DE1453643A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Konstanthalten der Druckmediummenge im Druckraum von Membranpumpen - Google Patents

Description

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17. Januar 1969

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Besohreibung zu der Patentanmeldung

Herrn Ziv.-Ing. Wilhelm 3 · b a r d t Rättvikevägen 18, BROMMA (Schweden)

betreffend

Verfahren und Vorrichtung zu» Konstanthalten der Druckmedium*enge in Druokraum von Membranpumpen.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zu« Konstanthalten der Druekmediummenge in Druokraum zwischen Kolben und Membrane einer Membranpumpe, wobei die Leckverlustmenge dieses Mediums, die während des Druokhubes zwischen Kolben und den Zylinder durohslckert, dem, Raun zwischen Kolben und Membrane wieder zugeführt wird·

MeMbranpuNpen dieser Art bestehen aus einen Iepulegeber, nelstens in der Pom eines Kolbens« der mit einer hin- und hergehenden Bewegung in einen Zylinder arbeitet, welcher in direkter Verbindung nit einer Menbrankanner steht· Die Henbrankanner ist nit einer Membrane versehen, die zun nindesten an ihrer Saugseite eine begrenzte Bewegungsfreiheit hat· Die Bewegung wird meistens durch eine durehlöoherte Platte begrenzt, welche ungefähr dieselbe Fon hat wie sie die Membrane annimmt, wenn sie nit der Platte in Berührung könnt·

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Der Raum zwischen dem Kolben und der Membrane ist mit einem nicht komprimierbaren Medium gefüllt, welches oft aus einem Öl mit geeigneter Viskosität besteht. Es hat sich jedoch als sehr schwierig erwiesen, eine vollständige Dichtung zwischen dem Kolben und dem Zylinder zu erreichen, weshalb das Öl aus dem Raum zwischen dem Zylinder und der Membran auf die.Oberseite des Kolbens sickern kann, um dagegen Abhilfe zu schaffen, hat man den Kolben mit zwei federbelasteten Ventilen ausgerüstet*"Das eine der Ventile ermöglicht, daß das öl aus dem Raum zwischen der Membrane und dem Kolben auf die Oberseite des Kolbens gelang'en kann, und das andere ermöglicht, daß das öl von der Oberseite des Kolbens in den obengenannten Raum strömen kann. Es hat sieh jedoch als beinah'e unmöglich erwiesen, eine solche Einstellung der Ventile zu erhalten, daß der Ölfluß in b.eiden Richtungen gleich ist. Man hat die Membrane deshalb mit zwei durchlöcherten. Stützplatten umgeben. Die Regulierung erfolgt dabei * indem die Membrane gegen eine der Stützplatten gepresst wird, wobei ein Unter- bzw. Überdruck entsteht, der bewirkt, daß das Öl in eine solche Richtung und in solcher Menge strömt, daß ein Ausgleich zustande kommt. Eine derartige Regulierung der ölmengeist jedoch nicht zu empfehlen, da es der Membrane schadet, wenn sie so oft gegen die Stütz-•platten gepresst wird» - ■

Pumpen, dieser Art sind völlig ungeeignet zum Pumpen solcher Medie»₈ äie aus einer flüssigkeit mit darin verf®st@B. Partikeln bestehen« Diese können nämlich fiis äußere Btütgplatte hindurchdringen und auf dieser einen Belag biMsö* der der Membrane schadet. ■

Außerdem wares Membranpumpen nach der beschriebenen Art mit dem gießen Haehteil behaftet, daß das Öl im Raum swiechen dem Kolben und der Membrane Luft aufgenommen hat,

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welche einen großen Teil der Impulse in Anspruch nimmt, ohne diese zur Membrane weiterzuleiten. Der Wirkungsgrad der Pumpe sinkt daher mit der Menge der mit dem öl vermischten Luft. Es ist bisher nicht gelungen, dieses für derartige Pumpen sehr wesentliche Problem zu meistern.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Konstanthalten der Mediummenge im Druckraum zwischen dem Kolben und der Membrane zu schaffen, bei denen die oben angeführten Nachteile völlig beseitigt sind. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird dies dadurch erreicht, daß dem Druckraum zwischen Kolben und Membrane beim Saughub des Kolbens eine bestimmte Druckmediummenge aus einem Hilfsraum zugeführt wird, die größer als die zwischen Kolben und Zylinder durchsickernde Leckverlustmenge ist und beim Druckhub die überschüssige Druckmediummenge aus dem Druckraum herausgedrückt wird, wobei diese überschüssige Menge mit der zwischen Kolben und Zylinder durchsickernden Leckverlustmenge an der dem Druckraum abgewandten Seite des Kolbens gesammelt und der Teil dieser gesammelten Menge, welcher in der äußersten Saughublage des Kolbens ein vorbestimmtes Niveau tiberschreitet, in den Hilfsraum überführt wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Membranpumpe wird ein ständiger Kreislauf des Druckmediums aufrecht erhalten, wodurch eine Entgasung und Kühlung des Druckmediums erreicht wird. Dieser Kreislauf kann darüber hinaus zur Kühlung und Schmierung der Lager der Antriebswelle des Kolbens dienen. Im Gegensatz hierzu wird bei den bekannten Membranpumpen nur während des Druckhubs evtl. durch Leckverluste verloren gegangenes Druckmedium ersetzt.

