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Membranpumpe für nicht schmierende und chemisch aggressive Flüssigkeiten,
insbesondere zur Schädlingsbekämpfung in der Landwirtschaft Die Erfindung bezieht
sich auf Membranpumpen für die Förderung von nicht schmierenden und chemisch aggressiven
Flüssigkeiten, insbesondere zur Schädlingsbekämpfung in der Landwirtschaft, bei
welchen die vorn Kolben einer Kolbenpumpe hervorgerufenen Druck- und Saugimpulse
durch Flüssigkeit, z. B. Öl, unmittelbar auf eine elastische Membran und von dieser
auf die zu fördernde Flüssigkeit, z. B. Spritzmittel, übertragen werden. Dadurch
sind die ölseitigen Triebwerksteile der Pumpe vor schädlichen Einwirkungen der chemisch
aggressiven Förderflüssigkeit geschützt.
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Zur Erreichung eines hohen Förderwirkungsgrades bzw. einer hohen spezifischen
Hubraumleistung wird die Wandstärke der Membran so bemessen, daß sie für den Zweck
einer sicheren Trennung zwischen Öl und Spritzmittel gerade noch ausreicht. Eine
derartige sehr dünne elastische Membran hat jedoch eine äußerst geringe Richtkraft,
und die Lage ihres Hubbereiches ist von der jeweils zwischen ihr und dem Pumpenkolben
sich befindlichen Ölmenge abhängig. Ist dabei die eingeschlossene Olmenge zu groß,
so wird sich der Hubbereich der Membran so weit in Richtung des Druckhubes verlagern,
daß der Membranwerkstoff übermäßig beansprucht wird und bricht. Ist die Ölmenge
zu klein, so tritt dasselbe in Richtung Saughub ein.
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Zur Behebung dieser Schadensmöglichkeiten sind verschiedene Mittel
vorgeschlagen worden, deren Wirkung hauptsächlich auf einer Kontrolle und Regelung
der im Raum zwischen Pumpenkolben und Membran befindlichen Ölmenge beruhen. Zu diesem
Zweck ist dieser Ölraum mit einem Ölvorratsraum unter Zwischenschaltung eines Saug-
und eines Druckventils verbunden, und diese Ventile werden entweder durch Beeinflussung
von außen oder selbsttätig in Abhängigkeit vom Öldruck so gesteuert, daß die Ölmenge
zwischen Kolben und Membran zur Vermeidung des Membranschadens entsprechend beeinflußt
wird.
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Die bekannten Anordnungen mit druckabhängigen Ventilen wirken jedoch
in der Weise, daß z. B. bei vergrößertem Saugwiderstand nicht etwa die Membran vom
Kolben in Saugrichtung bewegt wird, sondern daß sich statt dessen das Saugventil
öffnet und Öl aus dem Vorratsraum angesaugt und zum Ölraum gefördert wird. Beim
nachfolgenden Druckhub steht dann nur ein verkürzter Membranhub zur Verfügung, so
daß die Membran ihre Druckendstellung vor derjenigen des Kolbens erreicht. Um die
dabei mögliche Überbelastung der Membran zu vermeiden, sind bei diesen Anordnungen
Mittel vorgesehen., die in diesem Falle im eingeschlossenen Ölraum einen Druckanstieg
bis zum zulässigen Höchstdruck bewirken, wodurch sich dann ein Überdruckventil öffnet.
Die Förderleistung der Membran hängt hier also unmittelbar von den jeweils herrschenden,
stark schwankenden Druck- und Schwingungsverhältnissen der Flüssigkeitssäule ab,
die auf der Arbeitsseite der Membran vorliegen.
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Aus diesen Gründen wurde auch schon die Verwendung eines mit der Mittelscheibe
der Membran verbundenen Steuerschiebers vorgeschlagen, welcher die Verbindung zwischen
dem Ölraum und dem Ölvorratsraum in Abhängigkeit von der Membranlage so steuert,
daß diese Verbindung nur bei einer Überschreitung des normalen Hubbereiches der
:Membran hergestellt wird. Nachteilig ist dabei jedoch, daß die Stirnseite des Steuerschiebers
mit dem Ölvorratsraum in Verbindung steht und dadurch vom Öldruck einseitig belastet
wird, so daß besonders bei hohen Förderdrücken eine erhebliche zusätzliche Belastung
der Membran an ihren Einspannstellen und damit eine weitere Schadensmöglichkeit
vorhanden ist.
