DE1653586C3 - Pumpe mit hin- und herbewegbarem Kolben - Google Patents

Description

40

Die Erfindung bezieht sich auf eine Pumpe mit einem in einem Zylinder hin- und herbewegbaren Kolben und einer flüssigkeitsdichten flexiblen Wand, die einen zwischen dem Kolben und der Wand befindlichen, mit einer Flüssigkeit gefüllten Raum flüssigkeitsdicht abschließt, sowie einem jenseits der flüssigkeitsdichten Wand befindlichen Pumpraum, durch den die zu pumpende Flüssigkeit hindurchgeleitet wird, wobei die flexible Wand mit dem Kolben am Ende des Saughubes gekuppelt ist, während diese Kupplung für den Druckhub aufgehoben ist.

Die zwischen Kolben und flexibler Wand befindliche Flüssigkeit ist vorzugsweise öl mit gut schmierenden Eigenschaften, so daß eine gute Schmierung des KoI-b ns gewährleistet ist. Dieses öl ist durch die flexible Wand von dem das Fördermedium enthaltenden Raum vollständig abgeschlossen. Die Bewegung der flexiblen Wand erfolgt mit Hilfe der genannten Flüssigkeit, die gegen die Wand gedrückt wird. Jenseits der Wand können z. B. chemisch aggressive Flüssigkeiten geförder» werden, da die Wand aus chemisch widerstandsfähigem Material hergestellt werden kann. Dabei sind sehr hohe Förderdrücke möglich, weil die Wand an der dem zu fördernden Medium gegenüberliegenden Seite durch 6s die ölfüllung vollständig abgestützt ist.

Beim Druckhub wird die flexible Wand von der Überirsgungsflüssigkeit zuverlässig bewegt. Beim Saughub dagegen ist die Bewegung der Wand prcblejnrtisch. Ohne Rückfähruiigsmittel für die Wand kommt man nur dann aus. wenn der Dampfdruck der Öbertragungsflüssigkeit auf keinen Fall unterschritten wird. Aber auch in diesem Fall besteht die Gefahr, daß mit der Zeit zu viel Übertragungsflüssigkeit zwischen Kolben und Wand gelangt, was schließlich zum Zerreißen der Wand führen kann, wenn nicht besondere Mittel vorgesehen werden, um eine solche Oberfüllung zu verhindern. Man verwendet deshalb bei Faltenbalgpumpen und Membranpumpen Rückholfedern. Solche Rückholfedern müssen stark genug sein, um die flexible Wand beim Saughub unter Überwindung des atmosphärischen Druckes mit Sicherheit in die hinterste Totpunktlage zurückzuziehen, was zu einer ständigen einseitigen Belastung der flexiblen Wand führt. Geschieht die Rückführung nicht zuverlässig, so wird der Hydraulikraum zwischen Kolben und flexibler Wand überfüllt und die flexible Wand schließlich gesprengt.

Die Rüekholung der flexiblen Wand geschieht dage gen zuverlässig, wenn diese mechanisch betätigt wird. also nicht über eine Druckflüssigkeit. Eine solche mechanische Betätigung begrenzt jedoch die Einsatzmöglichkeit der Pumpe, da die hydraulische Unterstützung der Imenseite der flexiblen Wand fehlt und die Pumpe deshalb nur für verhältnismäßig niedrige Förderdrücke geeignet ist und außerdem stark druckabhängig fördert, so daß sie für viele Aufgaben der Dosiertechnik nicht verwendet werden kann.

Bei einer bekannten Pumpe der eingangs genannten Art (DTPS 681 841) ist der Durchmesser des Kolbens wesentlich kleiner als der wirksame Durchmesser der flexiblen Wand. Dies hat zur Folge, daß die Befestigungsstelle einer als Kupplung dienenden Rückzugstange an der flexiblen Wand einen wesentlich kleineren Weg macht als der Kolben. Im dargestellten Fall ist der Kolbenhub gut doppelt so groß wie der Membranhub in der Membranmitte. Dies hat zur Folge, daß sich der Kopf der Stange sehr weit vom Kolbenboden abhebt. Der Rückzug der Membran erfolgt deshalb praktisch bis zum Ende des Saughubes hydraulisch. Die Rückzugstange kann also nur bewirken, daß die Membran das Ende des Saughubes mit Sicherheit erreicht. Sie kann jedoch nicht den hydraulischen Rückzug durch einen mechanischen Rückzug ersetzen, so daß auch hier der Dampfdruck der Übertragungsflüssigkeit unterschritten werden kann.

