-
Membran- oder Balgpumpe Die Erfindung betrifft eine Menbran- oder
Balgpumpe, deren Membran bzw. Balg hydraulisch von einem hin- und herbewegbaren
und dadurch auf die Arbeitsflüssigkeit einwirkenden Stößel aus betrieben wird.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, solche Pumpen, die zur Förderung
von Flüssigkeiten oder Gasen geeignet sind, weiter zu vervollkommnen, so daß sie
sich vor allem zu einer einfachen stufenlos und möglichst automatischen Regelung
ihrer Förderleistung eignen.
-
Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch
gelöst, daß der Stößel einen koaxialen rohrförmigen und bei arbeitender Pumpe mehr
oder weniger über eine ebenfalls koaxiale Schieberstange greifenden Teil mit radialen
Verbindungsöffnungen aufweist, die mindestens bei der einen Endstellung des Stößels
außerhalb des Bereichs der Schieberstange liegen und dabei den Druckraum vor der
Membran bzw. vor dem Balg mit einem Entlastungsraum verbinden, während die Schieberstange
zur Einstellung des wirksamen Arbeitshubes des Stößels und damit zur entsprechenden
Leistungsregelung der Pumpe von Hand oder selbsttätig längsverschiebbar angeordnet
ist.
-
In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht:
es zeigen Fig. 1 und 2 die entsprechend dem Ausführungsbeispiel als Membranpumpe
ausgebildete Pumpe jeweils in einem Längsschnitt entlang der Achse des Pumpenstößels
und in einem Ouerschnitt entlang der Membranachse, Fig. 3 einen Teilausschnitt der
Fig. 1 in Verbindung mit in einer abgewandelten, automatisch wirksamen Einstellvorrichtung
für die Pumpe.
-
Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Pumpe weist als Förderglied eine
Membran 1 irgendeiner hierfür üblichen Ausführung auf, die das Pumpengehäuse einerseits
in eine Kammer 2 für das zu fördernde Medium und eine Arbeitskammer für eine auf
die Membran 1 einwirkende Arbeitsflüssigkeit aufteilt.
-
Das zu fördernde Medium, welches aus einer Flüssigkeit oder auch aus
einem Gas bestehen kann, wird durch eine Ansaugleitung 3 der Pumpe nach der Kammer
2 hin angesaugt und von dieser durch eine Austrittsleitung 4 entsprechend den Arbeitsschwingungen
der Membran 1 in der bei Membranpumpen üblichen Weise gefördert. Die Arbeitsflüssigkeit
gelangt an die Membran 1 durch eine Anzahl Öffnungen 5 einer Verteilerplatte 6 und
das zu fördernde Medium (an der gegenüberliegenden Seite) durch die öffnungen.7
einer die Kammer 2 einerseits begrenzenden Abstützplatte B. Dabei ist die Abstützplatte
8 in axialer Richtung der Membran 1 von einem Kolben 9 durchsetzt, der durch eine
Federkraft gegen die Membran 1 vorgespannt ist und diese dadurch nach der Verteilerplatte
6 hin in ihre Ausgangsstellung bringt, wenn die Arbeitsflüssigkeit auf der anderen
Seite der Membran drucklos ist. Ein solcher Kolben ist jedoch nicht unbedingt notwendig,
z. B. wenn die Membran so ausgeführt ist, daß sie stets von selbst nachgiebig in
die in Fig.2 dargestellte Lage zurückzukehren bestrebt ist.
-
Die auf die Arbeitsflüssigkeit einwirkende Pumpe besteht aus einem
hin- und herbewegbar gelagerten Stößel 10, der von einer Kurbelwelle oder einem
Exzenter 11 in irgendeiner üblichen Weise derart antreibbar ist, daß er zur Arbeit
der Pumpe hin- und hergehende Bewegungen ausführt. An seinem vorderen Ende ist der
Stößel 10 in einem im Pumpengehäuse feststehend angeordneten Zylinder 12
geführt, in welchem sich zugleich ein Teil der Arbeitsflüssigkeit befindet, von
der der vor dem Stößel 10 befindliche Anteil mit der unmittelbar vor der
Membran 1 befindlichen Arbeitsflüssigkeit in Verbindung steht.
