DE4427981C1

DE4427981C1 - Hydraulisch oder pneumatisch betriebene Kolben- und/oder Membran-Pumpe

Info

Publication number: DE4427981C1
Application number: DE19944427981
Authority: DE
Inventors: Heinz Huewel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-08-08
Filing date: 1994-08-08
Publication date: 1995-12-07
Anticipated expiration: 2014-08-09
Also published as: AU4171296A; DE19581003D2; WO1996008130A3; WO1996008130A2

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulisch oder pneumatisch betriebene Kolben- und/oder Membran-Pumpe.

Es ist bekannt, daß es die verschiedensten hydraulischen oder pneumatischen, aus Kolben und/oder Membranen bestehenden, Pumpen gibt. Hierbei sind insbesondere die in den Patenten/Gebrauchsmustern DE 39 00 718 A1, DE 27 26 674 B1, G 27547 Ic/59a und G 88 08 802.2 beschriebenen Pumpen zu erwähnen. Alle Pumpen haben aber gemeinsam, daß sie zur Umsteuerung der Pumpe elektrische Energie oder einen Steuerschieber/Steuerkolben verwenden.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde eine selbstanlaufende Pumpe zu finden, die ein Fördermedium, insbesondere Wasser, mit dem Druck eines Antriebsmediums, insbesondere Wasser, fördert und dabei rein mechanisch, ohne Verwendung anderer Energiequellen, insbesondere ohne Verwendung elektrischer Energie, arbeitet. Außerdem soll die Pumpe auch bei geringem Antriebsdruck korrekt arbeiten, was insbesondere bei pneumatischem Antrieb von Bedeutung ist.

Dieses Problem wird durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst und durch die in den Patentansprüchen 2 bis 6 aufgeführten Merkmale ergänzt.

Bei der in der nun folgenden Beschreibung und in den Abb. 1 bis 4 beschriebenen Pumpe ist die Arbeitseinheit 1 als Arbeitskolben und sind die Fördereinheiten 3 und 18 als Fördermembranen ausgelegt. Diese Ausführung ist nur als ein Beispiel zur Verwirklichung der Erfindung anzusehen, da insbesondere die Arbeitseinheit als Arbeitsmembrane und die Fördereinheiten als Förderkolben gebildet werden können.

Die Pumpe besteht aus dem Pumpenkörper 2, welcher eine insbesondere zylindrische Form haben kann. In dem Pumpenkörper sind die beiden Förderhohlräume 5 und 19 gegenüberliegend eingelassen. Dazwischen befindet sich der Antriebshohlraum 11 und der Schalthohlraum 10. Die beiden Förderhohlräume 5 und 19 und der Schalthohlraum 10 sind miteinander über die Druckausgleichsverbindungen 21 und 29 miteinander verbunden. Der Antriebshohlraum 11 und der Schalthohlraum 10 haben keine direkte Verbindung, da diese durch die im Antriebshohlraum 11 untergebrachte Arbeitskolbenlaufbüchse 12 voneinander getrennt sind.

Die in den beiden Förderhohlräumen 5 und 19 untergebrachten Fördermembranen 3 und 18 sind durch eine Stange 16 fest miteinander verbunden. Die Länge der Stange 16 ist insbesondere so ausgelegt, daß diese die beiden Fördermembranen 3 und 18 im Ruhezustand miteinander verbindet. Durch diese Verbindung können die Fördermembranen 3 und 18 nur simultan ausgelenkt werden.

Auf der Stange 16 ist der Arbeitskolben 1 insbesondere mittig befestigt.

In dem Antriebshohlraum 11 befindet sich die Arbeitskolbenlaufbüchse 12, in dem der Arbeitskolben 1 frei beweglich untergebracht ist.

