DE3026792A1 - Membranpumpe - Google Patents

Description

HARBEN SYSTEMS LIMITED
Salisbury, Wiltshire
Großbritannien

Membranpumpe

Die Erfindung bezieht sich auf eine verbesserte Membranpumpe.

Es ist bekannt, daß eine Membranpumpe eine Membran aufweist, die einen Antriebsraum, dem ein Antriebsfluid zugeführt wird, von einem Pumpraum für das zu verdrängende Fluid trennt. Der Antriebsraum wird abwechselnd druckbeaufschlagt und druckentlastet, um Fluid aus dem Pumpraum durch einen ein Einwegventil enthaltenden Auslaß zu verdrängen und Fluid in den Pumpraum durch einen ein Einwegventil aufweisenden
Einlaß anzusaugen oder strömen zu lassen.

Um eine Fluidverdrängung mit im wesentlichen gleichbleibendem Druck zu erreichen, ist es bekannt, mehrere solche Pumpen miteinander zu verbinden, wobei diese Pumpen gemeinsame Ein- und Austrittskanäle aufweisen und von einem gemeinsamen Antrieb getrieben werden, wobei jedoch das Arbeitsspiel jeder Pumpe zu demjenigen der anderen Pumpen
phasenverschoben ist. Eine solche Anordnung hat jedoch den Nachteil, daß, falls ein Auslaßventil einer Pumpe in"der

030066/0772

Offenstellung steckenbleibt, das Hochdruckfluid im gemeinsamen Austrittskanal zurück in den Pumpraum strömt und schließlich die Membran beschädigt wird. Die auftretende Beschädigung der Membran resultiert hauptsächlich daraus, daß die Membran durch den Hochdruck gegen die Wandungen des Antriebsraums gedruckt und in Öffnungen und runde scharfe Kanten in diesen bzw. dieser Wandungen hineingedrückt wird. Ein Bereich, in dem ein solches Eindrücken speziell auftritt, liegt um den Einlaß des Antriebsfluids in den Antriebsraum.

Es wurde bereits in Verbindung mit einer Rohrmembranpumpe vorgeschlagen, diesen Einlaß mit einer Öffnungen aufweisenden Platte abzudecken, um dadurch den Querschnitt der einzelnen Öffnungen, durch die die Membran extrudiert bzw. gedruckt werden könnte, zu vermindern.

Unter diesen Bedingungen tritt jedoch eine noch stärkere Beschädigung der Membran dadurch auf, daß, während der Pumpraum mit Hochdruckfluid gefüllt wird, der Antriebsraum weiter abwechselnd mit druckbeaufschlagter Flüssigkeit gefüllt und druckentlastet wird, so daß die Membran ständig wieder in Anlage an die Wandung des Antriebsraums gebracht wird.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer verbesserten Membranpumpe, bei der die Membran in den vorstehend angegebenen Fällen nicht beschädigt werden kann.

Die Membranpumpe nach der Erfindung, mit einem eine Kammer bildenden Gehäuse, mit einer in der Kammer angeordneten Membran, die die Kammer in einen Antriebs- und einen Pumpraum unterteilt, wobei der Pumpraum einen Einlaß und einen Auslaß für zu förderndes Fluid aufweist und der Ein- und

030066/G772

der Auslaß je ein Einwegventil enthalten, und wobei der Antriebsraum einen Einlaß für Antriebsfluid aufweist, das abwechselnd druckbeaufschlagt und druckentlastet wird, ist dadurch gekennzeichnet, daß dem Einlaß des Antriebsraums ein Ventil zum Schließen des Einlasses zugeordnet ist, das unter normalen Betriebsbedingungen geöffnet ist und ein Ventilglied aufweist, das so angeordnet ist, daß es von der Membran kontaktierbar ist, wenn bei Druckentlastung des Antriebsraums im Pumpraum ein Hochdruck bestehenbleibt, so daß das Ventilglied in die Schließstellung bewegbar ist.

