-
Die
Erfindung betrifft eine Verdrängerpumpe mit den im Oberbegriff
des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.
-
Aus
der
DE 295 11 966
U1 ist eine Rotationsverdrängerpumpe bekannt,
welche in einem Gehäuse einen ringförmigen Stator
hat, auf dessen Oberfläche eine Ringfläche ausgebildet
ist, welche sich über einen Teilkreis oder einen Vollkreis
des Stators erstreckt. Die Ringfläche ist von einer sich
entsprechend über einen Teilkreis oder Vollkreis erstreckenden
ringförmigen Membran überwölbt, welche
an ihren Rändern mittels eines ringförmigen Gegenhalters mit
dem Stator verspannt ist. Dadurch ist zwischen der Ringfläche
des Stators und der Membran ein Pumpkanal ausgebildet. In diesen
mündet durch die Ringfläche des Stators ein Zulauf
und in einigem Abstand davon ein Ablauf. Der Membran ist ein Kranz von
einzeln beweglichen Druck übertragungsgliedern zugeordnet,
welche mit ihrem einen Ende auf der Membran fußen. Ein
Rotor, welcher sich um die Achse der Ringfläche des Stators
dreht, hat mehrere Rollen, die in regelmäßigen
Abständen längs der Ringfläche über
dem Stator angeordnet und an einen gemeinsamen Träger freilaufend
gelagert sind. Die Rollen wirken auf das hintere Ende der Druckübertragungsglieder
ein und drücken diese während der Rotordrehung
aufeinander folgend gegen den Stator, wodurch die Membran lokal
zur Anlage an der Ringfläche des Stators gebracht wird
und den Querschnitt des Pumpkanals verschließt. Diese Stelle,
an welcher der Pumpkanal verschlossen ist, wandert zyklisch mit
der Rotordrehung vom Zulauf bis zum Ablauf über den Pumpkanal
und hat eine Pumpwirkung zur Folge.
-
Die
bekannte Rotationsverdrängerpumpe eignet sich für
Flüssigkeiten, aber auch für Mörtel und andere
zähflüssige Medien. Die Membran verschleißt,
zum Beispiel wegen der abrasiven Bestandteile im Mörtel,
so dass sie von Zeit zu Zeit gewechselt werden muss. Dazu muss die
Pumpe teilweise zerlegt werden. Das sollte so einfach sein, dass
es auch von Bauhandwerkern ohne Schwierigkeiten durchgeführt
werden kann, welche mit einer solchen Pumpe arbeiten.
-
Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Pumpe zu
schaffen, welche einen von einer Membran begrenzten Pumpkanal hat,
sich für das Pumpen von Flüssigkeiten und von
zähen Medien wie zum Beispiel von Mörtel eignet
und durch einen neuen Aufbau leichter zu montieren ist und bei welcher
die Membran leichter ausgetauscht werden kann als bei der bekannten
Rotationsverdrängerpumpe.
-
Diese
Aufgabe wird gelöst durch eine Verdrängerpumpe
mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen
der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
-
Die
vorliegende Erfindung vollzieht eine grundlegende Abkehr vom herkömmlichen
Aufbau einer Rotationsverdrängerpumpe, indem der Pumpkanal
nicht mehr kreisbogenförmig sondern geradlinig verläuft.
Die Pumpwirkung wird bevorzugt mit Hilfe von beweglichen Druckübertragungsgliedern
erzeugt. Diese werden jedoch nicht, wie sonst bei linearen Schlauchpumpen
bekannt, durch einzelne, synchronisierte Exzenter betätigt,
sondern durch Druckerzeuger, vorzugsweise Rollen, welche an einem umlaufenden
Träger befestigt sind und aufeinander folgend über
die Druckübertragungsglieder rollen oder direkt auf die
Membran einwirken. Rollen haben den Vorteil einer geringen Reibung.
Prinzipiell können die Druckerzeuger aber auch rutschen,
insbesondere können Druckübertragungsglieder verwendet
werden, die dem mindestens einen Druckerzeuger zugewandte Rollen
tragen oder ähnlich wie der Kopf eines Kugelschreibers
ausgebildet sind, um einen vorteilhaft geringen Reibungswiderstand
zu dem Druckerzeuger zu bewirken.
-
Sind
die Druckerzeuger als Rollen ausgebildet, haben der Träger
und die von ihm getragenen Rollen vorzugsweise zueinander parallele
Drehachsen. Der Abstand der Rollen von der Drehachse des Trägers
ist veränderlich. Dem drehbaren Träger mit seinen
Rollen ist eine Führungseinrichtung zugeordnet, welche
sich entlang des Pumpkanals erstreckt und die Rollen während
der Drehbewegung des Trägers entlang des geradlinigen Pumpkanals
führt. Auf diese Weise wird die umlaufende Bewegung der
Rollen in ihrem entlang des Pumpkanals verlaufenden Abschnitt linearisiert,
d. h., sie erfolgt dort nicht entlang eines Kreisbogens, sondern
geradlinig oder annähernd geradlinig.
-
Das
hat wesentliche Vorteile:
- – Durch
eine geradlinige Ausbildung des Pumpkanals erreicht man verglichen
mit einer Rotationsverdrängerpumpe einen einfacheren Grundaufbau
der Pumpe.
- – Trotz des geradlinigen Verlaufes des Pumpkanals kann
die Pumpwirkung durch den Einsatz von Rollen erzielt werden, welche
längs des Pumpkanals zyklisch über Druckübertragungsglieder
rollen, welche zwischen den Rollen und der Membran des Pumpkanal
angeordnet sind.
- – Anstelle einer Vielzahl von Exzentern zur Betätigung
der einzelnen Druckübertragungsglieder kommt man mit wenigen,
untereinander gleichen Rollen aus, welche durch einen einfachen,
um eine feste Achse drehbaren Träger auf einer nicht kreisförmigen
Umlaufbahn bewegt werden, was zu einem einfachen Antrieb führt.
