-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Membranpumpe mit einem Leckergänzungsventil.
-
Membranpumpen weisen im Allgemeinen einen über eine Membran von einem Hydraulikraum getrennten Förderraum auf, wobei der Förderraum sowohl mit einem Sauganschluss als auch mit einem Druckanschluss verbunden ist. Der mit Arbeitsflüssigkeit befüllbare Hydraulikraum kann dann mit einem pulsierenden Arbeitsflüssigkeitsdruck beaufschlagt werden. Durch den pulsierenden Arbeitsflüssigkeitsdruck wird eine pulsierende Bewegung der Membran zwischen einer Druckposition, in der das Volumen des Förderraums kleiner ist, und einer Saugposition, in der das Volumen des Förderraums größer ist, hin- und herbewegt. Dadurch ist es möglich, über den Sauganschluss, der mit einem entsprechenden Rückschlagventil mit dem Förderraum verbunden ist, das Fördermedium anzusaugen, wenn das Volumen des Förderraums vergrößert wird, und über den Druckanschluss, der ebenfalls mit einem entsprechenden Rückschlagventil mit dem Förderraum verbunden ist, unter Druck wieder abzugeben, wenn das Volumen des Förderraums verringert wird.
-
Als Arbeitsflüssigkeit wird in der Regel ein Hydrauliköl verwendet. Grundsätzlich können jedoch auch andere geeignete Flüssigkeiten verwendet werden.
-
Durch die Membran wird das zu fördernde Medium vom Antrieb getrennt, wodurch einerseits der Antrieb von schädlichen Einflüssen des Fördermediums abgeschirmt ist und andererseits auch das Fördermedium von schädlichen Einflüssen des Antriebes, zum Beispiel Verunreinigungen, abgeschirmt ist.
-
Der pulsierende Arbeitsflüssigkeitsdruck wird häufig mit Hilfe eines beweglichen Kolbens, der mit der Arbeitsflüssigkeit in Kontakt steht, bereitgestellt. Der Kolben wird dabei zum Beispiel in einem hohlzylindrischen Element hin- und herbewegt, wodurch das Volumen des Hydraulikraums verkleinert und vergrößert wird, was zu einer Erhöhung und Absenkung des Druckes im Hydraulikraum sowie in der Folge zu einer Bewegung der Membran führt. Trotz verschiedenster Maßnahmen, die ein Umströmen des Kolbens mit der Arbeitsflüssigkeit verhindern sollen, lässt sich in der Praxis nicht ausschließen, dass bei jedem Hubvorgang eine kleine Menge der Arbeitsflüssigkeit durch den schmalen verbleibenden Spalt zwischen Kolben und hohlzylindrischem Element verloren geht, wodurch allmählich die Arbeitsflüssigkeitsmenge im Hydraulikraum reduziert wird.
-
Des weiteren kann Gas in den Hydraulikraum eindringen, welches daraus entfernt werden muss, um eine volle Hubbewegung der Membran zu ermöglichen. Zu diesem Zweck ist häufig ein Entlüftungsventil mit dem Hydraulikraum verbunden, über welches während des Druckhubes eine bestimmte Menge Gas und gegebenfalls eine kleine Menge Arbeitsflüssigkeit ausgetragen wird. Auch dadurch verringert sich allmählich die Arbeitsflüssigkeitsmenge im Hydraulikraum.
-
Dies hat zur Folge, dass der Druckhub nicht mehr vollständig von der Membran ausgeführt wird, da nicht mehr genügend Arbeitsflüssigkeit zur Druckhubbewegung der Membran zur Verfügung steht.
-
Daher ist beispielsweise in der
DE 1 034 030 bereits vorgeschlagen worden, den Hydraulikraum unter Zwischenschaltung eines Ventils, einem sogenannten Leckergänzungsventil, mit einem Arbeitsflüssigkeitsvorrat zu verbinden.
