DE3341020A1 - Einrichtung zur regelung von druck und foerdermengen einer membranpumpe - Google Patents
Einrichtung zur regelung von druck und foerdermengen einer membranpumpeInfo
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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
BAD ORIGINAL
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.
BAD
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
BAD QRtGiNAL COPY
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
pDR 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
copy m
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
pDR 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
- 7 ORDINAL
COPY J "
41 ¥'?
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=ρηΈ5 Kn„„ die Regelung beginnt
jJriiNienn
copy
/ld,
P^j Die Fördermenge Q nimmt in Abhängigkeit vom Förderdruck ρ
*— stetig ab und erreicht bei P=PEn(j Nenn d^"e RestföpdermenSe
P~> ^R t N D^e Kurvenverläufe der pig· 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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- 11
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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/Ko.
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
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.
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.
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 pDR N dargestellt. Sobald nun der Förderdruck ρ
J- 15 -
Ah
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 pD_ 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
pß„ (s. Fig. 2) einstellbar ist und unterhalb
des Ansprechdruckes pN„ 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=PDR N
bis p„ , N ersichtlich (breite Vollinie). Bei
einem Förderdruck P=PEnd Ne wird lediglich noch eine
Restfördermenge QR , 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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/Λ-
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 QR , N
bei einem Förderdruck ρ<ρ^ , „ erreicht wird. Für
^EndNenn
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 pBV N auswirkt. Man erkennt einen stärkeren
Abfall des Kurvenverlaufes, so daß die Restfordermenge QRestjNenn für einen förderdruck P<PEndjNenn
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.
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 (6)
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
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
ν; · BAD ORIGINAL
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.
BAD
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: ABEL PUMPEN GMBH & CO KG, 2059 BUECHEN, DE |
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8130 | Withdrawal |