- – Die Erfindung vereinigt die Vorteile einer Pumpe mit
geradlinigem Pumpkanal mit dem Vorteil eines einfachen Antriebs
einer Rotationsverdrängerpumpe, ohne sich die Nachteile
einzuhandeln, die einer herkömmlichen Rotationsverdrängerpumpe und
einer herkömmlichen linearen Verdrängerpumpe bisher
anhafteten. Die Erfindung erzielt diese Vorteile durch eine grundlegende
Abkehr vom Stand der Technik, indem sie eine neuartige Pumpe sui
generis schafft.
- – Die Membran kann ein einfacher, rechteckiger Streifen
aus elastomerem Material sein zum Beispiel aus Gummi.
- – Bei der Rotationsverdrängerpumpe führen
Rollen, die eine zylindrische Mantelfläche haben, zu einem
unvermeidlichen Schlupf, wenn sie auf den Druckübertragungsgliedern
rollen, nicht jedoch bei der erfindungsgemäßen
Pumpe.
- – Der lineare Pumpkanal und die ihm zugeordnete lineare
Führungseinrichtung sind preiswert herzustellen.
- – Die Druckübertragungsglieder können
einfacher gestaltet sein als bei einer Rotationsverdrängerpumpe,
weil sie nicht mehr bogenförmig angeordnet werden müssen,
oder sogar ganz entfallen.
- – Eine geradlinige Membran ist einfacher zu montieren
und zu ersetzen ist als eine gewölbt einzusetzende ringförmige
Membran.
- – Erfindungsgemäße Pumpen eignen
sich gut dafür, mehrere von ihnen gleichachsig anzuordnen, so
dass die Träger der Rollen in den einzelnen Pumpen eine
gemeinsame Drehachse haben und durch eine gemeinsame Welle angetrieben
werden. Dabei kann man die Pumpkanäle der einzelnen Pumpen
wahlweise in Reihe oder parallel miteinander verbinden. Verbindet
man die Pumpkanäle in Reihe, kann man höhere Förderdrücke
erreichen. Verbindet man die Pumpkanäle parallel miteinander,
erreicht man ein entsprechend höheres Fördervolumen.
Bei einer Reihenschaltung können die Pumpkanäle
durch Schlauchleitungen oder Rohrleitungen miteinander verbunden
werden, es ist aber auch möglich, die Einlassöffnungen
und die Auslassöffnungen der Pumpkanäle in den
einander zugewandten Gehäuseseiten so anzuordnen, dass
die Einlassöffnung einer Pumpe unmittelbar auf die Auslassöffnung
einer benachbarten Pumpe trifft, wenn diese achsgleich angeordnet
und miteinander verspannt werden. Eine derartige Anordnung ist bevorzugt.
-
Die
Membrane und die von ihr überwölbte Platte sind
so miteinander zu verbinden, dass zwischen den beiden tatsächlich
ein Pumpkanal mit einem gewissen lichten Querschnitt gebildet wird,
der durch das Einwirken der Rollen auf die Druckübertragungsglieder
verengt wird. Das erreicht man am einfachsten dadurch, dass man
die Membrane gewölbt einspannt, so dass sie unter einer
Vorspannung steht, und dass die unter der Membrane liegende Oberfläche
der Platte jedenfalls im Bereich zwischen der Einlassöffnung
und der Auslassöffnung des Pumpkanals eben ist. Eine derartige
Ausbildung wird bevorzugt. Sie ist fertigungstechnisch am einfachsten
und erlaubt Rollen mit zylindrischer Lauffläche, um die
Membrane gegen die ebene Oberfläche der von ihr überwölbten
Platte zu drücken.
-
Der
Einlass und der Auslass zu dem Pumpkanal könnten zwischen
Platte und Membran liegen, sie führen jedoch vorzugsweise
durch die Platte hindurch, so dass die Rollen ohne weiteres auch über die
Einlassöffnung und über die Auslassöffnung
hinwegrollen können. Die Einlassöffnung und die
Auslassöffnung bilden zweckmäßigerweise
die beiden Enden des Pumpkanals und liegen demgemäß zweckmäßigerweise
nahe bei den eingespannten Enden der Membran, um minimale Toträume
zu erhalten.
-
Als
Druckübertragungsglieder können zueinander parallele
Schieber oder Stößel vorgesehen sein, welche in
dichter Folge an dem Pumpkanal angeordnet sind. Diese Druckübertragungsglieder
können untereinander gleich sein und einen rechteckigen
Querschnitt haben. Vorzugsweise haben die Druckübertragungsglieder
Schultern, mit denen sie in einem Raum zwischen der Membrane und
gegeneinander gerichteten Fortsätzen des wenigstens einen Gegenhalters
gefangen sind, welcher dazu dient, die Ränder der Membrane
zwischen der Platte und dem Gegenhalter einzuspannen. Die lichte
Weite zwischen den gegeneinander gerichteten Fortsätzen des
oder der Gegenhalter ist dabei kleiner als die Breite der Schultern
der Druckübertragungsglieder, so dass diese mit den Schultern
unverlierbar zwischen Gegenhalter und Membrane gefangen sind. Der
Weg, um den die Druckübertragungsglieder verschiebbar sind,
ist somit einerseits durch die von der Membran überwölbte
Platte und andererseits durch den Gegenhalter begrenzt, an welchem
die Druckübertragungs glieder anschlagen können,
welche nicht gerade von einer Rolle überrollt werden. Dadurch wird
zugleich sichergestellt, dass der sich im Pumpkanal aufbauende Förderdruck
die Membran nicht überbeansprucht, denn die Druckübertragungsglieder
fangen längs des gesamten Pumpkanals den Förderdruck
auf.