-
Durch dieses Leckergänzungsventil kann bei Bedarf Arbeitsflüssigkeit in den Hydraulikraum nachgefüllt werden. Dabei ist jedoch darauf zu achten, dass nicht zu viel Arbeitsflüssigkeit in den Hydraulikraum gebracht wird, da dann sich die Membran im Druckhub zu weit in den Förderraum hineinbewegt und unter Umständen mit Ventilkanälen oder der Innenkontur des Dosierkopfes in Kontakt gerät und beschädigt wird.
-
Im Normalbetrieb ist das Leckergänzungsventil so ausgebildet, dass exakt diejenige Arbeitsflüssigkeitsmenge, die während des Druckhubes verloren gegangen ist, am Ende des Saughubes, d.h. im Wesentlichen in der Saugposition, aufgefüllt wird.
-
Die beschriebene Dosierpumpe wird in der Regel in einer entsprechenden Prozessanlage verwendet, d.h. sie ist an eine entsprechende Saugleitung und eine Druckleitung angeschlossen. Auch wenn grundsätzlich nicht gewünscht, kann es jedoch passieren, dass in der Prozessanlage die Druckleitung versehentlich verschlossen wird, sodass die Dosierpumpe gegen ein geschlossenes Volumen pumpt, wodurch es zu einer unzulässig hohen Druckentwicklung kommen kann, was zu einer Beschädigung der Membran oder Antriebsteilen der Pumpe führen kann.
-
Um dies zu verhindern, ist daher häufig der Hydraulikraum mit einem Auslasskanal ausgestattet, der von einem Druckbegrenzungsventil verschlossen ist, welches derart ausgebildet ist, dass wenn der Druck im Hydraulikraum über einen vorbestimmten Maximalwert pmax ansteigt, das Druckbegrenzungsventil öffnet, sodass Arbeitsflüssigkeit über den Auslasskanal den Hydraulikraum verlassen kann und im Allgemeinen zurück in den Arbeitsflüssigkeitsvorrat geführt wird.
-
Dadurch kann ein weiterer Druckanstieg verhindert werden.
-
Durch die Ölrückführung kommt es jedoch zu einer deutlichen Erwärmung des gesamten hydraulischen Systems, insbesondere des Druckbegrenzungsventils und des Hydrauliköls.
-
Insbesondere dann, wenn die Blockierung der Druckleitung für ein längeres Zeitintervall anhält, kann die Temperatur der Pumpe deutlich ansteigen, da bei jedem Druckhub erneut Hydraulikflüssigkeit über das Druckbegrenzungsventil abgelassen werden muss und über das Leckergänzungsventil wieder zugeführt wird.
-
Je nach Einsatzbereich der Dosierpumpe sind jedoch bestimmte Temperaturklassen gemäß ATEX-Leitlinien der Europäischen Union einzuhalten. Eine Erwärmung der Pumpe ist daher nur bis zu einem gewissen Maß erlaubt.
-
Um die Anforderungen der ATEX-Leitlinien zu erfüllen, sind im Stand der Technik verschiedene Maßnahmen bekannt. Beispielsweise kann die Hubfrequenz und in der Folge auch die Dosierleistung begrenzt werden, sodass selbst bei einer Blockierung der Druckleitung die Grenztemperatur an keiner Stelle innerhalb der Pumpe überschritten wird. Diese Maßnahme führt jedoch zu einer deutlich eingeschränkten Dosierleistung, da die Pumpe, selbst dann, wenn keine Blockierung der Druckleitung vorliegt, mit begrenzter Hubfrequenz betrieben wird. Zudem muss die pumpenspezifische Grenzleistung entsprechend aufwendig bestimmt werden.
-
Eine weitere Möglichkeit, die ATEX-Leitlinien zu erfüllen, besteht in der Verwendung eines entsprechenden Temperatursensors, der die Temperatur der Pumpe, vorzugsweise in der Nähe des Druckbegrenzungsventils erfasst und bei Überschreiten der Grenztemperatur ein Signal abgibt, das dann zum Abschalten der Pumpe führt. Durch diese Maßnahme muss jedoch ein Temperatursensor vorgehalten werden. Zudem muss das vom Temperatursensor abgegebene Signal entsprechend aufbereitet und verarbeitet werden.
