DE3138678A1

DE3138678A1 - Doppelmembranbetriebene umkehrventilpumpe

Info

Publication number: DE3138678A1
Application number: DE19813138678
Authority: DE
Inventors: Donald James 91355 Valencia Calif. Verley
Original assignee: McCanns Engineering and Manufacturing Co LLC
Current assignee: McCanns Engineering and Manufacturing Co LLC
Priority date: 1980-09-29
Filing date: 1981-09-29
Publication date: 1982-06-24
Also published as: US4386888A; CA1163860A; GB2085979B; JPH01173389U; FR2491157B1; IT8124213A0; GB2085979A; AU546240B2; FR2491157A1; JPS57122172A; BR8106194A; AU7507881A; IT1168029B

Description

PATENTANWÄLTE

DR. ING. E. HOFFMANN (1930-1976) . DlPL-I NG. W. EITLE · D R. RER. NAT. K.HOFFMANN . DIPL.-ING. W. LEHN

DIPL.-ING. K. FOCHSLE . DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABELLASTRASSE 4 · D-8000 MO NCHEN 81 . TELEFON (089) 911087 . TELEX 05-29Ä19 (PATHE)

35 565 p/wa

McCANN¹S ENGINEERING AND MANUFACTURING COMPANY, LOS ANGELES, CALIF. / USA '

Doppelmembranbetriebene Umkehrventi!pumpe

Dio Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf Pumpen "und insbesondere auf solche, die zum Abgeben von Strömungsmittel verwendet werden, beispielsweise in Abgabeautomaten.
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Pumpen dieser Art werden normalerweise reziprokierend, d.h. hin- und hergehend betrieben und umfassen zwei entgegengesetzt ausgerichtete Kammern, die alternativ gefüllt und geleert werden, um dadurch den gewünschten Pumpvorgang zu erleichtern. Insbesondere sind charakteristisch entgegengesetzte Einlass- und Auslassöffnungen

vorgesehen, die sich in Strömungsmittelverbindung mit ' den beiden Pumpenkammern befinden. Die öffnungen sind mit Rückschlagventilen versehen, die eine Strömungsmittelströmung nur in einer Richtung erlauben. Ein Steuerventil oder ein ähnliches Gebilde ist verwendbar, um das Pumpenkraftmedium oder Arbeitsmedium zurückzurichten, wodurch die hin- und hergehende Wirkung' der Strömungsmittelpumpe erleichtert wird. Es ist bekannt, dass Pumpen dieser Art wegen ihrer reziprokierenden Bewegung häufig zu überzogenen Zuständen führen, was eine besondere Wartung erfordert.

Andere Pumpen dieser Art umfassen motorbetriebene · Vorrichtungen,' bei denen ein nockenartiger Antriebsmechanismus das hin- und hergehende Kolbenelement betreibt, um dadurch den Pumpbetrieb zu erleichtern. Es ist auch bekannt, dass in Pumpen dieser Art eine bestimmte Druckerfassung und Drucküberstromvorrichtungen erforderlich sind, um einen Schutz gegen schädliehe Druckspitzen und ihre schädliche Auswirkung auf die stromabwärtsliegenden Komponenten zu verhindern.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, die vorgenannten Nachteile zu vermeiden.

Kurz ausgeführt verwendet die Erfindung zur Lösung der genannten Aufgabe einen Mittelblock mit zwei stirnseitigen Gehäusen in entgegengesetztem, parallelen Verhältnis. In den stirnseitigen, glockenförmigen Gehausen befinden sich Strömungsmittelpumpenkammern, in denen sich ein Doppelkolbenelement hin- und hergehend

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bewegt, um dadurch alternativ die Pumpenkammern zu füllen und zu leeren. Der Mittelblo'ck hat zwei Arbeitskammern, durch die ein Abschnitt des Doppelkolbenelementes unter Wirkung eines Pumpenarbeitsmediums (Kraftmedium) verläuft. In Strömungsmittelverbindung mit den Arbeitskammern befinden sich zwei Nebenmembranen, von denen jede ein Energiespeichersystem einer Federart hat, welches betriebsmässig damit zusammenwirkt. Die Nebenmembranen verursachen unter der Wirkung des Pumpenkraftmediums Stössel, die integriert mit Dichtmitteln versehen sind, zum Richten des Pumpenkraftmediums alternativ zu den Arbeitskammern, wodurch.die hin- und hergehende Bewegung des Doppelkolbenelementes erleichtert wird, sowie das jeweilige Füllen und Leeren der Pumpenkammern.

■ ' Der Mittelblock weist ebenso ein Steuerventil auf, welches zwischen den Arbeitskammmern angeordnet ist.-Das Steuerventil wird durch eine vollständige Bewegung des Doppelkolbenelementes in jedes der Bewegungsrichtungen aktiviert. Eine vollständige Bewegung des Steuerventils verursacht ein Entlüften eines der Nebenkammern und ein Füllen der anderen Nebenkammer, was die hin- und hergehende Bewegung der federbelasteten Nebenmembranen innerhalb der jeweiligen Nebenkammern verursacht. Jede Nebenmembran hat, wie zuvor festgestellt wurde, ein Stösselteil in Zusammenwirkung damit, welches alternativ die Strömung des Pumpenkraftmediums in die Arbeitskammern richtet. Auf diese Weise wird ein hin- und hergehender Vorgang der Pumpe erreicht, ohne eine potentielle Gefahr, begleitet mit

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Druckspitzen. Die zwei Nebenmembranen sind ebenso dahingehend nützlich, die Möglichkeit ein überziehen der Pumpe zu eliminieren, welches eine gewisse Wartung notwendig machen würde. Darüber hinaus erfolgt eine vollständige Trennung des Pumpenkraftmediums vom zu pumpenden Strömungsmittel.

Durch die Erfindung wird eine hin- und hergehende, d.h. reziprokierende Pumpe mit einem äusseren Energiespeichermechanismus geschaffen, welcher akternativ die entgegengesetzten Pumpenkammern'aktiviert. Weiterhin eliminieren die hin- und hergehenden, d.h. reziprokierenden Nebenmembranen (zwei) die Möglich-' keit des Überziehens der hin- und hergehenden Pumpe.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass eine motorlose hin- und hergehende Pumpe ein Pumpenkraftmedium verwendet, welches vollständig vom zu pumpenden Strömungsmittelmedium getrennt ist.