Erfindungsgemäß kann als Druckmedium Schmieröl verwendet werden. Vorzugsweise wird das Druckmedium im unteren Be-

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reich des Druckraums zugeführt und im oberen Bereich des Druckraums abgeführt·

Die erfindungsgemäße Membranpumpe zum Durchführen des Verfahrens umfaßt einen mittels einer Membrane abgeschlossenen mit Druckmedium gefüllten Druckraum» in den ein Kolben hineinbewegbar ist, wobei dem Druckraum durch die Bewegung des Kolbens über eine mit einem Rückschlagventil versehene Lei-' tung eine die Leckverlustmenge ersetzende Druckmediummenge wieder zugeführt wird, und ist dadurch gekennzeichnet, daß an der dem Druokraum abgewandten Seite des Kolbens ein Druekmediumsammelraum vorgesehen ist, der einen Überlauf zu einem Hilfsraum aufweist, dessen Ausgang über ein Schwimmerventil mit dem Druckraum verbunden ist. Dabei kann der Ausgang des Hilfsraumes ein Rückschlagventil aufweisen·

Vorzugsweise wird der Druckraum in der der Membrane abgewandten Seite im wesentlichen vom Kurbelgehäuse des Kolbens begrenzt. Die feste Begrenzung der Membriinkammer kann ein Lager der Kurbelwelle aufnehmen und das Kurbelgehäuse kann zusammen mit dem senkrecht angeordneten Zylinder und mit der dem Druckraum abgewandten Seite des Kolbens eine geschlossene Kammer bilden.

Erfindungsgemäß kann am höchsten Punkt der Membrankammer Druckmedium herausgedrückt werden, das mittels einer Leitung dem kurbelseitigen Lager der Pleuelstange zugeführt wird· Dabei kann diese Leitung ein kombiniertes Drossel- und Rückschlagventil und ein Magnetventil enthalten, welches dann einen Schließimpuls enthält, wenn die Pumpe abgeschaltet wird·

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ORlGlMAL I&SPSCTED

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3ön folgend!» wiri dit Abfindung aj^and echematiöoher Zeichnungen an einem Aueführungebeispiel näher erläutert.

Pig» 1 seift elften senkrechten Zentraleehnitt durch eint erfindungegemäße Maschine}

in Jig. 2 let die Segeleinrichtung a in vergrößertem Maßstab"dargestellt. ·

Wie aus der Zeichnung hervorgeht, besteht die Pumpe aus einem Impulsgeber 10, der aus einem Zylinder 1i besteht» in welchem ein Kolben 12 angebracht ist· Der Kolben steht über eine Antriebestange 13 mit einer Antriebsachse 14 in Verbindung ι die durch Keilriemen 15 von einem Motor 16 getrieben wird*

Der Zylinder steht in direkter Verbindung mit einer Membrankammer 17, in welcher eine Membrane 18 aus Gummi oder einem anderen Material mit ähnlichen Eigenschaften angeordnet ist* Eine Stateplatte 19 ist an der Saugseite der Membrane angebracht und mit eines großen Ansahl löcher SO versehen» Die Menge der löcher und deren zweckmäßiger Durchmesser let «0 gewählt, da£ möglichBt geringe StrömungsVerluste entstehen·

Zn. direkte» Anschluß an die Membrankammer 1st ein Pumpenraum 21 angeordnet, der mit zwei !Rückschlagventilen 22 und 23 ausgerüstet 1st· Die !Rückschlagventile bestehen in dem gezeigten Beispiel aue gummiüberzogenen Kugeln 24, die an Sitzen 25 dichten.

Der Saum »wischen dem Kolben 12 und der Membrane 18 ist mit öl von geeignetster Viskosität gefüllt. Am höchsten* funkt der Membrankammer 1st ein kombiniertes Rückschlag- und Drosselventil 27 angeschlossen, welches mit einem Magnet» ventil 28 serieagekop?^It ist· Vom Magnetventil 28Uührt eine leitung 29ι deren Mündung 30 über das Treibatangenlager 13

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Am Impulsgeber ist- ein Übersohußabfluß 31 angebracht, der in einen Vorratsbehälter 32 mündet, welcher mit dem Raum zwischen dem Kolben und der Membrane in Verbindung steht. Der Vorratsbehälter ist mit einer zentral angebrachten Schwimmervorriohtung versehen, die au· einem Sohwimmerelement 33 besteht, welches durch ein« zentral befestigte Stange 34 in senkrechten Führungen 35 und gleitbar montiert ist. Am unteren Teil der Stange ist eine Packung 37 angebracht, die gegen einen Sitz 38 dichtet.

