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Membranmeßpumpenaggregat Die Erfindung betrifft ein Membranmeßpumpenaggregat
mit einer hydraulischen Antriebseinrichtung, bestehend aus einer Pumpenkammer, die
durch eine Membran in eine Antriebs- und eine Förderkammer geteilt ist, wobei die
Membran innerhalb der durch das Volumen der Pumpenkammer festgelegten Grenzen bewegbar
ist und dadurch eine bestimmte Flüssigkeitsmenge in und aus der mit Ein- und Auslaßventilen
versehenen Förderkammer pumpt, und einer Antriebspumpe zum kontinuierlichen Zu-und
Abführen der Antriebsflüssigkeit zu und von der Antriebskammer.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Pumpe der eingangs
genannten Art eine von äußeren Druckbedingungen unabhängige, genau gemessene Flüssigkeitsmenge
bei jedem Hub der Membran zu gewährleisten.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in dem Antriebsflüssigkeitskreislauf
ein von einem Fremdantrieb in Umlauf gehaltener Drehschieber zum wahlweisen Verbinden
der Antriebskammer mit der Druck- und Saugseite der Antriebspumpe und dadurch zum
zwangläufigen Bewegen der Membran in entgegengesetzten Richtungen und ein den Druck
der Antriebsflüssigkeit steuerndes Überdruckventil und Unterdruckventil vorgesehen
sind und daß die Antriebspumpe derart bemessen ist, daß sie mehr Flüssigkeit abgibt,
als für eine Bewegung der Membran über das gesamte Kammervolumen erforderlich ist.
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Diese Lösung beruht auf der Erkenntnis, daß der Membranhub durch mechanische
Mittel stets sicher begrenzt werden muß, daß ferner Ventilanordnungen für einen
Flüssigkeitskreislauf unabhängig von der Membranbewegung zu sorgen haben und daß
der Fluß der Antriebsflüssigkeit vom Förderfluß nicht abhängig sein darf. Diese
Bedingungen lassen sich durch die erfindungsgemäße Konstruktion in besonders vorteilhafter
Weise erfüllen. Wesentlich ist dabei insbesondere, daß die Antriebspumpe derart
bemessen ist, daß sie mehr Flüssigkeit abgibt, als erforderlich ist, um die Membran
zu bewegen. Das erfindungsgemäße Membranmeßpumpenaggregat zeichnet sich durch besondere
Genauigkeit und Zuverlässigkeit gegenüber den bekannten Konstruktionen aus.
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Es ist eine doppeltwirkende, hydraulisch angetriebene Membranpumpe
bekanntgeworden, die mit einer Öl als Arbeitsflüssigkeit in dauernden Umlauf setzenden
ölförderpumpe und einer selbsttätig gesteuerten, hydraulischen, aus einem Hauptsteuerschieber
und einem den letzteren nach Beendigung des Druck- und Saughubes umschaltenden Servoschieber
bestehenden Umschaltvorrichtung zur wechselseitigen Füllung und Entleerung von zwei
Ölkammern ausgerüstet ist, welche durch je eine senkrecht befestigte elastische
Membran in zwei Kammern unterteilt sind, in deren eine nur die Arbeitsflüssigkeit
und in deren andere nur die zu fördernde Flüssigkeit Zugang hat. Bei dieser bekannten
Membranpumpe sind die beiden Membranen nicht starr miteinander gekuppelt, und die
beiden Ölkammern der Membranpumpe sind durch je ein an deren höchster Stelle angeordnetes
Schnüffelventil und je ein Überdruckventil mit einem über den Ölkammern angeordneten
ölausgleichsbehälter verbunden, wobei dem ölausgleichsbehälter über eine in der
von der ölförderpumpe zu der Membranpumpe über den Steuerschieber und Servoschieber
führenden Druckleitung angeordneten Drossel und eine von dieser abgezweigte Nebenschlußleitung
Öl zugeführt wird.
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Gegenüber dieser bekannten Membranpumpe ist das erfindungsgemäße Membranpumpenaggregat
durch eine viel einfachere Bauart ausgezeichnet. Darüber hinaus ist die mit dem
erfindungsgemäßen Membranpumpenaggregat erzielbare Meßgenauigkeit wesentlich größer
als bei der bekannten Pumpe. Mit dem erfindungsgemäßen Pumpenaggregat ist es möglich,
Flüssigkeiten mit einer Genauigkeit von etwa 0,5 Klo zu messen. Der Grund für diese
verbesserte
Meßgenauigkeit dürfte darin liegen, daß bei der bekannten
Pumpe eine große Anzahl von Kolbenventilen vorhanden ist, bei denen die Möglichkeit
des Leckens von Flüssigkeit besteht, was Ungenauigkeiten in der Messung zur Folge
haben kann. Ferner benutzt die bekannte Pumpe eine Reihe von Gelenken, welche infolge
von Abnutzung im Lauf der Zeit eine Bewegungsbehinderung aufweisen können, welche
ebenfalls zum Verlust an Genauigkeit führt. Das erfindungsgemäße Pumpenaggregat
behält demgegenüber auch die Meßgenauigkeit während seiner normalen Lebenszeit bei.