Schliesslich besteht ein weiterer Vorteil der Erfindung darin, dass ein Steuerventil in Strömungsmittelverbindung mit den beiden Nebenmembranen steht,

'25 wobei das Steuerventil ein Verschieben in der Ausrichtung der beiden Nebenmembranen verursacht, wodurch das Zurückrichten· des Pumpenkraftraediums erfolgt, um die reziprokierende Bewegung der Pumpenelemente durchzuführen.

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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in den Zeichnungen rein schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele. Es zeigt: ■ . .

Fig. 1 eine Draufsicht auf die reziprokierende

Pumpe mit der Darstellung der entgegengesetzt ausgerichteten Pumpenkammern und der Zweifach-Membrankammern. 10

Fig. 2 eine seitliche Quersehnittsansicht der reziprokierenden Pumpe mit der Darstellung des Steuerventils, der entgegengesetzt ausgerichteten Pumpenkammern und den Einlass/Auslassöffnungen,

Fig. 3 eine Quersehnittsansicht der Zweifach-Membranen und der zugehörigen Stössel,

Fig. 4 eine Querschnittsansicht der pumpenbetriebenen Mediumbewegung innerhalb der' Membrankammern der reziprokierenden Pumpe, und

Fig. 5 eine schematische Ansicht der zusammenge- · setzten reziprokierenden Pumpe mit der Dar

stellung der Strömungsmittelverbindung zwischen den Arbeitskammern, den Zweifaeh-Membrankammern und dem Steuerventil.

Entsprechend der Darstellung in. Fig. 1 umfasst die Erfindung der vorliegenden Anmeldung eine reziprokierende

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Pumpe 10 mit einem Mittelblock 12, welcher mit entgegengesetzt ausgerichteten Stingehäusen 14 (Endglocken) in im wesentlichen paralleler und T-förmiger Gestalt, ausgerüstet ist. Zwischen dem Mittelbloek 12 und den Stirngehäusen 14 sind Dichtungsmanschetten 16 oder dergleichen angeordnet, um eine Leckage des nicht dargestellten Pumpenkraftmediums oder des nicht dargestellten Strömungsmittels zu verhindern, welches auf die reziprokierende Pumpe 10 einwirkt. Der Mittelblock 12 und die Stirngehäuse 14 sind durch Einstellschrauben 18 oder einen anderen herkömmlichen Mechanismus miteinander verbunden, welcher Bolzen mit Muttern und Beilagscheiben umfassen kann, welche auf eine Art und Weise orientiert sind, dass sie eine strukturelle Integrität der reziprokierenden Pumpe 10 vorsehen. Die Schrauben 18 oder andere Befestigungsmittel sollten einer solchen Natur sein, dass sie Abnehmbar sind, um ein Richten und Ersetzen der inneren Bestandteile der reziprokierenden Pumpe 10 zu erleichtern.

In Fig. 2 bilden die Stirngchäußo 14 und dar Mi.tto.l-" block 12 zwei Pumpenkammern 20a, 20b, welche im wesentlichen mittig innerhalb der Stirngehäuse 14 ausgebildet sind. Der Mittelblock 12 bildet ebenso zwei Arbeitskammern 22a, 22b, welche durch ein Führungsloch 24 miteinander verbunden sind. Dieses Führungsloch verläuft vollständig durch den Mittelblock 12. Die Arbeitskammern 22a, b liegen koaxial zu den Pumpenkammern 20a, 20b und zum Führungsloch 24, welches im wesentlichen in der Mitte der Arbeitskammern 20, 20b angeordnet ist.

Es sollte festgestellt werden, dass die Arbeitskammern '

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22a, b die Pumpenkammern 20a, b und das Führungslich im Zusammenhang mit der bevorzugten Ausführungsform eine im wesentlichen zylindrische Form haben. Jedoch können auch andere Gestaltungen möglich sein.

Wie am besten aus Fig. 5 ersichtlich ist, aber ebenso teilweise in Fig. 2 dargestellt ist, sind mit den Pumpenkammern 20a, 20b eine Vielzahl von öffnungen 26a, b, . c, d in Verbindung, von denen jede geeignet ist, in direkter Strömungsverbindung von oder in die jeweiligen Pumpenkammern 20a, b zu stehen. Entsprechend der Darstellung in Fig. 2 und 5 stehen die öffnungen 26a, b, c, d mit den Pumpenkammern 20a, 20b-über Kanäle 28a, b, c, din Strömungsverbindung. Die Kanäle sind entlang der äusseren, im wesentlichen kreisförmigen Flächen der Pumpenkammern 20a, 20b angeordnet. Die öffnungen 26a, b, c, d können auf eine solche Weise orientiert sein, dass die Richtung der StrÖmungsmittelverbindung zwischen den Pumpenkammern 20a, b und dem iiuüsorcn Bereich um die reziprokierende Pumpe 10 entweder auf derselben Seite der Stirngehäuse 14 liegt · oder an entgegengesetzten Seiten. Entsprechend Fig. 1- und 2 sind bei der bevorzugten Ausführungsform die öffnungen 26a, b, c, d in einer ausgerichteten Gestalt ausgebildet und verbinden das Strömungsmittel von den Pumpenkammern 20a, b über dieselben Seiten der Stirngehäuse 14. .

Es sollte festgestellt werden, dass die Pumpen 10 der vorliegenden Erfindung primär aus einer Kunststoffverbindung bestehen, welche auf eine solche Weise bearbeitet

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ist, dass verschiedene Pumpenkammern 20a, b, öffnungen 26a, b, c, d, Arbeitskammern 22a, b und ein FUhrunysloch 24 gebildet werden. Obwohl Kunststoff bei der bevorzugten Ausführungsform verwendet wird, wegen der 5. geringen Kosten und des geringen Gewichtes, ist es möglich, auch Metall oder andere Materialien oder Materialzusammensetzungen zu verwenden, ohne den Geist der Erfindung zu verlassen. Wenn bestimmte Strömungsmittel gepumpt werden, die das Kunststoffmaterial angreifen, so ist die Verwendung eines nichtkorrodierenden Materials bevorzugt.

