DE3710013A1 - Membranverdraengerpumpe, insbesondere fuer reibende, korrosive fluessigkeiten mit in suspension befindlichen teilchen od. dgl. - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Membranver­ drängerpumpe, insbesondere für reibende, korrosive Flüssig­ keiten mit in Suspension befindlichen Teilchen.

Es sind Membranverdrängerpumpen, insbesondere für reibende Flüssigkeiten, bekannt, die im wesentlichen aus einem Ge­ häuse bestehen, das in seinem Inneren eine Pumpkammer bil­ det, in welcher eine elastisch verformbare Membrane unterge­ bracht ist, um das Nutzvolumen der Pumpkammer zu reduzieren oder zu vergrössern. Die Pumpkammer ist über Einwegventile mit einer Saug- und einer Druckleitung für die zu pumpende Flüssigkeit verbunden und die Membrane wird von einer mecha­ nischen Einrichtung verformt, so dass abwechselnd eine Saug- und eine Druckphase realisiert wird.

Bei auf hohem Förderdruck und mit hoher Anzahl von Pump­ zyklen arbeitenden Pumpen erfolgt die Verformung der Mem­ brane mit einer unter Druck stehenden Steuerungsflüssigkeit, die von einem Kolben auf der Seite der Membrane, die zu der mit der zu pumpenden Flüssigkeit in Berührung befindlichen Seite entgegengesetzt liegt, gepumpt wird. Gewöhnlich wird der Kolben in diesen Fällen von einem Elektromotor betätigt.

Obgleich diese Art von bekannten Pumpen zweifellos Vorteile im Vergleich zu den üblichen, bisher verwendeten Kolben­ pumpen bietet, weil die zu pumpende Flüssigkeit nicht mit laufenden Organen in Berührung gelangt, sind einige Nachteile festzustellen.

Gewöhnlich haben nämlich die Elektromotoren eine hohe Be­ triebsgeschwindigkeit und, da auf Grund von Abnützungs­ problemen der Einwegventile, die mit der zu pumpenden Flüssigkeit in Berührung kommen, niedrige Pumpgeschwindig­ keiten notwendig sind, müssen Untersetzungen verwendet wer­ den, welche die Betriebsgeschwindigkeit stark untersetzen, oder ist es von Mal zu Mal, je nach den in der Pumpe ge­ wünschten Charakteristiken, notwendig, den Elektromotor zu entwerfen, um seine Betriebsgeschwindigkeit in Überein­ stimmung mit der Pumpgeschwindigkeit der reibenden Flüssig­ keit zu bringen.

Weiters müssen, wie im Falle des Pumpens von Lacken, wenn sich die Druckleitung unvorhergesehen verstopfen sollte, hochschnelle Interventionseinrichtungen vorgesehen werden, die den Motor abschalten, um Pannen oder Brüche zu ver­ meiden.

Ein weiterer Nachteil ist der, dass das Verhältnis zwischen dem Druck der Steuerungsflüssigkeit und der gepumpten Flüssigkeit, bei gleicher Fördermenge, für jede Pumpe vorbe­ stimmt ist und es zur seinen Veränderung notwendig ist, zur Gänze die Pumpe und den sie antreibenden Motor auszutau­ schen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Vermeidung der vorgenannten Nachteile und die Schaffung einer Membran­ verdrängerpumpe, die im Vergleich zu den bekannten Pumpen eine bessere Verwendungsflexibilität und eine erhöhte Le­ bensdauer besitzt sowie weniger Wartungstätigkeit erfordert.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 erreicht.

Weiterbildungen der erfindungsgemässen Membranverdränger­ pumpe sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Die Merkmale und Vorteile der Erfindung sind deutlicher der folgenden Beschreibung von zwei bevorzugten. Jedoch nicht ausschliesslichen Ausführungsformen der erfindungsgemässen Pumpe zu entnehmen, die, ohne darauf beschränkt zu sein, in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt sind. Es zeigen:

Fig. 1 die erfindungsgemäße Pumpe gemäss einer ersten Ausführungsform im Schnitt;

Fig. 2 und 3 schematische Schnitte zur Veranschaulichung der Funktionsweise der Pumpe gemäss der ersten Ausführungsform;

Fig. 4 schematisch die Ventileinrichtung für die Steuerung des pneumatischen Kolbens gemäss der Erfindung; und

Fig. 5 im Schnitt eine abgeänderte erfindungsgemässe Pumpe.

