DE19616191A1 - Steuerventil für eine Membranpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf mechanisch verstellbare, pneumatisch unterstützte Steuerventile für Membranpumpen u. dgl. und insbesondere auf eine Totgangvorrichtung zum Stabilisieren der mechanischen Verstellung solcher Ventile.

Das US-Patent 4 854 832 offenbart ein mechanisch verstellbares, pneumatisch unterstütztes Steuerventil zur Verwendung in Membranpumpen. Diese Vorrichtung weist eine Kombination eines mechanischen Verstellmechanismus und einer pneumatischen Steuerventilkonstruktion auf, um die Zyklen einer doppelten Membranpumpe zu steuern. Der mechanische Zyklen- oder Verstell-Mechanismus ist zwischen Druckkammern der Membranpumpe in dem Pumpen­ gehäuse angeordnet und erstreckt sich axial in die eine oder die andere Druckkammer.

Der Verstellmechanismus bewegt sich axial in Abhängigkeit von dem Angriff durch eine der Pumpenmembranen. Beim Angriff durch eine Membran öffnet der mechanische Verstell­ mechanismus Durchgänge für den Fluiddruck zu einem pneumatischen Steuerventil, das die Fluidströmung zu den entsprechenden Druckkammern steuert, die zu der Membranpumpe gehören. Ein positives Steuersignal wird somit über den gesamten Hub oder Zyklus der Membranpumpe geliefert. Der mechanische Verstellmechanismus ist nicht direkt mit einer Membran oder mit der Verbindungsstange, die die Membranen verbindet, verbunden.

Beim Betrieb von Membranpumpen ist es nicht ungewöhnlich, daß Luft in die Fluidkammer der Pumpe zusammen mit dem gepumpten Fluid eingesaugt wird. Die Luft wird während des Pumpens des Fluids komprimiert, und während der Verlagerung des Ventils kann sich die Luft ausdehnen und die Membran veranlassen, geringfügig zurückzuschlagen. Aufgrund der dynamischen Eigenschaften der Pumpe kann der Fluiddruck auch zeitweise höher sein als der Luftdruck. Dies gestattet es der Steuerstange ebenfalls, zurückzuschlagen und das Signal abzusperren, um das Hauptventil zu verstellen. Dies kann bewirken, daß die Pumpe stottert und in einigen Fällen stehenbleibt oder abgewürgt wird.

Aus dem vorstehenden ergeben sich Nachteile und Beschränkungen, die bei bekannten Vorrichtungen bestehen. Es ist somit ersichtlich, daß es vorteilhaft wäre, eine Alternative zu schaffen, mit deren Hilfe einer oder mehrere der oben beschriebenen Nachteile beseitigt werden könnten. Demgemäß wird durch die vorliegende Erfindung, deren Merkmale nach­ stehend mehr im einzelnen beschrieben werden, eine geeignete Lösung geschaffen.

Die Erfindung ist in den Patentansprüchen gekennzeichnet.

Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden detaillierten Be­ schreibung in Verbindung mit der Zeichnung.

Fig. 1 ist eine vereinfachte Querschnittsansicht einer Membranpumpe mit einem mecha­ nisch verstellbaren Steuerventil mit Totgang gemäß der Erfindung, und

Fig. 2 ist eine Draufsicht auf eine Spindel des mechanisch verstellbaren Steuerventils mit der erfindungsgemäßen Totgangvorrichtung.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße doppelte Membranpumpe 1. Die Pumpe besteht aus einem Hauptkörper 2, zwei Membranendkappen 3 und 3′, einem Einlaßstutzen 4 und einem Auslaß­ stutzen 5. Innerhalb des Körpers sind zwei Kammern 45 und 45′ für das Antriebsfluid ausgebildet. Innerhalb der Membranendkappen sind auch zwei Kammern 8 und 8′ für ge­ pumptes Fluid ausgebildet. Die Kammern 45 und 45′ für das Antriebsfluid und die Kammern 8 und 8′ für das gepumpte Fluid sind durch eine flexible Membran 10 und 10′ getrennt. Die Membranen 10 und 10′ sind mit einer Stützplatte 12 und 12′ versehen und für eine hin- und hergehende Bewegung durch eine Zugstange 11 in einer Weise verbunden, wie es bei der Konstruktion von doppelten Membranpumpen bekannt ist.

