der den Verbindungspunkt der Membran mit dem Steuerteil umgibt, eine Bewegung in eine oder die, andere Richtung auszuführen, ohne daß das Steuerteil selbst

509818/0295

bewegt wird. Es ist weiterhin wichtig, daß die Kraft, die durch die Halteeinrichtung erzeugt wird, gering genug ist, daß sie durch die Spannung in der Membran überwunden werden kann, wenn diese sich dem Ende ihrer Bewegung nähert, und zwar· ohne daß die Membran einer unerwünschten Beanspruchung ausgesetzt wird, die die Lebensdauer verkürzen könnte. TJm dieser Forderung gerecht zu werden, kann die Haiteeinrichtung Magneten aufweisen, von denen je einer an jeder Seite des Gehäuses vorgesehen ist, wobei die Verbindung des Steuerteils mit der Membran aus ferromagnetischem Material hergestellt ist, wohingegen das Gehäuse selbst aus nicht magnetischem Material besteht. Bei dieser Anordnung wird die Verbindung durch jeden der Magneten hergestellt und aufrechterhalten, wobei umgekehrt eine Vorwärts- und Rückwärtsbewegung beim Pumpen stattfindet, so daß das Steuerteil und das Ventilteil beide in ihren Endstellungen durch diese Verbindung oder Kupplung gehalten werden.

Es wird jedoch vorgezogen, daß Halten des Ventilteils und des Steuerteils in ihren Endstellungen durch den Flüssigkeitsdruck zu bewirken, der auf die beiden Seiten der Membran wirkt oder durch den Luftdruck , auf das Ventilteil selbst. Um das Halten auf diese Weise zu errreichen, ist das Steuerteil vorzugsweise als Stange ausgebildet, die in der Mitte der Membran befestigt ist und die quer durch die Ebene verläuft, in der die Peripherie der Membran durch eine Öffnung in der Wand des Teils des Gehäuses befestigt ist., das die Luftdruckabteilung begrenzt. Die Stange ist in einer Öffnung hin- und herbewegbar und mit einer Dichtung versehen, so daß der wirksame Bereich der Fläche der Membran, die auf die Luftdruckabteilung gerichtet ist, geringer ist als der wirksame Bereich der Fläche der Membran, die auf die Pumpenabteilung gerichtet ist.

Da die Membran während der Betätigung der Pumpe schlapp ist, (a.h. schlaff und nur wenig oder gar nicht nachgiebig), ist der Druck der Flüssigkeit in der Pumpenabteilung mit Ausnahme dann, wenn die Membran straff wird, in jedem Zustand gleich dem

509818/0295

Luftdruck in der Luftdruckabteilung. Hieraus folgt, daß wenn Luft unter Druck in die Luftdruckabteilung während des Pumpens eingegeben wird, der Druck der Flüssigkeit im wesentlichen gleich demjenigen der Luft ist, wobei eine nicht ausgeglichene Kraft, die gleich dem Flüssigkeitsdruck multipliziert mit dem Querschnittsbereich der Stange ist, durch die Flüssigkeit auf die Mitte der Membran übertragen wird, und so wirkt, um das Steuerteil und das Ventilteil in ihrer ersten Endstellung zu halten. Wenn die Membran straff wird, fällt der Druck der Flüssigkeit unter denjenigen der Luft und die Spannung der Membran überwindet den Flüssigkeitsdruck, der über den Bereich der Stange wirkt, und zieht die Stange plötzlich in Richtung auf die Pumpenabteilung, um das Steuerteil und das Ventilteil in ihre zweite Endstellung zu bewegen.

Ähnliche Wirkungen treten auf, wenn die Luftdruckabteilung plötzlich unter den atmosphärischen Druck während der Einlaßbewegung der Membran abfällt. Zu diesem Zeitpunkt wird der Bereich der Membran, der durch den Querschnittsbereich der Stange definiert ist, dem unteratmosphärischen Druck ausgesetzt, der in der Flüssigkeit vorherrscht, und der im wesentlichen gleich dem Druck ist, der in der Luftdruckabteilung vorhanden ist. Das Ende der Stange an der Seite der Öffnung durch das Gehäuse, die von der Luftdruckabteilung abliegt, wird aber einem höheren Druck ausgesetzt, wodurch wieder eine nicht ausgeglichene Kraft entsteht, die auf die Steuerstange übertragen wird, wodurch sowohl die Steuerstange als auch das Ventilteil in ihrer zweiten Endstellung gehalten werden.

