DE4141670C2 - Hydraulisch angetriebene Membranpumpe mit Membranhubbegrenzung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulisch angetriebene Mem­ branpumpe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einer bekannten Membranpumpe (DE-PS 23 33 876), die einen hydraulischen Membranantrieb aufweist und mit einer sog. freischwingenden Membran, ins­ besondere Kunststoffmembran, ausgeführt ist, ist eine mem­ branlagengesteuerte Leckergänzungseinrichtung vorgesehen.

Aufgrund der Anordnung einer freischwingenden Membran ent­ fällt eine mechanische Begrenzung des Membranhubes in Rich­ tung Förderraum, beispielsweise mittels einer Lochplatte. Dies ermöglicht die Ausbildung eines freien, ungestörten Förderraumes, was für den Anwender eine Reihe von Vorteilen erbringt. So ergeben sich im Förderraum nur geringe Strö­ mungsverluste, was sich bei hoher Viskosität der Förder­ flüssigkeit vorteilhaft auswirkt. Weiterhin ist ein derar­ tig ausgestalteter Förderraum gut geeignet zur Förderung grobkörniger und fasriger Suspensionen. Schließlich läßt sich ein derartiger Förderraum leicht reinigen. Dies ist dann von Bedeutung, wenn die Membranpumpe auf lebensmittel­ technischem Gebiet zum Einsatz gelangen soll.

Die fehlende mechanische Abstützung der Membran im Förder­ raum erfordert jedoch, daß geeignete konstruktive Maßnahmen im Hydraulikraum ergriffen werden, um eine Überdehnung der Membran beim Druckhub in Richtung Förderraum zu verhindern.

Hinsichtlich der bei der bekannten Membranpumpe vorgese­ henen Leckergänzungseinrichtung hat sich diejenige des mem­ branlagengesteuerten Typs durchgesetzt. Dies bedeutet, daß die Membran selbst die Betätigung eines Steuerventils über­ nimmt, wobei ein von der Membran gesteuerter Steuerschie­ ber, der im Bereich des Verbindungskanals zwischen Membran­ arbeitsraum und Kolbenarbeitsraum verschiebbar geführt ist, in der Saughubendstellung der Membran eine Verbindung vom Vorratsraum zum Kolbenarbeitsraum öffnet. Die Leckergänzung kann und soll nur dann erfolgen, wenn die Membran eine vor­ bestimmte Grenzposition am Ende des Saughubes erreicht hat.

Weitere Ausführungsformen derartiger Leckergänzungseinrich­ tungen von Membranpumpen sind in DE-PS 28 43 054 sowie in FR-PS 24 92 473 beschrieben.

Die Steuerung der Leckergänzung durch die Membranlage bringt im Vergleich zur druckgesteuerten Leckergänzung mit einem Schnüffelventil eine Reihe weiterer Vorteile. So kön­ nen einerseits große Saughöhen überwunden werden, wobei die Saughöhe allein durch den Dampfdruck der Förderflüssigkeit und Hydraulikflüssigkeit begrenzt ist. Andererseits sind Überladungen des Hydraulikraums, wie sie bei der druckge­ steuerten Leckergänzung durch Unterdruckspitzen auftreten können, ausgeschlossen. Derartige ausgeprägte Unterdruck­ spitzen treten vorzugsweise bei großen Hochdruckmembranpum­ pen zu Beginn der Saugphase auf, wenn die Flüssigkeitssäule in der Saugleitung beim Öffnen des Saugventils ruckartig beschleunigt wird. Schließlich ermöglicht die membranlagen­ gesteuerte Leckergänzung das Anschnüffeln von Hydraulik­ flüssigkeit bei einem geringen Differenzdruck von bei­ spielsweise weniger als 0,3 bar, d. h. der Absolutdruck bleibt bei etwa 0,7 bar. Dadurch kann die Gasbildung im Hydraulikraum weitgehend vermieden werden, was entspre­ chende Vorteile hinsichtlich der Förderleistung und der Fördergenauigkeit erbringt. Demgegenüber erfordert die druckgesteuerte Leckergänzung eine relativ hohe Einstellung des Differenzdruckes am Schnüffelventil von beispielsweise 0,6 bar, um einen sicheren Betrieb zu gewährleisten. Die dadurch bewirkte Druckabsenkung im Hydraulikraum während des Schnüffelvorgangs auf beispielsweise 0,4 bar Absolut­ druck führt zu einer verstärkten Gasbildung. Dies hat eine verminderte Förderleistung und Fördergenauigkeit zur Folge.

In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, daß die bekannten Membranpumpen der zur Rede stehenden Art noch bestimmte Schwächen aufweisen, deren Beseitigung wünschenswert ist. So muß vor Inbetriebnahme der Pumpe dafür gesorgt werden, daß die Membran im Bezug auf den Kolben auf keinen Fall zu weit in Richtung Förderraum ausgelenkt ist. Im Hydraulik­ raum darf sich weiterhin nur eine vorbestimmte Menge an Hydraulikflüssigkeit befinden, da eine zu große Menge an Hydraulikflüssigkeit beim ersten ausgeführten Druckhub des Kolbens zu einer Überdehnung oder gar zum Bersten der Mem­ bran führen würde. Wenn demgegenüber eine zu geringe Menge an Hydraulikflüssigkeit vorhanden ist, wird die fehlende Flüssigkeitsmenge automatisch mittels der Leckergänzungs­ einrichtung am Ende des ersten Saughubes ergänzt.