In der Pumpe befinden sich außerdem die Antriebsmedium eingangsöffnungen 8 und 13, die Antriebsmediumausgangsöffnungen 22 und 27, die Fördermediumeingangsöffnungen 4 und 17 und die Fördermediumausgangsöffnungen 20 und 28. Die beiden Antriebsmediumeingangsöffnungen 8 und 13 können innerhalb des Pumpenkörpers zu einer gemeinsamen Antriebsmediumeingangsöffnung zusammengefaßt werden. Die beiden Antriebsmediumausgangsöffnungen 22 und 27 können ebenso innerhalb des Pumpenkörpers zu einer gemeinsamen Antriebsmediumausgangsöffnung zusammengefaßt werden.

An jedem der Fördermediumeingangsöffnungen 4 und 17 ist ein Rückschlagventil in Einlaßrichtung angebracht. Diese beiden Rückschlagventile können sich auch außerhalb des Pumpenkörpers befinden.

An jedem der Fördermediumausgangsöffnungen 28 und 20 ist ein Rückschlagventil in Auslaßrichtung angebracht. Diese beiden Rückschlagventile können sich auch außerhalb des Pumpenkörpers befinden.

Im Förderhohlraum 5 ist die Fördermembrane 3 am Pumpenkörper 2 befestigt. Die Fördermediumöffnungen 4 und 28 befinden sich im Förderhohlraum 5 auf der der Stange 16 entgegengesetzten Seite.

Im Förderhohlraum 19 ist die Fördermembrane 18 am Pumpenkörper 2 befestigt. Die Fördermediumöffnungen 17 und 20 befinden sich im Förderhohlraum 19 auf der der Stange 16 entgegengesetzten Seite.

Die Antriebsmediumeingangsöffnung 8 ist über das magnetisch gesteuerte Einlaßsteuerventil 7 mit dem Antriebshohlraum 11 oberhalb des Arbeitskolbens 1 verbunden.

Die Antriebsmediumeingangsöffnung 13 ist über das magnetisch gesteuerte Einlaßsteuerventil 14 mit dem Antriebshohlraum 11 unterhalb des Arbeitskolbens 1 verbunden.

Die Antriebsmediumausgangsöffnung 27 ist über das magnetisch gesteuerte Auslaßsteuerventil 26 mit dem Antriebshohlraum 11 oberhalb des Arbeitskolbens 1 verbunden.

Die Antriebsmediumausgangsöffnung 22 ist über das magnetisch gesteuerte Auslaßsteuerventil 23 mit dem Antriebshohlraum 11 unterhalb des Arbeitskolbens 1 verbunden.

Die in dem Schalthohlraum 10 untergebrachte Wippe 25 ist um die Arbeitskolbenlaufbüchse 12 kippbar aufgehängt. An den beiden Enden der Wippe 25 befinden sich beweglich aufgehängte Permanentmagneten 9 und 24, die je nach Lage der Wippe entweder die magnetisch gesteuerten Steuerventile 7 und 23 oder die magnetisch gesteuerten Steuerventile 14 und 26 öffnen.

Zwischen der Wippe 25 und der Fördermembrane 3 befindet sich eine federnde Verbindung 6, die hier aus einer mit zwei Stößeln versehenen Feder gebildet ist.

Zwischen der Wippe 25 und der Fördermembrane 18 befindet sich eine federnde Verbindung 15, die hier aus einer mit zwei Stößeln versehenen Feder gebildet ist.

Die Federn in den Stößeln 6 und 15, die insbesondere dieselbe Federkonstante haben, sind so ausgelegt, daß in jedem Zustand der Pumpe eine direkt Verbindung zwischen der Fördermembrane 3, der federnden Verbindung 6, der Wippe 25, der federnden Verbindung 15 und der Fördermembrane 18 besteht. Die Federn in den federnden Verbindungen 6 und 15 sind außerdem so ausgelegt, daß die Wippe 25 bei jedem Zustand der beiden durch die Stange fest verbundenen Fördermembranen, entweder den stabilen Zustand Permanentmagnet 9 öffnet Einlaßsteuerventil 7 und Permanentmagnet 24 öffnet Auslaßsteuerventil 23 oder den stabilen Zustand Permanentmagnet 9 öffnet Einlaßsteuerventil 14 und Permanentmagnet 24 öffnet Auslaßsteuerventil 26 einnimmt. Aufgrund dieser Eigenschaft kann die Pumpe in jedem Zustand von selbst anlaufen. Außerdem ist die Umschaltsicherheit bei geringem Antriebsdruck gewährleistet, was insbesondere bei pneumatischem Antrieb von Bedeutung ist.

