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Bezeichnung : "Doppelkammer-Membranpumpe"
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Die Erfindung richtet sich auf eine Doppelkammer-Membranpumpe mit
einem zentrisch in einem Gehäuse gelagerten Kolben mit an jedes seiner freien Enden
wirkmäßig befestigten» je einen Verdrägungsraum beaufschlagenden Pumpmembranen,
wobei die Verdrägungsraume mit dem Saugstutzen einerseits und dem Druckstutzen andererseits
über Rückschlagventile verbunden sind, und mit einer Einrichtung zur wechselweisen
Beaufschlagung der auf der zu dem Verdrtngungsraum gegenüberliegenden Seite der
Pumpmembran angeordneten Druckkammern tUr das Antriebsmedium.
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Der Anmelder stellt Doppel-Membranpumpen aus Metall her, welche insbesondere
in der chemischen und lebensmitteltechnischen lndustrte eingesetzt werden, bei denen
die einzelnen Verdrägungsraume von gegossenen Gehäuseteilen gebildet werden. Diese
Gehäuse sind dabei so gefertigt, daß sie gleichzeitig eines der Ventilgehäuse bilden.
An diese Ventilgehäuse lassen sich die Saugleitungen als einstückige Gußteile Ober
Spannelemente anschließen, während die anderen Ventilgehäuse i entiprechenden Druckstutzen
eingeformt sind, der wiederum dann über Spannelemente am jeweiligen Pumpengehäuse
angeflanscht werden kann. Zwischen den beiden Verdrägungsraumen werden die weiteren
Pumpenelemente, z.B. die Gehäusewände der Druckräume, für den Arbeitskolben wiederum
über Spannelemente festgelegt.
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Diese bekannte Pumpenkonstruktion hat ua. den Nachteil,
daß
sie aus sehr aufwendig geformten Gußelementen zusammenzubauen ist. Auch müssen wenigstens
sechs einzelne Spannringverschlüsse angelegt und verschraubt werden, wobei gleichzeitig
die Antriebssteuerung mit herkömmlichen hydraulischen bzw. pneumatischen Mitteln
sehr aufwendig und nicht wartungsfrei ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Doppelkammer-Membranpumpe
zu schaffen, welche aus wenigen Einzelteilen zusammenbaubar ist, wobei die Funktionssteuerung
der Pumpe möglichst einfach und wartungsfrei erfolgt.
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Bei einer Doppelkammer-Membranpumpe der eingangs bezeichnetzen Art
wird diese Ausgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die baugleichen. umschlagsymmetrisch
angeordneten Gehäuse der Verdrägungsräume unter klemmender Zwischenlage der Pumpmembranen
mit Kolben und Steuerelement su dem Pumpengehäuse zusammengefaßt sind.
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Der besondere Vorteil der Erfindung liegt darin, daß durch das Zusammenfassen
der Gehäuse der Verdrägungsräume mit den anderen Pumpenelemente z.B. durch einfache
Gewindebolzen eine sehr schnelle Montage und Demontage der Pumpe Möglich ist.
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In Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Verdrängungsräume als im
wesentlichen kugelausschnittförmige Ausnehmun-
en in den Kunststoffgehäusen
ausgebildet sind, mit einem Einlaß- und einem Auslaßstutzen, wobei für die Erfindung
wesentlich auch vorgesehen sein kann, daß im Bereich jedes Ein- und Auslaßstutzen
jedes Verdrängungsraumgehäuses ein Ventilgehäuse vorgesehen ist, wobei alle Ventilgehäuse
beim Verspannen der Verdrängungsraumgehäuse gegeneinander gleichzeitig an diesen
festlegbar sind, Ein besonderes Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die Ventilgehäuse
als Kugelventilgehäuse mit einem in diesen umschlagsymmetrisch einbauberen Kugelkäfig
und einem Kugelventilsitz ausgebildet sind. Mit der letztgenannten Maßnahme wird
erreicht, daB lediglich durch umgekehrten Einbau der Kugelkäfige mit den Kugelsitzen
ein Saugventil in ein Druckventil umgestaltbar ist, so daß alle Ventile der Pumpe
aus völlig baugleichen Teilen susammengesetzt werden können.