Die manuelle Positionierung der Membran vor dem Start der Pumpe ist relativ aufwendig. Sie wird üblicherweise derart durchgeführt, daß eine Verbindung zwischen Hydraulikraum und Vorratsraum geschaffen wird, was beispielsweise durch Entfernen des Druckbegrenzungsventils erfolgt. Die Membran wird dann dadurch in Richtung ihres Antriebs gedrückt, daß auf der Saugseite der Pumpe Überdruck angewandt wird, der demgemäß auch die förderraumseitige Membranfläche beauf­ schlagt. Wenn sich dann die Membran in Richtung ihres An­ triebs bewegt, wird gleichzeitig Hydraulikflüssigkeit vom Hydraulikraum in den Vorratsraum verdrängt.

Diese gesondert durchgeführte Membranpositionierung muß im Einzelfall auch nach einem längeren Stillstand der Pumpe wiederholt werden, um das Risiko zu beseitigen, daß sich die Membran, wie dies üblicherweise zu erwarten ist, wäh­ rend der Betriebsunterbrechung in Richtung Pumpendeckel be­ wegt hat. Mit einer derartigen - unerwünschten - Membran­ verlagerung ist immer dann zu rechnen, wenn während der Be­ triebspause ein Unterdruck am Saugventil oder Druckventil des Förderraums ansteht. Der zum Beispiel am Saugventil herrschende Unterdruck kann sich über das statisch nie ganz dichte Saugventil in den Förderraum sowie in den Hydraulik­ raum fortpflanzen und führt dann dazu, daß Hydraulikflüs­ sigkeit, z. B. über die Kolbenabdichtung, vom Vorratsraum in den Hydraulikraum gesaugt wird.

Die beschriebene aufwendige, gleichwohl notwendige Inbe­ triebnahme der Membranpumpe wirkt sich besonders nachteilig bei modernen Dreifachmembranpumpen aus, bei denen die an­ fängliche Membranpositionierung an drei Pumpenköpfen vorzu­ nehmen ist. Diese Membranpositionierung läßt sich zwar mit Magnetventilen, die zwischen Hydraulikraum und Vorratsraum eingebaut sind, vereinfachen. Jedoch bleibt der konstruk­ tive und steuerungstechnische Aufwand in jedem Fall erheb­ lich. Auch ist es nicht immer einfach, den notwendigen Überdruck auf der Saugseite der Pumpe zur Verfügung zu stellen, um die Membran in Richtung ihres Antriebes zu drücken.

Aus der Veröffentlichung "Leckfreie Kreisel- und Verdrängerpumpen" von G. Vetter (Technische Mitteilungen im Haus der Technik, Essen, 81. Jahrang, Heft 9, Seiten 514-524, November/Dezember 1988) ist eine Membranpumpe der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art bekannt, bei welcher der Verschiebeweg des Steuerschiebers in Richtung des Membrandruckhubes mittels eines Anschlags derart begrenzt ist, daß der Steuerschieber der Membran lediglich auf einer kurzen Strecke folgt, wenn sich die Membran aus ihrer Saughubendstellung in Richtung Druckhub bewegt. Bei einem weiteren Druckaufbau durch den Verdrängerkolben löst sich die Membran dann vom Steuerschieber und legt den weiteren Weg bis in ihre Druckendstelldung frei zurück, d. h. ohne mechanische Kopplung zum Steuerschieber.

Auch bei dieser bekannten Membranpumpe treten die beschriebenen Nachteile auf, d. h., daß vor Inbetriebnahme der Pumpe dafür gesorgt werden muß, daß die Membran in bezug auf den Kolben auf keinen Fall zu weit in Richtung Förderraum ausgelenkt ist. Insbesondere kann eine zu große Menge an Hydraulikflüssigkeit im Hydraulikraum beim ersten ausgeführten Druckhub des Kolbens zu einer Überdehnung oder gar zum Bersten der Membran führen. Es ist daher auch dort erforderlich, zur Vermeidung von Membranschäden die Membran vor Inbetriebnahme der Pumpe in Richtung des Verdrängerkolbens zu drücken, was einen zusätzlichen zeitlichen, konstruktiven und steuerungstechnischen Aufwand erfordert.

Weiterhin ist aus der DE-OS 34 30 721 eine Membranpumpe mit einem von Überströmkanälen konzentrisch umgebenen Stößel bekannt, der zwei beabstandete Ventilteller trägt und mit einem Ende an der Membran anliegt. Diese Ventilteller verschließen in der Druckhub- bzw. Saughubendstellung der Membran die Überströmkanäle, so daß die Membran über die Grenzlagen hinaus nicht hydraulisch belastet werden kann. Eine Leckergänzungseinrichtung ist bei dieser bekannten Membranpumpe jedoch nicht vorhanden.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Membranpumpe der gattungsgemäßen Art derart auszugestalten, daß der Membranhub in beiden Richtungen mit einfachen Mitteln funktionssicher begrenzt ist und daß die Inbetriebnahme der Pumpe ohne manuelle Vorarbeiten zur Beeinflussung der Membranlage durchgeführt werden kann.