-
Der innerhalb des Zylinders 12 geführte vordere Teil des Stößels 10
«eist einen koaxialen rohrförmigen Teil auf, der an seinem hinteren Ende 13 im Zylinder
12 geführt und gegenüber diesem abgedichtet ist. An seinem vorderen Ende 14 ist
der rohrförmige Teil auf einen kleineren Außendurchmesser abgesetzt und läßt somit
einen äußeren, mit Arbeitsflüssig'zeit gefüllten Ringraum 15 frei, der über eine
Anzahl radialer Bohrungen 16 mit der inneren Öffnung des zylindrischen Teiles in
Verbindung steht.
-
Die innere Öffnung des rohrförmigen Teiles 13,14 ist an dem dem Stößel
10 gegenüberliegenden Ende durch eine Schieberstange 17 abgeschlossen, die
ebenfalls
koaxial zum Stößel 10 angeordnet und im Pumpengehäuse
in ihrer Längsrichtung einstellbar gelagert ist. Beim Betrieb der Pumpe gleitet
der vordere rohrförmige Teil 13, 14 des Stößels 10 je nach deren Einstellung mehr
oder weniger über die Schieberstange 17, die dabei zugleich einen vorderen Abschluß
für den Innenraum des rohrförmigen Teiles bildet.
-
Der rohrförmige Teil 13, 14 ist an seinem hinteren Ende 13 in eine
Kappe 18 des Stößels 10 eingeschraubt und dadurch fest mit dem Stößel verbunden.
Die Kappe 18 weist an dem um den Stößel 10 herum befindlichen Teil ihres Bodens
mehrere axiale Durchtrittsöffnungen auf, durch welche der hinter der Kappe 18 im
Zylinder 12 befindliche Raum mit dem Innenraum des rohrförmigen Teiles 13, 14 in
Verbindung steht. Der genannte Raum des Zylinders 12 steht über eine Verbindungsleitung
19 mit einem Reserveraum 20 in Verbindung, in welchem sich weitere Arbeitsflüssigkeit
befindet und der durch eine obere Öffnung (vgl. Fig. 2) gegenüber der freien Atmosphäre
entlüftet und somit drucklos ist.
-
Die Bohrungen 16 befinden sich im rohrförmigen Teil 13, 14 an einer
solchen Stelle gegenüber der Schieberstange 17, daß sie während der Arbeit der Pumpe
zumindest bei der einen Endstellung des Stößels 10 außerhalb des Bereichs der Schieberstange
17 liegen. Auf diese Weise wird die vor der Membran 1 wirksame Arbeitsflüssigkeit
auch bei jeder Umdrehung der Antriebswelle der Pumpe mindestens für einen kurzen
Augenblick mit dem als Entlastungsraum dienenden Reserveraum 20 in Verbindung gebracht,
wodurch die Membran 1 während dieser Zeit entlastet ist und die in Fig.2 dargestellte
Lage einnimmt. Wird der Stößel 10 im Verlauf der weiteren Drehung der Pumpenantriebswelle
jedoch wieder vorgeschoben (in Fig. 1 nach rechts), so werden die radialen Bohrungen
16 an ihren innerhalb des rohrförmigen Teiles 13, 14 befindlichen Öffnungen von
der Schieberstange 17 überdeckt, wodurch der Stößel nunmehr auf die vor ,dem Stößel
befindliche Arbeitsflüssigkeit im Sinne einer Verschiebung der Membran 1 (in Fig.
2 nach rechts) einwirkt und die Membran 1 das zu fördernde INIedium dementsprechend
nach der Austrittsleitung 4 der Pumpe hin fördert.
-
Aus der beschriebenen Anordnung des Pumpenstößels 10 und der Schieberstange
17 geht hervor, daß mit einer Längsverschiebung der Schieberstange 17 in eine andere
Einstellung zugleich die Menge der bei jedem Vorwärtshub des Stößels 10 gegen die
Membran 1 geförderten Arbeitsflüssigkeit - und damit der jeweilige Hub der Membran
und damit auch die Förderleistung der Membranpumpe - regelbar ist. Je mehr die Schieberstange
17 gegen den Stößel 10 hin verschoben wird, um so eher wird beim beginnenden Vorwärtshub
des Stößels 10 auch die Verbindung vom Arbeitsraum vor der Membran 1 nach dem Reserveraum
20 hin unterbrochen und die eigentliche Pumpenförderung begonnen.
