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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Bereich der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Fluidvorrichtung wie z.B. eine
Balgpumpe oder eine Diaphragmapumpe.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Als
Pumpe zum Zirkulieren und Transportieren flüssiger Chemikalien in verschiedenen
Verfahren wie z.B. dem Waschen der Oberflächen integrierter Schaltungen
oder Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen
in einer Halbleiter-Herstellungsvorrichtung wird eine Balgpumpe
oder eine Diaphragmapumpe verwendet, in der als Ergebnis des Pumpvorgangs keine
Partikel erzeugt werden (z.B. offengelegte
japanische Patentanmeldung Nr. 3-179184 ).
Viele solcher flüssigen
Chemikalien sind Mischungen aus zwei oder mehr verschiedenen Arten
von Flüssigkeiten.
Das Mischen solcher flüssiger
Chemikalien erfolgt durch Transportieren von zwei oder mehr unterschiedlichen
Arten von Flüssigkeiten
aus verschiedenen Flüssigchemikalienbehältern zu
einem Mischbehälter
oder einem Prozessbehälter
und anschließendes
Zirkulieren der Flüssigkeiten
oder durch Gießen solcher
unterschiedlicher Arten von Flüssigkeiten
in einen Prozessbehälter
mit verschiedenen Flüssigkeitspumpen.
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Im
Stand der Technik sind, z.B. aus der
US 5,755,561 ,
Pumpsysteme bekannt, bei denen durch eine Kombination von Pumpeinheitmodulen
ein gesteuertes Pumpsystem bereitgestellt wird, das Fluid unter
Druck mit einer im Wesentlichen konstanten Durchflussrate liefert.
Außerdem
ist aus der
US 5,213,129 eine
Fluidmischvorrichtung zum Ausgeben einer dosierten Menge einer zugesetzten
Flüssigkeit
in eine fließende
Strömung
einer Trägerflüssigkeit
bekannt.
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In
dem Fall, dass eine solche Mischung aus zwei oder mehr Arten von
Flüssigkeiten
verwendet wird, ist es von Wichtigkeit, dass die Konzentration des
Flüssigkeitsgemisches
gleichmäßig und
konstant ist. Bei einem Prozess der gleichmäßigen Mischung zweier oder
mehrerer Arten von Flüssigkeiten braucht
jedoch der Prozess, wenn die Mischung durch Zirkulieren der Flüssigkeiten
für eine
konstante Zeit erzielt wird, übermäßig lange
Zeit. Es besteht Bedarf an einer Lösung dieses Problems. Wenn
separat ein Rührbehälter angeordnet
wird, vergrößert sich
das Ausmaß der
Flüssigkeitszirkulationsanlage. Dies
ist nicht vorteilhaft.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung ist zur Lösung
der Probleme gemacht worden. Es ist eine Aufgabe der Erfindung,
eine Fluidvorrichtung wie z.B. eine Pumpe bereitzustellen, die Funktionen
des Rührens
und Mischens von zwei oder mehr Arten flüssiger Chemikalien in einer
Flüssigkeitskammer
der Pumpe ausüben kann,
so dass rasch eine gleichmäßige Flüssigkeitsmischung
erzeugt werden kann.
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Die
erfindungsgemäße Fluidvorrichtung
wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Die Bezugsziffern
in den Figuren werden in diesem Abschnitt dazu verwendet, das Verständnis der Erfindung
zu erleichtern, und die Verwendung der Bezugsziffern soll nicht
den Inhalt der Erfindung auf die dargestellten Ausführungsformen
beschränken.
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Wie
in 1 exemplarisch gezeigt, ist die erfindungsgemäße Fluidvorrichtung
eine Fluidvorrichtung, welche ausgestaltet ist durch eine Kolbenpumpe,
in der eine Grenzmembran 7 wie z.B. ein Balg oder ein Diaphragma,
die in axialer Richtung hin und her bewegt wird, so in einem Pumpengehäuse 1 angeordnet
ist, dass eine Flüssigkeitskammer 9 zwischen
der Grenzmembran und einer Innenwand des Pumpengehäuses 1 gebildet
wird, eine Ansaugöffnung 18 und
eine Auslassöffnung 19 in
der Innenwand 4a des Pumpengehäuses 1 angeordnet
sind, welche der Flüssigkeitskammer 9 zugewandt
ist, und ein Takt zum Ansaugen von zwei oder mehr unterschiedlichen
Arten von Flüssigkeiten
aus der Ansaugöffnung 18 in
die Flüssigkeitskammer 9 durch Hin-
und Herbewegung der Grenzmembran 7 sowie ein Takt zum Auslassen
der Flüssigkeiten
in der Flüssigkeitskammer 9 aus
der Auslassöffnung 19 abwechselnd
durchgeführt
werden. In der Pumpe ist ein Auslassbereich 18a der Ansaugöffnung 18,
welcher der Flüssigkeitskammer 9 zugewandt
ist, geöffnet, um
angesaugte Flüssigkeiten
zu einer inneren peripheren Wand 9a der Flüssigkeitskammer 9 hin
auszustoßen,
wobei die innere periphere Wand in einer anderen Richtung als der
Axialrichtung angeordnet ist, und Zuleitungsrohre 5A bzw. 5B für die zwei
oder mehr Arten von Flüssigkeiten
sind mit einem Einlassbereich der Ansaugöffnung 18 rohrverbunden,
so dass sie zusammenlaufen.
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Anstelle
des Mittels für
die Zuleitung der zwei oder mehr Arten von Flüssigkeiten zu der Pumpe, in dem
die zwei Zuleitungsrohre 5A und 5B für die jeweiligen
zwei oder mehr Arten von Flüssigkeiten
mit dem Einlassbereich der Ansaugöffung 18 verbunden sind,
so dass sie zusammenlaufen, wie oben beschrieben, können in
diesem Fall, wie in 7 gezeigt, Einströmwege 5 für die betreffenden
zwei oder mehr Arten von Flüssigkeiten
einzeln in dem Pumpengehäuse 1 angeordnet
sein, und Auslässe
der Einströmwege 5 können in
dem Einlassbereich der Ansaugöffnung 18 in
der Weise kommunizierend ausgebildet sein, dass sie in dem Einlassbereich
zusammenlaufen.
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Ein
Auslassbereich 18a der Ansaugöffnung 18 kann in
einer Seitenfläche
eines vorstehenden Vorderendes eines Ansang-Rücksschlagventils 20 angeordnet
sein, das so befestigt ist, dass es von der Innenwand 4a des
Pumpengehäuses 1,
die der Flüssigkeitskammer 9 zugewandt
ist, in die Flüssigkeitskammer 9 vorsteht.
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Gemäß der so
ausgestalteten Fluidvorrichtung werden, da der Auslassbereich 18a der
Ansaugöffnung 18 geöffnet ist,
um die zwei oder mehr Arten angesaugter Flüssigkeiten zu der Umfangswand
in der Flüssigkeitskammer 9 hin
auszustoßen,
die in einer anderen Richtung als der Axialrichtung angeordnet ist,
die zwei oder mehr Arten angesaugter Flüssigkeiten aus dem Auslassbereich 18a der
Ansaugöffnung 18 ausgestoßen, so
dass sie entlang der inneren Peripherie der Flüssigkeitskammer 9 zirkulieren.
Dieser Zirkulationsvorgang übt
eine Wirkung des Verrührens
der zwei oder mehr Arten angesaugter Flüssigkeiten aus. Daher werden
die zwei oder mehr Arten von Flüssigkeiten,
die der Pumpe separat zugeführt
werden, in der Flüssigkeitskammer 9 gleichmäßig verrührt und
gemischt.
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Wie
in 5 exemplarisch gezeigt, ist die Fluidvorrichtung
eine Fluidvorrichtung, die ausgestaltet ist durch einen Akkumulator,
in dem eine Grenzmembran 29 wie z.B. ein Balg oder ein
Diaphragma, die in Axialrichtung hin und her bewegt wird, in einem Akkumulatorkörper 25 angeordnet,
so dass innerhalb der Grenzmembran eine Flüssigkeitskammer 31 ausgebildet
wird, wobei zwei oder mehr verschiedene Arten von Flüssigkeiten
zum Einströmen
in die Flüssigkeitskammer
vorgesehen sind, und eine Luftkammer 32 außerhalb
der Grenzmembran, eine Einströmöffnung 23 und
eine Ausströmöffnung 24 sind
in einer Innenwand 28a des Akkumulatorkörpers 25 angeordnet,
die der Flüssigkeitskammer 31 zugewandt
ist, und ein Flüssigkeitsdruck
in der Flüssigkeitskammer 31 wird
mit einem Luftdruck in der Luftkammer 32 ausgeglichen.
