DE2815901A1

DE2815901A1 - Membranpumpe

Info

Publication number: DE2815901A1
Application number: DE19782815901
Authority: DE
Inventors: Vance S Somerville Bartoo; Jerome H Milgram; Burdett H O'connor
Original assignee: Offshore Devices Inc
Current assignee: Offshore Devices Inc
Priority date: 1977-04-14
Filing date: 1978-04-12
Publication date: 1978-10-26
Also published as: GB1598657A; US4131397A; JPS53129306A; CA1108007A

Description

DIPL. ING. HEINZ BARDEHLE München, 12. April 1373

PATENTANWALT 2 O 1 5 9 O

Aktenzeichen: Mein Zeichen: P 2696

Anmelder: Offshore Devices Inc.

Summit Industrial Park . Peabody, Massachusetts U.S.A.

Membranpumpe

Die Erfindung betrifft eine Membranpumpe. Sie betrifft allgemein Verbesserungen bei Pumpen hoher Kapazität und insbesondere solche Pumpen, die auf See durch unter Druck stehender hydraulischer Flüssigkeit betrieben werden können und über biegsame Schläuche mit entfernt liegenden hydraulischen Kraftquellen verbunden sind, die gewöhnlich an Bord von Schiffen angebracht sind.

Die Rückgewinnung von ausgelaufenem Öl auf See bringt viele Schwierigkeiten bei der Wahl der Pumpen, die zum Fördern des Öls in Trennbehälter an Bord des Schiffes verwendet werden sollen, mit sich. Ein erstes Problem liegt darin, daß die Pumpe häufig unter schwierigen Bedingungen gehandhabt werden

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muß und daher vorzugsweise leichtes Gewicht besitzt. Gleichzeitig muß sie eine hohe Kapazität besitzen und benötigt daher ein hohes Verhältnis von Kapazität zu Gewicht. Manche Pumpen besitzen eine solche Form, z.B. mit Vorsprüngen, daß eine erhöhte Wahrscheinlichkeit von Beschädigungen unter schwierigen Handhabungsbedingungen, die oft auf See herrschen, eintritt. Ein weiteres Problem tritt auf, wenn bestimmte Pumpentypen zum Fördern des Öls in Abtrenntanks verwendet werden und dabei das Öl in kleine Tröpfchen oder Kugeln aufbrechen, die im häufig anwesenden Wasser emulgiert werden; danach werden eine lange Dauer und große Abtrenntanks benötigt, um das öl vom Wasser zu trennen. Ein weiteres Problem tritt dadurch auf, daß Pumpen zur Rückgewinnung von ausgelaufenem Öl häufig in einer Umgebung eingesetzt werden, in der Fremdkörper auf dem Wasser schwimmen, wobei es unpraktisch ist, einige dieser Gegenstände von den Saugschläuchen, die mit den Pumpen verbunden sind, abzusieben. Der Durchlauf von Fremdkörpern durch zahlreiche Pumpentypen verursacht entweder das Verstopfen oder das Verklemmen und ernste Folgeschäden für die Pumpe. Ferner sind manche Pumpenkonstruktionen so, daß sie unter den Bedingungen, die an Orten, wo öl ausgelaufen ist, herrschen, besonders schwierig für Reparaturen auseinanderzunehmen und wieder zusammenzusetzen sind.

Eine weitere Schwierigkeit, die aufgrund der Tatsache auftritt, daß die Pumpe auf See verwendet werden muß, liegt darin, daß es oft unpraktisch oder gefährlich ist, die Pumpe mit üblichen Primärantrieben, wie Elektromotoren und Innenverbrennungsmaschinen, anzutreiben. Unter diesen Bedingungen ist unter Druck stehende hydraulische Flüssigkeit von einer vom Schiff gespeisten Krafteinheit eine bevorzugte Kraftquelle.

Ein Zweck der Erfindung ist demgemäß, eine Pumpe zur Verfügung zu stellen, die im Vergleich zu ihrer Kapazität ein relativ geringes Gewicht besitzt.