In Fig. 2 ist die Erfindung der vorliegenden Anmeldung vergrössert und. im Querschnitt dargestellt. Zwischen dem Mittelblock 12 und den Stirngehäusen 14 befinden sich multiple Membranen 30, welche in Umfangsnuten 3 2 sitzen, die im Mittelblock 12 ausgebildet sind. Die Membranen 30 bestehen aus flexiblem Material, wie Gummi oder einer Zusammensetzung daraus, und können geklebt oder . auf andere herkömmliche Weise am Mittelblock 12 ange-' bracht sein, und zwar so, dass zwischen den jeweiligen Arbeitskammern 22a, b und den Pumpenkammern 20a, b eine Dichtung ausgebildet ist. Die Membranen 30 sollten eine ausreichende Grosse haben, dass, wenn sie voll ausgezogen sind, den Innenbereich der jeweiligen Pumpenkammern · 20a, b bedecken können. Obwohl die Membranen 30 so dargestellt sind, dass sie bei der bevorzugten Ausführungsform innerhalb des Mittelblocks 12 befestigt sind, sollte festgestellt werden, dass die Membranen 30 auch innerhalb eines nicht dargestellten Schlitzes in den jeweiligen Stirngehäusen 14 befestigt sein können, wodurch

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das gleiche Resultat erzielt wird. -

Ebenso ist in P.ig. 2 ein Doppelkolbenelement 40 dargestellt/ welches eine Mittelstange 42 aufweist, die zwei entgegengesetzt ausgerichtete Kolben 44 miteinander verbindet. Die Membranen 30 sind getrennt zwischen den Kolben 44 und zwei im wesentlichen zylindrischen Scheiben 46a, b eingeklemmt, die ebenfalls an der Mittelstange 42 befestigt sind, wodurch weiterhin die_; Abdichtung der Pumpenkammern 20a, b gegenüber den Arbeitskammern 22a, b erleichtert ist. Der Aussendurchmesser der Pumpenkammern 20a, b sollte ein wenig grosser sein als der Druchmesser der Scheiben 46a, b, um die Bewegung der Membranen aufgrund der hin- und hergehenden Bewegung des Doppelkolbenelementes 40 zu erleichtern. Die Scheiben 46a, b können aus Kunststoffmaterial bestehen. Bei der bevorzugten Ausführungsform jedoch bestehen sie aus Metall, wie beispielsweise Aluminium, wodurch eine '. erhebliche Dauerhaftigkeit und· ein geringes Gewicht der Pumpe 10 der vorliegenden Erfindung vorgesehen wird.

Obwohl bei der bevorzugten Ausführungsform die Scheiben 46a, b und die Kolben 44 auf die Mittelstange 42 geschraubt sind, können sie auch auf andere Weise, wie beispielsweise durch Klemmschrauben oder Stifte befestigt sein. Das Doppelkolbenelement 40 kann innerhalb des Bereiches sich hin- und herbewegen, welcher durch die Arbeitskammern 22a, b und die Pumpenkammern 20a, b gebildet wird. Die Mittelstange 42 bewegt sich horizontal innerhalb des Führungsloches 24. Auf der Aussenseite.

der Mittelstange 42 sind eine Vielzahl von O-Ringen 50 angeordnet, welche in dichtender Weise die entgegengesetzt

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ausgerichteten Arbeitskammerη 22a, b voneinander trennen. Die O-Ringe 50 befinden sich beabstandet innerhalb von Umfangsnuten 52, welche am Umfang der Stange 42 aus*- gebildct sind. Auf diese Weise werden die entgegcngesetzte ausgerichteten Arbeitskammern 22a_f b gegeneinander abgedichtet, um so den unabhängigen Betrieb der Pumpenkammern 20a, b der· reziprokierenden Pumpe 10 der vorliegenden Erfindung zu erleichtern. Ebenso befindet sich innerhalb des Mittelblocks 12 ein Steuerventilkanal 60 mit an den Enden desselben befestigten Beilagscheiben 62 derart, dass Abschnitte der Beilagscheiben 6 2 einen Teil des Ventilkanals 60 abdecken. Der Ventilkanal 60 verläuft zwischen den Arbeitskammern 22a, b und enthält ein Steuerventil 64, welches zwei· Abschnitte 66 aufweist, die einen ein wenig kleineren Druchmesser haben als das Ventil 64 und von diesem nach aussen verlaufen. Das Steuerventil 64 hat ein erstes Paar von O-Ringen 68 und ein zweites Paar von O-Ringen,' die innerhalb von ausgerichteten Ringnuten 72 über den Umfang des Steuerventils 64 angeordnet sind. Das Steuerventil 64 kann innerhalb des Kanals 60 aufgrund einer Berührung zwischen den Ventilabschnitten 66 und' einer der Scheiben 46a, b des Doppelkolbenelementes horizontal traversieren. Die Bewegung des Steuerventils 64 ist durch die Anwesenheit der Beilagscheiben 62 an den Enden des Kanals 60 begrenzt. Die O-Ringe 68 und 70 sind entlang des Steuerventils 64 auf solche Weise angeordnet, dass ein Verschieben des Steuerventils 64 um das grösste Ausmass in jeder Bewegungsrichtung alternativ das Belüften der jeweiligen Arbeitskammern 22a, b ermöglichen, was in Fig. 5 dargestellt ist.