Die hin- und hergehende Bewegung der Membran, wie sie durch das Antriebsfluid in den Antriebsfluidkammern 45, 45′ gesteuert ist, erzeugt die Pumpwirkung, die das gepumpte Fluid veranlaßt, von dem Einlaßstutzen 4 alternativ durch ein Einlaßkugelventil 6 und 6′ hindurchzugehen und danach alternativ durch Auslaßkugelventile 7 und 7′ in den Auslaß­ stutzen 5 hinausgedrückt zu werden. Die hin- und hergehende Wirkung der Membran wird erzielt mittels Druckluft o. dgl., die in den Antriebsfluidkammern durch abwechselnde Zufuhr und Auslaß mittels eines Hauptspindelventils 50 für die Luftzufuhr aufgebracht wird. Die Betätigung des Hauptspindelventils 50 kann wie folgt zusammengefaßt werden:

Eine Spindel 50 mit drei Stegen ist innerhalb einer abgestuften Bohrung 16 für den Hin- und Hergang in dieser zwischen einer oberen und einer unteren Stellung angeordnet, wie aus Fig. 1 ersichtlich ist. Die drei Kolbenstege unterteilen die abgestufte Bohrung 16 in vier Betriebs­ kammern, die weiter wie folgt beschrieben werden können:

Die Kammer 36, wenn sie unter Druck steht, veranlaßt die Spindel 50, lotrecht nach oben verlagert zu werden. Die Kammer 37 ist eine konstante Luftzufuhrkammer, die sich mit der Spindel bewegt. Die Kammer 38 ist eine konstante Auslaßkammer, die sich ebenfalls mit der Spindel bewegt, und die Kammer 39 ist eine konstant unter Druck stehende Vorlastkammer, die die Tendenz hat, die Spindel in einer Richtung nach unten zu verlagern und die auch eine Quelle für die Luftzufuhr zu der linken Antriebsfluidkammer 45′ bildet. Luft oder unter Druck stehendes Fluid wird der Kammer 39 über eine Luftzufuhröffnung 30 zugeführt und wird weiter der Kammer 37 mittels eines Spindeldurchgangs 31 zugeführt, um eine konstante Versorgung der Kammer 37 mit Druckfluid oder Druckluft zu liefern.

Die Stellung des Hauptventils 50 bestimmt ferner die abwechselnde Zufuhr und Abgabe von Druckfluid zu den Antriebsfluidkammern 45 und 45′ über den Durchgang 32 und 32′. Wenn sich die Hauptventilspindel 50 in der unteren Stellung befindet, ist die linke Antriebsfluid­ kammer 45′ über die Öffnungen 30 und 32′ mittels Luft unter Druck gesetzt. Zur gleichen Zeit ist die Antriebsfluidkammer 45 über den Durchgang 32 und den Durchgang 42 zu der Auslaßöffnung 35 entlüftet. Wenn sich dagegen die Spindel in der oberen Stellung befindet, ist die Funktion umgekehrt, wobei Luft der Antriebskammer 45 über die Luftzuführöffnung 30, den Spindeldurchgang 31 und den Zufuhrdurchgang 32 zugeführt wird, während die linke Antriebsfluidkammer über die Durchgänge 32′ und 42 zu der Auslaßöffnung 35 entlüftet ist
Gemäß der Erfindung ist die Stellung der Hauptspindel 50 durch ein mechanisch verstellbares Steuerventil bestimmt, das allgemein durch die Bezugszahl 60 bezeichnet ist. Das Steuerventil ist ein einer Spindelbohrung 21 untergebracht. Die Steuerspindel 20 weist ein Paar von Kolben 26 und 26′ auf, die mit Abstand voneinander angeordnet sind und für den Hin- und Hergang auf einer Spindelstange 44 angeordnet sind. Die Spindelstange 44 erstreckt sich in jede der Antriebsfluidkammern, um Kontaktspitzen 27 und 27′ zu bilden, die mit den Mem­ branstützplatten 12 und 12′ bei den alternierenden inneren Hubbegrenzungen der Membranen zusammenwirken. Eine Berührung mit den Membranstützplatten veranlaßt die Steuerspindel, eine Bewegung der Steuerspindel und eine Umkehrung des Druckaufbaus einzuleiten.

Gemäß der Erfindung ist das Steuerventil ferner mit einer Totgangspindel 25 versehen, die um die Spindelstange 44 zwischen den Enden der Spindelkolben 26 und 26′ angeordnet ist. Ein Totgangspalt 70 ist zwischen der Totgangspindel 25 und den äußeren Spindelenden 26 und 26′ vorgesehen.

Durch die Erfindung wird der Steuerkolbenstange ein Totgang hinzugefügt, indem ein innerer Totgangkolben und ein hin- und hergehender äußerer Kolben geschaffen werden, die nicht miteinander verbunden sind. Dies gestattet es dem äußeren Kolben, sich um einen begrenzten Betrag zu bewegen oder zurückzustoßen, wie es durch den Spalt 70 bestimmt ist, ohne das Steuersignal zu beeinflussen, das durch den inneren Kolben gesteuert wird. Dies ermöglicht einen ausreichenden Zeitraum für das Hauptventil, das Signal zur Verfügung zu stellen, das die Verlagerung des Steuerventils vervollstandigt. Auch bietet dies eine bessere Abdichtung, da es zwei Dichtungen für jeden Kolben ermöglicht. Die vier Dichtungen 40 sind am besten in Fig. 2 zu sehen.