Bei einer weiteren bekannten Pumpe der eingangs genannten Art (DT-Gbm 1 771 840) können die flexible Wand und der Kolben gleiche Wege ausführen, so daß keine Relativbewegung zwischen der flexiblen Wand und dem Kolben stattfindet Variable Fördermengen sind dadurch möglich, daß aus dem mit Flüssigkeit gefüllten Raum durch ein Überdruckventil überschüssige Flüssigkeit entweichen kann. Dies bedeutet jedoch, daß der höchstmögliche Druck im Pumpraum ebenfalls durch das Überdruckventil bestimmt wird.

Schließlich ist auch eine Pumpe bekannt (US-PS 3 182 597), die zwei Faltenbälge enthält, die über eine Stange miteinander verbunden sind. Das Zusammendrücken der Faltenbälge erfolgt mittels eines Flüssigkeitsdruckes. Die Druckbeaufschlagung ist so koordiniert, daß beim Zusammendrücken eines Faltenbalges der andere Faltenbalg dadurch gestreckt wird, daß die Verbindungsstange an dem nicht unter Druck stehenden Faltenbalg zieht. Als Sicherheilseinrichtung gegen Zerreißen der Faltenbälge bei plötzlichem Überdruck im Inneren des Balges ist die Verbindungsstange in nur

giner Richtung mit den Bälgen gekuppelt, nämlich derart, daß sich die Bälge beliebig strecken können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Pumpe der eingangs genannten Art so auizubilden, daß die flexible Wand unter Vermeidung einer Feder im wesentlichen über den gesamten Saughub mechanisch in ihre Ausgangslage zurückgezogen wird.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß der Hub der flexiblen Wand nur wenig kleiner ist als der Kolbenhub bzw. der Hub der Kupplungssiel-Ie zwischen flexibler Wand und einem den Kolbenhub übersetzenden oder untersetzenden Getriebe.

Durch dies·* Ausbildung der Pumpe wird erreicht, daß einerseits wie gewünscht der Druckhub rein hydraulisch ausgeführt wird und andererseits der Rückzug in den saugseitigen Totpunkt über fast den gesamten Rückweg mechanisch erfolgt Bei der Vorwärtsbewegung des Kolbens, d.h. bei der Ausführung des Druckhubes, wird die flexible Wand ausschließlich durch die Übertragungsflüssigkeit bewegt. Eine mechanische Kupplung zwischen Kolben und flexibler Wand besteht während des Druckhubes nicht. Dies wird erfindungsgemäß dadurch möglich, daß üer Hub des Kolbens bzw. des Zwischengetriebes gleich oder etwas größer gewählt wird als der zugeordnete Hub der flexiblen Wand. Im vorderen Totpunkt Kolben deshalb ein gewisses Spiel in der mechanischen Kupplung, 1. B. zwischen einer Zugstange und dem Kolben bzw. zwischen einer Zugstange und der flexiblen Wand, bestehen, je nachdem an welchem Ende der Zugstange das Spiel vorgesehen ist. Beim Rückwärtsgang, d. K während des Saughubes des Kolbens, wird di ■ flexible Wand, z. B. ein Faltenbalg, zunächst durch die S-. gwirkung der Übertragungsflüssigkeit zurückgezogen oder gegebenenfalls vom Fördermedium zurückgedrückt, wenn dieses bereits mit Überdruck zugeführt wird. Sollte aber diese hydraulische Rückführung der flexiblen Wand aus irgendeinem Grunde, z. B. wegen eines Unterdruckes im Pumpraum, nicht voll wirksam sein, so wird die flexible Wand an der Zügstange zurückgezogen. Man erreicht aiso mit Sicherheit, daß die flexible Wand stets in ihre Ausgangslage (Ende des Saughubes) zurückgezogen wird, womit eine Üb· rfüllung des Hydraulikraumes ausgeschlossen ist. Bei Jer erfindungsgemäßen Pumpe sind die Verteile der hydraulischen Ab-Stützung der flexiblen Wand mit den Vorteilen einer mechanischen Betätigung der flexiblen Wand vereint. Die Zurückziehung der flexiblen Wand erfolgt mit größerer Sicherheit als sie bei der bekannten Anwendung einer Rückführungsfeder erreichbar is; da es sich um einen Zwangsantrieb handelt. Damit ist auch die höchsterreichbare Arbeitsfrequenz (Drehzahl) der Pumpe nicht mehr von der Möglichkeit der Unterbringung einer ausreichend großen Feder abhängig, sondern die Pumpe kann auch bei nur kleinem zur Verfügung stehendem Raum mit hoher Drehzahl betrieben werden. Außerdem wird die flexible Wand geschont. Der mechanische Rückzug über den gesamten Saughub läßt auch deshalb eine hohe Arbeitsfrequenz im Vergleich mit einem hydraulischen Rückzug zu, weil Gasbildung in'der Übertragungsflüssigkeit vermieden wird, die bei hydraulischem Rückzug leicht deshalb auftreten kann, weil der Druck während des Rückzuges unter den Atmosphärendruck sinkt, und zwar umso mehr, je schneller der Rückzug erfolgen soll.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird zum Antrieb des Kolbens ein an sich bekanntes einstellbares Triebwerk mit variablem