In dem Akkumulator ist ein Auslassbereich 23a der Einströmöffnung 23,
welcher der Flüssigkeitskammer 31 zugewandt
ist, geöffnet,
um angesaugte Flüssigkeiten
zu einer Umfangswand der Flüssigkeitskammer 31 hin
auszustoßen,
wobei die Umfangswand in einer anderen Richtung als der Axialrichtung
angeordnet ist, und Zuleitungsrohre 5a bzw. 5b für die zwei
oder mehr verschiedenen Arten von Flüssigkeiten sind mit einem Einlassbereich
der Einströmöffnung 23 rohrverbunden,
so dass sie zusammenlaufen.
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In
diesem Fall können
anstelle des Mittels zum Zuleiten der zwei oder mehr Arten von Flüssigkeiten zu
dem Akkumulator, in welchem die Zuleitungsrohre 5A und 5B für die jeweiligen
zwei oder mehr Arten von Flüssigkeiten
in der Weise mit dem Einlassbereich der Einströmöffnung 23 verbunden sind,
dass sie zusammenlaufen, wie oben beschrieben, Einströmwege 33 für die zwei
oder mehr Arten von Flüssigkeiten
einzeln in dem Akkumulatorkörper 25 angeordnet
sein, und Auslässe
der Einströmwege 33 können kommunizierend
in dem Einlassbereich der Ansaugöffnung
ausgebildet sein, so dass sie in dem Einlassbereich zusammenlaufen.
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Ein
Auslassbereich 23a der Einlassöffnung 23 kann in
einer Seitenfläche
eines vorstehenden Vorderendes eines Auslass-Rücksschlagventils 21 angeordnet
sein, das so befestigt ist, dass es von der Innenwand des Akkumulatorkörpers 25,
die der Flüssigkeitskammer 31 zugewandt
ist, in die Flüssigkeitskammer 31 vorsteht.
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Da
der Auslassbereich 23a der Einlassöffnung 23 geöffnet ist,
um die zwei oder mehr Arten einströmender Flüssigkeiten zu der Umfangswand
in der Flüssigkeitskammer 31 hin
auszustoßen,
die in einer anderen Richtung als der Axialrichtung angeordnet ist,
die zwei oder mehr Arten einströmender Flüssigkeiten,
welche aus dem Auslassbereich 23a der Einströmöffnung 23 ausgestoßen werden,
zirkulieren entlang der inneren Peripherie der Flüssigkeitskammer 31.
Dieser Zirkulationsvorgang hat die Wirkung, die zwei oder mehr Arten
angesaugter Flüssigkeiten
zu verrühren.
Daher werden die zwei oder mehr Arten von Flüssigkeiten, die separat dem
Akkumulator zugeführt
werden, in der Flüssigkeitskammer gleichmäßig verrührt und
gemischt.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine angeschnittene Vorderansicht in Längsrichtung einer Kolbenpumpe
in einer Ausführungsform
der Erfindung;
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2 ist
eine Schnittansicht, die einen Strömungszustand von Flüssigkeiten
in einem Ansaugtakt der in 1 dargestellten
Kolbenpumpe zeigt;
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3 ist
eine Schnittansicht, die einen Strömungszustand von Flüssigkeiten
in einem Auslasstakt der in 1 dargestellten
Kolbenpumpe zeigt;
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4 ist
eine Schnittansicht, gesehen entlang der Linie H-H aus 3;
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5 ist
eine angeschnittene Vorderansicht in Längsrichtung einer Kolbenpumpe
und eines Akkumulators;
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6 ist
eine vergrößerte, angeschnittene Vorderansicht
in Längsrichtung
eines automatischen Druckregulierungsmechanismus des in 5 dargestellten
Akkumulators;
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7 ist
eine Schnittansicht, die eine Kolbenpumpe in einer Ausführungsform
der Erfindung entsprechend 4 zeigt;
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8 ist
eine angeschnittene Vorderansicht in Längsrichtung von Hauptteilen
einer Kolbenpumpe in einer Ausführungsform
der Erfindung;
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9 ist
eine vergrößerte, angeschnittene Vorderansicht
in Längsrichtung,
die eine weitere Abwandlung des automatischen Druckregulierungsmechanismus
des Akkumulators zeigt;
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10 ist
eine Draufsicht des in 9 dargestellten automatischen
Druckregulierungsmechanismus;
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11 ist
eine Schnittansicht, gesehen entlang der Linie F-F aus 10;
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12 ist
eine Schnittansicht eines Luftzufuhrventils des in 9 dargestellten
automatischen Druckregulierungsmechanismus;
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13 ist
eine Schnittansicht eines Luftauslassventils des in 9 dargestellten
automatischen Druckregulierungsmechanismus;
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14 ist
eine Schnittansicht, gesehen entlang der Linie G-G aus 9;
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15A ist eine Ansicht, welche die Funktionsweise
des Luftzufuhrventils und des Luftauslassventils des automatischen
Druckregulierungsmechanismus in dem Fall darstellt, in dem der Fluiddruck
in einem Balg des Akkumulators erhöht wird;
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15B ist eine Ansicht, welche die Funktionsweise
einer Führungsstange
und einer Führungshülse des
automatischen Druckregulierungsmechanismus in dem Fall darstellt,
in dem der Fluiddruck in dem Balg des Akkumulators erhöht wird;
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16A ist eine Ansicht, welche die Funktionsweise
des Luftzufuhrventils und des Luftauslassventils des automatischen
Druckregulierungsmechanismus in dem Fall darstellt, in dem der Fluiddruck
in dem Balg des Akkumulators gesenkt wird; und
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16B ist eine Ansicht, welche die Funktionsweise
der Führungsstange
und der Führungshülse des
automatischen Druckregulierungsmechanismus in dem Fall darstellt,
in dem der Fluiddruck in dem Balg des Akkumulators gesenkt wird.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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1 zeigt
eine Ausführungsform
in dem Fall, in dem die Erfindung auf eine Kolbenpumpe angewandt
wird, welche als Fluidvorrichtung dient.
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Mit
Bezug auf 1 weist das Pumpengehäuse 1 der
Kolbenpumpe ein zylindrisches Gehäuse 3 auf, in dem
das obere Ende durch eine obere Wand 2 verschlossen ist,
und ein unteres Wandelement 4, welches das offene untere
Ende des Gehäuses 3 luftdicht
verschließt.
Ein Flüssigkeits-Einströmweg 5 und
ein Flüssigkeits-Ausströmweg 6 sind
in dem Bodenwandelement 4 ausgebildet. Zuleitungsrohre 5A bzw. 5B,
..., für
zwei oder mehr verschiedene Arten Flüssigkeiten, sind mit einem
Einlassbereich 5a des Einströmweges 5 verbunden,
so dass sie zusammenlaufen.
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Eine
Grenzmembran 7, welche ausgestaltet ist durch einen mit
Boden versehenen zylindrischen Balg, der in der Richtung der Achse
B des Gehäuses 3 erweiternd
und kontrahierend verformbar ist, ist in dem Gehäuse angeordnet, während die
Achse B der Grenzmembran vertikal ausgerichtet ist. Die Grenzmembran 7 besteht
aus einem Fluorharz mit ausgezeichneter Wärmebeständigkeit und chemischer Beständigkeit
wie z.B. PTFE (Polytetrafluorethylen) oder PFA (Perfluoroalkoxy).
Ein peripherer Öffnungsrand 7a des
unteren Endes der Grenzmembran ist mit einer ringförmigen Befestigungsplatte 8 luftdicht pressend
an einer Oberseitenfläche
des Bodenwandelementes 4 befestigt. Gemäß dieser Ausgestaltung ist
der Innenraum des Pumpengehäuses 1 in
eine Flüssigkeitskammer 9 innerhalb
der Grenzmembran 7 und eine Luftkammer 10 außerhalb
der Grenzmembran 7 aufgeteilt.
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Das
Pumpengehäuse 1 umfasst
eine Vorrichtung für
hin- und hergehenden Antrieb 22, welche die Grenzmembran 7 so
antreibt, dass sie sich erweitert und kontrahiert. Die Vorrichtung
für hin-
und hergehenden Antrieb 22 ist folgendermaßen ausgestaltet.
Ein Zylinder 11 ist an der Seite der oberen Fläche der
oberen Wand 2 des Pumpengehäuses 1 in der Weise
ausgebildet, dass die Achse des Zylinders mit der Achse B der Grenzmembran 7 zusammenfällt. Ein
Kolben 12, der in dem Zylinder 11 hin und her
bewegt wird, ist durch eine Kolbenstange 13, die durch die
obere Wand 2 geführt
ist, an einen zentralen Bereich eines geschlossenen oberen Endabschnittes 7b der
Grenzmembran 7 gekoppelt. Druckluft, die aus einer Druckluftzufuhrvorrichtung
(nicht dargestellt) wie z.B. einem Kompressor zugeleitet wird, wird
durch in dem Zylinder 11 und der oberen Wand 2 ausgebildete
Luftlöcher 14 und 15 abwechselnd
in das Innere des Zylinders 11 und die Luftkammer 10 geleitet.