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Zweckmäßig ist es, wenn, wie dies die Erfindung ebenfalls vorsieht,
die mit dem zu beförderen Medium in Berührung kommenden Elemente aus hochverschleißfestem
Kunststoff gebildet sind, wobei selbstverständlich die Pumpmembran aus einem entsprechend
geeigneten Werkstoff, wie bekannt, besteht. Damit eignet sich die Pumpe zur Förderung
insbesondere hochaggressiver Füssigkeit und Gase ebenso, wie zur Förderung von Lebensmitteln.
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Um eine möglichst einfache Montage zu gewährleisten, insbesondere
eine Art Selbstzentrierung aller miteinander zu verbindender Teile, sieht die Erfindung
die Gestaltungen der Ansprüche 6 und 7 vor. Durch diese Maßnahme ist es möglich,
z.B. die gesamte Pumpe mit allen elementen, einschl.
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der Druck- und der Saugstutzen, über s.B vier Spannschrauben miteinander
festzulegen, wobei die Spannschraube die Klemm- bzw. Montageplatten durchsetzen,
die mit ihren lemmbereichen in die entsprechenden Klemmschrägen an den Ventilgehäusen
greifen, die Spannkraft auf die nach innen weisenden Klemmschrägen und damit auf
die Klemmschrägen an den Verdrängungsraumgehäusen übertragen. Durch die Distanzelemente
werden die Pumpmembranen gleichzeitig eingespannt, so das zwischen den beiden Pumpkammern
sitzende Ventilgehäuse. Zur Wartung bzw. Revision oder Reinigung der Pumpe bzw.
des Pumpeninneren bedarf es daher lediglich des Lösens von vier Schrauben, um Zugang
zu sämtlichen mit dem zu fördernden Medium in Berührung kommenden Pumpenelementen
zu haben.
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In weiterer Ausgestaltung sieht die Erfindung vor daß der Kolben und
ein die Druckluft umsteuerndes 2/4-Wegeventil in einem gemeinsamen, zwischen den
Verdrängungsraumgehäusen eungespannten Ventilgehäuse angeordnet sind, wobei der
Steuerkolben des Ventiles und der Kolben der Pumpe rechtwinklig zueinander angeordnet
sind.
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Um ein vollautomatisches Umsteuern des Antriebsmediums zu
erreichen,
sind nach der Erfindung die Gestaltungen der Anspruche 9 bis 14 vorgesehen.
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Die vorgenannten Maßnahmen bewirken, daß bei Verbindung eines Druckraumes
der Pumpe in einer der Totpunktlagen das Antriebsmedium versucht, den Steuerkolben
zu verschieben, der sich dann in einer Lage befindet» in der er gegen ein irn anderen
Kolbenraum befindliches Volumen an Antrieba- bzw. Steuermedium gedruckt wird. In
diesem Medium würde sich ein sehr hoher Druck bauen, der ein Verßchieben des Steuerkolbens
nicht möglich macht. Dem beugt die Erfindung durch die Maßnahme insbesondere der
Anspruche 10 und 11, d.h. zunächst wird der Entlüftungskolben, welcher gegen das
Voluinen- und Steuermedium gerichtet ist, ausgeschoben, der damit ermöglicht, daß
dieses Medium über den Inneraum des Steuerkolbens zum Auslaßstutzen des Ventiles
bei Verschieben des Steuerkolbens geführt werden kann.
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In weiterer besonderer Ausgestaltung sieht die Erfindung vor, daß
der Steuerkolben mit einer Mehrzahl von einstükkig mit diesem ausgebildeten Diehtrigen
ausgerüstet ist, wobei insbesondere zusätzlich vorgesehen sein kann, daß die Dichtringe
als zur Steuerkolbenmitte hin hinterschittene, wechselseitig nom Steuermedium aufschlagbare
Dichtrippen ausgebildet sind. Diese beiden letztgenannten Merkmale haben den Vorteil»
daß bei Ausbildung des Steuer-
kolbens aus Kunststoff eine völlige
Wartungsfreiheit des Ventiles gegeben ist, da bei Jeweiliger Druckbeaufschlagung
des entsprechenden Ringraumes des Steuerkolbens, der von zwei nebeneinanderliegenden
Dichtrigen gebildet wird, die in ihrer Wurzel verjüngten Dichtringe sich geringfügig
verkanten und dichtend an der Zylinderbohrung des Steuerkolbens anlegen.