-
Eine weitere Lösungsmöglichkeit besteht in der Verwendung eines Strömungswächters im Auslasskanal, der im Überdruckfall den Hydraulikölfluss über das Druckbegrenzungsventil erfasst und für eine Abschaltung der Pumpe sorgt.
-
Auch hier fallen zusätzliche Kosten für den Strömungswächter sowie die damit verbundene Signalaufbereitungselektronik an.
-
Ausgehend von dem beschriebenen Stand der Technik ist es daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Membranpumpe bereitzustellen, die automatisch die Dosierleistung im Überdruckfall reduziert, ohne dass die Verwendung von zusätzlichen Sensoren notwendig ist.
-
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass der Arbeitsflüssigkeitsvorrat in einer ersten und in einer zweiten Kammer angeordnet ist, wobei die beiden Kammern über einen ersten Verbindungskanal miteinander verbunden sind.
-
Dabei ist der Verbindungskanal entweder verschließbar oder der Durchfluss durch den Verbindungskanal gedrosselt oder zumindest drosselbar, so dass im Überdruckfall, d.h. wenn das Hydrauliköl über das Druckbegrenzungsventil den Hydraulikraum verlassen hat, mehr Hydrauliköl aus der ersten Kammer in den Hydraulikraum nachgeführt wird als während eines Hubes von der zweiten Kammer in die erste Kammer nachströmen kann.
-
Für den Fall, dass der Auslasskanal mit dem Arbeitsflüssigkeitsvorrat verbunden ist, sollte dieser dann mit der zweiten Kammer des Arbeitsflüssigkeitsvorrats verbunden sein.
-
Auch die an dem Kolben vorbeiströmende Arbeitsflüssigkeitsmenge kann in eine der beiden Kammern zurückgeführt werden.
-
Je nach Ausführungsform führt daher der Überdruckfall dazu, dass der Druck in der ersten Kammer und/oder die Füllhöhe in der ersten Kammer abfällt, da weniger Arbeitsflüssigkeit von der zweiten Kammer in die erste Kammer nachströmen kann als über das Leckergänzungsventil aus der ersten Kammer in den Hydraulikraum abgegeben wird.
-
Sobald aber die Füllhöhe oder der Druck in der ersten Kammer unter einen bestimmten Wert abfällt, wird über das Leckergänzungsventil Gas in den Hydraulikraum geführt. Wenn jedoch Gas im Hydraulikraum ist, führt dies aufgrund der Kompressibilität des Gases zu einer verringerten Bewegung der Membran, sodass die Dosierleistung reduziert und damit die Erwärmung der Dosierpumpe über eine vorbestimmte Maximaltemperatur verhindert wird.
-
Durch die erfindungsgemäße Maßnahme ist daher sichergestellt, dass im Überdruckfall, Gas in den Hydraulikraum eindringt und dadurch eine weitere Erwärmung der Pumpe verhindert.
-
In einer Ausführungsform ist der Verbindungskanal mit Hilfe eines Ventils verschließbar.
-
Während des Betriebes der Pumpe ist das Ventil in der Regel geschlossen. Über das Leckergänzungsventil wird diejenige Arbeitsflüssigkeitsmenge, die über den Kolben oder das Entlüftungsventil entwichen ist, nachgefüllt. Diese Menge ist jedoch sehr gering, so dass der Arbeitsflüssigkeitspegel in der ersten Kammer nur sehr langsam absinkt. Die erste Kammer kann so bemessen sein, dass die Pumpe in diesem Zustand mehrere Tage oder sogar Wochen betrieben werden kann, ohne dass der Pegel oder der Arbeitsflüssigkeitsdruck soweit absinkt, dass Gas über das Leckergänzungsventil in den Hydraulikraum eindringt.
-
Auch ist es möglich, die Arbeitsflüssigkeit, die am Kolben vorbeiströmt in die erste Kammer rückzuführen, wodurch das Absenken des Flüssigkeitspegels verlangsamt wird.