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Ferner ist ein hydraulischer Pumpenantrieb, insbesondere für Membranpumpen,
bei welchen eine von einem Druckerzeuger kommende Flüssigkeit auf eine Oberfläche
der Membran einen wechselnden Druck ausübt, bekanntgeworden, wobei der Druckerzeuger
aus einer Zentrifugalpumpe besteht, die über zwei Leitungen mit einem umlaufenden
Verteiler verbunden ist, der die beiden Leitungen aufeinanderfolgend an das die
Membran aufweisende System anschließt. Die wesentlichen Merkmale des erfindungsgemäßen
Membranpumpenaggregats sind jedoch diesem Pumpenaggregat nicht zu entnehmen. Insbesondere
fehlt bei dieser bekannten Pumpe ein Ersatzweg für die Antriebsflüssigkeit, so daß
die gesamte Antriebsflüssigkeit die Membran verschieben muß. Bei dieser bekannten
Pumpe ist der Fluß der Antriebsflüssigkeit vollständig vom Förderfluß abhängig.
Diese bekannte Pumpe ist daher nicht als eine Meßpumpe anzusehen.
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Bei dem erfindungsgemäßen Membranpumpenaggregat kann die Abgabemenge
durch Einstellung des möglichen Weges der Membran reguliert werden. Die Bewegungsbegrenzung
der Membran wird vorteilhafterweise dadurch erreicht, daß die eine Pumpenkammerwand,
die eine Begrenzung für die Membran darstellt, unter Beibehaltung ihrer im wesentlichen
kegelstumpfförmigen Form beweglich ist. Bei einem Membranpumpenaggregat mit zwei
Pumpenkammern, bei dem die Druck- und Saugkraft der Antriebspumpe abwechselnd an
jeder Membran angelegt wird, so daß die eine ihren Förderhub durchführt, während
die andere ihren Saughub durchführt, und umgekehrt, wird die die Bewegung der Membran
regulierende Pumpenkammerwand vorteilhafterweise dadurch eingestellt, daß die Pumpenkammerwände
beider Pumpenkammern durch Federwirkung aufeinander zu vorgespannt sind und zur
Einstellung in die für eine gewünschte Abgabemenge erforderliche Lage durch ein
zwischenschiebbares kegelförmiges Teil voneinander weggedrückt werden.
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Der Druck und Sog in dem Antriebskreis kann durch eine umlaufende
Pumpe, beispielsweise eine Zahnrad- oder Flügelradpumpe, erzeugt werden.
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Das Überdruckventil und das Unterdruckventil des Antriebskreises münden
in einen gemeinsamen Flüssigkeitsbehälter, der nicht vollständig mit Flüssigkeit
gefüllt ist und zum Druckausgleich gegenüber der Atmosphäre offen ist. Zur Entlüftung
ist vorteilhafterweise unterhalb des Flüssigkeitsbehälters eine kleine Kammer vorgesehen,
die über eine Öffnung mit dem Raum unterhalb des Unterdruckventils in Verbindung
steht sowie über einen Durchlaß mit dem Flüssigkeitsbehälter verbunden ist, wobei
in dieser Kammer ein Schwimmer vorgesehen ist, der über ein Ventilelement den Durchlaß
zum Flüssigkeitsbehälter öffnet und schließt. An der Druckseite der Pumpe kann die
Luft durch das Überdruckventil in den Flüssigkeitsbehälter aufsteigen.
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Ein Beispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt. Es
zeigt F i g. 1 einen Vertikalschnitt durch ein Membranmeßpumpenaggregat einschließlich
Drehschieber, F i g. 2, einen Vertikalschnitt durch die Antriebspumpe einschließlich
der Entlüftungsvorrichtung. Druck und Sog werden durch eine Zahnradpumpe 110 erzeugt,
die über eine Druckstromleitung 11 bzw. eine Saugstromleitung 12 mit einer Ventilkammer
10
in Verbindung steht.
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In der Ventilkammer 1.0 befinden sich zwei Drehschieber 13
und 14, die gemeinsam über einen untersetzten Elektromotor 15 angetrieben werden,
so daß die Leitungen 16 und 17, die aus der Ventilkammer herausführen, abwechselnd
mit der Druckseite 18 und der Saugseite 19 der Ventilkammer in Verbindung gesetzt
werden. Die Leitungen 16 und 17 stehen mit der Pumpe in Verbindung,
die allgemein mit 20 bezeichnet ist.
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In dieser Pumpe befinden sich zwei identische Pumpenkammern 21 und
22, durch welche sich Membranen 23, 24 quer hindurch erstrecken. Einwärtsbewegung
jeder Membran, d. h. zur Mitte der Pumpenkammer zu, saugt Flüssigkeit durch die
federbelasteten Ventile 26 bzw. 27 aus der Leitung 25 an und Auswärtsbewegung drückt
die Flüssigkeit durch die federbelasteten Ventile 29 bzw. 30 in die Leitung 28 aus.