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Die genannten bekanntgewordenen Mittel genügen also noch nicht, um
alle überhaupt möglichen Störungsquellen bei sämtlichen vorkommenden Betriebszuständen,
die bei Membranpumpen der behandelten Art vorliegen, zu berücksichtigen und auszuschalten.
Diese Aufgabe wird durch die vorliegende Erfindung dadurch gelöst, daß der mit der
Mittelscheibe der Membran verbundene Steuerschieber mit seiner freien Stirnseite
mit dem Pumpenraum in Verbindung steht und die Mittelscheibe der Membran als Ventilteller
ausgebildet ist, welcher im Bereiche der zulässigen Grenzlage der Membran in Saugrichtung
an
einem zugeordneten Ventilsitz des Gehäuses oder einem gleichwertigen Teil zur öldichten
Anlage kommt und dabei einen an die Membran angrenzenden, absolut dichten Raum vom
Ölraum abtrennt.
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Dadurch ist zunächst der Steuerschieber kräftemäßig bzw. hydraulisch
vollkommen entlastet, da seine freie Stirnseite ebenfalls mit dem Druckraum zusammenwirkt.
Außerdem ist durch das Tellerventil eine auch nach längerer Betriebszeit absolut
dichte Trennung zwischen dem Ölraum und dem das Spritzmittel enthaltenden Raum möglich.
Es ist zwar bekannt, mit der Membran verbundene Tellerventile zur Trennung der genannten
Räume zu verwenden. Dabei ist jedoch eine die Ventilteller tragende Muffe auf dem
Ventilschaft verschiebbar angeordnet, so daß auch bei geschlossenem Ventil durch
Undichtheit zwischen Muffe und Schaft Flüssigkeit von einem Raum zum anderen gelangen
kann. Dazu kommt, daß hier die weiche uni empfindliche Membran als Tragelement für
den Ventilschaft und die auf ihm angeordneten Teile verwendet wird. Die Ventilteller
werden sich also nur ungenau an ihren Sitz anlegen, so daß sich vor allem im Laufe
längerer Betriebszeit immer stärkere Undichtheiten bemerkbar machen werden, die
die Betriebssicherheit der Anlage herabsetzen. Dieser Fall kann z. B. eintreten,
wenn die Membran auf ihrer Arbeitsseite durch in einem anderen als dem Pumpenrhythmus
schwingende Flüssigkeitssäulen des Spritzmittels mit Überdruck belastet ist. Es
wird dann zwar bei einem Kolbensaughub das Tellerventil geschlossen und ein ebenfalls
vorhandenes Saugventil geöffnet. Durch Undichtheiten im Tellerventilsitz und zwischen
Schaft und Muffe kann aber zusätzlich Öl in den Ölraum eintreten, und die Membran
wird dann über ihre zulässige Grenzlage hinausgedrückt und dadurch beschädigt werden.
Die Folge ist ein Eindringen schädlicher Flüssigkeit in den Ölraum und entsprechende
Schädigungen der Triebwerksteile.
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Derartige nachteilige Wirkungen sind bei der Anordnung nach der Erfindung
nicht möglich. Hier ist der Ventilteller, der zugleich Mittelscheibe der Membran
ist, sehr genau geführt, so daß auch bei längerer Betriebszeit eine dichte Trennung
des Ölraumes von dem Spritzmittelraum möglich ist, was bei einer undichten bzw.
beschädigten Membran jedes Eindringen der schädlichen Flüssigkeit in den ölraum
unmöglich macht. Dabei kann auch bei geschlossenem Ventil aus denn abgetrennten
Raum kein schleichender Ölschwund erfolgen, da durch das Ventil auch die Ventilschaftführung
selbst von dem verbleibenden an die Membran angrenzenden Raum getrennt wird.