-
Zur Ermöglichung dieser Längsverschiebung und Feststellung ist die
Schieberstange 17 an ihrem dem Stößel 10 abgelegenen Ende fest mit einer Schraubenspindel
21 verbunden, die mit einem am Pumpengehäuse verdrelibar, jedoch nicht längsverschiebbar
gelagerten Handrad 22 zusammenwirkt. Am Handrad 22 oder auch an einer anderen geeigneten
Stelle des Pumpengehäuses kann dabei eine beispielsweise mit einem Nonius versehene
Anzeigevorrichtung angeordnet sein, an welcher die jeweilige Einstellung der Schieberstange
17 abgelesen werden kann. Auf diese Weise kann die Einstellung der Schieberstange
17 durch eine entsprechende Verdrehung des Handrades 22 jederzeit auch während des
Betriebes der Pumpe verändert werden.
-
Für eine richtige Arbeit der Membranpumpe ist wesentlich, daß die
Arbeitsflüssigkeit stets entschäumt und frei von Luftbestandteilen ist, da sie sonst
ihre inkonipressiblen Eigenschaften verlieren könnte. Es ist deshalb an der Pumpe
noch ein mit dein vor der Membran 1 befindlichen Arbeitsraum für die Arbeitsflüssigkeit
an dessen höchster Stelle in Verbindung stehendes Entlüftungsventil 23 (vgl. Fig.2)
vorgesehen, dessen Austrittsöffnung sich im genannten Reserveraum 20 für die Arbeitsflüssigkeit
befindet. Jegliche Luft und jegliche Dämpfe, die sich aus der Arbeitsflüssigkeit
ausscheiden sollten. werden damit während des Förderhubes des Stößels 10 durch das
Entlüftungsventil 23 abgeführt. Falls dabei geringe Flüssigkeitsmengen der Arbeitsflüssigkeit
selbst mitgerissen werden sollten, so gelangen diese aus der Austrittsöffnung des
Entlüftungsventils 23 in den Reserveraum 20 und werden dadurch dem Arbeitsprozeß
wieder zugeführt. Das Entlüftungsventi123 befindet sich dabei zweckmäßig am oberen
Ende einer Leitung 24, die in den vor der Membran 1 befindlichen Arbeitsraum der
Pumpe einmündet, der seinerseits über Öffnungen 28 am vorderen Ende des Zylinders
12 mit dem vor dem Stößel 10 befindlichen Innenraum des Zylinders 12 in Verbindung
steht.
-
Damit der während der Förderung von Arbeitsflüssigkeit auftretende
- und seinerseits auf die Membran 1 übertragene - Druck der Arbeitsflüssigkeit nicht
über einen vorherbestimmten Wert ansteigen kann, ist die Membranpumpe noch mit einem
Überdruckventil 25 versehen, das ebenfalls an den vor der Membran 1 befindlichen
Arbeitsraum angeschlossen und durch eine Schraubenfeder 26 belastet ist, deren Vorspannung
von einer von außen zugänglichen Einstellvorrichtung 27 aus einstellbar ist. Auch
dieses Ventil öffnet sich nach dem Reserveraum 20 hin, so daß keine Arbeitsflüssigkeit
verlorengehen kann. Schließlich ist eine an der Herausführungsöffnung der Schieberstange
17 befindliche Abdichtungsstelle des Pumpengehäuses mit einer Entlastungsleitung
29 verbunden, die ebenfalls in den Reserveraum 20 einmündet.
-
Gewünschtenfalls kann die Fördermengeneinstellung der Membranpumpe
auch selbsttätig durch einen Kolben oder eine weitere Membran erfolgen, der seinerseits
durch ein pneumatisches oder hydraulisches Arbeitsmedium gesteuert wird. Hierfür
kann z. B. irgendeine übliche pneumatische Regelung verwendet werden, die Druckluft
in Abhängigkeit der Stellung eines weiteren Reglers jeweils so lange liefert, bis
die durch den Kolben gesteuerte Schieberstange 17 ihre gewünschte Stellung erreicht
hat.
-
Eine solche Regelanlage, mit welcher die Einstellung der Schieberstange
17 gegenüber dem Stößel 10 selbsttätig geregelt werden kann, ist in Fig. 3 dargestellt.
