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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Pumpe zum Transport von Fluid
oder insbesondere eine Pumpe, die zur Zirkulation oder zum Transport
eines chemischen Fluids in einer Halbleiterfertigungsvorrichtung
verwendet wird.
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BESCHREIBUNG DES STANDS DER
TECHNIK
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Herkömmliche
Pumpen, die zur Zirkulation oder zum Transport des chemischen Fluids
in der Halbleiterfertigungsvorrichtung verwendet werden, haben im
Allgemeinen eine Konstruktion, bei der ein Druckluftzylinder als
Antriebseinrichtung, ein Balg, der sich nach der Volumenänderung
einer Pumpenkammer und dem hermetischen Einschließen des Fluids
darin frei ausdehnen oder zusammenziehen kann, ein Absperrventil
zum Begrenzen der Strömungsrichtung
des Fluids und viele andere Elemente entlang einer Achse des Druckluftzylinders
koaxial angeordnet und aneinander in nebeneinanderliegender Beziehung
mittels einer in Axialrichtung langgestreckten Stange, eines Bolzens
und dergleichen befestigt sind (siehe beispielsweise die nicht geprüfte
JP-Patentveröffentlichung Nr. 2002-174180 ).
Ferner werden eine Vielzahl von Bolzen außerdem zum Befestigen eines
Endes des Balgs an einer Kolbenseite verwendet.
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Leider
kann bei der herkömmlichen
Pumpe der obigen Konstruktion manchmal das Problem auftreten, dass
die Vielzahl von Elementen aufgrund von Maßfehlern der Elemente oder
der Art der Anordnung der Elemente in nebeneinanderliegender Beziehung nicht
exakt miteinander zentriert werden können. Das heißt, die
Mittelachsen der Elemente können
nicht exakt miteinander ausgefluchtet werden. In einem solchen Fall,
in dem die Elemente nicht ordnungsgemäß relativ zueinander positioniert
werden können, kann
die Befestigung der Elemente ein Verdrehen zwischen den Elementen
oder ein Verziehen der Elemente selbst verursachen.
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Andererseits
müssen
eine Vielzahl von Bolzen an einem Ende des Balgs mit gleicher Belastung befestigt
werden, um das Abdichtverhalten sicherzustellen. In der Praxis besteht
jedoch die Tendenz, dass die Befestigungsbelastung der Bolzen untereinander
ungleich ist. Wenn eine Vielzahl von Bolzen verwendet werden, nimmt
die Befestigungsbelastung der einzelnen Bolzen aufgrund von Alterung
(die mit Kriechen von Harz und dergleichen einhergeht) unterschiedlich
ab. Die unterschiedlichen Befestigungsbelastungen auf die Vielzahl
von Bolzen führen
zur Formänderung
der Elemente wie etwa dem Balg, was im Austreten des chemischen
Fluids resultiert.
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Angesichts
des Vorstehenden ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
eine Pumpe bereitzustellen, die so ausgelegt ist, dass sie zusammengebaut
werden kann, ohne ein Verziehen oder eine Formänderung der Elemente zu verursachen, und
die somit eine gleichbleibende Abdichtleistung erzielen kann.
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US 6 189 433 beschreibt
eine Pumpe nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 und wird als der nächstliegende
Stand der Technik angesehen.
DE
24 47 646 beschreibt eine weitere Pumpe mit Merkmalen,
die dem Oberbegriff von Anspruch 1 ähnlich sind.
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AUFGABE UND ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
obigen Aufgaben werden durch die Pumpe nach Anspruch 1 gelöst, wobei
weitere bevorzugte Ausführungsformen
in den Unteransprüchen
angegeben sind.