In einigen Fällen kann die nicht ausgeglichene Haltekraft, die durch den Druck in der Flüssigkeit erzeugt wird, wenn dieser gleich dem Druck der zur Pumpe zugelieferten Luft ist, größer sein als der Druck, der wünschenswert ist, um die Spannung in der Membran zu überwinden, da die Membran schlapp ist und deshalb dazu neigt, eine beschränkte Bruch- oder Biegungsfestigkeit zu haben. Um diese Schwierigkeit zu überwinden,

509818/0295

kann das Steuerventil mit einem frei "bewegbaren Kolben ausgerüstet sein, der angeordnet ist, um auf das Ende der Steuerstange zu wirken, das von der Membran entfernt liegt oder um auf das Ventilteil zu wirken, wobei Luftkanäle vorgesehen sind, um auf den entsprechend betätigten Kolben an dem Ende, das von der Steuerstange entfernt liegt, durch den gleichen Luftdruck einzuwirken, wie er in der Luftdruökabteilung herrscht. Der Kolben weist einen größeren Querschnittsbereich auf als die Steuerstange, so daß der Kolben eine Kraft auf die. Steuerstange überträgt, die der nicht ausgeglichenen Kraft entgegenwirkt, aber geringer ist als diese, wobei die nicht ausgeglichene Kraft auf die Steuerstange wirkt, wenn diese und das Ventilteil ihre ersten Endstellungen einnehmen. Die Kraft, die durch den Kolben erzeugt wird, vermindert die Haltekraft, hebt diese aber nicht vollständig auf. Die Haltekraft wird durch den nicht ausgeglichenen Flüssigkeitsdruck erzeugt, und sie dient der Überwindung der Spannung in der Membran.

Als Alternative zu dieser Anordnung kann der Kolben den gleichen Querschnittsbereich aufweisen wie die Stange, so daß der Kolben eine Kraft auf die Steuerstange überträgt, die der nicht ausgeglichenen Kraft entgegengesetzt gerichtet aber gleich groß ist. Die nicht ausgeglichene Kraft wird durch den Flüssigkeitsdruck erzeugt und wirkt auf die Steuerstange, wenn diese· und das Ventilteil ihre erste End stellung einnehmen. Da die Kräfte, die durch den nicht ausgeglichenen Flüssigkeitsdruck und den Kolben erzeugt werden, gegeneinander genau ausgeglichen sind, wird die Haltekraft zum Halten der^Steuerstange in der ersten Endstellung durch den Luftdruck bewirkt, der auf das Ventilteil selbst wirkt. Um dieses zu erreichen, hat das Steuerventil einen Sitz, der einen Bereich umgibt, der größer ist als der Querschnittsbereich der Steuerstange und das Ventil ist ein Schließteil, das an der Steuerstange befestigt ist, und an dem Sitz anliegt, wenn sich das Ventil in seiner ersten · Endstellung befindet. Wenn das Schließteil sich auf seinem

509818/0298

-AO-

Sitz "befindet, versperrt es die Luftströmung durch das Venturirohr. Das Schließteil wird auf diese Weise einer Kraft durch den Druck der Luft ausgesetzt, die zur Einlaßleitung zugeführt wird und über einen Bereich wirkt, der gleich dem Bereich ist, der durch den Sitz abzüglich des Querschnittsbereichs der Steuerstange festgelegt ist. Das Steuerventil ist so aufgebaut, daß diese Kraft groß genug ist, um die Steuerstange und das Schließteil in ihrer ersten-Endstellung zu halten, aber ohne zu hohe Spannung in der Membran überwunden werden kann. Die wirkliche Kraft, die erforderlich ist, hängt von der Größe und der Kapazität der Pumpe und von dem Luftdruck ab, durch den die Betätigung durchgeführt werden soll.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden unter Hinweis auf die Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Es zeigt:

Pig. 1 einen Schnitt durch eine Ausführungsform einer Membranpumpe nach der Erfindung; und

Pig.2a schematische Ansichten der Darstellung der bis 2f Py₁₁₁PQ _nach Ji^ -j _im kleineren Maßstab zur

Veranschaulichung der Arbeitsweise der Pumpe nach der Erfindung.