Die innere Spindel oder Totgangspindel 25 steuert die Position des Hauptventils 50 durch Zufuhr von Luft von der Kammer 38 zu der Kammer 36 über die Durchgänge 33 und 41 oder, in der linken Stellung, durch Entlüften der Kammer 36 über die Durchgänge 41 und 34.

Zusammenfassend ergibt sich folgende Betriebsweise: In den Einlaß 30 eintretende Luft drückt die Hauptspindel 50 nach unten, was eine Luftzufuhr zu der rechten Membran 10 herstellt, und verbindet den Hauptauslaß 35 mit der linken Membran 10′. Die Luft drückt die rechte Membran nach rechts und die Steuerstange 44 nach links, was die Unterseite (Kammer 36) des Hauptventils mit dem Auslaß verbindet. Die rechte Membran zieht die linke Mem­ bran nach rechts in Berührung mit der Steuerstange und drückt diese nach rechts, nur die Enddichtungen 26, 26′ bewegen sich um eine festgesetzte Entfernung (Totgang), bis das linke Ende die innere Spindel 25 berührt und diese nach rechts bewegt. Dies schließt den Steuer­ auslaß ab und öffnet die Luftzufuhr zu der Unterseite der Hauptventils und drückt dieses nach oben. Dies schaltet die Hauptluftzufuhr nach links und öffnet die rechte Membran zum Auslaß. Die Luft drückt nun die linke Membran nach links.

Wenn aus irgendeinem Grund der Fluiddruck und/oder der Auslaßdruck die Membran veranlaßt, zurückzuschlagen, könnten die Steuersignale verlorengehen oder umgekehrt werden. Dies geschieht bei der vorliegenden Erfindung nicht, da nur die äußere Spindel sich bewegt und die innere Spindel das Signal aufrechterhält. Nach dem Verstellen drückt die Luft, die die linke Membran nach links drückt, auch sowohl die äußere als auch die innere Steuerspindel nach rechts, wodurch das Signal über den Hub aufrechterhalten wird, bis die rechte Membran auf die Steuerstange 44 gezogen wird und diese in die ursprüngliche Stellung zurückführt, was es der Unterseite des Hauptventils erlaubt, zum Auslaß hin entlüftet zu werden, und gestattet, daß Luft es in die Ausgangsstellung zurückführt.

Zum Zwecke des Zusammenbaus wurde gefunden, daß die Steuerstange 44 geteilt sein kann, um es den Kolben 26 und 26′ zu gestatten, im Betrieb und für den Zusammenbau getrennt zu sein, während der Totgangschlitz in Konvergenz beibehalten wird.

Claims (4)

1. Steuerventil für eine Membranpumpe mit einem mechanisch verstellbaren Steuerven­ til, das in Abhängigkeit von der Membranstellung verstellbar ist, und mit einer Tot­ gangeinrichtung, die wirkungsmäßig mit dem Steuerventil verbunden ist, um ein durch die Membranstellung erzeugtes Steuersignal zu verzögern oder aufrechtzuer­ halten.

2. Steuerventil für eine Membranpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mechanisch verstellbare Steuerventil ein Spindelventil aufweist.

3. Steuerventil für eine Membranpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Spindelventil (60) ferner ein erstes und ein zweites Kolbenende (26, 26′) in Abdichtungsberührung mit einer Spindelbohrung (21) und durch eine Spindelstange (44) beabstandet aufweist, daß jeder der Kolben (26, 26′) mit Membranberührungs­ spitzen (27, 27′) zur Aktivierung in Abhängigkeit von einer Stellung einer Membran (10, 10′) versehen ist, und daß eine Totgangspindel (25) erste und zweite Abdich­ tungsenden (40) in Abdichtungsberührung mit der Spindelbohrung (21) hat, die in Gleitberührung auf der Spindelstange (44) zwischen den ersten und den zweiten Kolbenenden (26, 26′) mit einem Totgangfreiraum (70) dazwischen angeordnet sind.

4. Steuerventil für eine Membranpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindelstange (44) eine geteilte Stange ist, die eine unabhängige Bewegung der Kolbenenden (26, 26′) in einer Richtung voneinander weg gestattet, während sie die minimale Entfernung zwischen den Kolben als Mittel zum Schaffen des Tot­ gangfreiraums (70) begrenzt.