Die aus der in einem Teilschnitt angedeuteten Membranpumpe nach rechts herausragende
Schieberstange 17 ist dort durch eine Kolbenstange 32 verlängert, die an ihrem freien
Ende einen Kolben 30 trägt, der seinerseits in einem Zylinder 31 der Regelanlage
geführt ist. Der vor dem Kolben 30 mit einer Arbeitsflüssigkeit gefüllte Zylinder
31 steht über eine @Terbindungsöffnung 35 mit einem oberen Behälterraum 34 in -
Verbindung, der seinerseits über eine obere Anschlußleitung 36 mit Druckluft einer
pneumatischen Regelvorrichtung 37 beaufschlagt werden kann.
Die
Regelvorrichtung 37 weist unter anderem einen Balg 38 auf, der über eine geeignete
Gestängeverbindung 39 mit einem seinerseits am äußeren Ende der Schieberstange 17
festgelegten Hebel 40 verbunden ist. Die Regelvorrichtung 37 arbeitet derart, daß
der Balg 38 beim Ansteigen des Druckes der der Vorrichtung von einer geeigneten
Druckluftquelle zugeführten Druckluft ein Ventil betätigt, welches seinerseits die
Druckluftzuführung in den Behälterraum 34 freigibt und so den auf den Kolben 30
wirkenden Flüssigkeitsdruck erhöht. Dadurch wird der Kolben 30 nebst Kolbenstange
32 und Schieberstange 17 entgegen der Kraft der Feder 33 (gemäß Fig. 3) nach links
bewegt. Wird andererseits der Luftdruck im Behälter 34 herabgesetzt, so findet unter
der Wirkung der Schraubenfeder 33 eine umgekehrte Bewegung des Kolbens 30 statt,
bei der die Schieberstange 17 nach rechts bewegt wird.
-
Zur Begrenzung der letztgenannten Auswärtsbewegung der Schieberstange
17 nach rechts ist mit der zuletzt beschriebenen Regelvorrichtung noch eine einstellbare
Anschlagvorrichtung mit einem Handrad 41 vorgesehen, durch dessen Drehung eine das
Handrad tragende und in einem Gehäuseteil 43 verdrehbar geführte Betätigungsspindel
42 nach links gegen das freie Ende der Kolbenstange 32 im Sinne deren Verschiebung
nach links bewegt werden kann.
-
Die Erfindung ist nicht an die konstruktiven Einzelheiten des beschriebenen
Ausführungsbeispiels gebunden. Zum Beispiel kann die beschriebene Membranpumpe durch
eine grundsätzlich gleichartig wirkende Balgpumpe ersetzt werden, oder es könnte
durch die vorgeschlagene Regeleinrichtung statt einer einzigen auch eine beliebige
Zahl von Pumpen z. B. derart gemeinsam geregelt werden, daß das Verhältnis der Fördermengen
der einzelnen Pumpen zueinander über den ganzen Regelbereich erhalten bleibt. Bei
einer entsprechenden praktischen Ausführung könnte eine Anzahl Pumpen unterschiedlicher
Förderkapazität gemeinsam durch einen einzigen Motor angetrieben werden, dessen
Drehzahl regelbar ist.
-
Soll das Verhältnis der Fördermengen solcher einzelnen Pumpen zueinander
verändert werden, so wird zu diesem Zweck der Gesamthub bzw. Gesamtarbeitsbereich
der Schieberstange 17 der jeweils in ihrer Fördermenge zu ändernden Pumpe entsprechend
verändert, damit das gewünschte, bei allen Regeldrücken der Regelanlage gleichbleibende
Verhältnis zwischen den Fördermengen aller Pumpen erhalten wird. Zweckmäßig ist
der Regelmechanismus außerdem so ausgebildet, daß die Pumpen im Falle eines Ausbleibens
der Steuerflüssigkeit selbsttätig auf Nullförderung zurückgehen, wonach die weitere
Einstellung über die Handradregelung erfolgen kann.
-
Die beschriebene Pumpe eignet sich vor allem zum Pumpen von Flüssigkeiten
oder Gasen im Rahmen eines Herstellungsprozesses, wo eine lumpe benötigt wird, die
ohne Gefahr eines Platzens ihrer Membran oder ihres Balges mit maximaler Leistung
betrieben werden kann. Dabei bietet die beschriebene Pumpe außerdem noch den weiteren
Vorteil, daß ihre Fördermenge - zur Anpassung der Pumpe an einen bestimmten Verwendungszweck
- in einfacher Weise beliebig verändert werden kann.