Die obig definierten Teile 1 . . . 29 sind so anzubringen und mit Verbindungen zu versehen, daß in jedem Zustand der Pumpe die fünf folgenden Räume a, b, c, d und e voneinander getrennt sind.

Der Raum a wird gebildet aus der Fördermediumeingangsöffnung 4, dem Förderhohlraum 5, der der Stange 1 entgegengesetzten Seite der Fördermembrane 3 und der Fördermediumausgangsöffnung 28.

Der Raum b wird gebildet aus der der Stange 1 zugerichteten Seite der Fördermembrane 3, den Druckausgleichsverbindungen 21 und 29 dem Schalthohlraum 10 mit Außenseite der Arbeitskolbenlaufbüchse 12, der Wippe 25 mit den Permanentmagneten 9 und 24 und der der Stange 1 zugerichteten Seite der Fördermembrane 18.

Der Raum c wird gebildet aus der Antriebsmediumeingangsöffnung 8, dem Einlaßsteuerventil 7, der der Fördermembrane 3 zugerichteten Seite des Antriebshohlraums 11 mit Arbeitskolbenlaufbüchse 12 und Arbeitskolben 1, dem Auslaßsteuerventil 26 und der Antriebsmediumausgangsöffnung 27.

Der Raum d wird gebildet aus der Antriebsmediumeingangsöffnung 13, dem Einlaßsteuerventil 14, der der Fördermembrane 18 zugerichteten Seite des Antriebshohlraums 11 mit Arbeitskolbenlaufbüchse 12 und Arbeitskolben 1, dem Auslaßsteuerventil 23 und der Antriebsmediumausgangsöffnung 22.

Der Raum e wird gebildet aus der Fördermediumeingangsöffnung 17, dem Förderhohlraum 19, der der Stange 1 entgegengesetzten Seite der Fördermembrane 18 und der Fördermediumausgangsöffnung 20.

Die Ablaufsteuerung der Pumpe ist in vier sich wiederholende Schritte gegliedert und in den Abb. 1 bis 4 bezeichnet. Es wird hier davon ausgegangen, daß zu jedem Zeitpunkt ein Druck an den Antriebsmediumeingangsöffnungen 8 und 13 anliegt.

Nachdem die Pumpe den Zustand von Abb. 1 erreicht hat, ist die Wippe so ausgerichtet, daß die beiden Permanentmagneten 9 und 24 die Steuerventile 7 und 23 öffnen und die beiden Steuerventile 14 und 26 geschlossen sind. Dadurch liegt über der Antriebsmediumeingangsöffnung 8 ein Druck auf der oberen Seite des Arbeitskolbens 1 an der über die Stange 16 die beiden Fördermembranen 3 und 18 nach unten drückt. Dadurch sind die Rückschlagventile an den Öffnungen 4 und 20 geöffnet und die Rückschlagventile an den Öffnungen 17 und 28 geschlossen. Über die Fördermediumeingangsöffnung 4 wird Fördermedium in die Pumpe gesaugt und über die Fördermediumausgangsöffnung 20 vorab angesaugtes Fördermedium herausgepumpt. Außerdem wird über die Antriebsmediumausgangsöffnung 22 vorab verwendetes Antriebsmedium herausgepumt. Dieser Vorgang läuft solange, bis der Zustand von Abb. 2 erreicht ist und die Federkraft der federnden Verbindung 6 größer ist als die Addition der Haltekräfte der beiden Permanentmagneten 9 und 24 und der Federkraft der federnden Verbindung 15. Die beiden Permanentmagneten lösen sich von den Steuerventilen 7 und 23 und die größere Federkraft der federnden Verbindung 6 bringt die Wippe 25 in die Ausrichtung von Abb. 3, in welcher nun die beiden Permanentmagneten 9 und 24 die Steuerventile 14 und 26 öffnen und die Steuerventile 7 und 23 geschlossen sind. Dadurch kehrt sich der vorherige Vorgang um und das vorab angesaugte Fördermedium wird über die Fördermediumausgangsöffnung 28 und das vorab verwendete Antriebsmedium über die Antriebsmediumausgangsöffnung 27 herausgepumt. Nachdem der nun über die Antriebsmediumeingangsöffnung 13 anliegende Druck den Arbeitskolben und die Fördermembranen soweit wieder nach oben gedrückt hat, daß die Federkraft der federnden Verbindung 15 größer als die Addition der Haltekräfte der Permanentmagneten 9 und 24 und der Federkraft der federnden Verbindung 6 geworden ist (siehe Abb. 4), schaltet die Pumpe erneut um und der Anfangszustand von Abb. 1 wird wieder erreicht.

