DE2105005A1

DE2105005A1 - Verfahren und Pumpe zum Membran Pum pen

Info

Publication number: DE2105005A1
Application number: DE19712105005
Authority: DE
Inventors: Edmund Joseph Winchester Va Osterman (V St A )
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1970-02-03
Filing date: 1971-02-03
Publication date: 1971-08-19
Also published as: JPS5514277B1; US3630642A; ES195226Y; BR7100805D0; ES195226U; SE378130B; FR2078100A5; CA936042A; GB1319718A

Description

DR.-ING. WALTER ABITZ DR. DIETER F. MORF DR. HANS-A. BRAUNS

Patentanwälte

München, 3. Februar I97I Postanschrift / Postal Address 8 München 86, Postfach 860109 nenzenauerstraBe 28 Telefon 483225 wd 486415 Teiegrammes Chemindvs Mönchen

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E. I. DU PONT DE NEMOURS AND COMi-AWY 10th and Market Streets, Wilmington, Del. 19898, V.St.A.

Verfahren und Pumpe zum Membran-Pumpen

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Membranpumpen.

Es sind bereits einzeln wirkende Pumpen mit zwei unter-i einander verbundenen horizontal liegenden Membranen bekannt, die] nach oben und unten wirken, und hierbei sind

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zwei pneumatisch arbeitende Ventilverschlüsse vorgesehen, von denen der eine in der Saugleitung und der andere in der Druckleitung angeordnet ist, siehe die USA Patent- » schrift 2780177. Eine weitere Ausführungsform ist durch die USA Patentschrift 3338171 bekannt, die manchmal als doppelt wirkende Pumpe bezeichnet wird, bei der das zylindrische Gehäuse der Pumpe im wesentlichen horizontal angeordnet ist, während die Membranen auf einer Verbindungsstange senkrecht angeordnet sind, die sich im wesentlichen in horizontaler Richtung forwärts und rück-" wärts bewegt, wobei eine Seite einer jeden Membran mit einem Einlaß und einem Auslaß für die Flüssigkeit in Verbindung steht, und die andere Seite der Membran steht mit einem Einlaß für Druckluft.in Verbindung, und es ist auch ein Auslaß für das Entlüften der ausgestoßenen Luft in die Atmosphäre vorgesehen.

Obschon solche Membranpumpen gebräuchlich sind, ist festgestellt worden, daß die abgegebene Flüssigkeit unter einem Druck steht, der nicht höher liegt als der die Pumpen angreifende Luftdruck, da das treibende Druckmittel, in der Regel Druckluft, gegen eine Seite 4er Membran drückt, während die andere Seite sich in direktem Kontakt mit dem Druckmittel befindet und die gleiche Kraft auf das zu pumpende Druckmittel einwirkt, d.h. auf das Wasser, das über einer Zone liegt, die im wesentlichen gleich dem Bereich ist, gegen denjdie Luft zusammengedrückt wird. Dies bedeutet, daß dajm, wenn Druckluft mit etwa drei Atmosphären

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(50 psi) der Membranpumpe zugeleitet wird, die Pumpe kein V/asser auf einen höheren Druck bringen kann, und hierbei handelt es sich bei bestimmten gewünschten Anwendungsfällen um einen Fehler.

Der Lieferdruck von pneumatischen, hydraulischen oder hydropneumatischen Pumpen, Pressen, Kolbenpumpen oder dergleichen mit in Zylindern hin- und hergehenden Kolben kann vergrößert werden, indem man hydraulische oder pneumatische Zusatzpumpen oder Übersetzer verwendet, wie sie beispielsweise in der USA Patentschrift 2356446 offenbart sind, siehe auch engineering, 189, 1. April 1960 S. 462 63. Aber diese bekannten Pumpen eignen sich nicht gut zum Fördern von Schlamm, der dick oder viskos oder mit Festteilen irgendeiner Art vermischt ist, die eine Kolbenpumpe beschädigen könnten, und zwar wegen der Verschleißpartikel, oder die Pumpe kann durch Abnutzung in Folge Reibung der zerbrechlichen Kristalle in einer Aufschlemmung beschädigt werden. Dies ist auch der Grund, warum Membranpumpen vorzugsweise zum Pumpen von Flüssigkeiten mit Explosivstoffen Verwendung finden, insbesondere wass~erhaltige schlammartige Explosivstoffe, die von sperrigen Behältern wie Transportfahrseugen oder von tragbaren Mischanlagen direkt in die Sprenglöcher gepumpt werden. Auf diesem und auf anderen Gebieten besteht ein Bedürfnis für eine Membranpumpe, deren Ausstoß - Druck höher liegt als der Druck der treibenden Flüssigkeit.