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Ein anderer Zweck ist eine Pumpe, die öl bewegen kann, ohne es zu Tröpfchen aufzubrechen und in Wasser zu emulgieren.

Ein weiterer Zweck ist eine Pumpe, die den Durchgang von relativ großen Fremdkörpern verträgt, ohne zerstört zu werden oder auf andere Weise den Flüssigkeitsstrom zu unterbrechen.

Ein weiterer Zweck der Erfindung ist eine Pumpenkonstruktion, die beim Verstopfen oder Verklemmen einen schnellen und leichten Zugang zum Inneren zur Prüfung, Entfernung der Behinderungen und Reparaturen zuläßt.

Die vorgenannten Zwecke werden erfindungsgemäß durch eine hydraulisch betriebene doppelwirkende Membranpumpe mit einem zweiteiligen Gehäuse, das zwei Pumpenkanmern ,jeweils eine auf jeder Seite der Membran, begrenzt, erzielt. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden die beiden Gehäuseteile durch ein zentrales rohrförmiges Verbindungsteil zusammengeklemmt, an dem ein stationärer Kolben angebracht ist. Das Rohr ist radial durchbohrt, um auf jeder Seite des Kolbens Durchlässe zu schaffen, durch welche unter Druck gesetzte hydraulische Flüssigkeit in einen Zylinder eintreten kann, der den Kolben umgibt und mit der Membran verbunden ist, um der Membran eine Pumpwirkung zu verleihen. Daher erfährt der Zylinder durch alternierendes Einleiten von unter Druck stehender Flüssigkeit durch jeweils einen Durchlaß auf jeder Seite des Zylinders eine hin- und hergehende Bewegung entlang des Wegs des rohrförmigen Verbindungsteils.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung besitzt die Pumpe im wesentlichen keine Vorsprünge, die leicht zuerstört werden können, und ernste ungünstige Unterbrechungen bei der Rückgewinnung von ausgelaufenem öl verursachen können. Dieses Merkmal wird dadurch an der vorliegenden Pumpe erfüllt, daß man den Antriebsmechanismus in dem Gehäuse einschließt und es

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somit nur nötig ist, daß Einlaß- und Auslaßschläuche und Leitungen für die Zuführung der hydraulischen Flüssigkeit mit der Pumpe verbunden sind.

Die vorgenannten Zwecke, Gegenstände, Merkmale und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden zusammen mit zahlreichen Vorteilen, die bei ihrer Verwendung auftreten, besser aus der folgenden, ins einzelne gehenden Beschreibung einer erläuternden Ausführungsform in Zusammenhang mit den Figuren ersichtlich.

Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch eine Ausführungsform einer

Pumpe gemäß der Erfindung und
Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht auf das Äußere der Pumpe.

Eine in den Figuren allgemein mit 1o bezeichnete Pumpe weist ein zweiteiliges Gehäuse, vorzugsweise aus Aluminiumguß,auf. Die Gehäuseteile, die spiegelbildlich ausgebildet sind, sind tatsächlich Hälften 12 und 14, die an ihren Kanten am Rand einer Membran 16 zusammengeklemmt sind. Die Klemmkraft wird teilweise durch vier Schrauben erzeugt, von denen eine bei 14 dargestellt wird, die durch Löcher in den Gehäusehälften und in der Membran hindurchreicht und mit der Mutter 2o verschraubt ist. Beim Zusammenklemmen der Gehäusehälften 12 und 14 arbeitet mit den Schrauben 18 ein zentraler Verbindungsteil 22 mit, der nicht nur den Mittelbereich der Gehäusehälften verstärkt, sondern auch mit rohrförmigen Enden ausgebildet ist, um Leitungen für unter Druck stehende hydraulische Flüssigkeit zum Betreiben der Pumpe vorzusehen. Am Verbindungsteil 22 ist in der Nähe seiner halben Länge ein Kolben 24 gegen Längsbewegung entlang des Verbindungsteils dadurch befestigt, daß er zwischen zwei Schnappringen 28 angebracht ist, die in geeigneten Rillen in dem Verbindungsteil liegen. Der Kolben 24 ist mit einem Satz Ringen 3o ausgerüstet, um eine

