DE4427981C1 - Hydraulisch oder pneumatisch betriebene Kolben- und/oder Membran-Pumpe - Google Patents
Hydraulisch oder pneumatisch betriebene Kolben- und/oder Membran-PumpeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine
hydraulisch oder pneumatisch betriebene Kolben- und/oder
Membran-Pumpe.
Es ist bekannt, daß es die verschiedensten hydraulischen
oder pneumatischen, aus Kolben und/oder Membranen
bestehenden, Pumpen gibt. Hierbei sind insbesondere die in
den Patenten/Gebrauchsmustern DE 39 00 718 A1, DE 27 26 674 B1,
G 27547 Ic/59a und G 88 08 802.2 beschriebenen Pumpen zu
erwähnen. Alle Pumpen haben aber gemeinsam, daß sie zur
Umsteuerung der Pumpe elektrische Energie oder einen
Steuerschieber/Steuerkolben verwenden.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde eine
selbstanlaufende Pumpe zu finden, die ein Fördermedium,
insbesondere Wasser, mit dem Druck eines Antriebsmediums,
insbesondere Wasser, fördert und dabei rein mechanisch,
ohne Verwendung anderer Energiequellen, insbesondere ohne
Verwendung elektrischer Energie, arbeitet. Außerdem soll
die Pumpe auch bei geringem Antriebsdruck korrekt arbeiten,
was insbesondere bei pneumatischem Antrieb von Bedeutung
ist.
Dieses Problem wird durch die im Patentanspruch 1
aufgeführten Merkmale gelöst und durch die in den
Patentansprüchen 2 bis 6 aufgeführten Merkmale ergänzt.
Bei der in der nun folgenden Beschreibung und in den
Abb. 1 bis 4 beschriebenen Pumpe ist die
Arbeitseinheit 1 als Arbeitskolben und sind die
Fördereinheiten 3 und 18 als Fördermembranen ausgelegt.
Diese Ausführung ist nur als ein Beispiel zur
Verwirklichung der Erfindung anzusehen, da insbesondere die
Arbeitseinheit als Arbeitsmembrane und die Fördereinheiten
als Förderkolben gebildet werden können.
Die Pumpe besteht aus dem Pumpenkörper 2, welcher eine
insbesondere zylindrische Form haben kann. In dem
Pumpenkörper sind die beiden Förderhohlräume 5 und 19
gegenüberliegend eingelassen. Dazwischen befindet sich der
Antriebshohlraum 11 und der Schalthohlraum 10. Die beiden
Förderhohlräume 5 und 19 und der Schalthohlraum 10 sind
miteinander über die Druckausgleichsverbindungen 21 und 29
miteinander verbunden. Der Antriebshohlraum 11 und der
Schalthohlraum 10 haben keine direkte Verbindung, da diese
durch die im Antriebshohlraum 11 untergebrachte
Arbeitskolbenlaufbüchse 12 voneinander getrennt sind.
Die in den beiden Förderhohlräumen 5 und 19 untergebrachten
Fördermembranen 3 und 18 sind durch eine Stange 16 fest
miteinander verbunden. Die Länge der Stange 16 ist
insbesondere so ausgelegt, daß diese die beiden
Fördermembranen 3 und 18 im Ruhezustand miteinander
verbindet. Durch diese Verbindung können die
Fördermembranen 3 und 18 nur simultan ausgelenkt werden.
Auf der Stange 16 ist der Arbeitskolben 1 insbesondere
mittig befestigt.
In dem Antriebshohlraum 11 befindet sich die
Arbeitskolbenlaufbüchse 12, in dem der Arbeitskolben 1 frei
beweglich untergebracht ist.
In der Pumpe befinden sich außerdem die Antriebsmedium
eingangsöffnungen 8 und 13, die
Antriebsmediumausgangsöffnungen 22 und 27, die
Fördermediumeingangsöffnungen 4 und 17 und die
Fördermediumausgangsöffnungen 20 und 28. Die beiden
Antriebsmediumeingangsöffnungen 8 und 13 können innerhalb
des Pumpenkörpers zu einer gemeinsamen
Antriebsmediumeingangsöffnung zusammengefaßt werden. Die
beiden Antriebsmediumausgangsöffnungen 22 und 27 können
ebenso innerhalb des Pumpenkörpers zu einer gemeinsamen
Antriebsmediumausgangsöffnung zusammengefaßt werden.