Die Merkmale der zur Lösung dieser Aufgabe geschaffenen Er­ findung ergeben sich aus Anspruch 1. Vorteilhafte Ausge­ staltungen hiervon sind in den weiteren Ansprüchen be­ schrieben.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die Einrichtungen zur Begrenzung des Membranhubes in beiden Richtungen am oh­ nehin vorhandenen Steuerschieber der Leckergänzungseinrich­ tung vorzusehen. Hierdurch ergibt sich eine verblüffend einfache, gleichwohl funktionssichere Ausgestaltung. Gleichzeitig ist gewährleistet, daß die Pumpe in Betrieb genommen werden kann, ohne daß zum Zweck der Beeinflussung der Membranlage manuelle Vorarbeiten durchgeführt werden müssen.

Die erfindungsgemäß ausgestaltete Membranpumpe bedient sich hinsichtlich der in beiden Hubrichtungen vorgesehenen Be­ grenzung des Membranweges eines doppelten bzw. kombinierten Prinzips. Dieses besteht darin, daß einerseits die Membran­ hubbegrenzung in der Saughubendstellung auf rein mechani­ sche Weise, nämlich mittels der durch Stützteller und zuge­ ordnete Pumpenkörperfläche gebildeten, der natürlichen Mem­ brangeometrie angepaßten, nahezu spaltfreien Abstützfläche, erfolgt, während andererseits die Membranhubbegrenzung in der Druckhubgrenzstellung rein hydraulisch bewirkt wird, indem das am kolbenseitigen Ende des Steuerschiebers vor­ gesehene Ventilglied die hydraulische Verbindung vom Kol­ benarbeitsraum zum Membranarbeitsraum unterbricht. Im letztgenannten Fall wird dann überschüssiges Hydrauliköl über das vorgesehene Druckbegrenzungsventil in den Hydrau­ likvorratsraum verdrängt.

Durch die Erfindung wird somit das Prinzip verwirklicht, daß auf der Basis der mittels des Steuerschiebers erfolgen­ den membranlagengesteuerten Leckergänzung eine membranla­ gengesteuerte Weg- bzw. Hubbegrenzung der Membran sowohl in Richtung Druckhub als auch in Richtung Saughub bewirkt wird. Hierbei erfolgt, wie schon dargelegt, in der Saughub­ endstellung der Membran eine vollkommen mechanische Mem­ branabstützung mittels einer nahezu spaltfreien mechani­ schen Abstützfläche. Diese wird durch den entsprechend aus­ gebildeten, am membranseitigen Ende des Steuerschiebers an­ geordneten Stützteller in Verbindung mit der zugeordneten Pumpenkörperfläche des Membranarbeitsraumes gebildet.

In diesem Zusammenhang kann in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, daß die mechanische Abstütz­ fläche bohrungsfrei ausgebildet ist, was sich als besonders vorteilhaft bei der Anwendung der Erfindung für Hochdruck­ membranpumpen erweist.

Zweckmäßigerweise ist das zweite Steuerventil, mittels dem die hydraulische Begrenzung des Membranhubes in der Druck­ hubend- bzw. Grenzstellung erfolgt, als Tellerventil ausge­ bildet, dessen Ventilteller, sei es in Form einer Teller­ scheibe, einer Tellerschale oder dgl., in der Druckhubend­ stellung den bzw. die Verbindungskanäle verschließt.

In Verbindung mit einer derartigen Ausgestaltung ist es von Vorteil, wenn der Steuerschieber des ersten Steuerventils in Richtung der Membran durch eine Feder vorgespannt ist, die stärker ist als die den Ventilstößel des zweiten Steu­ erventils vorspannende Feder. Es liegt hierbei im Rahmen der Erfindung, daß die den Ventilstößel des zweiten Steuer­ ventils vorspannende Feder am Steuerschieber selbst abge­ stützt ist.

Da es für den Steuerschieber im Gegensatz zum Ventilstößel des zweiten Steuerventils nicht erforderlich ist, daß die­ ser dem gesamten Hubweg der Membran folgt, ist erfindungs­ gemäß vorgesehen, daß der Steuerschieber an seinem kolben­ seitigen Ende einen Anschlag aufweist, der den Verschiebe­ weg des Steuerschiebers in Richtung des Membrandruckhubes begrenzt. Dadurch folgt der Steuerschieber, wenn sich die Membran aus ihrer Saughubendstellung in Richtung Druckhub bewegt, der Membran lediglich in einem bestimmten Bereich, der vorzugsweise 30-40% des gesamten Membranhubes be­ trägt. Dies bedeutet m. a.W., daß der Steuerschieber, wenn die Membran aus ihrer Druckhubendstellung in die Saughu­ bendstellung zurückkehrt, von der Membran lediglich auf den letzten 30-40% des Saughubes betätigt bzw. gegen Feder­ kraft zurückgeschoben wird.

Wie schon dargelegt, tastet der Ventilstößel des Ventiltel­ lers, durch die Kraft seiner Druckfeder gestützt, die Mem­ bran auf dem gesamten Membranhub ab. Das zweite Steuerven­ til arbeitet völlig unabhängig vom ersten Steuerventil, d. h. es tastet die Membran auch dann noch ab, wenn die Funktion des ersten Steuerventils, z. B. durch Schmutzein­ wirkung, gestört ist. Während des normalen Pumpenbetriebes, wenn die Membran in ihrem vorgegebenen Bereich arbeitet, läuft der Ventilstößel gleichsam leer mit. Verläßt die Mem­ bran jedoch den vorgesehenen Arbeitsbereich um einen be­ stimmten Betrag, vorzugsweise etwa 20% vom normalen Mem­ branhub, in Richtung Förderraum, schließt der Ventilteller den bzw. die Verbindungskanäle zwischen Kolbenarbeitsraum und Membranarbeitsraum. Damit ist die hydraulische Verbin­ dung unterbrochen, so daß die Membran nicht weiter in Rich­ tung Förderraum verformt werden kann. Demgemäß ist die Mem­ bran vor Überdehnungen gesichert. Die im Kolbenarbeitsraum vorhandene überschüssige Hydraulikflüssigkeit wird über das Druckbegrenzungsventil in den Hydraulikvorratsraum zurück­ geschoben.