Die Pumpe besteht aus einem ringförmigen Gehäuse, das aus zwei Gehäusehälften 1 und 2 besteht, die am Umfang durch eine Reihe von Schrauben miteinander verbunden sind. Die Schrauben sind auf einem Durchmesser angeordnet, der durch die strichpunktierten Linien 3 bezeichnet ist, wobei Durchgangslöcher in der Gehäusehälfte 1 und mit Gewindeversehene Sacklöcher in der Gehäusehälfte 2 vorgesehen sind. Eine schlappe kreisförmige

509818/0295

und schalenförmige Membran 4 ist mit ihrer Peripherie zwischen den Geh aus eh älf ten 1 und 2 festgeklemmt. Die Membran teilt eine Kammer innerhalb des Gehäuses in eine Luftdraekabteiiung 5 und eine Pumpenabteilung 6 für die Flüssigkeit. Die Membran kann aus verschiedenen schlappen und "biegsamen Blechmaterialien hergestellt sein und zwar in Abhängigkeit von der Art der zu pumpenden Flüssigkeit, die die Membran nicht durchlassen darf. Ein Kunststoffmaterial, das unter dem Namen "Viton". bekannt ist, ist undurchlässig für die meisten Chemikalien und wird bei der beschriebenen Ausführungsform verwendet.

Ein Ventilblock 7 ist durch Schrauben (nicht gezeigt) an der Außenseite der Gehäusehälfte 1 befestigt. Eine Steuerstange 8' ist mit einem Ende in der Mitte der Mebran 4 befestigt, und zwar durch Klemmt lan sehe 9 und 10. Das andere Ende der Steuerstange 8 verläuft durch eine mittlere Bohrung 11 in den Ventilblock 7. Die Steuerstange 8 gleitet in einer Bohrung 12 in der Gehäusehälfte 1. Sie ist in der Bohrung durch einen O-Ring 13 abgedichtet.

Die Steuerstange '8 trägt ein Ventilschließteil 14 in Form eines Flansches, der beispielsweise aus Neopren hergestellt sein kann. Es ist aber auch möglich, natürliches Gummi oder andere gummiähnliche Materialien zu verwenden. Die Steuerstange 8 ist in Fig. 1 in der ersten Endstellung veranschaulicht. Das Schließteil 14 liegt auf einem ringförmigen Ventilsitz 15 auf, der wenig größer im Durchmesser ist als die Steuerstange 8 und so einen Bereich begrenzt, der wenig größer ist als der Querschnittsbereich der Steuerstange 8. Ein Kolben 16, der eine O-Ringdichtung 14 trägt, ist in der Bohrung 11 hin und her bewegbar. Die Bohrung 11 weist den gleichen Durchmesser auf wie die Bohrung 12. Y/enn der Kolben 16 unter Berücksichtigung der Darstellung der Fig. 1 nach rechts bewegt wird, ..wirkt er.auf das Ende der Steuerstange 8.

Eine Lufteinlaßleitung 18 verläuft seitlich in die eine Seite des Ventilblocks 7. Die Leitung 18 ist zur Verbindung mit einer

509818/0295

244849C

Rohrleitung zur Zulieferung von Druckluft verbunden. Die Einlaßleitung 13 steht mit einer Bohrung 19 in Verbindung, die zwei Hülsen 20 und 21 enthält. Die Hülsen 20 und 21 sind axial voneinander entfernt angeordnet. Weiterhin sind sie mit mittleren Bohrungen ausgerüstet, die einen sehr viel kleineren Querschnitt aufweisen als die Bohrung 19, wobei diejenige der Hülse 20 wesentlich kleiner ist als diejenige der Hülse 21. Die Bohrungen in den Hülsen 20 und 21 bilden zusammen ein Venturirohr, wobei das stromabwärts gelegene Ende der Hülse 21, d.h. das Ende, das von der Einlaßleitung 18 entfernt liegt, mit einer Leitung 22 in Verbindung steht, die zu dem Ventilschließteil 14 und zu seinem Sitz 15 führt. Eine Luftauslaßleitung 23 führt von der Bohrung 11 zu der stromabwärts gelegenen Seite des Schließteils 14 und zwar durch einen porösen aus Sinterbronze hergestellten Beruhigungsfilter 24, um in eine Luftaustrittsöffnung 25 überzugehen, die zwischen dem Ventilblock 7 und der G-ehäusehälfte 1 ausgebildet ist.

