DE3422357A1

DE3422357A1 - Membranpumpe

Info

Publication number: DE3422357A1
Application number: DE3422357A
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: Asahi Okuma Industrial Co Ltd
Current assignee: Asahi Okuma Industrial Co Ltd
Priority date: 1983-07-14
Filing date: 1984-06-15
Publication date: 1985-01-24
Also published as: JPS6019973A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Membranpumpe, die so verbessert ist, daß sie verhindert, daß das Hydraulik^ öl in seiner Temperatur unerwünscht ansteigt, wenn die Druckzufuhr einer Flüssigkeit gestoppt oder deren Durchfluß ge-5 drosselt wird.

Bei einer Membranpumpe, die so arbeitet, daß ein Volumen von hydraulischem Öl, das in einem Zylinder enthalten ist, der mit einer Hydraulikölkammer kommuniziert, die auf einer

von
Seite einer/Membran begrenzt wird, alternierend unter Druck

10 gesetzt und entspannt wird durch Hin- und Herbewegung eines Kolbens mit vorbestimmtem Hub, so daß die Membran hin- und hergetrieben wird, um so ein Flüssigkeitsvolumen aus einer

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^-"" Flüssigkeitskammer auf der anderen Seite der Membran herauszupressen, wird die Membranbewegung gestoppt oder ■■-reduziert, wenn die Druckzufuhr der Flüssigkeit gestoppt wird oder deren Fluß gedrosselt wird. Um-dieses Problem

--5 zu vermeiden ist eine Anordnung nötig, die so arbeitet, daß eine Überschußmenge von Hydrauliköl in der Hydraulik-Ölkammer während des Druckhubes des Kolbens über ein Überdruckventil in einen Tank abgelassen.wird und daß ein Fehlvolumen von Hydrauliköl in der Hydraulikölkammer während des Entspannungshubes des Kolbens aus diesem Tank zugeführt wird. Der Betrieb des Ablassens von Überschußvolumina des Hydrauliköls über ein Überdruckventil in den Tank zurück

~: hat aber unausweichlich die Folge, daß die Temperatur des Hydrauliköls so ansteigt, daß ein weiterer Betrieb der Pumpe nicht mehr möglich ist, wenn diese Entladung über ' -längere Zeit andauert. Um diese Situation zu vermeiden, ist es nötig, die Kapazität des Tanks zu vergrößern oder eine Vorrichtung vorzusehen zum kräftigen Kühlen des Hydrauliköls, was unerwünscht in einer Sperrigkeit der Pumpe als Ganzem resultiert.

Deshalb wurde, wie bereits in der japanischen Patentveröffentlichung No. 51-15601 offenbart, bereits eine Membranpumpe vorgeschlagen, die so ausgebildet ist, daß eine Lei- ■ tung für die Zufuhr von Hydrauliköl während eines Teils des Entspannungshubs des Kolbens geschlossen ist, um so den

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,_,--'' Zylinder zur negativen Seite zu entspannen und dadurch wird ein Luftvolumen-7—weiches im Hydrauliköl gelöst ist, getrennt, so daß ein Fehlvolumen von Hydrauliköl zugeführt wird und ein Temperaturanstieg_des Hydrauliköls vermieden wird. Eine schnelle Trennung von Luft vom Hydrauliköl erzeugt aber einen Schock, der eine Korrosion der Innenfläche

des Zylinders fördert und es ist zusätzliche Kraft nötig, um ..den Kolben gegen den Unterdruck anzutreiben.

Die Erfindung hat die Hauptaufgabe eine Membranpumpe zu schaffen, die so verbessert ist, daß diese Nachteile vermieden werden,'daß ein innerhalb des Zylinders erzeugter Unterdruck unterdrückt wird, und daß ein Temperaturanstieg des Hydrauliköls vermieden wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Membranpumpe der eingangs genannten Art, bei der ein Volumen von hydraulischem Öl in einem Zylinder, der mit einer Hydraulikölkammer kommuniziert, die auf einer Seite durch eine Membran begrenzt ist, alternierend unter Druck gesetzt und entspannt wird durch die Hin- und Herbewegung eines Kolbens mit vorbestimmtem Hub, wodurch die Membran hin- und hergetrieben wird, um so ein Flüssigkeitsvolumen aus einer Flüssigkeitskammer auf der anderen Seite der Membran herauszupressen, und bei der ein Überschußvolumen des Hydrauliköls in der Hydraulikölkammer bei Druckhub über ein überdruckventil in einen öltank