Durch die Erfindung ergibt sich somit nicht nur eine wün­ schenswerte Absicherung der Membran bei der Inbetriebnahme der Pumpe, sondern es wird auch aufgrund der völlig unab­ hängigen Arbeitsweise der beiden Steuerventile eine zusätz­ liche Verbesserung der Betriebssicherheit der Pumpe erzielt. Dies ist dann von wesentlicher Bedeutung, wenn das erste Steuerventil, beispielsweise durch Schmutzeinwirkung, in seiner Funktion gestört wird und dauernd in einer geöffne­ ten Position bleibt, so daß ein unkontrolliertes Anschnüffeln von Hydraulikflüssigkeit möglich wäre. In diesem Fall verhindert jedoch das zweite Steuerventil zuverlässig einen Membranschaden, indem es in der beschriebenen Weise einen Druckhub der Membran über die normale Endstellung hinaus unterbindet. Hierbei wird dann die überschüssige Hydraulik­ flüssigkeit wieder in den Vorratsraum abgeführt. Die Pumpe arbeitet hierbei lediglich mit verminderter Leistung, und es kommt zum Ansprechen des Druckbegrenzungsventils.

Das durch die Erfindung mit Sicherheit unterbundene Auftre­ ten von Membranschäden, die üblicherweise den Austausch von Förderflüssigkeit und Hydraulikflüssigkeit bedingen, hat deswegen besondere Bedeutung, weil derartige Membranschäden erhebliche Folgekosten verursachen. Diese ergeben sich u. a. dadurch, daß der gesamte Verfahrensprozeß, in den die be­ treffende Membranpumpe integriert ist, sofort unterbrochen werden muß, daß aggressive Förderflüssigkeiten in den Hydraulikraum gelangen und dort erhebliche Korrosionsschä­ den anrichten und daß schließlich die Produktcharge, bei­ spielsweise beim Einsatz der Pumpe im Lebensmittelbereich, durch die in den Förderraum eindringende Hydraulikflüssig­ keit beeinträchtigt bzw. verdorben werden kann.

Die Bedeutung der durch die Erfindung erzielten zusätzli­ chen Absicherung gegen Membranschäden läßt sich dann ermes­ sen, wenn man sich vergegenwärtigt, daß der Steuerschieber der Leckergänzungseinrichtung während eines einjährigen Dauerbetriebes ca. 10⁸ mal der Membran folgen muß, wobei schon eine einzige Fehlsteuerung des Steuerschiebers zu einem Membranschaden führen kann.

Ein weiterer erfindungsgemäßer Vorteil ergibt sich aus der Gestaltung des Steuerschiebers und des hierin verschiebbar geführten Ventilstößels. In der zusammengedrückten Stellung bilden nämlich die Stirnflächen dieser beiden Steuerele­ mente zusammen mit der zugeordneten Pumpenkörperfläche eine nahezu spaltfreie mechanische Abstützfläche, die der natür­ lichen Membranform angepaßt ist. Hierbei sind lediglich außerordentlich geringe Spalten von vorzugsweise maximal 0,1 bis 0,2 mm Breite vorhanden, so daß im Hinblick auf das verwendete Membranmaterial, beispielsweise PTFE, zu Recht von einer fast völlig spaltfreien Abstützfläche gesprochen werden kann. Die Membran wird in ihrer Saughubendstellung durch diese Anlagefläche mechanisch abgestützt und kann mit dem vollen Förderdruck angedrückt werden, ohne Schaden zu erleiden.

Dies ist deswegen von besonderer Bedeutung, weil in der Praxis folgende Fälle auftreten, die aufgrund der erfin­ dungsgemäßen Ausgestaltung jedoch mit Sicherheit beherrscht werden:

• - Die Pumpe wird aus einem Drucknetz versorgt. Der Vordruck drückt hierbei die Membran jedesmal am Ende des Saughu­ bes, d. h. während der die Leckergänzung bewirkenden Schnüffelphase, an die Anlagefläche;
• - im Stillstand der Pumpe wirkt der saugseitige Vordruck dauernd auf die Membran. Aufgrund der stets vorhandenen Leckage an der Kolbenabdichtung legt sich die Membran nach kurzer Zeit an die Anlagefläche;
• - im Stillstand der Pumpe kann dann, wenn das Druckventil des Förderraums leicht undicht ist, der volle Förder­ druck, z. B. aus einem Reaktor, auf die Membran wirken. Hierdurch legt sich die Membran ebenfalls während des Stillstands der Pumpe der Abstützfläche an.

