DE2857091C1 - Membran-Verdrängerpumpe - Google Patents

Description

fähiges Butyl- oder Nitril-Gummi, hergestellt ist Es ist klar, daß die Wahl des Materials für die zweite Membrane von der Art des zu pumpenden Mediums abhängt

die erfindungsgemäße Pumpe ist im Hinblick auf die Verwendbarkeit für verschiedene Medien genauso vielseitig wie konventionelle Membranpumpen. Sie kann Medien mit hoher Viskosität bis zu pastösen Massen und auch Schlamm mit größeren Partikeln pumpen. Da die erfindungsgemäße Pumpe keine Kolben, Wellen, einer Schiebebewegung unterworfene Dichtungen oder rotierende Teile aufweist, ist sie besonders störunanfäl-Hg. In den Zufluß- und Abflußleitungen können konventionelle Rückschlagventile verwendet werden.

Die Steuerung der Luftzufuhr zu der Luftkammer und der weiteren Luftkammer kann durch jedes konventionelle Luftventil, wie z. B. Trommel- oder Pendelventil, durchgeführt werden. Das Ventil kann durch mechanische Mittel gesteuert werden, wie z. B. durch einen Fühler, der in die Luftkammer hineinragt und die Position der zusammengesetzten Membran aütastet In einer anderen Ausfahrungsform kann die Steuerung durch eine pneumatische Schaltung ausgeführt werden, die auf kieine Änderungen des Luftdruckes an einer Kontroll-Meßstelle anspricht und so erkennt, wenn die zusammengesetzte Membran am Ende ihres Hubes angelangt ist Weiterhin ist es möglich, die Steuerung in einer festen Zeitfolge oder durch manuelle Einwirkung auszuführen. Zur Durchführung des Pumpenhubs der zusammengesetzten Membran wird Druckluft in die Luftkammer eingeleitet Die zweite Luftkammer zwischen den Membranen kann dabei wahlweise entlüftet sein oder mit der gleichen Druckluft beaufschlagt werden. Im letzteren Fall arbeitet der auf die beiden Membranen mit verschiedenen Flächen in der zweiten Luftkammer wirkende Druck der Pumpwirkung entgegen, dieser Einfluß ist jedoch klein im Vergleich mit der Kraft der Druckluft, die auf die gesamte Fläche der ersten Membran in der Luftkammer wirkt, so daß die Verminderung des maximalen Arbeitsdruckes der Pumpe gering ist Diese Arbeitsweise hat gewisse Vorteile, da die Spannung auf die zusammengesetzte Membran vermindert wird, so daß sie in vielen Fällen vorzugsweise angewendet wird, um die Lebensdauer der Membrane zu verlängern.

Die erfindungsgemäße Pumpe ist bisher als eine einzeln wirkende Pumpe beschrieben worden, die einen pulsierenden Ausgangsdruck von einer abwechselnd Pumpen- und Rückstellhübe ausübenden Membran liefert Wahlweise können zwei derartige Pumpen zusammenwirken, die von derselben pneumatischen Ventilanordnung gesteuert werden, so daß die beiden zusammengesetzten Membranen abwechselnd ihre Pumpenhübe ausführen. Die Anordnung der beiden Pumpen ist jedoch nicht beschränkt auf die Rücken-an-Rücken-Anodnung der bekannten Pumpen, da keine mechanische Verbindung zwischen den zusammengesetzten Membranen der beiden Pumpen besteht

Die Erfindung soll im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigt

F i g. 1 einen axialen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Pumpe, bei der die zusammengesetzte Membran sich am Anfang ihres Pumpenhubes befindet,

F i g. 2 einen axialen Schnitt durch die Pumpe aus F i g. 1, wobei sich die zusammengesetzte Membran am Ende des Arbeitshubes und am Beginn des Rückstellhubes befindet,

F i s- 3 eine schematische Darstellung der Zusammenschaltung zweier Pumpen aus Fi g. 1 zur Erzeugung eines im wesentlichen konstanten Ausgangsdruckes.