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Die
Pumpe zum Erzeugen einer Pumptätigkeit
auf der Basis der Hin- und Herbewegungen eines Druckluftzylinderbereichs,
um dadurch ein Fluid über Ventile
anzusaugen und abzugeben, weist Folgendes auf:
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- a) einen Pumpenkörper, der einen Zuflusskanal und
einen Abflusskanal für
das Fluid aufweist;
- b) einen Pumpenzylinder, der an einem Ende des Pumpenkörpers vorgesehen
ist;
- c) einen Balg, der in dem Pumpenzylinder und entlang einer Mittelachse
auseinandergedehnt oder kontrahiert werden kann und mit dem Pumpenkörper und
dem Pumpenzylinder zusammenwirkt, um eine Pumpkammer zu bilden;
und
- d) einen Druckluftzylinderbereich zum Auseinanderdehnen oder
Kontrahieren des Balgs; und
- e) eine äußere Abdeckung,
deren eines Ende entlang der Mittelachse mit einem Gewinde an einer Innenseite
davon ausgebildet und deren anderes Ende mit einem Anschlagbereich
ausgebildet ist, wobei die äußere Abdeckung
den Pumpenzylinder, den Balg und den Druckluftzylinderbereich darin
einschließt
und mit einem an einer Außenseite
des Pumpenkörpers
gebildeten Gewinde in Gewindeeingriff ist, um diese entlang der
Mittelachse aneinander zu befestigen, während sie gleichzeitig mit
dem Pumpenkörper
zusammenwirkt, um diese Elemente dazwischen in Bezug auf die Mittelachse
einzuspannen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Schnittansicht, die eine Pumpe nach einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 ist
eine Gruppe von schematischen Darstellungen, die ein äußeres Erscheinungsbild
eines Pumpenkörpers
der obigen Pumpe zeigen;
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3 und 4 sind
Schnittansichten, die den obigen Pumpenkörper zeigen;
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5 ist
eine Schnittansicht, die zeigt, wie die obige Pumpe zusammenzubauen
ist;
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6 ist
eine vergrößerte Schnittansicht,
die den Pumpenkörper,
einen Pumpenzylinder und einen Balg entlang einer Mittelachse A
von 1 voneinander getrennt zeigt;
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7 ist
eine vergrößerte Schnittansicht,
die einen Bereich VII gemäß 6 zeigt;
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8 und 9 sind
vergrößerte Schnittansichten,
die einzeln einen Zustand des Pumpenkörpers und des Pumpenzylinders
der Pumpe von 1 beim Einpressen ineinander
und einen Zustand nach Abschluss des Einpressens des Pumpenkörpers und des
Pumpenzylinders zeigt;
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10 ist
eine fragmentarische Schnittansicht, die einen Hauptteil einer Pumpe
nach einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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11 ist
eine fragmentarische Schnittansicht, die einen Hauptteil einer Pumpe
nach einer dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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12 und 13 sind
fragmentarische Schnittansichten, die einzeln einen Zustand vor
dem Einpressen eines Pumpenkörpers
und eines Pumpenzylinders nach der dritten Ausführungsform und einen Zustand
des Pumpenkörpers
und des Pumpenkörpers
beim Einpressen ineinander zeigt; und
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14 und 15 sind
fragmentarische Schnittansichten, die einzeln einen Zustand vor