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Entsprechend der Darstellung in Fig. 2 und 5 befinden sich innerhalb der Öffnungen 26a, b, c, d eine oder mehrere Buchsen 74 und einseitig wirkende Rückschlagventile 76a, b, c, d. Von den Öffnungen 26a, d stehen nach aussen abnehmbare Düsen 78a, d vor, die jeweils einen O-Ring 80 aufweisen, welcher innerhalb einer Nut 82 angeordnet ist. Dadurch werden die inneren Abschnitte .der Öffnungen 26a, d gegenüber dem Aussenbereich um die Stirngehäuse 14 abgedichtet. Obwohl bei der bevor-

10. zugten Ausführungsform eine Buchse 74 in jeder Öffnung 26a, d angeordnet ist, ist es -ebenso möglich, zwei oder mehr Buchsen zu verwenden, und zwar in Abhängigkeit von der gewünschten Anordnung der Düsen 78a, d in der Öffnung 26a, d. Die Buchsen 74 sind" eines solchen Typs, welcher die Bewegung des Strömungsmittels innerhalb der Öffnungen 26a, d erlaubt. Auf diese Weise wird zwischen den Pumpenkammern 20a, b und den Düsen 78a, d eine einseitig ausgerichtete Strömungsmittelverbindung ■erzielt. Es sollte festgestellt werden, dass die Düsen 78a, d in jeder änderen Öffnung 26b, c vorgesehen sein können, und zwar in Abhängigkeit vom gewünschten Be- · • trieb der Pumpe und der Orientierung der Komponenten der Stromaufwärts- oder Stromabwärts-Verkaufsmaschine.

Entsprechend der Darstellung in Fig. 1 und 3 sind innerhalb des Mittelblocks 12 auf entgegengesetzten Seiten des Führungsloches 24 und ein wenig über diesem eine erste und zweite Membrankammer 90a, 90b ausgebildet. Bei der bevorzugten Ausführungsform sind die-Membrankammern 90a, b im wesentlichen senkrecht zur Achse ausgerichtet, die durch das Führungsloch 24 und die Arbeitskammern

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• · · 4

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22a, b verläuft. Eine Eingangsdüse 92, welche in Fig. 3 grafisch und tatsächlich in Fig. 2 dargestellt ist, ist durch Halteschrauben 94 am Mittelblock 12 befestigt. Die Eingangsdüse 92 sieht die Versorgung des . Pumpenkraftmediums vor, um die Pumpe 10 gemäss der Er-findung anzutreiben. Nicht dargestellte herkömmliche Mittel sind innerhalb der Düse 92 zur Sicherstellung einer einseitigen Strömungsrichtung des Kraftmediums in die Pumpe 10 vorgesehen. Diese Mittel können Rückschlagventile oder andere ähnliche Gebilde sein. Wie am besten aus Fig. 2 ersichtlich ist·, ist eine Nut 96 geeignet, Versorgungsschläuche von nicht dargestellten Anschlüssen an der Düse 92 zu befestigen. Dabei verhindert ein dichtender O-Ring 98 einen schädlichen Kraftmedium-Strömungsmittelverlust. In Fig. 2 dichtet ein zweiter O-Ring 100 die Düse 92 an nicht dargestellten Versorgungsschläuchen oder nicht dargestellten zugehörigen Anschlüssen ab.

In Fig. 3 verläuft ein Haupteinlasskanal 104 von der Düse 92 nach unten und koaxial mit einem Düsenverßorgungskanal 102. Diser Haupteinlasskanal·104 hat eine erste und eine zweite Abzweigung 106a bzw. 106b, über , die die jeweiligen Membrankammern 90a, b mit Kraftmedium versorgt werden können. Die Membrankammern 90a, b sind hinsichtlich Konstruktion und Betrieb identisch,. so dass konsequenterweise nur eine Membrankammer 90a. mehr im einzelnen beschrieben wird. Die Bezeichnung "a" wird für Bestandteile der Kammer 90a verwendet. Wenn die entsprechenden Be-ugszeichen mit der Bezeichnung "b" ergänzt würden, so würde es sich bei den entsprechenden

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Teilen um die der Kammer 90b handeln.

Innerhalb dem innersten Abschnitt der Kammer 90a befindet sich ein Richtblock 110a,-welcher integriert mit einer Mehrzahl von O-Ringen 112a versehen ist. Die O-Ringe dichten die inneren Abschnitte der Kammer 90a gegenüber dem Kraftmedium ab, mit Ausnahme, wenn dieses darin erforderlich ist. Der Richtblock 110a ist mit ■einem schräg verlaufenden Einlasskanal 114a versehen, welcher in eine ausgenommene, im wesentlichen kreisförmige Öffnung 116a mündet. Von der Öffnung 116a verläuft radial ein Kanal 118a, welcher in eine Leitung 120a mündet. Entsprechend der Darstellung in Fig. 3 und 4 verläuft die Leitung 120a durch den Mittelblock 12 und mündet in die Arbeitskammer 22a. Auf diese Weise wird das in die Düse 92 gelangende Kraftmedium in die Arbeitskammer 22a gerichtet, und zwar unter geeigneten Bedingungen, wie dies später noch beschrieben wird.

Am Richtblock 110a liegt ein Halteblock 122a an, welcher einen O-Ring 124a aufweist, der um diesen Block angeordnet ist, um den Block 122a innerhalb der Kammer 90a' abzudichten und festzulegen. Ein Stösselhalter 126a ist im wesentlichen in der Mitte des Blocks 122a angeordnet und ist mit einem durch diesen verlaufenden .Stösselkanal 128a versehen. Innerhalb des Halteblocks 122a ist ein Hohlraum 130a ausgebildet, welcher durch eine Lüftungsleitung 132a in die Atmosphäre um die Pumpe 10 mündet. Ein Kolbenkopf 134a ist an einem Stössel 136a befestigt, welcher in hin- und hergehender Weise innerhalb des Stösselkanals 128a traversieren

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kann. Am Stössel 136a befindet sich ein O-Ring 137a, welcher die Abdichtung der Leitung 120a gegenüber dem Kanal 106a erleichtert, wenn sich der Stössel 136a in der am meisten abgesetzten Stellung befindet. Den Kopf 134a berührt eine Feder 138a, die um den Stössel 136a und den Stösselhalter 126a angeordnet ist. Die Feder kann auf den Kopf 134a und den Stössel 136a eine kontinuierliche nach aussen gerichtete Kraft ausüben. Der Stösselhalter 126a ist dazu bestimmt, die Bewegung des Kolbenkopfes 134a und des Stössels 136a in Bewegungsrichtung auf den Haupteinlasskanal 104 zu begrenzen. Der O-Ring 137a ist an dem Ende des Stössels 136a angebracht, welches dem Kolbenkopf 134a entgegengesetzt liegt, um eine Krafümediumpassage durch den Kanal 128a zu bilden, wenn der Stössel 136a sich am äusserstenBewegungspunkt in Richtung auf den Einlasskanal 104 befindet.

