DE3341020A1

DE3341020A1 - Einrichtung zur regelung von druck und foerdermengen einer membranpumpe

Info

Publication number: DE3341020A1
Application number: DE19833341020
Authority: DE
Inventors: Friedrich 2059 Büchen Stahlkopf
Original assignee: OT Pumpen & Co Kg 2059 Buechen GmbH; O T PUMPEN GmbH and Co KG
Current assignee: Abel Pumpen & Co Kg 2059 Buechen De GmbH
Priority date: 1983-11-12
Filing date: 1983-11-12
Publication date: 1985-05-30
Also published as: JPS60132083A; NL8403446A; GB2151716A; FR2556051A1; BE901025A; US4564340A; GB8428504D0

Description

Firma ^ 2059 Buchen, den οΨ.τΙον. 198"

Str. 10 Tel. 04155 / 2071

2059 Buchen

PATENTANMELDUNG

Anmelder:

Pa. O.T. Pumpen GmbH & Co. KG Berliner Str. 10, 2059 Buchen

Einrichtung zur Regelung von Druck und Fördermenge einer Membranpumpe

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Regelung von Druck und Fördermenge einer Membranpumpe, die a3s hydraulisch betätigte Verdrängerpumpe ausgebildet ist und sich insbesondere zur Förderung eines dickflüssigen und abrasiven oder mit Festkörpern beladenen sekundären fließfähigen Mediums eignet,und die ein vom sekundären Medium durchströmtes Pumpteil und ein mit primärem Arbeitsmedium beaufschlagtes Leistungsteil aufweist, welche über eine das primäre fließfähige Arbeitsmedium führende Verbindungsarmatur gekoppelt sind, wobei das primäre Arbeitsmedium eine aus elastomerem Material bestehende Membran einerseits beaufschlagt und diese durch eine pulsierenden Druck betätigt und die Membran andererseits eine Pumpenkammer des Pumpenteils teilweise begrenzt, mit einer Regeleinrichtung für den Haushalt des primären Arbeitsmediums, die vom primären Arbeitsmedium im Leistungsteil gesteuerte Ventile zur Zu- und Abfuhr von prim.'irem Arbeitsmedium aus einem

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qo/ ι Π 9 Π bzw. einen Vorratsbehälter, ein Druckregelventil, einen Windkessel und eine primäres Arbeitsmedium aus der durch die Ventile vom Leistungsteil getrennten Regeleinrichtung in den Vorratsbehälter abgebende Düse mit Verlustbohrung aufweist.

Membranpumpen der einleitend gekennzeichneten Gattung eignen sich besonders als Transportpumpen für Abwasser und kommunale oder industrielle Schlämme jeglicher Art. Aus der Patentanmeldung P 3121103 ist eine derartige Membranpumpe bekannt, bei der die vorgenannte Regeleinrichtung für einen die einwandfreie Funktion der Membranpumpe sicherstellenden Haushalt an primärem Arbeitsmedium sorgt. Die beim Druckhub dieser Membranpumpe über eine Düse in den Vorratsbehälter abgegebene Verlustmenge an primärem Arbeitsmedium dient dazu, daß in der nachfolgenden Saugphase des infrage kommenden Leistungsteils infolge Mangel an primärem Arbeitsmedium, welcher die Unterdruckbildung forciert, eine sichere Anlage einer Schlauchmembran auf einem Stützrohr erreicht wird, bevor infolge des sich einstellenden Systemunterdruckes das Saugventil zwecks Kompensation des fehlenden primären Arbeitsmedium öffnet.

Steigende Anforderungen bei der Klärung von Abwässern bzw. bei der Aufbereitung und Trennung kommunaler und industrieller Schlämme in ihre festen und flüssigen Bestandteile und wachsendes Umweltbewußtsein machen es heute in vielen Fällen erforderlich, daß die vorgenannten fließfähigen Medien über Filterpressen gefördert und dort von ihren festen Bestandteilen befreit werden. In diesem beispielhaft genannten Anwendungsfall nimmt mit zunehmender Filterbeladung die über den Filter durchsetzbare Fördermenge stetig ab, wogegen der Filterdruck einem vorgegebenen Höchstwert zustrebt.

