DE2515535A1

DE2515535A1 - Membranpumpe

Info

Publication number: DE2515535A1
Application number: DE19752515535
Authority: DE
Inventors: David Henry Theophi Elderfield
Original assignee: SEDCO PRODUCTS Ltd
Current assignee: SEDCO PRODUCTS Ltd
Priority date: 1974-04-11
Filing date: 1975-04-09
Publication date: 1975-10-30
Also published as: GB1508125A; US4021157A; AU8008275A

Description

Dr.-Ing. Herbert Moser _OC

Patentanwalt ZD

75 Karlsruhe, Nowackanlage 15

A 718

Anmelder: Sedco Products Limited, Salisbury, Wilts (England)

Membranpumpe

Die Erfindung betrifft eine Membranpumpe mit einer Pumpenkammer, welche durch eine elastische Membran in zwei Teilräume geteilt wird, wobei der eine Teilraum mit einem Zylinder kommuniziert, in welchem ein bewegbarer Antriebskolben angeordnet ist, und bei der ferner der von der Membran abgeschlossene Raum unterhalb des Kolbens mit einer hydraulischen Flüssigkeit derart gefüllt ist, daß die Kolbenbewegung eine entsprechende Bewegung der Membran hervorruft, und daß der andere Teilraum der Pumpenkammer, welcher das Fördermedium ■ enthält, mit einem Einwegeinlaß- und einem Einwegauslaßventil versehen ist.

Bei den bekannten Pumpen dieser Art besteht die elastomerische Membran entweder aus einem zylindrischen Rohrkörper, welcher an jedem offenen Ende festgespannt ist oder aus einem zylindrischen Rohrkörper, der an einem Ende geschlossen und am anderen, offenen Ende eingespannt ist. Eine solche Ausführungsform einer Membranpumpe ist in der britischen Patentschrift Nr. 1 190 995 dargestellt. Beide Ausführungsformen erweisen

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sich im Betrieb in der Hinsicht als ungenügend, daß sie zur Vermeidung von unzulässiger Belastung der Membran und dementsprechend schneller Erschlaffung eine Einschränkung der Bewegungsamplitude verlangen, welche die Förderkapazität der Pumpe vermindert.

Die Erfindung geht von der Aufgabenstellung aus, die nach dem Stande der Technik vorbekannten Ausführungen von Membranpumpen, insbesondere in Hinsicht auf die Vergrößerung der Förderleistung und die lebensdauer der Membran zu verbessern. Das Kennzeichnende der Erfindung ist darin zu sehen, daß die Membran im wesentlichen kugelkalottenförmig, vorzugsweise halbkugelförmig gestaltet ist. Die Membran ist dabei vorteilhaft an ihrem Umfang in der Pumpenkammer befestigt und so angeordnet, daß die Teilkammer, welche in Verbindung mit dem Zylinder steht, den Baum innerhalb der Membran einschließt. Eine solche Ausbildung erscheint als bedeutende Verbesserung gegenüber der vorbekannten Anordnung, indem bei einer gegebenen maximalen Belastung im Membranmaterial eine wesentlich größere Ausdehnung zugelassen werden kann, wodurch sich bei einer Pumpe mit den Merkmalen der Erfindung eine erheblich höhere Förderleistung ergibt. Außerdem verschleißt die Membran nicht so schnell.

Eine Pumpe gemäß der Erfindung kann eine einzelne Pumpenkammer aufweisen, welche mit einem einzelnen Kolben und einem Zylinder zusammenwirkt. Eine verbesserte Ausführung läßt sich jedoch auch in der Weise aufbauen, daß das Pumpenge-

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häuse an entgegengesetzten Endteilen je einen Kolben, einen Zylinder und eine Pumpenkammer aufweist, welche an die Endteile anschließt und mit dem hineinragenden Zylinder kommuniziert. Zur Steigerung der Förderleistung einer solchen Pumpe ohne Vergrößerung der physikalischen Abmessungen der Einzelteile können verschiedene der beschriebenen Einheiten seitlich aneinander anschließend mit einer gemeinsamen Antriebswelle verbunden werden.

Ein weiterer, wesentlicher Vorteil läßt sich gegebenenfalls dadurch erzielen, daß die Pumpenkammer mit dem an ihr angeordneten Einwegeinlaß- und Auslaßventil für die zu pumpende Flüssigkeit derart angeordnet ist, daß sie leicht als Baueinheit vom Pumpengehäuse abnehmbar ist. Dadurch wird die Wartung dann wesentlich erleichtert, wenn eine Pumpenkammer durch Bruch der Membran oder Störung an den Ventilen fehlerhaft wird. In diesem Falle läßt sich die Pumpenkammer mit ihren zugehörigen Teilen leicht und schnell abnehmen und durch eine neue Baueinheit ersetzen.