In bevorzugter Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Ventilglied in der Schließstellung bleibt, solange im Pumpraum ein Hochdruck bestehenbleibt, und bei Wegnahme des Hochdrucks in die Offenstellung zurückkehrt.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß bei Verschiebung des Ventilglieds in die Schließstellung das stromauf befindliche Antriebsfluid zum Behälter oder zur Atmosphäre geleitet wird, so daß das Ventilglied nicht mit Antriebsfluiddruck beaufschlagt wird. Damit kann das Ventilglied durch die Membran in seiner Schließstellung gehalten werden, wobei die Membran, die von dem Hochdruck im Pumpraum beaufschlagt ist, in einer Ruhelage gegen das in der Schließstellung befindliche Ventilglied gedrückt wird.

Nach der Erfindung ist vorgesehen, daß das Ventilglied bevorzugt becherförmig mit einem geschlossenen Boden ausgebildet ist, der der Membran zugewandt ist, und in seiner Seitenwandung Offnungen aufweist, durch die Antriebsfluid in den Antriebsraum strömt, wenn das Ventilglied die Offenstellung einnimmt. Vorteilhafterweise ist die Außenfläche

030066/0772

des geschlossenen Bodens des Ventilglieds im wesentlichen bündig mit den Wandungen des Antriebsraums, wenn das Ventilglied die Schließstellung einnimmt.

Die Erfindung ist insbesondere für Pumpen mit einer rohrförmigen Membran anwendbar, wobei der Pumpraum innerhalb der Membran und der Antriebsraum zwischen der Membran und den Wandungen der Kammer im Pumpengehäuse definiert ist, sie ist jedoch ebenso bei anderen Membranpumpen einsetzbar.

Durch die Erfindung wird also eine Membranpumpe angegeben, mit einem Gehäuse, das eine Kammer bildet, in der eine Membran vorgesehen ist, die die Kammer in einen Antriebs- und einen Pumpraum trennt. Der Pumpraum weist einen Einlaß und einen Auslaß für zu verdrängendes Fluid auf, wobei Ein- und Auslaß je ein Einwegventil enthalten. Der Antriebsraum weist einen Einlaß für Antriebsfluld auf, und der Einlaß enthält ein Ventil, das unter normalen Betriebsbedingungen geöffnet ist. Das Ventil ist so angeordnet, daß, wenn im Pumpraum ein Hochdruck bestehenbleibt, nachdem eine Druckentlastung im Antriebsraum erfolgt ist, so daß sich die Membran in den Antriebsraum ausdehnt, die Membran das Ventilglied des Ventils zusammendrückt und es in eine solche Lage verschiebt, daß es den Einlaß verschließt, so daß der Antriebsraum gegenüber Antriebsfluid-Druckänderungen abgeschlossen ist, solange der abnormale Druck im Pumpraum bestehenbleibt.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Axialschnitt durch ein AusfUhrungsbeispiel der Membranpumpe nach der Erfindung, wobei diese zu einer Mehrzahl Pumpen einer Pumpengruppe gehört und ein Teil des Ventils im Einlaß der Antriebskammer weggelassen ist;

030066/0772

Fig, 2 eine Schnittansicht ll-tl nach Fig. Ij Fig. 3 eine größere Schnittansicht durch das

Ventil am Einlaß des Antriebsraums nach

Fig. 1; und
Fig. 4 eine Schnittansicht 1V-1V nach Fig. 3.

Die Pumpen-Baugruppe, die zum Teil In Fig. 1 gezeigt ist, umfaßt eine Mehrzahl Membranpumpen 1, die von einer gemeinsamen Antriebswelle getrieben werden und so angeordnet sind, daß der Arbeitszyklus Jeder Pumpe sich um einen gleichbleibenden Wert phasenmäßig von der Jeweils benachbarten Pumpe unterscheidet. Für den Antrieb der Pumpen kann die Antriebswelle z. B. einen Exzenter tragen (vgl. z. B. die GB-PS 1 403 528), der gleichwinklig beabstandete Ansätze trägt, mit deren jedem ein kolben 2 mittels eines Stifts, der eine Öffnung 2a im Kolben durchsetzt, verbunden ist. Oeder Kolben 2 ist in einem Zylinder 3 aufgenommen, der vom Gehäuse 4 einer Pumpe 1 radial verläuft.

Das Gehäuse 4 weist eine im wesentlichen rohrförmige Kammer 5 auf, in der eine rohrförmige Membran 6 aufgenommen ist. Die Membran 6 unterteilt die Kammer 5 in einen Pumpraum für zu verdrängendes Fluid und einen Antriebsraum für AntriebsflUssigkeit, wobei der Antriebsraum 8 mit dem Zylinder 3 über eine Öffnung 9 in der Wandung des Gehäuses 4 verbunden ist.