-
Die
Druckübertragungsglieder drücken die Membrane
unter der Wirkung der über sie hinwegrollenden Rollen fortschreitend
gegen die von ihr überwölbte ebene Fläche
der Platte, ohne die Membran zu sehr zu walken, und verdrängen
dadurch das zu pumpende Medium in der Bewegungsrichtung der Rollen.
Hinter einer Rolle entspannt sich die Membran wieder und erzeugt
einen Sog.
-
Wenn
es nicht auf hohe Förderdrücke ankommt, ermöglicht
die Erfindung mit ihrem linearen Pumpkanal auch die Verwendung eines
ganz einfachen Druckübertragungsgliedes in Gestalt eines Streifens
aus einem Federblech, welches auf der Außenseite der Membran
angeordnet wird und über welches die Rollen unter elastischer
Biegung des Federbleches hinweg rollen kann. Das ermöglicht
eine besonders gleichmäßige Pumpwirkung und schont gleichzeitig
die Membran.
-
Der
Träger für die Rollen hat die Aufgabe, die Rollen
im Verlauf seiner eigenen Umdrehung wiederkehrend entlang der Führungseinrichtung
zu bewegen. Der Träger kann diese Aufgabe in unterschiedlicher
Ausführungsform erfüllen. Eine Möglichkeit
besteht darin, den Träger als Scheibe auszubilden, welche
radial nach außen hin offene Ausnehmungen zum Aufnehmen
der Rollen hat. Derartige Ausnehmungen können von der Umfangsfläche
der Scheibe her in diese gefräst werden. Eine andere Möglichkeit besteht
darin, den Träger aus zwei Scheiben zu bilden, diese koaxial
zueinander in bestimmtem Abstand anzuordnen, die Rollen zwischen
ihnen anzuordnen und drehbar zu lagern und die beiden Scheiben dann
miteinander zu verbinden. Anstelle von Scheiben kann man auch Sternräder
verwenden, welche eine der Anzahl der Rollen entsprechende Anzahl
von radialen Armen haben, welche die Rollen in gleicher Weise wie
Scheiben tragen können. Sternräder haben den Vorteil,
dass sie mit weniger Masse auskommen.
-
Damit
die Rollen ihren Abstand von der Drehachse des Trägers
verändern können, hat der Träger vorzugsweise
Schlitze, welche sich vom äußeren Rand des Trägers
ein Stück weit einwärts erstrecken, insbesondere
in radialer Richtung. In diese Schlitze können die Rollen
mit einer körperlichen Achse oder Welle eingreifen, zum
Beispiel mit Wellenzapfen, welche zu beiden Seiten von der Rolle ausgehen.
Auf diese Weise können die Rollen in den Schlitzen sowohl
verschoben als auch gedreht werden.
-
Damit
die Rollen am Träger, insbesondere in Schlitzen des Trägers,
eine definierte Lage einnehmen, stehen sie vorzugsweise unter der
Wirkung einer Feder, durch welche sie bezüglich der Drehachse des
Trägers nach außen gedrückt werden. Damit
die Rollen unter der Wirkung der Feder nicht aus den Schlitzen heraus
gleiten, läßt man sie über den größten
Teil ihrer Umlaufbewegung auf einer kreisbogenförmigen
Gehäusewand laufen, welche dem Träger gegenüberliegt
und deren Durchmesser etwas größer ist als der
Durchmesser des Trägers. Die Gehäusewand verhindert,
dass die Rollen mit ihrer Achse, Welle oder Wellenzapfen aus den
Schlitzen des Trägers heraus gleiten. Gelangen die Rollen
auf ihrer Umlaufbahn in die Nähe des Pumpkanals, dann übernimmt
die Führungseinrichtung in Verbindung mit den Druckübertragungsgliedern
die weitere Führung der Rollen:
Die Rollen treten
in den Spalt zwischen der Führungseinrichtung und den Druckübertragungsgliedern
ein, drücken dabei die Druckübertragungsglieder
fortschreitend gegen die Membran und damit die Membran gegen die
Platte, an welcher die Membrane eingespannt ist. Dabei stützen
sich die Rollen rückseitig an der Führungseinrichtung
ab. Die Führungseinrichtung ist, um unterschiedliche Förderdrücke
und Förderleistungen einstellen zu können, vorzugsweise
in ihrem Abstand von der Platte veränderlich. Insbesondere
kann die Führungseinrichtung federnd unterstützt
sein, so dass sie gegen Federkraft zurückweichen kann.
Das macht es möglich, im Falle einer Blockade des Pumpkanals
oder einer Überlastung der Pumpe ein Blockieren des Antriebes
zu verhindern und eine Beschädigung des Antriebes zu vermeiden.
-
Da
die Rollen nur auf einem Teil ihrer Umlaufbahn in Wechselwirkung
mit der Führungseinrichtung treten, sind die Rollen der
Führungseinrichtung in geeigneter Weise zuzuführen.
Vorzugsweise hat die Führungseinrichtung einen ersten Durchgang, durch
welchen im Verlauf der Drehung des Trägers die Rollen aufeinander
folgend von der Rückseite zur Vorderseite der Führungseinrichtung
hindurch treten können. Außerdem hat die Führungseinrichtung
vorzugsweise einen entsprechenden zweiten Durchgang, durch welchen
die Rollen im Verlauf der Drehung des Trägers von der Vorderseite
zur Rückseite der Führungseinrichtung hindurch
treten können. Die Durchgänge müssen
so breit sein, dass die Rollen in voller Breite hindurchpassen.