Näherungssensoren 16a und 16b sind
an dem Zylinder 11 befestigt. Dagegen ist an dem Kolben 12 ein
Sensorfühlelement 17 befestigt.
Wenn durch die Hin- und Herbewegung des Kolbens 12 bewirkt
wird, dass das Sensorfühlelement 17 sich
abwechselnd den Näherungssensoren 16a und 16b nähert, wird
automatisch zwischen der Druckluftzufuhr aus der Druckluftzufuhrvorrichtung
in den Zylinder 11 und derjenigen in die Luftkammer 10 umgeschaltet. Entsprechend
der Hin- und Herbewegung des Kolbens 12 wird die Grenzmembran 7 so
angetrieben, dass sie sich erweitert und kontrahiert.
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Eine
Ansaugöffnung 18 und
eine Auslassöffnung 19 sind
in einer inneren Wand 4a des Bodenwandelementes 4 des
Pumpengehäuses 1 angeordnet,
wobei die innere Wand der Flüssigkeitskammer 9 zugewandt
ist. Die Ansaug- und die Auslassöffnung 18 und 19 sind
in der Weise angeordnet, dass sie jeweils mit dem Auslass des Einströmweges 5 und dem
Einlass des Ausströmweges 6 kommunizieren. Ein
Ansaug-Rücksschlagventil 20 ist
in der Ansaugöffnung 18 angeordnet,
und ein Auslass-Rücksschlagventil 21 ist
in dem Auslass-Ende des Ausströmweges 6 angeordnet.
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Ein
Auslassbereich 18a der Ansaugöffnung 18 ist geöffnet, um
die angesaugten Flüssigkeiten
zu einer Umfangswand 9a der Flüssigkeitskammer 9 hin auszustoßen, die
in einer anderen Richtung als der Richtung der Achse B angeordnet
ist, d.h. in dem dargestellten Beispiel einer inneren peripheren
Wand der Grenzmembran 7, die durch einen Balg ausgestaltet
ist.
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Insbesondere
ist der Auslassbereich 18a der Ansaugöffnung 18 in einer
Seitenfläche
eines vorstehenden Vorderendes des Ansaug-Rücksschlagventils 20 geöffnet, welches
an dem Bodenwandelement 4 in der Weise befestigt ist, dass
es von der Innenwand 4a in die Flüssigkeitskammer 9 vorsteht.
Das Ansaug-Rücksschlagventil 20 ist
durch ein zylindrisches Ventilgehäuse 201 sowie obere
und untere Kugelventilelemente 202a und 202b ausgestaltet.
Das Ventilgehäuse 201 ist
an dem Bodenwandelement 4 befestigt, wobei seine Achse
D vertikal ausgerichtet ist, um mit der Auslassseite des Einströmweges 5 zu kommunizieren.
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Auf
diese Weise wird der Auslassbereich 18a der Ansaugöffnung 18 in
der Seitenfläche
des oberen Endes des Ventilgehäuses 201 geöffnet. Gemäß dieser
Ausgestaltung werden die oberen und unteren Kugelventilelemente 202a und 202b durch
ihr Eigengewicht jeweils in engen Kontakt mit oberen und unteren
Ventilsitzen 211 und 213 in dem Ventilgehäuse 201 gebracht,
wodurch verhindert wird, dass die aus dem Einströmweg 5 zugeführten Flüssigkeiten
in umgekehrter Richtung fließen.
Wenn die Flüssigkeiten angesaugt
werden sollen, werden die Kugelelemente 202a und 2026 jeweils
nach oben von den Ventilsitzen 211 und 213 getrennt,
so dass das Ventil sich öffnet,
und die aus dem Einströmweg 5 zugeführten Flüssigkeiten
werden dann aus dem Auslassbereich 18a der Ansaugöffnung 18 zu
der Umfangswand 9a der Flüssigkeitskammer 9 hin
ausgestoßen,
wobei sie zwischen der inneren Peripherie des Ventilgehäuses 201 und
den Kugelventilelementen 202a und 202b hindurchtreten.
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Zu
diesem Zeitpunkt werden, da der Auslassbereich 18a der
Ansaugöffnung 18 geöffnet ist, um
die angesaugten Flüssigkeiten
zu der Umfangswand 9a der Flüssigkeitskammer 9 hin
auszustoßen, die
in einer anderen Richtung als der Richtung der Achse B angeordnet
ist, die aus dem Auslassbereich 18a ausgestoßenen Flüssigkeiten
entlang der Umfangswand 9a der Flüssigkeitskammer 9 zirkuliert, entsprechend
der durch die Pfeile S in 2, 3 und 4 angezeigten
Strömungsrichtung.
Dieser Zirkulationsvorgang bewirkt, dass die Flüssigkeiten in der Flüssigkeitskammer 9 gleichmäßig verrührt und
miteinander vermischt werden. 2 zeigt
den Zustand eines Ansaugtaktes, bei dem die Grenzmembran 7 erweitert
wird, um die Flüssigkeiten
anzusaugen, 3 zeigt den Zustand eines Auslasstaktes,
bei dem die Grenzmembran 7 kontrahiert wird, um die Flüssigkeiten
auszulassen, und 4 ist eine Schnittansicht, gesehen
entlang der Linie H-H in 3. 2 und 3 zeigen
das Ansaug-Rückschlagventil 20,
bei dem nur ein Ventilelement 202 in dem Ventilgehäuse 201 angeordnet
ist.
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Bei
einer herkömmlichen
Pumpe dieser Art wird der Auslassbereich der Ansaugöffnung 18 in
einer Endfläche 20a des
vorstehenden Vorderendes des Ansaug-Rückschlagventils 20 geöffnet, um
die angesaugten Flüssigkeiten
in einer Richtung parallel zu der Richtung der Achse B der Grenzmembran 7 (der
Richtung der Hin- und Herbewegung) in die Flüssigkeitskammer 9 auszustoßen. Daher
schlagen die aus dem Auslassbereich der Ansaugöffnung 18 ausgestoßenen Flüssigkeiten
gegen den geschlossenen oberen Endabschnitt 7b der Grenzmembran 7 und strömen dann,
so wie sie sind, zu der Auslassöffnung 19.
Infolgedessen wird die Rührwirkung
in der Flüssigkeitskammer 9 kaum
erzielt, so dass die Flüssigkeiten
nicht ausreichend miteinander vermischt werden können.
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Als
Nächstes
wird die Funktionsweise der so ausgestalteten Kolbenpumpe beschrieben.
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Wenn
Druckluft, die aus der Druckluftzufuhrvorrichtung (nicht dargestellt)
wie z.B. einem Kompressor zugeführt
wird, durch das Luftloch 14 in das Innere des Zylinders 11 eingeleitet
wird, wird der Kolben 12 in der Richtung x in 1 gehoben,
und die Grenzmembran 7 wird in derselben Richtung erweitert,
wodurch die zwei oder mehr verschiedenen Arten von Flüssigkeiten,
die separat aus den Zuleitungsrohren 5A und 5B in
den Einströmweg 5 eintreten,
aus dem Auslassbereich 18a der Ansaugöffnung 18 über das
Rückschlagventil 20 zu
der Umfangswand 9a der Flüssigkeitskammer 9 hin
ausgestoßen werden.
Zu diesem Zeitpunkt bewirken, wie oben beschrieben, die angesaugten
Flüssigkeiten,
die aus dem Auslassbereich 18a der Ansaugöffnung 18 ausgestoßen werden,
die zirkulierende Strömung
entlang der Umfangswand 9a der Flüssigkeitskammer 9 und
werden durch diesen Zirkulationsvorgang in der Flüssigkeitskammer 9 verrührt. Daher
können
die zwei oder mehr Arten Flüssigkeiten,
die separat aus den Zuleitungsrohren 5A und 5B in
den Einströmweg 5 eintreten,
in der Flüssigkeitskammer 9 gleichmäßig und
rasch verrührt
und miteinander gemischt werden.