dem Einpressen des Pumpenzylinders und eines Balgs nach der dritten
Ausführungsform
und einen Zustand des Pumpenzylinders und des Balgs beim Einpressen
ineinander zeigt.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 ist
eine Schnittansicht, die eine Pumpe nach einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Pumpe wird beispielsweise
zur Zirkulation oder zum Transport eines chemischen Fluids (beispielsweise
eines Fluor enthaltenden Fluids) in einer in einem Reinraum installierten
Halbleiterfertigungsvorrichtung verwendet. Die Pumpe ist vom Horizontaltyp
und ist allgemein in einer in der Figur gezeigten Position installiert
(der obere Teil ist das obere Ende der Pumpe, wogegen der untere
Teil ihr unteres Ende ist, wie in der Figur gezeigt ist). Die Pumpe
besteht aus einer Vielzahl von Elementen, die auf einer gemeinsamen
Mittelachse A koaxial angeordnet sind und die jeweils im Wesentlichen
einen kreisförmigen
Außenumfang
und einen kreisförmigen Innenumfang
haben. Dabei weist die Pumpe als wesentliche Komponenten auf: einen
Pumpenkörper 3, der
zwei Paare von Absperrventilen 1, 2 hat (die nachstehend
noch im Einzelnen beschrieben werden); einen zylindrischen Pumpenzylinder 4;
einen Balg 5, der eine Doppelzylinderkonstruktion hat,
von der ein äußerer Zylinderbereich 5a entlang
der Mittelachse A balgartig dehnbar ist; einen Abstandshalter 6,
der mit einer Innenseite eines inneren Zylinderbereichs 5b des
Balgs 5 in Gewindeeingriff ist (ein linkes Ende des Abstandshalters 6 ist
jedoch in dem Balg 5 angebracht); eine Achse 7,
die wie ein Rundstab geformt und mit dem Abstandshalter 6 in
Gewindeeingriff ist (ein linkes Ende der Achse 7 ist jedoch in
dem Abstandshalter 6 angebracht); ein ringartiges Kolbengehäuse 8,
durch das hindurch sich die Achse 7 erstrecken kann; einen
Kolben 9, der mit der Achse 7 in Gewindeeingriff
ist (ein rechtes Ende davon ist in dem Kolben 9 angebracht)
und der in das Kolbengehäuse 8 eingeführt ist,
so dass er sich entlang der Mittelachse A gleitbewegen kann; eine
Kolbenabdeckung 10, die ein entsprechendes Ende des Kolbengehäuses 8 und
des Kolbens 9 bedeckt; und eine zylindrische äußere Abdeckung 11 zum
vollständigen oder
teilweisen Einschließen
der obigen Elemente darin. Dabei kann der Pumpenzylinder 4 mit
dem Pumpenkörper 3 (durch
spanende Bearbeitung oder dergleichen) integral ausgebildet sein.
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Der
Abstandshalter 6, die Achse 7, das Kolbengehäuse 8,
der Kolben 9 und die Kolbenabdeckung 10 bilden
einen Druckluftzylinderbereich, der an einer rechten Seite des Balgs 5 als
Stützwand
angeordnet ist. Das Erfordernis einer externen Anbringung des Druckluftzylinders
ist durch die Anordnung des Druckluftzylinders auf diese Weise eliminiert.
Der gesamte Körper
der Pumpe ist also kompakt gebaut. Die Pumpe, die den kompakten
Körper
hat, wird bevorzugt, da die Fertigungsvorrichtung in dem Reinraum
einen kleineren Bereich einnimmt. Wenn ferner im Gebrauch über einen
längeren
Zeitraum eine geringe Menge an Verschleißpartikeln von dem Druckluftzylinderbereich
erzeugt werden sollte, besteht keine Gefahr einer Kontamination
des Reinraums, da nur sehr wenig Partikel aus der Pumpe gestreut
werden.
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Bei
der obigen Konstruktion ist der Balg 5 in dem Pumpenzylinder 4 an
einer Außenumfangsfläche 5a1 einer
Basis seines äußeren Zylinderbereichs 5a angebracht.