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In Pig. 1 sind Druck und Fördermenge einer Filterpresse in Abhängigkeit von der Zeit qualitativ dargestellt. Druckj Fördermenge und Zeit sind jeweils normiert aufgetragen, wobei unter Zykluszeit jene Zeit verstanden wird, die zu einer vollständigen Beladung der Filterpresse führt und an deren Ende bei maximalem Filterdruck eine Restfördermenge durch die Filterpresse hindurchgesetzt werden kann. Angesichts der Tatsache, daß bereits nach etwa der halben Zykluszeit auf nahezu maximalem Druckniveau die.durch die Filterpresse hindurchgesetzte Fördermenge stetig bis auf eine'Restfördermenge abnimmt, liegt es auf der Hand, daß Membranpumpen der einleitend gekennzeichneten Gattung mit ihren bekannten Regeleinrichtungen als Filterpreßpumpen ungeeignet sind, wenn nicht eine unwirtschaftliche Betriebsweise oder gar eine Beschädigung der Pumpe in Kauf genommen werden soll. Der unwirtschaftliche Betrieb einer als Filterpreßpumpe zum Einsatz kommenden Transportpumpe resultiert daraus, daß die Membranpumpe nahezu ihre gesamte maximale Leistung auch in der zweiten Hälfte des Filterpressenzyklusses aufnimmt, wogegen die aus Druck und Fördermenge der Filterpresse resultierende abgegebene hydraulische Leistung stetig abnimmt. Abgesehen von diesem unwirtschaftlichen Betrieb, bei dem sich die Leistungsaufnahme der Pumpe bei Nennlast nur geringfügig von jener bei Nullförderung unterscheidet, muß die gesamte, jeweils überschüssige Leistung in einem als Überströmventil arbeitenden Druckregelventil in Reibungswärme dissipiert werden. Dadurch wird das überströmende primäre Arbeitsmedium in kurzer Zeit heiß und verdampft, wodurch eine einwandfreie Funktion der Membranpumpe als Filterpreßpumpe nicht mehr sichergestellt ist.

Aus der DE-PS 2102762 ist eine Einrichtung zur Regelung von Druck und Fördermenge einer hydraulisch betätigten Membranpumpe bekannt, mit der Druck und Fördermenge des zu fördernden sekundären Mediums praktisch verlustlos

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geregelt werden können. Diese Einrichtung verfügt unter anderem über ein von der Pumpenmembran betätigtes Ventil zur Zufuhr und Abfuhr von primärem Arbeitsmedium und ist dadurch gekennzeichnet, daß in eine Leitung zwischen dem von der Membran betätigten Ventil und einem Vorratsbehälter für primäres Arbeitsmedium ein Regelventil geschaltet ist, dessen Regelkolben oder Membran mit einem Druckwindkessel der Förderleitung in Verbindung steht.

Obgleich die bekannte Einrichtung für eine Membranpumpe der einleitend gekennzeichneten Gattung die gestellte Aufgabe, Druck und Fördermenge des zu fördernden Mediums verlustlos zu regeln, einwandfrei löst, ist sie mit einigen schwerwiegenden Nachteilen behaftet. Zum einen muß beim Saughub die Membranendlage mechanisch erfaßt und auf das von der Membran betätigte Ventil übertragen werden. Dies erfordert besondere konstruktive Maßnahmen, die Kosten verursachen und die Betriebssicherheit der Membranpumpe beeinträchtigen können. Zum anderen ist das durch den Druck des zu fördernden sekundären Mediums gesteuerte Regelventil unmittelbar mit dem Druckwindkessel verbunden, so daß dessen Regelkolben oder Membran ggfs. mit dem zu fördernden abrasiven oder chemisch aggressiven Medium direkt in Berührung kommt. Das Regelventil unterliegt somit einer erhöhten mechanischen und / oder chemischen ■25 Beanspruchung und kann dadurch eine Schwachstelle in der Gesamtanordnung bilden. Bei einer Leckage am Regelventil kann sekundäres Medium in den Bereich des primären Arbeitsmediums eindringen und dort unter Umständen zu einer Beschädigung oder Zerstörung der Membranpumpe führen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Druck und Fördermenge einer Membranpumpe der einleitend gekennzeichneten Gattung praktisch verlustlos derart zu regeln, daß lediglich Eingriffe in den Haushalt des primären Arbeitsmediums notwendig sind. Dabei sollen

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keine unmittelbaren Wechselwirkungen zwischen dem zu fördernden sekundären Medium und Teilen der Regeleinrichtung erforderlich sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß 1. während des Druckhubes der Membranpumpe eine begrenzte Menge primären Arbeitsmediums aus einem mit dem zugeordneten Leistungsteil ständig verbundenen Gehäusebereich der Regeleinrichtung in den Vorratsbehälter abgeführt wird, daß

10' 2. während des Saughubes und abhängig vom überdruck ρ des in der Regeleinrichtung anstehenden primären Arbeitsmediums ein Ausgleich der während des Druckhubes abgeführten Verlustmenge an primärem Arbeitsmedium erfolgt, wobei unterhalb eines einstellbaren Ansprechdruckes p__R der Regeleinrichtung ein vollständiger und oberhalb desselben ein mit wachsender Differenz zwischen dem überdruck ρ und dem Ansprechdruck p_DR zunehmend unvollständiger Ausgleich realisiert wird und daß

3· während des Saughubes proportional mit dem zunehmenden Ausgleichsdefizit das primäre Arbeitsmedium innerhalb des zugeordneten Leistungsteils aus der Umgebung der Membranpumpe begast wird.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß

1. eine untere Düse mit Verlustbohrung, die einen Verbindungsweg zwischen Vorratsbehälter und Regeleinrichtung herstellt, derart im Gehäuse der Regeleinrichtung angeordnet ist, daß zwischen der unteren Düse und dem zugeordneten Leistungsteil eine ständige Verbindung besteht, daß