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Diese vorteilhaften Eigenschaften werden durch die in der Erfindung
vorgeschlagene, stets in Saughubrichtung auf die Membran wirkende Feder noch vervollständigt,
weil dadurch im Ölraum ein fortwährender Überdruck gegen den Fördermittelraum besteht,
so daß bei schadhafter Membran höchstens Öl, aber kein Spritzmittel durch die Membran
hindurchtritt. Dadurch kann dann der Fall eintreten, daß durch das Entweichen von
Öl aus dem Pumpenraum in diesem das Öl zur Aufrechterhaltung des Betriebes völlig
fehlt. Die Feder dient dann als Ventilfeder und hat die sehr wichtige Funktion,
das Ventil zu schließen und geschlossen zu halten, so daß auch in diesem Fall dann
keine Förderflüssigkeit in den Pumpenraum übertreten kann.
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Im Zusammenhang mit den in der Erfindung vorgeschlagenen Mitteln zur
Lösung der gestellten Aufgabe ist auch die Funktion der zwischen ölraum und ölvorratsraum
angeordneten Saug- und Druckventile von Wichtigkeit. Wie schon erwähnt, sind diese
Ventile bei den bekannten Ausführungen so angeordnet, daß sie nur auf den im Ölraum
herrschenden Druck ansprechen und deshalb auch dann reagieren, wenn die Membran
ihre Endlage nicht erreicht hast. Die immer möglichen Druckschw ankungen auf der
Förderseite der Membran können hier also das Volumen des Öles im Raum zwischen Membran
und Pumpenkolben beeinflussen, wodurch Überbelastungen der Membran auftreten können.
Außerdem ist die gleichmäßige Arbeitsweise der Pumpe dadurch gestört und ihre Förderleistung
verringert.
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Erfindungsgemäß sind daher die Rückschlagventile in die Steuerwege
des Steuerschiebers eingeschaltet"' und geben die vom Steuerschieber gesteuerten
Verbindungskanäle zwischen Ölraum und Ölvorratsraum nur in der gewünschten Strömungsrichtung
frei. Damit ist erreicht, daß alle für den Betrieb der Pumpe nachteiligen Einflüsse
auf das Volumen des eingeschlossenen Öles ausgeschaltet sind.
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Als Ölvorratsraum dient normalerweise das Kurbelgehäuse der Pumpe,
und die Membranpumpe kann mehrere Membranen enthalten, deren Förderhübe zeitlich
gleichmäßig verteilt sind. Wenn im Schadensfalle einer Membran durch diese hindurch
längere Zeit Öl in den Spritzmittelraum entweicht, wie dies durch die Anordnung
der in Saughubrichtung auf die Membran wirkenden Feder zu erwarten ist, so würde
der Ölvorrat im Kurbelgehäuse zuletzt so weit abnehmen, daß dem Triebwerk eine Beschädigung
infolge Ölmangels droht. Um auch diese Schad'ensrnöglichkeit zu verhindern, ist
nach der Erfindung die Öffnung des Verbindungskanads zwischen Ölraum und Ölvorratsraum
so hoch gelegt, daß die Ölentnahme aufhört, wenn der Ölspiegel den zur sicheren
Schmierung der Triebwerksteile notwendigen Ölstand unterschreitet.
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Unter der Wirkung der dauernden Vorspannung der Membran hält diese
das von ihr gesteuerte Schaftventil dann dauernd geschlossen, so daß auch bei fehlendem
Öl im Hubraum des Zylinders niemals d,s Spritzmittel in den Triebwerksraum gelangen
kann. Der Ausfall eines Zylinders der Kolbenmembranpumpe zeigt sich durch stoßende
Förderung des Spritzmittels und kann nicht unbemerkt bleiben.
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Die angegebenen baulichen Merkmale der neuen Kolbenmembranpumpe ergeben
eine sehr vorteilhafte Lösung der gestellten Aufgabe, und die vorgeschlagenen Mittel
ermöglichen die praktische Anwendung der Pumpe, da diese gegen Beschädigung oder
Zerstörung bei eingetretenem Membranschaden nunmehr vollkommen geschützt ist. Es
ist für die Wirksamkeit und Anwendbarkeit der Erfindungsmerkmale nicht unbedingt
erforderlich, daß der Membranhub durch unmittelbare hydraulische Koppelung mit einem
einzigen Pumpenkolben erzeugt wird. Es können auch mehrere Kolben zu einer gesonderten
Pumpe vereinigt und über besondere Steuermittel mit dem Ölraum der Membran verbunden
sein.