Die in den F i g. 1 und 2 dargestellte Pumpe weist ein Gehäuse aus zwei Gehäusehälften 10 und 12 auf, zwisehen denen sich ein Abstandsring 14 befindet Zwischen der oberen Gehäusehälfte 10 und dem Abstandsring 14 ist eine erste Membran 16 und zwischen dem Abstandsring 14 und der unteren Gehäusehälfte 12 eine zweite Membran 18 eingeklemmt Die ganze Anordnung ist durch (nicht dargestellte) Bolzen zusammengehalten, um eine zuverlässige Abdichtung an den Rändern der beiden Membranen 16,18 zu erreichen.

Die beiden Membranen sind jeweils mit einer Abdeckplatte 20,22 versehen. Beide Abdeckplatten 20,22 sind mit Hilfe von nicht dargestellten Bolzen fest mit einer Abstandsscheibe 24 verbunden, so daß die beiden Membranen nur gleiche Bewegungen ausführen können. Die beiden Membranen 16,18, die Abdeckplatten 20, 22 und die Abstandsscheibe 24 bilden somit eine zusammengesetzte Membran, die zwischen den beiden in den F i g. 1 und 2 dargestellten Positionen hin- und herbewegbar ist

Die erste Membran 16 und ihre Abdeckplatte 20 weisen einen größeren Durchmesser auf als die zweite Membran 18 bzw. deren Abdeckplatte 22. Durch die erste Membran 16 und die Gehäusehälfte 10 ist eine erste Luftkammer 26 gebildet. Zwischen der ersten und der zweiten Membran 16, 18 befindet sich eine zweite Luftkammer 28. Eine Pumpenkammer 30 für das zu pumpende Medium ist zwischen der zweiten Membran 18 und der Gehäusehälfte 12 gebildet. Die Zufuhr von Druckluft in die Luftkammer 26 und in die zweite Luftkammer 28 wird durch ein Steuerventil 32 gesteuert das abwechselnd die Druckluft in eine Eintrittsöffnung 34, die zur Luftkammer 26 führt, und zur Eintrittsöffnung 36 leitet, die zur- zweiten Luftkammer 28 führt Die Eintrittsöffnung 36 ist als radiale Bohrung durch den Abstandsring 14 ausgebildet. Die Zuführung zu dem pneumatischen Steuerventil 32 erfolgt durch eine Leitung 38 von einer beliebigen Druckluftquelle.

Mit der Pumpenkammer 30 ist eine Ventilanordnung 40 für das zu pumpende Medium verbunden, die ein Paar Rückschlagsventile aufweist. Die Ventile erlauben den Fluß des Mediums in einer Zuführungsleitung 42 von einem Vorrat nur in Richtung auf die Pumpenkammer und in einer Ausgangsleitung 44 nur in Richtung von der Pumpenkammer weg.

Während des Arbeitsablaufs der Pumpe leitet das Steuerventil 32 für die Luft, wenn sich die zusammengesetzte Membran in der in F i g. 1 dargestellten Stellung am Anfang eines Pumpenhubes befindet Druckluft aus der Zuführungsleitung 38 durch die Eintrittsöffnung 34 in die Luftkammer 26 und entlüftet die zweite Luftkammer 28 durch die Eintrittsöffnung 36. Der Luftdruck in der Luftkammer 26 wirkt auf die gesamte Fläche der ersten Membran und bewegt sie aus der in F i g. 1 dargestellten Position in die Position der Fig.2. Dadurch wird das Medium aus der Funkenkammer 30 durch die Ausgangsleitung 44 mit dem größtmöglichen Druck ausgestoßen, der direkt proportional zu dem Druck der Druckluft ist.

