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Doppelt wirkende Membranpumpe
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Die Erfindung betrifft eine doppelt wirkende Membranpumpe mit in einem
Gehäuse axial hintereinander eingespannten und durch einen axial geführten, gemeinsamen
Stößel verbundenen Membranen sowie einem diesen zugeordneten Druckmittelventil,
das ein die Pumpe betreibendes Druckmittel taktweise gesteuert wechselweise wirksam
macht. Derartige Membranpumpen werden verwendet, wenn es gilt, schwieriges Fördergut
zu bewältigen.
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Auf dem Markt sind Membranpumpen bekannt, die mechanisch über Getriebe
und eine Kurbelwelle angetrieben werden. Als nachteilig hat es sich hierbei erwiesen,
daß der treibende Motor, das Vorgelege sowie die Kurbelwelle einen erheblichen Platzbedarf
aufweisen und einer stabilen und damit aufwendigen gegenseitigen Verbindung bedürfen,
um die Antriebsmomente sicher aufnehmen zu können.
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Weiterhin auf dem Markt ist eine Membranpumpe, bei der zwei axial
hintereinander angeordnete und durch einen Stößel miteinander verbundene Membranen
innerhalb getrennter Kammern untergebracht sind, die sie in jeweils zwei Zylinderräume
unterteilen. Hierbei werden, durch ein Druckluftventil gesteuert, wechselweise die
jeweils einander zugekehrten Zylinderräume der beiden Membranen derart beaufschlagt,
daß die jeweils mit Druckluft beaufschlagte Membran sich, diesen verkleinernd, in
den äußeren Zylinderraum hineindrängt, während die gegenüberliegende Membran, von
der Druckluft entlastet, zum Druckluftauslaß zurückgezogen wird und damit den äußeren
Zylinderraum vergrößert.
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Damit wird zwar ein relativ geschlossener, kompakter Aufbau erreicht,
es ist aber erforderlich, den Druck der betreibenden Druckluft der Summe des Förder-
und Saugdruckes anzupassen. Ferner macht sich, auch bei der Verwendung von die jeweiligen
Ausschläge der Membranen begrenzten Anschlägen, die starke Beanspruchung der Membranen
unangenehm bemerkbar: Die jeweils mit Druckluft beaufschlagte Membran ist hierbei
mit einem Uberdruck zu belasten, der nicht nur dem Förderdruck mit einem den Förderstrom
bestimmenden Überdruck anzupassen ist, sondern darüber hinaus noch den Saugdruck
aufzubringen hat, den die gegenüberliegende, über den Stößel mit der druckbeaufschlagten
verbundene Membrane auszuüben hat.
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Als unangenehm wurde es oft empfunden, die Ventile inklusive der Steuereinrichtung
zur Verringerung von Verlusten direkt an den zu beaufschlagenden Pumpenräumen vorzusehen.
In einer Anzahl von Anwendungsfällen ist zusätzlich zu berücksichtigen, daß zwar
eine Hydraulikversorgung, nicht aber eine Druckluftversorgung vorgesehen ist.
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Die Erfindung geht daher von der Aufgabe aus, eine kompakte, raumsparend
aufgebaute Membranpumpe zu schaffen, die sich aus einer üblichen Hydraulikversorgung,
wie sie beispielsweise einem Schlepper zugeordnet ist, betreiben läßt, die sich
dem vorliegenden Druck anpassen läßt, und die problemlos auch schwieriges Pumpgut
zu bewältigen vermag.
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Gelöst wird diese Aufgabe, indem der Stößel einer gattungsgemäß ausgebildeten
Membranpumpe gemäß der Erfindung mittig mit einem Kolben ausgestattet und in einem
beidseitig åbgedichteten Zylinder geführt ist, indem die durch den Kolben getrennten
Zylinderräume mit dem Ausgange eines 4/Z-Wegeventils verbunden sind, dessen Eingänge
von einer Hydraulikanlage gespeist sind, und indem das Umschalten des 4/2-Wegeventiles
beim Erreichen eines vorgegebenen Hubes und/oder Druckes bewirkt wird. Hierdurch
wird unter Verzicht auf einen mechanischen Antrieb sowie einen direkten Druckluftantrieb
der Membranen mittels eines innenliegenden, zwischen den Membranen
vorgesehenen
Kolbens einerseits eine kompakte, an sich unkritische Membranpumpe erzielt, bei
der, da für den Antrieb und das Pumpen separate Flächen vorgesehen sind, durch Bemessung
der Kolbenfläche eine Anpassung an beliebige Hydraulikdrucke erzielt werden kann.
