DE1653577A1

DE1653577A1 - Hydraulische Pumpe nach Art einer pulsierenden Membranpumpe

Info

Publication number: DE1653577A1
Application number: DE19661653577
Authority: DE
Inventors: Cary Francis H
Original assignee: New York Air Brake LLC
Current assignee: New York Air Brake LLC
Priority date: 1965-10-12
Filing date: 1966-09-30
Publication date: 1971-03-04
Also published as: GB1093670A; US3312171A; DE1653577B2; FR1496376A; DE1653577C3

Description

Hydraulische Pumpe nach Art einer pulsierenden Membranpumpe

Die Erfindung bezieht sich auf hydraulische Pumpen nach Art pulsierender Membranpumpen, bei denen ein Sekundärdruckmittel mit Hilfe einer elastischen, rohrförmigen Membran, d.h. einer Scheidewand gepumpt wird. Die Scheidewand wird dabei mit Hilfe eines Primärdruckmittels in pulsierende Schwingungen versetzt, und das Primärdruckmittel wird zyklisch ins Innere der rohrförmigen Membran hineingedrückt und herausgesaugt·

Das Hauptziel der Erfindung ist es, den Aufbau derartiger Pumpen zu vereinfachen und damit die Herstellungskosten zu verringern. Außerdem sollen die nachteiligen Wirkungen verringert werden, die aus der Kompressibilität dee Primärdruck-

mittelB

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mittels und des Sekundärdruckmittels herrühren. Gemäß der Erfindung ist die pulsierende Membranpumpe durch ein aufrechtes Ge äuse gekennzeichnet, das drei auseinandernehmbare Abschnitte hat. Der mittlere Gehäuseabschnitt weist eine durchführende Bohrnng auf, welche die Außenwand der Pumpenkammer definiert, und der mittlere Gehäuseabschnitt ist durch die beiden anderen Gehäuseabschnitte abgeschlossen· Ss ist ein geformtes, einstückiges, elastisches Pumpenelement vorgesehen, welches nicht nur die dehnfähige Pumpenmembran, d,h. die Scheidewand, schafft, sondern auch zwei Abdichtungen für die zwischen den Gehäuseabschnitten vorhandenen Fugen. Es sind außerdem zwei zylindrische, verbreiterte Endabschnitte an dem Pumpenelement vorhanden, welche in die Wand der Bohrung in dem mittleren Gehäuseabschnitt eingepaßt sind und eine Selbstzentrierung für die Membran, d.h. die Scheidewand ergeben. Außerdem schafft das elastische Pumpenelement eine querliegende Wand in der Pumpenkammer, welche in Richtung auf die Auelaßöffnung gerichtet ist und das Ausströmen von Gas aus der Pumpenkammer unterstützt«

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung beispielshalber erläutert. Es zeigen:

fig· 1 einen Axialachnitt durch die Puleatorpumpe gemäß der Erfindung,

Fig. 2 109810/059T

'ig. 2 einen Schnitt längs der I^nie 2-2 von Fig„1, und

Pig. 3 einen vergrößerten Teilschnitt durch die mit Poren versehene Lagerung für die Scheidewand.

Die Pumpe hat ein senkrechtes Gehäuse 11 mit drei auseinandernehmbaren Abschnitten 12, 13, 14, welche aneinander und an der Unterseite eines Lagerteiles 15 mit HilfeÄnehrerer Bolzen 16 gehalten sind, die durch Öffnungen hindurchführen, welche in den beiden, an den Enden befindlichen Abschnitten 12 und 14 ausgespart sind. Der mittlere Abschnitt 13 des Gehäuses ist mit einer durchführenden, kreisförmigen Bohrung 17 ausgebildet, welche die Außenwand einer Pumpenkammer 18 definiert, und welche an ihrem oberen Ende von einem kombinierten Einlaß- und ^Äustragkanal 19 gekreuzt wird. Der Kanal 19 führt zu einem Durchlaß 21, der durch einen Anschlußflansch 22 hindurchgeht, und von hier durch die umkehrbar eingestellten Rückschlagventile 23 und 24 zu den Einlaß- und Austragöffnungen 25 und 26, die sich in Gehäuseansätzen 27 bzw. 28 befinden. Die Rückschlagventile 23 und 24 sind in ihrer Lage zwischen dem Anschlußflansch 22 und den Gehäuseansätzen 27 bzw. 28 mit Hilfe von Bolzen 29 festgeklemmt·