Gemäss den Zeichnungsfiguren weist die allgemein mit der Bezugsziffer 1 bezeichnete Pumpe gemäss der ersten Ausführungsform ein Hauptgehäuse 2 auf, welches innen wenig­ stens eine Pumpkammer bildet; in diesem Fall liegen zwei Kammern 3 und 4 vor, in denen eine elastisch verformbare Membrane 5, 6 untergebracht ist, welche die Pumpkammer in zwei Halbkammern unterteilt, u.zw. in eine erste Halbkammer 7, 8 und eine zweite Halbkammer 9, 10, die abgedichtet von­ einander durch die genannte Membrane getrennt sind.

Die erste Halbkammer 7, 8 zusammen mit einem an ihr ange­ schlossenen Kanal 11, 12 ist von einer unter Druck stehenden Antriebsflüssigkeit 50, gewöhnlich Öl, wie es in Druckölge­ trieben verwendet wird, gefüllt. Die zweite Halbkammer 9, 10 ist mit einer Saugleitung 13, 14, in welcher die zu pumpende Flüssigkeit 60 strömt, und mit einer Druckleitung 15, 16 ver­ bunden.

Auf der Saugleitung ist ein Rückschlagventil 17, 18 ange­ ordnet, ebenso ist auf der Druckleitung ein Rückschlagventil 19, 20 vorgesehen.

Die Kanäle 11, 12 münden im Bereich der Längsenden einer Steuerungskammer 21, in welcher ein Arbeitskolben 22 ver­ schiebbar ist, der mit einer Alternativbewegung längs seiner eigenen Achse betätigbar ist, um die Steuerungsflüssigkeit 50 in der ersten Halbkammern 7 und 8 zu drücken oder aus diesen abzusaugen und dabei eine Verkleinerung oder eine Vergrösserung des Nutzvolumens der zweiten Halbkammern her­ beizuführen und folglich die Flüssigkeit 60 zu pumpen.

Erfindungsgemäss ist der Arbeitskolben 22 operativ mit einem pneumatischen Kolben 23 verbunden, der mit einer Alternativ­ bewegung in einer Antriebskammer 24 angetrieben wird, welche in einem dem Hauptgehäuse 2 zugeordneten Hilfsgehäuse 25 ge­ bildet ist.

Der pneumatische Kolben 23 und der Kolben 22 sind koaxial auf ein und derselben Kolbenwelle 26 montiert und die An­ triebskammer 24 besitzt im Bereich ihrer Längsenden eine erste Zuführungsöffnung 27 bzw. eine zweite Zuführungsöffnung 28, in welche abwechselnd Druckfluid (ge­ wöhnlich Luft) eingedrückt wird.

Um die selektive Verbindung der Zuführungsöffnungen 27 und 28 mit einer Leitung 29 für das Druckfluid herzustellen, ist eine Steuerungseinrichtung vorgesehen, die mit dem Kolben 22 verbunden ist. Insbesondere besteht die Steuerungsein­ richtung aus einer Antriebsstange 30, die teilweise in der Welle 26 verschiebbar gelagert und operativ mit einer Ven­ tileinrichtung 40 verbunden ist, welche auf die Druckfluid­ leitung 29 wirkt. Das Ende der Antriebsstange 30 im Inneren der Welle 26 besitzt einen Kopf, der, je nach der vom Kolben 22 in der Steuerungskammer eingenommenen Stellung, mit einer ersten oder einer zweiten Schulter 31 bzw. 32 bei einer Verschiebung in Axialrichtung der Antriebsstange in Berührung gelangen kann. In der Nähe des entgegengesetzten Endes ist die Stange 30 mit einem kleinen Kolben 33 ver­ sehen, der in einer Hilfskammer 34 verschiebbar ist, die über ein Eintrittsröhrchen 35 mit Betriebs-Druckfluid ge­ speist wird. Auf den beiden Seiten des von entgegengesetzt angeordneten Federn 36 und 37 im Gleichgewicht gehaltenen Kolbens 33 wird der gleiche Druck aufrechterhalten, indem im Kolben selbst wenigstens ein Durchgangskanal vorgesehen ist. Von der Hilfskammer 34 führen zwei Austrittsröhrchen 38 und 39 weg, deren Mündungen in der Hilfskammer zueinander im Abstand liegen, so dass der Kolben 33 von diesen jeweils nur eine während seiner durch Berührung mit einer der inneren Schultern 31 und 32 hervorgerufenen Verschiebung öffnen kann.

