DE2447741A1

DE2447741A1 - Kolbenvorrichtung fuer eine membranpumpe

Info

Publication number: DE2447741A1
Application number: DE19742447741
Authority: DE
Inventors: Jun William F Wanner
Original assignee: Wanner Engineering Inc
Current assignee: Wanner Engineering Inc
Priority date: 1973-10-05
Filing date: 1974-10-07
Publication date: 1975-04-10
Also published as: US3884598A; JPS5740352B2; GB1465123A; JPS5077904A; CA1010296A; DE2447741C2

Description

COHAUSZ & FLORACK

PATENTANWALTSBÜRO /L H ^ ' '^ ' D-4 DÜSSELDORF . SCHUMANNSTR. 97

PATENTANWÄLTE:
Dipl.-Ing. W. COHAUSZ · Dipl.-Ing. W. FLORACK · Dipl.-Ing. R. KNAUF · Dr.-Ing., Dipl.-Wirtsch.-Ing. A. GERBER · Dipl.-lng. H. B. COHAUSZ

Wanner Engineering, Inc. k. Oktober 1974

6600 South County Road l8
Hopkins, Minnesota
U.S.A.

Kolbenvorrichtung für eine Membranpumpe

Die Erfindung betrifft eine Kolbenvorrichtung für eine Membranpumpe mit einem durch eine Membran getrennten Pumpraum und einem Druckübertragungsraum.

Derzeit gebräuchliche Membranpumpen, bei denen die Kolbenvorrichtung gemäß der Erfindung eingesetzt werden soll, haben einen Pumpraum mit einem Zuström- und Ausströmkanal sowie einen mit Hydraulikflüssigkeit gefüllter^ Druckübertragungsraum, der von dem Pumpraum durch eine Membran getrennt ist. Ferner ist eine Kolbenvorrichtung vorhanden, die das eine Ende des Druckübertragungsraumes begrenzt und deren Kolben während des Arbeits- und Rückhubes zwischen einer ersten und einer zweiten Stellung oszilliert. Im Betrieb bewegt sich der Kolben zur Membran hin (Arbeitshub) und von dieser weg (Rückhub) bzw. in den Druckübertragungsraum hinein und aus diesem heraus,' wobei die Hin- und Herbewegung durch die Hydraulikflüssigkeit in der Druckübertragungskammer auf die Membran übertragen wird. Wenn der Kolben sich von der Membran wegbewegt, biegt die Membran

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sich aus und vergrößert den Pumpraum, so daß Flüssigkeit durch den Zuflußkanal in den Pumpraum gesaugt wird, wenn sich der Kolben zur Membran hin bewegt, wird die Membran zum Pumpraum hin durchgebogen, so daß die im Pumpraum befindliche Flüssigkeit durch den Ausströmkanal, ausgepreßt wird.

Die meisten dieser beschriebenen Membranpumpen arbeiten zufriedenstellend, solange genug zu pumpende Flüssigkeit durch den Zuflußkanal in den Pumpraum gelangt; wenn jedoch nicht genug zu pumpende Flüssigkeit zur Verfügung steht, neigen diese Pumpen zur Kavitation in dem DruckUbertragungsraum. Wenn beispielsweise die Ansaugleitung voll abgesperrt wird, tritt oft Kavitation in dem Druckübertragungsraum und nicht in der Ansaugleitung oder dem Pumpraum auf, wodurch der Druckübertragungsraum mit Hydraulikflüssigkeit überfüllt wird, was beim Arbeitshub zu einer hydraulischen Blockierung führt. Obgleich ,schon versucht worden ist, diese nachteiligen Auswirkungen des Mangels an zu pumpender Flüssigkeit zu beseitigen und die hydraulische Blockierung zu verhindern, führten solche versuche, wie sie beispielsweise in der US-PS 2 546 502 beschrieben sind, nicht zu einer befriedigenden Pumpe, da - unter anderem - der Wirkungsgrad der Pumpe sich verschlechterte.

Obgleich ferner viele bekannte Membranpumpen Einrichtungen zum Ersatz der Hydraulikflüssigkeit in der übertragungskammer aufweisen, die durch Leckverluste während des Arbeitshubes verlorengeht, so bestehen diese Einrichtungen ausschließlich aus federbelasteten Rückschlagventilen, die Hydraulikflüssigkeit aus einem Vorratsbehälter in den DruckUbertragungsraum fließen lassen, wenn der Druck die Federkraft überwindet.

