DE3026792C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine verbesserte Membran­ pumpe.

Es ist bekannt, daß eine Membranpumpe eine Membran aufweist, die einen Antriebsraum, dem ein Antriebsfluid zugeführt wird, von einem Pumpraum für das zu verdrängende Fluid trennt. Der Antriebsraum wird abwechselnd druckbeaufschlagt und druck­ entlastet, um Fluid aus dem Pumpraum durch einen ein Ein­ wegventil enthaltenden Auslaß zu verdrängen und Fluid in den Pumpraum durch einen ein Einwegventil aufweisenden Einlaß anzusaugen oder strömen zu lassen.

Um eine Fluidverdrängung mit im wesentlichen gleichbleiben­ dem Druck zu erreichen, ist es bekannt, mehrere solche Pum­ pen miteinander zu verbinden, wobei diese Pumpen gemein­ same Ein- und Austrittskanäle aufweisen und von einem ge­ meinsamen Antrieb getrieben werden, wobei jedoch das Ar­ beitsspiel jeder Pumpe zu demjenigen der anderen Pumpen phasenverschoben ist. Eine solche Anordnung hat jedoch den Nachteil, daß, falls ein Auslaßventil einer Pumpe in der Offenstellung steckenbleibt, das Hochdruckfluid im ge­ meinsamen Austrittskanal zurück in den Pumpraum strömt und schließlich die Membran beschädigt wird. Die auf­ tretende Beschädigung der Membran resultiert hauptsäch­ lich daraus, daß die Membran durch den Hochdruck gegen die Wandungen des Antriebsraums gedrückt und in Öffnungen und runde scharfe Kanten in diesen bzw. dieser Wandungen hineingedrückt wird. Ein Bereich, in dem ein solches Ein­ drücken speziell auftritt, liegt um den Einlaß des An­ triebsfluids in den Antriebsraum.

Es wurde bereits in Verbindung mit einer Rohrmembranpumpe vorgeschlagen, diesen Einlaß mit einer Öffnungen aufwei­ senden Platte abzudecken, um dadurch den Querschnitt der einzelnen Öffnungen, durch die die Membran extrudiert bzw. gedrückt werden könnte, zu vermindern.

Unter diesen Bedingungen tritt jedoch eine noch stärkere Beschädigung der Membran dadurch auf, daß, während der Pumpraum mit Hochdruckfluid gefüllt wird, der Antriebs­ raum weiter abwechselnd mit druckbeaufschlagter Flüssig­ keit gefüllt und druckentlastet wird, so daß die Membran ständig wieder in Anlage an die Wandung des Antriebsraums gebracht wird.

Die Druckschrift des deutschen Gebrauchsmusters 73 03 301 offenbart eine Membran-Kolbenpumpe, bei der ein eine Kammer bildendes Gehäuse durch eine Membran in einen Antriebsraum oder einen Pumpraum unterteilt wird. Der Pumpraum weist einen Einlaß und einen Auslaß für das zu fördernde Fluid auf, die durch Einwegeventile abgesichert sind. Der Antriebsraum hat einen Auslaß hin zur Atmosphäre sowie einen Einlaß für das Antriebsfluid, das periodisch druckbeaufschlagt wird. Dabei steht der mit einem Ventil versehene Einlaß des Antriebsraums mit einem Zylinder in Strömungsverbindung, indem ein Kolben verschiebbar angeordnet ist, um die periodischen Druckschwan­ kungen zu erzeugen. Trotz eines vorhandenen Überdruckventils wird jedoch bei dieser Vorrichtung die Membran beim Vorliegen von erhöhtem Druck in der Arbeitskammer nicht von der An­ triebsbewegung entkoppelt, so daß sich auch im Falle von vorliegenden Störungen Flatterbewegungen der Membran ergeben.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei erhöhtem Druck in der Ar­ beitskammer die Membran mit einfachen Mitteln von den An­ triebseinflüssen zu trennen, um Beschädigungen der Membran zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, Unteransprüche sind auf bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gerichtet.