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Wenn
die Druckluft über
das Luftloch 15 in die Luftkammer 10 eingeleitet
und dann aus dem Luftloch 14 ausgelassen wird, wird der
Kolben 12 in die Richtung y in 1 gesenkt,
und die Grenzmembran 7 wird in derselben Richtung kontrahiert,
wodurch die gemischten Flüssigkeiten
in der Flüssigkeitskammer 9 durch
die Auslassöffnung 19 ausgelassen
werden, während
sie zirkuliert werden, um weiter verrührt zu werden. Wenn die Grenzmembran 7 auf
diese Weise durch die Hin- und
Herbewegung des Kolbens 12 in dem Zylinder 11 so
hin und her bewegt wird, dass sie sich erweitert und kontrahiert, werden
der Takt des Ansaugens aus der Ansaugöffnung 18 und derjenige
des Auslassens zu der Auslassöffnung 19 abwechselnd
wiederholt, um einen vorbestimmten Pumpvorgang mit Hin- und Herbewegung
durchzuführen.
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5 zeigt
einen Akkumulator A, der als Fluidvorrichtung zum Verringern von
Pulsationen einer Kolbenpumpe P dient.
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Die
Kolbenpumpe P selbst ist im Wesentlichen in derselben Weise aufgebaut
wie die Kolbenpumpe aus 1. Deshalb sind identische Komponenten
mit denselben Bezugsziffern bezeichnet, und auf ihre Beschreibung
wird verzichtet.
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Der
Körper 25 des
Akkumulators A hat ein zylindrisches Gehäuse 27, in dem das
obere Ende durch eine obere Wand 26 verschlossen ist, und
ein unteres Wandelement 28, welches das offene untere Ende
des Gehäuses 27 luftdicht
verschließt.
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Eine
Grenzmembran 29, ausgestaltet durch einen mit Boden versehenen
zylindrischen Balg, der in Richtung der Achse C des Gehäuses 27 erweiternd
und kontrahierend verformbar ist, ist in dem Gehäuse angeordnet, während die
Achse C vertikal ausgerichtet ist. Ein peripherer Öffnungsrand 29a des
unteren Endes der Grenzmembran 29 ist durch eine ringförmige Befestigungsplatte 30 an
einer Oberseitenfläche
des Bodenwandelementes 28 luftdicht pressend befestigt.
Gemäß dieser
Ausgestaltung ist der Innenraum des Akkumulatorkörpers 25 in eine Flüssigkeitskammer 31 innerhalb
der Grenzmembran 29 und eine Luftkammer 32 außerhalb
der Grenzmembran 29 aufgeteilt.
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Ein
Flüssigkeitseinströmweg 33 und
ein Flüssigkeitsausströmweg 34 sind
in dem Bodenwandelement 28 des Akkumulatorkörpers 25 angeordnet. Eine
Einströmöffnung 23 und
eine Ausströmöffnung 24 sind
in einer inneren Wand 28a des unteren Wandelementes 28 angeordnet,
die der Flüssigkeitskammer 31 zugewandt
ist, um jeweils mit dem Auslass des Einströmweges 33 und dem
Einlass des Ausströmweges 34 zu
kommunizieren. Der Einlass des Einströmweges 33 ist mit
dem Auslass des Ausströmweges 6 der
oben genannten Kolbenpumpe P durch eine Verbindung 65 kommunizierend
rohrverbunden.
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Ein
Auslassbereich 23a der Einströmöffnung 23 ist geöffnet, um
die einströmenden
Flüssigkeiten zu
einer Umfangswand 31a der Flüssigkeitskammer 31 hin
auszustoßen,
die in einer anderen Richtung als der Richtung der Achse C angeordnet
ist, d.h. in dem dargestellten Beispiel einer inneren peripheren Wand
der Grenzmembran 29, die durch einen Balg ausgestaltet
ist.
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Insbesondere
ist der Auslassbereich 23a der Einströmöffnung 23 in einer
Seitenfläche
eines vorstehenden Vorderendes des Auslass-Rückschlagventils 21 geöffnet, das
an dem Bodenwandelement 28 in der Weise befestigt ist,
dass es von der Innenwand 28a in die Flüssigkeitskammer 31 vorsteht.
Und zwar ist das Ausslass-Rückschlagventil 21 in
derselben Weise aufgebaut wie das oben beschriebene Ansaug-Rückschlagventil 20.
Das Auslass-Rückschlagventil 21 ist
ausgestaltet durch ein zylindrisches Ventilgehäuse 220 sowie obere
und untere Kugelventilelemente 221a und 221b.
Das Ventilgehäuse 220 ist an
dem Bodenwandelement 28 befestigt, wobei seine Achse G
vertikal ausgerichtet ist.
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Auf
diese Weise wird der Auslassbereich 23a der Einströmöffnung 23 in
der Seitenfläche
des oberen Endes des Ventilgehäuses 220 geöffnet. Gemäß dieser
Ausführungsform
werden die oberen und unteren Kugelventilelemente 221a und 221b durch
ihr Eigengewicht jeweils in engen Kontakt mit den oberen und unteren
Ventilsitzen 230 und 232 in dem Ventilgehäuse 220 gebracht,
wodurch verhindert wird, dass die gemischten Flüssigkeiten in dem Ausströmweg 6 der
Kolbenpumpe P in umgekehrter Richtung strömen. Wenn die gemischten Flüssigkeiten
zu der Flüssigkeitskammer 31 ausgelassen
werden sollen, werden die Kugelventilelemente 221a und 221b jeweils
nach oben von den Ventilsitzen 230 und 232 getrennt,
um das Ventil zu öffnen,
und die aus der Kolbenpumpe P zugeführten, gemischten Flüssigkeiten
werden dann aus dem Auslassbereich 23a der Einströmöffnung 23 des
Ventilgehäuses 220 zu
der Umfangswand 31a der Flüssigkeitskammer 31 hin ausgestoßen, wobei
sie zwischen der inneren Peripherie des Ventilgehäuses 220 und
den Kugelventilelementen 221a und 221b hindurchtreten.
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Zu
diesem Zeitpunkt werden, da der Auslassbereich 23a der
Einströmöffnung 23 geöffnet ist, um
die einströmenden
Flüssigkeiten
zu der Umfangswand 31a der Flüssigkeitskammer 31 hin
auszustoßen,
die in einer anderen Richtung als der Richtung der Achse C angeordnet
ist, die aus der Einströmöffnung 23 ausgestoßenen, gemischten
Flüssigkeiten
entlang der Umfangswand 31a der Flüssigkeitskammer 31 zirkuliert.
Dieser Zirkulationsvorgang bewirkt, dass die Flüssigkeiten in der Flüssigkeitskammer 31 weiter
verrührt
werden.
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Wie
in 6 dargestellt, ist eine Lufteinlass-/-auslassöffnung 35 in
der Nähe
des zentralen Bereiches der äußeren Fläche der
oberen Wand 26 des Gehäuses 27 des
Akkumulators A ausgebildet. Ein Ventilgehäuse 37 mit einem Flansch 36 ist
in die Lufteinlass-/-auslassöffnung 35 eingesetzt.
Der Flansch 36 ist mit Schrauben 38 usw. lösbar an
der Außenseite
der oberen Wand 26 angebracht und fixiert.
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In
dem Ventilgehäuse 37 sind
eine Luftzufuhröffnung 39 und
eine Luftauslassöffnung 40 parallel
nebeneinander angeordnet. Ein automatischer Luftzufuhrventilmechanismus 41 ist
in der Luftzufuhröffnung 39 angeordnet.
Wenn die Kapazität
der Flüssigkeitskammer 31 erhöht wird,
so dass sie einen vorbestimmten Bereich überschreitet, leitet der automatische
Luftzufuhrventilmechanismus Luft unter einem Druck, der höher ist
als der Maximaldruck der transportierten Flüssigkeiten, in die Luftkammer 32, wodurch
der Fülldruck
in der Luftkammer 32 erhöht wird. Ein automatischer
Luftauslassventilmechanismus 42 ist in der Luftauslassöffnung 40 angeordnet. Wenn
die Kapazität
der Flüssigkeitskammer 31 verringert
wird, so dass sie den vorbestimmten Bereich überschreitet, lässt der
automatische Luftauslassventilmechanismus Luft aus der Luftkammer 32,
wodurch der Fülldruck
in der Luftkammer 32 gesenkt wird.
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Als
Nächstes
werden die Kolbenpumpe P und der Akkumulator A beschrieben, die
wie oben beschrieben ausgestaltet sind.