Eine Querleitung 26 führt von dem Raum zwischen den Hülsen und 21, an dem die Engstelle des Venturirohres liegt, zu einem weiteren Kanal 27. Dieser Kanal 27 führt zu einem Luftein- und -euslaß 28 der Luftdruckabteilung 5 und zum linken Ende der Bohrung 11 auf der linken Seite des Kolbens 16. Ein weiterer Kanal 28a führt von dem linken Ende der Bohrung 11 nach unten. Dieser ist normalerweise durch eine Schraube 29 verschlossen. Nach dem Entfernen der Schraube 29 kann ein Druckmeßgerät eingeschraubt werden, um den Druck in dem Kanal 28 zu messen.

Die Gehäusehälfte 2 weist eine Flüssigkeitseinlaßöffnung 30 und JFlüssigkeitsauslaßöffnung 31 auf. Die Einlaßöffnung 30 ist mit einem Rückschlagventil 32 zum Einlassen und die Auslaßöffnung 31 mit einem entsprechenden Rückschlagventil 33 zum Auslassen versehen. Die Rückschlagventile 32 und 33 sind Klappenventile 34, die je durch ein Scharnier 35 mit dem zugehörigen Dichtungsring 36 verbunden sind. Die Klappen 34, die Scharniere 35 und die Dichtungen 36 sind einstückig durch

509818/0295

Spritzgießen, "beispielsweise aus Viton hergestellt. Durch die Nachgiebigkeit dieses Materiales können die Klappen 34 zwischen den Stellungen, die mit ausgezogenen Linien und mit strichpunktierten Linien in Pig. 1 dargestellt sind, hin- und herschwenken. Anschlußstücke 37 und 38 sind in die Einlaß- und in die Auslaßöffnung geschraubt, wobei die Dichtungsringe 36 für eine Abdichtung zwischen den Anschlußstücken 37 und 38 und den entsprechenden Abschnitten der Gehäusehälfte 2, die Einlaß und Auslaß umgeben, sorgen. Die Klappe 34 des Einlaßrückschlagventiles liegt an der einen Stirnfläche des Anschlußstückes 37 an, wohingegen die Klappe 34 des Auslaßrückschlagventiles.an einer entsprechenden Fläche der G-ehäusehälfte 2 anliegt. Da die Rückschlagventile mit Klappen 34, Scharnieren 35 und Dichtungsringen 36 einheitlich aufgebaut sind, ist der Zusammenbau sehr einfach.

Im Betrieb ist das Anschlußstück der Lufteinlaßleitung 18 mit einer Zulieferung für Luft untsr Druck verbunden, dessen Höhe von dem Plussigkeitszulieferdruck abhängig ist, der erforderlich ist und natürlich von dem der zur Verfügung steht. Der Druck kann in einem großen Bereich verändert werden. Er kann beispielsweise 5,6 kg/cm betragen. Das Anschlußstück ist mit einem Flüssigkeitseinlaßrohr und das Anschlußstück mit einem Flüssigkeitsabgaberohr verbunden.

Anfänglich befindet sich die Membran in der in Pig. 2a gezeigten Stellung. Diese Stellung ist in Pig. 1 gestrichelt dargestellt und mit 4a bezeichnet. Wenn sich die Membran in dieser Stellung befindet, wird das.Ventilschließteil aus der in Pig. 1 ausgezogen dargestellten Lage nach rechts bewegt,-wie es gestrichelt dargestellt und mit 14a bezeichnet ist. In dieser Stellung ist das Ventilschließteil 14 von seinem Sitz entfernt und die Luft kann durch das durch die Hülsen 20 und gebildete Venturirohr strömen, das hinter dem Ventilschließteil 14 liegt, wobei' die Strömung zu dem Auslaß 25 erfolgt. Hierdurch wird ein unter der Atmosphäre liegender Druck in "

509 818/0295

dem Querkanal 26 und damit in der Luftdruckabteilung 5 erzeugt. Hierdurch wird ein ähnlicher unter der Atmosphäre liegender Druck in der Leitung 27 erzeugt, wodurch der Kolben 16 in die in Fig. 1 gezeigte Stellung bewegt wird und in dieser verbleibt.