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abgelassen wird, und ein Fehlvolumen von Hydrauliköl

beim Entspannungshub des Kolbens aus dem Tank zugeführt wird,, dadurch gelöst, daß die Membranpumpe eine Verbindungsleitung innerhalb des Kolbenszwischen der Hydraulikölkam- -5 mer und dem öltank aufweist, und daß- ein normalerweise geschlossenes Ventil in der Verbindungsleitung vorgesehen ist, so daß es in Abhängigkeit-vom Druck des aus der Hydraulikölkammer in den Tank abgelassenen Hydrauliköls-, oder von einem _in der Hydraulikölkammer erzeugten Unterdruck geöffnet wird.

Erfindungsgemäß wird, wenn der Druck des Hydrauliköls in der Hydraulikölkammer einen vorbestimmten Wert übersteigt,

" das Überdruckventil geöffnet und erlaubt einem Quantum von ■

Hydrauliköl, durch das Ventil in den Tank abzulaufen und der Druck des so abgelassenen Hydrauliköls bewirkt eine öffnung des Verbindungsventils, so daß ein Hydraulikölstrom direkt . durch die Verbindungsleitung im Kolben in den Tank abgeführt werden kann. Als Folge wird die Menge des durch das überdruckventil fließenden Hydrauliköls minimiert, um einen Temperaturanstieg im Hydrauliköl zu verhindern. Ferner wird, wenn ein Unterdrück in der Hydraulikölkammer-während des Entspannungshubs des Kolbens direkt nach dem Ablassen eines Hydraulikölvolumens aus der Hydraulikölkammer in den Tank auftritt, das Verbindungsventil geöffnet und erlaubt eine Zufuhr von Hydrauliköl aus dem Tank durch die Verbindungsleitung, so daß eine

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-' schnelle Erzeugung eines unterdrucks in der Hydraulikölkairaner vermieden wird und eine Korrosion der Innenfläche des Zylinders wie auch eine^j&u-sätzliehe Leistung für den

—-Betrieb Tinter solchen Unterdruckbedingungen vermieden werden — 5 kann. " - . "

-Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren anhand "eines Ausführungsbeispiels genauer beschrieben. Es zeigen :

Fig. 1 einen Axialschnitt einer erfindungsgemäßen Membran- - pumpe und _ ■

Fig. 2 einen Teilschnitt in vergrößertem Maßstab zur Erläuterung der Arbeitsweise der Pumpe.

Ein Grundkörper 1, der mit einem Hydrauliköltank 2 versehen ist, enthält einen Zylinder 3, der darin von der Oberseite des Grundkörpers 1 aus fest eingefügt ist, und sich bis,zum Tank 2 erstreckt. Ein Kolben 4 ist gleitfähig in den Zylinder 3 eingepaßt und wirkt mit seinem unteren Ende zusammen mit der Außenfläche einer Rolle, die fest auf der exzentrischen Welle 6 befestigt ist und als Nocke 7 arbeitet.

Die exzentrische Welle 6 erstreckt sich in dem Tank ausgehend von der Vorderseite einer Antriebswelle 5, die mit der Welle

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". .,- eines Elektromotors M verbunden ist. Der Grundkörper 1 trägt eine Sitzplatte 9, die in seiner oberen Fläche befestigt ist und eine öffnung 10 aufweist. Eine Membran 11 "liegt auf der Oberfläche der Sitzplatte 9 und ist entlang ihres Umfangs durch einen Deckel 12 gegen den Grundkörper_1 festgeklemmt.- Zwischen-dem Deckel 12 und der Oberfläche der Membran 11 ist eine Flüssigkeitskammer 13 angeordnet, während zwischen der ünterflache der Membran 11 und der Oberfläche des Zylinders 3 eine Hydraulikölkammer 8 vorgesehen -ist, die ~~ durch die Öffnung 10 der Sitzplatte mit dem Zylinder 3 kommu-