Danach muss die Führungseinrichtung den Rollen aber eine
Fläche bieten, auf welcher sie entweder mit ihrer auf die
Druckübertragungsglieder einwirkenden Lauffläche
oder mit ihrer beidseitig überstehenden Achse oder Welle
abrollen können. Für den zuletzt genannten Fall
eignet sich besonders die Anordnung von zwei zueinander parallelen
Schienen, auf denen die Achse oder Welle der Rollen abrollen kann,
wobei in den Durchtrittsöffnungen zweckmäßigerweise
Leitflächen vorgesehen sind, welche die Wellen oder Achsen
auf die Schienen führen, die in ihrem zwischen den beiden
Durchtrittsöffnungen liegenden Abschnitt einen Abstand haben,
der kleiner ist als die lichte Breite der Durchtrittsöffnungen.
Zwischen den Durchtrittsöffnungen werden die Rollen vorzugsweise
geradlinig und parallel zum Pumpkanal geführt.
-
Der
Träger kann beispielsweise auch als ein umlaufender Strang,
insbesondere eine Kette oder ein Keilriemen, ausgebildet sein. Ein
derartiger Träger kann ähnlich wie ein Förderband
an dem Pumpkanal entlang geführt werden. Ein Vorteil eines
solchen Trägers ist, dass im Vergleich zu einem scheibenförmigen
Träger nur wenig Platz benötigt wird, da sich
der Träger wie Obertrum und Untertrum eines Förderbandes
entlang des Pumpkanals erstrecken kann.
-
Bevorzugt
hat die erfindungsgemäße Pumpe einen Risssensor
zum Überwachen der Membran. Schäden an der Membran
können nämlich zu einem Eindringen von zu pumpendem
Medium in das Pumpengehäuse führen, wodurch beträchtlicher
Schaden entstehen kann. Mit einem Sensor können eine schadhafte
Membran erkannt und folglich Schäden an der Pumpe vermieden
werden. Bevorzugt ist der Risssensor mit einem Schalter verbunden,
der die Pumpe abschaltet, sobald der Risssensor einen Schaden an
der Membran feststellt. Auf diese Weise kann man eine Zwangsabschaltung
realisieren, aber auch vorsehen, dass der Bediener, beispielsweise durch einen
Handtaster, die Pumpe noch kurzzeitig weiter betreiben und leer
pumpen kann.
-
Ein
geeigneter Risssensor kann beispielsweise ein Kontaktelement aufweisen,
das einen Innenleiter in der Membran kontaktiert, der durch eine Deckschicht
der Membran von dem zu pumpenden Medium elektrisch isoliert ist.
Bei einer Beschädigung der Membran entsteht ein elektrischer
Kontakt zwischen dem zu pumpenden Medium und dem Innenleiter, wodurch
das Kontaktelement im Schadensfall auf Massepotential gezogen wird.
Dies kann elektrisch detektiert werden. Der Innenleiter der Membran
wird bevorzugt als elektrisch leitfähige Schicht, beispielsweise
eine mit Graphit oder anderen leitfähigen Artikeln gefüllte
Membranschicht, ausgebildet.
-
Ein
derartiger Risssensor kann auch für andere Verdrängerpumpen
genutzt werden und stellt deshalb einen Aspekt der Erfindung dar,
der auch selbstständige Bedeutung haben kann. Ein wichtiger Aspekt
der Erfindung betrifft deshalb eine Verdrängerpumpe mit
einer Membran und einem Risssensor zum Überwachen der Membran,
wobei der Risssensor ein Kontaktelement aufweist, das einen Innenleiter
der Membran kontaktiert, der durch eine Deckschicht der Membran
von dem zu pumpenden Medium elektrisch isoliert ist.
-
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den beigefügten Zeichnungen dargestellt.
Gleiche oder einander entsprechende Teile sind in den Zeichnungen
mit übereinstimmenden Bezugszahlen bezeichnet.
-
1 ist
ein Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Verdrängerpumpe,
-
2 ist
der Schnitt entlang der Schnittlinie II-II in 1,
-
3 ist
der Schnitt entlang der Schnittlinie III-III in 1,
-
4 ist
der Schnitt entlang der Schnittlinie IV-IV in 1,
-
5 ist
ein Querschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels;
-
6 ist
eine Rückansicht zu 5;
-
7 ist
der Schnitt entlang der Schnittlinie A-A in 5;
-
8 ist
der Schnitt entlang der Schnittlinie B-B in 5,
-
9 zeigt
ein Ausführungsbeispiel einer Verdrängerpumpen
mit mehrerer Pumpkanälen; und
-
10 zeigt
schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Risssensors.
-
Die 1 bis 4 zeigen
eine erfindungsgemäße Verdrängerpumpe
mit einem Gehäuse 1, welches in einem ersten Abschnitt 1a eine
teilzylindrische Umfangswand 2 hat. In einem zweiten Gehäuseabschnitt 1b,
welcher an den ersten Gehäuseabschnitt 1a anschließt,
verläuft ein geradliniger Pumpkanal 3, welcher
durch eine Platte 4, eine Membran 5, beide mit
im Wesentlichen rechteckigem Umriss und durch einen Gegenhalter 6 gebildet
ist. Die Membran 5 ist in entspanntem Zustand ein rechteckiges, ebenes
Gebilde aus einem elastomeren Werkstoff, zum Beispiel aus einem
synthetischen Gummi. Sie ist so angeordnet, dass sie die eine Seite
der Platte 4 überwölbt. Zu diesem Zweck
ist sie an den Längsrändern der Platte 4 eingespannt,
welche schräg verlaufend ausgebildet sind. Der Gegenhalter 6,
welcher zweiteilig ausgebildet ist, hat den Schrägflächen 4a zugewandte
Schrägflächen 6a. Die Längsränder
der Membrane 5 werden unter Biegen der Membrane 5 in den
Spalt zwischen den Schrägflächen 4a und 6a eingeführt
und durch Verspannen der Platte 4 mit dem Gegenhalter 6 zwischen
den beiden eingespannt. In ähnlicher Weise ist die Membran 5 an
ihren beiden Enden eingespannt, wie in 5 dargestellt. Damit
sich die rechteckige Membran 5 an den Enden faltenfrei
einspannen lässt, ist die der Membran 5 zugewandte
Seite der Platte 4a an den Enden der Membran 5 gewölbt
ausgebildet, während sie im übrigen eben ausgebildet
ist.