Auch die Unterbringung der Steuervorrichtung ist einfach, da infolge der Inkompressibilität
der Hydraulikflüssigkeit keine Verluste entstehen und-bei üblichen Pumpenfrequenzen
die Massenträgheit der bewegten Flüssigkeit noch keine Rolle spielt.
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Bewährt hat es sich, das Gehäuse fünfteilig aufzubauen und das Mittelteil,
den Gehäusemantel, zwei Stützringe aufweisen zu lassen, welche eine Zylinderhülse
abstützen, und die beidseitig durch Hydraulikanschlüsse aufweisende und mit Dichtungen
ausgestattete Deckel übergriffen sind, wobei seitlich anschließende Hauben die Membranen
gegen Flansche des Gehäusemantels verspannen und durch Ventile aufweisende Ventilplatten
abgeschlossen sind, und die Ventilplatten durch Kappen übergriffen sind, welche
die Saug- und Druckanschlüsse aufweisen. Eine einfache, raumsparende Anordnung ergibt
sich, wenn die Kappen jeweils durch eine in der Mittelebene angeordnete Wandung
in je einem Einlaß- und einem Auslaßventil zugeordnete Kammern unterteilt sind.
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Zur Steuerung hat es sich bewährt, dem Stößel dessen Extremlagen bzw.
die von die Membranen fassenden Grundplatten erfassende Endschalter zuzuordnen,
welche zur Auslösung der jeweiligen Umsteuerung vorgesehen sind. Gegebenenfalls
zusätzlich kann mindestens einem Eingang des die Umschaltung bewirkenden Ventiles
ein Druckschalter zugeordnet sein.
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Bewährt hat es sich, dem 4/2-Wegeventil eine Steuervorrichtung vorzuordnen,
welche beim Erreichen einer extremen Stellung des Stößels die Umsteuerung dieses
4/2-Wegeventiles bewirkt. Andererseits kann, gegebenenfalls zusätzlich, beim Überschreiten
des vorgegebenen Schaltdruckes der Druckschalter eine Umsteuerung des 4/2-Wegeventiles
auslösen.
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Die Einspannung der Membranen und Abdichtung derselben im Gehäuse
wird verbessert, wenn die Membranen einen nach außen hin keilförmigen verstärkten
Rand aufweisen. Eine einfache! betriebssichere und eine hohe Standzeit aufweisende
Ausführung der Einlaß- und Auslaßventile läßt sich erreichen, indem diese als aus
Kunststoff bestehende, ein Biegegelenk aufweisende, vorzugsweise rechteckige Klappen
ausgeführt sind. Zweckmäßig ist der Stößel zweiteilig ausgeführt, wobei dessen Teile
den Kolben zwischen sich, abgedichtet und durch Ansätze der Teile zentriert, halten,
und wobei die Teile des Stößels durch eine die Grundplatten gegen deren äußere Enden
spannenden Ankerbolzen gehalten sind.
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Zwar läßt sich eine derartige Membranpumpe für eine Reihe an sich
schwierig zu handhabender Pumpmedien, beispielsweise solcher hoher Viskosität oder
Feststoffe enthaltender, einsetzen; bewährt hat sie sich insbesondere für den Einsatz
als Güllepumpe. Derartige Pumpen können ortsfest angeordnet und zum Umwälzen bzw.