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Durch die Erfindung wird nun eine Membranpumpe geschaffen, die eine Einrichtung aufweist, durch die die Antriebsflüssigkeit der Pumpe verwendet wird, um eine zusätzliche Kraft auf die Membran der Pumpe auszuüben, wodurch der gesamte Ausstoßdruck der Pumpe höher liegt als der Druck der Antriebsflüssigkeit. Diese zusätzliche Kraft wird dadurch geschaffen, daß eine zweite Membran, ein zweiter Kolben oder dergleichen Einrichtung vorgesehen ist, die im wesentlichen parallel zu der pumpenden Membran liegt und mit dieser durch P eine steife bewegbare Stange oder dergleichen verbunden ist. Gleichzeitig mit dem Aufbringen des Antriebsdruckes auf die Pumpenmembran wird die Antriebsflüssigkeit auf eine zweite Membran, einen Kolben oder dergleichen in derselben Pachtung geleitet, und hierdurch wird eine Kraft über die starre Kolbenstange auf. die Pumpenmembran übertragen, so daß der gesamte Lieterdruck der Pumpe größer ist als der Druck der Antriebsflüssigkeit.

Gemäß den bevorzugten Ausführungformen der Erfindung wird

►Luft als Antriebsmittel verwendet, und die Pumpe zeigt ein Gehäuse mit einer Trennwand, die den Innenraum in zwei i;nume unterteilt, wobei eine flexible Membran jeden der Läume in einen Innen- und einen /ußenraum unterteilt, wobei der erstere an der Trennwand anliegt, während der letztere von der Trennwand weiter entfernt ist. Dabei ist eine steife bev/egliphe Stange oder dergleichen zur Verbindung der Membranen durch die Trennwand vorgesehen, wobei Kin- und Auslässe in zumindest einer der Außenräume vorgesehen sind, während eine iiUftsteuerventilkammer und ein luftbetätigtes Steuerventil in der Ventilkammer angeordnet und zum Einlaß von druckluft abwechselnd in jeden der Innenräume vorgesehen sind. Dabei kann gleichzeitig Druckluft von dem jeweils an-

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d^ren Innenraum durch einen Luftausstoßkanal gelangen, und · hierdurch werden die Membranen gleichzeitig in gleiche Richtungen gebogen. V/enn die Pumpe einzeln wirkend ist, d. h. die zu pumpende Flüssigkeit wird durch nur einen der Aussenräume gedrückt und demgemäß zeigt nur ein Außenraum Ein- und A_usiässe, dann wird·die zusätzliche Kraft am besten durch Luftdruck auf die Membranen aufgebracht, die dann auf den Außenraum ohne die Ein- unJ Ausläset wirkt, so daß der Druck in dem Raum sich direkt mit dem I)ruck in dem Innenraum in der Nähe der Pumpenmembran verbindet. Wenn aber die Pumpe doppelt wirkend ist, d.h. die zu pumpende Flüssigkeit wirkt abwechselnd durch jeden der Aussenräume und demgemäß hat jeder Aussenraum Ein- und Auslässe, dann wird die zusätzliche Kraft am besten durch Luft auf die Membranen aufgebracht, um einen Flüssigkeitsdruck abwechselnd in den Aussenraum zu leiten, so daß der Druck in jedem Aussenraum sich direkt mit dem Druck in dem Innenraum verbindet, der von der Membran weiter entfernt ist.