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gleitende Dichtung mit dem Inneren eines Zylinders 32 zu erzeugen, der eine von der hydraulischen Kraft erzeugte hin- und hergehende Bewegung entlang dem Verbindungsteil durchführt, um mit der Membran 16 eine Pumpwirkung zu erzeugen. An jedem Ende ist der Zylinder 3 2 mit einem Verschluß 34 und einer Dichtung 3 6 versehen, um innerhalb des Zylinders oberhalb und unterhalb des Kolbens 24 eine obere bzw. untere Kammer 38 bzw. 4o zu erzeugen, die alternierend mit hydraulischer Flüssigkeit gefüllt und geleert werden, um den Zylinder 32 unter Bewegung zu setzen, wie im nachfolgenden erläutert wird. Der Zylinder 32 ist mit einer Ausnehmung versehen, um einen zweiteiligen kreisförmigen Splint 42 aufzunehmen, der mit Schrauben 44 zwischen einem Paar von kreisförmigen Versteifungsplatten 46 festgeklemmt ist, die ferner den Mittelbereich der Membran 16 sandwichartig umfassen.

Das Verbindungsteil 22 ist an seinen Enden in einem Paar Führungskappen 48 befestigt, die jeweils mit Schrauben 5o an einer der Gehäusehälften 12, 14 befestigt sind. An jedem Ende des Verbindungsteils 22 ist für diesen Zweck eine Mutter 52 und eine Unterlegscheibe 54 vorgesehen, wobei die Mutter mit einem Gewinde auf einem verminderten Endbereich des Verbindungsteils verschraubt wird. Wenn man die beiden Muttern 52 anzieht, werden die beiden Hälften 12, 14 des Gehäuses festgeklemmt. Der untere Teil des Verbindungsteils 22 ist mit einem inneren Durchgang 56 ausgebildet, der in einem in ein Rohr geschnittenen Stutzen 58 endet, der geeignet ist, ein geeignetes hydraulisches Paßstück zur Verbindung des Durchgangs 56 mit einer Quelle für unter Druck stehende Flüssigkeit aufzunehmen. Der Durchgang 56 steht über radiale Durchlässe 6o in Verbindung mit der unteren Kammer 4o. Ähnlich ist der obere Teil des Verbindungsteils 22 mit einem Durchgang 62 ausgebildet, der in einem in Rohr geschnittenen Stutzen 64 zur Verbindung des Durchgangs 62 mit der Quelle für Druckflüssigkeit endet. Der Durchgang 62 steht über radiale Durchlässe 66 in Verbindung mit der Kammer.

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Die Hin- und Herbewegung des Zylinders 32, mit der der Membran 16 eine Pumpwirkung verliehen wird, erfolgt durch alternierendes Füllen und Leeren der Kammern 38 und 4o mit hydraulischer Druckflüssigkeit. Dies erfolgt durch geeignete Ventile und andere Steuerungen, die nicht Gegenstand der Erfindung sind und die Strömungsgeschwindigkeit und Menge der hydraulischen Flüssigkeit während jedes Halbtakts regulieren.

Um das Festhalten der Membran 16 zwischen den Gehäusehälften 12 und 14 zu unterstützen, ist die Membran mit einem integralen ringförmigen Wulst 72 ausgebildet, der in entsprechende Rillen 74 in den beiden Gehäusehälften paßt. Falls die Pumpe beschädigt oder auf andere Weise unwirksam wird, kann sie leicht dadurch auseinander genommen werden, daß man durch Entfernen der Muttern 52 und der vier Schrauben 18 das Verbindungsteil freilegt.