Die Innenwand der Pumpenkammer 18 ist durch eine rohrförmige

Scheidewand 109810/0591

Scheidewand 31 gebildet, die einen kreisförmigen Querschnitt hat und als einstückiges Teil eines Pumpenelementes 32 geformt ist. Das Pumpenelement 32, das aus einem elastomeren Material nach Art eines Polyäthylen mit der englischen Markenbezeichnung Hypalon chloroSulforated oder nach Art eines Gummi mit der englischen Markenbezeichnung Viton fluorocarbon besteht, hat auf seinem Außenumfang Stufen, welche die Scheidewand 31 von zwei verbreiterten Endabschnitten 33 und trennen. Die Durchmesser dieser Endabschnitte 33 und 34 sind gerade etwas kleiner als der Durchmesser der Bohrung 17, und die Endabschnitte 33 und 34 bilden deshalb mit der Bohrung einen Pestsitz und dienen dazu, die Scheidewand 31 innerhalb der Pumpenkammer 18 zu zentrieren. Eine querliegende Endseite 35 des Endabschnittes 33 liegt in einer Ebene, schräg zum Kanal 19, so daß Gase, die von der gepumpten Flüssigkeit freigegeben werden, sich nicht in der Pumpenkammer 18 ansammeln. Das Pumpeneleinent 32 ist außerdem mit zwei O-Ringen 36, bzw. 37 ausgebildet, die einen kreisförmigen Querschnitt haben und die mit den Seiten der verbreiterten Endabschnitte 33, baw. 34 durch kurze, mittig angeordnete ringförmige Stege 38 bzw. 39 verbunden sind. Die 0-Ringe 36 und 37 und die Stege 38 und 39 sitzen in Ausnehmungen, die durch die zueinander gehörigen Flächen der Gehäuseabschnitte 12, 13 und 14 gebildet sind, und sie werden beim Zusammenbau so zusammengepreßt, daß sie die Gehäusefugen 109810/0591

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fugen gut abdichten.

Das Pumpenelement 32 und insbesondere seine Scheidewand 31 stützt sich innen an einem steifen, mit Poren versehenem Zylinder 41 ab, dessen oberes Ende in einer im Gehäuseabschnitt 14 befindlichen Senkbohrung sitzt und dessen unteres Ende einen Achszapfen 42 des Gehäuseabschnittes 12 umgibt und sich auf ihm abstützt. Der Zylinder 41 kann zwar von mannigfaltiger Art sein; gemäß dem Ausführungsbeispiel ist er jedoch ein Metallrand-Filterelement, und er weist einen schraubenförmig gewickelten, flachen Metalldraht 43 auf, der an der einen Seite im Abstand angeordnete, sich verjüngende Ansätze 44 trägt, welche bei der fertiggestellten Wicklung benachbarte Windungen voneinander trennen. Der Außendurchmesser des Zylinders 41 ist größer als der Innendurchmesser des Pumpenelements 32, wenn sich dieses Pumpenelement im Ruhezustand befindet, und die Scheidewand 31 wird folglich vorgespannt.

Die Scheidewand 31 wird stoßweise durch einen Antriebskolben in Schwingungen versetzt, der in einer durch den Gehäuseabschnitt H hindurchführenden M₁ttelbohrung geführt ist und der ins Innere des Zylinders 41 hineinragt. Der Antriebekolben ist mit sich kreuzenden axialen und radialen Durchlässen 46 bzw. 47 ausgebildet, welche zu einem mit Flüssigkeit gefüllten, innerhalb dee Lagerteile 15 befindlichen Speicher 48 führen.

Der 109810/0591

Der Antriebskolben 45 arbeitet hin- und hergehend mit Hilfe einer nicht dargestellten Hobelvorrichtung, die im oberen Teil des Speichers 48 untergebracht ist. Der Antriebskolben ist von einer Buchse 49 umgeben, deren obere Abschlußseite mit den Radialdurchläsnen 47 zusammenwirkt, so daß für die Pulsatorpumpe ein Überströmventil gegeben ist. Die Stellung der Buchse 49 längs des Laufs des Antriebskolbens 45 wird durch einen eingeschraubten Drehstift 52 eingestellt, und diese Stellung bestimmt denjenigen Punkt im Hub des Antriebskolbens 45, bei welchem die Verbindung zwischen dem Inneren der Scheidewand 31 und dem Speicher 48 unterbrochen wird. Das Überströmventil bildet also eine Vorrichtung zur Veränderung der Menge der Betriebsflüssigkeit, welche in die Scheidewand bei jedem Hub des Antriebskolbens 45 hineingedrückt wird. Das Überströmventil dient folglich dazu, die Menge der Sekundärflüssigkeit zu verändern, die aus der Pumpenkammer 18 während eines jeden derartigen Hubs verdrängt wird.