Aufgabe der Erfindung ist es, für eine hydraulisch angetriebene Membranpumpe eine Kolbenvorrichtung anzugeben, die bei miniealer

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Verringerung des Pumpenwirkungsgrades das Auftreten von Kavitation im Druckübertragungsraum verhindert, wenn ein Mangel an zu pumpender Flüssigkeit eintritt, und die Verlus te an Hydraulikflüssigkeit im Druokübertragungsraum ohne verwendung eines federbelasteten Rückschlagventils ersetzt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Kolbenvorrichtung der eingangs genannten Art gelöst durch ein Vorspannelement, das ständig auf die Membran in Richtung auf den Druckübertragungsraum wirkt, und Ventile, die auf eine Relativbewegung zwischen der Membran und einem Kolben der Kolbenvorrichtung ansprechen und den Zufluß von Hydraulikflüssigkeit von einem Vorratsbehälter zu dem Druckübertragungsraum dadurch regeln, daß die Ventile schließen, wenn der Druck in dem Druckübertragungsraum höher als der Druck in dem Vorratsbehälter ist, und daß die Ventile öffnen, wenn der Druck in dem Druckübertragungsraum niedriger als^f der Druck in dem Vorratsbehälter und das •Volumen des Druckübertragungsraumes kleiner als zu Beginn des Pumpenhubes ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Kernstück der Kolbenvorrichtung gemäß der Erfindung ist also eine Ventileinrichtüng, die während des Arbeitshubes des Kolbens schließt und den Zufluß von Hydraulikflüssigkeit aus dem Vorratsbehälter in den DruckUbertragungsraum verhindert und beim Rückhub des Kolbens lange genug offen bleibt, um den beim Arbeitshub eingetretenen Verlust an Hydraulikflüssigkeit durch Zufluß frischer Hydraulikflüssigkeit zu ersetzen. Zu diesem Zweck besteht die Ventileinrichtung aus der Kombination eines Kugelventils und einem Gleitventil, wobei das Kugelventil den

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Zufluß von Hydraulikflüssigkeit aus dem Vorratsbehälter in den Druckübertragungsraum beim Arbeitshub und immer dann verhindert, wenn der Druck in dem DruckUbertragungsraum höher als der Druck in dem Vorratsbehälter der Hydraulikflüssigkeit ist, und wobei das Gleitventil selektiv Flüssigkeit aus dem Vorratsbehälter in den DruckUbertragungsraum fließen läßt, um Flüssigkeitsverluste beim Arbeitshub zu ersetzen, eine überfüllung des DruckUbertragungsraums aber verhindert.

Gegenüber dem bekannten Stand der Technik bietet die Erfindung den Vorteil, daß die Unterdrückung der Kavitation in dem Druckübertragungsraum mit einer nur minimalen Verringerung des Pumpenwirkungsgrades verbünden ist und ein federbelastetes Rückschlagventil zur Regulierung der Nachfüllung von Hydraulikflüssigkeit in den DruckUbertragungsraum und zur Verhütung einer überfüllung des DruokUbertragungsraumes entfällt.

Adtiand der zeichnung wird die Erfindung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt einer ersten AusfUhrungsform der Kolbenvorrichtung mit Kolben und Membran in einer ersten stellung nach Vollendung des Rückhubes unter normalen Pumpbedingungen und unmittelbar vor Beginn des Arbeitshubes;

Flg. 2 einen Querschnitt einer zweiten Aueführungsform der Kolbenvorrichtung mit Kolben und Membran in einer zweiten Stellung nach Vollendung des Arbeitshubes und unmittelbar vor Beginn des Rückhubes;

Flg. 3 eine Draufsicht auf einen Teil des Gleitventils der

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Kolbenvorrichtung in geschlossener Stellung entsprechend der in Flg. 1 dargestellten Stellung; und

Pig. 4 eine Draufsicht auf das Gleitventil in offener Stellung entsprechend der in Fig. 2 dargestellten Stellung.