Auf diese Weise ist die Antriebsstange pneumatisch mit der Ventileinrichtung 40 verbunden, die im wesentlichen aus einem pneumatischen Verteiler 40 besteht, der jeweils in entgegengesetzter Weise vom Druckfluid betätigt wird, das über die Röhrchen 38 und 39 zuströmt. Der pneumatische Verteiler verbindet die Druckfluidleitung 29, je nach der Bewegung der Antriebsstange 30, mit der Zuführungsöffnung 27 oder mit der Zuführungsöffnung 28 der Antriebskammer 24 und gestattet den Abfluss des Druckfluids durch die andere Öffnung 27 bzw. 28, wie es in Fig. 4 schematisch angedeutet ist.

Vorzugsweise ist das Hilfsgehäuse 25 lösbar dem Hauptgehäuse 2, beispielsweise mittels Schrauben 41, zugeordnet und gegen ein zweites analoges Gehäuse, jedoch mit anderem Durchmesser der Antriebskammer, austauschbar, um erforderlichenfalls das Verhältnis zwischen dem Druck der Druckflüssigkeit in der Antriebskammer und dem Druck in der Steuerungskammer zu ändern. Es ist offensichtlich, dass in diesem Fall auch der Pneumatikkolben entsprechend an den neuen Durchmesser der Antriebskammer angepasst werden muss.

Was die Pumpkammern anbetrifft, so können zwei Halbkammern mit kegelstumpfförmiger Gestalt vorgesehen werden und in diesem Falle haben die Membranen eine im wesentlichen kreis­ runde Form mit einer Verstärkung 42 in der Mittelzone.

Bei der zweiten Ausführungsform, in welcher die Pumpe mit der Bezugsziffer 1 a bezeichnet ist, sind ebenfalls zwei Pumpkammern vorgesehen, die im wesentlichen gleich denen, die in der ersten Ausführungsform beschrieben wurden, sind und von denen in Fig. 5 der Einfachheit halber unter Beibe­ haltung derselben Bezugsziffern nur eine dargestellt ist. Im Unterschied zur ersten Ausführungsform wird jede Pumpkammer von einer Steuerungskammer 21 a bzw. 21 b gespeist und sind daher zwei Arbeitskolben 22 a und 22 b vorhanden, die an den Enden ein und derselben Kolbenwelle 26 a angeordnet sind.

Für den Antrieb der Kolben 22 a und 22 b ist ein kleiner pneumatischer Kolben 23 a vorgesehen, der auf eine Mittelzone der Welle 26 a montiert ist.

In diesem Falle besteht das Hauptgehäuse 2 a aus zwei Teilen, zwischen denen das Hilfsgehäuse 25 a eingesetzt ist, wobei zur Steuerung der Umkehr der Bewegung des pneumatischen Kolbens an sich bekannte Vorrichtungen eingesetzt werden können, welche die Position des pneumatischen Kolbens oder der Kolben ermitteln, um die Speisung der Antriebskammer zu variieren.

Die Funktionsweise der erfindungsgemässen Pumpe ist die folgende (es wird der Einfachheit der Beschreibung halber auf die erste Ausführungsform Bezug genommen).