Durchmischen der Gülle oder zur Leerung von Güllegruben eingesetzt sein. Mit Vorteil
wird die Membranpumpe auf einem Güllewagen, vorzugsweise an dessen vorderem Ende,
angeordnet, und ihr Saug- und Druckanschluß werden mit umsteuerbaren Ventilen ausgestattet,
welche das Füllen des Güllebehälters, das Umwälzen der in ihm enthaltenen Gülle
und das Austragen derselben gestatten. Der Betrieb und der Anschluß gestalten sich
besonders einfach, wenn die dem Umschaltventil der Membranpumoe vorgeordneten Speiseanschlüsse
mit Schläuchen und Kupplungen zum Anschluß an das Hydrauliknetz eines Schleppers
ausgestattet sind. Zweckmäßig wird auch die Steuervorrichtung mit einem mit einer
Steckvorrichtung ausgestatteten flexiblen Anschluß mit dem elektrischen Bordnetz
des Schleppers lösbar verbunden.
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Im einzelnen sind die Merkmale der Erfindung anhand der folgenden
Beschreibung eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit dieses darstellenden
Zeichnungen erläutert. Es zeigen hierbei:
Fig. 1 einen Vertikalschnitt
durch eine doppelt wirkende Membranpumpe, Fig. 2 die Aufsicht auf die Pumpe nach
Fig. 1, und Fig. 3 im Schaltbild die Steuervorrichtung der Membranpumpe nach Fig.
1 und 2.
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Das Gehäuse der in Fig. 1 und 2 dargestellten Membranpumpe ist im
wesentlichen durch einen Gehäusemantel 1 dargestellt, der sich zur Mitte hin verjüngt
und in deren Bereiche zwei Stützringe 2 aufweist, die eine Zylinderhülse 4 abstützen
und beidseitig durch Deckel 5 und 6 verschlossen sind. Die Deckel enthalten jeweils
Hydraulikanschlüsse 7 und 8 und sind mit Dichtungen 9 und 1o ausgestattet. Die Flansche
3 des Gehäusemantels 1 sind jeweils von Hauben 11 und 12 abgedeckt, deren äußere
öffnungen durch Ventilplatten 13 und 14 abgeschlossen sind. Die Ventilplatten sind
durch Kappen 15 und 16 übergriffen, die jeweils durch eine vertikale Scheidewand
in zwei Kammern aufgeteilt sind, wobei jeweils die beiden vorne und die beiden hinten
liegenden Kammern durch Rohre 17 und 18 miteinander verbunden sind. Die Kammern
sind auch mit den entsprechenden Saug- und Drückanschlüssen, bspw. in Fig. 1 die
vordere der Kammern der Kappe 15 mit der Ansaugleitung 19, ausgestattet.
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Zwischen den Flanschen 3 des Gehäusemantels 1 und denen der Hauben
11 und 12 sind die nach außen hin keilförmig verstärkt verlaufenden Ränder der Membranen
20 und 21 eingespannt, die keilförmige Verstärkung erlaubt nicht nur die gewünschte
Abdichtung, sondern darüber hinaus sichert sie den Rand der Membran gegen Herausziehen
aus der sie aufnehmenden Fuge. Die Membranen sind auf Grundplatten 22 aufgelegt
und gegen diese vermittels von Spannplatten 23 fest und dicht verspannt.
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Die Grundplatten 22 sind ihrerseits durch einen Ankerbolzen 24 gegen
die äußeren Stirnflächen eines aus zwei Teilen 25, 26 gebildeten Stößels verspannt,
deren innere Enden einen in der Zylinderhülse 4 abgedichtet geführten Kolben 27
abgedichtet verspannen und mittels ihn untergreifender Ansätze zentrieren.
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Die beiden Ventilplatten 13 und 14 sind mit je einem Einlaßventil
28 und einem Auslaßventil 29 ausgestattet, die aus einem mäßig flexiblen Kunststoff
gebildet und mit einem durch eine als Federgelenk wirksame Einschnürung abgetrennten
Randstreifen mit der Ventilplatte 13 bzw. 14 verbunden sind, so daß ihre im wesentlichen
rechteckig ausgebildete Ventilklappe in entspanntem Zustand auf einer Öffnung der
Ventilplatte aufliegt. Zur Vereinfachung der Befestigung ist der Gehäusemantel mit
ein Innengewinde aufweisenden Lagerböcken 30 ausgestattet.