Die in Fig. 1 dargestellte Kolbenvorrichtung ist für den Einsatz in einer hydraulisch entlasteten Mehrkolben-Hochdruok-Membranpumpe bestimmt, wie sie beispielsweise in einer anderen Patentanmeldung beschrieben ist. Die Kolbenvorrichtung besteht aus einem Im wesentlichen zylindrischen Kolben 10 mit einem Endteil li, einem mit dem Endteil 11 aus einem Stück bestehenden Mantelteil 12, das sich von dem Endteil Ii nach unten erstreckt, und einem Unterteil 14, das von den End- und Mantelteilen 11 bzw. 12 getrennt, aber mit diesen beweglich ist. Das Unterteil 14- 1st gegen die Innenfläche des Kolbenmantels 12 durch einen O-Ring 15 abgedichtet. Der Kolben 10 ist gleitbar In einem Zylinder 22 untergebracht« der fest mit dem Pumpengehäuse 24 verbunden ist und dessen zylindrische Innenfläche nahezu gleich der zylindrischen Außenfläche» des Kolbenmantels 12 ist, so daß ein Durchtritt von Hydraulikflüssigkeit aus dem Druckübertragungsraum 25, der teilweis© durch das Inner© des Kolbens 10 gebildet wird, zwischen die Außenfläche des Mantels 12 und die Innenfläche des Zylinders 22 b©i der Hin- und Herbewegung des Kolbens 10 im wesentlichen verhindert wird. Es ist Jedoch zu beachten, daß die Passung zwischen Mantelteil 12 und Zylinder 22 zwar so eng 1st, daß die Hin- und Herbewegung des Kolbens 10 eine entsprechende Hin- und Herbewegung der Membraneinrlohtung bewirkt, wie welter unten beschrieben, die Passung aber doch wieder lose genug 1st, um bei der Abwärtsbewegung oder dem Arbeitshub des Kolbens 10 eine kleine Menge Hydraulikflüs-

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eigkeit «us dft* Druekübertragungsraum 25 auelecken zu lassen. Dl·«·, geringe L«ekra«nge dient zur Schmierung der aufeinander gleitenden Flächen des Mantelteile 12 und des Zylinders 22 sowie zur Unterstützung der Kühlung der Hydraulikflüssigkeit in dem DruokUbertragungsraum, wenn Flüssigkeit nachgefüllt wird.

Dem Kolbenende Il ist an seiner oberen Fläche ein halbkugelfSrmiger FuB 16 zugeordnet, der mit einer Druckplatte 18 verbunden ist. Die Druckplatte l8 greift ihrerseits gleitbar an der unteren Fläche einer Nocken- oder Taumelscheibe 21 an und überträgt die Taumelbewegung der Scheibe 21 auf den Kolben Zwischen der Druckplatte 18 und der Nockenscheibe 21 1st zur Verringerung der Reibung zwischen den beiden Flächen ein Axialnadellager 19 angeordnet. Beim Betrieb der Pumpe rotiert die in bezug auf die durch Ihre Mitte gehende Welle (nicht dargestellt) geneigt angeordnete Nockenscheibe 21 und bewirkt dadurch dl· Hin- und Herbewegung des Kolbens 10, Nach der Abwärtsbewegung aus der in Flg. 1 dargestellten.Stellung zu der in Flg. dargestellten Stellung wird der Kolben 10 durch die Schraubenfeder 20, die sich mit einem Ende auf das Unterteil 14 und mit dem anderen Ende auf einen Tel^eines Membrananschlages 22 abstützt« in dl® Stellung nach Fig. 1 zurückgeführt.

Das Unterteil :A des Kolbens 10 besteht aus einem scheibenförmigen Teil, dessen Uiafangskante gegen die Innenfläche des Mantelteils 12 durch einen O-Hlng 15 abgedichtet ist, und einer Hülse 26, die mit dem Scheibenteil aus einem Stück geformt und rechtwinklig zu diesem angeordnet ist. In der Mitte des scheibenförmigen Teils des Unterteils 14 befindet sich ein Rückschlagventil, das aus einer Ventilkugel 35 sowie einem Ventilsitz 36 besteht und den Zufluß von Hydraulikflüssigkeit aus dem Innern der Hülse 34 in die zone 37 zwischen dem Endteil 11 und

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dem Unterteil i4 verhindert. Wie jedoch ersichtlich, behindert das Rückschlagventil nicht die Strömung der Flüssigkeit aus der Zone 37 in einen Kanal 34, wenn der Druck in dem übertragungsraum 25 niedriger als in dem Hydraulikflüssigkeit-Vorratsbehälter 39 ist. Beim Arbeitshub des Kolbens 10 bewirkt daher der Druck der Hydraulikflüssigkeit.in dem Druokübertragungsraum 25 und in den Kanälen 34 ein Anliegen der Kugel 35 an den Sitz 36, so daß ein Entweichen von Flüssigkeit aus dem Raum 25 verhindert wird. Beim Rückhub des Kolbens 10 unter normalen Pumpbedingungen dagegen wird der Druck auf die Kugel 35 aufgehoben, so daß Flüssigkeit aus der Zone 37 in den Kanal 34 einfließen kann.