-
Im Überdruckfall steigt jedoch die über das Leckergänzungsventil nachzuführende Menge an Arbeitsflüssigkeit stark an, so dass der Pegel oder der Arbeitsflüssigkeitsdruck schnell absinkt und Gas in den Hydraulikraum eindringt.
-
Sobald Gas in den Hydraulikraum eingedrungen ist, ist die Funktion der Pumpe gestört und eine weitere Erwärmung ausgeschlossen.
-
Um die Pumpe wieder in Betrieb zu nehmen, muss das Ventil des Verbindungskanals geöffnet werden, so dass die erste Kammer wieder mit genügend Arbeitsflüssigkeit befüllt wird. Da bei jedem Druckhub ein bestimmtes Gasvolumen aus dem Hydraulikraum hinausbefördert wird, wenn Gas im Hydraulikraum ist, und nun über das Leckergänzungsventil kein Gas mehr zugeführt wird, kann die Pumpe wieder normal arbeiten.
-
Das Ventil des Verbindungskanals kann regelmäßig kurzzeitig geöffnet werden und zwar entweder manuell – z.B. im Fehlerfall oder während regelmäßiger Kontrollen – oder automatisch, z.B. zeitgesteuert alle 24 h, um den Arbeitsflüssigkeitspegel in der ersten Kammer zu erhöhen.
-
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform ist ein zweiter Verbindungskanal zwischen erster und zweiter Kammer vorgesehen.
-
Dabei kann der zweite Verbindungskanal oberhalb des ersten Verbindungskanals und vorzugsweise oberhalb des Leckergänzungsventils angeordnet sein, wobei besonders bevorzugt der zweite Verbindungskanal oberhalb des Arbeitsflüssigkeitspegels in der zweiten Kammer angeordnet ist.
-
Wenn der zweite Verbindungskanal oberhalb der Arbeitsflüssigkeitspegel in den beiden Kammer angeordnet ist, sorgt er für einen Druckausgleich zwischen der ersten und zweiten Kammer. Der zweite Verbindungskanal kann einen großen Querschnitt aufweisen, sodass der Druck in der ersten und zweiten Kammer immer gleich ist. Der erste Verbindungskanal ist jedoch derart dimensioniert, dass im Überdruckfall, wie bereits oben beschrieben, mehr Arbeitsflüssigkeit aus der ersten Kammer in die Hydraulikkammer abgeführt als von der zweiten Kammer über den ersten Verbindungskanal in die erste Kammer nachströmen kann.
-
Dadurch wird der Arbeitsflüssigkeitspegel in der ersten Kammer absinken. Sobald der Arbeitsflüssigkeitspegel in der ersten Kammer in der Höhe des Leckergänzungsventils liegt, wird weniger Arbeitsflüssigkeit und zusätzlich Gas in den Hydraulikraum nachgeführt. Wenn jedoch Gas im Hydraulikraum ist, führt dies aufgrund der Kompressibilität des Gases zu einer verringerten Bewegung der Membran, sodass die Dosierleistung reduziert und damit die Erwärmung der Dosierpumpe über eine vorbestimmte Maximaltemperatur verhindert wird. Sobald die Blockade in der Druckleitung behoben ist, wird über das Druckbegrenzungsventil keine Arbeitsflüssigkeit mehr aus dem Hydraulikraum entweichen. Das im Hydraulikraum vorhandene Gas wird dann sukzessive über das Entlüftungsventil ausgetragen. Da nun weniger Hydraulikflüssigkeit im Hydraulikraum benötigt wird, wird der Arbeitsflüssigkeitspegel im ersten Raum wieder ansteigen und die Dosierleistung wieder zunehmen.