Hub verwendet, das den Kolben bei jedem Hub auf die gleiche am Ende des Saughubes erreichte Totpunktlage zurückzieht Die Verwendung eines solchen Triebwerkes hat den Vorteil, daß <fie Ausgangsstellung, d h. die am weitesten zurückgezogene Stellung der flexiblen Wand, z. B. eines Faltenbalges, ganz genau erreichbar ist da jetzt das Spiel in der mechanischen Kupplung zwischen Kolben bzw. Zwischengetriebe und der flexiblen Wand genau so bemessen werden kann, daß das Spiel im hinteren Totpunkt verschwunden ist

Bei einer erfindungsgemäßen Pumpe mit Zwischengetriebe besteht dieses Zwischengetriebe aus einem schwenkbar im Raum zwischen Kolben "und flexibler Wand gelagerten Hebel und einer Kolben und Hebel verbindenden, gelenkig mit dem Kolben und dem freien Ende des Hebels verbundenen Lasche, wobei eine mit der flexiblen Wand verbundene Zugstange zwischen dem festen Lagerungspunkt und der Anlenkungsstelle der Lasche am Hebel angreift. Mit einem solchen einfachen Zwischengetriebe kann man eine große Untersetzung des Kolbenhubes erreichen. Man kann deshalb ohne weiteres als flexible Wand eine gewöhnliche Membran verhältnismäßig großen Durchmessers verwenden, da der Kolbendurchmesser wesentlich kleiner gehalten werden kann als der Membrandurchmesser.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, c zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine Faltenbalgpumpe gemäß der Erfindung bei im vorderen Totpunkt befindlichem Faltenbalg,

F i g. 2 die gleiche Pumpe bei im hinteren Totpunkt befindlichem Faltenbalg, und

F i g. 3 und 4 eine schematisierte Darstellung einer Pumpe, bei der die flexible Wand über ein Zwischengetriebe mit dem Kolben gekuppelt ist

Die Pumpe nach den F i g. 1 und 2 hat ein Getriebegehäuse 1, an dem mittels Schrauben 2 ein den Hydraulikraum enthaltendes Gehäuse 3 angeschraubt ist. Dieses Gehäuse ist oben mit einem Deckel 4 abgeschlossen und hat unten eine Ölablaß-Schraube 5. Die linke Wand des Gehäuses 3 hat eine zylindrische Bohrung 6, in die ein halsförmiger Ansatz eines Teiles 7 eingeschoben ist. Dieser Teil 7 ist mittels eines Gewinderinges 8 am Gehäuse 3 festgehalten. Auf dem Teil 7 sitzt der Pumpenkopf 9, an dem ein Saugventil 10 und ein Druckventil 11 sowie ein Ansaugstutzen 12 und ein Druckstutzen 13 angeordnet sind.

Im Triebwerksgehäuse 1 ist eine Laufbüchse 14 für eine Kolbenstange 15 angeordnet. Diese Kolbenstange wird durch das nicht dargestellte Triebwerk in eine hin- und hergehende Bewegung versetzt die durch den Doppelpfeil 16 angedeutet ist. Im Teil 7 ist mittels eines Gewinderinges 17 eine Laufbuchse 18 festgehalten. In dieser Laufbüchse gleitet der Pumpenkolben 19. Dieser Pumpenkolben hat einen Ansatz 20. der zur Verbindung zwischen Kolben 19 und Kolbenstange 15 dient. Der Ansatz ist mit Hilfe eines Sprengringes 21 und einer Überwurfmutter 22 am Gewindeende 23 der Kolbenstange 15 befestigt Der Kolben 19 hat eine Höhlung 24 und Querbohrungen 25a und 256, die in eine Ringnut 25c münden.