Die Erfindung ist insbesondere für Pumpen mit einer rohr­ förmigen Membran anwendbar, wobei der Pumpraum innerhalb der Membran und der Antriebsraum zwischen der Membran und den Wandungen der Kammer im Pumpengehäuse definiert ist, sie ist jedoch ebenso bei anderen Membranpumpen einsetz­ bar.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Axialschnitt durch ein Ausführungsbei­ spiel der Membranpumpe nach der Erfindung, wobei diese zu einer Mehrzahl Pumpen einer Pumpengruppe gehört und ein Teil des Ven­ tils im Einlaß der Antriebskammer weggelas­ sen ist;

Fig. 2 eine Schnittansicht II-II nach Fig. 1;

Fig. 3 eine größere Schnittansicht durch das Ventil am Einlaß des Antriebsraums nach Fig. 1; und

Fig. 4 eine Schnittansicht IV-IV nach Fig. 3.

Die Pumpen-Baugruppe, die zum Teil in Fig. 1 gezeigt ist, umfaßt eine Mehrzahl Membranpumpen 1, die von einer ge­ meinsamen Antriebswelle getrieben werden und so angeordnet sind, daß der Arbeitszyklus jeder Pumpe sich um einen gleichbleibenden Wert phasenmäßig von der jeweils benach­ barten Pumpe unterscheidet. Für den Antrieb der Pumpen kann die Antriebswelle z. B. einen Exzenter tragen (vgl. z. B. die GB-PS 14 03 528), der gleichwinklig beabstandete An­ sätze trägt, mit deren jedem ein Kolben 2 mittels eines Stifts, der eine Öffnung 2a im Kolben durchsetzt, verbunden ist. Jeder Kolben 2 ist in einem Zylinder 3 aufgenommen, der vom Gehäuse 4 einer Pumpe 1 radial verläuft.

Das Gehäuse 4 weist eine im wesentlichen rohrförmige Kammer 5 auf, in der eine rohrförmige Membran 6 aufgenommen ist. Die Membran 6 unterteilt die Kammer 5 in einen Pumpraum 7 für zu verdrängendes Fluid und einen Antriebsraum für Antriebsflüssigkeit, wobei der Antriebsraum 8 mit dem Zylin­ der 3 über eine Öffnung 9 in der Wandung des Gehäuses 4 verbunden ist.

Am Einlaßende des Pumpraums 7 ist die Membran zwischen dem Gehäuse 4 und einem Organ 10 gehalten, und das Organ 10 ist in seiner Lage durch ein Organ 11, das einen Sitz für ein Einweg-Einlaßventil 12 bildet, und ein Festlegeorgan 13, das auf das Gehäuse 4 geschraubt ist, gehalten. Das Ven­ til 12 ist in einer Blindbohrung 14 in einem axial durch den Pumpraum verlaufenden Dorn 15 verschiebbar aufgenommen.

Am Auslaßende des Pumpraums ist die Membran 6 zwischen dem Gehäuse 4 und dem Ende des Dorns 15 gehalten, in dem Kanäle 16 für das Ausströmen von Flüssigkeit aus dem Pumpraum vor­ bei an einem Einwegventil 17 vorgesehen sind, das zwischen einem durch ein Organ 18 gebildeten Sitz und den axialen Enden von an einem Einsatzstück 20 vorgesehenen Flanschen 19 verschiebbar ist. Das Organ 18 und das Einsatzstück 20 sind durch ein Festlegeelement 21 in ihrer Lage gehalten, das in das Ende des Gehäuses 4 geschraubt ist.

Nach Fig. 2 weist der Dorn mehrere, z. B. sechs, Flügel bzw. Vorsprünge 22 auf, die die Membran 6 in ihrem ent­ spannten Zustand kontaktieren (vgl. die Fig. 1 und 2).

In der Pumpen-Baugruppe ist die Mehrzahl Pumpen 1 durch ein Gehäuse 23 miteinander verbunden, das zu Montagezwecken zweiteilig ausgeführt ist. Das Gehäuse ist mit Antriebs­ flüssigkeit gefüllt, und das Innere jedes Zylinders 3 ist mit dem Gehäuse durch Durchgänge 24 im jeweiligen Kolben verbunden; diese Durchgänge 24 werden freigegeben, wenn der Kolben zurückgezogen wird (vgl. Fig. 1).