2. ein Drosselventil an der Regeleinrichtung angeordnet ist, das einen im einem Drosselgehäuse abdichtend geführten Drosselkolben aufweist, der einerseits von einer über eine Vorspanneinrichtung einstellbaren Feder und andererseits vom primären Arbeitsmedium beaufschlagt

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cd wird, und der mit einem Drosselkegel derart

PjJ verbunden ist, daß bei Verschiebung dea Drosaelkolbens

v— gegen die Kraft der Feder eine Nachholöffnung, die mit

^q einem zu den Saugventilen führenden Nachholkanal in

^ 5 Verbindung steht, zunehmend in ihrem Querschnitt

reduziert wird und daß

3. ein Begasungsventil, das aus einem über den Flüssigkeitsspiegel im Vorratsbehälter hinausragenden Ansaugrohr und einem über eine Feder entgegen dem Umgebungsdruck der Membranpumpe belasteten Schließglied besteht, im Gehäuse der Regeleinrichtung dergestalt angeordnet ist, daß zwischen dem Begasungsventil und dem zugeordneten Leistungsteil eine ständige Verbindung besteht.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile ..bestehen insbesondere darin, daß die praktisch verlustlose Regelung von Druck und Fördermenge einer Membranpumpe der einleitend gekennzeichneten Gattung mit relativ einfachen mechanischhydraulischen Mitteln durchführbar ist. Mechanischhydraulische Mittel sind robust und relativ störunanfällig und werden im rauhen Alltag dieser Membranpumpen elektrischer oder elektronischen Mitteln zur Regelung derartiger Pumpen vorgezogen. Durch die erfindungsgemäße Anordnung des Drosselventils wird oberhalb des einstellbaren Ansprechdruckes p_DR mit zunehmendem überdruck ρ des primären Arbeitsmediums dem Leistungsteil primäres Arbeitsmedium nicht mehr in dem Maße über die Saugventile zugeführt, wie es zum Ausgleich für die über die obere und untere Düse abgeführten Verlustmengen notwendig wäre. Zur Vermeidung von Kavitation wird das primäre Arbeitsmedium während des Saughubes unterhalb eines bestimmten Druckes aus der Umgebung der Membranpumpe über das Begasungsventil begast. Durch den zunehmenden Gasanteil - in der Regel handelt es sich um Luft - im primären Arbeitsmedium geht die Fördermenge der Membranpumpe auf die zu fördernde Restfördermenge zurück und bleibt bis zur Abschaltung der Filterpresse konstant. Die Leistungsaufnahme der Membranpumpe resultiert im Regelbetrieb aus den vorliegenden

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hydraulischen Betriebsbedingungen (Fördermenge a-nd F&r>cler~ druck) und den mechanischen und hydraulischen Verlusten sowohl im Pump- und Leistungsteil als auch in der Regeleinrichtung. Die Verluste in der Regeleinrichtung sind allerdings auf ein Minimum reduziert, da der Leistungsteil der Membranpumpe lediglich so viel primäres Arbeitsmedium fördert wie zur Auslenkung der Membran und zur Durchführung der Regelungsmechnismen gerade erforderlich ist. Über die Regeleinrichtung werden lediglich Jie über die obere und untere Düse abströmenden Verlustmengen und die innerhalb des Gehäuses der Regeleinrichtung oszillierenden Mengen gefahren.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungform der Erfindung ist sichergestellt, daß bei Betriebsverhältnissen, die besondere Sicherheitsvorkehrungen erfordern, jeder Leistungsteil über ein Sicherheitsventil verfügt, das im jeweils zugeordneten Gehäusebereich der Regeleinrichtung angeordnet ist.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß ein über einen Schwimmkörper gesteuertes und in seiner Durchsatzleistung auf den Ausgleich normaler Leckagen abgestimmtes Ausgleichsventil, welches mit einer Zufuhrleitung für primäres Arbeitsmedium verbunden ist, am Vorratsbehälter angeordnet ist und dort die erforderliche Füllhöhe sicherstellt. Durch diese Maßnahme werden normale . und unvermeidbare Leckagen an Dichtungen und Durchführungen und Verdunstungsverluste kompensiert, ohne daß größere Verluste an primärem Arbeitsmedium,beispielsweise durch Beschädigung der Membran,unentdeckt bleiben.

Für den Fall eines Absinkens des Füllstandes unter die notwendige Mindestfüllhöhe stellt eine andere Weiterbildung der Erfindung sicher, daß eine Luft und primäres Arbeitsmedium voneinander unterscheidende Niveausonde eine Störmeldung abgibt, die entweder ein akustisches Warngerät einschaltet oder die Membranpumpe abschaltet.