Der Abstandshalter 6 und das Kolbengehäuse 8 sind über die
Achse 7 in zusammengebauter Beziehung (einschließlich Schraubverbindung),
während
der Abstandshalter 6 in dem inneren Zylinderbereich 5b des
Balgs 5 angebracht ist. Ein säulenartiger Vorsprung 8c ist
an einem linken Ende des Kolbengehäuses 8 gebildet. Ein
Außendurchmesser
des Vorsprungs 8c kann im Wesentlichen gleich einem Innendurchmesser
des äußeren Zylinderbereichs 5a des
Balgs 5 sein, so dass das Kolbengehäuse 8 in dem Balg 5 angebracht
werden kann. Außerdem
ist der Kolben 9 in zusammengebauter Beziehung mit dem
Kolbengehäuse 8 und
der Achse 7. Die Kolbenabdeckung 10 und das Kolbengehäuse 8 sind
in einer Beziehung äquivalent
einer zusammengebauten Beziehung, und zwar über eine Vielzahl von Positionierstiften 12 (von
denen nur einer gezeigt ist). Der Pumpenzylinder 4, der
Balg 5, der Abstandshalter 6, die Achse 7,
das Kolbengehäuse 8,
der Kolben 9, die Kolbenabdeckung 10 und die anderen
Elemente einschließlich
der Dichtungselemente (beispielsweise eines O-Dichtrings) sind also
so ausgebildet, dass sie aneinander angebracht werden können, um
dadurch ohne die Hilfe von Befestigungselementen wie etwa einer
Stange, eines Bolzens und dergleichen an entsprechenden Stellen
positioniert werden zu können.
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Dagegen
ist die äußere Abdeckung 11 mit
einem Anschlagbereich 11a ausgebildet, der sich von einem
rechten Ende davon nach innen erstreckt. Der Pumpenkörper 3 mit
an seiner Außenumfangsfläche mit
einem Außengewinde
ausgebildet, und die äußere Abdeckung 11 ist
an ihrem Innenumfang mit einem Innengewinde ausgebildet. Der Pumpenkörper 3 und die äußere Abdeckung 11 sind
also in Gewindeeingriff miteinander. Ein solcher Gewindeeingriff
gestattet es, die Elemente im Inneren der äußeren Abdeckung 11 gleichmäßig aneinander
zu befestigen. Insbesondere ergibt sich durch den Gewindeeingriff
insgesamt ein gleichbleibender Befestigungsgrad, da der Pumpenkörper 3 und
die äußere Abdeckung 11 jeweils
ein einfaches Gewinde mit relativ großem Durchmesser definieren.
Ferner unterliegen eine Kontaktfläche zwischen dem Pumpenkörper 3 und dem
Pumpenzylinder 4, eine Kontaktfläche zwischen dem Pumpenzylinder 4 und
dem äußeren Zylinderbereich 5a des
Balgs 5 und eine Kontaktfläche zwischen dem äußeren Zylinderbereich 5a und
dem Kolbengehäuse 8 einem
im Wesentlichen gleichen Druck entlang der Mittelachse A. Der Balg 5,
der Pumpenzylinder 4 und der Pumpenkörper 3, die den im
Wesentlichen gleichen Druck an ihren Kontaktflächen aufnehmen, wirken also
zusammen, um einen Fluidraum 13 als eine "Pumpkammer" zu bilden, die keine
Formänderung,
verursacht durch Verziehen der Elemente oder dergleichen oder durch
die ungleichmäßige Befestigungsbelastung,
erfährt.
Ein durch diese Faktoren verursachtes Austreten des chemischen Fluids
kann deshalb verhindert werden. Infolgedessen kann ein stabiles,
günstiges
Abdichtverhalten erzielt werden.
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Das
Innere des obigen Balgs 5 bildet eine erste Luftkammer
C1, die eine Bewegung des Kolbens 9 nach links zulässt (wie
in der Figur gezeigt ist). Die erste Luftkammer C1 steht über ein
Loch 8a, das durch das Kolbengehäuse 8 verläuft, mit
einer Öffnung
P1 in Verbindung. Dagegen ist eine zweite Luftkammer C2 zwischen
einer linken Endfläche
des Kolbens 9 und dem Kolbengehäuse 8 gebildet, um das
Zurückziehen
des Kolbens 9 zu gestatten. Die zweite Luftkammer C2 steht über ein
in dem Kolbengehäuse 8 gebildetes
Loch 8b mit einer Öffnung
P2 in Verbindung.