Der Strom der Flüssigkeit, die in die obere und untere Pumpenkammer 76 und 78 hineingepumpt und aus ihnen herausgepumpt wird, wird mittels Klappenventilen gesteuert, um die Strömung in beiden Kammern von links nach rechts zu erzeugen, wie aus Fig. 1 ersichtlich. So erfolgt der Einlaß in die obere Kammer 76 durch ein Klappenventil 8o und der Ausfluß durch ein Auslaßventil 82. In der unteren Kammer 78 sind Einlaß- und Auslaßventile 84 bzw. 86 vorgesehen. Die Ventile 8o, 82, 84 und 86 sind ähnlich konstruiert und weisen, wie im einzelnen bei Ventil 8o gezeigt wird, eine Tellerplatte 88, ein flächiges Stück aus Gummi oder ähnlichem Material, das eine Dichtung 9o bildet, und eine Versteifung oder Verstärkung 92 auf, die an dem Mittelteil der Dichtung 9o befestigt ist.

Es wurde festgestellt, daß eine hohe Strömungsgeschwindigkeit eines Gemisches von öl und Wasser dazu neigt, daß das öl in dem Wasser emulgiert wird; dementsprechend ist eine lange Zeit zur Abtreibung des Öls vom Wasser nötig. Um die Emulgierung zu

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vermeiden und um auch wegen der Kapazität der Pumpe die Notwendigkeit von sehr großen Einlaßschläuchen zu vermeiden, werden zwei kleinere Einlaßschläuche verwendet und diese Schläuche an den Einlassen der beiden Pumpenkammern miteinander verbunden. Zu diesem Zweck sind am Einlaß zur oberen bzw. unteren Kammer jeweils T-Fittings 94 und 96 vorgesehen, die mit einer biegsamen Manschette 98 verbunden sind. Die T-Fittings 94 und 96 werden an den Gehäusehälften mittels Schrauben, wie z.B. der Schraube 1oo befestigt, die durch geeignete Löcher in Flanschen des Fittings und der Gehäusehälften 12 und 14 hindurchgeht, wobei die Schrauben 1oo gleichzeitig für die Befestigung der Tellerplatte 88 an der Gehäusehälfte sorgen. Beim Gebrauch ist ein Einlaß-Schlauch mit den offenen Enden jedes T-Fittings 94 und 96 verbunden.

Am Auslaßende der Pumpe 1o ist Vorkehrung getroffen, um die beiden Ströme von den Pumpenkammern 76 und 78 mit einem einzigen Auslaßschlauch zu vereinigen. Zu diesem Zweck ist ein Krümmer 1o4 mittels Schrauben 1o6 an der Gehäusehälfte 14 befestigt und ein Y-Fitting 1o8 ist mittels Schraube 11oan. der Gehäusehälfte 12 befestigt. Eine biegsame Manschette 112 verbindet den Krümmer und das Y-Fitting 1o8, und ein (nicht dargestellter) Auslaßschlauch, der allgemein zum Leiten der gepumpten Flüssigkeit in einen Abtrenntank dient, ist mit dem offenen Ende 114 des Y-Fittings verbunden.

Die Arbeitsweise der Pumpe 1o wird durch die folgende Beschreibung eines Arbeitstakts verdeutlicht, der von dem Zustand ausgeht, der in Fig. 1 in ausgezogenen Linien dargestellt ist. Zu diesem Zeitpunkt wird unter Druck stehende hydraulische Flüssigkeit durch den Durchgang 56 und die Durchlässe 6o in die untere Kammer 4o des Zylinders 32 eingeleitet, während aus der oberen Kammer 38 Flüssigkeit durch die Durchlässe 66 und den Durchgang 62 ausgestoßen wird. Das Strömen der hydraulischen Flüssigkeit in die Kammer 4o und aus der Kammer 38 heraus verursacht eine Abwärtsbewegung des Zylinders 32 in die in

