DE10117418A1

DE10117418A1 - Oszillierende Verdrängerpumpe

Info

Publication number: DE10117418A1
Application number: DE10117418A
Authority: DE
Inventors: Robert Kaech
Original assignee: KNF Flodos AG
Current assignee: KNF Flodos AG; Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-04-06
Filing date: 2001-04-06
Publication date: 2002-10-17
Also published as: DE50209162D1; US20040105764A1; ATE350579T1; US7128541B2; JP2004522044A; JP4177115B2; WO2002081918A1; EP1373731B1; EP1373731A1

Abstract

Eine oszillierende Verdrängerpumpe, insbesondere eine Membranpumpe (P) für flüssige oder gasförmige Fördermedien, weist einen Förderraum, der einerseits durch einen Pumpenkopf und andererseits durch ein insbesondere durch eine Membrane (6) gebildetes Förderelement begrenzt ist, auf. Das Förderelement steht mit einem Hubantrieb in Antriebsverbindung, wobei an den Förderraum ein mit einem Einlaßstutzen verbundenes Einlaßventil und ein mit einem Auslaßstutzen verbundenes Auslaßventil angeschlossen sind. DOLLAR A Die Pumpe weist druckseitig einen Pulsationsdämpfer (45) sowie zwischen der Druck- und der Saugseite eine Überdruckbegrenzungseinrichtung (27) auf, wobei diese Einrichtungen in den Pumpenkopf integriert sind. DOLLAR A Bei Verwendung als Flüssigkeitspumpe ist im saugseitigen Teil des Pumpenkopfes eine Schwingkammer (16) integriert. DOLLAR A Dadurch werden Druckspitzen sowohl auf der Saug- als auch auf der Druckseite vermindert und es wird ein Druckanstieg auf der Druckseite auf einen vorgebbaren Wert begrenzt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine oszillierende Verdrängerpumpe, insbesondere Membranpumpe für flüssige oder gasförmige Förderme dien, mit einem Förderraum, der einerseit durch einen Pumpenkopf und andererseits durch ein insbesondere durch eine Membrane gebildetes Förderelement begrenzt ist, das mit einem Hubantrieb in Antriebsverbindung steht, wobei an den Förderraum ein mit einem Einlaßstutzen verbundenes Einlaßventil und ein mit einem Auslaßstutzen verbundenes Auslaßventil angeschlossen sind.

Membranpumpen, die als Flüssigkeitspumpen aber auch als Gaspumpen eingesetzt werden, arbeiten nach dem Prinzip der oszillierenden Verdrängerpumpen. Naturgemäss verursacht dieses Prinzip Pulsation sowohl auf der Saug- als auch der Druckseite.

Pulsation auf der Saugseite kann bei Membranpumpen und insbesondere bei schnelllaufenden Membranpumpen Kavitation, Druckstösse und Schwingungen verursachen.

Die Schädlichkeit von Kavitation bei Flüssigkeitspumpen ist bekannt. Zudem verursacht sie Geräusch und führt zu instabiler Fördermenge.

Druckstösse können in der Saugleitung angebrachte Geräte be schädigen oder in ihrer Funktion beeinflussen. Schwingungen verursachen Geräusch und übertragen sich auf Peripherieqeräte oder auf das gesamte Gerät.

Pulsation auf der Druckseite verursacht bei Membranpumpen Druckstösse und Schwingungen. Die Auswirkungen sind gleich wie auf der Saugseite aber noch radikaler, da auf der Druckseite - im Gegensatz zur Saugseite - die Druckspitzen viel höher ansteigen können.

Bei geschlossenem oder verstopftem System verdichten Membran- Flüssigkeitspumpen eine Flüssigkeit so lange bis das schwächste Glied in der Kette nachgibt. Dies führt zur Beschädigung dieses Elements.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verdrängerpumpe, insbesondere eine Membranpumpe für flüssige oder gasförmige Fördermedien zu schaffen, bei der sowohl saugseitig als auch druckseitig Druckspitzen vermieden werden, die auch erhöhten Sicherheitsanforderungen genügt und die darüber hinaus trotzdem einen kompakten Aufbau aufweist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß die Pumpe druckseitig einen Pulsationsdämpfer sowie zwischen der Druck- und der Saugseite eine Überdruckbegrenzungseinrichtung aufweist und daß diese Einrichtungen in den Pumpenkopf integriert sind. Bei Verwendung als Flüssigkeitspumpe ist im saugseitigen Teil des Pumpenkopfes eine Schwingkammer integriert.