Das Pumpengehäuse, die Trennwand, die Ventile, die Klemmscheiben und die Verbindungseinrichlung hierfür können in herkömmlicher Weise aus Metall gefertigt sein, das die erforderliche Festigkeit aufweist, z.B. Aluminium. Eine rostfreie Stahllegierung wie die Legierung 304, die säurebeständig und auch im übrigen korrosionsfest ist, wird bevorzugt für alle Teile der Pumpe verwendet, die mit irgendeiner korrodierenden Flüssigkeit in Berührung kommt. Obschon verschie-

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dene Einrichtungen einschließlich handbetätigter Ventile zur Steuerung der Druckluft zum Bewegen der Membranen geeignet int, sind doch Schieberventile gemäß der USA Patentschrift 3071118 besonders geeignet. Im Bedarfsfall können nichtperforierte Membranen oder mittig perforierte Membranen, wie in der Zeichnung dargestellt, Verwendung finden. Die Membranen sind im allgemeinen aus flexiblen federnden polymerischen Materialien gefertigt, die durch eingebettete faserige Materialien und Bauteile verstärkt sind, wobei verstärkte Form-Membranen aus Neopren bevorzugt sind, was natürlich von der zu pumpenden Flüssigkeit abhängig ist. Wenn Kugel- Rückschlagventile Verwendung finden, sind die Kugeln vorzugsweise aus Neopren gefertigt, aber andere federnde polymere Materialien mit einer-großen Lebensdauer können im Bedarfsfall Verwendung finden. Kugelventile mit Metall an Metall anliegenden Dichtflächen werden im allgemeinen nicht als hinreichend sicher zum Pumpen von Explosivstoffen angesehen, sie können aber andernfalls aus irgendeinem geeigneten nicht explosiven nicht korrodierenden ungefährlichen Materialien gefertigt sein, wenn beispielsweise Lebensmittelerzeugnisse gepumpt werden sollen, und es können" auch andere geeignete Ventile verwendet werden, wie beispielsweise Klappenventile oder im Bedarfsfall auch Schieber.

V/eitere Vorteil aus der nuß to.

e und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich genden Beschreibung einiger Ausführungsbei-

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ORlGfNAL INSPECTED

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spiele unter Hinweis auf die Zeichnung. Hierin sind die Pumpen in senkrechter Lage gezeigt, sie können aber auch anders liegen. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine einzeln wirkende Pumpe nach der Erfindung;

Fig. 2 einen Schnitt durch eine doppelt wirkende Pumpe nach der Erfindung.

Die Flüssigkeit bewegt sich durch die rechte Kammer 14 der Pumpe 10 in Fig. 1, durchströmt den unteren Einlaß 24, wenn das Kugel- Rückschlagventil 26 von seinem Sitz 28 abgehoben ist und läuft nun gegen den Anschlag 30, und zwar wegen des Saugdruckes, der durch den reduzierten Druck in der Außenkainraer 1^C: durch eine Bewegung der Membran 17 nach links erzeugt wird, wobei der gleiche Saugdruck das obere Kugel-Kückschlagventil 27 auf seinem Sitz 29 geschlossen hält. Eine Bewegung der Membran 17 nach rechts drückt die Flüssigkr it in die Kammer 19, wobei das untere Kugelrückschlagventil ü auf seinem Sitz 28 geschlossen gehalten wird, während das obere Kugelrückschlagventil !"7 von seinem Sitz 28 gegen den Anschlag 21 abgehoben wird, damit die Flüssigkeit aus der Kammer 19 durch den Auslaß 25 gelangen kann. Die Membran 17 trennt die Kammer 19 von einer Innenkammer 21, von denen beide im wesentlichen einen kreisförmigen Querschnitt auf-"weisen. Die Membran 17 ist zwischen den kreisförmigen Metallscheiben 35 und 36 eingeklemmt, die mittels der Schraube 37 am rechten Ende der Stange 23 befestigt ist, die durch den zylindrischen Teil ,13 gesteckt ist und Metallscheiben ähn-

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lieh den Scheiben 35 und 36 aufweist, die mittels einer Schraube ähnlich der Schraube 37 am linken Ende befestigt ist, und eine Membran 18 einklemmt, die ähnlich der rechten Membran 17 ist. Die linke Membran 18 unterteilt in ähnlicherweise das linke Abteil 15 des Innenraumes 12 des Pum.-pengehäuses 11 in die Innenkammer 22 und eine Aussenkammer 'O, die mittels der Leitung 3? mit der inneren rechten Kammer 21 in Verbindung steht, während die Innenkammern 21 und 22 durch das zylindrische Teil 13 getrennt sind, in dem die Ventilkammer 33 und das Steuerventil 16 angeordnet sind,