Während die Welle umläuft, wird jeder Kolben 2 in seinem Zylinder 3 hin- und herbewegt. In der Stellung nach Fig. 1 ist der Zylinderraum mit dem Gehäuseraum, der Atmosphären­ druck hat, verbunden, und die Membran 6 ist entspannt. Der Kolben 2 wird aus der Stellung nach Fig. 1 in den Zylinder 3 bewegt und verdichtet die im Zylinder 3 befindliche An­ triebsflüssigkeit und verschiebt die Membran unter Druck­ beaufschlagung. Dadurch wird die Membran 6 um den Dorn 15 zusammengedrückt und verdrängt Flüssigkeit aus dem Pumpraum 7 durch das Auslaßventil 17. Während des Rückhubs des Kol­ bens 2 entspannt sich die Membran und saugt Flüssigkeit durch das Einlaßventil 12 in den Pumpraum 7. Die Pumpe nach Fig. 1 ist zum Betrieb mit sehr kurzem Arbeitsspiel ausgelegt, z. B. für bis zu 1500 Arbeitsspiele/min. Aus diesem Grund muß die Membran sehr schnell in ihren ent­ spannten Zustand zurückkehren können. Daher ist die Mem­ bran hochfedernd biegsam, so daß sie, während sie um den Dorn 15 zusammengedrückt wird, Energie speichert, und diese Energie wird genutzt, um die Membran in den entspannten Zustand zurückzubringen.

Nach den Fig. 3 und 4 weist die Einlaßöffnung 9 des Zylin­ ders 3 in den Antriebsraum 8 ein Ventil auf, das so ausge­ legt ist, daß es die Membran 6 für den Fall schützt, daß das Auslaßventil 17 der Pumpe in seiner Offenstellung bleibt, weil es z. B. in dieser steckengeblieben ist oder beschädigt wurde, so daß es nicht schließen kann, wodurch Hochdruck­ flüssigkeit am Ventil 17 vorbei zurück in den Pumpraum 7 strömt. Unter diesen Bedingungen dehnt sich die Membran 6 gegen die Wandungen der Kammer 5 im Gehäuse 4 aus. Wenn kein Ventil in der Öffnung 9 vorgesehen wäre, würde die Membran dann mit einem gleichbleibend hohen Druck in dem Pumpraum 7 beaufschlagt werden, der beim Zurückziehen des Kolbens aus dem Zylinder und offenen Durchgängen 24 nicht durch einen gleichhohen Druck im Raum 8 ausgeglichen wird. Daher würde ein Reißen der Membran über der Öffnung 9 erfolgen.

Das Ventil 25 umfaßt ein Ventilglied 26, das zwischen einer Offenstellung, die in den Fig. 3 und 4 rechts gezeigt ist und in der der Zylinder 3 mit dem Antriebsraum 8 in Strö­ mungsverbindung steht, und einer Schließstellung, die in den Fig. 3 und 4 links gezeigt ist und in der die Verbindung zwischen dem Zylinder 3 und dem Antriebsraum 8 unterbrochen ist, verschiebbar ist.

Das Ventilglied 26 ist im wesentlichen becherförmig, es umfaßt einen geschlossenen Boden 27 und Öffnungen 28 in seiner Seitenwandung. Das Ventilglied ist durch Federn 29, z. B. Tellerfedern, in seine Offenstellung beauf­ schlagt und wirkt mit einem Ventilkörper 30, der in der Öffnung 9 aufgenommen ist, zusammen. Der Ventilkörper 30 weist eine Mehrzahl radiale Durchgänge 31 auf, die mit einem Ringkanal 32 in Verbindung stehen. Der Ringkanal 32 ist über Durchgänge 33 mit dem Gehäuseraum verbunden.

In der Offenstellung des Ventilglieds 26 steht der Zylinder 3 mit dem Antriebsraum 8 über die Öffnungen 28 in Strö­ mungsverbindung, und die seitliche Wandung des Ventilglieds 26 schließt die Durchgänge 31. Das Ventilglied 26 wird unter Normalbetriebsbedingungen in seiner Offenstellung durch die Federn 29 gehalten und ist so angeordnet, daß es unter Normalbedingungen die Membran 6 nicht kontaktiert. Wenn nach Druckentlastung im Arbeitsraum ein Hochdruck im Pumpraum 7 ausgeübt wird, dehnt sich die Membran in Kontakt mit dem Ventilglied 26 aus und verschiebt dieses in die Schließstellung (vgl. die linke Seite in den Fig. 3 und 4). In dieser Stellung ist die Verbindung zwischen dem Zylinder 3 und dem Antriebsraum 8 unterbrochen, und der Zylinderraum steht mit dem Gehäuseraum (in dem Atmosphärendruck herrscht) durch die Verbindung zwischen den Öffnungen 28, den Durch­ gängen 31, dem Ringkanal 32 und den Durchgängen 33 in Ver­ bindung. Dadurch wird der auf das Ventilglied 26 wirkende Druck vermindert; das Ventilglied 26 bleibt in seiner Schließstellung, bis der die Membran 6 beaufschlagende Hochdruck nicht mehr vorhanden ist.