Die Leitung, die vom Behälter in den Baum zwischen dem Kolben und der Membrane führt, ist mit einem Rückschlagventil 39 versehen, das aus einer Kugel 40 besteht, die mit einer Feder 41belastet ist.

Die beschriebene Vorrichtung arbeitet folgendermaßen* Bei jeder Druok&ewegung_? die der Kolben ausführt, wird eine bestimmte Menge öl durch das Drosselventil und das Magnetventil und weiter zur Antriebsstauge gepresst, deren £ag@r auf iiese Weig®. ständig gesoJamiert werden. Das Ul wir<ä iaaaefe ia itm Baum außerhalb (oberhalb) des Kolbens auf gesammelt _β 3q äi© ölaeng® in <äi©s©si Baum oo groß wird, daS si® bei. der Saug/bewegung &®s &®lh®na bis an den

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Iaä®m man" di®s@ Hegulierungsmenga gfSäer wählt als _:. dl® M©ag©₉ Sie vermutlich an Kolben Äsrvörsickera wird, wobei gleichseitig die Kapazität d@r lurüokleitung bei Samgbewegung gr@§er ist als die ^©iöaa vorgenannten jeinsaa^ erhält mas. ein® ¥©llig zufrieden- . Kontroll® über die ölm©ng® ^wieohen Kolben

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Vom Vorratsbehälter wira das Öl bei jeder Saugbewegung .in den Raum zwischen dem Kolben und der Membrane gesaugt. Damit keine Luft in diesen Raum mit eingesaugt werden kann, ist das Schwimmerventil so angebracht, daß es abdichtet, während sich noch so viel Öl im Behälter befindet, daß jede G-efahr des Luftsaugens vermieden wird.

Das Magnetventil hat zur Aufgabe, den ölabfluß zu unterbrechen, wenn die Pumpe still steht. Wenn das Ventil 22 an der Steigseite nicht völlig dicht schließt und das Magnetventil den OeIfluß unterbrochen hat, kann die Membrane, wenn die Pumpe Btill steht, mit einer Kraft belastet sein, die der gesamten aktuellen Hebehöhe entspricht, was verursachen könnte, daß die Membrane gegen die. Schutzplatte gepresst wird, während Öl in den Raum Über dem Kolben ein- und ausströmt. Wenn danach die Pumpe angelassen wird, ist die Ölmenge im Raum zwischen dem Kolben und der Membrane zu gering, wodurch die Membrane an die Schutzplatte schlägt, wodurch unangenehme Knallerscheinungen auftreten. Ein Ausgleich kommt zwar ziemlich bald zustande, aber es ist nicht wünschenswert, die Membrane unnötigerweise an die Schutzplatte schlagen zu lassen.

Es hat sich bei wiederholten praktischen Prüfungen gezeigt, daß die Regulierung des ölflusses, unter der Voraussetzung, daß bei jeder Druckbewegung eine geeignete Menge " öl entnommen wird, was durch das Drosselventil reguliert wird, so wirkungsvoll ist, daß die Membrane bei verschiedenen Arbeitsverhältnissen unter denkbar günstigsten Umständen arbeitet·

Yfenn das öl der Membrankammer entnommen wird, kann es mit ziemlich viel Luft vermengt sein, aber wenn es die beschriebene Vorrichtung durchlaufen hat und .der Membrankammer wieder zugeführt wird, ist es wieder luftfrei. Die Vorrichtung bildet also gleichzeitig eine sehr wirkungsvolle Entlüftungsvorrichtung.

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Eine Pumpe, die nach dem gezeigten Ausführungsbeispiel mit stehendem Zylinder ausgeführt' ist, besitzt den großen . Vorteil, daß sie keine äußerlichen Dichtungen mit zueinander beweglichen !eilen hat, durch welche Flüssigkeit heraussickern kann.

Man kann mit anderen Worten erfindungsgemäß eine Pumpe erhalten, die Flüssigkeitsleckagen vermeidet und völlig dicht ist.