Am Einlaßende des Pumpraums 7 ist die Membran zwischen dem Gehäuse 4 und einem Organ 10 gehalten, und das Organ 10 ist in seiner Lage durch ein Organ 11, das einen Sitz für ein Einweg-Einlaßventil 12 bildet, und ein Festlegeorgan 13, das auf das Gehäuse 4 geschraubt ist, gehalten. Das Ventil 12 ist in einer Blindbohrung 14 in einem axial durch den Pumpraum verlaufenden Dorn 15 verschiebbar aufgenommen.

030066/0772

Am Auslaßende des Pumpraums ist die Membran 6 zwischen dem Gehäuse k und dem Ende des Dorns 15 gehalten, in dem Kanäle 16 für das Ausströmen von Flüssigkeit aus dem Pumpraum vorbei an einem Einwegventil 17 vorgesehen sind, das zwischen einem durch ein Organ 18 gebildeten Sitz und den axialen Enden von an einem Einsatzstück 20 vorgesehenen Flanschen 19 verschiebbar ist. Das Organ 18 und das Einsatzstück 20 sind durch ein Festlegeelement 21 in ihrer Lage gehalten, das in das Ende des Gehäuses 4 geschraubt ist.

Nach Fig. 2 weist der Dorn mehrere, z. B. sechs, Flügel bzw. Vorsprünge 22 auf, die die Membran 6 in ihrem entspannten Zustand kontaktieren (vgl. die Fig. 1 und 2),

In der Pumpen-Baugruppe ist die Mehrzahl Pumpen 1 durch ein Gehäuse 23 miteinander verbunden, das zu Montagezwecken zweiteilig ausgeführt ist. Das Gehäuse ist mit Antriebsflüssigkeit gefüllt, und das Innere jedes Zylinders 3 ist mit dem Gehäuse durch Durchgänge 24· im jeweiligen Kolben verbunden; diese Durchgänge 24- werden freigegeben, wenn der Kolben zurückgezogen wird (vgl. Fig. 1).

Während die Welle umläuft, wird jeder Kolben 2 in seinem Zylinder 3 hin- und herbewegt. In der Stellung nach Fig. 1 ist der Zylinderraum mit dem Gehäuseraum, der Atmosphärendruck hat, verbunden, und die Membran 6 ist entspannt. Der Kolben 2 wird aus der Stellung nach Fig. 1 in den Zylinder 3 bewegt und verdichtet die im Zylinder 3 befindliche Antriebsflüssigkeit und verschiebt die Membran unter Druckbeaufschlagung. Dadurch wird die Membran 6 um den Dorn 15 zusammengedrückt und verdrängt Flüssigkeit aus dem Pumpraum 7 durch das Auslaßventil 17. Während des Rückhubs des Kolbens 2 entspannt sich die Membran und saugt Flüssigkeit durch das Einlaßventil 12 in den Pumpraum 7. Die Pumpe

030066/0772

nach Fig. 1 ist zum Betrieb mit sehr kurzem Arbeitsspiel ausgelegt, z. B. für bis zu 1500 Arbeitsspiele/min. Aus diesem Grund muß die Membran sehr schnell in ihren entspannten Zustand zurückkehren können. Daher ist die Membran hochfedernd biegsam, so daß sie, während sie um den Dorn 15 zusammengedrückt wird, Energie speichert, und diese Energie wird genutzt, um die Membran in den entspannten Zustand zurückzubringen*

Nach den Fig. 3 und 4 weist die Einlaßöffnung 9 des Zylinders 3 in den Antriebsraum 8 ein Ventil auf, das so ausgelegt ist, daß es die Membran 6 für den Fall schützt, daß das Auslaßventil 17 der Pumpe in seiner Offenstellung bleibt, weil es z. B. in dieser steckengeblieben ist oder beschädigt wurde, so daß es nicht schließen kann, wodurch Hochdruckflüssigkeit am Ventil 17 vorbei zurück in den Pumpraum 7 strömt. Unter diesen Bedingungen dehnt sich die Membran gegen die Wandungen der Kammer 5 im Gehäuse ^ aus. Wenn kein Ventil in der Öffnung 9 vorgesehen wäre, würde die Membran dann mit einem gleichbleibend hohen Druck in dem Pumpraum 7 beaufschlagt werden, der beim Zurückziehen des Kolbens aus dem Zylinder und offenen Durchgängen Zk nicht durch einen gleichhohen -Druck im Raum % ausgeglichen wird. Daher würde ein Reißen der Membran über der Öffnung 9 erfolgen.