^ nizieren kann. Die Flüssigkeitskammer 13 ist mittig in ihrer oberen Oberfläche mit einem Einlaß 14 versehen, in welchem ein Einwegventil 18 untergebracht ist, dessen Ventilkörper 16 normalerweise elastisch durch eine Feder 17 gegen einen Ventilsitz 15 vorgespannt ist. Ein weiteres Einwegventil 23, dessen Ventilkörper 20 normalerweise elastisch durch die

■ .._v - Feder 21 gegen den Ventilsitz 22 vorgespannt ist, ist in einem Auslaß 19 untergebracht, der sich von der Flüssigkeitskammer 13 durch die Seitenwand des Deckels 12 erstreckt. Die Membran 11 ist normalerweise durch eine" Feder 25, die um einen Zentralstift 24, der sich von der Unterfläche der Membran 11 zentral erstreckt, befestigt ist, gegen die Oberfläche der Sitzplatte 9 vorgespannt.

Die Anordnung wie sie bis jetzt beschrieben wurde ist identisch zu den wohl bekannten Membranpumpen, bei denen der

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Kolben 4 mit einem vorbestimmten Hub innerhalb des Zylinders 3. bei jeder Umdrehung der Antriebswelle 5 hin- und herbewegt wird. Während des--Aurf-s-tieghubes des Kolbens 4 wird ein Volumen von Hydrauliköl im Zylinder 3 unter Druck gesetzt und folglich unter Druck durch die Öffnung 10 in die Hydraulikölkammer 8 zugeführt, so daß die Membran 11 nach oben gedrückt wird unter dem Druck des so zugeführten Volumens der Hydnaulikölkammer 8, um so ein Volumen von Flüssigkeit in der Flüssigkeitskammer 13 unter Druck zu setzen und dadurch das Einwegventil 23 zu öffnen, welches

dann die Entladung eines Flüssigkeitsvolumens durch den Aus- - laß 19 erlaubt. Während des Abstiegshubes des Kolbens 4 wird. _T das Hydraulikölvolumen in der Hydraulikölkammer 8 entspannt und kehrt so in den Zylinder 3 zurück und als Folge bewegt sich auch die Membran 11 nach unten, so daß das Innere der Flüssigkeitskammer 13 entspannt wird und das Einwegventil

geöffnet wird, wodurch ein Volumen von Flüssigkeit aus dem Einlaß 14 in die Flüssigkeitskammer 13 eintritt. Während dieser Bewegung tritt bei den herkömmlichen Membranpumpen dft der Nachteil auf, daß das Flüssigkeitsvolumen unabsichtlich nicht mehr durch den Auslaß abgeführt wird selbst unter —■ Druck oder daß die Durchflußrate der Flüssigkeit absichtlich gedrosselt wird. Die gezeigte Ausführungsform ist so konstruiert, daß sie eine wirksame Gegenmaßnahme gegen diesen Nachteil schafft.

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Ein innerer Zylinder 28, der um seinen Umfang seines oberen Endes so ausgeschnitten ist, daß er eine ringförmige Ausnehmung 29 bildet, ist in den unteren Teil des Zylinders 3 eingepaßt, welcher wiederum an Stellungen, die der Ausnehmung 29 entsprechen, mit mindestens einem Paar von.

Öffnungen 26, 27"ve~rsehen ist, die sich durch ihn vom X^ .äußeren Umfang zum inneren Umfang erstecken. Ein. Kolbenkörper 30, der mittig mit einer Verbindungsleitung 31 versehen ist, die -sich axial hindurcherstreckt, ist greitfahig in den inneren Zylinder 28 eingefügt für eine vertikale Bewegung, und ein Endteil 3 2 mit einef'umgekehrt -T-förmigen Verbindungsleitung 33 ist in das untere Ende des Innenzylinders 28 eingeschraubt. In die· Verbindungsleitung 31 des Kolbenkörpers 3 0 ist ein Ventilstempel 3 4 mit einem kugelförmigen Ventilkörper 3 5 an seinem unteren Ende eingefügt, und zwischen einem Teil 36 des Ventilstempels 3 4 mit vergrößertem Durchmesser, der am unteren Ende in den Außenumfang vorgesehen ist und einer nach unten gerichteten