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gestrichelten Linien in Fig. 1 dargestellte Stellung, wobei er die Platten 46 und die Membran 16 mitnimmt. Der Druck, der von der Membran auf die Flüssigkeit in der Kammer 78 ausgeübt wird, verursacht das Schließen des Einsatzventils 84 und das Öffnen des Auslaßventils 86 und treibt so die Flüssigkeit, die in der Kammer gewesen ist, durch das Auslaßventil und nach dem offenen Ende 114 des Y-Fittings 1o8. Während Flüssigkeit aus der unteren Kammer 78 herausgepreßt wird, erzeugt die Abwärtsbewegung der Membran 16 eine Saugwirkung in der oberen Kammer 76, wodurch das Einlaßventil 88 geöffnet und das Auslaßventil 82 geschlossen wird und dadurch Flüssigkeit von den Schläuchen, die an die T-Fittings 94 und 96 angeschlossen sind, in die obere Kammer einströmt. Das Eintreten der Flüssigkeit in die obere Kammer 76 und das Heraustreiben von Flüssigkeit aus der unteren Kammer 78 dauert an, bis der Zylinder 3 2 das untere Ende seines Wegs erreicht, wo er gegen eine stoßdämpfende Gummiunterlegscheibe 1:16 anstößt.

Am unteren Ende seines Wegs wird die Bewegungsrichtung des Zylinders 32 durch unter Druck stehende hydraulische Flüssigkeit, die durch den Durchgang 62 und die Durchlässe 66 in die obere Kammer 38 des Zylinders eingeleitet wird, umgekehrt, während aus der unteren Kammer 4o Flüssigkeit durch die Durchlässe 6o und den Durchgang 56 ausgelassen wird. Durch das Ausströmen der Flüssigkeit aus der Kammer 4o und das Einströmen in die Kammer 38 steigt der Zylinder 32 in die Stellung auf, die in Fig. 1 in ausgezogenen Linien dargestellt ist. Der mittlere Bereich der Membran 16 wird dabei angehoben und übt auf die Flüssigkeit in der oberen Pumpenkammer 76 Druck aus und bewirkt das Schließen des Einlaßventils 8o und das öffnen des Auslaßventils 82 und treibt so die Flüssigkeit aus der Kammer 76 nach dem offenen Ende 114. Gleichzeitig wird mit der Ausdehnung der unteren Pumpenkammer 78 eine Saugwirkung geschaffen, die das öffnen des Einlaßventils 84 und das Schließen des Auslaßventils 86 hervorruft und so Flüssigkeit

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aus dem T-Fitting 96 in die untere Kammer 78 einströmen läßt. Die Aufwärtsbewegung des Zylinders 32 endet, wenn das obere Ende des Zylinders gegen eine stoßdämpfende Gummiunterlegscheibe 118 stößt. Die Bewegung des Zylinders 32 kehrt sich dann wieder unter der genauen Steuerung eines äußeren Reglers um, der, wie bereits festgestellt wurde, nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist.

Um ein Verklemmen von Fremdkörpern zwischen den Platten 46 und dem Inneren der Gehäusehälften 12 und 14 zu vermeiden, wird der geringste Abstand zwischen den Platten und der nächstkommenden Oberfläche des Gehäuses größer gemacht als der Abstand der Öffnungen in den Einlaß- und Auslaßventilen 8o, 82, 84 und 86. Dementsprechend besteht für jeden Fremdkörper, der in die Pumpenkammer eindringen kann, genügend freier Raum zwischen den Platten und dem Gehäuseinneren. Während die Länge des Pumpenhubs ausgezeichnete Gesamtwirksamkeit und einen relativ großen Ausstoß pro Arbeitstakt ergibt, ist die Tatsache, daß Fremdkörper, die in die Pumpengehäuse gelangen, nicht verklemmen, ein bedeutender Vorteil der vorliegenden Konstruktion angesichts der Häufigkeit, mit der solche Fremdkörper in der gewöhnlichen Umgebung auftreten, in der die Pumpe verwendet werden soll.