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Die Funktion der Membranpumpe wird in Verbindung mit der deren Steuervorrichtung
darstellenden Fig. 3 erläutert. Die den Kolben 27 aufweisende Zylinderhülse 4, hier
symbolisch als Zylinder 31 dargestellt, ist an die Ausgänge eines 4/2-Wegeventiles
38 angeschlossen, das über Hydraulikkupplungen 34, 35 und diesen nachgeordnete Schläuche
mit dem Hydrauliknetz eines Ackerschleppers verbunden ist. Dem Stößel des Zylinders
31, ggf.
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auch den hier nicht dargestellten Grundplatten, sind in deren Extremstellung
betätigte Endschalter 32 und 33 zugeordnet.
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In der dargestellten entregten Stellung des 4/2-Wegeschalters 38 werden
der links dargestellte Zylinderraum des Zylinders 31 mit Druckmittel beaufschlagt
und der rechts gezeigte entlastet. Der Kolben verschiebt sich demnach nach rechts
und nimmt hierbei die Membranen 20 und 21 der Fig. 1 nach rechts mit. Hierdurch
werden der zwischen der Haube 11 und der Membran 20 gebildete Zylinderraum vergrößert
und der zwischen der Membran 21 und der Haube 12 gebildete verkleinert.
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Dementsprechend werden durch den einsetzenden Strom des Pumpmediums
das Auslaßventil 29 der Ventilplatte 13 geschlossen und deren Einlaßventil 28 geöffnet,
während das Einlaßventil 28 der Ventilplatte 14 geschlossen und deren Auslaßventil
29 geöffnet werden. Während des Einströmens des Druckmittels über den Hydraulikanschluß
7 und das Ausströmen des verdrängten Druckmittels über den Druckmittelanschluß 8
wird
der Kolben 27 nach rechts verschoben, und der vor der Membran
2o anstehende, mit der Ansaugleitung 19 verbundene Zylinderraum saugt das Pumpmedium
an, während der vor der Membran 21 anstehende Zylinderraum das in ihm enthaltene
Pumpmedium zur Druckseite der Pumpe ausschiebt. In der nach Vollendung des Hubes
erzielten extremen Stellung des Stößels bzw. der Grundplatten 22 wird der Endschalter
32 betätigt, der seinen Arbeitskontakt schließt und einen Stromweg über die vom
Bordnetz des Schleppers gespeisten Steckvorrichtungen 40, 41 über ein Relais 42
schließt. Dieses hält sich über seinen eigenen Arbeitskontakt 43 und den Ruhekontakt
des Endschalters 33 und erregt mittels seines Arbeitskontaktes 44 den Betätigungsmagneten
37 des 4/2-Wegeventiles 38. Damit wird der Druckmittelfluß umgekehrt, und die Ventile
28 und 29 der Ventilplatten 13 und 14 kehren ihre Funktion ebenso um wie die vor
den Membranen 20 und 21 gebildeten Zylinderräume: Der vor der Membran 20 anstehende
ist bei geöffnetem Auslaßventil 2+ mit der Druckseite der Pumpe verbunden, während
der vor der Membran 21 gebildete bei geöffnetem Einlaßventil über Rohr 18 mit der
Ansugleitung 19 verbunden ist.
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Beim Erreichen der Endstellung wird der Endschalter 33 betätigt und
dessen Ruhekontakt geöffnet, so daß der Haltestromkreis des Relais 42 aufgebrochen
und dessen Arbeitskontakte 43 und 44 öffnen und der Betätigungsmagnet 37 entregt
werden. Das 3/4-Wegeventil 38 schaltet damit in die in Fig. 3 dargestellte Lage
zurück, und die Bewegung des Kolbens wird erneut umgekehrt.
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Die erfindungsgemäß ausgebildete Membranpumpe enthält nur einseitig
beaufschlagte Membranen, und die Belastung der Membranen entspricht nur jeweils
der eigenen Beaufschlagung durch das Pumpmedium. Der Aufbau der Gehäuseteile ist
so gewählt. daß Zerlegungen zur Inspektion oder Instandsetzung leicht durchzuführen
sind.