Das Ventil 25 umfaßt ein Ventilglied 26, das zwischen einer Offenstellung, die in den Fig. 3 und k rechts gezeigt ist und in der der Zylinder 3 mit dem Antriebsraum 8 in Strömungsverbindung steht, und einer Schließstellung, die in den Fig. 3 und 4· links gezeigt ist und in der die Verbindung zwischen dem Zylinder 3 und dem Antriebsraum 8 unterbrochen ist, verschiebbar ist.

030G66/Q772

3D26792

- Ii -

Das Ventilglied 26 ist im wesentlichen becherförmig, es umfaßt einen geschlossenen Boden 27 und Öffnungen 28 in seiner Seitenwandung. Das Ventilglied, ist durch Federn 29, z. B. Tellerfedern, in seine Offenstellung beaufschlagt und wirkt mit einem Ventilkörper 30, der in der Öffnung 9 aufgenommen ist, zusammen. Der Ventilkörper weist eine Mehrzahl radiale Durchgänge 31 auf, die mit einem Ringkanal 32 in Verbindung stehen. Der Ringkanal 32 ist über Durchgänge 33 mit dem Gehäuseraum verbunden.

In der Offenstellung des Ventilglieds 26 steht der Zylinder 3 mit dem Antriebsraum 8 über die Öffnungen 28 in Strömungsverbindung, und die seitliche Wandung des Ventilglieds 26 schließt die Durchgänge 31. Das Ventilglied 26 wird unter Normalbetriebsbedingungen in seiner Offenstellung durch die Federn 29 gehalten und ist so angeordnet, daß es unter Normalbedingungen die Membran 6 nicht kontaktiert. Wenn nach Druckentlastung im Arbeitsraum ein Hochdruck im Pumpraum 7 ausgeübt wird, dehnt sich die Membran in Kontakt mit dem Ventilglied 26 aus und verschiebt dieses in die Schließstellung (vgl. die linke S^ite in den Fig. 3 und 4·). In dieser Stellung ist die Verbindung zwischen dem Zylinder 3 und dem Antriebsraum 8 unterbrochen, und der Zylinderraum steht mit dem Gehäuseraum (in dem Atmosphärendruck herrscht) durch die Verbindung zwischen den öffnungen 28, den Durchgängen 31, dem Ringkanal 32 und den Durchgängen 33 in Verbindung. Dadurch wird der auf das Ventilglied 26 wirkende Druck vermindert; das Ventilglied 26 bleibt in seiner Schließstellung, bis der die Membran 6 beaufschlagende Hochdruck nicht mehr vorhanden ist.

Somit ist also am Einlaß der AntriebsflUssigkeit in den Antriebsraum 8 ein Ventil vorgesehen, das bei Normalbetrieb der Pumpe geöffnet bleibt. Wenn die Membran mit einem hohen Innendruck beaufschlagt wird, nachdem der Druck im Antriebs-

030066/0772

raum vermindert wurde, wird das Ventil durch die Membran geschlossen und bleibt geschlossen, bis der auf die Membran wirkende Druck nicht mehr vorhanden ist. Dies bietet den Vorteil, daß, nachdem die Pumpen-Baugruppe abgeschaltet ist und die Membran in ihre normale entspannte Lage zurückkehrt, das Ventil sich unter der Kraft der Federn 29 öffnet. Wenn der Schaden nicht beseitigt wird, bevor die Pumpe wieder eingeschaltet wird, schließt sich das Ventil 25 sofort, sobald die Pumpe eingeschaltet und der Hochdruck in den gemeinsamen Förderkanälen erzeugt wird. Wenn jedoch der Schaden im Auslaßventil 17 behoben ist, bleibt das Ventil 25 in der Offenstellung, und die Pumpe nimmt den Normalbetrieb wieder auf.