\ das abwechselnd Druckluft von der Kammer 33 zu jeder Innenkammer 21 und 22 zuführt, während die anderen Kammern 22 und 21 durch die Ausstoßleitung 34 entlüftet werden. Auf diese Weise wird eine Bewegung der Membran 17 nach links (zur Erzeugung eines Saugdruckes in der rechten Aussenkammer19) durch Einlassen von Druckluft über das Ventil 16 in die Innenkammer 22 erzeugt, und es wird Luft durch die Leitung 34 von der rechten Innenkammer 21 abgeblasen, während die Bewegung der Membran 17 nach rechts (um einen Druck in der rechten Kammer 19 zu schallen) bewirkt wird, in-dem Luft von der linken Kammer 22 abgeblasen wird, und es wird

* Druckluft durch das andere Ende ϊ^μ Ventils 16 in die rechte Innenkammer 21 eingelassen. Ds die rechte Innenkammer .-'1 und die linke Aussenkammer rO mittels der Leitung 32 miteinander in Verbindung stehen, besteht der auf die rechte Ausrenkammer ¹9 wirkende Pumpmiär;*.^] Licht nur aus dem Luftdruck in der rechten Innenkamnc; «-'.1, der auf die Membran 17 und die Scheibe 35 wirkt, sondern auch aus dem Luftdruck in der linken Aussenkammer 20, der auf dir Membran 18 und seine Aussenscheibe wirkt, und dieser Druck wird über die Stange

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23 auf die Scheibe 35 und die Membran 17 übertragen.

Eine derartige Pumpe ist mit Druckluft von etwa 6 at (90 psi) zum Pumpen von V/asser mit einem Lieferdruck von etwas über 10 at (140 psi) und einer Liefermenge von etwa 53 Liter pro Minute (14 Gallonen) betrieben worden und gibt einen Druck am "toten Ende" von etwa 12 Atmosphären (175 psi) ab, d.h., wenn das Lieferenüe geschlossen ist. In ähnlicher Weise wurden wasserhaltige Explosivstoffe etwa 5 Meter mit einem Rohr mit einer lichten Weite von etwa 2,5 cm gepumpt, und darüber hinaus durch ein Alumi-. niumrohr mit einer lichten Weite von etwa 2 cm 2,5 Meter in einer Menge von 7 - 30 kg pro Minute gepumpt, was von der Viskosität, der Zusammensetzung, und dem Lieferdruck abhing, der zwischen 8 und 12 Atmosphären lag.

In Fig. 2 ist die Pumpe 40.im wesentlichen in dem oberen Teil 41 und dem unteren Teil 42 ähnlich, wobei jedes Teil Gehäuse 43 und 44, ähnlich dem Gehäuse 11 in Fig. 1 aufweist, wobei zylindrische Teile 47 und 48 ähnlich 13 in Fig. 1 vorgesehen sind, wobei die .Innenräume 45 und 46 ähn lich 12 in Fig. 1 unterteilt sind und zwar in. rechte Abteilungen 49 und 51 und linke Abteilungen 50 und 52. Ferner sind flexible Membranen 53, 54, 55 und 56 vorgesehen, die die Abteilungen in Innenkammem 57, 58, 59 und 60 und Aussenkammern 61, 62, 63 und 64 unterteilen. Die zu pumpen de Flüssigkeit strömt durch die Aussenkammem 63 nach oben und dann bei 61 auf die rechte Seite, bei 64 und anschließend 62 auf die linke Seite, während die Innenkammem dia-