Es kann außerdem vorteilhaft sein, daß die Pumpenkammer unterhalb einer Ebene liegt, welche die Achsen des Zylinders und der Antriebswelle enthält. Eine solche Ebene ist normalerweise horizontal. Durch diese räumliche Anordnung wird das Austreiben der Luft aus dem geschlossenen, mit hydraulischer Flüssigkeit gefüllten Innenraum des Zylinders und dem angeschlossenen Teilraum der Pumpenkammer wesentlich erleichtert. Dieser Teilraum muß vollständig mit einer geeigneten hydraulischen Flüssigkeit gefüllt sein, damit die Pumpe einwandfrei arbeitet.

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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung schematisch dargestellt; es zeigen:

Figur 1 eine Draufsicht auf eine Pumpe gemäß der Erfindung,

Figur 2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht der in Figur 1 dargestellten Pumpe,

Figur 3 einen Querschnitt der Linie III—III in Figur 1 und

Figur 4 einen Querschnitt der Linie IV-IV in Figur

Die in den Zeichnungen dargestellte Pumpe enthält ein Pumpengehäuse 1, an dessen beiden Endteilen sich je eine Pumpenkammer 2 und 3 anschließt. An jedem Endteil besitzt das Pumpengehäuse 1 eine-Ausnehmung 4 (vgl. Figur 2), in welcher ein Zylinder 5, der einen Kolben 6 enthält, befestigt ist. Der Kolben 6 besitzt ein kugelförmiges Ende 7, das in einem Sockelstück 8 eines Schuhes 9 liegt. Dieser Schuh 9 trägt eine Exzenterscheibe 10, die durch ein Sicherungsstück 11 mit einer Antriebswelle 12 verbunden ist. Das Sicherungsstück 11 wird in seiner Lage durch ein Paar Kugeln 13 gehalten (vgl. Figur 3), welche in einer Ausformung 14 der Exzenterscheibe 10 liegen und dort in ihrer Lage durch eine Madenschraube 15 gehalten werden.

Der Zylinder 5 weist einen Flanschkopf 16 auf, der sich in den verlängerten Teil der Ausnehmung 4 erstreckt und dort

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eingeschraubt ist. Die Pumpenkammer 2 (3) ist an den Endteilen des Pumpengehäuses 1 über einen Träger 17 angeschlossen, wobei ein Stift 18 in die Zylinderwand eingreift, und die korrekte Lage des Zylinders 5 in der Ausnehmung 4 sichert. Der Träger 17 enthält eine Aussparung 19, welche die Verbindung zwischen der Pumpenkammer 2 und dem Zylinder 5 herstellt. Die Lage des Trägers 17 wird durch einen Ansatz 20 bestimmt, welcher in den Zylinder 5 eingreift und gegenüber diesem durch eine Dichtung 21 abgedichtet ist.

Der Kolben 6 zeigt eine Innenbohrung 22, welche ein Ende einer Druckfeder 23 fixiert, deren anderes Ende in dem Ansatz 20 festgelegt ist. Diese Druckfeder 23 sichert, daß das kugelförmige Ende 7 des Kolbens 6, der Schuh 9 und die Exzenterscheibe 10 in Kontakt gehalten werden.

Die Seitenteile 24 und 25 des Pumpengehäuses 1 sind mit Zapfenlagern 26 und Stirnlagern 27 für die Welle 12 versehen. Eine Lippendichtung 28 verhindert das Entweichen von hydraulischer Flüssigkeit aus dem Pumpengehäuse 1.

Die Pumpenkammer 2 enthält einen Körper 29, welcher an seiner Stirnfläche mit Schraubbolzen 30 an eine Ansatzfläche des Trägers 17 angeschraubt ist. Der Körper 29 weist im Bereich seiner stirnseitigen Anschlagfläche eine abgesetzte zylindrische Bohrung 31 auf, welche einen Teil 32 von erweitertem Durchmesser im Bereich des Endes besitzt, der mit einem Schraubengewinde zur Aufnahme eines eingeschraubten Befestigungsringes 33 versehen ist. Dieser Befestigungsring 33 liegt

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gegen ein ringförmiges Haltestück 34 der Membran an, welches in die Bohrung 31 eingreift. Der Körper 29 der Pumpenkammer wird gegenüber dem Träger 17 durch einen an diesem vorgesehenen Hohlzapfen 35 orientiert, welcher in die Mittelöffnung des ringförmigen Haltestücks 34 eingreift und diesem gegenüber über eine Randdichtung 36 abgedichtet ist.