Die vorliegende Erfindung vermindert Druckspitzen sowohl auf der Saug- als auch auf der Druckseite und begrenzt den Druckanstieg auf der Druckseite auf einen vorgebbaren Wert. Durch die Integration aller zur Pulsationsdämpfung vorgesehenen Einrichtungen in oder am Pumpenkopf ergibt sich ein kompakter Aufbau. Verbindungsleitungen, die bei einer abgesetzten Anordnung der Einrichtungen erforderlich wären, werden vermieden. Durch die Überdruckbegrenzungseinrichtung ist eine Drucküberwachung oder Druckbegrenzung vorhanden und die Pumpe vor Beschädigungen geschützt, wenn der Druck durch ein geschlossenes oder verstopftes System ansteigt.

Die Überdruckbegrenzung, die zwischen der Druck- und der Saugseite des Pumpenkopfes angebracht ist, dient zur Einstellung des maximal zulässigen Druckes auf der Druckseite der Pumpe oder zur Aufrechterhaltung eines konstanten Druckes auf der Druckseite der Pumpe unabhängig von der Durchflussmenge.

Bevorzugt ist vorgesehen, daß der Pumpenkopf ein etwa quaderförmi ges Pumpenkopf-Gehäuse aufweist, mit einer Anschlußseite für eine die Ventile aufweisende Zwischenplatte, gegenüberliegend zu dieser Anschlußseite mit der Überdruckbegrenzungseinrichtung, und daß an den vier anderen Umfangsseiten gegenüberliegend dar Einlaß stutzen und der Auslaßstutzen sowie der druckseitige Fulsations dämpfer und gegebenenfalls die saugseitige Schwingkammer angebracht sind.

Damit sind die Ein -oder Anbauteile - Überdruckbegrenzungsein richtung, Pulsationsdämpfer, Schwingkammer - des Pumpenkopfes unabhängig voneinander zugänglich und dadurch unter anderem leicht montierbar und demontierbar.

Eine Ausführungsform des druckseitigen Pulsationsdämpfers sieht vor, daß dieser wenigsten zwei in Serie geschaltete Dämpfungs kammern innerhalb des Pumpenkopfes oder eines zum Pumpenkopf gehörenden Dämpfer-Gehäuses aufweist, daß dazu ein an einen Einlaß angeschlossener Leitungsabschnitt einen Verbindungskanal zu einer ersten Dämpfungskammer aufweist sowie über ein Einlaß-Drosselorgan an eine zweiten, über ein Auslaß-Drosselorgan mit einem Auslaß verbundene Dämpfungskammer angeschlossen ist, und daß innerhalb der Dämpfungskammern Dämpfungselemente aus federelastischem Material angeordnet sind.

Durch die Reihenschaltung von mehreren Dämpferstufen wird eine hohe Dämpfung erreicht, die exponentiell mit der Anzahl der Dämpferstufen steigt. Die Drosselorgane in Verbindung mit den Dämpfungskammern bilden Dämpfungsglieder, die bei auftretenden Druckschwankungen Fördermedium zwischenspeichern und wieder abgeben können. Durch die Drosselorgane wird während eines Druckstoßes ein Staudruck aufgebaut, durch den eine Druckaufladung der Dämpfungsglieder und eine gedrosselte Abgabe von Fördermedium in der sich an die Druckphase anschließenden Druckabfallphase möglich ist.

Zweckmäßigerweise sind die Dämpfungskammern des druckseitigen Pulsationsdämpfers mittels einer Trennmembrane in einen Auf nahmeraum für Dämpfungselemente und in einen Fördermedium führenden Bereich unterteilt sind.

Die Dämpfungselemente können dadurch nicht mit dem Fördermedium in Verbindung kommen, so daß die verwendeten Dämpfungselemente ausschließlich auf die geforderten Dämpfungseigenschaften abgestimmt sein können und eine Beständigkeit gegen das jeweilige Fördermedium nicht erforderlich ist. Dadurch können auch agressive Fördermedien problemlos bei entsprechender Materialwahl der Trennmembrane eingesetzt werden.

Die saugseitige Schwingkammer weist eine Schwingmembrane auf, welche die Schwingkammer in einen mit der Saugseite verbundenen Kammerteil und einen über eine Öffnung mit der Umgebungsluft verbundenen Kammerteil aufteilt.