Das Verhältnis der Antriebsmediummenge zur Fördermediummenge kann über das Verhältnis von Arbeitskolbengröße zu Fördermembrangröße verändert werden.

Die dargestellte und beschriebene Ausführung ist nur ein Beispiel zur Verwirklichung der Erfindung.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, daß die erfundene Pumpe rein mechanisch aufgebaut ist, somit ohne Verwendung elektrischer Energie arbeitet, selbstanlaufend ist und außerdem auch bei geringem Antriebsdruck korrekt arbeitet, was insbesondere bei pneumatischem Antrieb von Bedeutung ist.

Claims

1. Hydraulisch oder pneumatisch betriebene Kolben- und/oder Membran- Pumpe mit einer innenliegenden Stange, auf der eine Arbeitseinheit und zwei Fördereinheiten befestigt sind, wobei die Pumpe rein mechanisch umgesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe mit zwei Einlaßsteuerventilen (7, 14), zwei Auslaßsteuerventilen (23, 26), zwei an einer Wippe (25) befestigten Permanentmagneten (9, 24), von denen einer den Einlaßsteuerventilen und einer den Auslaßsteuerventilen zugeordnet ist und diese jeweils abwechselnd öffnet und zwei zwischen den Fördereinheiten (3, 18) und der Wippe (25) angebrachten federnden Verbindungen (6, 15) zur Umsteuerung gebildet ist.

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eines der beiden Einlaßsteuerventile (7), eine Seite der Arbeitseinheit (1) und eines der beiden Auslaßsteuerventile (26) zu einer Einheit und davon getrennt das andere Einlaßsteuerventil (14), die andere Seite der Arbeitseinheit (1) und das andere Auslaßsteuerventil (23) zu einer anderen Einheit derart verbunden und um die Wippe (25) herum angebracht sind, daß je nach Wippstellung einer der beiden auf der Wippe (25) angebrachten Permanentmagneten (9) eines der beiden Einlaßsteuerventile (7 oder 14) und gleichzeitig der andere auf der Wippe (25) angebrachte Permanentmagnet (24) das zur anderen Einheit gehörende Auslaßsteuerventil (23 oder 26) öffnet.

3. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitseinheit aus einem, insbesondere mittig auf der Stange (16) befestigten und in einer Arbeitskolbenlaufbüchse (12) untergebrachten, Arbeitskolben (1) gebildet ist.

4. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagneten (9, 24) beweglich an den Enden der Wippe (25) aufgehängt sind.

5. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagneten (9, 24) zur Dämpfung mit einem elastischen Material, insbesondere mit Gummi, belegt sind.

6. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede der beiden federnden Verbindungen (6, 15) zwischen der Arbeitseinheit (1) und den beiden Fördereinheiten (3, 18) aus einer mit zwei Stößeln verbundenen Feder besteht, wobei die beiden Federn insbesondere dieselbe Federkonstante haben.