-
In
der Nähe des einen Endes der Membran 5 befindet
sich in der Platte 4 eine Zulauföffnung 7.
Am anderen Ende der Membran 5 befindet sich in der Platte 4 eine
Ablauföffnung 8. Die Zulauföffnung 7 setzt
sich fort in eine Öffnung 7a des Gehäuses 1.
Die Ablauföffnung 8 setzt sich fort in eine Öffnung 8a des Gehäuses 1.
-
Der
zweiteilige Gegenhalter 6 liegt mit seinen einander abgewandten
Außenseiten an der Wand des Gehäuseteils 1b an.
Die einander zugewandten Innenseiten des Gegenhalters 6 haben
einen Abstand voneinander und weisen jeweils einen parallel zur
Platte 4 verlaufenden leistenartigen Vorsprung 6b auf.
Die beiden Vorsprünge 6b liegen einander direkt gegenüber.
Zwischen die beiden Teile des Gegenhalters 6 ist eine Reihe
von Druckübertragungsgliedern 9 eingesetzt, welche
untereinander gleich ausgebildet sind und einen rechteckigen Querschnitt
haben. Auf ihren dem Gegenhalter 6 zugewandten Seiten haben
die Druckübertragungsglieder 9 jeweils eine Schulter 9a,
mit welcher sie an den Vorsprüngen 6b des Gegenhalters 6 anschlagen,
so dass sie unverlierbar zwischen dem Gegenhalter 6 und
der Membrane 5 gefangen sind. Mit ihrem einen Ende liegen die
Druckübertragungsglieder 9 der Membrane 5 an, welche
sie in Richtung gegen die Schultern 6b drückt.
Da die Membran 5 gewölbt eingespannt ist, steht
sie unter Vorspannung. Die Vorspannung wird erhöht, wenn
die Membran 5 gegen die Platte 4 gedrückt
wird. Die sich aus der Spannung der Membran 5 ergebende
Rückstellkraft versucht die Druckübertragungsglieder 9 zurückzutreiben
gegen die Anschläge 6b. Zur Erhöhung
der Rückstellkraft kann eine Saugpumpe eingesetzt werden,
die einen auf die Membran wirkenden Unterdruck erzeugt.
-
Zur
Betätigung der Druckübertragungsglieder 9 sind
vier Rollen 10 vorgesehen, welche frei drehbar an einem
scheibenförmigen Träger 11 angeordnet
sind, welcher um eine Welle 12 drehbar im teilzylindrischen
Gehäuseabschnitt 1a gelagert ist. Die Welle 12 führt
aus dem Gehäuse 1 heraus und kann durch einen
außerhalb des Gehäuses 1 vorgesehenen
Motor angetrieben werden.
-
In
dem scheibenförmigen Träger 11 sind vier radiale
Schlitze 13 vorgesehen, welche unter einem Winkel von 90° zueinander
angeordnet sind. Die Schlitze 13 enden in einem Abstand
von der Welle 12 und sind zum Umfang des scheibenförmigen
Trägers 11 hin offen. Außerdem sind sie
von der einen Seite zur anderen Seite des scheibenförmigen
Trägers 11 durchgehend ausgebildet. Im Inneren
des scheibenförmigen Trägers 11 erweitern
sich die Schlitze 13, zum Beispiel auf das dreifache bis
vierfache der Weite des quer durchgehenden Schlitzes 13a.
Der erweiterte Bereich 13b geht jedoch nicht von der einen Seite
bis zur anderen Seite des scheibenförmigen Trägers 11 durch.
In einem jeden solchen Schlitz 13 ist eine der Rollen 10 angeordnet,
und zwar so, dass sie mit vorspringenden Wellenzapfen 10a,
welche in Kugellagern 10b stecken, in den schmalen Schlitzen 13a aufgenommen
und geführt ist, wohingegen ihr mittlerer Hauptteil 10c in
den erweiterten Bereich 13b des Schlitzes eintaucht. Die
Wellenzapfen 10a stehen unter der Wirkung von Federn 14,
welche die Rollen 10 nach außen drücken.
Dabei verhindert im Gehäuseabschnitt 1a die teilzylindrische
Gehäusewand 2, auf welcher die Rollen 10 abrollen
können, dass die Rollen 10 mit ihren Wellenzapfen 10a die schmalen
Schlitze 13a verlassen können (siehe 1).
-
Parallel
zur Platte 4 ist im Übergangsbereich vom Gehäuseabschnitt 1a zum
Gehäuseabschnitt 1b eine Führungseinrichtung 15 vorgesehen,
welche an ihrem einen Ende um eine Achse 16 schwenkbar
gelagert ist. Die Achse 16 verläuft parallel zur
Welle 12, um welche der scheibenförmige Träger 11 drehbar ist.
Am anderen Ende der Führungseinrichtung 15 ist ein
Gestänge 17 angeordnet, an welchem eine Verstelleinrichtung
angreift, mit welcher die Führungseinrichtung 15 um
die Achse 16 verschwenkbar ist. Dadurch lässt
sich die Führungseinrichtung 15 aus einer Lage
parallel zur Platte 4 in eine Lage verschwenken, in welcher
sie einen kleinen, spitzen Winkel mit der Platte 4 einschließt.