Schulter 3 7 im oberen Ende der Verbindungsleitung 31 ist eine Feder 38 vorgesehen, die den Ventilstempel 34 nach' unten vorspannt, um den Ventilkörper 3 5 gegen einen kegeligen Ventilsitz 39 zu drücken, der in der oberenöffnung der Verbindungsleitung 33 des Endteils 32 vorgesehen ist, um so ein öffnungs- und Schließventil 40 zu bilden, welches die oberen und unteren Verbindungsleitungen 31 und 33 miteinander verbinden und voneinander abschließen kann. Ober-

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M,

halb des InnenZylinders 2ti ist ein zylindrisches Stück 42 gleitfähig zwischen dem Zylinder 3 und dem Kolbenkörper 3 0 untergebracht mit einem geringen Abstand von einer aufwärts gerichteten Schulter 41, die am Kolbenkörper 30 um. seinen oberen äußeren Umfang ausgebildet ist. Das zylindrische Teil 42 ist durch eine Feder 4 4 nach unten vorgespannt, die zwischen einem Ring 43, der am oberen Ende des Zylinders 3

.-; in seinem Innenumfang befestigt ist, und dem zylindrischen

, .Teil 4 2 gehalten ist.- Ein Flansch 4 5 ist fest in das obere Ende des Ventilstempels 3 4 eingeschraubt, um so mit der oberen Endfläche des zylindrischen Stücks 42 in Eingriff kommen zu können. So bilden der Kolbenkörper 30, das Endteil 32 und das zylindrische Stück 42 gemeinsam den Kolben 4, der elastisch nach unten vorgespannt ist durch die Feder 49, die zwischen einem Federanker 48, der am unteren Ende des Endteils 3 2 befestigt ist, und dem unteren Ende des Zylinders 3 befestigt ist, um so in Eingriff mit der Nocke 7 zu kommen. Es soll festgestellt werden, daß der Flansch 35 und der Teil 36 des Ventilstempels 3 4 mit vergrößertem Durchmesser teilweise mit Umfangsnuten 46, 47 versehen sind, durch welche der Innenraum, der im oberen Teil des Zylinders 3 ge- bildet wird, in Verbindung mit dem Oberteil des Öffnungs- und Schließventils 40 steht.

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^" Der Grundkörper 1 ist mit einem Auslaß 50 versehen, der'eine Fluidverbindung zwischen der Hydraulikölkammer 8

und der Öffnung 26 bildet, welche durch eine Seitenwandung " des Zylinders 3 ausgebildet ist, wobei der Auslaß 50 ein Überdruckventil 54 aufnimmt, dessen Ventilkörper 52 elastisch " durch die Feder. 51 gegen den Ventilsitz 53 vorgespannt ist.

Die- Öffnung 27 durch die Außenwand des Zylinders 3 ist in Verbindung mit dem Tank 2 über eine Öffnung 55 mit'geringem Durchmesser, und der Tank wiederum ist mit Hydrauliköl bis ■-ΙΟ zu einem Pegel gefüllt, an welchem der untere Teil des >-»--- .Kolbens 4 immer im Hydrauliköl eingetaucht ist.

Während des normalen Betriebes ist das Öffnungs- und Schließventil 40 geschlossen durch die Federkraft der -Feder 3 8, um so die Verbindungsleitungen 31, 33 voneinander abzuschließen, wenn der Kolbenkörper 3 0 sich vertikal hin- und herbewegt zusammen mit den Endteilen 3 2, wenn die Nocke gedreht wird. Das zylindrische Teil 42, welches normalerweise durch die Feder 44 gegen die nach oben gerichtete Schulter 41 des Kolbenkörpers 30 gedrückt wird, wie durch die durchgezogene Linie in Fig. 2 gezeigt, wird innerhalb des Zylinders 3 vertikal hin- und herbewegt, um das in der Kammer 8 enthaltene Hydraulikölvolumen alternierend unter Druck zu setzen und zu entspannen. Wenn aber die Druckzufuhr von Flüssigkeit durch den Auslaß 19 gestoppt wird oder deren - Flußrate gedrosselt wird und folglich der Hydrauliköldruck in der Kammer 8 über einen vorbestimmten Wert hinaus bei

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einem Aufwärtshub ansteigt, wird das überdruckventil 54 geöffnet, und erlaubt einem Volumen von Hydraulikol in der Kammer 8 durch "die Öffnung 26 in der Seitenwandung des Zylinders 3 in die ringförmige Ausnehmung 29 im oberen Ende