Beim Fördern einer Flüssigkeit wird durch diese saugseitige Pulsationsdämpfung der Flüssigkeitszustrom beim Schließen des Einlaßventiles nicht abrupt gestoppt, sondern kann durch die dann auslenkende Schwingmembrane noch etwas "im Fluß" gehalten werden. Eine Pulsation auf der Saugseite kann dadurch wirksam reduziert und insbesondere bei schnelllaufenden Membranpumpen Kavitation, Druckstösse und Schwingungen vermeiden. Außerdem werden Geräusche gedämpft und eine instabile Fördermenge wird vermieden.

Zusätzliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Unteransprüchen aufgeführt. Nachstehend ist die Erfindung mit ihren wesentlichen Einzelheiten anhand der Zeichnung noch näher erläutert.

Die einzige Figur zeigt:

Eine Explosionsdarstellung einer erfindungsgemäßen Mem branpumpe.

Eine in der Figur gezeigte Pumpe P weist ein Pumpengehäuse 1 auf, an das seitlich ein Motor 50 angeflanscht ist. Ein Kurbelantrieb für eine Pumpenmembrane 6 weist zwei Kurbelwellenlager 2, einen Exzenter 3 sowie ein Pleuellager 4 auf. Ein Pleuel 5 hat eine Anschlußstelle 15, über die es mit der Pumpenmembrane 6 verbindbar ist. Bei Rotation des Kurbelantriebes wird die Pumpenmembrane in eine Hubbewegung versetzt.

Auf das Pumpengehäuse 1 wird eine Zwischenplatte 7 montiert, zwischen der und der Pumpenmembrane 6 ein Förderraum gebildet ist. Die Zwischenplatte 7 beinhaltet bei aufgesetzter Ventilplatte 8 ein Einlaßventil und ein Auslaßventil. Die Zwischenplatte 7 und ein sich daran anschließender Anschlußblock 9 bilden im wesentlichen den Pumpenkopf.

Der Anschlußblock 9 als Teil des Pumpenkopfes ist im Ausführungs beispiel etwa quaderförmig ausgebildet. Eine der sechs Seiten bildet eine Anschlußseite für die Zwischenplatte 7.

Auf der gegenüberliegenden Seite sind die Funktionsteile einer Überdruckbegrenzungseinrichtung 27 dargestellt. Diese dient zur Einstellung des maximal zulässigen Druckes auf der Druckseite der Pumpe und weist dazu eine Strömungsverbindung zwischen Druckseite und Saugseite auf, die im Normalbetriebsfall durch ein Überströmventil geschlossen ist.

Im Ausführungsbeispiel greift eine Druckregelmembrane 20 in eine Innenhöhlung des Anschlußblockes 9 und liegt dort dichtend auf einer mit der Saugseite verbundenen Öffnung 28 an. Die Druck regelmembrane 20 ist durch eine Feder 21 druckbeaufschlagt, wobei die Druckbeaufschlagung durch eine Einstellschraube 23 verstellbar ist. Eine Kontermutter 24 mit Unterlagscheibe 25 dient zur Sicherung der jeweiligen Einstellung der Einstellschraube 23. In Montagestellung ist die Innenhöhlung des Anschlußblockes 9 zur Aufnahme der Druckregelmembrane 20 und dergleichen durch einen Druckdeckel 22 geschlossen, der mittels Schrauben 25 gehalten ist. Innerhalb der Ausnehmung sind noch mit der Druckseite verbundene Öffnung 29 erkennbar.

Auf zwei der übrigen vier Seiten des Anschlußblockes 9 befinden sich gegenüberliegend einerseits ein Leitungsanschluß 14 (Einlaßstutzen) und andererseits ein Leitungsanschluß 12 (Auslaßstutzen).

Die beiden übrigen Umfangsseiten des Anschlußblockes weisen einerseits einen mit der Druckseite verbundenen Pulsationsdämpfer 45 und auf der anderen Seite eine Schwingkammer 16 auf. Der Pulsationsdämpfer 45 hat ein großes Dämpfungselement 40 und ein kleines Dämpfungselement 41, die sich in getrennten Dämpferkam mern befinden. Die Dämpfungselemente können hinsichtlich ihrer Masse und/oder ihres Volumens unterschiedlich sein. Die beiden zugehörigen Dämpfungskammern sind, was nicht näher dargestellt ist, über einen Leitungsabschnitt miteinander verbunden. Dieser Leitungsabschnitt weist einen druckseitigen Einlaß mit einem Verbindungskanal zu der ersten Dämpfungskammer auf. Über ein Einlaß-Drosselorgan ist der Leitungsabschnitt an die zweite Dämpfungskammer angeschlossen, die ihrerseits über ein Auslaß-Drosselorgan mit einem Auslaß verbunden ist, der seinerseits an den druckseitigen Leitungsanschluß 12 angeschlossen ist. Die innerhalb der Dämpfungskammern befindlichen Dämpfungselemente bestehen aus federelastischem Material.