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Die Erfindung ist t nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise
näher erläutert. Diese zeigt in Fig. 1 einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel
einer Doppelkammer-Membranpumpe nach der Erfindung, Fig. 2 einen Schnitt gemäß Linie
II-II in Fig. 1, Fig. 3 eine Explosionszeichnung von Elementen eines RücksohlageyentilgehjLuses
nach der Erfindung, Fig. 4 einen Schnitt durch das Gehäuse eines 2/4-Wegeventiles
nach der Erfindung nach Linie IV-IV in Fig.
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1, Fig. 5 einen Schnitt durch das 2/4-Wegeventil nach Linie V-V in
Fig. 4, Fig. 6 einen Schnitt durch das 2/4-Wegeventil gemäß Linie VI-VI in Pig.
4 und in
Bi. g. 7 eine vergrößerte Darstellung eines Querschnittes
durch den Steuerkolben des 2/4-Wegeventiles nash der Erfindung.
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Die in den Fig. 1 und 2 mit ihren Elementen in der Zusammenbaulage
wiedergegebene Doppelkammer-Membranpumpe, allgemein mit 1 bezeichnet, wird im wesentlichen
von zwei die Verdrängungsräume 2 und 3 umschließenden Pumpengehäusen 4 bzw. 5, einem
symmetrizch dazwischen angeordneten, als 2/4-Wegeventil ausgebildeten Steuerelement
6 und sich elnerseitz an diesem Steuerelement 6 und an einem Ringflansch 7 an jedem
Pumpengehäuse 4 bzw. 5 abstützenden, tellerförmingen Klemmelement 8 bzw. 8' für
eine Pumpmembran 9 bzw.
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9' in jeder Kammer gebildet. Die vorbezeichneten Elemente werden von
vier Spannelementen 10 titer Spannschrauben 11 gegeneinander verspannt. Die Spannschrauben
11 sind dabei vom Äußeren des Pumpenkörpers zugänglich, weitere Spannelemente sind
entbehrlich.
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Wie sich insbesondere aus rig. 1 ergibt, durchsetzen die Spannelemente
10 mit ihren Gewindeenden seitliche Klemm-bzw. Montageplatten 12 bew. 12', die randseitig
mit zum Pumpeninneren hin geneigten Klemmschrägen 13 ausgerüstet sind, die in entsprechende
Klemmschrägen an den Gehäusen 15 von allgemein mit 16 bezeichneten Rückschlagventilen
eingreifen.
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Wie sich insbesondere aus Fig, i ergibt, sind am Saug-
stutzen
17 bzw. 17' und am Druckstutzen 18 bzw. 18' jedes Pumpengehäuses bzw. 5 je ein Rückschlagventil
16 vorgesehen, deren Gehäuse 15 ebenso baugleich sind, wie die darin angeordneten
Kugelkäfige 19 und Kugelsitze 20, die in Fig 3 in Aufsicht und jeweils geschnitten
dargestellt sind. Durch unterschiedliche Einbaurichtungen des Kugelkäfiges mit Kugel
und Kugelsitz sind die ansonsten völlig gleichen Rückschlagventile einmal als Saugventiie
und einmal als Druckventile eingesetzt, wie sich dies besonders deutlich aus Fig.
1 ergibt, Die Rückschlagventile 16 sind neben einer äußeren Klemmschräge 14 auch
mit einer inneren Klemmschräge 14' ausgerüstet, die sich an einer entsprechenden
Hinterschneidung 21 an den Pumpengehäusen 4 und 5 formschlüssig abstützen.
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Bei der Montage werden die 5aug- bzw. Druckrohre 22 bzw.