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Eine
dritte Luftkammer C3, die zwischen einer rechten Endfläche des
Kolbens 9 und der Kolbenabdeckung 10 gebildet
ist, ist über
ein Loch 10b, das durch die Kolbenabdeckung 10 verläuft, offen.
In der rechten Endfläche
des Kolbens 9 sind Löcher 9a gebildet,
die einen Durchmesser haben, der geringfügig kleiner als die durch die
Kolbenabdeckung 10 verlaufenden Löcher 10a sind und
eine koaxiale Lagebeziehung damit haben. Ein Stift (nicht gezeigt)
ist in das kleinere Loch 9a fest so eingesetzt, dass et
lose in dem Loch 10a sitzt, so dass eine Rotation des Kolbens 9 und
somit das Verziehen des Balgs 5 verhindert werden.
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Eine
schematische Darstellung auf der rechten Seite von 2 zeigt
den Pumpenkörper 3,
ausgehend von dem Fluidraum 13 in 1 nach links gesehen.
Eine schematische Darstellung in der Mitte von 2 zeigt
den Pumpenkörper 3,
entlang der gleichen Richtung in 1 gesehen.
Eine schematische Darstellung auf der linken Seite von 2 zeigt den
Pumpenkörper 3,
entlang der zu der schematischen Darstellung auf der rechten Seite
entgegengesetzten Richtung gesehen. 3 bzw. 4 sind Schnittansichten
entlang den Linien III-III bzw. IV-IV von 2. Wie 2 zeigt,
sind insgesamt vier Absperrventile 1, 2 vorgesehen
und in dem Pumpenkörper 3 angebracht.
Das obere Paar von Absperrventilen 1 dient der Abgabe.
Jedes der Absperrventile 1 hat einen Ventilkörper 1a,
der durch eine (aus einem Harz gebildete) Feder 1b nach
rechts vorgespannt ist, wie aus 1 ersichtlich
ist, so dass das chemische Fluid nur in einer durch einen Pfeil
gezeigten Richtung strömen
kann. Dieses Paar von Absperrventilen 1 ist parallel an
einem Strömungskanal
angeordnet, wogegen das chemische Fluid in dem Fluidraum 13 durch
einen in dem Pumpenkörper 3 gebildeten
Strömungskanal 3d strömt, um über eine
Austrittsöffnung 3a an
einer Seitenfläche
der Pumpe und eine Austrittsöffnung 3c an
einem oberen Bereich davon aus der Pumpe abgegeben zu werden (siehe 2).
Das untere Paar von Absperrventilen 2 dient dem Ansaugen.
Jedes der Absperrventile 2 hat einen Ventilkörper 2a,
der durch eine (aus einem Harz gebildete) Feder 2b nach
links vorgespannt ist, wie aus 1 ersichtlich
ist, so dass das chemische Fluid nur in einer durch einen Pfeil
gezeigten Richtung strömen kann.
Dieses Paar von Absperrventilen 2 ist parallel an einem
Strömungskanal
angeordnet, wogegen das chemische Fluid über eine Ansaugöffnung 3b durch den
Strömungskanal 3p strömt, um in
den Fluidraum 13 eingeleitet zu werden (siehe 2).
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Die
Konstruktion der obigen Pumpe ist vom externen Fluidtyp, bei dem
die Absperrventile 1, 2 in dem Pumpenkörper 3 angebracht
sind und der Fluidraum 13 in dem Pumpenzylinder 4 gebildet
ist. Aufgrund einer solchen Pumpenkonstruktion kann der Fluidraum 13 auf
die kleinste erforderliche Größe verkleinert
sein, was zu der Verringerung der Ausdehnung der Pumpe in Bezug
auf die Mittelachse A beiträgt.