Insgesamt werden somit durch die Erfindung bedeutsame Vor­ teile u. a. dahingehend erzielt, daß die Inbetriebnahme der Pumpe ohne manuelle Vorarbeiten durchgeführt werden kann und daß die Membranauslenkung sowohl im Druckhub als auch im Saughub mit einfachen Mitteln automatisch begrenzt wird. Dadurch wird eine Überdehnung oder gar ein Bersten der Mem­ bran mit Sicherheit verhindert. Aus diesem Grund ist die Membranpumpe auch sehr viel einfacher in automatisierte Prozeßabläufe integrierbar, was u. a. darauf beruht, daß aufwendige, den Prozeßablauf störende manuelle Vorarbeiten zur Beeinflussung der Membranlage entfallen. Weiterhin ist die Gefahr von Membranschäden infolge von Fehlbedienung eliminiert. Kostenträchtige Betriebsausfälle können vermie­ den werden.

Die Erfindung wird im folgenden in Form mehrerer Ausfüh­ rungsbeispiele anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in:

Fig. 1 schematisch im Querschnitt eine Membranpumpe gemäß der Erfindung;

Fig. 2 vergrößert im Detail die membranlagengesteuerte Leckergänzungseinrichtung mit den beiden Einrich­ tungen zur Membranhubwegbegrenzung;

Fig. 3 schematisch im Querschnitt die Membranpumpe mit einer Membran, die sich in der einer Normalposition entsprechenden Druckhubendstellung befindet;

Fig. 4 mit einer Membran, die sich in der einer Grenzposi­ tion entsprechenden Druckhubendstellung befindet, und

Fig. 5 mit einer Membran, die sich in der Saughubendstel­ lung befindet und hierbei ihre Anlageposition an der Abstützfläche einnimmt;

Fig. 6 die Membranpumpe in einem Störungszustand, bei dem der Steuerschieber festsitzt und die Leckergän­ zungsverbindung zwischen Schnüffelventil und Hydraulikraum dauernd geöffnet ist, und

Fig. 7 eine abgewandelte Ausführungsform der Membranpumpe mit einer mit dem Membranarbeitsraum in Verbindung stehenden Entlüftungsbohrung.

Wie aus der ersten Ausfüh­ rungsform gemäß Fig. 1-6 ersichtlich, weist die Membran­ pumpe eine übliche Membran 1, insbesondere aus Kunststoff, auf. Diese ist an ihrem Rand zwischen einem Pumpenkörper 2 sowie einem hieran stirnseitig lösbar festgelegten Pumpen­ deckel 3 eingespannt und trennt einen Förderraum 4 von einem mit Hydraulikflüssigkeit gefüllten Druckraum 5, der den Kolbenarbeitsraum darstellt.

Die Membranpumpe weist einen hydraulischen Membranantrieb in Form eines oszillierenden Verdrängerkolbens 6 auf, der im Pumpenkörper 2 abgedichtet zwischen dem Kolbenarbeits­ raum 5 und einem Vorratsraum 7 für die Hydraulikflüssigkeit verschiebbar ist. Der Kolbenarbeitsraum 5 steht über wenig­ stens eine im Pumpenkörper 2 angeordnete axiale Bohrung 8 mit einem membranseitigen Druckraum 9 in Verbindung, der den Membranarbeitsraum darstellt und zusammen mit dem Kol­ benarbeitsraum 5 insgesamt den Hydraulikraum bildet. Wie ersichtlich, ist der Membranarbeitsraum 9 einerseits durch die Membran 1 sowie andererseits durch eine hintere (kol­ benseitige) Kalotte 10 begrenzt. Diese hintere Begrenzungs­ kalotte 10 wird durch die entsprechend ausgebildete Stirn­ fläche des Pumpenkörpers 2 gebildet und stellt einen Teil derjenigen - noch zu beschreibenden - mechanischen Abstütz­ fläche dar, an der sich die Membran 1 am Ende des Saughubes anlegt (s. Fig. 5).

Spiegelbildlich zur kolbenseitigen Begrenzungskalotte 10 ist im Förderraum 4 eine durch die Stirnfläche des Pumpen­ deckels 3 gebildete vordere Begrenzungskalotte 11 gebildet. Der Pumpendeckel 3 ist in der üblichen Weise mit einem fe­ derbelasteten Einlaßventil 12 (Saugventil) sowie einem fe­ derbelasteten Auslaßventil 13 (Druckventil) versehen. Diese beiden Ventile 12, 13 stehen über einen Einlaßkanal 14 so­ wie einen Auslaßkanal 15 derart mit dem Förderraum 4 in Verbindung, daß das Fördermedium bei dem nach rechts gemäß Fig. 1 erfolgenden Saughub des Verdrängerkolbens 6 und da­ mit der Membran 1 in Pfeilrichtung über das Saugventil 12 und den Einlaßkanal 14 in den Förderraum 4 angesaugt wird. Demgegenüber wird bei dem nach links gemäß Fig. 1 erfolgen­ den Druckhub der Membran 1 dann das Fördermedium über den Auslaßkanal 15 und das Druckventil 13 in Pfeilrichtung do­ siert aus dem Förderraum 4 ausgetragen.

Um am Ende des Membransaughubes das Auftreten von Kavita­ tion zu verhindern und für die aufgrund der Leckageverluste erforderliche Leckergänzung zu sorgen, ist eine Leckergän­ zungseinrichtung vorgesehen. Diese weist ein übliches fe­ derbelastetes Schnüffelventil 16 auf, das über einen Kanal 17 mit dem Vorratsraum 7 sowie über einen Kanal 18 und den Verbindungskanal 8 einerseits mit dem Kolbenarbeitsraum 5 und andererseits mit dem Membranarbeitsraum 9 in Verbindung steht.