° Für den Fall des Eindringens von sekundärem Medium

O in das primäre Arbeitsmedium stellt eine weitere

^Z Ausgestaltung der Erfindung sicher, daß über eine

CO Flüssigkeiten nach ihrer elektrischen Leitfähigkeit

•5 unterscheidende Leitwertsonde innerhalb der Verbindungsarmatur ein Störsignal ausgelöst wird, das entweder ein akustisches Warngerät einschaltet oder die Membranpumpe abschaltet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 den qualitativen Verlauf von Druck und Fördermenge einer Filterpresse in Abhängigkeit von der Zeit (bereits vorstehend erläutert),

Fig. 2 eine aus Fig. 1 gewinnbare und durch die Einrichtung zur Regelung von Druck und Fördermenge einer Membranpumpe gemäß der Erfindung realisierbare Kennlinie einer Membranpumpe und

Fig. 3 einen Schnitt durch eine Einrichtung zur Regelung von Druck und Fördermenge einer Membranpumpe

gemäß der Erfindung, wobei die Darstellung vorrangig die funktionalen Zusammenhänge und weniger die geometrisch-konstruktive Anordnung wiedergibt.

Die erforderliche Kennlinie einer Membranpumpe, die auf eine Filterpresse arbeitet, ist in Fig. 2 dargestellt. Man gewinnt die einander zugeordneten Werte von Druck und Fördermenge dadurch, daß man die einer bestimmten Zeit in Fig. 1 zugeordneten Werte von Druck und Fördermenge in einem Q-p-Diagramm aufträgt. Der in Fig. 2 mit einer breiten Vollinie dargestellte Kurvenzug Q=f (p) stellt dabei die Kennlinie einer Membranpumpe dar, die praktisch verlustlos geregelt wird - dies war die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabenstellung - und auf eine Filterpresse mit dem in Fig. 1 dargestellten zeitlichen Q-p-Verhalten fördert. Man erkennt (Fig. 2), daß mit Erreichen des Förderdruckes Ρ=ρ_ηΈ5 _Kn„„ ^die Regelung beginnt

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P^j Die Fördermenge Q nimmt in Abhängigkeit vom Förderdruck ρ

*— stetig ab und erreicht bei P⁼P_En(j Nenn ^d^"^{e Restföpdermen}S^e

P~> ^R t N ^D^^{e Kurvenverl}äufe ^{der p}ig· 2 werden eingehender

diskutiert, wenn der Aufbau der Regeleinrichtung in Fig.

nachfolgend beschrieben wurde.

Die Membranpumpe (Fig. 3) verfügt im Ausfüh^ungsbeispiel über ein Kugelgehäuse 1, an dessen tiefster Stelle ein Saugstutzen la und an.dessen höchster Stelle ein Druckstutzen Ib angeordnet ist. In der in der Zeichnung dargestellten rechten Kugelhälfte ist eine zentrisch angeordnete öffnung vorgesehen, die einen Anschlußflansch Ic aufnimmt. Im Innern des Kugelgehäuses 1 befindet sich eine Schlauchmembran 2, die ein Stützrohr 3 mit einer Vielzahl von Durchbrüchen 3a umschließt und mit ihren beiderseitigen Enden über eine Membran-Einspannvorrichtung 4 in den beiderseits im Kugelgehäuse 1 angeordneten zentrischen öffnungen eingespannt ist. Die Pumpenkammer P, die das zu fördernde sekundäre Medium aufnimmt und von diesem durchströmt wird, ist Teil des Pumpteils 1 bis 4 und wird von der Innenfläche des Kugelgehäuses 1 und der äußeren Mantelfläche der Schlauchmembran 2 begrenzt. Auf dem Saug- und Druckstutzen la bzw. Ib befinden sich baugleiche Rückschlagventile, von denen in der Zeichnung lediglich das druckseitige Rückschlagventil 5 dargestellt ist. Die dargestellte Membranpumpe ist als zweifachwirkende Einzylinderpumpe ausgebildet, wobei sich im Zylinder, der am unteren Blattrand lediglich angedeutet ist, zwei Leistungsteile 6 befinden, die jeweils über zugeordnete Anschluß-Öffnungen im Zylindergehäuse 6a und eine Verbindungsarmatur 8 mit dem Pumpteil 1 bis 4 in Verbindung stehen. Ein im Zylindergehäuse 6a angeordneter Kolben 7 erzeugt durch seine hin- und hergehende Bewegung in den Leistungsteilen 6 abwechselnd Saug- und Druckhübe, wodurch das den Kolben 7 beaufschlagende primäre Arbeitsmedium in welchselnder Folge in den jeweiligen Leistungsteil 6 angesaugt oder aus diesem verdrängt wird. Bei zweifach-

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wirkenden Einzylinderpumpen verfügt die gesamte Pumpenanordnung über zwei voneinander getrennte Pumpteile 1 bis 4, wovon in Fig. 3 lediglich das dem linken Leistungsteil 6

~ zugeordnete teilweise dargestellt ist. Die nachfolgend

ro 5 beschriebene Regeleinrichtung ist nicht auf kugelförmige

Gehäuse mit zylinderförmiger Schlauchmembran beschränkt.