Zwischen dem Pumpenkopf 9 und dem Teil 7 ist der Flansch 26 eines Faltenbalges 27 eingeklemmt. Erfindungsgemäß sind der Faltenbalg 27 und der Kolben 19 mittels einer Zugstange 28 gekuppelt. Diese Zugstange 28 ist fest am Boden 29 des Faltenbalges 27 verankert Zu diesem Zweck ist in einen aus Kunststoff bestehenden Kopfteil 30 des Faltenbalges eine Gewindebüchse

31 eingeschraubt, die ein Innengewinde aufweist, in das das Gewindeende 32 der Zugstange 28 eingeschraubt ist Das rechte Ende der Zugstange 28 hat einen Kopf 33, der in die Höhlung 24 des Pumpenkolbens 19 eingreift. Links vom Kopf 33 ist ein Sprengring 34 angeordnet, der in eine an der Wand dör Bohrung 24 vorgesehene Ringnut eingesprengt ist und dessen Innendurchmesser kleiner ist als der Außendurchmesser des Kopfes 33.

Die Größe des Faltenbalges 27 und der Durchmesser des Kolbens 19 sind so aufeinander abgestimmt, daß der Faltenbalg 27 einen etwas kleineren Hub ausführt als der Kolben 19, d. K wenn beispielsweise der Kolben bei einem Hub h ein Volumen V verdrängt, so muß der Faltenbalg 7 einen Hub ausführen, der etwas kleiner als der Hub Λ ist, um das Flüssigkeitsvolumen V aufzunehmen. Dies führt dazu, daß im vorderen Totpunkt (Stellung nach Fig. 1) zwischen dem Kopf 33 und dem Sprengring 34 ein Spiel s vorhanden ist. Der Raum zwischen dem Kolben und der Innenseite des Faltenbalges 27 ist vollständig mit öl ausgefüllt. Wird nun der Kolben 19 durch die Kolbenstange 15 zurückgezogen, so bewegt sich der Faltenbalg ebenfalls nach rechts, wobei diese Bewegung zunächst durch das Zurücksaugen des Öles erfolgen kann. Soll' aber der Faltenbalg aus irgendwelchen Gründen nicht folgen wollen, so schlägt schließlich der Sprengring 34 an den Kopf 33 an, so daß der Faltenbalg nun vom Kolben zwangsläufig zurückgezogen wird. Kommt es aber nicht zu einer solchen Anlage, sondern erfolgt die gesamte Rückbewegung des Faltenbalges auf Grund hydraulischer Kräfte, so kommt dennoch schließlich der Kopf 33 am Sprengring 34 zur Anlage, wie F i g. 2 zeigt. Diese Anlage kommt deshalb zustande, weil der Hub h des Kolbens 19 etwas größer ist als der Hub des Faltenbalges 27. Der Kolben holt also den Faltenbalg im Verlauf der Rückbewegung so weit ein. daß das Spiel s beseitigt ist. Eine solche Konstruktion ist möglich, wenn, wie im dargestellten Fall, ein Triebwerk verwendet wird, bei dem bei jedem Hub der gleiche hintere Totpunkt (F i g. 2) erreicht wird.

In diesem Fall kann auch die in den Figuren dargestellte Nachfüllvorrichtung für den Hydraulikraum 35 verwendet werden. Diese Nachfüllvorrichtung besteht aus den Querbohrungen 25a 256, die in die Ringnut 25c münden. Die Ringnut verläßt, wie Fig.2 zeigt die Laufbüchse 18, wodurch der mit Hydrauliköl 37 gefüllte Raum 36 über den Raum 24 mit dem Hydraulikraum in Verbindung kommt, so daß öl aus dem Raum 36 in den Raum 35 strömen kann, wobei eventuelle Leckverluste ausgeglichen werden. Aa Stelle dieser Nachfüflvorrichtung kann ein Nachfulhrentil «rerwendet werden.

das an Stelle der Schraube 38 einzusetzen ist die im dargestellten Fall als Entlüftungsventil dient Leckverluste werden dann über die Bohrung 39 ausgeglichen. An der Pumpe ist noch ein Anschlag 410 für die Zug-

stange vorgesehen. Dieser Anschlag begrenzt die hinterste Stellung des Faltenbalges und kommt dann zur Wirkung, wenn das Fördermedium dem Pumpenkopl bereits mit Überdruck zugeführt wird. Dieser Überdruck kann den Faltenbalg zusammendrücken. Um eine

ίο unzulässige Zusammendrückung zu vermeiden, ist der Anschlag 40 vorgesehen. Die Zugstange trägt einen Sprengring, um an ihr eine Anschlagfläche zu bilden, die mit dem festen Anschlag 40 zusammenwirkt.