Der unter der Atmosphäre liegende Druck in der Abteilung 5 erzeugt weiterhin einen ähnlichen unterhalb der Atmosphäre liegenden Druck in der Pumpenabteilung 6 bedingt durch die Schlaffheit oder Schlappheit der Membran 4. Die Membran bewegt sich demzufolge aus der in Pig. 2a gezeichneten Stellung durch die in Fig. 2b gezeichnete Stellung und zieht Flüssigkeit in die Abteilung 6 durch den Einlaß 30 hinein.

Wenn sich die Teile der Membran 4 zwischen der Mitte und dem Rand, der festgeklemmt ist, bewegen, dann werden die Mitte der Membran zusammen mit der Steuerstange 8 und dem Ventilschließteil 14 in der Stellung gehalten, wie sie in den Fig. 2a bis 2c veranschaulicht ist. Diese Stellung, die die zweite Endstellung bildet, wird durch die nicht ausgeglichene Kraft eingehalten, die durch den Luftdruck innerhalb der Bohrung 11 und der Leitung 22 erzeugt wird und die über den Stirnbereich der Steuerstange 8 zur Wirkung kommt. Diese Kraft ist nicht ausgeglichen, da. der Bereich des rechten Endes der Steuerstange nur dem Druck unterhalb der Atmosphäre ausgesetzt wird, der in der Flüssigkeitsabteilung 6 herrscht.

Wenn sich die Membran 4 in die Stellung nach Fig. 2c bewegt hat, wird sie straff und zieht die Steuerstange 8 gegen die nicht ausgeglichene Haltekraft in die erste Endstellung, die in den Fig. 2d bis 2f dargestellt ist. Hierdurch wird das Ventilschließteil in seine erste Endstellung bewegt, in der es auf dem Sitz 15 aufliegt. Das Ventil verschließt auf diese Weise den Auslaß von der Hülse 21, so daß anstelle des unter der Atmosphäre liegenden Druckes in der Engstelle des Venturi-

509818/0295

rohres ein Druckanstieg auf denjenigen der Luft Zulieferung erfolgt. Hieraus folgt, daß Luft unter Druck in die Abteilung strömt und beginnt, die Membran in Richtung nach rechts durch die in Pig. 2e dargestellte Stellung zu bewegen. Hierdurch wird die Flüssigkeit in der Abteilung 6 unter Druck gesetzt, so daß das Einlaßrückschlagventil sich schließt und die Flüssigkeit in einem Abgabehub durch den Auslaß 31 strömt. Während dieser Bewegung ist eine Kraft vorhanden, die nach links gerichtet ist und auf die Steuer stange 8 wirkt. Diese wird durch den Druck der Flüssigkeit in der Abteilung 6 erzeugt, der über den Bereich des rechten Endes der Steuerstange 8 wirkt. Dieser Druck ist jedoch gleich dem Luftdruck in der Abteilung 5. Der gleiche Druck ist ebenfalls in der Leitung 28 vorhanden, wo er auf den Kolben 16 wirkt. Der Kolben 16 hat die gleiche Querschnittsfläche wie die Steuerstange 8. Der Kolben 16 wird hierdurch in Berührung mit dem linken Ende der Steuerstange 8 bewegt und übt auf diesen eine Kraft aus, so daß ein Ausgleich mit der durch den Flüssigkeitsdruck erzeugten Kraft hergestellt wird.

Dennoch werden während der Bewegung der Membran 4 in Richtung nach rechts - wie in Fig. 2e dargestellt - die Steuerstange 8 und das Ventilschließteil 14 in der ersten End stellung gehalten und zwar durch den Luftdruck innerhalb der Leitung 22, der über den Unterschied zwischen der durch den Sitz 15 begrenzten Fläche des Schließteiles 14 und dem Querschnitt der Steuerstange 8 wirkt, wobei die zuerst genannte Fläche wenig größer ist,

Wenn die Membran die in Fig. 2f veranschaulichte Stellung erreicht - diese ist in Fig. 1 mit 4a bezeichnet - wird sie wieder straff und zieht die Steuerstange 8 und damit das Ventilschließteil 14 gegen die nicht ausgeglichene Haltekraft zurück in die zweite Endstellung, die in Fig. 1 dargestellt ist.