Quer durch das untere Ende des Hülsenteils 26 erstreckt sich ein Begrenzungsbolzen 28, der fest mit dem Hülsenteil 26 verbunden ist und aus dem Hülsenteil 26 so weit vorsteht, daß er durch zwei Langlochöffnungen 29 in dem Hülsenteil 30 des MembranstöSels ragt und an einem Ende eines Vorspannelementes angreift, das in einer bevorzugten Ausftihrungeforas eine Schrauben- feder 31 ist. An einem Ende des Hülsenteils 26 ist ferner ein Begrenzung88tößel 32 befestigt, der ein langgestrecktes Bauteil darstellt, der sich durch den Innenraum 34 der Hüls· 26 erstreckt und eine Rückschlagventilkugel 35 in einer solchen Stellung hält, daß sie sich an den in dem scheibenförmigen Teil des Unterteils 14 eingeformten Rüoksohlagyentileitz 36 anlegen kann. In dem Hülsenteil 26 ist nahe dem unteren End· ein· zylindrische öffnung 38 eingeformt, die Teil eines Oleitventila ist, das weiter unten näher beschrieben wird.

Der Druckübertragungsraum 25 wird an einer Seite duroh eine Membraneinriohtung begrenzt, die aus einer dloht zwischen den Gehäuseteilen 24 und 4l angeordneten biegsamen Membran 44, einer

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an der Unter- oder Pumpraumseite der Membran 44 angebrachten Mitnehmerplatte 42, einer unmittelbar oberhalb der Membran angeordneten Membranstößelplatte 44 und einem Membranstößel 46 besteht, der sich von der Stößelplatte 45 nach oben in die Druck-Ubertragungskammer 25 erstreckt. Die Mitnehmerplatte 42, die Stößelplatte 45 und der Stößel 46 sind bei der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung durch eine Schraube 48, die durch die Platten 42 und 45 sowie durch die Membran 44 hindurchgeht und in denMembranstößel 46 eindringt, fest miteinander verbunden. Zu der Membraneinrichtung gehört ferner ein Anschlag- oder Schulterteil 22, das an der Ober- oder Druckübertragungsraumselte der Membran 44 anstößt, wenn der Kolben 10 unter bestimmten Pumpbedingungen das Ende seines RUckhubs erreicht. Man beachte, daß die an die Membran 44 anstoßende Fläche des Schulterteils 22 komplementär zu der Form der Membran 44 in ihrer obersten Stellung geformt ist. Wie weiter unten näher beschrieben wird, ist der Schulterteil 22 so angeordnet, daß er die Aufwärtsbewegung der Membran 44 begrenzt und die NachfUllung des Druckübertragungeraumes 25 mit Hydraulikflüssigkeit als Ersatz für die Flüssigkeit ermöglicht, die beim Arbeitshub verlorengeht, wenn die pumpe mit unter Druck stehendem Zulauf arbeitet.

Ein mit dem Membranstößel 46 aus einem Stück geformtes Hülsenteil 30 erstreckt sich von dem Stößel 46 nach oben und ist mit zwei axial ausgerichteten, sich diametral gegenüberliegenden Langlöchern 29 und einem geflanschten Oberteil 49 versehen, an dem ein Ende der Schraubenfeder 31 befestigt ist, deren anderes Ende sich auf den Bolzen 28 abstützt. Der HUlsenteil 30 ist gleitbar über der Hülse 26 des Kolbens 10 angeordnet und soll einen Durchfluß der Hydraulikflüssigkeit zwischen der Außenfläch· der Hülse 26 und der Innenfläche des Hülsenteils 30 verhindern. Um dies zu erreichen, entsprechen die Abmessungen

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der zylindrischen Innenfläche der Hülse 30 ungefähr den Abmessungen der zylindrischen Außenfläche der Hülse 26.

Die Langlöcher 29 sind in der Hülse 30 so angeordnet, daß der Begrenzungsbolzen 28 zur Abstützung des einen Endes der Feder 31 sich durch die Löcher 29 erstreckt und daß die Löcher 29 sich in axialer Flucht mit der öffnung 38 befinden. Bei dieser Anordnung bilden die Hülsenteile 26 und 30 mit ihren öffnungen 38 und 29 ein Gleitventil zur Regulierung der Flüssigkeitsströmung zwischen dem Druckübertragungsraum 25 und dem Innern 34 der Hülse 26. wenn beispielsweise die Hülsen 26 und 30 sich in dea in den Figuren 1 und 3 dargestellten Stellungen zueinander befinden, kommt die öffnung 29 nicht mit der öffnung 38 zur Deckung, so daß keine Strömung zwischen dem Raum 25 und dem Kanal 34 stattfinden kann, wenn jedoch die Hülsen 26 und 30 sich in der in den Figg. 2 und 4 dargestellten Stellung befinden, kommt, die öffnung 29 salt der öffnung 38 zur Deckung, so daß Flüssigkeit zwischen dem Raum 25 und dem Kanal 34 fließen kann. Wie weiter unten b®i der Besehreibung der Arbeitsweise . der Kolbenvorrichtung erläutert wird, dient das aus den Elementen 26, 29, 30 und 38 bestehende Gleitventil dazu, beim.Rückhub des Kolbens Hydraulikflüssigkeit in den Druckübertragung»- raum nachzufüllen.