-
In einer alternativen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die erste Kammer derart ausgebildet ist, dass Arbeitsflüssigkeit nur über den ersten Verbindungskanal in die erste Kammer gelangen kann. In diesem Fall ist somit kein Druckausgleich über einen zweiten Verbindungskanal möglich. Im Überdruckfall bedeutet dies, da mehr Arbeitsflüssigkeit über das Leckergänzungsventil von der ersten Kammer in den Hydraulikraum überführt wird als Arbeitsflüssigkeit von der zweiten Kammer in die erste Kammer nachströmen kann, dass der Druck der Arbeitsflüssigkeit in der ersten Kammer deutlich reduziert wird. Durch das Absenken des Druckes kavitiert das Hydrauliköl und trägt so Gas in den Hydraulikraum ein. Auch hierdurch wird der hydraulische Verdrängungsprozess der Pumpe so stark gestört, dass die Leistungsaufnahme des Antriebs stark abfällt und folglich eine übermäßige Erwärmung der Hydraulik ausbleibt.
-
Auch bei dieser Ausführungsform kann ein zweiter Verbindungskanal hilfreich sein, wenn er durch ein Rückschlagventil verschlossen ist, wobei die Durchflussrichtung des Rückschlagventils in Richtung der zweiten Kammer angeordnet ist. Das Rückschlagventil stellt sicher, dass in allen bislang beschriebenen Funktionszuständen der Pumpe der zweite Verbindungskanal verschlossen bleibt.
-
Allerdings kann es für manche Anwendungsfälle geboten sein, dass zum Schutz der Membran, falls die Membranlage nicht mit der gewünschten Lage übereinstimmt, ein Sicherheitsventil oder ein speziell ausgebildetes Leckergänzungsventil zumindest einen Teil der Arbeitsflüssigkeit wieder in die erste Kammer zurückführt. Dies ist beispielsweise bei einer Blockade der Saugleitung der Fall, wenn sich die Membran nicht bis in die Saugposition zurückbewegt und daher zuviel Arbeitsflüssigkeit in den Hydraulikraum einströmt. Während des Druckhubes bewegt sich dann die Membran über die Druckposition hinaus, was zu einer Beschädigung der Membran führen kann. Daher kann ein Sicherheitsventil oder ein speziell ausgebildetes Leckergänzungsventil vorgesehen sein, welches für den Fall, dass sich die Membran über die Druckposition hinausbewegt, öffnet.
-
Falls das Sicherheitsventil oder das Leckergänzungsventil derart ausgebildet sind, dass die austretende Arbeitsflüssigkeit in die erste Kammer rückgeführt wird, ist der Einsatz des Rückschlagventils in dem zweiten Verbindungskanal von Vorteil, das dann eventuell in der ersten Kammer auftretender Überdruck über das Rückschlagventil in die zweite Kammer abgeben werden kann.
-
Das Leckergänzungsventil ist mit Vorteil derart ausgebildet, dass es einen zwischen einer Schließstellung, in welcher der Ventildurchgang geschlossen ist, und einer Offenstellung, in welcher der Ventildurchgang geöffnet ist, einen hin- und herbewegbaren Schließkörper aufweist, welcher mit Hilfe eines Druckelementes in der Schließstellung gehalten wird, wobei das Druckelement derart ausgelegt ist, dass, wenn der Druck im Hydraulikraum kleiner als ein Einstelldruck pmin ist, der Schließkörper sich in Richtung der Offenstellung bewegt.
-
In einer alternativen Ausführungsform ist der erste Verbindungskanal tiefer angeordnet als das Leckergänzungsventil. Dadurch kann die zweite Kammer relativ kompakt dimensioniert werden, da lediglich notwendig ist, dass der Verbindungskanal immer unterhalb des Arbeitsflüssigkeitspegels in der zweiten Kammer ist.
-
Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den Vorteil, dass keine externe Energieversorgung notwendig ist. Zudem ist keine Signalverarbeitung und -auswertung erforderlich, was die erfindungsgemäße Maßnahme wartungs- und verschleißfrei macht. Es werden keine zusätzlichen Bauteile benötigt.