Aus der Position in F i g. 2 wird die zusammengesetzte Membran in die Position in F i g. \ dadurch zurückgeführt, daß das Steuerventil 32 für die Luft seine Durch- !abdichtung umkehrt und Druckluft aus der Zuführungsleitung 38 durch die Eintrittsöffnung 36 in die zweite Luftkammer 28 leitet, während die erste Luftkammer 26 entlüftet wird. Die wirksame Fläche der ersten Mem-

bran 16, die eine Begrenzung der zweiten Luftkammer 28 bildet, ist größer als die entsprechende wirksame Fläche der zweiten Membran .18. Dadurch entsteht eine resultierende aufwärts gerichtete Kraft auf die zusammengesetzte Membran, wodurch sie ihren Rücksteilhub in die Position aus Fig. 1 ausführt. Die auf die zusammengesetzte Membran durch die Druckluft in der zweiten Luftkammer 28 bei ihrem Rückstellhub ausgeübte Kraft hängt von dem Druck in dem Luftdruckgenerator und von der Differenz der wirksamen Flächen der beiden Membranen ab. Es ist ohne weiteres möglich, eine erfindungsgemäße Pumpe zu erstellen, die ein Medium bei ihrem Rückstellhub mit einer theoretischen maxima-, len Druckhöhe von 10,4 m Wassersäule (34 feet) ansaugen kann und noch ausreichende Energiereserven aufweist, um die zusammengesetzte Membran mit jeder in der Praxis wünschbaren maximalen Geschwindigkeit zu bewegen.

In der zusammengesetzten Membrananordnung wirken keine anderen Kräfte als die periphere Verankerung der ersten und zweiten Membran 16,18, wenn sie von einer axialen Position in die andere wechselt Wenn die natürliche Bewegung der Membran zu einer Biegung führt die mit einem Anheben beispielsweise auf der rechten Seite in F i g. 2 beginnt, können die Deckplatten 20, 22 und die Abstandsscheibe 24 kippen oder abrollen, wenn sich die Membran bewegt Dadurch können innere Spannungen in den Membranen 16,18 minimal gehalten werden.

Die F i g. 1 und 2 zeigen keine spezielle Steuerung für die Funktion des Steuerventils 32. Es ist klar, daß dieses Ventil durch eine Zeitsteuerung, durch einen Sensormechanismus oder eine Kombination von beiden betätigt werden kann. Die Zeitsteuerung würde einfach nach jeweils einem bestimmten Zeitintervall die Stellung des Steuerventils immer wieder umkehren. Ein Sensormechanismus würde auf einen Kontrolldruck, der dem Druck in der Luftkammer 26 entspricht oder auf die Position der Deckplatte 20 ansprechen. Beispielsweise könnte eine Stößelstange durch die Eintrittsöffnung 34 für die Luft ragen und mit der Deckplatte 20 in Verbindung stehen. Bei einer oberen Grenze der Deckplattenbewegung würde die Stößelstange die Funktion des Steuerventils umkehren, so daß Druckluft in die Luftkammer 26 geleitet und die zweite Luftkammer 28 entlüftet wird, wodurch die Membran für ihren Pumpenhub angesteuert würde. Die nächste Umkehrung der Funktion des Steuerventils nach der Vollendung des Pumpenhubes könnte dadurch erreicht werden, daß die Stößelstange in Abwärtsrichtung gegen die Deckplatte 20, beispielsweise durch eine Feder oder durch Luftdruck, gedrückt wird, so daß das Steuerventil die Vollendung des Pumpenhubes erkennen kann.

In einer Modifikation der beschriebenen Pumpe kann der Luftdruck aus der Druckluftleitung 38 immer in die zweite Luftkammer 28 durch die Eintrittsöffnung 36 geleitet werden. Dadurch würde bei dem Pumpenhub der Membran die Druckluft in der zweiten Luftkammer 28 der Membranbewegung mit einer Kraft entgegenwirken, die nur von der Differenz der wirksamen Flächen der ersten und der zweiten Membran abhängt Da diese Differenz der wirksamen Flächen nur einen Bruchteil der gesamten wirksamen Fläche der ersten Membran 16, auf die der Druck der Luftkammer 26 wirkt darstellen kann, weist die auf diese Weise modifizierte Pumpe nur einen geringfügig verringerten maximalen Ausgangsdruck auf. Der Wirkungsgrad der Pumpe wird nicht verändert

