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Membranpumpe mit selbsttätiger Vorlagesteuerung Die Erfindung bezieht
sich auf eine Mernbranpumpe, bei welcher eine an ihrem Außenrand eingespannte Membran
von einem hin- und hergehenden Kolben dadurch angetrieben wird, daß der sogenannte
Vorlageratim zwischen Membran und Kolben ohne Lufteinschlüsse von einer sogenannten
Vorlageflüssigkeit ausgefüllt wird. Diese Vorlageflüssigkeit überträgt die Arbeit
des Kolbens auf die Membran. Diese ihrerseits erzeugt durch die hin- und hergehende
Bewegung einen Punipvorgang, durch den das Förderinedium über ein Sang- und Druckventil
gefördert wird.
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Es sind Pumpen dieser Art bekannt, bei denen der Vorlageraum und der
höher angeordnete Reservebehälter durch ein Absperrventil verbunden sind. Vor Ingangsetzen
der Pumpe wird der Vorlageraum durch Öffnen dieses Absperrventils ganz gefüllt.
Hierbei muß die Luft nach oben aus dem Vorlageraum vollkommen. entweichen, was meist
durch Öffnen eines Entlüftungsventils geschieht. Beim Betrieb treten in jedem Falle
Verluste an Vorlageflüssigkeit auf, die daher rühren, daß der Kolben im Zylinder
nie ganz dichtet. Diese Vorlageflüssigkeitsverluste werden bei bekannten Pumpen
dadurch ersetzt, daß sich die Meinbran bei Mangel an Vorlageflüssigkeit an eine
hinter derselben angeordnete gelochte Stützschale anlegt und hierdurch bei weiterem
Mangel an Vorlageflüssigkeit ein Vakuum im Vorlageraum entsteht; dieses Vakuum öffnet
ein Unterdruckventil, welches Vorlageflüssigkeit aus dem Reservebehälter in den
Vorlageraum strömen läßt. Außerdem sind bei bekannten Pumpen Überdruckventile zwischen
Vorlageraum und Reservebehälter angeordnet, die bei Überdruck im Förderraum, der
sich naturgemäß auch auf die Vorlageflüssigkeit ausdehnt, dieselbe in den Reserveratim
austreten lassen. Diese wird dann nach Beseitigung des Überdrucks durch das obenerwähnte
Unterdruckventil wieder zurückgesaugt in den Vorlageraum.
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Diese Vorlagesteuerungs-Vorrichtung erwies sich bei Förderung von
sehr dickbreiigen Fördermedien, wie z. B. Verputzmörtel oder Feinbeton, als unbrauchbar.
Beim Saughub der Pumpe entstehen nämlich im Pumpeninnern so hohe Unterdrücke, daß
das Unterdruckventil anspricht und Vorlageflüssigkeit in den Vorlageraum eintreten
läßt. Dies ist auch der Fall, wenn das Unterdruckventil zwischen Reservebehälter
und Vorlageraum fast auf Vakuum eingestellt wird. Als Folge davon nimmt der Inhalt
des Vorlageraumes bei jedem Saughub zu, und die Membran wird beim Druckhub nach
vorn aus der Einspannung herausgerissen und platzt.
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Um diese Mangelerscheinung zu beseitigen, wurden Pumpen ausgeführt,
ohne das oben beschriebene Vorlagennterdruckventil. Bei diesen Pumpen muß der Verlust
an Vorlageflüssigkeit, der zwischen Kolben und Zylinder und an anderen undichten
Stellen des Vorlageraumes entsteht, von Zeit zu Zeit ergänzt werden. Außerdem muß
bei diesen Pumpen große Sorgfalt darauf verwendet werden, daß nicht zuviel Vorlageflüssigkeit
eingefüllt wird, da in diesem Fall die Membran zu Schaden käme. Ein weiterer Nachteil
dieser Bauart ist, daß bei Überdruck die Vorlageflüssigkeit in den Reservebehälter
gedrückt und nicht von selbst wieder angesaugt wird. Die Pumpe fördert also nach
Beseitigung des Überdrucks nicht weiter, vielmehr muß die Vorlageflüssigkeit mit
viel Sorgfalt wieder nachgefüllt werden, was meist viel Zeit in Anspruch nimmt.
Geht bei dieser Pumpenart eine Meinbran zu Bruch, so fördert die Pumpe als Kolbenpumpe
weiter, da die Flüssigkeit nunmehr auch in den Vorlageraurn eindringen kann. Falls
das Fördergut abrasive Bestandteile, wie Sand und Kies, enthält, tritt an Kolben
und Zylinder großer Schaden auf, der in den meisten Fällen erst dann bemerkt wird,
wenn Kolben und Zylinder fast vollkommen zerstört sind und die Pumpe aus diesem
Grund nicht mehr fördert.