Das ringförmige Haltestück 34 ist mit einem sich in Axialrichtung erstreckenden Flansch versehen, der in eine radial nach außen weisende Nase 37 übergeht. Der Flansch und die Nase bilden mit der Wand der Bohrung 31 eine Nut, in der die äußere Kante 38 einer hibkugelförmigen Membran aus elastomerischem Material eingespannt ist. Die Bohrung 31 zeigt einen sich nach innen erstreckenden Ringwulst 40, welcher mit der Nase 37 in der Weise zusammenwirkt, daß der Randteil dem Membran 39 in der Bohrung 31 festgespannt wird. Beim Zusammenbau des ringförmigen Haltestücks 34 mit der an diesem befestigten Membran 39 wird das Haltestück 34 in die Bohrung 31 soweit hineingepreßt, bis die Nase 37 dem Ringwulst 40 gegenüber liegt, wodurch der dazwischen liegende Teil der Membran 39 zusammengepreßt wird. Das Haltestück 34 wird dann in der Festspannlage durch den Befestigungsring 33 festgelegt.

Die Membran 39 teilt die Pumpenkammer in einen inneren Teilraum 41 und in einen äußeren Teilraum 42. Der innere Teilraum 41, welcher den von der Membran 39 umschlossenen Raum enthält, steht über die Aussparung 19 im Träger 17 und über

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den Hohlzapfen 35 mit dem Innenraum des Zylinders 5 in Verbindung. Im Betrieb ist dieser ganze Saum mit einem geeigneten hydraulischen Öl gefüllt, so daß sich die Membran 39 ausdehnt und zusammenzieht, wenn sich der Kolben 6 in Bezug auf den Zylinder 5 hinein- oder herausbewegt. Das Öl wird in das Pumpengehäuse 1 über eine Zuleitung eingefüllt, welche mit einem Schraubverschluß 43 verschlossen ist. Damit das Öl in den inneren Teilraum 41 der Pumpenkammer fließen und die Luft aus diesem Raum entweichen kann, enthält der Zylinder 5 Durchlässe 44 an seinem oberen und unteren Wandteil, und zwar an solchen Punkten, welche vom Kolben 6 nicht abgedeckt werden, wenn sich dieser in der Endlage seiner Auswärtsbewegung befindet.

Es zeigt sich, daß ein Endabschnitt 45 der Bohrung 31 derart von der Membran 39 entfernt angeordnet ist, daß sich diese im Betrieb hinreichend ausdehnen kann, und außerdem ist dieser Endabschnitt so geformt, daß er eine Überdehnung der Membran, welche deren Bruch herbeiführen könnte, verhindert.

Der äußere Teilraum 42 der Pumpenkammer steht mit Einwegeinlaß- und Auslaßventilen 46, 47 in Verbindung, welche im Körper 29 der Pumpenkammer befestigt sind. Das Einlaßventil 46 ist über eine Verbindungsleitung 48 mit einem Mehrfacheinlaß 49 verbunden. Ebenso ist das Auslaßventil 47 über eine Leitung 50 mit einem Mehrfachauslaß 51 verbunden, welcher auf dem Pumpengehäuse 1 angeordnet ist. Dieser Mehrfachauslaß 51 ist mit einem Auslaßanschluß 52 und einem Druckmesser 53 versehen. Der Mehrfachanschluß kann ferner mit

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einer nicht gezeigten sprengbaren Berstscheibe bestückt sein, welche zerbricht, wenn der Auslaßdruck einen vorgegebenen Wert überschreitet. Außerdem kann ein in der Zeichnung ebenfalls nicht dargestelltes Rückschlagventil oder Ausgleichsventil vorhanden sein, welches den Auslaß der Pumpe in einen Bypaß öffnet, wenn gewollt oder ungewollt der Ausstoß der Pumpe abgeschaltet ist.

Derartige Pumpen sind für die verschiedensten Anwendungszwecke verwendbar. Sie können vorteilhaft zur Erzeugung von Hochdruckwasser für Reinigungsdüsen und dergl. benutzt werden.