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23 in die entsprechenden Aufnahmen an den Rückschlagventilen eingesteckt
und alle Pumpenelementen durch Spannen der Schrauben 11 miteinander formschlüssig
und dichtend verbunden. Die Pumpmembranen 9 werden dabei von den Klemmelementen
8 an den Ringschultern 7 dichtend festgelegt, da der Spanndruck sich über die Pumpengehäuse
4 und 5 auf die Klemmelemente 8 Ober das Gehäuse des Steuerelementes 6 überträgt
An den Klemmplatten 12, die von den Spannbolzen durchsetzt werden, können noch Standbeine
24 bzw. andere Mon-
tageelemente für die Doppelkammer-Membranpumpe
1 vorgesshen sein.
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Die Pumpmembran 9 bzw. 9' teilt den jeweiligen Pumpenraum in einen
Verdrägungsraum, z.B. mit 2 oder mit 3 bezeichnet. und einen Druckraum 24 bzw. 25
fUr das Arbeitamedium, z.B. für Druckluft oder ein Hydrauliköl o. dgl. Die Druckräume
24 bzw. 25 vergrößern bzw. verkleinern sich entgewengesetzt synchron, getrieben
durch einen an der Membran 9 bzw. 9' festgelegten Pumpenkolben 26, der das Steuerelement
6 durchsetzt. Die Pumpmembranen 9 bzw. 9' sind dabei zentrisch an der Stirnseite
des Pumpkolbens 26 festgelegt. Der Ein- und Austritt des Pumpenkolbens 26 in das
Gehäuse 27 des Steuerelementes 6 (s. Fig. 5) wird von mit einer inneren Ringnut
28 und einer äußeren ringnut 29 ausgerüsteten Führungsbuchsen 30 gebildet. Die Funktion
der Ringnuten ist weiter unten näher beschrieben. Diese Führungsbuchsen 30 können
innen mit einer das wartungsfreie Gleiten unterstützenden Beschichtung versehen
sein.
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Senkrecht zum Pumpenkolben 26 ist im Gehäuse 27 eine Zylinderbohrung
31 vorgesehen, in der ein selbst als Hohlzylinder ausgebildeter Steuerkolben 32
verschiebbar gelagert ist. Die Gestaltung des Steuerkolben 32 ergibt sich besonders
anschaulich aus Fig. 7, die den Steuerkolben 32 im Schnitt darstellt. Wesentlich
ist, daß der Steuerkolben 32 an seinem Umfang mit einstückig mit ihm ausgebil-
deten
Dichtringen 33 ausgerüstet ist, die aut Jeder Seite mit einer Hinterschneidung derart
versehen sind, daß nich ein materialverdOnnter Fußbereich ergibt. Bei einseitiger
Druckbeaufschlagung eines derartigen Dicktringes 33 kann sich dieser aufgrund des
materialverdünnten Fußbereiches geringfüging innerhalb des Zylindersraumes 31 verkanten,
so daß sich eine sehr hohe Dichtwirkung ergibt.
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Wie sich auch aus Fig. 7 ergibt, sind innerhalb des Steuerkolbens
32 twei Entlüftungskolben 33 bzw. 35' vorgesehen, die mit einer Innenbohrung 36
ausgerustet sind, die mit einer Ringnut 37 wirkmäßig verbunden ist, die im Kopfbereich
jedes Entlüftungskolbens 35 vorgesehen ist. Der Kopfbereich jedes Entlttftungskolbens
35 ist als Dichtsitz ausgebildet, im dargestellten Beispiel als Kegelstumpf, der
mit entsprechender Kegelflächen an der Stirnfläche des Steuerkolbens 32 zusammenwirkt.
Im Kopfbereich 38 ist eine Auenehmung 39 sehr kleiner Abmessung vorgesehen, die
permanent den Durchtritt einer geringen Menge des Arbeitsmediums aus dem Raum vor
dem Entlüftungskolben in den Ringraum 37 und von dort durch die Bohrung 36 in den
mit 40 bezeichneten Innenraum des Steuerkolbens 32 ermöglicht. Wie sieh aus Fig.
7 in Verbindung mit Fig. 6 ergibt, weist der Steuerkolben 32 wenigstens eine Bohrung
41 auf, die den Innenraum 40 mit einem durch zwei Dichtstege 33 detinierten Ringraum
verbindet. In der Gebrauchslage ist dieser Ringraum permanent über eine entsprechende
Leitung mit dem
mit 42 bezeichneten Auslaß ftlr das Arbeitsmedium
des Steuerelementes 6 verbunden.