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Weiter ist eine Pumpe bekannt, bei welcher durch ein Schieberventil,
das von der Membran über ein Zuggestänge betätigt wird, aus dem Reserveraum der
Pumpe Vorlageflüssigkeit angesangt werden kann, um eventuelle Verluste oder Entnahme
an Vorlageflüssigkeit auszugleichen.
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Wird jedoch an dieser Pumpe bei Förderung von Mörtel oder ähnlichen
abrasiven Medien eine Meinbran zerstört, so tritt Fördergut in den Vorlageraum und
setzt den Schieber durch Klemmen oder Verschleiß außer Betrieb. Außerdem ergibt
sich durch den Schieber in Verbindung mit dem langen Zuggestänge eine große Batilänge,
die für viele Zwecke als lästig empfunden wird.
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Da an der obenerwähnten Pumpe keine Membranstützschale vorhanden ist,
welche die Membran in
ihrer rückwärtigen Aushalichung begrenzt,
kann eine beträchtliche Beanspruchung derselben auftreten. Dies ist insbesondere
dann der Fall, wenn bei Überdruck ein großer Teil der Vorlageflüssigkeit in den.
Reserveraum gedrückt wird. Beim Saughub des Antriebskolbens wird sodann die Membran
sehr stark nach hinten ausgebaucht und über das Betätigungsgestänge des Vorlagesteuerschiebers
gezogen. Wird wie z. B. bei Filterpressen im Dauerbetrieb gegen Überdruck gefahren,
so führt dies bei obiger Anordnung sehr schnell zur Zerstörung der Membran.
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Diese Nachteile sind bei der erfindtingsgemäßen Pumpe beseitigt. Abb.
1 zeigt eine solche Pumpe im Prinzip. Hierbei ist zwischen dein Vorlageraum 1 und
dem Reservebehälter 2 ein Vorlagesteuerungsventil 3 eingebaut, welches aus zwei
gegeneinander wirkenden Rückschlagventilen besteht. Vorzugsweise, werden hierfür
zwei Kugelrückschlagventile 3 a und 3 b verwendet, welche durch eine gemeinsame
Feder 3 c belastet sind. Tritt z. B. durch Leckverluste oder überströmen im Vorlageraum
Mangel an Vorlageflüssigkeit auf, so bewegt sich die Membran 5 beim Saughub
des Kolbens auf eine hinter derselben angeordnete gelochte Stützschale 4 zu. Bevor
sie sich an dieselbe anlegt, bewegt sie einen Hebel 7, welcher über einen
Stift das Rückschlagventil 3 b anhebt. Da bei weiter fortschreitendem Saughub nunmehr
im Vorlageraum, ein Vakuum entsteht, wird über das Ventil 3 a aus dem Reserveraum
Vorlageflüssigkeit angesaugt. Die Anordnung der Membranstützschale hat weiter den
Zweck, die Membran in dem Fall vor starkem Ausbauchen und Platzen zu bewahren, wenn
das Druckventil durch Festkörper usw. undicht ist und auf der stillstehenden Pumpe
eine hohe Drucksäule lastet.
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Um den Öffnungshub des Vorlagesteuerungsventils genau einzustellen,
kann am oberen Ende des Steuerhebels 7 eine Verstellvorrichtung in Form einer Verstellschraube
9 angeordnet werden.
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je nach den gewünschten Betriebsbedingungen kann lierdurch eingestellt
werden, mit welcher Schnelligkeit sich der Vorlageraum z. B. nach vorherigem überdruck
wieder anfüllt.
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Um zu verhindern, daß der Kopf der Verstellschraube die Membran beschädigt,
wenn diese bei Mangel an Vorlageflüssigkeit gegen dieselbe gedrückt wird, kann die
Membran in der Mitte mit Stützplatten 6 versehen werden, welche auch verhindern,
daß die Membran durch die öffnung hindurchgedrückt wird, welche sich in der Mitte
der Stützschale befindet. Bei Förderung von sehr zähen Medien sind diese Stützplatten
auch von Vorteil bezüglich einer günstigen Verwalkung der Membran.
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Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Membran 5 ohne mittlere
Stützplatte, also frei durchhäng gend, ausgeführt werden und am vorderen Ende der
Verstellschraube 9 des Steuerhebels 7 vor der gelochten Stützschale 4 eine Platte
als Auffangschale für die Membran befestigt werden, die bei Mangel an Vorlageflüssigkeit
zusammen mit dem Steuerhebel durch die Membran nach hinten bewegt und gegen die
Stützschale 4 gedrückt wird.