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Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der neuen Pumpe.
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Fig. 1 zeigt eine Gesamtansicht, wobei der Teil links von der Membran
einen Schnitt nach A-A der Fig.2 und der übrige Teil einen Mittelschnitt darstellt;
Fig. 2 zeigt den Schnitt B-B der Fig. 1; Fig. 3 zeigt den Schnitt C-C der Fig. 1.
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In dem mit 1 bezeichneten Kurbelgehäuse ist die Kurbelwelle 2 gelagert.
3 ist die Pleuelstange des
Pumpenkolbens 4, welcher in der Zylinderbüchse
5 läuft. An den Zylinderraum schließt sich der Ölraum 6 an, der in einem mit dem
Zylindergehäuse verschraubten Kopfstück? enthalten ist. DasKopfstück7 trägt den
Flansch 8, ferner den Ventilsitz 11 und die Schaftführung 12.
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Der Hals 13 der Schaftführung (Fig. 3) enthält die Steuerkanäle
15 bzw. 16, die mit den Rückschlagventilen 18 bzw.
19 in Verbindung stehen. Das Rückschlagventil 18 ist über die Bohrung 20
mit der zum Kurbelgehäuseraum führenden Bohrung 21 verbunden. Diese- setzt sich
in einem Rohr 22 fort, welches etwa in Höhe der Kurbelwellenachse endigt.
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Das Rückschlagventi118 öffnet nur in Richtung zur Bohrung 20, das
Ventil 19 öffnet nur in Richtung zum Kanal 16.
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Die Membran 10 ist mit dem Führungsschaft 24 verbunden und ist dort
zwischen zwei mittleren Verstärkungsscheiben 25, 26 durch die Hutmutter 27 festgespannt.
Die Scheibe 26 ist zugleich als Ventilteller 14 für den Ventilsitz 11 ausgebildet.
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Der Schaft 24 ist mit einer axial verlaufenden Steuerbohrung 28 versehen,
welche in den Ölraum 6 austritt und in welche eine Querbohrung 29 mündet.
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An den Flansch 8 des Kopfstückes 7 ist das Gehäuse 32 angeschraubt,
das zur Aufnahme des Spritzmittels dient. Zwischen dem Flansch 31 des Gehäuses 32
und dem Flansch 8 ist der Rand der Membran 10
eingespannt.
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33 ist eine Druckfeder, die sich einerseits am Gehäuse 32 und andererseits
an der Verstärkungsscheibe 25 bzw. an dfer Membran abstützt und die in jeder Betriebslage
auf die Membran eine leichte Vorspannung im Saugsinne abgibt. Am Gehäuse 32 ist
das Gehäuse 34 bzw. das Gehäuse 35 für das Druckventil 36 bzw. das Saugventil
37 befestigt. Wie aus Fig.2 ersichtlich, sind diese Ventile je als Doppelventile
ausgebildet, ihre Gehäuse werden durch eine gemeinsame Spannschraube 38 mit ihren
Ventilsitzeinsätzen 39 bzw. 40 und dem Gehäuse 32 verspannt. 41 sind die Druckleitungen
und 42 die Saugleitungen für das Spritzmittel.
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43 bzw. 44 sind Entlastungsbohrungen für die Druck- bzw. Saugventile.
45 bzw. 46 sind Verbindungskanäle zwischen dem Raum 47 im Gehäuse 32 und den Druck-
bzw. Saugventilen.
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In der Zeichnung ist angenommen, daß der Kolben 4 sich nach oben bewegt,
so daß er einen Druckhub ausübt. Da der Raum 6 (zwischen der Membran 10 und dem
Kolben 4) völlig mit öl gefüllt ist, so wird der Druckimpuls des Kolbens auf die
Membran 10 und damit auf das Spritzmittel übertragen. Das Spritzmittel wird dabei
über die Kanäle 45 und die Ventile 36 in die Druckleitungen 41 gefördert.
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Infolge ihres im Verhältnis zum Pumpenkolben großen Durchmessers führt
die Membran mit dem Führungsschaft 24 einen entsprechend kleineren Hub als der Kolben
aus. Sie befindet sich in Fig. 1 kurz vor ihrer normalen Endstellung in Druckrichtung.