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Wenn
Druckluft aus der Druckluftzufuhrvorrichtung (nicht dargestellt)
wie z.B. einem Kompressor über
das Luftloch 14 in das Innere des Zylinders 11 zugeführt wird,
wird der Kolben 12 in der Richtung x in 1 gehoben,
und die Grenzmembran 7 wird in derselben Richtung erweitert,
so dass die zwei oder mehr verschiedenen Arten von Flüssigkeiten,
die separat aus den Zuleitungsrohren 5A und 5B in
den Einströmweg 5 eintreten, über das
Ansang-Rückschlagventil 20 aus
dem Auslassbereich 18a der Ansaugöffnung 18 zu der Umfangswand 9a der
Flüssigkeitskammer 9 hin
ausgestoßen
werden. Zu diesem Zeitpunkt bewirken die angesaugten Flüssigkeiten, die
aus dem Auslassbereich 18a der Ansaugöffnung 18 ausgestoßen werden,
die zirkulierende Strömung entlang
der Umfangswand 9a der Flüssigkeitskammer 9 und
werden durch diesen Zirkulationsvorgang in der Flüssigkeitskammer 9 verrührt. Daher
können die
zwei oder mehr Arten von Flüssigkeiten,
die separat aus den Zuleitungsrohren 5A und 5B in
den Einströmweg 5 eintreten,
in der Flüssigkeitskammer 9 gleichmäßig und
rasch verrührt
und miteinander vermischt werden.
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Wenn
die Druckluft über
das Luftloch 15 in die Luftkammer 10 eingeleitet
und dann aus dem Luftloch 14 ausgelassen wird, wird der
Kolben 12 in der Richtung y in 1 gesenkt,
und die Grenzmembran 7 wird in derselben Richtung kontrahiert,
wodurch die gemischten Flüssigkeiten
in der Flüssigkeitskammer 9 durch
die Auslassöffnung 19 ausgelassen
werden, während
sie zirkuliert werden, um weiter verrührt zu werden. Wenn die Grenzmembran 7 auf
diese Weise durch die Hin- und
Herbewegung des Kolbens 12 hin und her bewegt wird, so
dass sie sich erweitert und kontrahiert, werden der Takt des Ansaugens
aus der Ansaugöffnung 18 und
derjenige des Auslassen zu der Auslassöffnung 19 abwechselnd
wiederholt, um eine vorbestimmte hin- und herbewegende Pumpwirkung
auszuüben.
Wenn die gemischten Flüssigkeiten
durch den Betrieb der Kolbenpumpe P zu einer bestimmten Stelle geleitet
werden, erzeugt der Auslassdruck der Kolbenpumpe Pulsationen aufgrund
der Wiederholung von Maximal- und Minimalabschnitten.
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Die
gemischten Flüssigkeiten,
die durch die Auslassöffnung 19 und
den Ausströmweg 6 aus
der Flüssigkeitskammer 9 der
Kolbenpumpe P ausgelassen werden, werden aus dem Auslassbereich 23a der
Einströmöffnung 23 des
Auslass-Rückschlagventils 21 zu
der Umfangswand 31a der Flüssigkeitskammer 31 hin
ausgestoßen,
gelangen durch die Einlasswege 33 des Akkumulators A und
werden dann vorübergehend
in der Flüssigkeitskammer 31 gespeichert.
Danach strömen
die Flüssigkeiten
aus der Ausströmöffnung 24 heraus
in den Ausströmweg 34. In
diesem Fall, wenn der Auslassdruck der transportierten, gemischten
Flüssigkeiten
sich in einem Maximalbereich der Auslassdruckkurve befindet, bewirken
die transportierten, gemischten Flüssigkeiten eine erweiternde
Verformung der Grenzmembran 29, so dass die Kapazität der Flüssigkeitskammer 31 erhöht wird,
und daher wird der Druck absorbiert. Zu diesem Zeitpunkt ist die
Strömungsmenge
der transportierten, gemischten Flüssigkeiten, die aus der Flüssigkeitskammer 31 ausströmen, kleiner
als diejenige der aus der Kolbenpumpe P zugeführten Flüssigkeiten.
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Wie
oben beschrieben, werden die transportierten, gemischten Flüssigkeiten,
die aus dem Auslassbereich 23a der Einströmöffnung 23 zugeführt werden,
zu der Umfangswand 31a der Flüssigkeitskammer 31 hin
ausgestoßen,
und die gemischten Flüssigkeiten
erzeugen daher die zirkulierende Strömung entlang der Umfangswand 31a der
Flüssigkeitskammer 31.
Dieser Zirkulationsvorgang bewirkt, dass die Flüssigkeiten in der Flüssigkeitskammer 31 erneut
verrührt
werden. Infolgedessen werden die transportierten, gemischten Flüssigkeiten
aus dem Ausströmweg 6 der
Kolbenpumpe P in der Flüssigkeitskammer 31 zirkuliert,
während
sie weiter gleichmäßig verrührt werden.
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Wenn
dagegen der Auslassdruck der transportierten, gemischten Flüssigkeiten
einen Minimalbereich der Auslassdruckkurve erreicht, fällt der Druck
der transportierten, gemischten Flüssigkeiten unter den Luftdruck
der Luftkammer 32, die durch Ausdehnung der Grenzmembran 29 des
Akkumulators A komprimiert wird, und daher wird die Grenzmembran 29 kontrahierend
verformt. Zu diesem Zeitpunkt ist die Strömungsmenge der transportierten Flüssigkeiten,
die aus der Flüssigkeitskammer 31 herausströmen, größer als
derjenige der transportierten, gemischten Flüssigkeiten, die aus der Kolbenpumpe
P in die Flüssigkeitskammer 31 einströmen. Dieser
wiederholte Vorgang, d.h. die Kapazitätsveränderung der Flüssigkeitskammer 31,
bewirkt eine Absorption und Unterdrückung der Pulsationen.
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Wird
dagegen der Auslassdruck der Kolbenpumpe P in Richtung einer Verringerung
variiert, so wird die Kapazität
der Flüssigkeitskammer 31 durch die
transportierten, gemischten Flüssigkeiten
verringert, mit dem Ergebnis, dass die Grenzmembran 29 weitgehend
kontrahierend verformt wird. Wenn der Grad der kontrahierenden Verformung
der Grenzmembran 29 einen vorbestimmten Bereich F überschreitet,
wird ein Gleitelement 56 des automatischen Luftauslassventilmechanismus 42 aufgrund der
durch eine Öffnungsfeder 58 ausgeübten Vorspannfunktion
in die Kontraktionsrichtung b der Grenzmembran 29 bewegt,
und zwar entsprechend der Bewegung eines geschlossenen oberen Endabschnittes 29b der
Grenzmembran 29, und die Innenfläche eines geschlossenen Endabschnittes 56a des
Gleitelementes 56 tritt mit einem Flansch 52 einer
Luftauslassventilstange 53 in Eingriff. Dies bewirkt eine
Bewegung der Luftauslassventilstange 53 in die Richtung
b, und das Auslassventilelement 51 öffnet die Luftauslassöffnung 40.
Infolgedessen wird die eingefüllte
Luft in der Luftkammer 32 durch die Luftauslassöffnung 40 in
die Atmosphäre
ausgelassen, und der Fülldruck
der Luftkammer 32 wird gesenkt. Daher ist der Betrag der
kontrahierenden Verformung der Grenzmembran 29 begrenzt,
so dass er den Takt F nicht überschreitet,
wodurch eine übermäßige Verringerung
der Kapazität
der Flüssigkeitskammer 31 unterdrückt wird.
Entsprechend der Verringerung des Fülldrucks in der Luftkammer 32 wird
die Grenzmembran 29 zu einer Referenzposition S hin erweitert.
Daher wird das Gleitelement 56 durch den geschlossenen
oberen Endabschnitt 29b der Grenzmembran 29 angeschoben,
so dass eine Öffnungsfeder 58 während einer
Bewegung in die Richtung a zusammengedrückt wird. Das Auslassventilelement 51 verschließt die Luftauslassöffnung 40 wieder
durch die Vorspannfunktion der Schließfeder 57, so dass der
Fülldruck
in der Luftkammer 32 auf den eingestellten Zustand fixiert
wird. Infolgedessen werden Pulsationen wirksam absorbiert, und die
Pulsationsamplitude wird ungeachtet einer Variation des Auslassdrucks
aus der Flüssigkeitskammer 9 der
Kolbenpumpe P auf ein niedriges Niveau gedrückt.
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7 zeigt
eine weitere Ausführungsform.
In dieser Ausführungsform
sind Einströmwege 5 für zwei oder
mehr Arten von Flüssigkeiten
einzeln in dem Pumpengehäuse 1 angeordnet,
Auslässe
der Einströmwege 5 sind
in dem Einlassbereich der einzelnen Ansaugöffnung 18 kommunizierend
ausgebildet, so dass sie in dem Einlassbereich zusammenlaufen, und
Zuleitungsrohre 5A und 5B für die Flüssigkeiten sind jeweils mit
den Einlassbereichen der Einströmwege 5 verbunden.
Diese Ausgestaltung unterscheidet sich von der in 1 bis 4 dargestellten
Ausführungsform,
in der die Zuleitungsrohre 5A bzw. 5B für die Flüssigkeiten
mit dem Einlassbereich des einzelnen Einströmweges 5 verbunden sind,
so dass sie zusammenlaufen. Die sonstige Ausgestaltung ist identisch
mit derjenigen der ersten Ausführungsform.