Somit ist also am Einlaß der Antriebsflüssigkeit in den An­ triebsraum 8 ein Ventil vorgesehen, das bei Normalbetrieb der Pumpe geöffnet bleibt. Wenn die Membran mit einem hohen Innendruck beaufschlagt wird, nachdem der Druck im Antriebs­ raum vermindert wurde, wird das Ventil durch die Membran geschlossen und bleibt geschlossen, bis der auf die Membran wirkende Druck nicht mehr vorhanden ist. Dies bietet den Vorteil, daß, nachdem die Pumpen-Baugruppe abgeschaltet ist und die Membran in ihre normale ent­ spannte Lage zurückkehrt, das Ventil sich unter der Kraft der Federn 29 öffnet. Wenn der Schaden nicht beseitigt wird, bevor die Pumpe wieder eingeschaltet wird, schließt sich das Ventil 25 sofort, sobald die Pumpe eingeschaltet und der Hochdruck in den gemeinsamen Förderkanälen erzeugt wird. Wenn jedoch der Schaden im Auslaßventil 17 behoben ist, bleibt das Ventil 25 in der Offenstellung, und die Pumpe nimmt den Normalbetrieb wieder auf.

Das Ventilglied 26 ist so angeordnet, daß die Oberfläche des Bodens 27 des Ventilglieds 26, die der Membran zuge­ wandt ist, im wesentlichen eben und im wesentlichen mit der Oberfläche der Wandungen des Antriebsraums 8 bündig ist, wenn das Ventilglied die Schließstellung einnimmt.

Die Erfindung wurde zwar vorstehend unter Bezugnahme auf eine rohrförmige Membranpumpe erläutert, sie ist jedoch auch bei anderen Arten von Membranpumpen, z. B. Pumpen mit ebenen Membranen, anwendbar.

Claims (5)

1. Membranpumpe

• - mit einem eine Kammer bildenden Gehäuse,
• - mit einer in der Kammer angeordneten Membran, die die Kammer in einen Antriebsraum und einen Pumpraum unterteilt, wobei
  • - der Pumpraum einen Einlaß und einen Auslaß für zu för­ derndes Fluid aufweist und der Ein- und der Auslaß je ein Einwegventil enthalten,
  • - der Antriebsraum einen Auslaß zur Atmosphäre und einen Einlaß für Antriebsfluid aufweist, das abwechselnd druck­ beaufschlagt und druckentlastet wird, und wobei
  • - der mit einem Ventil versehene Einlaß des Antriebsraums mit einem Zylinder in Strömungsverbindung steht, in dem ein Kolben verschiebbar ist, um abwechselnd die Druckbe­ aufschlagung und Druckentlastung des Antriebsfluids zu bewirken,

dadurch gekennzeichnet,

• - daß das Ventil (25) ein Ventilglied (26) mit Öffnungen (28) aufweist, die in der Offenstellung mit dem Pumpraum (7) und in der Schließstellung mit dem Auslaß (31, 32, 33) in Strö­ mungsverbindung stehen, und
• - daß das normalerweise offenstehende Ventilglied (26) bei Be­ rührung durch die Membran (6) in seine Schließstellung be­ wegt wird.

2. Membranpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied (26) im wesentlichen becherförmig ausge­ führt ist, mit einem geschlossenen Boden (27) und einer Sei­ tenwandung, wobei der geschlossene Boden (27) der Membran (6) zugewandt ist und in der Seitenwandung die Öffnungen (28) gebil­ det sind.

3. Membranpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Ventil (25) einen im Einlaß (9) des An­ triebsraums (8) angeordneten Ventilkörper (30) aufweist, der die mit der Atmosphäre in Verbindung stehenden Kanäle (31) enthält.

4. Membranpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied (26) von einer Feder (29) in Richtung auf die Offenstellung beaufschlagt wird.