In dieser Lage der Membran bzw. zwischen den zulässigen Grenzlagen in Saug- und
Druckrichtung ist die Verbindung der Querbohrung 29 mit den Kanälen 15 und
16 unterbrochen.
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Wenn sich, wie bereits beschrieben, bei Ölschwund im Raum 6 der Membranhub
in Saugrichtung (in der Zeichnung nach rechts) verlagert, kommt bei Erreichen der
zulässigen Hubgrenze die Querbohrung 29 mit dem Kanal 16 in Verbindung. Dadurch
wird beim Saughub des Kolbens öl aus dem Vorratsraum im Kurbelgehäuse 1 über 22,
21, 19, 16, 29, 28 angesaugt und das Ölvolumen im Raum 6 wieder ergänzt.
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Bei einem Ölüberschuß im Ölraum 6 kommt vor Überschreitung der Druckhubgrenze
der Membran die Bohrung 29 mit dem Kanal 15 zur Deckung, so daß nunmehr das beim
Druckhub des Kolbens zuviel geförderte öl in das Kurbalgehäuse über das Ventil 18
abströmen kann. Die beschriebenen Steuervorgänge dienen dem Schutz der Membran vor
Zerstörung bei übermäßiger Beanspruchung in Druck- oder Saugrichtung.
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Für den Fall, daß infolge Auftretens eines Überdruckes auf der Spritzmittelseite,
also im Raum 47, ein Unterdruck zur Ölergänzung im Raum 6 nicht zustande kommen
sollte, wird die Membran vor überschreitung der zulässigen Hubgrenze in Saugrichtung
dadurch geschützt, daß sich der Ventilteller 14 auf seinen Sitz 11 auflegt und den
Pumpenraum 6 vom Membranraum trennt. In diesem Betriebszustand stützt das eingeschlossene
Ölpolster zwischen Ventilteller und Membran diese gegen einen auf der Spritzmittelseite
herrschenden Überdruck während des Saughubes des Kolbens ab.
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Die Querbohrung 29 steht dabei in Verbindung mit dem Steuerkanal
16, so daß auch bei geschlossenem Ventil 11, 14 ein gegebenenfalls vorhandener
Ölmangel im Raum 6 durch Ölzufuhr über das Ventil 19 beim Saughub des Kolbens behoben
wird.
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Die Druckfeder 33 übt in jedem Betriebszustand eine leichte, im Saugsinne
wirkende Kraft auf die Membran aus. Dies hat zur Folge, daß bei möglichen Undichtheiten
der Membran kein Spritzmitbed auf die Ölseite übertreten kann.. Wenn das Ventil
11, 14 geschlossen und die erwähnte Wirkung der Feder 33 aufgehoben ist, so sind
die empfindlichen Steuer- und Triebwerksteile auf der Ölseite durch die vom Ventil
11, 14 hergestellte Trennung vor der schädlichen Einwirkung des Spritzmittels geschützt.
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Bei dem durch eine schadhafte Membran möglichen Ölschwund im Raum
6 wird - wie schon ausgeführt - das fehlende öl aus dem Vorratsraum im Kurbelgehäuse
1 angesaugt. Dies könnte dazu führen, daß der Ölvorrat so weit abnimmt, daß das
Triebwerk infolge Ölmangels beschädigt werden kann. Das in den Ölvorrat tauchende
Rohr 22 reicht deshalb etwa nur bis zur Achse der Kurbelwelle, so daß der Ölspiegel
bis zu dieser Höhe immer bestehenbleibt.
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Bei fehlendem öl im Hubraum des Kolbens, also besonders dann, wenn
die Pumpe Luft ansaugt, bewirkt die vorgespannte Feder 33, da.ß das Ventil 11,14
dauernd geschlossen bleibt.
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Auch wenn zur Erneuerung der Membran oder zur Behebung von Schäden
das Gehäuse 32 vom Kopfstück 7 gelöst werden muß, besteht die Möglichkeit, durch
Schließen des Ventils 11, 14 das Spritzmittel vom Ölraum 6 fernzuhalten.
Bei Anordnung der Feder 33 auf der Ölseite (zwischen dem Schaft 24 und der Schaftführung
12) wird bei einer Demontage der Membran das Ventil 14 selbsttätig unter der Einwirkung
der Feder geschlossen bleiben.