Es können auch ohne Einschränkung Gehäuse mit Flachmembranen zur Anwendung kommen. Bei vierfachwirkenden Zweizylinderpumpen, also bei Anordnung von vier voneinander getrennen Pumpteilen 1 bis 4, sind im Regelfall zwei nachfolgend beschriebene Regeleinrichtungen vorzusehen. Die Regeleinrichtung 9 ist mit den im Ausführungsbeispiel zweifach vorhandenen Verbindungsarmaturen 8 verbunden und befindet sich insgesamt innerhalb eines Vorratsbehälters 1O₃ der zwischen den Verbindungsarmaturen 8 und dem Gehäuse der Regeleinrichtung 9a eingespannt ist und an diesen Stellen über nach außen abgedichtete Durchbrüche verfügt. Die Verbindungsarmatur 8 verfügt über vier Anschlüsse, wobei sie über die Anschlußöffnung zum Leistungsteil 8a mit dem Leistungsteil 6, über die Anschlußöffnung zum Pumpteil 8b mit dem Pumpteil 1 bis 4, über die Anschlußöffnung zur Regeleinrichtung 8c mit der Regeleinrichtung 9 und durch die Anschlußöffnung für Leit-. wertsonde 8d mit einer Leitwertsonde 24 verbunden ist.

Im Gehäuse der Regeleinrichtung 9a befinden sich symmetrisch einander gegenüberliegende Ansaugkanäle 9b, die jeweils eine Verbindung zur zugeordneten Verbindungsarmatur 8 herstellen. Symmetrisch zur Symmetrieachse des Gehäuses der Regeleinrichtung 9a ist ein Ventilsatz vorgesehen, welcher jeweils aus einem Saugventil mit einem Saugventilsitz 13a, einer Ansaugkugel 11 und einer nicht benannten Ansaugfeder und einem Überdruckventil mit einem überdruckventilsitz 13b, einer Überdruckkugel 12 und einer nicht bekannten Überdruckfeder besteht, über den Saugventilsitz 13a, der mit einem Nachholkanal 19a in Verbindung steht, ist eine Verbindung zwischen Saugventil 11, 13a und dem Vorratsbehälter 10 gegeben. Im Bereich des Ansaugkanals 9b ist im Gehäuse der Regeleinrichtung 9a eine untere Düse mit

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Verlustbohrung 16 angeordnet, die einen Verbindungsweg zwischen dem Vorratsbehälter 10 und dem Ansaugkanal 9b der Regeleinrichtung 9 herstellt.

In dem von dem Gehäuse der Regeleinrichtung 9a oberhalb ' 5 der Uberdruckkugel 12 gebildeten Raum, welcher über den überdruckventilsitz 13b mit dem Ansaugkanal 9t> verbunden werden kann, ist eine einzige obere Düse mit Verlustbohrung 17 angeordnet. Darüber hinaus ist der erwähnte Raum mit einem Druckregelventil 14 und einem Windkessel verbunden.

Am Gehäuse der Regeleinrichtung 9a ist ein Drosselventil angeordnet, dessen Drosselkolben l8a aus dem Raum oberhalb der Uberdruckkugel 12 mit primärem Arbeitsmedium beaufschlagbar ist. Der Drosselkolben l8a wird in einem Drosselgehäuse l8b abgedichtet geführt und kann mittels einer Vorspanneinrichtung l8e über eine Feder l8d auf einen Ansprechdruck p„_R eingestellt werden. Der Drosselkolben l8a ist über eine nicht benannte Verlängerung mit einem Drosselkegel l8c derart verbunden, daß bei Verschiebung des Drosselkolbens l8a gegen die Kraft der Feder l8d eine Nachholöffnung 19, die mit dem zu den Saugventilen 11, 13a führenden Nachholkanal 19a in Verbindung steht, zunehmend in ihrem Querschnitt reduziert wird.

Im Bereich des Ansaugkanals 9b ist im Gehäuse der Regeleinrichtung 9a jeweils ein Begasungsventil 20 angeordnet, das aus einem über den Flüssigkeitsspiegel im Vorratsbehälter 10 hinausragenden Ansaugrohr 20a und einem über eine Feder 20c entgegen dem Umgebungsdruck der Membranpumpe belasteten Schließglied 20b besteht. Darüber hinaus ist im Bereich des Ansaugkanals 9b im Gehäuse der Regeleinrichtung 9a im Bedarfsfall jeweils ein Sicherheitsventil 21 anschließbar.