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gonal miteinander verbunden sind. Eine Leitung 93 verbindet die obere linke Innenkammer 58 und die untere rechte Innenkammer 59, während die Leitung 94 die obere rechte Innenkammer 57 und die untere linke Innenkammer 60 verbindet. Die un-

teren flexiblen Membranen 55 und 56 sind starr durch die Stange 66 miteinander verbunden, die durch das zylindrische Teil 48 gesteckt ist, während die oberen flexiblen Membranen 53 und 54 mittels der Stange 65 starr verbunden sind, die durch das zylindrische Teil 47 gesteckt ist, das die Ventilkammer 95, das Luftsteuerventil 96 und die Ausstoßleitung 97 aufnimmt, welche Teile ähnlich der Ventilkammer 33, dem Luftsteuerventil 16 und der Ausstoßleitung 34 in Fig. 1 sind. Die Flüssigkeit bewegt sich nun nach oben von dem Einlaß 98 in die linke untere Aussenkammer 64 hinter das Kugelrückschlagventil 76, wenn sich dieses von seinem Sitz 84 nach oben gegen den Anschlag 90 bewegt, und zwar wegen des Saugdruckes, der durch einen Druckabfall in der linken unteren Aussenkaramer 64 durch die Bewegung der Membran 56 nach rechts erzeugt wird. Gleichzeitig wird das Kugelrückschlagventil 65 auf seinen Sitz 83 durch den Druck in der rechten unteren Aussenkammer 63 gedrückt, was durch die Bewegung der Membran 55 nach rechts bewirkt wird, die mit der Membran 56 durch die Stange 66 verbunden ist. Gleichzeitig bewegt die Stange 65 die Membranen 54 und 53 nach links, Druckluft wird durch das Ventil 96 in die obere linke Innenkammer 5.8 eingelassen und strömt durch die Leitung in die untere fechte Innenkammer 59, und wird anschließend von der oberen[rechten Innenkammer 57 und durch die Leitung ' ι I ■

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94 gleichfalls aus der unteren linken Innenkammer 60 ausgestossen. Dieses Kugelrückschlagventil 80 wird auf seinem Sitz 86 gehalten, während das Ventil 78 von seinem Sitz 82 gegen den Anschlag 88 abgehoben wird, und hierdurch wird Flüssigkeit aus der oberen linken Aussenkammer 62 durch den Ausfluß 99 gedrückt. Darüber hinaus wird das Ventil 79 gleichfalls von seinem Sitz 85 gegen den .Anschlag 97 durch den Flüssigkeitsdruck in der rechten Aussenkammer 63 abgehoben, wobei sie in die obere rechte Aussenkammer 61 gedrückt wird, während das Ventil 77 auf seinem Sitz 81 gehalten wird. Am Ende dieses Hubes kehrt sich das Druckluftventil 96 um und die Stange 65 bewegt sich nach rechts, während die Stange 66 sich nach links bewegt, so daß die Flüssigkeit durch den Einlaß -98 in die untere rechte Aussenkammer 63 strömt, welche sich unten öffnet und oben schließt. Dabei wird die Flüssigkeit von der oberen rechten Aussenkammer 61 in den Ausfluß 99 geleitet und gelangt aus der unteren linken Aussenkammer 64 nach oben, welche unten geschlossen ist, und zwar in die obere linke Aussenkammer 62, die oben geschlossen ist.

iiine solche Pumpe wurde mit Druckluft von etwa 6 at betrieben, um V/asser mit einem Lieferdruck von 1o - 11 at zu fördern, in Abhängigkeit von der Pumpleistung, und es wurde auch ein v.'ässeriger Explosivstoff etwa 30 Meter in eine Leitung mit einem Innendurchmesser von etwa 2,5 cm mit einer Liefermenge von etwa 15 kg pro Minute gefördert, und hierbei betrug der Lieferdruck etwa 10 at.

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Claims

Ostermann 1 3. Februar 1971 Patentansprüche

1.)Verfahren zum Membranpumpen, dadurch gekennzeichnet, daß ein zusätzlicher Druck für die Pumpen-Membran geschaffen wird, wodurch der gesamte Lieferdruck der Pumpe höher liegt als der Druck der treibenden Flüssigkeit.

2. Pumpe zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch T mit zwei flexiblen miteinander verbundenen Membranen, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsflüssigkeit gleichzeitig einen Druck auf beide Membranen aufbringt, wodurch nur eine der Membranen einen Pumpdruck auf die Antriebsflüssigkeit ausübt, so dass der Druck auf die Antriebsflüssigkeit höher liegt als der Druck der treibenden Flüssigkeit, und zwar wegen der Verbindung zwischen den Membranen.

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