-
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten werden deutlich anhand der folgenden Beschreibung zweier bevorzugter Ausführungsformen und der dazugehörigen Figuren. Es zeigen:
-
1 eine Teilschnittansicht einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform,
-
2 eine schematische Darstellung der Funktionsweise der Ausführungsform von 1 im Normalbetrieb,
-
3 eine schematische Darstellung der Funktionsweise der Ausführungsform von 1 im Überdruckbetrieb,
-
4 eine Teilschnittansicht einer zweiten Ausführungsform der Erfindung und
-
5 eine schematische Darstellung der Funktionsweise der zweiten Ausführungsform gemäß 4.
-
In 1 ist eine Teilschnittansicht einer ersten Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Die Membran (nicht gezeigt) befindet sich links außerhalb der Darstellung von 1 und ist mit dem Leckergänzungsventil 5 verbunden, welches innerhalb des Hydraulikraums 6 federnd vorgespannt ist und die Verbindung zwischen Hydraulikraum 6 und der ersten Kammer 1 des Arbeitsflüssigkeitsvorrates verschließt. Die Arbeitsflüssigkeit ist in der ersten Kammer 1 und in der zweiten Kammer 2 angeordnet. Die erste Kammer 1 und die zweite Kammer 2 sind über einen ersten Verbindungskanal 4, der hier als Düse ausgebildet ist, miteinander verbunden.
-
Der Düsenquerschnitt ist derart dimensioniert, dass im Überdruckfall mehr Arbeitsflüssigkeit über das Leckergänzungsventil 5 in den Hydraulikraum 6 abgeben wird als über die Düse 4 nachgeführt werden kann. Des Weiteren ist ein Durchbruch 3, der als zweiter Verbindungskanal fungiert, zwischen der ersten Kammer 1 und der zweiten Kammer 2 angeordnet. Das Leckergänzungsventil 5 ist derart ausgebildet, dass, wenn sich insbesondere am Ende des Saughubes, d.h. in der Saugposition zu wenig Arbeitsflüssigkeit im Hydraulikraum 6 befindet, das Leckergänzungsventil 5 öffnet, sodass Arbeitsflüssigkeit von der ersten Kammer in den Hydraulikraum 6 nachströmen kann. Im Normalbetrieb ist die Menge an Arbeitsflüssigkeit, die über das Leckergänzungsventil ersetzt werden muss, sehr gering. Im Überdruckfall, d.h. beispielsweise bei einer Blockierung der Druckleitung, steigt der Druck im Hydraulikraum 6 rapide an, sodass aus Sicherheitsgründen Arbeitsflüssigkeit über ein Druckbegrenzungsventil (nicht gezeigt) aus dem Hydraulikraum 6 abgelassen und beispielsweise in die zweite Kammer 2 des Arbeitsflüssigkeitsvorrats abgegeben wird. Im Überdruckfall muss das Leckergänzungsventil 5 eine deutlich größere Menge an Arbeitsflüssigkeit aus der ersten Kammer nachführen.
-
Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Dosierpumpe wird deutlich anhand der schematischen Darstellungen der 2 und 3.
-
In 2 ist der Zustand im Normalbetrieb gezeigt. Man erkennt den Arbeitsflüssigkeitsvorrat, der aus der ersten Kammer 1 und der zweiten Kammer 2 besteht, welcher durch eine unterhalb des Flüssigkeitspegels angeordnete Düse 4, die als erster Verbindungskanal fungiert, miteinander verbunden ist. Der zweite Verbindungskanal wird durch den Durchbruch 3, der oberhalb des Arbeitsflüssigkeitspegels liegt, verwirklicht. Beim Öffnen des Leckergänzungsventils 5 strömt Arbeitsflüssigkeit aus der ersten Kammer in den sich in 2 links anschließenden Hydraulikraum.
-
In dem Moment, in dem das Leckergänzungsventil 5 geöffnet wird, strömt Arbeitsflüssigkeit aus der ersten Kammer 1 aus und der Flüssigkeitspegel in der ersten Kammer sinkt ab. Sobald das Leckergänzungsventil 5 wieder geschlossen ist, steigt der Arbeitsflüssigkeitspegel in der ersten Kammer 1 wieder an, da Arbeitsflüssigkeit über die Düse 4 von der zweiten Kammer 2 in die erste Kammer 1 nachströmen kann.