Die Leckergänzung wird durch ein erstes Steuerventil ge­ steuert, das einen Steuerschieber 19 aufweist. Dieser ist achsgleich mit dem Verdrängerkolben 6 im Bereich des Ver­ bindungskanals 8 zwischen Membranarbeitsraum 9 und Kolben­ arbeitsraum 5 verschiebbar in einer entsprechenden Bohrung des Pumpenkörpers 2 geführt und steht unter der Wirkung einer Druckfeder 23 (s. Fig. 2). Die Druckfeder 23 stützt sich einerseits im Pumpenkörper 2 sowie andererseits am membranseitigen Ende des Steuerschiebers 19 ab, so daß der Steuerschieber 19 in Richtung der Membran 1 vorgespannt ist und der Bewegung der Membran 1 von der Saughubendstellung in Druckhubrichtung folgt. Diese Folgebewegung findet je­ doch lediglich über einen solchen Bereich statt, der bei­ spielsweise 30-40% des anfänglichen Membrandruckhubes beträgt, da der Steuerschieber 19 an seinem kolbenseitigen Ende einen Anschlag 28 - beispielsweise in Form eines See­ gerringes - aufweist, der mit einem entsprechenden, im Kol­ benarbeitsraum 5 vorgesehenen Bund 29 zusammenwirkt und den Verschiebeweg des Steuerschiebers 19 in Richtung des Mem­ brandruckhubes begrenzt.

An einer bestimmten Stelle des Umfangs des Steuerschiebers 19 ist eine umlaufende Nut 30 vorgesehen, die in der Saug­ hubendstellung der Membran 1 (Fig. 5) die Verbindung zwi­ schen dem Schnüffelventil 16 der Leckergänzungseinrichtung und dem Hydraulikraum 5, 9 - über die Kanäle 18, 8 - her­ stellt.

Am kolbenseitigen Ende des Steuerschiebers 19 ist ein zwei­ tes Steuerventil 20 vorgesehen. Dieses ist, wie im einzel­ nen deutlich aus Fig. 2 ersichtlich, als Tellerventil aus­ gebildet und weist einen schalenartigen Ventilteller 21, einen hiermit verbundenen Ventilstößel 22 sowie eine Druck­ feder 24 auf, die sich in der dargestellten Weise am Steu­ erschieber 19 abstützt und das zweite Steuerventil 20 in Richtung zur Membran 1 vorspannt. Der Ventilstößel 22 ist verschiebbar im Steuerschieber 19, koaxial zu diesem, ge­ führt und liegt mit seinem membranseitigen Ende aufgrund der Wirkung seiner Druckfeder 24 stets an der Membran 1 an, so daß er die Membran 1 auf dem gesamten Membranhub abtastet. Der Ventilteller 21 ist derart ausgebildet, daß er in der Grenzposition der Membrandruckhubendstellung den bzw. die Verbindungskanäle 8 verschließt (s. Fig. 4).

Das membranseitige Ende des Steuerschiebers 19 ist als Stützteller 31 ausgebildet. Dieser ist so geformt, daß seine Stirnfläche 10′ zusammen mit der zugeordneten Stirn­ fläche 10 des Pumpenkörpers 2 und der Stirnfläche 10′′ des membranseitigen Endes des Ventilstößels 22 eine nahezu spaltfreie mechanische Abstützfläche für die Membran 1 in deren Saughubendstellung bildet. Diese Abstützfläche 10, 10′, 10′′ ist der natürlichen Membrangeometrie angepaßt, wobei von besonderer Bedeutung ist, daß sie völlig boh­ rungsfrei ausgebildet ist.

In der zusammengedrückten Stellung des Steuerschiebers 19 ist der Stützteller 31 in einer entsprechenden Bohrung 32 des Pumpengehäuses 2 aufgenommen, wobei es jedoch nicht er­ forderlich ist, daß der Stützteller 31 dem durch die Boh­ rung 32 gebildeten Sitz dicht anliegt. Es muß lediglich ge­ währleistet sein, daß durch sämtliche der erwähnten Stirn­ flächen 10, 10′, 10′′ die beschriebene mechanische Abstütz­ fläche für die Membran 1 in deren Saughubendstellung gebil­ det ist.

Hinsichtlich der beiden Druckfedern 23, 24, die den Steuer­ schieber 19 bzw. den Ventilstößel 22 in Richtung zur Mem­ bran 1 vorspannen, ist noch auszuführen, daß die den Ven­ tilstößel 22 am Steuerschieber 19 abstützende Druckfeder 24 schwächer ist als die den Steuerschieber 19 am Pumpenge­ häuse 2 abstützende Druckfeder 23.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich, ist im Pumpenkörper 2 schließlich noch ein Druckbegrenzungsventil 27 vorgesehen, das einerseits über einen Kanal 33 mit dem Kolbenarbeits­ raum 5 und andererseits über einen Kanal 34 mit dem Hydrau­ likvorratsraum 7 in Verbindung steht. Dadurch kann dann, wenn der Ventilteller 21 im Fall der in der Druckhubgrenz­ stellung befindlichen Membran 1 die Verbindungskanäle 8 zwischen dem Kolbenarbeitsraum 5 und dem Membranarbeitsraum 9 verschlossen hat, überschüssige Hydraulikflüssigkeit aus dem Kolbenarbeitsraum 5 über das Druckbegrenzungsventil 27 in den Vorratsraum 7 zurückgeschoben werden.