Die zwischen dem Bolzen 28 und dem oberen Flansch 49 angeordnete Schraubenfeder 31 dient dazu, die Membraneinriohtung ständig unter Vorspannung zu setzen und somit die Membran 44 in Richtung auf den Druckübertragungsrauii 25 vorzuspannen. Daher ist ein Ende der Feder 31 an einem Teil dsr Membraneinrichtung befestigt, während das ander© Ende der Fedar 31 an dem Kolben 10 befestigt ist. Die von der Feder 31 ständig auf die Membran 44 ausgeübte Kraft verhindert das Auftreten von Kavitation im Druck-Ubertragungsraum 25, wenn ein Mangel an zu pumpender Flüssig-

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kelt vorliegt. Außerdem wird sich bei der Beschreibung der Arbeitsweise der Kolbenvorrichtung zeigen, daß die Feder 51 . sich beim Betrieb der Vorrichtung nur dehnt, wenn im Druckübertragungsraum 25 ein Plüssigkeitsverlust stattgefunden hat, und dann 1st die Größe der Federdehnung nur gleich dem Flüssigkeitsverlust. Auf diese weise wird die Verminderung des Pumpenwirkungsgrades durch die Maßnahmen zur Verhinderung von Kavitation im Druckübertragungsraum 25 auf einem Minimum gehalten.

Unmittelbar unterhalb der Membraneinrichtung befindet sich der PumprÄum 50 und eine Pumpventi!einrichtung. Die PumpventileInrichtung besteht aus einem Saugventil 51 und einem Ausströmventil 52, jedes mit einem Ventilsitz 54, einem Ventilteller 55, einem Federglied 56 und einem Halterungsglied 58. -Dies© Bauteile sind so angeordnet, daß die zu pumpende Flüssigkeit aus dem Zuflußkanal 59 durch das Ansaugventil 51 in den pumpraum 50 und aus den Pumpraum 50 durch das Ausströmventil 52 in die Ausflußleitung 60"strömen kann. Eine Strömung von Flüssigkeit durch das Ansaugventil 51 findet Jedoch nur statt, wenn die Druckdifferenz zwischen dem Pumpraum 50 und der Zuflußleitung 59 groß genug ist, um die Kraft der Feder 56 des Ansaugventils zu überwinden. Damit die Pumpe mit höchstmöglichem Wirkungsgrad arbeitet, muß die Druckdifferenz natürlich so klein wie uBglioh eein. Ferner besteht unter idealen Bedingungen eine ununterbrochene Zufuhr von pumpflüssigkeit zur Leitung 59 und damit zvtm Purapraum 50» Infolge der Hin- und Herbewegung der Membran 44 wird beim Aufwärts- oder Rückhub des Kolbens 10 zu pumpende Flüssigkeit duroh das Ansaugventil 51 In den Pumpraum 50 angesaugt und beim Abwärts- oder Arbeitshüb des Kolbens und der Membran aus den Pumpraum 50 duroh das Ausströmventil 52 hinausgedruckt.

Die in Fig. 2 dargestellte zweite Ausführungsform der Kolben-

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vorrichtung ist bis auf eine andere Anordnung der Rückschlagventilkugel und dem Fehlen des Begrenzungsstößels 32 mit derjenigen von Fig. 1 identisch. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, befinden sich RUckschlagventilkugel 60 und Sitz 6l im Endteil 11 des Kolbens 10 und nicht, wie bei der Vorrichtung nach Fig. 1, im Unterteil 14 des Kolbens 10. Rückschlagventilkugel 60 und Sitz 6l der zweiten AusführungBform arbeiten jedoch in der gleichen Weise wie Rücksohlagventilkugel 35 und Sitz 56 der Vorrichtung nach Fig..1.