An jedem der Fördermediumeingangsöffnungen 4 und 17 ist ein
Rückschlagventil in Einlaßrichtung angebracht. Diese beiden
Rückschlagventile können sich auch außerhalb des
Pumpenkörpers befinden.
An jedem der Fördermediumausgangsöffnungen 28 und 20 ist
ein Rückschlagventil in Auslaßrichtung angebracht. Diese
beiden Rückschlagventile können sich auch außerhalb des
Pumpenkörpers befinden.
Im Förderhohlraum 5 ist die Fördermembrane 3 am
Pumpenkörper 2 befestigt. Die Fördermediumöffnungen 4 und
28 befinden sich im Förderhohlraum 5 auf der der Stange 16
entgegengesetzten Seite.
Im Förderhohlraum 19 ist die Fördermembrane 18 am
Pumpenkörper 2 befestigt. Die Fördermediumöffnungen 17 und
20 befinden sich im Förderhohlraum 19 auf der der Stange 16
entgegengesetzten Seite.
Die Antriebsmediumeingangsöffnung 8 ist über das magnetisch
gesteuerte Einlaßsteuerventil 7 mit dem Antriebshohlraum 11
oberhalb des Arbeitskolbens 1 verbunden.
Die Antriebsmediumeingangsöffnung 13 ist über das
magnetisch gesteuerte Einlaßsteuerventil 14 mit dem
Antriebshohlraum 11 unterhalb des Arbeitskolbens 1
verbunden.
Die Antriebsmediumausgangsöffnung 27 ist über das
magnetisch gesteuerte Auslaßsteuerventil 26 mit dem
Antriebshohlraum 11 oberhalb des Arbeitskolbens 1
verbunden.
Die Antriebsmediumausgangsöffnung 22 ist über das
magnetisch gesteuerte Auslaßsteuerventil 23 mit dem
Antriebshohlraum 11 unterhalb des Arbeitskolbens 1
verbunden.
Die in dem Schalthohlraum 10 untergebrachte Wippe 25 ist um
die Arbeitskolbenlaufbüchse 12 kippbar aufgehängt. An den
beiden Enden der Wippe 25 befinden sich beweglich
aufgehängte Permanentmagneten 9 und 24, die je nach Lage
der Wippe entweder die magnetisch gesteuerten Steuerventile
7 und 23 oder die magnetisch gesteuerten Steuerventile 14
und 26 öffnen.
Zwischen der Wippe 25 und der Fördermembrane 3 befindet
sich eine federnde Verbindung 6, die hier aus einer mit
zwei Stößeln versehenen Feder gebildet ist.
Zwischen der Wippe 25 und der Fördermembrane 18 befindet
sich eine federnde Verbindung 15, die hier aus einer mit
zwei Stößeln versehenen Feder gebildet ist.
Die Federn in den Stößeln 6 und 15, die insbesondere
dieselbe Federkonstante haben, sind so ausgelegt, daß in
jedem Zustand der Pumpe eine direkt Verbindung zwischen der
Fördermembrane 3, der federnden Verbindung 6, der Wippe 25,
der federnden Verbindung 15 und der Fördermembrane 18
besteht. Die Federn in den federnden Verbindungen 6 und 15
sind außerdem so ausgelegt, daß die Wippe 25 bei jedem
Zustand der beiden durch die Stange fest verbundenen
Fördermembranen, entweder den stabilen Zustand
Permanentmagnet 9 öffnet Einlaßsteuerventil 7 und
Permanentmagnet 24 öffnet Auslaßsteuerventil 23 oder den
stabilen Zustand Permanentmagnet 9 öffnet
Einlaßsteuerventil 14 und Permanentmagnet 24 öffnet
Auslaßsteuerventil 26 einnimmt. Aufgrund dieser Eigenschaft
kann die Pumpe in jedem Zustand von selbst anlaufen.