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Auf jeder der den Druckkammern 24 bzw. 25 zugewandten Flächen sind
im Gehäuse 27 Eintrittsöffnungen 43 bzw. 43' fur das Arbeitsmedium und Austrittöffnungen
44 bzw. 44' vorgesehen, die über Kanäle mit dem Eintritt 45 für das Arbeitsmedium
im Ventil bzw. den Austritt 42 umschaltbar verbunden sind.
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Wesentlich ist, daß die Jeweils stirnseitigen Xolbenräume des Steuerkolbens
32 über Leitungen 46 bzw. 47 im Ventilkörper 27 den äußeren Ringräumen 29 in den
Führungsbuchsen 30 verbunden sind. Diese äußeren Ringräume sind über Stichbohrungen
48 mit den inneren Ringleitungen 28 verbunden und können über eine Nut 49 im Pumpenkolben
26 mit dem jeweiligen Druckraum verbunden werden. Ein dieser Endstellungen ist in
Fig. 1, linke Figurenhälfte, dargestellt.
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für die Darstellung der Fig. 6 sei noch klargestellt, daß die jeweils
gestrichen angegebenen Bohrungen bei der Darstellung Jeweils um 90° versetzt wiedergegeben
sind, d.h.
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nicht in der Zeichenebene liegen.
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Die Wirkungsweise des Steuerelementes 6 in Verbindung mit dem Pumpenkolben
26, dem Steuerkolben 32 und den Entlüftungskolben
37 ist die folgende:
Bei der in Fig. 6 wiedergegebenen Stellung des Steuerkolbens 32 in der rechten Endlage
und dem Pumpenkolben 26 in Fig. 1 in der linken Endlage ist kurzfristig über die
Nut 49 im Pumpenkolben 26, die inneren Ringnut 28, die Verbindungsbohrung 48, die
äußere Ringnut 29 und schließlich die Leitung; 46 die rechte Ringkammer, in Fig.
6 mit 50 bezeichnet, den in der Druckkammer 24 herrschenden hohen Druck ausgesetzt.
Dieser Druck überträgt sich nun über die Ausnehmung 39, den Ringraum 37 und die
Innenbohrung 36 des rechten Entlüftungskolbens 35' und den Innenraum tIO, auf die
mit 51 bezeichnete Stirnfläche des linken Entlüftungskolben 35 und stößt diesen
aufgrund des Flächenverhältnisses nach links in die in Fig. 7 bzw. 6 wiedergegebene
linke Stellung. Damit ist es mffglich, daß das in dem in Fig. 6 mit 52 bezeichneten
Ringraum befindliche Arbeitsmedium durch die Innenbohrung 36 in das Innere 40 des
Steuerkolbens 32 zurückfließen kann, während sich dieser nach links, bezogen auf
Fig. 7 bzw. Fig. 6, versetzt Damit wird dem Steuerkolben 32 bei der Verschiebung
kein nennenswerter Widerstand entgegengesetzt, was sonst zu Fehlbetätigung führen
könnte. Das Arbeitsmedium fließt dann, wie bereits oben beschrieben, zum Auslaß
42.
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Ist der Steuerkolben 32 nach links verschoben, so wird der Zugang
des Arbeitsmediums von der Druckkammer 24 auf
die Druckkammer 25
umgesteuert und gleichzeitig der Auslaß zum Rückfluß des Arbeitsmediums aus der
Druckkammer 24 zum Auslaß 42 freigegeben.
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Natürlich ist das beschriebene Ausführungsbeispiel in vielfachter
Hinsicht abzuändern, ohne den Grundgedanken d-r Erfindung zu verlassen. Wesentlich
ist zunächst, daß eine Beschränkung auf Materialien nicht vorgenommen ist, wenngleich
zweckmäßig alle mit dem zu pumpenden Medium in Berührung kommenden Pumpenteile aus
Kunststoff gefertigt sein könen, ebenso wie alle Teile des Steuerelementes, wobei
dessen Gehäuse z.B. auch aus einem Leichtmetall oder einer Leichtmetallegierung
gefertigt sein kann.
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L e e r s e i t e