Nach Beschreibung des Aufbaus der Kolbenvorrichtung wird nun unter Bezugnahme auf die Figg. 1 bis 4 die Arbeitsweise beschrieben: Zunächst bewegt sich bei Normalbetrieb, bei dem der Druck im Pumpraum 50 beim Saughub unter den Atmosphärendruck absinkt, der Kolben 10 zwischen der in Fig. 1 dargestellten ersten Stellung und der in Fig. 2 dargestellten zweiten Stellung hin und her. Der Arbeitshub oder die Abwärtsbewegung des Kolbens 10 von der ersten in die zweite stellung wird durch die Drehung der Nocken- oder Taumelscheibe 21 und die Übertragung der sich daraus ergebenden Hin- und Herbewegung über die Druckplatte 18 und den halbkugelförmigen Fuß l6 auf das Kolbenende Il bewirkt. Der Rückhub oder die Aufwärtsbewegung des Kolbens 10 von der zweiten Stellung in die erste stellung von der zwischen einem Teil des Schultergliedes 22 und der unteren Fläche des Kolbenunterteils 14 angeordneten Schraubenfeder 20 auf den Kolben ausgeübte Kraft bewirkt. Durch die wirkung der Feder 20 wird das Unterteil 14 ständig gegen die untere Fläche des Kolbenendes 11 gedrückt.

Da die DruckUbertragungskammer 25 mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt ist, bewirkt die Bewegung des Kolbens 10 beim Arbeltshub von der ersten Stellung (Fig. 1) in die zweite Stellung (Fig.2) eine entsprechende Bewegung der Membran 44 von der ersten Stel-

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lung (Pig. 1) in die zweite Stellung (Pig. 2). Während des gesamten Arbeitshubee ist natürlich das Rückschlagventil der Ventileinrichtung geschlossen, da die Flüssigkeit in dem Druckübertragungsraum 25 und dem Kanal 34 die Kugel 35 gegen den Sitz 36 drückt und das Entweichen von Flüssigkeit aus dem Druck-Ubertragungsraum durch das Rückschlagventil verhindert, wenn unter idealen Bedingungen beim Arbeltshub keine Verluste an Hydraulikflüssigkeit in der DruckUbertragungskammer 25 eintreten, 1st das durch die Abwärtsbewegung des Kolbens 10 verdrängte FlUssigkeltsvolumen gleich dem Flüsslgkeitsvolumen, das den durch die Bewegung der Membran 44 von der Stellung 1 in die Stellung 2 freiwerdenden Raum ausfüllt. Mit anderen Worten, unter idealen Bedingungen ist das Volumen der DruckUbertragungskammer 25, die durch den Kolben, die Membran und einen Teil des Zylinders 22 begrenzt wird, jederzeit während des Pumpenbetriebes konstant. Unter realen Bedingungen jedoch besteht zwischen der Außenfläche des Mantels 12 und der Innenfläche des Zylinders 22 eine solche Toleranz, daS beim Arbeltshub eine kleine Menge Hydraulikflüssigkeit aut dem DruokUbertragungsraun 25 auslecken kann. Infolge dieses geringen Flüssigkeitsverlustea 1st die Abwärtsbewegung der Membran 44 etwas geringer als die entsprechende Abwärtsbewegung des Kolbens 10, wobei die QröQe der Bewegungsdifferenz gleich dem Volumen des Flüssigkeiteverlustes ist. Die geringere Bewegung der Membran 44 im Verhältnis zur Bewegung des Kolbens 10 führt zu einer relativen Bewegung zwischen den Hülsenteilen 26 und 30. wenn beispielsweise, wie in Fig. 2 dargestellt, die Membran 44 sich unter realen Bedingungen in ihrer zweiten Stellung befindet, hat sich der Hülsenteil 26 relativ zu dem HUlsenteii 30 abwärts bewegt, so dae die öffnung 38 eich mit der Öffnung 29 deokt. In dieser Stellung ist das Oleitventil offen. Eine detaillierte Ansicht des Qleitventlls in offener Stellung gibt Fig. 4 wieder. Wie

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man sieht, befindet sioh die öffnung 38 mit der öffnung 29 in Deckung.