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Die Membranpumpe und ihre Steuervorrichtung lassen sich im Bedarfsfalle
weitgehend variieren. So kann die Umschaltung jeweils
1 durch das
Ansprechen eines auf der Eingangsseite d > steuerventiles 38 vorgesehenen Druckschalters
ausgelöst werden. Andererseits ist es aber auch möglich, jedem der Hydraulikans.chlüsse
7, 8 einen nur für eine spezielle Hubrichtung wirksamen Druckschalter zuzuordnen.
Ferner ist es möglich, grundsätzlich die Umschaltung durch Endkontakte zu bewirken,
und nur im Falle übermäßigen Ansteigens des Druckes bereits vor Erreichen der extremen
Endstellung das Umschalten einzuleiten.
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Die problemlose und Pumpmedien praktisch jeder Viskosität und jedes
Feststoffgehaltes bewältigende Membranpumpe läßt sich bevorzugt für den Transport
von Gülle einsetzen. Eine derartige Pumpe kann stationär angeordnet sein und zur
Entleerung von Gülle enthaltenden Gruben eingesetzt werden oder aber auch zum Durchmischen
des Inhaltes, indem parallel oder alternierend in unterschiedlichen Höhen Gülle
entnommen und in den gleichen Behälter wieder eingebracht wird. Besonders bewährt
jedoch hat sich die Membranpumpe für die Verwendung in Verbindung mit Güllewagen.
Zweckmäßig ist sie an derartigen Wagen, vorzugsweise vor dem Güllebehälter, angeordnet,
und ihre Versorgungsanschlüsse, d. h. sowohl die Hydraulikkupplungen 34, 35 als
auch die elektrischen Steckvorrichtungen 40, 41, sind mit der Hydraulikanlage bzw.
dem elektrischen Bordnetz des den Güllewagen ziehenden Schleppers verbunden. Dem
Saug- und Druckanschluß der Pumpe sind zweckmäßig Umsteuerventile vorgeordnet, die
manuell unterschiedliche Betriebsweisen einzuschalten gestatten. So wird zunächst
der Sauganschluß mit einem in eine Güllegrube führenden Rohr verbunden, während
die Druckseite direkt mit dem Behälter des Güllewagens verbunden ist und der Behälter
aus der Grube gefüllt werden kann. Während des Transportes sind beide Anschlüsse
mit dem Behälter des Wagens verbunden, so daß während der Anfahrt zum zu düngenden
Feld eine stetige Durchmischung stattfindet und einer Entmischung vorgebeugt wird.
Beim Erreichen des Feldes wird zum Einsetzen der Düngung zwar die Saugseite auch
weiterhin mit dem Behälterinneren verbunden, die Druckseite jedoch mit der jeweils
vorgesehenen Absprühvorrichtung, so daß nunmehr die Düngung aus
dem
Vorrate des Behälters heraus erfolgt.
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Gegenüber bekannten, meist mechanisch betriebenen Pumpen auf Güllewagen
ergeben sich erhebliche Vorteile. Mechanisch über die Zapfwelle angetriebene Pumpen
begrenzen den Minimalradius beim Einschlagen von Kurven, während sich hier sowohl
die Hydraulik- als auch die elektrischen Anschlüsse durch Verwendung von Schläuchen
bzw. Kabeln sich als äußerst flexibel erweisen und keine Beschränkung ergeben. Als
vorteilhaft erweist es sich auch grundsätzlich, auf die mechanische über tragung
zu verzichten und die die Pumpe betreibende Energie dem Hydrauliknetz zu entnehmen.
Damit wird auch die Unterbringung der Pumpe erleichtert, da keinerlei Antriebsmomente
die Lagerung beaufschlagen. Gegenüber den verbreitet benutzten Schneckenpumpen ergibt
sich weiterhin der Vorteil, daß im Falle des Verstopfens der Zuleitung bzw. des
Trockenlaufens keine Schäden zu befürchten sind. So ergibt sich insbesondere für
die angegebenen Verwendungsfälle eine robuste, nur einen geringen Aufwand erfordernde
Pumpe großer Standzeit, die auch ohne ständige Überwachung auf Trockenlauf betrieben
werden kann.