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Claims

Ansprüche

1.iMembranpumpe mit einer Pumpenkammer, welche durch eine elastische Membran in zwei Teilräume geteilt wird, wobei der eine Teilraum mit einem Zylinder kommuniziert, in welchem ein bewegbarer Antriebskolben angeordnet ist, und bei der ferner der von der Membran abgeschlossene Raum unterhalb des Kolbens mit einer hydraulischen Flüssigkeit derart gefüllt ist, daß die Kolbenbewegung eine entsprechende Bewegung der Membran hervorruft, und daß der andere Teilraum der Pumpenkammer, welcher das Fördermedium enthält, mit einem Einwegeinlaß- und einem Einwegauslaßventil versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (59) im wesentlichen kugelkalottenförmig, vorzugsweise halbkugelförmig gestaltet ist.

2. Membranpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpengehäuse (1) gegenüberliegende Endteile aufweist, an welche je ein Zylinder (5) mit bewegbarem Kolben (6) und eine Pumpenkammer (2,3) in Verbindung mit dem Zylinder (5) angesetzt sind.

3. Membranpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einwegeinlaß- und Auslaßventile (46,47) an einem Körper (29) der Pumpenkammer befestigt sind, und daß die Pumpenkammer (2,3) mit dem Pumpengehäuse (1)

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verbunden und von diesem abnehmbar ist.

4. Membranpumpe nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpenkammer (2,3) auf dem Pumpengehäuse (1) in der Weise angeordnet ist, daß sie sich unterhalb einer üblicherweise horizontalliegenden Ebene erstreckt, welche die Achsen des Zylinders (5) und der Antriebswelle (12) enthält.

5. Membranpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpenkammer in einem Körper (29) mit einer zylindrischen Bohrung (3D gebildet ist, daß sich die Bohrung (3D in eine Stirnfläche des Körpers (29) öffnet, daß ein ringförmiges Haltestück (34) in der Bohrung (3D verschiebbar ist, welches einen axial erstreckten Flansch mit einer nach außen ragenden Nase (37) aufweist, und daß Plansch und Nase (37) gegenüber der Bohrung (3D eine Nut bilden zur Aufnahme des Randes der Membran (39), und daß ferner die Bohrung (31) mit einem sich nach innen erstreckenden Ringwulst (40) versehen ist, welcher den Randteil der Membran (39) gegenüber der Nase (37) festspannt.

6. Membranpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das oben offene Ende der Bohrung (3D einen mit einem Schraubengewinde versehenen Teil (32) von größerem Durchmesser aufweist, welcher einen Befestigungsring (33) aufnimmt, der das ringförmige Haltestück (34) festlegt.

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7c Membranpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpengehäuse (1) eine Endfläche aufweist, von der der Zylinder (5) in das Gehäuse (1) hineinragt, ferner einen Träger (17) mit einer ersten Fläche gegenüber der Endfläche des Pumpengehäuses und einer zweiten Fläche zum Anschluß des Körpers (29) der Pumpenkammer, und daß der Träger (17) eine Aussparung (19) aufweist, über die der Zylinder (5) und der innere Teilraum (41) der Pumpemkammer miteinander verbunden sind.

8. Membranpumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Anschlagfläche des Trägers (17) einen zapfenförmigen Ansatz (20) aufweist, welcher in das äußere Ende des Zylinders (5) abgedichtet eingesetzt ist.

9« Membranpumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Anschlagfläche des Trägers (17) einen Hohlzapfen (35) aufweist, welcher unter Randabdichtung in das in der Pumpenkammer angeordnete Haltestück (34) eingreift.

10. Membranpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (12) eine Exzenterscheibe (10) in Kontakt mit den Kolben (6) aufweist.

11. Membranpumpe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß in Verbindung mit der Exzenterscheibe (10) ein Schuh (9) vorgesehen ist, welcher ein teilweise kugelförmiges Sockelstück (8) im Eingriff mit einem teilweise

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kugelförmigen Ende (7) des Kolbens (6) aufweist.

12. Membranpumpe nach Anspruch 11, dadurch gekenn zeichnet, daß eine Druckfeder (23) innerhalb des Zylinders (5) abgestützt ist, welche den Kolben (6) gegen die Exzenterscheibe (10) vorspannt.

13. Membranpumpe nach Anspruch 12, dadurch gekenn zeichnet, daß der Kolben (6) in einer Innenbohrung (22) das eine Ende der Druckfeder (23) abstützt.