F i g. 3 zeigt eine Kombination von zwei Pumpen, wie sie in den F i g. 1 und 2 dargestellt sind, die an dasselbe Steuerventil 32 angeschlossen sind. In dieser Ausführungsform sind die zweiten Luftkammern 28 der beiden Pumpen zu jeder Zeit mit Druckluft von der Druckluftleitung 38 beaufschlagt und das Steuerventil 32 leitet die gleiche Druckluft abwechselnd in die beiden Luftkammern 26. Jedesmal wenn eine Luftkammer 26 eine der Pumpen mit Druckluft von dem Steuerventil 32 beaufschlagt, wird die Luftkammer 26 der anderen Pumpe zum Entlüften geöffnet. Das Resultat ist eine doppelt wirkende Pumpenanordnung, die das Medium mit einem im wesentlichen konstanten Ausgangsdruck ohne die Pulsation der einzelnen Pumpe pumpt

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1 2 tetwird. Patentansprüche: Eine derartige Membran-Verdrängerpumpe ist aus der GB-PS 1112 507 bekannt Die Membranen dieser

1. Membran-Verdrängerpumpe mit einer Luft- Verdrängerpumpe sind in üblicher Weise eingespannt kammer, einer Pumpenkammer für das zu pumpen- 5 und stehen bereits im Ruhezustand unter Spannung. Zur de Medium und einer zusammengesetzten Membran Durchführung des Pumpenhubes wird die elastische Eizwischen der Luftkammer und der Pumpenkammer, genschaft der Membranen ausgenutzt, die sich demzuwobei die zusammengesetzte Membran eine erste, folge dehnen. Das wiederholte Dehnen der Membranen mit der Luftkammer in Verbindung stehende Mem- zuerst in die eine Richtung und dann in die entgegengebran, eine zweite, mit der Pumpenkammer in Ver- 10 setzte Richtung setzt die Membranen einer ständigen bindung stehende Membran, deren Durchmesser inneren Spannung aus, so daß sie dazu neigen, in einem kleiner als der Durchmesser der ersten Membran ist, Bereich der größten Spannung um die zentrale Verbin- und eine nur eine gleichzeitige Bewegung der beiden dungsplatte herum zu reißen. Die Lebensdauer der

• Membranen ermöglichende Verbindung zwischen' Pumpe ist daher kurz, und die Membranen müssen häu-

den beiden Membranen aufweist und wobei eine 15 fig ausgewechselt werden.

Luftkammer zwischen den beiden Membranen so- Der Erfindung liegt daher die Auf gäbe zugrunde, eine

wie eine Steuerung vorgesehen ist, die abwechselnd derartige Membran-Verdrängerpumpe so auszugestal-

die Luftkammer zur Durchfüh.-ung eines Pumpenhu- ten, daß die Lebensdauer erheblich verlängert wird,

bes der zusammengesetzten Membran mit Druck- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,

luft beaufschlagt und die Luftkammer entlüftet, wäh- 20 daß beide Membranen so geformt und mit dem Gehäu-

rend Druckluft in die weitere Luftkammer zur se verbunden sind, daß sie während des Pumpen- oder

Durchführung des Rückstellhubes der zusammenge- Rückstellhubes eine freie Kipp- oder Abrollbewegung

setzten Membran, die mit dem Gehäuse durch eine mit minimaler innerer Spannung durchführea

periphere Verankerung verbunden ist, geleitet wird, Bei der erfindungsgemäßen Membran-Verdränger-

dadurch gekennzeichnet, daß beide Mem- 25 pumpe erfolgt der Übergang von der Ausgangsstellung

branen (16,18) so geformt und mit dem Gehäuse (10) in die Pumpstellung und umgekehrt nicht durch eine in

verbunden sind, daß sie während des Pumpen- oder axiale Richtung streng ausgerichtete Bewegung, son-

Rückstellhubes eine freie Kipp- oder Abrollbewe- dem durch eine beliebige Taumelbewegung, die sich aus

gung mit minimaler innerer Spannung durchführen. den Eigenschaften der Membranen ergibt. Die Mem-

2. Membran-Verdrängerpumpe nach Anspruch 1, 30 branen sind hierfür bereits gewölbt hergestellt und so dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite eingespannt, daß sie die freie Kipp- oder Abrollbewe-Membran (16,18) jeweils mit einer zentralen Platte gung ohne elastische Beanspruchung durchführen. Hier-(20, 22) versehen sind und daß das die Mitten der durch wird die wesentliche Erhöhung der Lebensdauer Membranen (16,18) verbindende Verbindungsglied erzielt.