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j stellte Ansaugkanal 9b wird zwangsläufig durch die Gegen-

seite des Kolbens 7 im Druckhub beaufschlagt. Das im

f Druckhub geförderte primäre Arbeitsmedium hebt die links-■j seitig dargestellte Überdruckkugel 12 von ihrem über-

druckventilsitz 13b an. Die rechtsseitig dargestellte

Uberdruckkugel 12 fungiert dabei als Rückschlagkugel. Sie bleibt auf ihrer Sitzfläche, da gleichzeitig auf ihrer
Unterseite der Saughub wirksam ist. Infolge des Überdruckes sowohl im linksseitigen Ansaugkanal 9b als auch im Raum
oberhalb der Überdruckkugel 12 verlassen geringe Mengen
primären Arbeitsmediums über die untere und die obere
Düse mit Verlustbohrung 16 bzw. 17 das Gehäuse der Regeleinrichtung 9a. Beim anschließenden linksseitigen Saughub wird die verlorene Menge an primärem Arbeitsmedium ohne
Schwierigkeit über das linksseitige Saugventil 11, 13a

wieder kompensiert. Im rechtsseitigen Ventilsatz findet
nunmehr die Druckphase statt, wobei über die obere Düse und die rechtsseitige untere Düse l6 wieder eine geringe Menge primären Arbeitsmediums in den Vorratsbehälter 10 verloren geht, die beim anschließenden Saughub über das Saugventil kompensiert wird.

Der Verlust an primärem Arbeitsmedium über die untere Düse bewirkt, daß die Schlauchmembran 2 beim Saughub am Stützrohr 3 anliegt, bevor der Kolben 7 seinen Totpunkt erreicht hat. Der Verlust an primärem Arbeitsmedium über die einzige obere Düse 17 reduziert die auftretenden Druckausschläge
der Regelung auf ein Minimum und stellt eine einwandfreie Funktion der Überdruckventile 12, 13b sicher.

Die vorstehend beschriebene Pumpenfunktion entspricht der Arbeitsweise von bekannten Membranpumpen, die als Transportpumpen betrieben werden. Die mit der beschriebenen Anordnung realisierte Kennlinie ist in Fig. 2 im Förderdruckbereich p=0 bis p_{DR N} dargestellt. Sobald nun der Förderdruck ρ

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Im Bereich des erforderlichen Flüssigkeitsspiegels ist im Vorratsbehälter 10 ein über einen Schwimmkörper 22 gesteuertes und in seiner Durchsatzleistung

auf den Ausgleich normaler Leckagen abgestimmtes Aus- > 5 gleichsventil 22, welches mit einer Zufuhrleitung für primäres Arbeitsmedium verbunden ist, angeordnet.

An einer der Mindestfüllhöhe entsprechenden Stelle des Vorratsbehälters 10 ist eine Luft und primäres Arbeitsmedium voneinander unterscheidende Niveausonde 23 angeordnet, die in Luft ein Störsignal auslöst, das entweder ein akustisches Warngerät einschaltet oder die Membranpumpe abschaltet.

Die in der Verbindungsarmatur 8 angeordnete Leitwertsonde 24 ist in der Lage, Flüssigkeiten nach ihrer ■ - · elektrischen Leitfähigkeit zu unterscheiden und bei einer sich von der Leitfähigkeit des normalen primären Arbeitsmediums unterscheidenden Leitfähigkeit ein Störsignal auszulösen, das entweder ein akustisches Warngerät einschaltet oder die Membranpumpe abschaltet.

Es sei angenommen, daß das mit der linksseitig dargestellten Verbindungsarmatur 8 verbundene Pumpteil 1 bis in seiner Druckphase arbeitet und der Förderdruck ρ kleiner ist als der über das Drosselventil 18 einstellbare Ansprechdruck p_D_ In diesem Fall befindet sich der

Drosselkolben l8a in seiner unteren Endlage, so daß die zum Nachholkanal 19a führende Nachholöffnung 19 vollständig geöffnet ist. über den mit der rechten Verbindungsarmatur 8 verbundenen Ansaugkanal 9b wird eine geringe Menge primären Arbeitsmediumeüber den Nachholkanal 19a und die Nachholöffnung 19 aus dem Vorratsbehälter 10 angesaugt. Infolge des entstehenden Unterdruckes verläßt die Ansaugkugel 11 ihren Saugventilsitz 13a, so daß in das im Saughub befindliche Leistungsteil 6 primäres Arbeitsmedium einströmen kann. Der linksseitig darge-

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größer wird als der an dem Drosselventil 18 eingestellte Ansprechdruck p^- „ beginnt letzteres der-