Daher sind identische Komponenten mit denselben Bezugsziffern bezeichnet,
und auf ihre Beschreibung wird verzichtet.
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In
dem Akkumulator A aus 5 sind die Zuleitungsrohre 5A bzw. 5B für die mehreren
Arten von Flüssigkeiten
durch die Kolbenpumpe P zu dem Einlassbereich des Flüssigkeits-Einströmwegs 33 rohrverbunden,
so dass sie zusammenlaufen. Alternativ können die Zuleitungsrohre 5A bzw. 5B für die mehreren
Arten von Flüssigkeiten
direkt mit dem Einlassbereich des Flüssigkeits-Einströmweges 33 des
Akkumulatorkörpers 25 rohrverbunden
sein, so dass sie zusammenlaufen.
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In
den obigen Ausführungsformen
ist der Auslassbereich 18a der Ansaugöffnung 18 der Kolbenpumpe
P in der Seitenfläche
des vorstehenden Vorderendes des Ansaug-Rückschlagventils 20 geöffnet. Alternativ
kann, wie in 8 dargestellt, der Auslassbereich 18a der
Ansaugöffnung 18 in
der inneren Wand 4a des Pumpengehäuses 1 selbst schräg nach oben
geöffnet
sein, so dass die Flüssigkeiten
zu der Umfangswand 9a der Flüssigkeitskammer 9 hin
ausgestoßen
werden. Auch in dem Akkumulator A kann anstelle der Ausbildung in
der Seitenfläche
des vorstehenden Vorderendes des Auslass-Rückschlagventils 21 der
Auslassbereich 23a der Einströmöffnung 23 in der inneren
Wand 28a des Akkumulatorkörpers 25 selbst schräg nach oben
geöffnet
sein, um die Flüssigkeiten
zu der Umfangswand 31a der Flüssigkeitskammer 31 hin
auszustoßen.
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In
dem Akkumulator A der oben beschriebenen Ausführungsform ist der automatische
Druckregulierungsmechanismus, bestehend aus dem automatischen Luftzufuhrventilmechanismus 41 und
dem automatischen Luftauslassventilmechanismus 42, auf
der Luftkammer 32 angeordnet. Der automatische Druckregulierungsmechanismus
kann in der in 9 bis 16 dargestellten
Weise ausgestaltet sein.
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In
dem automatischen Druckregulierungsmechanismus, wie in 9 dargestellt,
ist eine Öffnung 35 in
der Nähe
des zentralen Bereiches der oberen Wand 26 des Gehäuses 27 des
Akkumulators A ausgebildet. Ein Ventilgehäuse 37, in welches
ein Druckzufuhr-/-auslassventil aufgenommen ist, ist in die Öffnung 35 eingesetzt.
Ein Flansch 36, der an einer äußeren Peripherie des hinteren
Endes des Ventilgehäuses 37 befestigt
ist, ist mit Schrauben usw. lösbar
an der oberen Wand 26 angebracht und fixiert. Andererseits
ist eine Steuerscheibe 70 des Luftzufuhr-/-auslassventils
anliegend in einem zentralen Bereich des geschlossenen oberen Endabschnittes 29b der
Grenzmembran 29 angeordnet, welcher der Luftkammer 32 zugewandt
ist, um dem Ventilgehäuse 37 gegenüberzuliegen.
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Wie
in 10 dargestellt, sind eine Luftzufuhröffnung 39 und
eine Luftauslassöffnung 40 in
der vorderen Endfläche
des Ventilgehäuses 37 nebeneinander
angeordnet. Ein automatischer Luftzufuhrventilmechanismus 41 ist
in der Luftzufuhröffnung 39 angeordnet.
Wenn die Kapazität
der Flüssigkeitskammer 31 erhöht wird,
so dass sie einen vorbestimmten Bereich überschreitet, leitet der automatische
Luftzufuhrventilmechanismus Luft, welche unter höherem Druck als dem Maximaldruck
der transportierten Flüssigkeiten
steht, in die Luftkammer 32, wodurch der Fülldruck
in der Luftkammer 32 erhöht wird. Ein automatischer
Luftauslassventilmechanismus 42 ist in der Luftauslassöffnung 40 angeordnet.
Wenn die Kapazität
der Flüssigkeitskammer 31 über den vorbestimmten
Bereich hinaus verringert wird, lässt der automatische Luftauslassventilmechanismus
Luft aus der Luftkammer 32, wodurch der Fülldruck
in der Luftkammer 32 gesenkt wird.
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In
dem automatischen Luftzufuhrventilmechanismus 41, wie in 9 dargestellt,
ist ein Innengewindeabschnitt 171 in der hinteren Endfläche des Ventilgehäuses 37 angeordnet,
so dass er mit der Luftzufuhröffnung 39 kommuniziert,
und ein Luftzufuhrventilhalter 172, der ein Luftzufuhrventilelement 44 und
eine mit dem Ventilelement integrale Ventilstange 49 hält, ist über einen
O-Ring 73 an den Innengewindeabschnitt 171 angeschraubt.
In dem Luftzufuhrventilhalter 172 ist eine Luftzufuhrventilkammer 43 in
einem Vorderseiten-Endabschnitt ausgebildet, der in den Innengewindeabschnitt 171 eingeschraubt
ist, ein Ventilsitz 46 ist in dem inneren Boden der Luftzufuhrventilkammer 43 ausgebildet,
und eine Ventilstangendurchführungsöffnung 74 ist
in dem hinteren Endabschnitt ausgebildet, um koaxial mit der Luftzufuhrventilkammer 43 zu
kommunizieren. Eine Vielzahl von Kommunikationsöffnungen 75, durch
welche die Luftzufuhrventilkammer 43 über die Ventilstangendurchführungsöffnung 74 mit
der Luftkammer 32 kommuniziert, sind in der äußeren Peripherie
des hinteren Endabschnittes des Luftzufuhrventilhalters 172 ausgebildet.
Die Ausbildung der Kommunikationsöffnungen 75 verbessert
das Ansprechvermögen
hinsichtlich einer Druckveränderung
in der Luftkammer 32.
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In
dem Luftzufuhrventilhalter 172 ist ein Luftzuftuhrventil 36 in
die Luftzufuhrventilkammer 43 aufgenommen, so dass es in
Axialrichtung beweglich ist, und die Ventilstange 49 ist
durch die Ventilstangendurchführungsöffnung 74 hindurchgeführt. Ein
hinterer Endabschnitt der Ventilstange 49 steht in den
hinteren Bereich des Luftzufuhrventilhalters 172 vor. Die Ventilstangendurchführungsöffnung 74 ist
zu einer Stufenform ausgebildet, welche Folgendes aufweist: einen Öffnungsabschnitt
mit großem
Durchmesser 74a, in dem der Innendurchmesser größer ist
als der Außendurchmesser
der Ventilstange 49, so dass ein Kommunikationszwischenraum
zwischen dem Öffnungsabschnitt
und der Ventilstange 49 gebildet wird; und einen Führungsöffnungsabschnitt 74b,
der etwas größer ist
als der Außendurchmesser
der Ventilstange 49 und mit der Ventilstange 49 gleitend
in Kontakt steht, ohne dass ein Zwischenraum dazwischen bleibt.
Wenn die Ventilstange 49 von dem Führungsöffnungsabschnitt 74b gleitend
geführt
wird, kann das Ventilelement 44 in der Luftzufuhrventilkammer 43 geradlinig
entlang der Axialrichtung der Kammer bewegt werden.
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In
der Luftzufuhrventilkammer 43 wird das Zufuhrventilelement 44 ständig von
einer Feder 45 in die Verschlussposition vorgespannt, in
der das Element eng mit dem Ventilsitz 46 in Kontakt steht.
Das Zufuhrventilelement 44 steht über einen O-Ring 76 luftdicht
mit dem Ventilsitz 46 in Kontakt. Wie in 12 dargestellt,
ist der O-Ring 76 in eine bogenförmige Nut 77 eingesetzt,
die in einem Eckabschnitt der hinteren Endfläche des Ventilelementes 44 ausgebildet
ist, wodurch der O-Ring gesperrt an dem Ventilelement befestigt
wird.
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In
einem Zustand, in dem der Flüssigkeitsdruck
in der Flüssigkeitskammer 31 bei
einem mittleren Druck liegt und die Grenzmembran 29 sich
in einer Referenzposition befindet, steht das Zufuhrventilelement 44 in
engem Kontakt mit dem Ventilsitz 46 des Ventilhalters 172,
um die Luftzufuhröffnung 39 zu schließen, und
ein Endabschnitt 49a der Ventilstange 49, der
dem Inneren der Luftkammer 32 zugewandt ist, wird um einen
vorbestimmten Hub von dem geschlossenen oberen Endabschnitt 29b der
Grenzmembran 29 getrennt.