Zusammenfassend wird in der vorliegenden Beschreibung eine doppelwirkende Membranpumpe mit einem zweiteiligen hohlen Gehäuse beschrieben, welche zwei Pumpenkammern, jeweils einß auf jeder Seite der Membran, bildet. Mittels eines hydraulischen Antriebs, der in dem Gehäuse enthalten ist, und einen mit der Membran verbundenen Zylinder aufweist, der durch einen hohlen Verbindungsteil, welcher gleichzeitig die beiden Teile des Gehäuses am Rand der Membran zusammenklemmt, mit hydraulischer Flüssigkeit versorgt wird, erfährt die Membran einen Pumpenhub.

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Claims

Patentansprüche

M.)Membranpumpe, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (12, 14) und eine Membran (16), welche zusammen eine Pumpenkammer (76) bilden, eine Vorrichtung mit einem Satz von Einlaß- (8o) und Auslaß- (82) -Ventilen zur Steuerung des Durchgangs der Flüssigkeit in die Kammer und aus der Kammer heraus, und eine hydraulisch betriebene Vorrichtung (3 2) innerhalb des Gehäuses, die die Membran zu einer Pumpbewegung antreibt.
2. Membranpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (12, 14) eine zweite Pumpenkammer (78) bildet und aus zwei im wesentlichen gleichen Teilen (76, 78) gebildet ist, die am Rand (72) der Membran (16) zusammengeklemmt sind, und die Pumpe (1o) ferner eine Vorrichtung mit einem zweiten Satz von Einlaß-(84) und Auslaß- (86) Ventilen zur Steuerung des Durchgangs der Flüssigkeit in die zweite Kammer und aus ihr heraus aufweist.
3. Membranpumpe nach Anspruch^und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die hydraulisch betriebene Vorrichtung ein rohrförmiges Verbindungsteil (22) , das das Gehäuse am Rand der Membran festklemmt, einen am Verbindungsteil feststehend angebrachten Kolben (14) und einen Zylinder (32) aufweist, der mit der Membran gekoppelt ist und über den Kolben gleitet.
4. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, insbesondere 2, gekennzeichnet durch ein rohrförmiges Verbindungsteil (12), das eine Kraft ausübt, um die Gehäuseteile zusammenzubringen, und sie am Rand (72) der Membran (16) zusammenklemmt

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ORIGINAL INSPECTED

und das mit getrennten Leitungen (56, 58, 6o; 62, 64, 66) ausgebildet ist, um hydraulische Flüssigkeit nach der hydraulisch betriebenen Vorrichtung zu leiten.
5. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, insbesondere 4, dadurch gekennzeichnet, daß die hydraulisch angetriebene Vorrichtung einen Kolben (24), der fest an dem Verbindungsteil (22) angebracht ist, und einen Zylinder (32) aufweist, der mit der Membran (16) gekoppelt ist und entlang dem Verbindungsteil über den Kolben gleitet.
6. Doppelwirkende Membranpumpe, gekennzeichnet durch ein zweiteiliges Gehäuse (12, 14), eine Membran (16), die über ihren Rand zwischen den zwei Teilen des Gehäuses geklemmt ist, und eine hydraulisch betriebene Vorrichtung mit einem geradlinig hin- und herlaufenden Zylinder (32) , der im Gehäuse enthalten ist und mit der Membran gekoppelt ist und so der Membran eine pumpende Bewegung verleiht.
7. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, insbesondere 6, gekennzeichnet durch ein rohrförmiges Verbindungsteil (22) , das im Gehäuse angebracht ist, um die beiden Teile am Rand der Membran (16) zusammenzuklemmen und mit Leitungen (56, 58, 6o; 62, 64, 66) versehen ist, die hydraulische Flüssigkeit nach der hydraulisch betriebenen Vorrichtung leiten.
8. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, insbesondere 7, dadurch gekennzeichnet, daß die hydraulisch betriebene Vorrichtung einen Kolben (24) besitzt, der etwa in der Mitte der Länge des Verbindungsteils (22) angebracht ist und über den Zylinder (32) gleitet.

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