Das Ventilglied 26 ist so angeordnet, daß die Oberfläche des Bodens 27 des Ventilglieds 26, die der Membran zugewandt ist, im wesentlichen eben und im wesentlichen mit der Oberfläche der Wandungen des Antriebsraums 8 bündig ist, wenn das Ventilglied die Schließstellung einnimmt.

Die Erfindung wurde zwar vorstehend unter Bezugnahme auf eine rohrförmige Membranpumpe erläutert, sie ist jedoch auch bei anderen Arten von Membranpumpen, z. B. Pumpen mit ebenen Membranen, anwendbar.

030066/0772

Leerseite

Claims (7)

1. Ansprüche

   - einer in der Kammer angeordneten Membran, die die Kammer in einen Antriebs- und einen Pumpraum unterteilt ,

   - der Pumpraum einen Einlaß und einen Auslaß für zu förderndes Fluid aufweist und der Ein- und der Auslaß je ein Einwegventil enthalten, und

   - der Antriebsraum einen Einlaß für Antriebsfluid aufweist, das abwechselnd druckbeaufschlagt und druckentlastet wird,

   dadurch gekennzeichnet,

   - daß dem Einlaß (9) des Antriebsraums (8) ein Ventil (25) zum Schließen des Einlasses (9) zugeordnet ist,

   - das unter normalen Betriebsbedingungen geöffnet ist und

   - ein Ventilglied (26) aufweist, das so angeordnet ist, daß es von der Membran (6) kontaktier bar ist, wenn bei Druckentlastung des Antriebsraums (8) im Pumpraum (7) ein Hochdruck bestehenbleibt, so daß das Ventilglied (26) in die Schließstellung bewegbar ist.

   O44-PDH/12281-Schö
2. 2. Membranpumpe nach Anspruch 1,
   dadurch gekennzeichnet,

   - daß das Ventil (25) so angeordnet ist, daß das Ventilglied (26) in der Schließstellung bleibt, solange im Pumpraum (7) ein Hochdruck bestehenbleibt, und bei Wegnahme des Hochdrucks in die Offenstellung zurückkehrt.
3. 3. Membranpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

   - daß unter normalen Betriebsbedingungen eine Einheit (29) das Ventilglied (26) in die Offenstellung beaufschlagt.
4. 4. Membranpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

   - daß das Ventilglied (26) im wesentlichen becherförmig mit einem geschlossenen Boden (27) und einer Seitenwandung ist,

   - wobei der geschlossene Boden (27) der Membran (6) zugewandt ist und

   - in der Seitenwandung Öffnungen (28) gebildet sind, durch die Antriebsfluid strömt, wenn das Ventilglied (26) die Offenstellung einnimmt.
5. 5. Membranpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

   - wobei der Einlaß des Antriebsraums mit einem Zylinder in Strömungsverbindung steht, in dem ein Kolben verschiebbar ist, um abwechselnd eine Druckbeaufschlagung und eine Druckentlastung des Antriebsfluids zu bewirken,

   dadurch gekennzeichnet,

   - daß das Ventil (25) den Zylinder (3) mit der Atmosphäre verbindet, wenn sich das Ventilglied (26) in der Schließstellung befindet.

   G30Ö66/0772
6. 6. Membranpumpe nach Anspruch 5 und Anspruch 4·, dadurch gekennzeichnet,

   - daß das Ventil (25) einen im Einlaß (9) des Antriebsraums (8) angeordneten Ventilkörper (30) aufweist, der mit Atmosphäre in Verbindung stehende Kanäle (31) enthält,

   - daß das Ventilglied (26) in seiner Offenstellung die Kanäle (31) schließt, und

   - daß die Öffnungen (28) in der Seitenwandung es Ventilglieds (26) in der Ventilglied-Schließstellung mit den Kanälen (31) in Strömungsverbindung stehen.
7. 7. Membranpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

   - daß das Gehäuse (4) eine im wesentlichen zylindrische Kammer bildet und die Membran (6) im wesentlichen rohrförmig ist,

   - daß der Pumpraum (7) innerhalb der Membran (6) und der Antriebsraum (8) zwischen der Membran (6) und der Wan₇ dung der Kammer gebildet ist, und

   - daß der Einlaß (9) des Antriebsraums (8) in der zylindrischen Wandung der Kammer (8) zwischen deren Enden liegt.

   030066/0772