(24) als Gegenplatte für jede der zentralen Platten 35 Aus dem Prospekt Madden Diaphragm Metering

(20,22) dient, so daß beide Membranen (16,18) zwi- Pumps — Metriflow Series ist eine eingespannte Mem-

schen der zugehörigen zentralen Platte (20, 22) und bran bekannt, die im Ruhezustand einen gewölbten

dem Verbindungsglied (24) befestigt sind. Ringteil aufweist, so daß die Membran während des

3. Membran-Verdrängerpumpe nach Anspruch 1 Hubes nicht oder nur wenig gedehnt werden muß. Die oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung 40 Membran ist mit einem in einem Zylinder geführten für die Luftkammer (26) die weitere Luftkammer Kolben über eine Membranscheibe fest verbunden. Die (28) konstant mit Druckluft beaufschlagt, während Platte der Membran führt somit eine streng ausgerichsie die Luftkammer (26) abwechselnd mit Druckluft tete axiale Bewegung aus, die durch die Führung des beaufschlagt und entlüftet. Kolbens in dem Zylinder bestimmt ist Um die Platte

45 herum befindet sich ein ringförmiger Bereich der Mem-

bran, der gewölbt ist Dies hat zur Folge, daß die Membran nicht ihre freie Kipp- oder Abrollbewegung durchführen kann, sondern eine Bewegung durch den Kolben

Die Erfindung betrifft eine Membran-Verdränger- aufgezwungen bekommt Hierdurch entstehen innere

pumpe mit einer Luftkammer, einer Pumpenkammer 50 Spannungen, die einen frühzeitigen Verschleiß der

für das zu pumpende Medium und einer zusammenge- Membran verursachen.

setzten Membran zwischen der Luftkammer und der In einer bevorzugten Ausführungsform sind die erste Pumpenkammer, wobei die zusammengesetzte Mem- und zweite Membran jeweils mit einer zentralen Platte bran eine erste, mit der Luftkammer in Verbindung ste- versehen und das Verbindungsglied dient als Gegenhende Membran, eine zweite, mit der Pumpenkammer 55 platte für jede der zentralen Platten, so daß beide Memin Verbindung stehende Membran, deren Durchmesser branen zwischen der zugehörigen zentralen Platte und kleiner als der Durchmesser der ersten Membran ist, dem Verbindungsglied befestigt sind,
und eine nur eine gleichzeitige Bewegung der beiden Die Membranen können aus gleichem oder verschie-Membranen ermöglichende Verbindung zwischen den denem Material gebildet sein. Die erste Membran beiden Membranen aufweist und wobei eine Luftkam- ω kommt auf beiden Seiten nur mit Luft in Kontakt und mer zwischen den beiden Membranen sowie eine Steue- kann deshalb aus einem einfacheren Standardmaterial rung vorgesehen ist, die abwechselnd die Luftkammer hergestellt sein als die zweite Membran, die auf einer zur Durchführung eines Pumpenhubes der zusammen- Seite mit dem zu pumpenden Medium in Kontakt l| gesetzten Membran mit Druckluft beaufschlagt und die kommt. Beispielsweise kann ein gummiertes Asbest |i| Luftkammer entlüftet, während Druckluft in die weitere 65 oder gummiertes grobes Tuch für die erste Membrane !|i; Luftkammer zur Durchführung des Rückstellhubes der benutzt werden, während die zweite Membrane vorfei zusammengesetzten Membran, die mit dem Gehäuse zugsweise aus haltbarerem Material, wie z. B. ein Viii« durch eine periphere Verankerung verbunden ist, gelei- TON, Neopren, Polyurethan oder ein hochwiderstands-