JJK j wenn

gestalt zu arbeiten, daß der vom primären Arbeitsmedium beaufschlagte Drosselkolben l8a seine untere Endlage gegen den Druck der Feder l8d verläßt. Mit zunehmendem Förderdruck schiebt sich der Drosselkegel l8c in die Nachholöffnung 19 hinein und reduziert zunehmend deren Querschnitt. Dadurch sind die jeweils in ihrer Saugphase befindlichen Leistungsteile 6 nicht mehr in der Lage, das beim vorangegangenen Druckhub verlorengegangene primäre Arbeitsmedium wieder vollständig durch Ansaugen aus dem Vorratsbehälter 10 auszugleichen. Dadurch wird der Unterdruck im primären Arbeitsmedium so groß, daß ein Begasungsventil 20, dessen Ansprechunterdruck p_ß„ (s. Fig. 2) einstellbar ist und unterhalb des Ansprechdruckes p_N„ des Saugventiles 11, 13a liegt, Luft aus der Umgebung der Membranpumpe über ein über den Flüssigkeitsspiegel im Vorratsbehälter 10 hinausragendes Ansaugrohr 20a in den Ansaugkanal 9b des Gehäuses der Regeleinrichtung 9a "einschnüffelt". Durch die erfindungsgemäße Begasung des primären Arbeitsmediums wird Kavitation im primären Arbeitsmedium verhindert, die bekanntlich starke Geräuschbildung und Schäden an Bauteilen verursacht. Die durch die Wirkung des Drossel- und Begasungsventils 18 bzw. 20 realisierbare Pumpenkennlinie ist aus Fig. 2 für den Förderdruck P=P_{DR N} bis p„ , _N ersichtlich (breite Vollinie). Bei einem Förderdruck P=P_{End Ne} wird lediglich noch eine Restfördermenge Q_R , _N gefördert. Das Drosselventil l8 ist bei diesem Förderdruck vollständig geschlossen, so daß die über die untere und obere Düse l6 bzw. 17 abgeführten Verlustmengen auch nicht mehr teilweise ausgeglichen werden können. Der Regeleinrichtung wird dadurch mehr und mehr primäres Arbeitsmedium entzogen, so daß selbst in der Druckphase der jeweiligen Pumpteile über die Düsen 16, 17 kein primäres Arbeits-

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medium, sondern lediglich noch Luft abgeführt wird. Die Regeleinrichtung 9 arbeitet bei diesem Betriebszustand mit den jeweils zugeordneten Leistungsteilen mit einem relativen großen Luftvolumen, das als sogenannter schädlicher Raum die Fördermenge der Pumpe auf die vorgenannte Restfördermenge reduziert.

Die strichpunktierten Kurvenverläufe in Fig. 2 deuten qualitativ an, wie sich die Kennlinie der Membranpumpe durch Erhöhung bzw. Erniedrigung des Ansprechdi'uckef. p,,,, gegenüber dem Nennansprechdruck p„_R „ verändert.

Bei einem Ansprechdruck ρ <p „ setzt die Regelung bereits früher ein, so daß die Restfördermenge Q_R , _N bei einem Förderdruck ρ<ρ^ , „ erreicht wird. Für

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einen Ansprechdruck Pnnp^Pnc μ zeigt sich ein umgekehrtes Verhalten. Die gestrichelte Linie soll verdeutlichen, wie sich eine Erhöhung des Ansprechdruckes des Begasungsventils gegenüber de Nennansprechdruck p_{BV N} auswirkt. Man erkennt einen stärkeren Abfall des Kurvenverlaufes, so daß die Restfordermenge Q_Rest_jNenn ^{für einen} förderdruck P<P_EndjNenn erreicht wird. Bei einer Reduzierung des Ansprechdruckes ρ des Begasungsventiles gegenüber dem Nennanspruchdruck p„_{v N} ist mit zunehmender Kavitation des primären Arbeitsmediums zu rechnen, da durch diese Veränderung des Ansprechdruckes die für die Begasung zur Verfügung stehende Zeit reduziert wird.

Aus den vorgenannten mehr qualitativen als quantitativen Überlegungen ist ersichtlich, daß durch Feinabstimmung aller das Regelverhalten der vorgenannten Membranpumpe beeinflussenden Parameter eine optimale Anpassung der Pümpenkennlinie an die Erfordernisse des Filterpressenbe triebes möglich ist. Derartige Feinabstimmungs- und Opti mierungsaufgaben wird man in der Praxis erfolgversprechend in erster Linie experimentell auf dem Pumpenprüfstand nach gründlichen theoretischen Vorüberlegungen lösen. Betriebsversuche haben gezeigt, daß die

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der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, Druck und Fördermenge einer Membranpumpe der einleitend gekennzeichneten Gattung praktisch verlustlos zu
regeln j mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Einrichtung zur Regelung von Druck und Fördermenge einer Membranpumpe einwandfrei und mit relativ einfachen mechanisch-hydraulischen Mitteln gelöst ist.

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Claims

Patentansprüche Einrichtung zur Regelung von Druck und Fördermenge einer Membranpumpe, die als hydraulisch betätigte Verdrängerpumpe ausgebildet ist und sich insbesondere zur Förderung eines dickflüssigen und abrasiven oder mit Festkörpern beladenen sekundären fließfähigen Mediums eignet und die ein vom sekundären Medium durchströmtes Pumpteil und ein mit primärem Arbeitsmedium beaufschlagtes Leistungsteil aufweist, welche über eine das primäre fließfähige Arbeitsmedium führende Verbindungsarmatur gekoppelt sind, wobei das primäre Arbeitsmedium eine aus elastomerem Material bestehende Membran einerseits beaufschlagt und diese durch einen pulsierenden Druck betätigt und die Membran andererseits eine Pumpenkammer des Pumpteils teilweise begrenzt, mit einer Regeleinrichtung für den Haushalt des primären Arbeitsmediums, die vom primären Arbeitsmedium im Leistungsteil gesteuerte Ventile zur Zu- und Abfuhr von primärem Arbeitsmedium aus einem bzw. in einen Vorratsbehälter, ein Druckregelventil, einen Windkessel und eine primäres Arbeitsmedium aus der durch die Ventile vom Leistungsteil getrennten Regeleinrichtung in den Vorratsbehälter abgebende Düse mit Verlustbohrung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß

1. während des Druckhubes der Membranpumpe eine begrenzte Menge primären Arbeitsmediums aus einem mit dem zugeordneten Leistungsteil (6) ständig verbundenen Gehäusebereich der Regeleinrichtung (9) in den Vorratsbehälter (10) abgeführt wird, daß

2. während des Saughubes und abhängig vom überdruck ρ des in der Regeleinrichtung (9) anstehenden primären Arbeitsmediums ein Ausgleich der viährend des Druckhubes abgeführten Verlustmenge an primärem Arbeitsmedium erfolgt wobei unterhalb eines einstellbaren Ansprechdruckes

der Regeleinrichtung (9) em vollständiger und O
fsj oberhalb desselben ein mit wachsender Differenz

^ο zwischen dem überdruck ρ und dem Ansprechdruck

•<f zunehmend unvollständiger Ausgleich realisiert

^r₅ 5 wird und daß

3. während des Saughubes proportional mit dem zunehmenden Ausgleichsdefizit das primäre Arbeitsmedium innerhalb des zugeordneten Leistungsteils (6 aus der Umgebung der Membranpumpe begast wird.

2. Einrichtung zur Regelung von Druck und Fördermenge einer Membranpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

1. eine untere Düse mit Verlustbohrung (l6), die einen Verbindungsweg zwischen dem Vorratsbehälter (10) und der Regeleinrichtung (9) herstellt , derart im Gehäuse der Regeleinrichtung (9a) angeordnet ist, daß zwischen der unteren Düse (l6) und dem zugeordneten Leistungsteil (6) eine ständige Verbindung besteht, daß

2. ein Drosselventil (19) am Gehäuse der Regeleinrichtung (9a) angeordnet ist, das einen in einem Drosselgehäuse (l8b) abdichtend geführten Drosselkolben aufweist, der einerseits von einer über eine Vorspanneinrichtung (l8e) einstellbaren Feder (l8d) und andererseits vom primären Arbeitsmedium beaufschlagt wird, und der mit einem Drosselkegel (l8c) derart verbunden ist, daß bei Verschiebung des Drosselkolbens (18a) gegen die Kraft der Feder (l8d) eine Nachholöffnung (19), die mit einem zu den Saugventilen (11, 13a) führenden

Nachholkanal (19a) in Verbindung steht, zunehmend in ihrem Querschnitt reduziert wird und daß 3. ein Begasungsventil (20), das aus einem über den Flüssigkeitsspiegel im Vorratsbehälter (10) hinaus ragenden Ansaugrohr (20a) und einem über eine

Feder (20c) entgegen dem Umgebungsdruck der Membra pumpe belasteten Schließglied (20b) besteht, im

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Gehäuse der Regeleinrichtung (9a) derart angeordnet ist, daß zwischen dem Begasungsventil (20) und dem zugeordneten Leistungsteil (6) eine ständige Verbindung besteht.

3. Einrichtung zur Regelung von Druck und Fördermenge einer Membranpumpe nach Anspruch 1 oder 2, daaurch gekennzeichnet, daß jeder Leistungsteil (6) über ein Sicherheitsventil (21) verfügt, das im jeweils zugeordneten Gehäusebereich der Regeleinrichtung (9) angeordnet ist.

4. Einrichtung zur Regelung von.Druck und Fördermenge einer Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß ein über einen Schwimmkörper (22a) gesteuertes und in seiner Durchsatzleistung auf den Ausgleich normaler Leckagen abgestimmtes Ausgleichsventil (22), welches mit einer Zufuhrleitung für primäres Arbeitsmedium verbunden ist, am Vorratsbehälter (10) angeordnet ist und dort die erforderliche Füllhöhe sicherstellt.

5. Einrichtung zur Regelung von Druck und Fördermenge einer Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Luft und primäres Arbeitsmedium voneinander unterscheidende Niveausonde (23) an eine- der Mindestfüllhöhe entsprechenden Stelle des Vorrat sbehälters (10) angeordnet ist und daß die Niveausonde (23) in Luft ein Störsignal auslöst, das entweder ein akustisches Warngerät einschaltet oder die Membranpumpe abschaltet.

6. Einrichtung zur Regelung von Druck und Fördermenge einer Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Flüssigkeiten nach ihrer elektrischen Leitfähigkeit unterscheidende Leitwertsonde (24) innerhalb der Verbindungsarmatur (8) angeordnet

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ist j und daß die Leitwertsonde (24) bei einer sich von der Leitfähigkeit des normalen primären Arbeitsmediums unterscheidenden Leitfähigkeit ein Störsignal auslöst j das entweder ein akustisches Warngerät einschaltet oder die Membranpumpe abschaltet.

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