Die Dämpfungskammern des druckseitigen Pulsationsdämpfers 45 sind mittels einer Trennmembrane 42 in einen Aufnahmeraum für die Dämpfungselemente 40, 41 und in einen Fördermedium führenden Bereich unterteilt.

Im Ausführungsbeispiel ist als äußerer Abschluß des Pulsations dämpfers 45 ein Dämpferdeckel 43 vorgesehen, der hier einen Teil oder auch das Gesamtvolumen der Dämpfungskammern aufweisen kann. Andererseits besteht aber auch die Möglichkeit, daß die Dämpfungskammern vollständig in den Anschlußblock 9 integriert sind. Mit Hilfe von Schrauben 44 wird der Dämpferdeckel 43 am Anschlußblock 9 gehalten.

Auf der dem Pulsationsdämpfer 45 gegenüberliegenden Seite befindet sich die Schwingkammer 16. Diese Schwingkammer weist eine mit der Saugseite verbundene Innenhöhlung im Anschlußblock 9 auf. Eine Schwingmembrane 10 teilt die Schwingkammer in einen mit der Saugseite verbundenen Kammerteil und einen über eine Öffnung 17 mit der Umgebung verbundenen Kammerteil auf.

Zum Halten der Schwingmembrane 10 und als Abschluß der Schwingkam mer dient ein Abschlußdeckel 11, der mittels Schrauben 13 am Anschlußblock 9 gehalten ist.

Durch die Schwingkammer 16 ist ein saugseitiger Pulsationsdämpfer gebildet. Durch unterschiedliche Wahl des Durchmesser-Dicken- Verhältnisses der Schwingmembrane 10 kann die Schwingungsdämpfung auch in Abhängigkeit des jeweiligen Fördermediums optimiert werden.

Strichpunktiert ist noch angedeutet, daß in den Pumpenkopf beziehungsweise den Anschlußblock 9 eine Heizung integriert sein kann. Diese kann, wie nicht näher dargestellt, eine Heizplatte 30 inklusiv Kabelanschlüssen, gegebenenfalls eine Wärmeverteilplatte 31 sowie gegebenenfalls eine Einguß-Masse 31 beinhalten. Damit kann bei entsprechenden Druck und Temperaturverhältnissen ein Einfrieren des Pumpenkopfes vermieden werden oder aber es kann bei eingefrorenem Pumpenkopf dieser aufgetaut werden.

Stückliste All-inclusive-pump

P Pumpe

1

Pumpengehäuse

2

Kurbelwellenlager

3

Exzenter

4

Pleuellager

5

Pleuel

6

Pumpenmembrane

7

Zwischenplatte

8

Ventilplatte

9

Anschlussblock

10

Schwingmembrane (Saugseite)

11

Abschlussdeckel

12

Leitungsanschluss (Druckseite)

13

Schrauben

14

Leitungsanschluss (Saugseite)

15

Anschlußstelle

16

Schwingkammer

17

Öffnung
Druckregelung

20

Druckregelmembrane

21

Feder

22

Druckdeckel

23

Einstellschraube

24

Kontermutter

25

Unterlagscheibe

26

Schrauben

27

Überdruckbegrenzungseinrichtung

28

Öffnung

29

Öffnung
Heizung

30

Heizplatte (inkl. Kabelanschlüsse) eingeklemmt od. eingegossen in Pos.

9

31

ggf. Wärmeverteilplatte

32

ggf. Einguss-Masse
Pulsationsdämpfer

40

Dämpfungselement gross

41

Dämpfungselement klein

42

Trennmembrane

43

Dämpferdeckel

44

Schrauben

45

Pulsationsdämpfer

50

Motor

Claims

1. Oszillierende Verdrängerpumpe, insbesondere Membranpumpe für flüssige oder gasförmige Fördermedien, mit einem Förderraum, der einerseit durch einen Pumpenkopf und andererseits durch ein insbesondere durch eine Membrane gebildetes Förderelement begrenzt ist, das mit einem Hubantrieb in Antriebsverbindung steht, wobei an den Förderraum ein mit einem Einlaßstutzen verbundenes Einlaßventil und ein mit einem Auslaßstutzen verbundenes Auslaßventil angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (P) druckseitig einen Pulsationsdämpfer (45) sowie zwischen der Druck- und der Saugseite eine Überdruckbegrenzungseinrichtung (27) aufweist und daß diese Einrichtungen in den Pumpenkopf integriert sind.