Wie in Fig. 2f gezeigt, beginnt die Steuerstange 8 mit der Be-

509818/0295

wegung in Richtung nach rechts von der ersten End stellung in die zweite Endstellung, wobei der Luftdruck das Schließteil anfänglich auf seinem Sitz 15 hält. Dieses ist möglich bedingt durch die Elastizität des Schließteils aus G-umrni oder einem gummiähnlichen Werkstoff. Solange das Schließteil 14 auf seinem Sitz verbleibt, wird die Abteilung 15 nach wie vor dem Luftdruck ausgesetzt, so daß die Membran 4 straff bleibt. Die Nachgiebigkeit oder Rückfederungskraft des ■Ventilschließteiles 14 überwindet dann plötzlich den Luftdruck, der hierauf wirkt und bewegt das Ventilschließteil mit einer Art Schnappwirkung von dem Sitz weg. Diese Schnappwirkung ist wichtig, da hierdurch sichergestellt ist, daß die Spannung in der Membran 4 sich ausreichend aufbaut, um die Steuerstange schnell von ihrer ersten End stellung in die zweite Endstellung zu bewegen. Ohne Schnappwirkung bestände die Tendenz für das Ventilschließteil 14 von dem Sitz wegbewegt zu werden, und dadurch den Luftdruck in der Abteilung 5 freizugeben, bevor die Spannung in der Membran 4 ausreichend ist, um die Steuerstange 8 und das Ventilschließteil 14 in die zweite Endstellung zu bewegen. Wenn dieses auftreten sollte, bleiben die Steuerstange 8 und das Ventilschließteil in einer Zwischenstellung, und die Pumpe würde aufhören zu arbeiten.

Der ausgleichende Kolben 16 ist vorgesehen, um sicherzustellen, daß die Haltekraft, die die Steuerstange 8 in der ersten Endstellung hält, nicht so groß ist, wie es für eine überschüssige Spannung in der Membran 4 erforderlich ist, um diese zu überwinden, da dieses eine schnelle Alterung der Membran hervorrufen würde. Wenn jedoch nur eine Abgabe von Flüssigkeit unter sehr viel niedrigerem Druck erforderlich ist, ist es möglich, einen entsprechend niedrigeren Druck für die Luft-Zulieferung, beispielsweise von 1 kg/cm zu verwenden, wobei der Kolben 16 zusammen mit der Leitung 28 entfallen können.

Wenn zu irgendeinem Zeitpunkt während des Betriebs der Pumpe kein Flüssigkeitsbedarf vorhanden ist, beispielsweise durch

509818/0295

Schließen eines "Ventiles in dem mit dem Anschlußstück 28 verbundenen Abgaberohr, -wird die Pumpe automatisch aufhören zu arbeiten und es wird keine weitere Luft unter Druck verwendet. Wenn zu dem Zeitpunkt, wo der Bedarf aufhört, die Pumpe einen Einlaßhub ausführt, wie in den Fig. 2a bis 2c dargestellt, wird dieser Hub vollständig ablaufen, und die Steuerstange 8 und das Ventilschließteil 14 werden in die erste Endstellung bewegt, in der der Auslaß von dem Venturirohr geschlossen ist. Da der Flüssigkeitsauslaß geschlossen ist, wird sich die Membran 4 nicht von der in Fig. 2d gezeigten Stellung wegbewegen, woraus folgt, daß das Ventilschließteil 14 in der ersten Endstellung verbleibt und die Pumpe aufhört zu arbeiten. Sobald die Flüssigkeitsabgabe wieder geöffnet wird, beginnt die Membran 4 mit der Bewegung und der Betätigungszyklus läuft so ab, wie bereits beschrieben. Was häufiger vorkommt, ist, daß ein niedriger Bedarf für Flüssigkeit besteht, der die Betätigungsgeschwindigkeit der Pumpe herabsetzt. Ebenso kann ein höherer Bedarf entstehen, wodurch eine höhere Geschwindigkeit entsteht, die durch die maximale Strömungsgeschwindigkeit und die Größe der Pumpe begrenzt ist.

Zu keinem Zeitpunkt im Betrieb der Pumpe wird die Membran 4 einem hohen Druckunterschied ausgesetzt. Die Membran bildet im wesentlichen das trennende Bauteil zwischen der betätigenden Luft und . der gepumpten Flüssigkeit.