Wenn die beschriebene Membranpumpe aus einem Ruhezustand, beispielsweise nach einer Betriebspause, in Betrieb genom­ men wird und hierbei mit ihren einschlägigen Konstruktions­ teilen die Stellung gemäß Fig. 1 oder 2 aufweist, wird der Verdrängerkolben 6 nach rechts bewegt, um den Saughub durchzuführen. Hierbei legt sich die Membran 1 in der Saug­ hubendstellung, wie aus Fig. 5 ersichtlich, der mechani­ schen Abstützfläche 10, 10′, 10′′ an, die durch die Stirn­ flächen des Pumpenkörpers 2, des Stütztellers 31 und des membranseitigen Endes des Ventilstößels 22 gebildet ist. In dieser Saughubendstellung der Membran 1 befinden sich der Steuerschieber 19 mit seinem membranseitigen Stützteller 31 sowie der Ventilstößel 22 in der zusammengedrückten Posi­ tion, in der die vorerwähnten Stirnflächen 10, 10′, 10′′ die beschriebene, der Membranform angepaßte Abstützfläche bilden. Die Membran 1 wird somit in ihrer Saughubendstel­ lung vollständig mechanisch abgestützt und kann mit dem vollen Förderdruck angedrückt werden, ohne Schaden zu er­ leiden.

In dieser Stellung bzw. in der darüber hinausgehenden Grenzstellung stellt auch die Umfangsnut 30 des Steu­ erschiebers 19 die der Leckergänzung dienende Verbindung zwischen dem Hydraulikvorratsraum 7 und dem Hydraulikraum 5, 9 her, und zwar über den Kanal 17, das Schnüffelventil 16, den Kanal 18 und den bzw. die Verbindungskanäle 8.

Wenn dann der Verdrängerkolben 6 zur Durchführung des Druckhubes nach links gemäß Fig. 5 bewegt wird, führt auch die Membran 1 aufgrund des sie im Hydraulikraum 5, 9 beauf­ schlagenden Hydraulikmediums den Druckhub durch, und zwar bis in die der Normalposition entsprechende Druckhubend­ stellung gemäß Fig. 3. Hierbei folgt der unter der Wirkung der Druckfeder 23 stehende Steuerschieber 19 der Membran 1 lediglich über eine Wegstrecke, die etwa 30-40% des ge­ samten Membrandruckhubes entspricht, da dann der Anschlag 28 des Steuerschiebers 19 am gehäuseseitigen Bund 29 an­ schlägt und somit den Verschiebeweg des Steuerschiebers 19 begrenzt.

Demgegenüber tastet der Ventilstößel 22, der unter der Vor­ spannung der Druckfeder 24 steht, die Membran 1 auf deren gesamten Druckhub ab. Hierbei läuft der Ventilstößel 22 gleichsam leer mit, solange die Membran 1 in ihrem vorgege­ benen Hubbereich arbeitet. Dies bedeutet, daß in der norma­ len Druckhubendstellung der Membran 1 der Ventilstößel 22 eine solche Stellung aufweist, daß der Ventilteller 21 die Verbindungskanäle 8 zwischen dem Kolbenarbeitsraum 5 und dem Membranarbeitsraum 9 nicht verschließt.

Wenn demgegenüber jedoch die Membran 1 den vorgesehenen Ar­ beitsbereich um einen bestimmten Betrag, beispielsweise um 20% des normalen Membranhubes, in Richtung Förderraum 4 verläßt und somit in ihrer Druckhubendstellung eine die Normalposition überschreitende Grenzposition einnimmt, er­ gibt sich eine Stellung gemäß Fig. 4, in welcher der Ven­ tilteller 21 den bzw. die Verbindungskanäle 8 zwischen Kol­ benarbeitsraum 5 und Membranarbeitsraum 9 verschlossen hat. Hierdurch ergibt sich eine rein hydraulische Membranwegbe­ grenzung in der Druckhubgrenzstellung, so daß die Membran 1 nicht weiter in Richtung des Förderraums 4 verformt werden kann und zuverlässig vor Überdehnungen gesichert ist. Die im Kolbenarbeitsraum 5 vorhandene überschüssige Hydraulik­ flüssigkeit wird über das Druckbegrenzungsventil 27 sowie die Kanäle 33, 34 in den Vorratsraum 7 zurückgeschoben.

Zur Durchführung des Saughubes wiederholt sich dann der einleitend beschriebene Vorgang mittels der nach rechts er­ folgenden Verschiebebewegung des Verdrängerkolbens 6, und zwar solange, bis die Membran 1 in der Saughubendstellung der Abstützfläche 10, 10′, 10′′ anliegt und sich dort voll­ kommen mechanisch abstützt.