Im Betrieb ist der Speicher 48 mit Betriebsflüssigkeit gefüllt, die Einlaßöffnung 25 ist mit einer Zufuhrstelle für die zu pumpende Sekundärflüssigkeit verbunden, und die Austragöffnung 26 ist mit derjenigen Anlage verbunden, welche mit der Sekundärflüssigkeit beliefert werden soll. Angenommen, die als Überströmventil dienende Buchse 4-9 befindet sich

in

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in einer Zwischen-Verdrängungsstellung, und der Antriebskolben 45 befindet sich in seiner oberen Totpunktlage. Das Primärdruckmittel, das während des ersten Teils des Abwärtshubs oder des Austragshubs des Antriebskolbens 45 aus dem Räume innerhalb der Scheidewand 31 verdrängt wird, entweicht frei durch die Axial- und Radialdurchlässe 46 und 47 zum Speicher 48. Während dieses Teils des Entladehubs bleibt also die Scheidewand 31 zusammengezogen.Erreicht jedoch der Antriebskolben 45 schließlich eine Stellung, in welcher die Radialdurchlässe 4-7 sich vollkommen innerhalb der Buchse 49 befinden und deshalb durch sie verschlossen sind, so erzeugt eine weitere Abwärtsbewegung des Antriebskolbens 45 eine Ausdehnung der Scheidewand 31 β Ist die Pumpenkammer 18 mit Flüssigkeit gefüllt, so wird durch diese Ausdehnung der Scheidewand 31 ein Teil der Sekundärflüssigkeit aus der Pumpenkammer 18 verdrängt, womit die Sekundärflüssigkeit durch das Rückschlagventil 24 und die Austragöffnung 26 in die zu speisende Anlage fließt. Wenn der Antriebskolben 45 mit dem Saughub beginnt, d.h. mit seiner Aufwärtsbewegung, so zieht sich die Scheidewand 31 aufgrund ihrer Elastizität zusammen und saugt die Sekundärflüssigkeit durch die Einlaßöffnung 25, das Rückschlagventil 23, den Durchlaß 21 und den Kanal 19 in die Pumpenkammer 18.

Schiebt

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Schiebt sich der Antriebskolben 45 über die durch die Buchse 49 festgelegte Endstellung hinaus, und kommen die Radialdurchlässe 47 von neuem mit dem Speicher 48 in Verbindung, so wird jegliches Druckmittel automatisch wieder zurückgeführt, das vom Betriebskreis durch Leckverlust verlorengegangen ist. Auf diese Weise wird die Pumpe im wesentlichen gleiche Mengen von Sekundärflüssigkeit während aufeinanderfolgender Pumpzyklen entladen, es sei denn, die Stellung der als Überströmventil dienenden Buchse wurde verändert. Befindet sich die Buchse 49 in der in der Figur dargestellten untersten Stellung, so schließt sie die Radialdurchlässe 47 solange nicht, his der Antriebskolben 45 die untere Totpunktlage erreicht hat. In diesem Falle strömt alle Primärflüssigkeit, die vom Antriebskolben 45 während seines Entladehubs verdrängt wird, zurück in den Speicher 48, und die Scheidewand 31 dehnt sich niemals aus. Der Ausstoß an Sekundärdruckmittel ist folglich Null. Befindet sich die Buchse 49 in ihrer obersten Stellung, so werden die das Überströmen regelnden Radialdurchlässe 47 gerade kurz danach geschlossen, wenn der Antriebskolben 45 mit seinem Abwärtshub beginnt. Es ist folglich beinahe das ganze vom Antriebskolben 45 verdrängte Primärdruckmittel wirksam, um eine Ausdehnung der Scheidewand 31 zu erzeugen. In diesem Falle ist also der

Ausstoß 109810/0591

·> Q —.

Ausstoß an Sekundärdruckmittel je Hub des Antriebskolbens 45 ein Maximum.