-
Im Normalbetrieb ist der Verlust an Arbeitsflüssigkeit im Hydraulikraum derart gering, dass während eines vollständigen Hubes die nachgeführte Arbeitsflüssigkeitsmenge leicht durch den ersten Verbindungskanal 4 von der zweiten Kammer in die erste Kammer nachgeführt werden kann.
-
Im Überdruckfall jedoch wird abrupt eine größere Menge Hydraulikflüssigkeit aus dem Hydraulikraum abgelassen und über ein entsprechendes Druckbegrenzungsventil und über die Zuführung 7 der zweiten Kammer 2 des Arbeitsflüssigkeitsvorrates wieder zugeführt. Im Überdruckfall erfolgt eine unerwünschte Erwärmung nicht nur des rückgeführten Hydrauliköls, sondern auch des Druckbegrenzungsventils (nicht gezeigt).
-
Durch die erfindungsgemäße Aufteilung des Arbeitsflüssigkeitsvorrates in zwei durch einen schmalen ersten Verbindungskanal verbundene Kammern wird jedoch im Überdruckbetrieb erreicht, dass während eines Hubes nicht mehr genügend Arbeitsflüssigkeit von der zweiten Kammer in die erste Kammer nachströmen kann, um den Arbeitsflüssigkeitsverlust über das Druckbegrenzungsventil auszugleichen.
-
Im Ergebnis führt dies dazu, dass, wie in 3 schematisch dargestellt, der Arbeitsflüssigkeitspegel in der ersten Kammer 1 allmählich absinkt. Irgendwann wird der Arbeitsflüssigkeitspegel in der ersten Kammer 1 jedoch im Bereich der Öffnung zum Leckergänzungsventil 5 liegen, sodass dann, wenn das Leckergänzungsventil 5 öffnet, auch Gas mit in die Hydraulikkammer geführt wird. Sobald jedoch Gas in der Hydraulikkammer ist, wird die Dosierleistung aufgrund der Kompressibilität des Gases deutlich reduziert, wodurch weniger Energie in die Pumpe eingebracht wird und eine weitere Erhitzung ausbleibt.
-
Sobald der Überdruckbetrieb beendet ist, d.h. eine eventuell vorhandene Blockade in der Druckleitung beseitigt worden ist, wird das Druckbegrenzungsventil nicht mehr öffnen und daher keine größere Menge an Hydrauliköl die Hydraulikkammer verlassen. In dieser Situation wird wieder mehr Arbeitsflüssigkeit von der zweiten Kammer in die erste Kammer über die Düse 4 strömen als Arbeitsflüssigkeit von der ersten Kammer 1 in den Hydraulikraum über das Leckergänzungsventil 5 nachgeführt wird, sodass der Arbeitsflüssigkeitspegel in der ersten Kammer 1 wieder ansteigen wird. Sobald der Pegel soweit angestiegen ist, dass das Leckergänzungsventil wieder vollständig unterhalb des Arbeitsflüssigkeitspegels liegt, wird kein Gas mehr in den Hydraulikraum zugeführt und die Dosierleistung steigt wieder. Das im Hydraulikraum enthaltene Gas kann über ein Entlüftungsventil ausgetragen werden.
-
In 4 ist eine Teilschnittansicht einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform gezeigt. Diese unterscheidet sich im Wesentlichen von der ersten Ausführungsform dadurch, dass kein als Druckausgleich fungierender, zweiter Verbindungskanal vorhanden ist und die Verbindung aus erster und zweiter Kammer durch ein Rückschlagventil 9 verschlossen ist, das einen Arbeitsflüssigkeitsstrom von der zweiten Kammer 2 in die erste Kammer 1 verhindert und einen Bypass 10 aufweist, der einen geringen Querschnitt aufweist, sodass in geringem Maße Arbeitsflüssigkeit von der zweiten Kammer 2 in die erste Kammer 1 strömen kann.