Außerdem ist die Umschaltsicherheit bei geringem
Antriebsdruck gewährleistet, was insbesondere bei
pneumatischem Antrieb von Bedeutung ist.
Die obig definierten Teile 1 . . . 29 sind so anzubringen und
mit Verbindungen zu versehen, daß in jedem Zustand der
Pumpe die fünf folgenden Räume a, b, c, d und e voneinander
getrennt sind.
Der Raum a wird gebildet aus der
Fördermediumeingangsöffnung 4, dem Förderhohlraum 5, der
der Stange 1 entgegengesetzten Seite der Fördermembrane 3
und der Fördermediumausgangsöffnung 28.
Der Raum b wird gebildet aus der der Stange 1 zugerichteten
Seite der Fördermembrane 3, den Druckausgleichsverbindungen
21 und 29 dem Schalthohlraum 10 mit Außenseite der
Arbeitskolbenlaufbüchse 12, der Wippe 25 mit den
Permanentmagneten 9 und 24 und der der Stange 1
zugerichteten Seite der Fördermembrane 18.
Der Raum c wird gebildet aus der
Antriebsmediumeingangsöffnung 8, dem Einlaßsteuerventil 7,
der der Fördermembrane 3 zugerichteten Seite des
Antriebshohlraums 11 mit Arbeitskolbenlaufbüchse 12 und
Arbeitskolben 1, dem Auslaßsteuerventil 26 und der
Antriebsmediumausgangsöffnung 27.
Der Raum d wird gebildet aus der
Antriebsmediumeingangsöffnung 13, dem Einlaßsteuerventil
14, der der Fördermembrane 18 zugerichteten Seite des
Antriebshohlraums 11 mit Arbeitskolbenlaufbüchse 12 und
Arbeitskolben 1, dem Auslaßsteuerventil 23 und der
Antriebsmediumausgangsöffnung 22.
Der Raum e wird gebildet aus der
Fördermediumeingangsöffnung 17, dem Förderhohlraum 19, der
der Stange 1 entgegengesetzten Seite der Fördermembrane 18
und der Fördermediumausgangsöffnung 20.
Die Ablaufsteuerung der Pumpe ist in vier sich
wiederholende Schritte gegliedert und in den Abb. 1
bis 4 bezeichnet. Es wird hier davon ausgegangen, daß zu
jedem Zeitpunkt ein Druck an den
Antriebsmediumeingangsöffnungen 8 und 13 anliegt.
Nachdem die Pumpe den Zustand von Abb. 1 erreicht hat,
ist die Wippe so ausgerichtet, daß die beiden
Permanentmagneten 9 und 24 die Steuerventile 7 und 23
öffnen und die beiden Steuerventile 14 und 26 geschlossen
sind. Dadurch liegt über der Antriebsmediumeingangsöffnung
8 ein Druck auf der oberen Seite des Arbeitskolbens 1 an
der über die Stange 16 die beiden Fördermembranen 3 und 18
nach unten drückt. Dadurch sind die Rückschlagventile an
den Öffnungen 4 und 20 geöffnet und die Rückschlagventile
an den Öffnungen 17 und 28 geschlossen. Über die
Fördermediumeingangsöffnung 4 wird Fördermedium in die
Pumpe gesaugt und über die Fördermediumausgangsöffnung 20
vorab angesaugtes Fördermedium herausgepumpt. Außerdem wird
über die Antriebsmediumausgangsöffnung 22 vorab verwendetes
Antriebsmedium herausgepumt. Dieser Vorgang läuft solange,
bis der Zustand von Abb. 2 erreicht ist und die
Federkraft der federnden Verbindung 6 größer ist als die
Addition der Haltekräfte der beiden Permanentmagneten 9 und
24 und der Federkraft der federnden Verbindung 15. Die
beiden Permanentmagneten lösen sich von den Steuerventilen
7 und 23 und die größere Federkraft der federnden
Verbindung 6 bringt die Wippe 25 in die Ausrichtung von
Abb. 3, in welcher nun die beiden Permanentmagneten 9
und 24 die Steuerventile 14 und 26 öffnen und die
Steuerventile 7 und 23 geschlossen sind. Dadurch kehrt sich
der vorherige Vorgang um und das vorab angesaugte
Fördermedium wird über die Fördermediumausgangsöffnung 28
und das vorab verwendete Antriebsmedium über die
Antriebsmediumausgangsöffnung 27 herausgepumt. Nachdem der
nun über die Antriebsmediumeingangsöffnung 13 anliegende
Druck den Arbeitskolben und die Fördermembranen soweit
wieder nach oben gedrückt hat, daß die Federkraft der
federnden Verbindung 15 größer als die Addition der
Haltekräfte der Permanentmagneten 9 und 24 und der
Federkraft der federnden Verbindung 6 geworden ist (siehe
Abb. 4), schaltet die Pumpe erneut um und der
Anfangszustand von Abb. 1 wird wieder erreicht.