Wie 1 zeigt, stehen die Absperrventile 1, 2 nicht
von einer inneren Endfläche
des Pumpenkörpers 3 vor,
die dem Fluidraum 13 zugewandt ist. Dies ist in Bezug auf
die Reduzierung der Ausdehnung stärker bevorzugt.
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Was
das Material für
die obigen Elemente angeht, so können
die Elemente, die für
Kontaktflächen
von besonderer Bedeutung sind, wie etwa der Pumpenkörper 3,
der Pumpenzylinder 4 und der Balg 5 bevorzugt
aus einem Fluorharz gebildet sein, wie etwa PTFE (Polytetrafluorethylen)
oder PFA (Polytetrafluorethylen-Perfluoralkylvinylether-Copolymer). Die anderen
Elemente wie etwa der Abstandshalter 6, die Achse 7,
das Kolbengehäuse 8,
der Kolben 9, die Kolbenabdeckung 10 und die äußere Abdeckung 11 können bevorzugt
aus PP (Polypropylen), PPS (Polypenylensulfid), POM (Polyoxymethylen)
oder dergleichen gebildet sein. Die Absperrventile 1, 2 einschließlich der
darin enthaltenen Federn 1b, 2b können bevorzugt
aus PFA oder PTFE gebildet sein. Alle anderen Elemente einschließlich der
Dichtungselemente und O-Dichtringe können aus Harzmaterialien gebildet
sein. Das heißt,
die Elemente, die die Pumpe bilden, sind sämtlich aus Harzmaterialien
gebildet. Dies schließt
die Gefahr eines Einschlusses von Metallionen in ein Werkstück wie etwa
einen Halbleiterwafer aus und trägt
somit zu einer gleichbleibenden Güte von Halbleitererzeugnissen
bei.
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Nach 1 sind
der Balg 5 und die Achse 7 über den Abstandshalter 6 miteinander
verbunden. Eine solche Verbindung über den Abstandshalter 6 erhöht die Befestigungskraft,
obwohl die Harzmaterialien zu ungenügender Befestigungskraft neigen.
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5 ist
eine Schnittansicht, die zeigt, wie die obige Pumpe zusammenzubauen
ist. Wie aus der Figur ersichtlich ist, sind der Pumpenzylinder 4,
der Balg 5, der Abstandshalter 6, die Achse 7,
das Kolbengehäuse 8,
der Kolben 9 und die Kolbenabdeckung 10 in zusammengebauter
Beziehung zueinander, wie oben beschrieben wurde, so dass diese
Elemente an entsprechenden Stellen positioniert und auf der gemeinsamen
Mittelachse A zentriert werden können.
Deshalb kann die Zentrierung zwischen dem Druckluftzylinderbereich
(6–10)
und dem Balg 5, die schwierig zu bewerkstelligen ist, erleichtert
werden. Die so angeordnete zusammengebaute Baugruppe wird gut passend
in die äußere Abdeckung 11 eingesetzt
(im Wesentlichen äquivalent
der festen Passung mit einem Spiel in der Größenordnung von beispielsweise
0,2 mm). Das Einsetzen der zusammengebauten Baugruppe bringt einen
Umfangsrand 10c der Kolbenabdeckung 10 in Anlage
an dem Anschlagbereich 11a der äußeren Abdeckung 11,
wodurch die so eingesetzte zusammengebaute Baugruppe an ihrem rechten
Ende eingespannt ist, um ein Lösen
zu verhindern. Wenn die äußere Abdeckung 11,
deren Innengewinde mit dem Außengewinde
des Pumpenkörpers 3 in
Eingriff ist, eingeschraubt wird, spannt der Pumpenkörper 3 die
zusammengebaute Baugruppe an ihrem linken Ende ein, so dass dadurch
ein Lösen
der zusammengebauten Baugruppe verhindert wird. Die zusammengebaute
Baugruppe wird also an der in 1 gezeigten
Position festgelegt und liegt zwischen dem Pumpenkörper 3 und
dem Anschlagbereich 11a fest an.