Die Führungseinrichtung 15 hat zwei zueinander
parallele Schienen 15a, welche verbunden oder unverbunden
sein können und in dem Abschnitt 15b, welcher
den Druckübertragungsgliedern 9 gegenüberliegt,
einen Abstand haben, der größer ist als die Breite
des mittleren Hauptteils 10c der Rollen, aber kleiner ist
als die über Wellenzapfen 10a gemessene Breite
der Rollen 10, so dass die mit den Kugellagern 10b versehenen Wellenzapfen 10a auf
dem Abschnitt 15b der Schienen 15a rollen können,
wenn sie sich an den Druckübertragungsgliedern 9 vorbeibewegen.
Damit die Rollen 10 auf die Schienen 15a gelangen
können, ist in der Führungseinrichtung 15 zu
beiden Seiten des Abschnittes 15b, welcher den Druckübertragungsgliedern 9 gegenüberliegt,
jeweils ein Durchgang 18 vorgesehen, welche so breit ist,
dass die Rollen 10 durch den Durchgang 18 hindurchgeführt
werden können, d. h. dass der Durchgang 18 breiter
ist als die über die Wellenzapfen 10a gemessene
Breite der Rollen 10. Die Rollen 10 werden mittels
der sich drehenden Scheibe 11 durch die Durchgänge 18 hindurchgeführt
und gelangen dabei mit ihren kugelgelagerten Wellenzapfen 10a auf
eine Leitfläche 18a, welche die kugelgelagerten
Wellenzapfen 10a auf den ebenen Abschnitt 15b der
Schienen 15a führt.
-
Den
Leitflächen 18a gegenüberliegend ist
im Gehäuseabschnitt 1b noch je eine weitere Leitfläche 19a vorgesehen,
welche die Lauffläche der Rollen 10 den Druckübertragungsgliedern 9 zuführt.
Die Leitfläche 19a ist an einem Leitkörper 19 ausgebildet,
welcher als gesonderter Körper in den Gehäuseabschnitt 1b eingesetzt
ist.
-
Nähert
sich eine Rolle 10 im Verlauf der Umdrehung des scheibenförmigen
Trägers 11 den in einer Reihe angeordneten Druckübertragungsgliedern 9,
dann wird sie diesen zwischen den Leitflächen 18a und 19a zwangsweise
zugeführt und trifft auf das erste Druckübertragungsglied 9,
welches daraufhin ein Stück zurückweicht und den
Pumpkanal 3 verengt, durch den sich im Pumpkanal 3 aufbauenden
Gegendruck aber auch die Rolle 10 ein Stück weit
im Schlitz 13 radial einwärts schiebt. Bei fortschreitender
Drehung des Trägers 11 weicht die Rolle 10 im
Schlitz 13 unter dem von den Druckübertragungsgliedern 9 übertragenen
Druck zurück, bis sich ein Gleichgewicht aus Druck und
Gegendruck einstellt. Dem Zurückweichen der Rolle 10 ist
jedoch eine Grenze gesetzt, die erreicht wird, wenn sie die Leitfläche 18a und
schließlich den ebenen Abschnitt 15b der Führungsschiene 15a erreicht,
welche sie an einem weiteren Zurückweichen hindern. Ist
die Rolle 10 mit ihren Wellenzapfen 10a auf dem
Abschnitt 15b der Führungseinrichtung 15 angelangt,
erreicht der Verschiebeweg der einzelnen Druckübertragungsglieder 9 seinen
größten Wert, der durch den Abstand der Führungsschiene 15 von
der Platte 4 festgelegt ist und durch Verschwenken der
Führungseinrichtung 15 um die Achse 16 zur Änderung
der Förderdrucks verändert werden kann. Der Verschiebeweg
der Druckübertragungsglieder 9, findet sein Ende,
wenn die Membran 5 der von ihr überwölbten
Seite der Platte 4 flächig angedrückt
ist und den Querschnitt des Pumpkanals 3 verschließt.
-
Die
Anordnung ist so gewählt, dass, bevor eine Rolle 10 mit
ihren Wellenzapfen 10a den geradlinigen Abschnitt 15b der
Führungseinrichtung 15 verlässt, die
nachfolgende Rolle 10 diesen geradlinigen Abschnitt 15a bereits
wieder erreicht, so dass eine Rückströmung des
zu pumpenden Mediums ausgeschlossen ist.
-
5 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Verdrängerpumpe.
Ebenso wie bei dem anhand der 1 bis 4 erläuterten
Ausführungsbeispiel verläuft in einem Gehäuse 1 ein
gradliniger Pumpkanal 3, der auf einer ersten Seite durch
eine Platte 4 und auf einer gegenüberliegenden
zweiten Seite durch eine Membran 5 begrenzt ist. Auf der
von dem Pumpkanal 3 abgewandten Seite der Membran 5 sind
mehrere Druckübertragungsglieder 9 angeordnet,
die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel an der Membran 5 anliegen.
Zwischen der Membran 5 und den Druckübertragungsgliedern 9 könnte
jedoch auch eine Zwischenlage angeordnet werden.
-
Die
Druckübertragungsglieder 9 werden mittels Rollen 10,
die frei drehbar an einem scheibenförmigen Träger 11 angeordnet
sind, gegen die Membran 5 gedrückt. Ebenso wie
bei den anhand der 1 bis 4 erläuterten
Ausführungsbeispiel rollen die Rollen 10 bei sich
drehendem Träger 11 über die von der
Membran 5 abgewandte Seite der Übertragungsglieder 9 und
verschieben diese so gegen die Platte 4.