.5 des inneren Zylinders 28 zu fließen, dann durch die Öf f-■ nuhg 27 in der anderen Seitenwandung des Zylinders 3 und die Öffnung 55 in den Tank 2 abzufließen. Das Hydraulikölvolumen, welches durch die Ausnehmung 29 fließt erhält unter "·" dem Drosseleffekt der Öffnung 55 einen erheblichen Druck

\Q' aufrecht und dieser Druck bewirkt, daß das zylindrische Stück 42 relativ zum Kolbenkörper 3 0 gegen den Federdruck der Feder 4 4 nach oben bewegt wird, wie dies durch die gestrichelte Linie in Fig. 2 angedeutet ist, bis das zylindri- f sehe Teil 42 in Eingriff mit dem Flansch 45 kommt und da- _K durch den Flansch 45 nach oben drückt, so daß der Ventilstempel 3 4 nach oben bewegt wird, um das Öffnungs- und Schließ ventil 40 zu öffnen. Als Folge wird das Hydraulikölvolumen im Zylinder 3 durch die Verbindungsleitungen 31, 33 in den Tank 2 abgelassen und. der Druck innerhalb der Hydraulikölkammer 8 nimmt entsprechend ab. Als Folge wird das Überdruckventil 54 geschlossen, und hindert das Hydrauliköl daran, weiter in die Ausnehmung 29 zu fließen und der Druck · innerhalb der Ausnehmung 29 wird reduziert. So wird das zylindrische Teil 42 durch die Federkraft der Feder 44 nach unten gedrückt, wie durch die durchgezogenen Linien in Fig. gezeigt, um das öffnungs- und Schließventil 4 0 zu schließen.

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'Wenn der Druck innerhalb der Hydraulikölkammer 8 wieder über den vorbestimmten Wert ansteigt, wird der oben beschriebene Betrieb wiederholt, so daß der Druck innerhalb der Hydraulikölkammer 8 während des Aufwärtshubs des KoI-bens 4 auf einen/ im wesentlichen konstanten Wert gehalten werden kann. Auf "dl"ese~We~ise verursacht, wenn ein Unterdruck innerhalb der Hydraulikölkammer 8 aufgrund einer Volumenvergrößerung im Zylinder 3 beim Abwärtshub des Kolbens 4 unmittelbar nachdem ein Hydraulikölvolumen in der Kammer 8 in den Tank beim Aufwärtshub des Kolbens 4 abgelassen wurde, ein differentieller Druck relativ zum Druck innerhalb des Tanks, welcher im wesentlichen auf Atmosphärendruck gehalten ist, das öffnen des Öffnungs- und Schließventils 40 entgegen der Federkraft der Feder 38 und erlaubt somit die Zufuhr von' Hydrauliköl vom Tank 2 durch die Verbindungsleitungen 31, 33 in dem Zylinder 3, um die Erzeugung eines merkbaren .Unterdruckes zu verhindern.

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Claims

Patentanspruc h_.._

1.) Membranpumpe, bei der ein Volumen von hydraulischem Öl in einem Zylinder, der mit einer Hydraulikölkammer kommuni^ ziert, die auf einer Seite durch eine Membran begrenzt ist, ,., alternierend unter Druck gesetzt und entspannt wird durch
die Hin- und Herbewegung eines Kolbens mit vorbestimmtem
Hub, wodurch die Membran hin- und hergetrieben wird, um so ein Flüssigkeitsvolumen aus einer Flüssigkeitskammer auf der anderen Seite der Membran herauszupressen, und bei der ein Uberschußvolumen des Hydrauliköls in der Hydraulikölkammer bei"Druckhub über ein überdruckventil in einen öltank abgelassen wird, und ein Fehlvolumen von Hydrauliköl beim Ent- ; spannungshub des Kolbens aus dem Tank zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet , daß die Membranpumpe

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eine Verbindungsleitung (31, 33) innerhalb des Kolbens (4) .zwischen der Hydraulikölkammer (8) und dem Öltank (2) aufweist, und daß ein normalerweise geschlossenes Ventil (40) in der Verbindungsleitung vorgesehen ist, so daß es in Abhängigkeit vom Druck des aus der Hyraulikölkammer (8) in den Tank abgelassenen .nydrauliköls, oder von einem in der Hydraulikölkammer (8) erzeugten Unterdruck geöffnet wird.

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