Die Auswärtsbewegung der Membranen ist durch Endplatten 31, 32 begrenzt; durch diese
Endplatten erstrecken sich Öffnungen 33 und 34. Die Einwärtsbewegung ist durch die
Wandteile 35 und 36 begrenzt. Diese Wandteile 35 und 36 bestehen aus federndem Material,
das an Anlageplatten 37 abgestützt ist. Diese Anlageplatten führen die Membran in
die kegelstumpfförmige Lage.
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Der durch die Leitungen 16 und 17 an die Pumpenkammer herangeführte
Druck bzw. Sog wirkt über die Kammern 38 und 39 an der Innenseite der beiden Wandteile
35 und 36 und durch die durch die Wandteile hindurchgehenden Öffnungen 40 auf die
Membranen 23 und 24. Hierdurch werden diese Membranen veranlaßt, sich abwechselnd
nach außen oder innen zu bewegen und so den vollständigen Raum der Kammern 21 und
22 zu bestreichen.
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Die Membran 24 führt ihren Abgabehub aus, während die Membran 23 ihren
Saughub durchführt, und umgekehrt. Die starren, mittleren Teile 41 und 42 der Wandteile
35 und 36 tragen Spindeln 43 und 44, deren Enden durch Federn 45 und
46 an einem kegelstumpfförmigen Teil 47 gehalten werden, das von einer mit
Gewinde versehenen Spindel 48 getragen wird. Diese ist in einen Flansch 49 an dem
Pumpenkörper eingeschraubt, so daß der Keil zum Auseinanderdrücken der Membranen
abgesenkt oder, um diese zusammenzubringen, angehoben werden kann und so den Rauminhalt
der Pumpenkammern steuert.
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Der gerändelte Kopf 50 der Spindel 48 kann eine Skala
zur genauen Einstellung der Pumpenabgabemenge tragen.
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Wie aus F i g. 2 ersichtlich, ist die durch einen Elektromotor 111
angetriebene Zahnradpumpe 110 in einer Pumpenkammer 112 angeordnet. Die Pumpe bewirkt
einen ständigen Sog in der Leitung 12, die über eine vertikale Leitung 114 mit der
Pumpe in
Verbindung steht, und einen ständigen Druck in der Leitung
11, die über eine vertikale Leitung 115 mit der Pumpe in Verbindung steht. Über
der Pumpenkammer ist ein Behälter 117 angeordnet, der mit Flüssigkeit gefüllt ist.
Der Pegelstand der Flüssigkeit ist mit 118 bezeichnet. Über der Flüssigkeit steht
ein Luftraum 119, der durch nicht dargestellte, mit der Atmosphäre in Verbindung
stehende Mittel belüftet ist.
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Die Flüssigkeit kann durch das federbelastete Überdruckventil 120
aus der Leitung 115 in den Behälter 1,1.7 und aus dem Behälter über das federbelastete
Unterdruckventil 121 in die vertikale Leitung 114 gelangen.
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Eine weitere Verbindung zwischen der Leitung 114 und dem Behälter
117 ist über einen Durchlaß 122 gegeben, der durch ein Ventilelement
123
geöffnet und geschlossen wird. Dieses Ventilelement wird von einem Schwimmer
124 betätigt, der in einer Kammer 125 schwimmt, welche über die Öffnung
126 mit der unteren Seite des Ventils 121 in Verbindung steht.
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Luftblasen an der Saugseite der Pumpe finden ihren Weg zu der Kammer
125 und bewirken, daß der Flüssigkeitspegel in der Kammer fällt. Daher sinkt auch
der Schwimmer 124 und öffnet dadurch den Durchlaß 122, durch welchen die
Luftblasen in den Behälter 117 entweichen können und Öl die Schwimmerkammer 125
wieder auffüllen kann. Luftblasen an der Druckseite der Pumpe gelangen in die Leitung
115 und sammeln sich unter dem Überdruckventil 120 an, welches an dem oberen
Ende einer Verlängerung 115 a der Leitung 115 über der Leitung 11 liegt.
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Das System ist so eingerichtet, daß sich die Ventile 120 und
121 nur auf Grund eines Saug- oder Abgabedruckes öffnen, der größer ist als
zum Ansaugen der Flüssigkeit durch die Ventile 26 und 27 und zum Pumpen der Flüssigkeit
durch die Ventile 29 und 30 gegen den Druck, gegen welchen die Membranpumpe fördert,
erforderlich ist. Das Verdrängungsvolumen der Pumpe 110 ist derart, daß die Ventile
121 und 120 ständig geöffnet sind. Daher besteht eine konstante Zirkulation durch
den Behälter 117, so daß irgendwelche Luftblasen durch das Ventil 120 in den Behälter
117 abwandern. Die Pumpe 110 ist in bezug zu der Pumpe 20 so angeordnet, daß ein
Gefälle zwischen der Pumpe 110 und den Membrankammern vorhanden ist, um den
Abzug der Blasen aus dem System zu unterstützen. Ein Gefälle von 2,5 cm je 30,5
cm ist ausreichend.