Am Ende der Ansaugphase in der Halbkammer 9, das dem Ende der Druckphase in der Halbkammer 10 entspricht, gelangt die innere Schulter 31 der Welle 26 mit dem Ende der An­ triebsstange 30 in Berührung und bewirkt deren Verschiebung, so dass der Kolben 33 das Austrittsröhrchen 39 öffnet. Das Betriebsdruckfluid, das in die Hilfskammer 34 durch das Röhrchen 35 eintritt, tritt durch das Austrittsröhrchen 39 aus und bewirkt die Umschaltung des pneumatischen Verteilers 40. Auf diese Weise wird die Zufuhr von Druckfluid in die Antriebskammer 24 umgekehrt und das Druckfluid durch die Öffnung 28 eingeführt.

Auf diese Weise wird die Bewegung des pneumatischen Kolbens 23 umgekehrt und die Druckphase in der Halbkammer 9 einge­ leitet, welche der Ansaugphase in der Halbkammer 10 entspricht, da die Steuerungsflüssigkeit vom Kolben 22 in die erste Kammer 7 gedrückt, hingegen aus der zweiten Kammer 8 abgesaugt wird.

Am Ende dieser Phase berührt die innere Schulter 32 der Welle 26 das Ende der Antriebsstange 30 und veranlasst die Öffnung des Austrittsröhrchens 38, wodurch eine neuerliche Umschaltung des pneumatischen Verteilers 40 verursacht wird. Durch diese Umschaltung wird der Bewegungssinn des pneumati­ schen Kolbens 23 umgekehrt und beginnt neuerlich die An­ saugphase in der Halbkammer 9, welche der Druckphase in der Halbkammer 10 entspricht.

Sollten Verstopfungen der Ventile oder der Leitungen eintre­ ten, kann man manuell auf das andere Ende der Antriebsstange 30 einwirken und dadurch in jedem Moment eine Umkehr des Zyklus herbeiführen, um die Verstopfung zu beiseitigen.

In der Praxis konnte festgestellt werden, dass erfindungsgemäss die eingangs gestellte Aufgabe gelöst wird, da es durch die Anordnung einer pneumatischen Betätigung des die Steuerungsflüssigkeit pumpenden Kolbens möglich ist, die Anpassung der Pumpe an die tatsächlichen Betriebserforder­ nisse zu verbessern.

Weiters treten im Falle einer Blockierung in den Druck­ leitungen keine Schäden auf, da die Druckspitzen durch die Komprimierbarkeit des Antriebsfluids absorbiert werden.

Ein weiterer Vorteil ist der, dass der Austrittsdruck bei gleichem Zuleitungsdruck des Fluids, der auf den pneumati­ schen Kolben wirkt, und gleicher Fördermenge der gepumpten Flüssigkeit, variiert werden kann, indem man einfache Aus­ tauscharbeiten durchführt.

Die in dieser Weise konstruierte Pumpe kann in vieler Hin­ sicht abgeändert und variiert werden, sowie die Einzelheiten können durch technisch äquivalente Elemente ersetzt und in der Praxis die angewendeten Materialien und Abmessungen, je nach den Erfordernissen und dem Stand der Technik, beliebig gewählt werden, ohne dadurch den Rahmen der Erfindung zu überschreiten.

Claims (9)