Obwohl die Pumpe als luftbetätigte Pumpe beschrieben wurde, ist es selbstverständlich auch möglich, anstelle von Luft andere Gase unter Druck, beispielsweise Kohlendioxydzu verwenden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

509818/0295

Claims

Patentansprüche

Membranpumpe, die durch Druckluft oder ein anderes unter Druck stehendes Gas ,betätigt wird und dem Pumpen von Flüssigkeiten dient, bestehend aus einem eine Kammer bildenden Gehäuse, einer biegsamen Membran, die die Kammer in eine Luftdruckabteilung mit einem Lufteinlaß und einem Luftauslaß und in eine Pumpenabteilung mit-einem Flüssigkeitseinlaß und einem Flüssigkeitsauslaß trennt und einem Steuerventil zur Steuerung des Lufteintritts und des Luftaustritts aus der Luftdruckabteilung, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (4) schlapp und biegsam ist; daß das Steuerventil ein Ventilteil (14) aufweist, das zwischen zwei End Stellungen durch ein Steuerteil (8) bewegbar ist, das an der Membran (4) befestigt und zwischen den beiden Endstellungen hin- und herbewegbar ist; daß eine Einrichtung zum Halten des Steuerteils (8) und des Ventilteils (Η) in den beiden Endstellungen vorgesehen ist, wodurch bei Verbindung der Pumpe mit einer Zuführung für Druckluft und bei Stellung des Ventilteils (14) und des Steuerteils (8) in den ersten Endstellungen (Fig. 2d) mit dem Verbindungs- oder Befestigungspunkt des Steuerteils an der Membran verschoben in die Luftdruckabteilung (5), Luft unter Druck zu der Luftdruckabteilung (5) zugeführt und die Teile der Membran (4), die von dem Verbindungs- oder Befestigungspunkt entfernt liegen, verschoben werden, um das Volumen der Pumpenabteilung (6) zu vermindern und so Flüssigkeit in einen Abgabehub abzugeben, an dessen Ende (Fig. 2f) die Membran das Steuerteil (8) gegen die Wirkung der Halteeinrichtung aus der ersten Endstellung (Fig. 2f) in Richtung auf die Pumpenabteilung (6) in die zweite Endstellung (Fig. 2a) bewegt, um das Ventilteil (14) aus der ersten Endstellung (Fig. 2f) in die zweite End stellung (Fig. 2a) zu bewegen, in der bewirkt wird, daß die Luft aus der Luftdruckabteilung (5) ausgestoßen wird, so daß die Teile der Membran (4), die von dem Verbindungs- oder Be-

509818/0295

festigungspunkt entfernt liegen, zurückgeschoben -werden, um das Voliunen der Pumpenabteilung (Pig, 2"b) zu vergrößern und weitere Flüssigkeit in einem Einlaß oder Saughub zuzuführen, an dessen Ende (Fig. 2c) die Membran (4) das Steuerteil (8) gegen die Wirkung der Halteeinrichtung in Richtung der Luftdruckabteilung (5) zurück in die.erste Endstellung (Fig. 2d) bewegt, in der weitere Luft unter Druck zu der Luft.druckabteilung (5) zugeführt wird, um so die Membran (4) fortlaufend vor- und zurückzubewegen.
2. Membranpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran eine biegsame, schalenförmige Membran (4) ist, die quer über die Kammer verläuft und die Pumpenabteilung (6) an der einen Seite und die Luftdruckabteilung (5) an der anderen Seite bildet, wobei das Steuerteil (8) in oder in der Nähe der Mitte der Membran (4) befestigt ist.
3. Membranpumpe nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Lufteinlaßleitung (18) zur Verbindung mit einer Luftdruckquelle, die (Leitung 18) zu einem Venturirohr (20,21) führt, dessen Engstelle mit dem Lufteinlaß und-auslaß (28) verbunden ist, wobei das Ventilteil (14) so angeordnet ist, daß es den Auslaß (22) des Venturirohres versehließt, wenn es sich in einer ersten Endstellung (Fig. 2d) befindet und den Auslaß (22) des Venturirohres zur Atmosphäre (25) öffnet, wenn es sich in einer zweiten Endstellung (Fig. 2a) befindet, wodurch bei Stellung des Ventilteils (14) in der ersten Endstellung (Fig. 2d) die unter Druck zu der Einlaßleitung (18) zugelieferte Luft den Druck in der Luftdruckkammer (14) anhebt und bei Stellung des Ventilteils (14) in seiner zweiten Endstellung das Venturirohr die Luft aus der Luftdruckabteilung (5) ausstößt.
4. Membranpumpe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerteil als Steuerstange ausgebildet ist, die