Bei dem in Fig. 6 lediglich des Beispiels halber darge­ stellten Störungsfall hat sich der Steuerschieber 19 in seiner Führungsbohrung, beispielsweise aufgrund von Schmutzeinwirkung, festgesetzt, und zwar derart, daß er dauernd in einer geöffneten Position bleibt. Dies bedeutet, daß seine Umfangsnut 30 ständig in Verbindung mit dem Kanal 18 steht, so daß die Leckergänzungsverbindung zwischen Vor­ ratsraum 7 und Hydraulikraum 5, 9 - über die Kanäle 17, 18, 8 und das Schnüffelventil 16 - fortlaufend offen ist. Ob­ schon hierbei ein unkontrolliertes Anschnüffeln von Hydrau­ likflüssigkeit in den Hydraulikraum 5, 9 möglich ist, wird jedoch aufgrund der beschriebenen Ausgestaltung zuverlässig ein Membranschaden verhindert. Dies wird durch das zweite Steuerventil 20 bewirkt, dessen Ventilteller 21 beim näch­ sten Druckhub der Membran 1 in deren Druckhubgrenzstellung die Verbindungskanäle 8 verschließt, so daß sich dadurch die hydraulische Membranwegbegrenzung in der Druckhubgrenz­ stellung ergibt. Auch hierbei wird dann die überschüssige Hydraulikflüssigkeit aus dem Kolbenarbeitsraum 5 über das Druckbegrenzungsventil 27 in den Vorratsraum 7 abgeführt. Die geschilderte Störung läßt sich aufgrund des verstärkten Ansprechens des Druckbegrenzungsventils 27 sowie aufgrund der verminderten Pumpenleistung leicht und rechtzeitig er­ kennen, so daß die Störung sofort behoben werden kann.

Bei der abgewandelten Ausführungsform der Membranpumpe ge­ mäß Fig. 7 ist im Pumpengehäuse 2 eine Entlüftungsbohrung 25 vorgesehen, die vom geodätisch höchsten Punkt des Mem­ branarbeitsraumes 9 bis zum kombinierten Druckbegrenzungs- und Gasaustragventil 27 verläuft. Am ventilseitigen Ende weist die Entlüftungsbohrung 25 ein Rückschlagventil 26 auf. Dieses ist derart vorgespannt bzw. angeordnet, daß es die gewünschte Entlüftung des Membranarbeitsraums 9 ermög­ licht, d. h. eine Steuerung vom Membranarbeitsraum 9 zum Gasaustragsventil 27 zuläßt. Demgegenüber verhindert das Rückschlagventil 26 bei geschlossenem zweitem Steuerventil 20 eine Bypassströmung vom Kolbenarbeitsraum 5 zum Membran­ arbeitsraum 9.

Claims (5)

1. Hydraulisch angetriebene Membranpumpe mit einer randseitig zwischen einem Pumpenkörper und einem Pumpendec­ kel freischwingend eingespannten Membran, die einen Förderraum von einem Hydraulikraum trennt, wobei der Hydraulikraum in einen Membranarbeitsraum und einen hiermit über wenigstens einen Verbindungskanal verbundenen Kolbenarbeitsraum unterteilt ist,
einem hydraulischen Membranantrieb in Form eines oszillie­ renden Verdrängerkolbens, der im Pumpenkörper zwischen ei­ nem Vorratsraum für die Hydraulikflüssigkeit und dem Kol­ benarbeitsraum verschiebbar ist,
und mit einer membranlagengesteuerten Leckergänzungsein­ richtung, die ein Steuerventil mit einem im Bereich des Verbindungskanals zwischen Membranarbeitsraum und Kolbenar­ beitsraum verschiebbar geführten Steuerschieber aufweist, der in bzw. jenseits der Saughubendstellung der Membran eine Verbindung vom Vorratsraum zum Kolbenarbeitsraum öffnet und an seinem membranseitigen Ende einen Stützteller zur Hubwegbegrenzung der Membran aufweist, der so ausgebildet ist, daß er zusammen mit der zugeordneten Pumpenkörperfläche des Membranarbeitsraumes eine der natürlichen Membrangeometrie angepaßte, nahezu spaltfreie mechanische Abstützfläche für die Membran in deren Saughubendstellung bildet,
dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerschieber (19) der Leckergänzungseinrichtung an seinem kolbenseitigen Ende ein zweites Steuerventil (20) mit einem Ventilglied (21) aufweist, das in bzw. jenseits der Druckhubendstellung der Membran (1) die hydraulische Verbindung vom Kolbenarbeitsraum (5) zum Membranarbeitsraum (9) unterbricht und am einen Ende eines Ventilstößels (22) befestigt ist, der verschiebbar im Steuerschieber (19) des ersten Steuerventils, koaxial zu diesem, geführt ist und mit seinem anderen Ende unter Federkraft der Membran (1) anliegt, so daß er die Membran (1) auf dem gesamten Membranhub abtastet.

2. Membranpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das zweite Steuerventil (20) ein Tellerventil ist, dessen als Ventilteller (21) ausgebildetes Ventilglied in der Druckhubgrenzstellung der Membran (1) den bzw. die Verbindungskanäle (8) verschließt.

3. Membranpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Steuerschieber (19) des ersten Steuerventils in Richtung der Membran (1) durch eine Feder (23) vorge­ spannt ist, die stärker ist als die den Ventilstößel (22) des zweiten Steuerventils (20) vorspannende Feder (24).

4. Membranpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die den Ventilstößel (22) des zweiten Steuerven­ tils (20) vorspannende Feder (24) am Steuerschieber (19) abgestützt ist.

5. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß der Steuerschieber (19) an seinem kolbenseitigen Ende einen Anschlag (28) aufweist, der den Verschiebeweg des Steuerschiebers (19) in Richtung des Mem­ brandruckhubes begrenzt.