1. Membranverdrängerpumpe, insbesondere für reibende, korro­ sive Flüssigkeiten mit in Suspension befindlichen Teilchen od.dgl. erreicht, welche ein Hauptgehäuse mit wenigstens einer inneren Pumpkammer aufweist, in welcher eine Membran untergebracht ist, die die Pumpkammer abgedichtet in zwei Halbkammern unterteilt, von denen eine erste Halbkammer mit einer eine unter Druck stehende Steuerungsflüssigkeit speisenden Quelle in Verbindung steht und eine zweite Halbkammer selektiv über Einwegventile mit einer Saugleitung und mit einer Druckleitung für die zu pumpende Flüssigkeit in Verbindung ist, wobei die Membrane in der Pumpenkammer durch einen Arbeitskolben gesteuert verformbar ist, der in einer Steuerungskammer der Steuerungsflüssigkeitquelle zum Pumpen der Steuerungsflüssigkeit in die erste Halbkammer bzw. zur Absaugung daraus und Reduktion bzw. Vergrösserung des Nutzvolumens der zweiten Kammer bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitskolben (22; 22 a, 22 b) operativ mit einem pneumatischen Kolben (23; 23 a) verbunden ist, welcher durch ein Druckfluid für die Alternativbewegung des Arbeitskolbens (22; 22 a, 22 b) in der Steuerungskammer (21; 21 a, 21 b) in einer Antriebskammer (24) alternativ beweg­ bar angeordnet ist.
2. 2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der pneumatische Kolben (23; 23 a) und der Arbeitskolben (22; 22 a, 22 b) koaxial auf ein und derselben Kolbenwelle (26; 26 a) montiert sind.
3. 3. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebskammer (24) im Bereich ihrer Längsenden eine erste bzw. eine zweite Zuführungsöffnung (27, 28) aufweist, wobei eine Steuerungseinrichtung (30-40) vorgesehen ist, die se­ lektiv die erste oder zweite Zuführungsöffnung (27, 28) mit einer Druckfluidleitung (29) zum Antrieb des pneumatischen Kolbens (23) verbindet und an dem Arbeitskolben (22) ange­ schlossen ist.
4. 4. Pumpe nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung aus einer An­ triebsstange (30) besteht, die teilweise in der Kolbenwelle (26) verschiebbar gelagert ist und ein selektiv mit zwei inneren, im Abstand zueinander liegenden Schultern (31, 32) der Kolbenwelle (26) in Berührung bringbares Ende aufweist, wobei die Antriebsstange (30) operativ mit einer Ventilein­ richtung (40) verbunden ist, die zwischen der Druckfluid­ leitung (29) einerseits und der ersten und der zweiten Zuführungsöffnung (27, 28) andererseits zur selektiven För­ derung des Druckfluids durch die erste bzw. die zweite Zuführungsöffnung in die Antriebskammer (24) angeordnet ist.
5. 5. Pumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsstange (30) pneumatisch mit der Ventileinrichtung (40) verbunden ist, die im wesentlichen aus einem pneumati­ schen Verteiler besteht, der mit der Druckfluidleitung (29) und der ersten und zweiten Zuführungsöffnung (27, 28) der An­ triebskammer (24) verbunden ist.
6. 6. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungskammer (21) im Bereich ihrer Längsenden einen ersten Zuführungseinlass (11), der mit der ersten Halbkammer (7) einer ersten Pumpkammer (3) in Verbindung steht, und einen zweiten Zuführungseinlass (12) der ersten Halbkammer (8) einer zweiten Pumpkammer (4) für die abwechselnde Betä­ tigung der ersten bzw. der zweiten Pumpkammer (3, 4) aufweist.
7. 7. Pumpe nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei Ar­ beitskolben (22 a, 22 b) und zwei Pumpkammern (3), wobei die Arbeitskolben an den entgegengesetzten Enden der Kolbenwelle angeordnet sind, auf welcher in ihrem Mittelbereich der pneumatische Kolben (23 a) befestigt ist, wobei jeder der Arbeitskolben (22 a, 22 b) in einer Steuerungskammer (21 a, 21 b) angeordnet ist, welche mit der ersten Halbkammer der jewei­ ligen Pumpkammer (3) in Verbindung steht.
8. 8. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Membrane (5, 6) eine im wesentlichen kreisrunde Form mit einer Verstärkung (42) in einer Mittelzone besitzt.
9. 9. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebskammer (24) in einem Hilfsgehäuse (25, 25 a) ausgebil­ det ist, das lösbar dem Hauptgehäuse (2) zugeordnet ist, wobei das Hilfsgehäuse (25, 25 a) zusammen mit dem pneumati­ schen Kolben (23, 23 a) zwecks Veränderung des Druckver­ hältnisses zwischen der Steuerungskammer (21; 21 a, 21 b) und der Antriebskammer (24) austauschbar ist.