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Neben der selbsttätigen Ergänzung der Leckverluste wird durch die
erfindungsgemäße Anordnung des Vorlagesteuerungsventils erreicht, daß die Pumpe
bei Mernbranbruch von selbst mit der Förderung aussetzt. Dies kommt dadurch zustande,
daß bei Auftreten eines Risses in der Membran 5 die Vorlageflüssigkeit durch
denselben gedrückt wird und dadurch ein Mangel an Flüssigkeit im Vorlageraum
1 auftritt. Hierdurch wird bei jedem Hub aus dem Reservebehälter 2 Vorlageflüssigkeit
angesaugt, bis dieser schließlich geleert ist und Luft nachtritt. Die so durch das
Vorlagesteuerungsventil angesaugte Luft bildet im Vorlageraum einen Puffer, welcher
die Förderung der Pumpe lahmlegt. Hierdurch wird sofort bemerkt, daß an der Pumpe
ein Schaden aufgetreten ist und somit verhindert, daß bei weiterem Betrieb der Kolben
und der Zylinder durch das Fördergut zerstört werden.
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Das Vorlagesteuerungsventil 3 bringt weiter den Vorteil, daß
die Pumpe von selbst wieder weiterfördert, wenn infolge Überdrucks durch das Sicherheitsventil
10 Vorlageflüssigkeit in den Reservebehälter 2 gedrückt wird. Wird dieser
Überdruck im Fördergut beseitigt, so, holt sich die Pumpe die zuvor aus dem Vorlageraum
1 gedrückte Flüssigkeit über das Vorlagesteuerungsventil 3 vom Reservebehälter
2 zurück und beginnt von selbst wieder zu fördern. Es ist somit ohne Schwierigkeiten
möglich, die Pumpe beliebig lange gegen geschlossenen Druckschieber arbeiten zu
lassen. Hierbei tritt auf der Stützschale auch keine Beanspruchung der Membran auf.
Dies ist für viele Anwendungsgebiete von besonderem Vorteil. Außerdem kommt die
bei bekannten Pumpen nötige Sorgfalt in Wegfall, welche jeweils bei Überdruck zum
anschließenden Nachfüllen der Vorlageflüssigkeit verwendet werden muß.
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Durch die Wirkung des Vorlagesteuerungsventils ergibt sich bei der
erfindungsgemäßen Pumpe die Möglichkeit, die Fö#rdermenge der Pumpe dadurch zu regulieren,
daß bei jedem Druckhub der Pumpe ein stufenlos einstellbarer Teil der vom Kolben
verdrängten Vorlageflüssigkeit vom Vorlageraum 1 in den Reservebehälter 2
geleitet werden kann. Diese in den Reserveraum gedrückte Flüssigkeitsmenge wird
bei jedem folgenden Saughub ganz schrittweise wieder in den Vorlageraum zurückgeholt
durch das Vorlagestenerungsventil 3. Hierzu werden in einer Leitung, welche
den Vorlageraum mit dem Reservebehälter verbindet, ein Drosselventil 11 und
ein Rückschlagventil 12 angeordnet. Bei entsprechender Dimensionierung dieser Ventile
und der Rohrleitung ist es auch möglich, auf diese Weise die gesamte Fördermenge
des Kolbens jeweils in den Reservebehälter treten zu lassen, so, daß die Förderung
der Membran völlig aussetzt. Wird die Membran-Kolbenpumpe z. B. als Mörtelpumpe,
Dosierpumpe od. ä. eingesetzt, so ist es von besonderer Bedeutung, daß das
Drosselventil 11 und das Überdruckventil 10 ferngesteuert werden können
durch pneumatische oder elektrische Impulse. Mittels Fernsteuerung kann hierbei
am Drosselventil die Förderung der Pumpe ein- und ausgeschaltet werden, während
am Überdruckventil die jeweiligeDruckhöhe ferngesteuert wird.
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Eine weitere Neuerung an der erfindungsgemäßen Pumpe ist die Anordnun
g einer bei jedem Druckhub selbsttätig wirkenden Entlüftungsvorrichtung für
den Vorlageraum. Bei bekannten Pumpen dieser Bauart kommt es häufig vor,
daß bei hohen Saugunterdrücken durch kleine Undichtigkeiten am Gehäuse und am Kolben
Luft in den Vorlageraum gesaugt wird und diese die Fördermenge der Pumpe reduziert
durch das entstehende Luftpuff er.