-
In 4a ist das Rückschlagventil 9 mit Bypass 10 vergrössert dargestellt. Man erkennt, dass die Bypassleitung 10 eine direkte Verbindung zwischen erster Kammer 1 und zweiter Kammer 2 zur Verfügung stellt.
-
5 ist eine Schemazeichnung, die die Funktionsweise der Ausführungsform von 4 verdeutlicht.
-
Im Normalbetrieb ist der Verlust an Arbeitsflüssigkeit im Hydraulikraum derart gering, dass während eines vollständigen Hubes die über das Leckergänzungsventil 5 nachgeführte Arbeitsflüssigkeitsmenge leicht durch den Bypass 10 von der zweiten Kammer in die erste Kammer nachgeführt werden kann.
-
Im Überdruckfall jedoch wird abrupt eine größere Menge Hydraulikflüssigkeit aus dem Hydraulikraum abgelassen und über ein entsprechendes Druckbegrenzungsventil und über die Zuführung 7 der zweiten Kammer 2 des Arbeitsflüssigkeitsvorrates wieder zugeführt. Im Überdruckfall erfolgt eine unerwünschte Erwärmung nicht nur des rückgeführten Hydrauliköls, sondern auch des Druckbegrenzungsventils (nicht gezeigt).
-
Durch die erfindungsgemäße Aufteilung des Arbeitsflüssigkeitsvorrates in zwei durch einen schmalen ersten Verbindungskanal verbundene Kammern wird jedoch im Überdruckbetrieb erreicht, dass während eines Hubes nicht mehr genügend Arbeitsflüssigkeit von der zweiten Kammer in die erste Kammer nachströmen kann, um den Arbeitsflüssigkeitsverlust über das Druckbegrenzungsventil auszugleichen.
-
Im Ergebnis führt dies dazu, dass aufgurnd des fehlenden Druckausgleichs im Überdruckfall mehr Arbeitsflüssigkeit aus der Kammer 1 in den Hydraulikraum 6 ausgetragen wird als über den Bypass 10 aus der zweiten Kammer 2 in die erste Kammer 1 nachströmen kann, so dass der Druck in der ersten Kammer rapide abfällt. Dies hat zur Folge, dass Kavitation auftritt, d.h. die Arbeitsflüssigkeit gast aus und das entstandene Gas wird über das Leckergänzungsventil in den Hydraulikraum transportiert, was ebenso zu einem unvollständigen Hub führt, wodurch die in die Pumpe eingebrachte Energie reduziert und die Temperatur abgesenkt wird.
-
Sobald der Überdruckbetrieb beendet ist, d.h. eine eventuell vorhandene Blockade in der Druckleitung beseitigt worden ist, wird das Druckbegrenzungsventil nicht mehr öffnen und daher keine größere Menge an Hydrauliköl die Hydraulikkammer verlassen. In dieser Situation wird wieder mehr Arbeitsflüssigkeit von der zweiten Kammer in die erste Kammer über den Bypass 10 strömen als Arbeitsflüssigkeit von der ersten Kammer 1 in den Hydraulikraum über das Leckergänzungsventil 5 nachgeführt wird, sodass der Druck in der ersten Kammer 1 wieder ansteigen wird. Sobald der Druck wieder entsprechend angestiegen ist, wird keine Kavitation mehr auftreten und die Dosierleistung steigt wieder. Das im Hydraulikraum enthaltene Gas kann über ein Entlüftungsventil ausgetragen werden.
-
Im Störbetrieb der Membranlage, z.B. bei einer Blockade der Saugleitung, öffnet das Leckergänzungsventil und das zu große Hydraulikölvolumen kann über die erste Kammer 1 und das sich öffnende Rückschlagventil 9 mit leichtem Überdruck in die zweite Kammer 2 abfließen, ohne dass die Membran Schaden nimmt.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- erste Kammer
- 2
- zweite Kammer
- 3
- zweiter Verbindungskanal
- 4
- Düse/erster Verbindungskanal
- 5
- Leckergänzungsventil
- 6
- Hydraulikraum
- 7
- Zuführung
- 9
- Rückschlagventil
- 10
- Bypass
-
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
-