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Andererseits
sind in dem automatischen Luftauslassventilmechanismus 42,
wie in 9 dargestellt, eine Auslassventilkammer 50 mit
kreisförmigem
Querschnitt und ein Innengewindeabschnitt 78 mit einem
Innendurchmesser, der größer ist
als derjenige der Auslassventilkammer 50, in der hinteren Endfläche des
Ventilgehäuses 37 ausgebildet,
so dass sie koaxial mit der Luftauslassöffnung 40 kommunizieren.
Das Auslassventilelement 51 mit einer Form, in der flache
Flächen 51a in
entgegengesetzten Abschnitten auf dem Umfang ausgebildet sind, wie
in 14 dargestellt, ist in die Auslassventilkammer 50 aufgenommen,
so dass es entlang der Axialrichtung beweglich ist. Die Luftauslassventilstange 53 ist
integral an das Auslassventilelement 51 gekoppelt. Die
Luftauslassventilstange 53 ist durch einen Ventilstangen-Führungsöffnungsabschnitt 79a hindurchgeführt und
wird von ihm in der Weise gehalten, dass sie in Axialrichtung verschieblich
ist. Der Ventilstangen-Führungsöffnungsabschnitt 79a befindet sich
in der Mitte eines Auslassventilstangenhalters 79, der
an den Innengewindeabschnitt 78 angeschraubt ist. In dem
Auslassventilstangenhalter 79 sind eine Vielzahl von Kommunikationsöffnungen 80, durch
welche die Auslassventilkammer 50 mit der Luftkammer 32 kommuniziert,
auf demselben Kreis ausgebildet, der um den Ventilstangen-Führungsöffnungsabschnitt 79a zentriert
ist. Eine Feder 81, durch welche die Luftauslassventilstange 53 geführt ist,
ist zwischen dem Auslassventilelement 51 und dem Auslassventilstangenhalter 79 angeordnet.
Das Auslassventilelement 51 wird ständig von der Feder 81 in die
Verschlussposition vorgespannt, in der das Element eng mit dem Ventilsitz 50a der
Auslassventilkammer 50 in Kontakt steht. Das Auslassventilelement 51 steht über einen
O-Ring 82 luftdicht mit dem Ventilsitz 50a in
Kontakt. Wie in 14 dargestellt, ist der O-Ring
in eine bogenförmige
Nut 83 eingesetzt, die in einem Eckabschnitt der vorderen
Endfläche
des Auslassventilelementes 51 ausgebildet ist, wodurch
der O-Ring gesperrt an dem Ventilelement befestigt wird.
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In
einem Zustand, in dem die Grenzmembran 29 sich in der Referenzposition
befindet, verschließt
das Auslassventilelement 51 die Luftauslassöffnung 40,
und ein Flansch 53a in dem hinteren Ende der Luftauslassventilstange 53 ist
von der Innenfläche
eines geschlossenen Endabschnitts 84a einer Hülse 84 um
einen vorbestimmten Hub getrennt.
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Andererseits
ist die Luftzufuhr-/-auslassventil-Steuerscheibe 70, die
anliegend in dem zentralen Bereich des geschlossenen oberen Endbereiches 29b der
Grenzmembran 29 angeordnet ist, zu einer scheibenartigen
Form ausgebildet, ein Luftzufuhrventilstangen-Druckabschnitt 85 ist
in der vorderen Fläche
des Elementes ausgenommen, und die Hülse 84, die einen
Auslassventilstangen-Zugabschnitt 86 bildet,
ist passend neben dem Luftzufuhrventilstangen-Druckabschnitt 85 befestigt.
Ein Führungsöffnungsabschnitt 84a,
der etwas größer als
der Außendurchmesser
der Luftauslassventilstange 53 ist und gleitend mit der
Ventilstange 53 in Kontakt steht, ohne dass ein Zwischenraum
dazwischen bleibt, ist in einem vorderen Endabschnitt der Hülse 84 ausgebildet.
Der hintere Endabschnitt der Luftauslassventilstange 53,
der den Flansch 53a aufweist, ist aufgleitende und ein
Herabrutschen verhindernde Weise durch den Führungsöffnungsabschnitt 84a geführt und
an ihn gekoppelt. Wenn die Luftauslassventilstange 53 durch
den Führungsöffnungsabschnitt 84a gleitend
geführt
wird, kann die Luftauslassventilstange 53 geradlinig entlang
der Axialrichtung bewegt werden. Die Hülse 84 kann integral
mit der Luftzufuhr-/-auslassventil-Steuerscheibe 70 ausgebildet sein.
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Federn 87,
die jeweils aus einer Druckfeder bestehen, sind zwischen dem Luftzufuhrventilstangen-Druckabschnitt 85 der
Luftzufuhr-/-auslassventilstangen-Steuerscheibe 70 und
dem hinteren Endabschnitt des Luftzufuhrventilhalters 172 sowie
der Hülse 84 und
der hinteren Endfläche
des Auslassventilstangenhalters 79 angeordnet, so dass
sie die äußeren Peripherien
der Luftzufuhrventilstange 49 bzw. der Luftauslassventilstange 53 umgeben.
Die Luftzufuhr-/-auslassventil-Steuerscheibe 70 wird
von den Federn 87 in der Weise vorgespannt, dass sie zu dem
zentralen Bereich des geschlossenen oberen Endbereiches 29b der
Grenzmembran 29 hin gedrückt wird.
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Wie
in 11 dargestellt, sind die Luftzufuhr-/-auslasssteuerscheibe 70 und
das Ventilgehäuse 37 durch
eine oder vorzugsweise mehrere Führungsstangen 88 aneinander
gekoppelt, die parallel zu den Richtungen der Erweiterung und Kontraktion der
Grenzmembran 29 verlaufen. In jeder der Führungsstangen 88 ist
der vordere Endabschnitt mit einer Mutter 89 über eine
Scheibe 89a anbringend an der hinteren Endfläche 37 befestigt,
und der hintere Endabschnitt, der einen Flansch 88a aufweist,
ist mit einer Führungshülse 90 gekoppelt,
die auf eingebettete Weise an der vorderen Endfläche der Luftzufuhr-/-auslassventil-Steuerscheibe 70 befestigt
ist, um ein Abrutschen zu verhindern, und in Axialrichtung gleitend
beweglich. In dem vorderen Endabschnitt jeder der Führungshülsen 90 ist
ein Führungsöffnungsabschnitt 90a ausgebildet,
der gleitend mit der entsprechenden Führungsstange 88 in
Kontakt steht, ohne dass ein Zwischenraum dazwischen bleibt. Die
hinteren Endabschnitte der Führungsstangen 88 sind
durch die Führungsöffnungsabschnitte 90a hindurchgeführt, wodurch
ermöglicht
wird, dass die Luftzufuhr-/-auslassventil-Steuerscheibe 70 unter Führung der
Führungsstangen 88 geradlinig
parallel zu den Richtungen der Erweiterung und Kontraktion der Grenzmembran 29 bewegt
werden kann.
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Die
Führungshülsen 90 können integral
mit der Luftzufuhr-/-auslassventil-Steuerscheibe 70 ausgebildet
sein.
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Als
Nächstes
wird die Funktionsweise der so ausgestalteten Luftzufuhr-/-auslassventilmechanismen 41 und 42 beschrieben.
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Wenn
der Auslassdruck der Kolbenpumpe P erhöht wird, wird die Kapazität der Flüssigkeitskammer 31 durch
die transportierten Flüssigkeiten
erhöht,
und der Fluiddruck in der Flüssigkeitskammer 31 überwindet
den Druck in der Luftkammer 32, mit dem Ergebnis, dass
die Grenzmembran 29 erweiternd verformt wird. Wie in 15A und 15B dargestellt,
bewirkt diese Erweiterungsverformung der Grenzmembran 29,
dass die Luftzufuhr-/-auslassventil-Steuerscheibe 70 von
dem zentralen Bereich des geschlossenen oberen Endabschnittes 29b der
Grenzmembran 29 zu dem Ventilgehäuse 37 geschoben wird.
Infolgedessen wird der hintere Endabschnitt der Luftzufuhrventilstange 49 durch
den Luftzufuhrventilstangen-Druckabschnitt 85 der Luftzufuhr-/-auslassventil-Steuerscheibe 70 angeschoben,
wodurch das Luftzufuhrventilelement 44, das durch die Feder 45 in
den schließenden
Zustand versetzt worden ist, in den öffnenden Zustand versetzt wird.