Wenn der Kolben 10 seinen RUokhub oder seine Aufwärtsbewegung von der Stellung 2 (Fig. 2) zur Stellung 1 (Fig. 1) beginnt, hängt die entsprechende Bewegung der Membran 44 bis zu einen gewissen Grade von den Bedingungen ab, die in der Zuflüßleitung 59 für die zu pumpende Flüssigkeit herrsohen. wenn unter normalen Bedingungen der Ansaugdruok im Pumpraum 50 unter Atmosphärendruck absinkt, fällt auch der Druck in dem DruckUbertragungsraum 25 unter den Atmosphärendruck ab, so daß Hydraulikflüssigkeit aus dem Vorratsbehälter 39 durch die Kanäle 40, 37* 1>^ und die öffnungen 38 sowie 29 in den DruckUbertragungsraum 25 strömt, wenn der Kolben 10 mit dem RUokhub beginnt. Dieser Zufluß zu dem Raum 25 hält an, bis bei der Aufwärtsbewegung des Kolbens 10 die Hülse 26 eine Stelle erreicht, bei der die öffnung 38 und die öffnung 29 sich, nicht mehr decken, wie dies in den Figg. 1 und 3 dargestellt ist. Wenn dies eintritt, ist der Flüssigkeitsverlust des DruokUbertragungsraumee 25 während des Arbeitshubes ersetzt, und die Membran 44 beiregt sich mit dem Kolben 10 aufwärts, bis Kolben und Membran die in Fig. 1 veranschaulichte stellung erreichen, in der die Membran 44 einen geringen Abstand von dem Mejnbrananschlag 22 hat. Bei der realen Fertigung hat die Membran in diese^stellung einen Abstand von dem Anschlag 22, der gleich dem halben Durchmesser der öffnung 38 ist.

Wenn die zu pumpende Flüssigkeit dem Pumpraum unter Druck zugeführt wird, wird die Hydraulikflüssigkeit in der Druckübertragungskammer 25 am Ende des RUokhubes nachgefüllt, wenn die Membran 44 an den Membrananschlag 22 anstößt. Beispielsweise wird bei zufuhr der Pumpflüssigkeit unter Druck und Abwesen-

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heIt eines Unterdrückte in dem Raum 50 die Membran 44 mit dem. Kolben 10 durch die Kraft der Feder 31 nach oben bewegt. Während dieser Bewegung fließt keine Flüssigkeit au« dem Vorratsbehälter zu dem DruckUbertragungsraum 25, obwohl die öffnungen 38 und 29 offen sind, da in dem Raum 25 kein Unterdruck herrscht. Wenn jedoch die Membran 44 an den Ansohlag 22 anstößt, bewirkt die weitere Aufwärtsbewegung des Kolbens 10« das der Druck in dem Druokübertragungsraum 25 unter den Atmosphärendruck abfällt, so dafi Flüssigkeit durch die Kanäle 40, 37 und 34 sowie durch die Offnungen 38 und 29 angesaugt wird. Wenn unter diesen Bedingungen der Kolben 10 sich in der In Flg. 1 dargestellten Stellung befindet, liegt die Membran 44 an dem Membranansohlag 22 an, und die Offnungen 38 und 29 sind offen.

Man beachte, daß, wenn die Kolben- und Membraneinrichtung sich in der in Fig. 1 dargestellten Stellung befinden, die Hülsen 26 und 30 eine solche Stellung einnehmen, daß die öffnungen und 29 geschlossen sind; doch wenn die Membran 44 an den Anschlag 22 anstößt, wie oben beschrieben, nimmt die Hülse 26 zu der Hülse 30 eine solche Stellung ein, daß die öffnungen 29 und 38 offen sind. Eine solche Änderung der Stellung der Membran zum Kolben 10 führt zu einer geringen verminderung des Volumens des Druckübertragungsraumes 25. Das Gleitventil wird deshalb stets offen sein, wenn das Volumen des DruckUbertragungsraumes 25 kleiner als das Volumen dieses Raumes unter Bedingungen ist, bei denen sich die Kolben- und Membraneinrichtung in der in Fig. 1 dargestellten ersten Stellung befinden. Man beachte ferner, daß das Gleitventil infolge von Leckverlusten der im DruckUbertragungsraum befindlichen Hydraulikflüssigkeit während eines Teils des Arbeitshubes des Kolbens 10 offen sein kann; das Rückschlagventil ist jedoch während des gesamten Arbeitehubes geschlossen, so daß der Zufluß von Hydraulikflüssigkeit aus dem

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Vorratsbehälter 39 in den DruckUbertragungsraum 25 verhindert wird.

Wenn der Kolben 10 und die Membran 44 sich während des Arbeitshubes nach unten bewegen, wird die im Pumpraum 50 befindliche Pumpflüssigkeit durch das Ausströmventil 52 in die Abflußleitung 60 gedrückt. Bei der Aufwärtsbewegung oder dem RUckhub des Kolbens 10.und der Membran 44 wird durch die Leitung 59 und das Ansaugventil 51 zufließende Flüssigkeit in den Pumpraum 50 angesaugt. Dieser Vorgang wiederholt sich bei jeder Hin- und Herbewegung der Membran 44 und des Kolbens 10.