Eine Nebenmembran 142a berührt den Mittelblock 12 und ist innerhalb eines Mittelabschnittes eines zylindrischen Hohlraumes 140a angeordnet. Diese Membran ist von flexibler Natur und besteht vorzugsweise aus Gummi. Der Hohlraum 140a ist ein wenig grosser im Durchmesser als der Halteblock 122a_r um so eine ausreichende Ab-Stützung für die Nebenmembran 142a gegen den Block 12 vorzusehen. Die Membran 142a wird gegen den Block 12 durch einen Abschlussstopfen 144a am Ort gehalten, welcher ein nach aussen verlaufendes Teil 146a zum Entfernen des Stopfens 144a vom Hohlraum T40a aufweist. Ent-' sprechend der Darstellung in Fig. 1 ist der Stopfen 144a innerhalb des Hohlraumes 140 durch die Wirkung

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einer Vielzahl von Befestigungsteilen 147a gesichert, welche in den Mittelblock 12 ragen.

Der Stopfen 144a hat einen Hohlraum 148ä, welcher im mittigsten Abschnitt ausgebildet ist, um eine .Expansion der Membran 142a nach aussen unter der Wirkung der Feder 138a in Abwesenheit des Kraftmediums zu erlauben. Ein Kanal 150a verläuft durch den Stopfen 144a, um einen Strömungsverlauf des Kraftmediums in den

•10 Hohlraum 148a zu erlauben. Ein O-Ring 152a verhindert den Strömungsweg des Kraftmediums über den Hohlraum 140a aus der Pumpe 10 heraus. Koaxial mit dem Kanal 150a ist eine Bohrung 154a ausgebildet, die in eine Arterie 156a führt. Die Arterie 156a mündet in den Steuerkanal· -60, welcher eine Lüftungsbohrung 158 aufweist, die durch den Block 12 führt, um einen Strömungsweg des .Kraftmediums aus der Pumpe 10 heraus zu ermöglichen, wenn das Steuerventil 64 sich in einer bestimmten, nachfolgend noch zu beschreibenden Ausrichtung befindet.

·

In Fig. 4 sind die Doppelmembrankammern 90a, b in Draufsicht und im Querschnitt gezeigt, wobei der Strömungsmittelweg des Kraftmediums aus der Kammer 90a in die Arbeitskammer 22a angezeigt ist. Ebenso ist die Evakuierung der Kammer 22b durch die Leitung 120b dargestellt.

In Fig. 5 ist schematisch die vorliegende Erfindung dargestellt, und zwar mit der Illustrierung der Strömungsmittelverbindung zwischen den Arbeitskammern 22a, b, den Membrankammern 90a, b und dem Steuerkanal· 60. Wie zuerst angedeutet, erlaubt die Leitung 120a die Strömung

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des Kraftmediums in die Arbeitskammer 22a, wenn sich der StÖssel 136a in der vollständig eingezogenen Stellung befindet, und zwar unter Einwirkung der Feder 138a. Wenn der Stössel 136b unter Wirkung des Kraftmediums in der vordersten Stellung sich befindet und somit die Membran 142b, erlaubt der Kanal 120b die Strömung des Kraftmediums von der Arbeitskammer 22b in den . Hohlraum 130b und aus der Lüftungslextung 132b heraus. Ebenso schematisch dargestellt ist der Kanal 156a, welcher zwischen dem Hohlraum 148a und dem Steuerkanal 60 verläuft. Es sollte festgestellt werden, dass die Kanäle 156a und 156b entlang dem Steuerkanal 60 auf eine Weise beabstandet sind, dass die Strömungsmittelverbindung zwischen der Lüftungsbohrung 158 und jedem Kanal 156a, b getrennt erzielbar ist, in Abhängigkeit von der Lage des Steuerventils 64. Wie be- * reits zuvor festgestellt wurde, erlaubt die Lüftungsbohrung 158 eine Strömung von dem Steuerkanal 60 aus dem Mittelblock 12 heraus zur die Pumpe umgebenden Atmosphäre,

Die verbindenden Kanäle 160 und 162 sind so dargestellt, dass sie jeweils die Strömungsmittelverbindung zwischen den öffnungen 26a, b und 26c, d vorsehen. Obwohl es nicht notwendig ist, befindet sich innerhalb den Verbindungskanälen 160 und 162 entsprechend der Darstellung in Fig. 2 eine Hülse 168 mit einer Vielzahl von 0-Ringen. 170, die integriert damit ausgebildet sind. Diese Konfiguration stellt sicher, dass kein durch die Verbindungskanäle 160 und 162 strömendes Strömungsmittel zwischen dem Mittelblock 12 und den Stirngehäusen

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• · · ·■ a

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14 nach aussen gelangen kann.

Innerhalb der Arbeitskammern 22a, b sind Verbindungsschrauben angeordnet, welche an den Vertikalwänden des Mittelblocks 12 befestigt sind, die mit den Arbeitskammern 22a, b assoziiert sind. Die Sehrauben 164 beenden die Bewegung der Scheiben 46a, b in der zentral nächsten Lage innerhalb jeder Arbeitskammer 22a, b. Schliesslich sind Öffnungsstopfen 166 in den öffnungen 26b, c dargestellt, in denen keine Flüssigkeitspassage gewünscht .ist, Befestigungsteiie 172 halten alle» Stopfen 166 und Düsen 78a, d in den öffnungen 26a, b, c, d.

Wegen des komplexen Betriebes des Apparates der reziprokierenden Pumpe TO der Erfindung ist dieser Betrieb schematisch in Fig. 5 dargestellt. Aufgrund eines Befehles wird'kurz ein Kraftmedium, normalerweise Hochdruckluft, über die Düse 92 in die Pumpe 10 gelas-' sen. Dieses Hochdruckgas wird von äusseren Quellen (nicht dargestellt) zugeführt und kann durch herkömmliche Strukturen aktiviert werden,· wie beispielsweise ein EIN-/AUS-Ventil, wie dies bei Verkaufsautomaten anzutreffen ist, ,oder anderen geeigneten Abgabeapparaten.