In den F i g. 3 und 4 ist eine Ausführung mit Zwischengetriebe schematisch dargestellt An das vordere Ende des Kolbens 50 ist über einen Gelenkbolzen 51 eine Lasche 52 angelenkt Diese Lasche 52 ist über einen Gelenkbolzen 53 mit einem Hebel 54 gekuppelt, der bei 55 schwenkbar innerhalb des Hydraulikraumes zwischen Kolben 50 und Membran 59 gelagert ist. Die flexible Wand ist hier als im wesentlichen ebene Membran 59 ausgebildet Im Zentrum dieser Membran ist bei 60 eine Zugstange 57 befestigt die einen im Hebel 54 vorgesehenen Durchbruch 56 durchgreift Das hiiitere Ende der Zugstange 57 hat einen Kopf 58, dessen Durchmesser größer ist als der Durchmesser des Durchbruches 56. Vor der Membran befindet sich in bekannter Weise ein Pumpenkopf 9'. der gie.».h ausgebildet ist wie der Pumpenkopf 9 bei der Ausführungsform nach den F i g. 1 und 2.

Bei der in F i g. 3 dargestellten Stellung, ist der vordere Totpunkt des Kolbens 50 erreicht: der Hebel 54 hai sich etwas vom Kopf 58 der Zugstange 57 abgehoben so daß zwischen Kopf 58 und Hebel 54 ein dem Spiel; (F i g. 1 und 2) entsprechendes Spiel vorhanden ist. Bei der Rückwärtsbewegung des Kolbens 50 (Saughub] kommt der Hebel 54 am Kopf 58 zur Anlage und ziehi die Membran 59 zurück. Aus der Betrachtung dei F i g. 3 ist klar, daß der Hebel 54 im Bereich des Angrif fes der Zugstange 57 einen wesentlich kleineren Huh ausführt als der Kolben 50. Der Kolben 50 kann deshalb einen wesentlich kleineren Durchmesser haben ah die Membran 59. Wichtig ist nur, daß die Förderung durch den Kolben so auf die Durchbiegung der Mem bran abgestimmt ist, daß sich der Hebel 54 an der Stelle des Angriffes der Zugstange 57 so bewegt daß zwi sehen Hebelbewegung 54 und Bewegung hn Zentrurr der Membran 59 Kongruenz besteht oder daß die Hebelbewegung nur wenig schneller ist als die Membran ■- so bewegung, in F i g. 4 ist die am weitesten zurückgezo gene Stellung des Kolbens, also das Ende des Saughu bes, dargestellt

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Pumpe mit einem in einem Zylinder hin und her bewegbaren Kolben und einer flüssigkeitsdichten flexiblen Wand, die einen zwischen dem Kolben und der Wand befindlichen, mit einer Flüssigkeit gefüllten Raum flüssigkeitsdicht abschließt, sowie einem jenseits der flüssigkeitsdichten Wand befindlichen Pumpraum, durch den die zu pumpende Flüssigkeit hindurrhgdeitet wird, wobei die flexible Wand mit dem Kolben am Ende des Saughubes gekuppelt ist, während diese Kupplung für den Dmckhab aufgehoben ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Hub der flexiblen Wand (27; 59} nur wenig kleincr ist als der Kolbenhub bzw. der Hub der Kupplungsstelle zwischen flexibler Wand (59) und einem den Kolbenhub übersetzenden oder untersetzenden Getriebe (52.54).

2. Pumpe nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß zum Antrieb des Kolbens (19; 50) ein an sich bekanntes einstellbares Triebwerk mit variablem Hub dient, das den Kolben (19. 50) bei jedem Hub auf die gleiche am Ende des Saughubes erreichte Totpunktlage zurückzieht

3. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Kolben (50) angetriebene Getriebe aus einem schwenkbar im Raum zwischen Kotben (50) und flexibler Wand (59) gelagerten Hebel (54) und einem Kolben (50) und Hebel (54) verbindenden, gelenkig mit dem Kolben (50) und dem freien Ende des Hebels (54) verbundenen Lasche (52) besteht und daß eine mit der flexiblen Wand (59) verbundene Zugstange (57) zwischen dem festen Lagenjngspunkt (55) und der Anlenkungsstelle (53) der Lasche am Hebel (54) angreift (F i g. 3).