Deshalb wird die Druckluft durch die Luftzufuhröffnung 39 in die Luftkammer 32 geleitet,
um den Fülldruck
in der Luftkammer 32 zu erhöhen. Entsprechend dem Anstieg
des Fülldrucks
in der Luftkammer 32 wird die Grenzmembran 29 kontrahiert.
Infolgedessen schiebt der Luftzufuhrventilstangen-Druckabschnitt 85 der
Luftzufuhr-/-auslassventil-Steuerscheibe 70 den hinteren
Abschnitt der Luftzufuhrventilstange 49 nicht an, und das
Luftzufuhrventilelement 44 wird durch die Feder 45 und
die Druckluft in der Luftkammer 32 in den schließenden Zustand
versetzt, um einen Ausgleich mit dem Fluiddruck in der Flüssigkeitskammer 31 zu
erreichen. Wenn die Grenzmembran 29 um einen Grad erweitert
wird, der größer ist
als der vorbestimmte Hub, schlägt
der geschlossene obere Endbereich 29b der Membran gegen
eine Anschlagwand 27a des Gehäuses 27 des Akkumulators
A, die in die Luftkammer 32 vorsteht, wodurch übermäßige Erweiterungsverformung
der Grenzmembran 29 begrenzt wird, so dass eine Beschädigung der
Grenzmembran verhindert werden kann.
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Andererseits
wird, wenn der Auslassdruck der Kolbenpumpe P gesenkt wird, die
Kapazität
der Flüssigkeitskammer 31 durch
die transportierten Flüssgkeiten
verringert, und der Druck in der Luftkammer 32 überwindet
den Fluiddruck in der Flüssigkeitskammer 31,
so dass die Grenzmembran 29 kontrahierend verformt wird.
Wie in 16A und 16B dargestellt,
bewirkt diese Kontraktionsverformung der Grenzmembran 29,
dass die Luftzufuhr-/-auslassventil-Steuerscheibe 70 entsprechend der
Bewegung des geschlossenen oberen Endbereiches 29b der
Grenzmembran 29 in der Kontraktionsrichtung in derselben
Richtung bewegt wird, während sie
gleichzeitig die schiebende Kraft der Federn 87 aufnimmt.
Die Luftauslassventilstange 53, die mit dem Auslassventilstangen-Zugabschnitt 86 der
Luftzufuhr-/-auslassventil-Steuerscheibe 70 gekoppelt ist,
wird in dieselbe Richtung gezogen, wodurch das Auslassventilelement 51 in
den Öffnungszustand
versetzt wird. Daher wird die Druckluft in der Luftkammer 32 durch
die Luftauslassöffnung 40 in
die Atmosphäre
abgelassen, so dass der Fülldruck
in der Luftkammer 32 gesenkt wird. Entsprechend der Verringerung des
Fülldrucks
in der Luftkammer 32 wird die Grenzmembran 29 erweitert.
Daraufhin wird die Luftzufuhr-/-auslassventil-Steuerscheibe 70 von
dem zentralen Bereich des geschlossenen oberen Endabschnittes 29b der
Grenzmembran 29 angeschoben, und durch die Druckwirkung
der Feder 81 wird bewirkt, dass das Auslassventilelement 51 die
Luftauslassöffnung 40 schließt. Infolgedessen
wird der Fülldruck
in der Luftkammer 32 auf den eingestellten Zustand fixiert.
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Wie
oben beschrieben, wird, wenn ein Fluiddruck auf die Grenzmembran 29 ausgeübt wird,
die Druckluft angesaugt oder ausgelassen, bis ein Gleichgewicht
mit dem Druck erreicht ist, wodurch Pulsationen wirksam absorbiert
werden und die Pulsationsamplitude unabhängig von Variationen des Auslassdrucks
der Kolbenpumpe P auf ein niedriges Niveau gedrückt wird.
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Wie
oben beschrieben, unterliegen das Zufuhrventilelement 44 und
das Auslassventilelement 51, die separat und unabhängig voneinander
in dem Ventilgehäuse 37 angeordnet
sind, der Ventilöffnungssteuerung
entsprechend der Erweiterung und Kontraktion der Grenzmembran 29, über den
Luftzufuhrventilstangen-Druckabschnitt 85 und den Auslassventilstangen-Zugabschnitt 86 an
der Luftzufuhr-/-auslassventil-Steuerscheibe 70. Da die
Luftzufuhr-/-auslassventil-Steuerscheibe 70 so angeordnet ist,
dass sie ständig
gegen den zentralen Bereich des geschlossenen oberen Endbereiches 29b der
Grenzmembran 29 anliegt, wirkt auf die Grenzmembran 29 auch
dann keine versetzte Last, wenn das Luftzufuhrventilelement 44 und
das Auslassventilelement 51 separat und unabhängig voneinander
nebeneinander in dem Ventilgehäuse 37 angeordnet
sind. Daher wird die Grenzmembran 29 stets geradlinig erweiternd
und kontrahierend in der Axialrichtung X-X des Ventilgehäuses 37 verformt,
so dass das Ansprechvermögen
der Öffnungs-
und Verschlussvorgänge der
Luftzufuhr- und -auslassventilelemente 44 und 51 verbessert
werden kann und die Leistung der Verringerung von Pulsationen sichergestellt
werden kann. Durch die Führungswirkung
der Führungsstangen 88 kann
dauerhaft ermöglicht
werden, die Luftzufuhr-/-auslassventil-Steuerscheibe 70 auf
stabile und sichere Weise parallel zu bewegen. Infolgedessen können die
Luftzufuhr- und- auslassventilelemente 44 und 51 die Öffnungs-
und Verschlussvorgänge entsprechend
der Erweiterung und Kontraktion der Grenzmembran 29 über die
Luftzufuhr-/-auslassventil-Steuerscheibe 70 zuverlässig durchführen.
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In
dem Akkumulator A der oben beschriebenen Ausführungsform ist der automatische
Druckregulierungsmechanismus, der aus dem automatischen Luftzufuhrventilmechanismus 41 und
dem automatischen Luftauslassventilmechanismus 42 besteht,
an der Luftkammer 32 befestigt. Die Luftkammer 32 muss
lediglich die Öffnung 35 aufweisen,
um das Ein- und Ausströmen
von Luft zu ermöglichen, und
es ist nicht immer erforderlich, dass sie den automatischen Druckregulierungsmechanismus
aufweist. Die Druckeinstellung kann manuell durchgeführt werden.
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In
den obigen Ausführungsformen
sind die Grenzmembran 7 der Kolbenpumpe P und die Grenzmembran 29 des
Akkumulators A mit vertikal ausgerichteten Achsen B und C angeordnet.
Selbstverständlich
kann die Erfindung in gleicher Weise auf die Kolbenpumpe P und den
Akkumulator A des Typs angewendet werden, bei dem die Grenzmembran 7 der
Kolbenpumpe P und die Grenzmembran 29 des Akkumulators
A mit horizontaler Ausrichtung ihrer Achsen B und C angeordnet sind.
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In
dem Ansaug-Rückschlagventil 20 und dem
Auslass-Rückschlagventil 21 der
Kolbenpumpe P wird der Schwerkraft-Verschlussmechanismus verwendet,
der auf den Kugelventilelementen 202 oder 221 beruht
und bei dem keine Feder zum Vorspannen einer Kugel verwendet wird.
Dies ist vorteilhaft, weil selbst in dem Fall, dass Flüssigkeiten
verwendet werden, die ein abscheidbares Material wie z.B. Schlamm
enthalten, verhindert wird, dass solches abscheidbares Material
in den Rückschlagventilen 20 und 21 verbleibt
oder sich dort ansammelt. Der Aufbau des Ansaug-Rückschlagventils 20 und
des Auslass-Rückschlagventils 21 ist
nicht auf diesen Aufbau beschränkt und
kann einen Mechanismus aufweisen, in dem eine Feder zum Vorspannen
einer Kugel verwendet wird.
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In
den oben beschriebenen Ausführungsformen
ist sowohl das Ansaug-Rückschlagventil 20 als auch
das Auslass-Rückschlagventil 21 mit
den Kugelelementen 202 bzw. 221 versehen, die
vertikal in zwei Stufen angeordnet sind, so dass sie eine doppelte
Verschlussstruktur aufweisen. Dieser Aufbau ist vorteilhaft, weil
eine quantitative Zuführung
der transportierten Flüssigkeiten
sichergestellt werden kann. Der Aufbau der Ventile ist nicht hierauf
beschränkt. Die
Ventile können
ein einzelnes Kugelventilelement 202 bzw. 221 aufweisen
(siehe 2).
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Die
Grenzmembran 7 der Kolbenpumpe P und die Grenzmembran 29 des
Akkumulators A sind nicht auf Bälge
beschränkt
und können
als Diaphragmen ausgebildet sein.