Die Hochdruckluft oder ein anderes Gas gelangt dann durch den Einlasskanal 104 in'die Kanäle 106ar b. Obwohl dies in Fig. 5 nicht dargestellt ist, werden die Stössel 136a, b wegen der Anwesenheit der Feder 138a,b in Lage gezwungen, wobei das Kraftmedium

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► ·· ** «ft «ft

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gleichzeitig in die Kanäle 120a_f b und dann in die Arbeitskammern 22a, b gelangt. Da jedoch das Steuerventil' 64 nach Beendigung des vorgenannten Zyklus immer in der vordersten Richtung auf dom Wog in Rieh'S tung auf eine der Arbeitskammern 22a oder 22b orientiert wird, werden die O-Ringe 68 und 70, die um das Ventil 64 angeordnet sind, dass Füllen nur eines der· Hohlräume 148a, b veranlassen. In Fig. 5 ist dargestellt, dass das Kraftmedium wegen der Lage des Steuerventils 64 durch den Kanal 156b in den Hohlraum 148b gelangt, wodurch die¹ Membran 142b veranlasst wird, gegen den Kopf 134b zu stossen und den Stössel 136b zu verschieben, wodurch der Kanal 120b gegenüber dem Kanal 106b verschlossen wird. Die Wirkung verursacht das Entlüften der Kammer 22b. Wie in Fig. 5 dargestellt ist, gelangt dann das Kraftmedium ausschliesslich in den Kanal 120a und schliesslich in die Arbeitskammer 22a, was eine Expansion der Membran 30 verursacht und somit eine Bewegung der Scheibe 46a und des Kolbens 44. Diese Bewegung des Kolbens 44 und der Membran 30 zwingt jedgliches Strömungsmittel in der Pumpenkammer 20a zum Strömen durch die zugehörige öffnung 26a, das Rückschlagventil 76a und schliesslich aus der Düse 78a. Obwohl der Verbindungskanal 160 die Passage des Strömungsmittels zur öffnung 26b erlaubt, wird kein Strömungsmittel in die Pümpenkammer 20b gelangen und zwar wegen des einseitig wirkenden Rückschlagventils 76b. Gleicherweise wird kein .Strömungsmittel in den Kanal 162 gelangen und zwar infolge des Rückschlagventils 76c.

Wie früher bereits festgestellt wurde, verursacht der

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Stössol 136b und sein O-Ring 137b die Aufrechterhaltung einer Dichtung zwischen der Arterie 106b und.dem Kanal 120b_f wodurch die Passage des Kraftmediums in die Arbeitskammer 22b beschränkt bzw. begrenzt wird. Die Lage des Stössels 136b und des zugehörigen O-Ringes 137b erlaubt die Passage des'Kraftmediums, welches ■ aus der Arbeitskammer 22b nach der Bewegung der Scheibe 46b und der Membran 30 ausgestossen wird, um durch den Kanal 120b, den Hohlraum 130b und aus der Entlüftungsbohrung 132b zu strömen» Auf diese Weise beginnt das Doppelkolbenelement 40 seine Bewegung in Richtung auf die Pumpenkammer 20a. Es sollte festgestellt werden, dass die O-Ringe 50 die Arbeitskammern 22a, b gegeneinander abdichten, um so einen unabhängigen Betrieb der Arbeitskammern 22a, b vorzusehen.

Da die Bewegung des Doppelkolbenelementes 40 in Richtung auf die Pumpenkammer -20a. sich fortsetzt, wird der mit der Pumpenkammer 20b erzeugte Negativdruck ein Eintreten des Strömungsmittels in die Düse 76d und die öffnung 26d verursachen, um so die Pumpenkammer 20b zu füllen. Strömungsmittel wird nicht in die Pumpenkammer 20a zu diesem Zeitpunkt strömen, da der Positivdruck in der Kammer 20a das Rückschlagventil 76c .schlicssen wird. Nach einer vollen Bewegung des Doppelkolbcnelemontes 40 in Richtung auf die Pumpenkammer 20a wird die Scheibe 46b ein Verschieben des Steuerventils 64 und die Reorientierung des zugehörigen O-Ringes 68 und 70 veranlassen. An diesem Punkt ist die Kammer 20a vollständig vom Strömungsmittel geleert und die Kammer 20b wird vollständig mit dem zu pumpenden

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Strömungsmittel gefüllt.

Es sollte deutlich sein, dass die Reorientierung der O-Ringe 68 und 70 zwei Wirkungen hat. Zunächst wird die Kammer 148b über die Kanäle 154b, 156b, 60 und die Entlüftungsbohrung 158 entlüftet, um so ein Verschieben des Stössels 136b in eine Lage zu verursachen, in der das Kraftmedium über den Kanal 120b an die Arbeitskammer 22b gelangen kann. Zweitens wird . das in die Arbeitskammer 22b gelangende Arbeitsmedium ebenso durch die Kanäle 154a und 156a passieren und in den Hohlraum 148a, um so ein Verschieben des Stö.ssels 136a in eine Lage zu verursachen, in der kein Kraftmedium in die Arbeitskammer 20a gelangen kann, und zwar wegen einer Dichtung zwischen der Arterie 106a und dem Kanal 120a. Eher wird das Kraftmedium innerhalb der Arbeitskammer 22a durch Bewegung der Scheibe 46a und der Membran 30 über den Kanal 120a, den Hohlraum· 130 und die Entlüftungsbohrung 132a ausgestossen.