Unter idealen Bedingungen, d.h. bei reichlichem Zufluß von Pumpflüssigkeit durch die Leitung 59, oszillieren der Kolben 10 und die Membran 44 in der oben beschriebenen Weise, und es kommt zu keinerlei Kavitation, weder in dem DruckUbertragungsraum 25 noch in dem Pumpraum 50. wenn jedoch, wie es manchmal der Fall ist, in der Zuflußleitung 59 ein Mangel an PumpflUssigkeit herrscht, erzeugt die Membran44 bei ihrer Aufwärtsbewegung einen Unterdruck im Pumpraum '50. Wenn dies eintritt, wird in dem DruckUbertragungsraum 25 durch die Aufwärtsbewegung des Kolbens 10 und in dem Pumpraum 50 ein Zustand geschaffen, der Kavitation begünstigt. Durch das Federglied 51 wird jedoch die Membraneinriohtung von dem Pumpraum 50 weg in Richtung auf den Druckübertragungeraum 25 gedrückt. Unter diesen Bedingungen wird eine Kavitation in dem DruckUbertragungsraum 25 verhindert. Die Bemessung der Feder 31 ist zwar nicht kritisch, doch muß sie so stark sein, daß sie einen ausreichend hohen Druck auf die Membraneinrichtung und den Raum 25 ausübt, um zur Vermeidung von Kavitation die Membran 44, wie in Fig. 1 dargestellt, konvex zu halten. Bei der bevorzugten AusfUhrungeform wurde gefunden, daß die Feder 31 so bemessen werden soll, daß sie einen

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Druck von 2 bis j5 N/cm auf die dem Druckübertragungsraum zügewandte Seite der Membran ausübt.

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Claims

4.10.1974

Ansprüche

1.) Kolbenvorrichtung für eine Membranpumpe mit einem durch eine Membran getrennten Pumpraum und einem Druckübertragungsraum, gekennzeichnet durch ein Vorspannelement (51), das ständig auf die Membran (44) in Richtung auf den Druokübertragungsraum (25) wirkt, und Ventile (35, 365 60, 6lj 26, 30, 38, 29), die auf eine Relativbewegung zwischen der Membran (44) und einem Kolben (10) der Kolbenvorrichtung ansprechen und den Zufluß von Hydraulikflüssigkeit von einem Vorratsbehälter (39) zu dem Druckübertragungsraum (25) dadurch regeln, daß die Ventile (35, 36; 60, 6l) schließen, wenn der Druck in dem Druckübertragungsraum (25) höher als der Druck in dem Vorratsbehälter (39) ist, und daß die Ventile (35, 36; 60, 6lj 26, 30, 38, 29) öffnen, wenn der Druck in dem Druckübertragungsraum (25) niedriger als der Druck in dem Vorratsbehälter (39) und das Volumen des Druckübertragungsraumes (25) kleiner als zu Beginn.des Pumpenhubes ist.

2. Kolbenvorrichtung nach Anspruch 4* dadurch gekennzeichnet, daß das Vorspannelement (31) eine Schraubenfeder ist.

3. Kolbenvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ventile aus einem Rückschlagventil (35, 36j 60, 6l), das den Zufluß von Hydraulikflüssigkeit aus dem Vorratsbehälter (39) in den DruokUbertragungeraum (25) verhindert, wenn der Druck in dem Druokübertragungsraüm {25) höher als der Druck in dem Vorratsbehälter (39) ist, und einem Qleitventil (26, 30, 38, 29) bestehen, das bei der Stellung des

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Kolbens (10) und der Membran (44) am Ende des Rückhubes . offen ist, wenn das Volumen der Hydraulikflüssigkeit kleiner als das Volumen des Druckübertragungsraumes (25) ist.

4. Kolbenvorrichtung nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitventil aus einer mit dem Kolben (10) verbundenen Hülse (26) und einer mit der Membran (44) verbundenen Hülse (30) besteht, die ineinander gleiten und jeweils mit öffnungen (38, 29) versehen sind, bei deren Deckung das Ventil offen und bei deren Nichtdeckung das Ventil geschlossen ist.

5. Kolbenvorrichtung nach einem der Ansprüche l bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil (35, 365 60, 6l) zwischen dem Vorratsbehälter (39) für die Hydraulikflüssigkeit und dem Gleitventil (26, 30, 38, 29) angeordnet ist.

6. Kolbenvorrichtung nach einem der Ansprüche l bis 5* dadurch gekennzeichnet, daS das Vorspannelement (31) an einem Ende mit der Membran (44) und am anderen Ende mit dem Kolben (10) verbunden ist.

7. Kolbenvorriehtuag nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das VorspanneXement (31) an einem Ende mit der Hülse (26) und am anderen Ende mit der Hülse (30) verbunden ist.

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