509818/0295

244849G

in der Mitte der Membran befestigt ist und quer zu der Ebene, in der die Membran befestigt ist, durch eine Öffnung in der Wand des Teils des Gehäuses verläuft, das die Luftdruckabteilung begrenzt, wobei die Stange in der Öffnung hin- und herbewegbar und mit einer Dichtung versehen ist, so daß der wirksame Bereich der Fläche der ■ Membran, die auf die Luftdruckabteilung gerichtet ist, geringer ist als der wirksame Bereich der Fläche der Membran, die auf die Pumpenabteilung gerichtet ist, wodurch eine nicht ausgeglichene Kraft an der Stange erzeugt wird und so eine Einrichtung zum Halten der das Steuerteil bildenden Steuerstange und des Ventilteils in mindestens einer ihrer EndStellungen darstellt.
5. Membranpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil mit einem frei bewegbaren Kolben versehen ist, der angeordnet ist, um auf das von der Membran entfernt liegende Ende der Steuerstange oder auf das Ventilteil zu wirken und daß Luftkanäle vorgesehen sind, so daß auf den Kolben der gleiche Luftdruck wirkt, wie er in der Luftdruckabteilung herrscht, wobei der Kolben einen kleineren Querschnittsbereich aufweist als die Steuerstange, so daß dieser eine Kraft auf die Steuerstange ausübt, die der nicht ausgeglichenen Kraft, die auf die Steuerstange wirkt, wenn die Steuerstange und das Ventilteil in der festene Endstellung stehen, entgegengesetzt gerichtet und kleiner als diese ist.
6. Membranpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil mit einem frei bewegbaren Kolben versehen ist, der angeordnet ist, um auf das von der Membran entfernt liegende Ende der Steuerstange oder auf das Ventilteil zu wirken und daß Luftkanäle vorgesehen sind, so daß die Luft auf den Kolben mit dem gleichen Druck wirkt, wie er in der Luftdruckkammer eingestellt ist, wobei der Kolben den gleichen Querschnittsbereich wie die Steuerstange aufweist,

509818/0295

so daß der Kolben eine Kraft auf die Steuerstange überträgt, die der nicht ausgeglichenen Kraft, die auf die Steuerstange wirkt, wenn die Steuerstange und das Tentilteil in der ersten Endstellung stehen, entgegengesetzt gerichtet aber gleich groß ist, wobei das Steuerventil einen Sitz aufweist, der einen größeren Bereich beschreibt als. der Querschnittsbereich der Steuerstange und wobei das Steuerventil ein Schließteil bildet, das an der Steuerstange befestigt ist und auf dem Sitz aufliegt, wenn das ■ Ventilteile seine erste Endstellung einnimmt, so daß die durch den Luftdruck erzeugte Kraft, die auf das Schließ.-teil innerhalb des Bereiches des Sitzes wirkt, eine Kraft erzeugt, die die Einrichtung zum Halten des Steuerteils und des Ventilteils in der ersten Endstellung bildet.
7. Membranpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Schließteil in Form eines Flansches aus einem Material mit gummiähnlichen Eigenschaften hergestellt ist, der radial über die Steuerstange übersteht.
8. Membranpumpe nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Elüssigkeitseinlaß und der ITüssigkeitsauslaß der Pumpenabteilung durch getrennte Öffnungen gebildet ist, von denen jede mit einem Rückschlagventil und einem Gewinde zur Aufnahme eines Anschlußstückes versehen ist, wobei jedes Rückschlagventil eine Klappe aus Kunststoffmaterial aufweist, die einstückig mit einem Dichtungsring gegossen ist, dass eine Dichtung innerhalb der Öffnung zwischen dem Anschlußstück und dem Teil des Gehäuses bildet, der die Öffnung, umgibt. . . ·

5088 1 8/0255