· Da das Doppelkolbenelement 40 wiederum beginnt, infolge des Füllens der Arbeitskammer 22b mit dem Kraftmedium in Richtung auf die Pumpenkammer 20b verschoben zu werden, wird das in der Pumpenkammer 20b befindliehe Strömungsmittel durch das Rückschlagventil 76b, die öffnung 26b, den Verbindungskanal 160 und aus der Düse 78a hinausströmen. Wegen des Rückschlagventils 76a wird kein Strömungsmittel in die Kammer 20a gelangen. Gleicherweise wird kein Strömungsmittel aus der öffnung 26b hinausströmen und zwar.infolge des Rückschlagventils 76d. Der Negativdruck, welcher dann

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innerhalb der Pumpenkammer 20a erzeugt wird, wird dann das Strömungsmittel veranlassen, durchdie Düse 78d, den Verbindungskanal 162 der Öffnung 26c, das Rückschlagventil 76c und in .die Kammer 20a zu strömen. Eine volle Bewegung des Doppelkolbenelementes 40

in Richtung der Kammer 20b wird wiederum zu der Konfiguration der Fig. 5 resultieren. Es sollte festgestellt werden, dass die Scheiben 46a, b in ihrer Bewegung in Richtung auf den Mittelblock 12 durch die •10 Schrauben 164 angehalten werden und das Steuerventil 64 wird in seiner Bewegung durch die Beilagscheiben beschränkt. So wird der volle Zyklus der reziprokierenden Pumpe 10 der vorliegenden Erfindung erläutert.

Da beide Pumpenkammern 20a, -b alternativ mit den Öffnungen 26a und 26d über die Strömungsmittelverbindungskanäle 160 und 162 arbeiten, ist-ein stetiger spitzenloser Strömungsmitteldruck erzieltbar. Weiterhin wird die reziprokierende Natur und die Ausrichtung der Stössel 136a, b immer das Füllen alternativer Arbeitskammern 22a, b vorsehen und so die Möglichkeit eines überzogenen Zustandes verhindern". Um dies zu erleichtern, sollten die Entlüftungsbohrungen 132a, b im Durchmesser grosser sein als die Kanäle 120a, b, die Kanäle 154a, b und die Kanäle 156a, b, um das Entstehen eines Rück.schlagdruckes auf die Membranen 142a und b und somit deren Fehlfunktion zu verhindern.

Obwohl die vorliegenden Erfindung im einzelnen beschrieben wurde, sind auch einige Abänderungen möglich, ohne den Geist der Erfindung zu verlassen. Beispielsweise könnten

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die Strömungsmittelverbindungskanäle 160 und 162 abgedichtet sein und es könnten Düsen 78 in allen öffnungen 26a, b, c, d installiert sein. Dies würde einen unabhängigen Betrieb der Pumpe 10 vorsehen, und zwar um das unstetige Pumpen von zwei' Strömungsmitteln zu erleichtern. Ebenso sind verschiedene Ausrichtungen der öffnungen 26a, b, c, und d innerhalb der Stirngehäuse 14 möglich, ohne die Funktion und den Ablauf der Pumpe 10 zu beeinträchtigen.

Andere zusätzliche Vorteile können entstehen als Resultat des konstanten Druckes, gekennzeichnet durch die Wirkung der Doppelpumpenkammerη 20a, b. In erster Linie wird die Eliminierung von Druckspitzen und die Notwendigkeit von Entspannungs- bzw. Überströmventilen oder Drucksensorvorrichtungen zum Schutz der stromabwärtsliegenden Komponenten des Abgabeautomaten eliminiert. Mehr noch halten die inneren Bestandteile der Pumpe wesentlich langer.

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• JO-Leerseite

Claims

HOFFMANN · ΈΪ<&Έ,Έτ'&*ΡλβϊΝΕΪΪ·» 3 ί 3 867

PATENTANWÄLTE

DR. ING. E. HOFFMANN (1930-197ί) . DIPL.-ING. W. EITLE . DR.RER. NAT. K.HOFFMAN N · Dl PL.-I NG. W. LEU N

DIPL.-ING. K. FOCHSLE . DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABELLASTRASSE 4 · D-8000. MO NCH EN 81 . TELEFON (089) 911087 · TELEX 05-29419 (PATHE)

35 565 p/wa

McCANN¹S ENGINEERING AND MANUFACTURING COMPANY, LOS ANGELES, CALIF. / USA

Doppelmembranbetriebene Umkehrventilpumpe

PATENTANSPRÜCHE

Strömungsmittelbetätigte reziprokierende Pumpe des. Typs mit Doppelpumpenkammern, welche innerhalb eines Gehäuses angeordnet sind, g. e k e nn ze i c h n e t durch ein Paar von Arbeitskammern (22a, 22b) innerhalb des Gehäuses, die unabhängig voneinander mit einer der Pumpenkammern (20a, 20b) zusammenwirkt, durch ein reziprokierendes .Kolbenelement (40) ,■ welches zwei Kolbenköpfe und eine Einrichtung zum Verbinden der Köpfe umfasst, wobei jeder der Köpfe zwischen einer Pumpenkammer und einer zugehörigen Arbeitskammer angeordnet ist, durch eine Einrichtung zum Füllen der Arbeitskammern mit einem Kraftmedium,

welche Füllungseinrichtung innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, durch eine Einrichtung zum Evakuieren der Arbeitskammern vom Kraftmedium, wobei die Evakuierungseinrichtung innerhalb, des Gehäuses angeordnet ist, durch eine Einrichtung, die integriert mit der Füllungseinrichtung ausgebildet ist, zum alternativen Selektieren der zu füllenden Arbeitskammer, und durch eine Einrichtung zum Steuern der alternierenden Einrichtung, welche Steuereinrichtung innerhalb des Gehäuses angeordnet ist und nach der vollständigen Bewegung des Kolbenelementes in jede der Richtung des reziprokierenden Bewegungsweges betriebssam ist.
2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllungseinrichtung ein Paar von Kanälen (28a, b; 28c, d) umfasst, die mit einer Versorgungsleitung verbunden sind.
3. Pumpe'nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die alternierende Einrichtung zwei Membranen umfasst, wobei jede Membran in Strömungsmittelverbindung mit einer der Arbeitskammern steht und wobei jede Membran einen Kolben- stössel hat, der im betrieblichen Zusammenhang mit dieser steht, und dass eine Einrichtung integriert mit jedem der Kolbenstössel in Verbindung steht, um das Paar von Kanälen unabhängig voneinander zu schliessen, wobei nur einer der Kanäle ζλι jedem Zeitpunkt geschlossen wird.
4. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung ein Steuerventil (64) umfasst, welches alternativ den Kraftmediumstrom zu den Membranen leitet, dass das Steuerventil nach der Bewegung des Kolbenelementes in seine vorderste Stellung des Bewegungsweges in jeder der Richtungen betreibbar ist.
5. Pumpe nachmindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , dass zwei Rückschlagventile mit jeder der Pumpenkammern wirksam sind, wobei eines der beiden Rückschlagventile dahingehend wirksam ist·, eine Strömung in einer Richtung in die Pumpenkammer zu erlauben, und wobei das andere Rückschlagventil dahingehend betriebsam ist, eine Strömung in einer Richtung aus der genannten Pumpenkammer zu erlauben.
6. Pumpe nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, gekenn.zeichnet durch eine erste Einrichtung zum Kommunizieren eines Strömungsmittcls zwischen den Rückschlagventilen, wirksam dahingehend, eine Strömung in die genannten Pumpenkannern zu erlauben, und eine zweite Einrichtung zum. Kommunizieren eines Strömungsmittels zwischen den Rückschlagventilen,, wirksam dahingehend, eine Strömung aus den genannten Pumpenkammern heraus zu erlauben.
7. Pumpe nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Einlassdüse umfasst, die integriert mit der