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung als Flüssigkeitspumpe im saugseitigen Teil des Pumpenkopfes eine Schwingkammer (16) integriert ist.

3. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Überdruckbegrenzungseinrichtung (27) zwischen der Druck- und der Saugseite der Pumpe zur Einstellung des maximal zulässigen Druckes auf der Druckseite der Pumpe verstellbar ist.

4. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß die Überdruckbegrenzungseinrichtung (27) eine Verbindung zwischen der Druckseite und der Saugseite der Pumpe aufweist und daß in diese Verbindung ein vorzugsweise hinsichtlich des Ansprechdruckes verstellbares Überströmventil (20, 28) eingesetzt ist.

5. Pumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das verstellbares Überströmventil der Überdruckbegrenzungseinrichtung (27) eine federbeaufschlagte Druckregelmembrane (20) aufweist, deren Federbeaufschlagung mit einer Einstellschraube (23) verstellbar ist.

6. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, daß der Pumpenkopf ein etwa quaderförmiges Pumpenkopf-Gehäuse (Anschlußblock 9) aufweist, mit einer Anschlußseite für eine die Ventile aufweisende zwischenplatte (7), gegenüberliegend zu dieser Anschlußseite mit der Überdruckbegrenzungseinrichtung (27), und daß an den vier anderen Umfangsseiten gegenüberliegend der Einlaßstutzen (14) und der Auslaßstutzen (12) sowie der druckseitige Pulsations dämpfer (45) und gegebenenfalls die saugseitige Schwingkammer (16) angebracht sind.

7. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, daß der druckseitige Pulsationsdämpfer (45) wenigstens zwei in der Masse unterschiedliche Dämpfungs elemente (40, 41) bzw. Materialien und/oder im Volumen unterschiedliche Dämpfungskammern aufweist.

8. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn zeichnet, daß der druckseitige Pulsationsdämpfer (45) wenigsten zwei in Serie geschaltete Dämpfungskammern innerhalb des Pumpenkopfes oder eines zum Pumpenkopf gehörenden Dämpfer- Gehäuses (43) aufweist, daß dazu ein an einen Einlaß angeschlossener Leitungsabschnitt einen Verbindungskanal zu einer ersten Dämpfungskammer aufweist sowie über ein Einlaß- Drosselorgan an eine zweiten, über ein Auslaß-Drosselorgan mit einem Auslaß verbundene Dämpfungskammer angeschlossen ist, und daß innerhalb der Dämpfungskammern Dämpfungselemente (40, 41) aus federelastischem Material angeordnet sind.

9. Pumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungskammern des druckseitigen Pulsationsdämpfers mittels einer Trennmembrane in einen Aufnahmeraum für Dämpfungs elemente (40, 41) und in einen Fördermedium führenden Bereich unterteilt sind.

10. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn zeichnet, daß der Kopfdeckel der Membranpumpe als Verbindungs teil dergestalt ausgebildet ist, daß Funktionskammern der Komponeten (Überdruckventil, Schwingkammer) in dieses Verbindungsteil integriert sind.

11. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekenn zeichnet, daß die Pulastionsdämpfungskammer(n) des druckseiti gen Pulsationsdämpfers (45) sowohl als Kopfdeckel der Pumpe wie auch als Verbindungsteil zur Schwingkammer und zum Überströmventil ausgebildet ist (sind).

12. Pumpe nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekenn zeichnet, daß die saugseitige Schwingkammer (16) eine Schwingmembrane (10) aufweist, welche die Schwingkammer in einen mit der Saugseite verbundenen Kammerteil und einen über eine Öffnung (17) mit der Umgebungsluft verbundenen Kammerteil aufteilt.

13. Pumpe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingmembrane (10) der saugseitigen Schwingkammer hinsicht lich ihres Durchmesser-Dicken-Verhältnisses auf das jeweilige Fördermedium zur Optimierung der Schwingungsdämpfung abgestimmt ist.

14. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekenn zeichnet, daß in den Pumpenkopf eine Heizung (30, 31, 32) integriert ist.