Das Verhältnis der Antriebsmediummenge zur
Fördermediummenge kann über das Verhältnis von
Arbeitskolbengröße zu Fördermembrangröße verändert werden.
Die dargestellte und beschriebene Ausführung ist nur ein
Beispiel zur Verwirklichung der Erfindung.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin,
daß die erfundene Pumpe rein mechanisch aufgebaut ist,
somit ohne Verwendung elektrischer Energie arbeitet,
selbstanlaufend ist und außerdem auch bei geringem
Antriebsdruck korrekt arbeitet, was insbesondere bei
pneumatischem Antrieb von Bedeutung ist.
Claims (6)
1. Hydraulisch oder pneumatisch betriebene Kolben- und/oder
Membran- Pumpe mit einer innenliegenden Stange, auf der
eine Arbeitseinheit und zwei Fördereinheiten befestigt
sind, wobei die Pumpe rein mechanisch umgesteuert wird,
dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe mit zwei
Einlaßsteuerventilen (7, 14), zwei Auslaßsteuerventilen
(23, 26), zwei an einer Wippe (25) befestigten
Permanentmagneten (9, 24), von denen einer den
Einlaßsteuerventilen und einer den Auslaßsteuerventilen
zugeordnet ist und diese jeweils abwechselnd öffnet und
zwei zwischen den Fördereinheiten (3, 18) und der Wippe (25)
angebrachten federnden Verbindungen (6, 15) zur Umsteuerung
gebildet ist.
2. Pumpe nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß eines der beiden
Einlaßsteuerventile (7), eine Seite der Arbeitseinheit (1)
und eines der beiden Auslaßsteuerventile (26) zu einer
Einheit und davon getrennt das andere Einlaßsteuerventil
(14), die andere Seite der Arbeitseinheit (1) und das
andere Auslaßsteuerventil (23) zu einer anderen Einheit
derart verbunden und um die Wippe (25) herum angebracht
sind, daß je nach Wippstellung einer der beiden auf der
Wippe (25) angebrachten Permanentmagneten (9) eines der
beiden Einlaßsteuerventile (7 oder 14) und gleichzeitig der
andere auf der Wippe (25) angebrachte Permanentmagnet (24)
das zur anderen Einheit gehörende Auslaßsteuerventil (23
oder 26) öffnet.
3. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitseinheit aus einem,
insbesondere mittig auf der Stange (16) befestigten und in
einer Arbeitskolbenlaufbüchse (12) untergebrachten,
Arbeitskolben (1) gebildet ist.
4. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagneten (9, 24)
beweglich an den Enden der Wippe (25) aufgehängt sind.
5. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagneten (9, 24)
zur Dämpfung mit einem elastischen Material, insbesondere
mit Gummi, belegt sind.
6. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß jede der beiden federnden
Verbindungen (6, 15) zwischen der Arbeitseinheit (1) und den
beiden Fördereinheiten (3, 18) aus einer mit zwei Stößeln
verbundenen Feder besteht, wobei die beiden Federn
insbesondere dieselbe Federkonstante haben.
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