ersten Strömungsmittelkommuniziereinrichtung verbunden ist, und dass sie eine Auslassdüse umfasst, die mit der zweiten Strömungsmittelkommuniziereinrichtung integriert verbunden ist.
8. Pumpe nach.mindestens einem der Ansprüche 1 bis 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Membran umfasst, die zwischen jeder Pum- · penkammer und der zugehörigen Arbeitskammer angeordnet ist, wobei jede'der Membranen an einen der Kolbenköpfe und das Gehäuse anstösst, wobei die Membranen dahingehend wirksam sind, die Arbeitskammern gegen+ber den Pumpenkammern abzudichten.
9. Strömungsmittelbetätigte reziprokierende Pumpe des Typs mit zwei unabhängig wirksamen Pumpenkammern, die in einem Gehäuse angeordnet sind, gekennzeichnet durch ein Einlassrückschlagventil, welches integriert mit jeder der Pumpenkammern ausgebildet ist, wobei dieses Rückschlagventil die Strömung des Strömungsmittels in die Pumpenkammern in einer Richtung erlaubt, durch ein Auslassrückschlagventil, welches integriert mit jeder der Pumpenkammern ausgebildet ist, wobei dieses Auslassrückschlagventil geeignet ist, die Strömung des Stromungsmittels aus den genannten Pumpenkammern in einer Richtung zu erlauben, durch eine mit jeder der Pumpenkammern zusammenwirkende Arbeitskammer, welche Arbeitskammern innerhalb des Gehäuses angeordnet sind, durch ein reziprokierendes Kolbenelement, welches zwei Köpfe

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hat/ von denen jeder Kopf zwischen einer Pumpenkammer und einer zugehörigen Arbeitskammer angeordnet ist, durch eine Einrichtung zum altcrnativan Füllen der Arbeitskammern, wodurch das Füllen einer Arbeitskammer die Bewegung des Kolbenelementes in die Richtung der Pumpenkammer bewirkt, die mit der zu füllenden Arbeitskammer assoziiert ist, durch eine Einrichtung zum alternativen Evakuieren der Arbeitskammern, wobei während des Füllens einer der Arbeitskammern die andere Arbeitskammer evakuiert wird, und durch eine Einrichtung zum Steuer der Fülleinrichtung und der Evakuierungseinrichtung, wo- ' bei die Steuereinrichtung nach der Bewegung des reziprokierenden Kolbenelementes wirksam ist.
10. .Pumpe nach Anspruch 9, dadurch g e k c η η ζ e i c h

net, dass sie eine erste Kommuniziereinrichtung umfasst, die zwischen den Einlassrückschlagventilen angeordnet ist, und dass sie eine zweite Strö- . mungsmittelkommuniziereinrichtung umfasst, die zwischen den Auslassrückschlagventilen angeordnet ist.
11. Pumpe nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet , dass sie eine integriert mit jedem der Köpfe ausgebildete Membran umfasst, welche Membranen die Arbeitskammern gegenüber den Pumpenkammern abdichten.
12. Strömungsmittelbetätigte reziprokierende Pumpe

des Typs mit entgegengesetzt ausgerichteten koaxialen Doppelpumpenkammern, die innerhalb eines

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Gehäuses angeordnet sind, gekennzeichnet durch eine Arbeitskammer, welche mit jeder der Pumpenkammern zusammenwirkt,- wobei die Arbeitskammern innerhalb des Gehäuses und koaxial mit den Pumpenkammern angeordnet sind, durch eine zwischen den Pumpenkammern und den zugehörigen Arbeitskammern ausgebildete Membran, welche Membranen am Gehäuse befestigt sind, durch ein Doppelkolbenelement mit zwei entgegengesetzt ausgerichteten Köpfen, wobei jeder Kopf unabhängig integriert mit einem Abschnitt der Membranen ausgebildet ist und wobei das Kolbenelement zwischen den Pumpenkammern sich hin- und herbewcgcn kann, durch eine Rinrichtung zum alternativen Füllen der Arbeitskammern mit dem Strömungsmittel, wobei die Fülleinrichtung innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, durch eine Rinrichtung zum Evakuieren der Arbeitskammern vom Strömungsmittel, wobei diese Evakuiereinrichtung innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, durch eine Einrichtung zum Steuern der Fülleinrichtung und der Evakuiereinrichtung, wobei die Steuereinrichtung nach dem vollständigen Bewegen des hin- und hergehenden Kolbenelementes in jeder.der Bewegungsrichtungen wirksam ist, und wobei das Füllen einer Arbeitskam- · mer das Evakuieren der anderen Arbeitskammer verursacht.
13. Pumpe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , dass sie .Einlassrückschlagventile umfasst, die dahingehend wirksam sind, eine in eine Richtung gerichtete Strömung in jede der Pumpenkammern zu erlauben, und dass sie Auslassrück-

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schlagventile umfasst, die dahingehend wirksam sind, eine in eine Richtung gerichtete Strömung aus jeder der Pumpenkammern zu erlauben, und daaü schliesslich eine erste Kommunizierungseinrichtung zwischen jedem der Einlassrückschlagventile und eine zweite Strömungsmittelkommuniziereinrichtung zwischen jedem der Auslassrückschlagventile vorgesehen ist.