• Indem man, wie in der beschriebenen Ausführungsform gezeigt ist, die Pumpe mit einer Stützplatte zwischen der Membrane und dem Kolben (Impulsgeber) ausrüstet, kann die Pumpe mit einer Sicherheitsvorrichtung in der Form eines Überdruck-Überströmungsventils versehen werden. Dieses ist dabei am besten so angebracht, daß, wenn der Druck einen gewissen Höchstwert übersteigt, Öl vom Raum zwischen der Membrane und dem Impulsgeber in den Raum über dem Kolben einströmt. Die Ölmenge zwischen der Membrane und dem Kolben nimmt dabei augenblicklich sehr stark ab, aber die Membrane wird von der Stützplatte gegen zu starke Einbiegung geschützt. Y/enn der Druck wieder normal geworden ist, stellt sich die Membrane gleich wieder in ihre richtige Arbeitslage ein·

Natürlich darf die beschriebene Vorrichtung nur als ein Beispiel betrachtet v/erden, das in vielerlei Beziehungen abgeändert werden kann, ohne daß man sich vom eigentlichen Erfindungsgedanken entfernt. Es ist z.B. nicht notwendig, die Regulierung durch die Druck- bzw. Saugbewegung der Pumpe steuern zu lassen, sondern diese kann mittels besonderer selbständiger Vorrichtungen bewirkt werden·

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Claims (10)

DB, EBICH NEUGEBAUEB β MÜNCHEN • KuHCHBW μ - rorrrACH u tbmwow <οβιι> μ se ei/·· .WB1BBtCKBHlTBAl8... Q BAVA^l^"""' (Ulli UM 11VIICI1I MIlITlIt) fcf Timi-Uin 17. Januar 1969 P 14 53 IA-1269 Patentansprüche

1.) Verfahren zum Konstanthalten der Druckmediummenge Druekraum zwischen Kolben und Membrane einer Membranpumpe, wobei dl· Leckverlustmenge dieses Mediums, die während des Druokhubes zwischen Kolben und dem Zylinder durchsickert, den Raum zwischen Kolben und Membrane wieder zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet , daß dem Druekraum zwischen Kolben und Membrane beim Saughub des Kolbens eine bestimmte Druckmediummenge aus einem Hilfsraum zugeführt wird, die größer als die zwischen Kolben und Zylinder durchsickernde Leckverlustmenge ist und beim Druckhub die überschüssige Druckmediummenge aus dem Druokraum herausgedrückt wird, wobei diese überschüssige Menge mit der zwischen Kolben und Zylinder durchsickernden Leokverlustmenge an der dem Druekraum abgewandten Seite des Kolbens gesammelt und der Teil dieser gesammelten Menge, welcher in der äußersten Saughublage des Kolbens ein vorbestim»tes Niveau überschreitet, in den Hilfsraum überführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Überschüssige Druckmediummeng·, welche aus dem Druokraum herausgedrückt wird, einem Lager der Antriebswelle des Kolbens zugeführt wird.

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Unterfaden fArt 711 Ab«· ·> m» - η— τ *·- Änderungeg··. ν. λ. 9. w

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch ge-, kennzeichnet , daß als Druckmedium Schmieröl verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch ge- · ·" kennzeichnet , daß das Druckmedium im unteren Bereich des Druckraums zugeführt wird und im oberen Bereich des Druckraums abgeführt wird.

5. Membranpumpe zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 4 mit einem mittels einer Membrane abgeschlossenen, mit Druckmedium gefüllten Druckraum, in den ein Kolben hineinbewegbar ist, wobei dem Drudkraum durch die Bewegung des Kolbens über eine mit einem Rückschlagventil versehene Leitung eine die Leckverlustmenge ersetzende Druckmediummenge wieder zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet _t daß an der dem Druckraum abgewandten Seite des Kolbens (12) ein Druckmediumsammeiraum vorgesehen ist, der einen Überlauf (31) zu einem Hilfsraum (32) aufweist, dessen Ausgang über ein Schwimmerventil (43* 33» 37) mit dem Druckraum verbunden ist.

6. Membranpumpe nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet , daß der Ausgang des Hilfsraumes (32) ein Rückschlagventil (39) aufweist.

7. Membranpumpe nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet , daß der Druckraum in der der Membrane (l8) abgewandten Seite im wesentlichen vom Kurbelgehäuse des Kolbens (12) begrenzt wird.

8. Meabr anpumpe nach Anspruch 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß die feste Begrenzung der Menbrankammer (17) ein Lager der Kurbelwelle (l4) aufnimmt und daß das Kurbelgehäuse zusammen mit den senkrecht

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angeordneten Zylinder (11) und mit der dem Druckraum abgewandten Seite des Kolbens (12) eine geschlossene Kammer bildet.

9. Membranpumpe nach Anspruch 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß am höchsten Punkt der Membrankammer (17) Druckmedium herausgedrückt wird, das mittels einer Leitung (29) dem kurbelseitigen Lager der Pleuelstange (13) zugeführt wird.

10. Membranpumpe nach Anspruch 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß die Leitung (29) ein kombiniertes Drossel- und Rückschlagventil (27) und ein Magnetventil (28) enthält, welches dann einen Schließimpuls enthält, Wenn die Pumpe abgeschaltet wird.

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