-
Im
Unterschied zu dem anhand der 1 bis 4 erläuterten
Ausführungsbeispiel stehen die Rollen 10 nicht
unter der Wirkung einer Feder. Die radiale Bewegung der Rollen 10 entlang
der Schlitze 13 des Trägers 11 wird durch
eine Kurvenscheibe 15 vorgegeben, die in 6,
einer Rückansicht zu 5, zu erkennen
ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel dreht sich
der Träger 11 gegenüber der am Gehäuse 1 befestigten
Kurvenscheibe 15, so dass die Rollen 10 während
des gesamten Umlaufs des Trägers 11 geführt
werden. Die Kurvenscheibe 15 dient zugleich als Führungseinrichtung
und ersetzt die bei dem Ausführungsbeispiel der 1 bis 4 vorhandene
Führungsleiste 15. Die Kurvenscheibe 15 hat
eine sich entlang des Pumpkanals 3 erstreckende gradlinig
verlaufende Führungsstrecke, auf welche die Rollen 10 aufeinander
folgend mit einer zu ihrer eigenen Achse koaxialen Rotationsfläche 10b im
Verlauf der Drehung des Trägers 11 gelangen und
so durch Einwirken auf die Druckübertragungsglieder 9 Druck
auf die Membran 5 bewirken, während die Rotationsfläche 10b der
betreffenden Rolle 10 zwischen der Platte 4 und
der Führungseinrichtung 15 auf der Führungsstrecke
entlang rollt.
-
7 zeigt
eine Schnittansicht zu 5 entlang der Schnittlinie AA.
In dieser Schnittansicht ist die Membran 5 gegen die Platte 4 gepresst,
so dass der Pumpkanal 3 an dieser Stelle geschlossen ist. Eine
Schnittansicht mit geöffnetem Pumpkanal 3 ist in 8 dargestellt,
die einen Schnitt entlang der Schnittlinie BB der 5 zeigt.
In den 7 und 8 erkennt man, dass die Membran 5 zwischen der
Platte 4 und einem Gegenhalter 6 eingespannt ist.
Die Membran 5 ist dabei mit Randabschnitten zwischen schräg
zur Ebene des Pumpkanals 3 verlaufenden Klemmflächen
der Platte 4 und des Gegenhalters 6 eingeklemmt.
-
Der
Gegenhalter 6 hat eine entlang des Pumpkanals 3 verlaufende
Grundfläche, in der eine sich entlang des Pumpkanals 3 erstreckende
Reihe von Lochpaaren vorgesehen ist. Durch diese Lochpaare ragen
Füße 9b der Druckübertragungsglieder 9 hindurch.
Bei sich drehendem Träger 11 werden die Füße 9b von
den Rollen 10 durch die entsprechenden Löcher
des Gegenhalters 6 geschoben, so dass die Druckübertragungsglieder 9 die
Membran 5 gegen die Platte 4 pressen. Die Druckübertragungsglieder 9 jeweils
mit mindestens zwei Füßen, vorzugsweise genau
zwei Füßen 9b, auszustatten, hat den Vorteil
Kippmomente zu reduzieren.
-
In
den 7 und 8 ist ferner zu erkennen, dass
der Träger 11 bei diesem Ausführungsbeispiel
durch zwei parallel zueinander angeordnete Scheiben ausgebildet
ist, die zueinander fluchtende Schlitze 13 haben, in denen
jeweils eine Achse oder Welle 10a einer Rolle 10 gelagert
ist. Neben jeder der beiden Trägerscheiben 11 ist
eine an dem Gehäuse 1 befestigte Kurvenscheibe 15 angeordnet,
die als Führungseinrichtung die Bewegung der Rollen 10 in radialer
Richtung vorgibt.
-
Bei
den anhand der 1 bis 8 beschriebenen
Ausführungsbeispielen hat die Verdrängerpumpe
nur einen einzigen Pumpkanal 3. Zur Steigerung der Pumpleistung
können jedoch auch mehrere Pumpkanäle 3 vorgesehen
sein. 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit drei
Pumpkanälen 3, die auf verschiedenen Seiten des
Gehäuses 1 angeordnet sind. Während bei
dem in den 1 bis 8 dargestellten
Ausführungsbeispielen stets nur eine einzige Rolle 10 auf
Verdrängungsglieder 9 einwirkt, können bei
dem in 6 dargestellten Ausführungsbeispiel gleichzeitig
drei Rollen jeweils auf Verdrängungsglieder 9 eines
Pumpkanals 3 einwirken. Es ist ohne weiteres möglich,
auch an der vierten Seite einen weiteren Pumpkanal 3 anzuordnen,
um die Pumpleistung weiter zu erhöhen.
-
Bei
dem in 9 dargestellten Ausführungsbeispiel haben
die Pumpkanäle 3 jeweils eigene Zulauföffnungen 7 und
Ablauföffnungen 8, so dass die Pumpkanäle 3 jeweils
unabhängig voneinander genutzt werden können.
Bei dem in 9 dargestellten Ausführungsbeispiel
können deshalb drei verschiedenen Leitungen jeweils an
einen der Pumpkanäle 3 angeschlossen werden, so
dass die Pumpkanäle 3 parallel geschaltet sind.
Es ist jedoch auch möglich, zur Erhöhung der Pumpleistung
die Pumpkanäle 3 in Reihe zu schalten, indem die
entsprechenden Ablauföffnungen 8 mit Zulauföffnungen 7 verbunden werden,
beispielsweise durch gekrümmte Rohrabschnitte.
-
Ein
weiterer Unterschied zwischen dem in 9 gezeigten
Ausführungsbeispiel und dem Ausführungsbeispiel
der 1 bis 4 betrifft die Führungseinrichtung 15 der
Rollen 10. Während die Führungseinrichtung 15 des
Ausführungsbeispiels der 1 bis 5 eine
Führungsleiste ist, welche die Rollen 10 nur im
Bereich des einen Pumpkanals 3 führt, ist bei
dem in 6 gezeigten Ausführungsbeispiel eine
Kurvenscheibe als Führungseinrichtung 15 vorgesehen.