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Diese Entlüftungswirkung wird erzielt, wenn das zur Drosselung der
Fördermenge der Pumpe bestimmte Drosselventil 11 und das Rückschlagventil
12 auf der Oberseite der Pumpe angeordnet werden und das Drosselventil
11 immer ein klein wenig geöffnet bleibt. Die hier bei jedem Druckhub in
den Reservebehälter tretende kleine Menge an Vorlageflüssigkeit wird bei jedem Saughub
der Pumpe durch das Vorlagesteuerungsventil
wieder ergänzt. Auch
wird hiermit eine eventuelle kleine Undichtigkeit des Ventils 3 b ausgeglichen,
indem die hierdurch an den Reserveraum angesaugte Flüssigkeitsmenge durch die Entlüftungsöffnung
beim Druckhub, wieder ausgestoßen wird.
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Durch Anordnung einer Sichtkontrollmöglichkeit in der Leitung des
Drosselventils 11 und gleichzeitig selbsttätigen Entlüftungsventils ist es möglich,
zu kontrollieren, ob die Vorlage der Pumpe einwandfrei gefüllt ist und das Kolbentriebwerk
störungsfrei arbeitet. In diesem Fall tritt bei jedem Druckhub eine kleine Menge
an Vorlageflüssigkeit in den Reservebehälter.
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Als weitere Neuerung wird bei der erfindungs gemäßen Pumpe eine Rückführungsleitung
13 für Leckverluste eingebaut, welche den Raum 14 hinter dem Kolben 8 mit dem Reservebehälter
2 der Pumpe verbindet. Die durch Kolbenundichtigkeiten in den Raum 14 hinter dem
Kolben gelangenden kleinen Mengen an Vorlageflüssigkeit werden durch diese Leitung
in den Reservebehälter gedrückt und dadurch ein Verlust an Vorlageflüssigkeit vermieden.
Diese Leckverluste treten bei bekannten Pumpen entweder ins Freie und bilden unter
den Pumpen unansehnliche Ölpfützen oder in das Getriebe der Pumpe, wo sie das dort
befindliche Maschinenöl oft sehr stark verdünnen und verunreinigen. Dies ist insbesondere
dann der Fall, wenn infolge Membranbruch das abrasive und schädliche Fördergut an
Kolben und Zylinder und damit auch hinter denselben und ins Getriebe gelangt. Auf
diese Weise kann bei bekannten Pumpen infolge Meinbranbruch oft das gesamte Aggregat
einschließlich Getriebe zerstört werden.
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Durch Anwendung eines doppelseitig wirkenden Antriebskolbens bei der
erfindungsgemäßen Pumpe wird es auch möglich, mit der Rückseite des Kolbens 8 eine
zweite Membranpumpe mit somit nur einem Kolben und einem Triebwerk anzutreiben.
Zü diesem Zweck- wird der Raum hinter dem Kolben mit Vorlageflüssigkeit gefüllt
und durch eine Rohrleitung mit dem Vorlageraum der zweiten Membranpumpe verbunden,
welche dieselben Steuerungsvorrichtungen besitzt, insbesondere dieselbe Vorlagesteuerung,
wie die oben beschriebene Meinbranpunipe.
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Durch ringförmige Anordnung des Reservebehälters 2 um den Zylinder
der Pumpe hinter dem Vorlagerauim ergibt sich ein günstiger Einbau der Vorlagesteuerungsventile
3 und ein gefälliger und gedrängter Aufbau der gesamten Pumpe.
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Bei einer anderen Ausführung der Erfindung wird das Vorlagesteuerungsventil
3 in der in Abb. 2 dargestellten Weise an der höchsten Stelle des Vorlageraumes
1 so angeordnet, daß die Ventilkugeln senkrecht arbeiten. Der Reservebehälter2 wird
hierbei über dem Vorlagesteuerungsventil aufgebaut, so daß an dessen Boden sich
die äußere Kugel 3 a des Ventils befindet. Am Ventilsitz 16 dieser Kugel
3 a wird eine kleine Kerbe 17 (Abb. 3) angebracht, so daß bei jedem Druckhub der
Pumpe eine kleine' Menge Vorlageflüssigkeit oder Luft durch diese Kerbe 17 in den
Reservebehälter2 treten kann. Hierdurch wird auf vereinfachte Weise dieselbe Wirkung
erzielt wie bei dem oben beschriebenen Entlüftungsventil. Außerdem entsteht hierbei
der Vorteil, daß das Ventil am Boden des Reservebehälters zur Beseitigung von Verunreinigungen
jederzeit leicht zugänglich ist. Die Entlüftungsöffnung in Form einer Kerbe kann
sich hierbei auch nicht verstopfen, da die Kugel 3a laufend durch die durchströmende
Flüssigkeit angehoben wird, welche den Schmutz selbsttätig wegspült.