Bei den Pumpen der beschriebenen Art ist die Kompressibilität des zwischen dem Antriebskolben 45 und den Einlaß- und Austragrückschlagventilen 23 und 24 eingeschlossenen Druckmittels von großer Wichtigkeit. Wenn der Abgabedruck steigt, wird nämlich ein zunehmend größerer Teil des Kolbenhubs zum Zusammenpressen der Druckmittel verbraucht. Die Abgabemenge aus der Austragöffnung 26 nimmt also ab. Bei der beschriebenen Pumpe sind Merkmale vorhanden, welche diese Wirkung verringern. Die schräge, auf dem verbreiterten Endabschnitt 23 angebrachte Endseite 35 unterstützt das Ausströmen von Gasen aus dem Kreis des Sekundärdruckmittels und es ist folglich praktisch eine im hohen Maße kompressible Komponente dieses Druckmittels beseitigt. Der Volumenspielraum des Sekundärdruckmittelkreises, das ist das gesamte Volumen des Kanales 19 plus des Durchlasses 21, plus der Pumpenkammer 18, wenn sich die Scheidewand 31 im völlig ausgedehnten Zustand befindet, kann aufgrund der selbstzentrierenden Wirkung der verbreiterten ^ndabachnitte 33 und 34 sehr klein gemacht werden. Wäre dieeee Merkmal nicht vorhanden, so müßte der Radialepielraum zwischen der ausgedehnten Scheidewand 31 und der Wand der Bohrung 17 vergrößert werden, so daß eioherge-

■tellt 109810/0591

stellt wäre, daß die Scheidewand die Wand der Bohrung beim Betrieb nicht berührt und auf diese Weise an ihr reibt, was eventuell durch schlechtes Ausrichten beim Zusammenbau vorkommen könnte. Der Volumenspielraum des Primärdruckmittelkreises ist schließlich dadurch auf ein Minimum reduziert, daß der Achszapfen 42 vorgesehen wurde und daß zwischen dem Antriebekolben 45 und der Mittelbohrung im GehäuseabschnittΊ4- ein eng tolerierter Paßsitz angebracht wird.

Patentansprüche:

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Claims

Patent ansprüche

1)) Hydraulische Pumpe nach Art einer pulsierenden Membranpumpe, dadurch gekennzeichnet, daß ein einstückiges, aus einem Elastomer bestehendes Pumpenelement einen länglichen, rohrförmigen Körper aufweist, der eine zylindrische Form hat und der an seinem Außenumfang zwei Stufen aufweist, die einen mittleren Scheidewandabschnitt mit einem gleichbleibenden Durchmesser definieren, daß der Körper zwei verbreiterte Endabschnitte mit einem größeren Durchmesser hat, daß die querliegende Seite des einen Endabschnittes in Bezug auf die Längsachse des Körpers schräg liegt, daß zwei Dichtungsringe koaxial mit dem Körper liegen und ihn um eben, wobei jeweils ein Dichtungsring dem Ende des zylindrischen Körpers benachbart ist, und daß radial sich erstreckende Stege die Dichtungsringe mit den verbreiterten Endabschnitten verbinden.

2) Hydraulische Pumpe nach A_nsp_ruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die querliegende Seite des einen Endabschnittes in einer Ebene liegt.

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3) Hydraulische Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsringe einen kreisförmigen Querschnitt haben, daß die Stege in Ebenen liegen, welche die Dichtungsringe halbieren und daß die verbreiterten Endabschnitte gleiche Durchmesser haben.

4) Pulsierende Membranpumpe mit einer rohrförmigen Scheidewand, dadurch gekennzeichnet, daß ein dreiteiliges Gehäuse einen nach oben ragenden, mittleren Abschnitt hat, der eine durchführende Axialbohrung aufweist,

daß zwei Endabschnitte ringförmige Flächen haben, welche den Endseiten des mittleren Abschnittes benachbart liegen, daß der mittlere Abschnitt eine Öffnung hat, welche die Axialbohrung in der Nähe ihres oberen Endes kreuzt, daß ein einstückiges Pumpenelement gemäß Anspruch 1 innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, daß die Durchmesser der verbreiterten Endabschnitte des Pumpenelementes so bemessen sind, daß diese Endabschnitte mit Pestsitz in die Axialbohrung passen, daß die Dichtungsringe und die Stege des Pumpenelementes zwischen den Endflächen des mittleren Körperabschnittes und den ringförmigen auf den Endabschnitten befindlichen Flächen zusammengepreßt sind, und daß die querliegende Seite des einen verbreiterten Endabschnittes des Pumpenelementes eine Schrägung nach oben in Richtung 1 09810/059T

tung auf die in dem mittleren Körperabschnitt befindliche Öffnung hat.

5) Pulsierende Membranpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Endabschnitt des Gehäuses einen mittleren Achszapfen trägt, der in den Raum
innerhalb des Pumpenelementes hineinragt·

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