Die Kurvenscheibe 15 hat für jeden Pumpkanal eine
Führungsstrecke, die sich entlang des betreffenden Pumpkanals 3 erstreckt.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Führungsstrecken
zueinander wie die Seiten eines Quadrats angeordnet sind, da die
Kurvenscheibe 15 im wesentlich quadratisch geformt ist.
Eine Kurvenscheibe 15 hat den Vorteil, die Rollen 10 während
eines gesamten Umlaufs des Trägers 11 zu führen,
so dass auf die in Figur dargestellten Federn 14 verzichtet
werden kann.
-
Bei
dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind zur Vermeidung
von Kippmomenten an gegenüberliegenden Innenseiten des
Gehäuses 1 Kurvenscheiben als Führungseinrichtung 15 befestigt.
Die Führungseinrichtung 15 kann auch in die Wand
des Gehäuses 1 integriert sein, indem die Innenwand
entsprechend geformt wird.
-
10 zeigt
ein Ausführungsbeispiel eines Risssensors 20 mit
einem Ausführungsbeispiel einer Verdrängerpumpe,
die ansonsten im Wesentlichen dem anhand von 1 beschriebenen
Ausführungsbeispiel entspricht.
-
Die
Membran 5 der Verdrängerpumpe wird durch das zu
pumpende Medium und die Übertragungsglieder 9 stark
beansprucht und unterliegt deshalb einem Verschleiß. Risse
in der Membran 5 können dazu führen,
dass das zu pumpende Medium in den Innenraum des Pumpengehäuses 1 eindringt und
dort Schäden verursacht. Der Risssensor 20 dient
deshalb zum Überwachen der Membran 5, so dass
Membranschäden frühzeitig erkannt werden können.
-
Der
Risssensor 20 hat ein stiftförmiges Kontaktelement 21,
das einen Innenleiter 5a der Membran 5 kontaktiert.
Der Innenleiter 5a ist durch eine Deckschicht 5b der
Membran 5 von dem zu pumpenden Medium elektrisch isoliert.
Der Kontaktstift 21 wird an ein elektrisches Potential
angelegt, das von dem Massepotential verschieden ist. Bei einer
intakten Membran 5 ist der Innenleiter 5a gegenüber
Masse elektrisch isoliert, so dass durch den Kontaktstift 21 allenfalls
ein vernachlässigbarer elektrischer Strom fließen
kann. Bei einer Beschädigung der Membran 5 entsteht
ein elektrischer Kontakt zwischen dem Innenleiter 5a der
Membran 5 und dem zu pumpenden Medium im Pumpkanal 3.
Dies bewirkt, dass der Innenleiter 5a elektrisch leitend
mit Masse verbunden ist, so dass durch den Kontaktstift 21 des Sensors 20 ein
elektrischer Strom fließt, der detektiert werden kann und
auf einen Membranschaden hinweist.
-
Der
Innenleiter 5a der Membran 5 ist bevorzugt als
eine elektrisch leitfähige Schicht ausgebildet, beispielsweise
als eine Kunststoffschicht, in die elektrisch leitende Partikel,
beispielsweise Metall- oder Graphitpartikel, eingebettet sind. Geeignet
ist insbesondere Silikon. Der Innenleiter 5a, bei dem dargestellten
Ausführungsbeispiel eine graphithaltige Silikonschicht,
ist beidseitig durch elektrisch isolierende Deckschichten 5b,
bevorzugt ebenfalls aus Silikon, elektrisch isoliert. Ein elektrischer
Anschluss des Risssensors 20 an den Innenleiter 5a kann
dadurch ausgebildet werden, dass der Kontaktstift 21 in
die Membran 5 gestochen wird. Hierfür ist es günstig, den
Kontaktstift 21 an seinem freien Ende anzuspitzen.
-
Der
Risssensor 20 ist an einen Schalter angeschlossen, um die
Verdrängerpumpe 1 bei Auftreten eines Membranschadens
abzuschalten. Kommt der Innenleiter 5a der Membran 5 durch
Risse oder andere Schäden der Membran 5 mit dem
zu pumpenden Medium in Kontakt, so erzeugt der Risssensor 20 ein
Sensorsignal, das ein Ansprechen des nicht dargestellten Schalters
bewirkt. Zum Leerpumpen des Pumpkanals 3 kann man vorsehen,
dass trotz eines Ansprechens des Risssensors 20 die Pumpe
durch betätigen eines entsprechenden Bedienungselements
kurzzeitig nochmals in Betrieb genommen werden kann, bevor die Membran 5 ausgetauscht wird.
-
- 1
- Gehäuse
- 1a
- erster
Abschnitt
- 1b
- zweiter
Abschnitt
- 2
- Umfangswand
des Gehäuses
- 3
- Pumpkanal
- 4
- rechteckige
Platte
- 4a
- Schrägfläche
- 5
- Membran
- 5a
- Innenleiter
der Membran 5
- 5b
- Deckschicht
der Membran 5
- 6
- Gegenhalter
- 6a
- Schrägfläche
- 6b
- Vorsprung
- 7
- Zulauföffnung
- 7a
- Öffnung
- 8
- Ablauföffnung
- 8
- Öffnung
- 9
- Druckübertragungsglieder
- 9a
- Schulter
- 9b
- Fuß
- 10
- Rollen
- 10a
- Wellenzapfen
- 10b
- Kugellager
- 10c
- mittlerer
Hauptteil
- 11
- Träger
- 12
- Welle
- 13
- Schlitze
- 13a
- schmaler,
quer durchgehender Schlitz
- 13b
- erweiterter
Bereich
- 14
- Federn
- 15
- Führungseinrichtung
- 15a
- Schienen
- 15b
- ebener
Abschnitt
- 16
- Achse
- 17
- Gestänge
- 18
- Durchgang
- 18a
- Leitfläche
- 19
- Leitkörper
- 19a
- Leitfläche
- 20
- Risssensor
- 21
- Kontaktstift
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-