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Die äußere Abdeckung 11 hält den Pumpenzylinder 4,
den Balg 5, das Kolbengehäuse 8 und die Kolbenabdeckung 10 fest,
die praktisch mit der inneren Umfangsfläche der äußeren Abdeckung 11 in Kontakt
sind, und zwar so, dass sie die radiale Verlagerung dieser Elemente
verhindert. Infolgedessen wird auch verhindert, dass die anderen
Elemente, die an diesen Elementen fest angebracht sind, radial verlagert
werden. Das heißt,
die äußere Abdeckung 11 positioniert
die darin untergebrachten Elemente radial und hält diese Elemente ferner in
dem positionierten Zustand stabil fest. Auch nach dem Zusammenbau
sind deshalb die Elemente im Wesentlichen frei von einer radialen
Verlagerung, da sie von der äußeren Abdeckung 11 festgehalten
werden.
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Die
einzelnen die Pumpenkonstruktion bildenden Elemente sind also auf
der Mittelachse A ausgefluchtet und durch die äußere Abdeckung 11 begrenzt,
so dass diese Elemente in dem relativ zueinander exakt positionierten
Zustand befestigt werden. Die auf diese Weise zusammengebaute Pumpe erfährt über einen
längeren
Zeitraum weder ein Verziehen noch eine Formänderung der Elemente, da diese
ohne Verwendung der Stangen, Bolzen und dergleichen, die im Stand
der Technik verwendet werden, aneinander befestigt werden. Ferner
erfährt eine
solche Pumpe keine axiale Verschiebung an dem Druckluftzylinderbereich
(6–10)
und somit unterliegen die Elemente des Druckluftzylinderbereichs keinem
durch eine axiale Verschiebung verursachten abnormalen Verschleiß, wobei
abnormaler Verschleiß zu
einer Funktionsstörung
des Druckluftzylinderbereichs und einer verringerten Pumpfunktion
der Pumpe führen
würde.
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Die
zusammengebaute Baugruppe ist dadurch gebildet, dass der Pumpenzylinder 4,
der Balg 5 und der Druckluftzylinderbereich mindestens
teilweise aneinander angebracht sind. Dies ermöglicht die Reduzierung der
axialen Ausdehnung durch die Menge der überlappenden Bereiche der Elemente (beispielsweise
kann die Achse 7 des Druckluftzylinderbereichs innerhalb
des Balgs 5 angeordnet sein). Die Pumpe kann also kompakt
gebaut werden. Dies wird bevorzugt, da die Pumpe in dem Reinraum
einen kleineren Bereich einnimmt, wie oben erwähnt wurde.
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Nach
der vorstehenden Beschreibung unter Bezugnahme auf 5 werden
der Pumpenzylinder 4, der Balg 5, das Abstandshalter 6,
die Achse 7, das Kolbengehäuse 8, der Kolben 9 und
die Kolbenabdeckung 10 gegenseitig aneinander angebracht,
um die zusammengebaute Baugruppe zu bilden, die gut passend in die äußere Abdeckung 11 einzusetzen
ist. Bei einer alternativen Vorgehensweise können die einzelnen Elemente
oder Untergruppen der Elemente, die bereits aneinander angebracht
sind, sequentiell in die äußere Abdeckung 11 eingesetzt
werden, so dass die zusammengebaute Baugruppe in der äußeren Abdeckung 11 montiert
werden kann.
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Die
vorstehende Ausführungsform
zeigt nur ein Beispiel der Anordnung der in der äußeren Abdeckung 11 enthaltenen
Elemente, und die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Kurz
gesagt, ein äquivalenter
Arbeitseffekt kann dadurch erhalten werden, dass eine Anordnung
bereitgestellt wird, bei der die Pumpenkomponenten einschließlich der
zusammengebauten Baugruppe, die durch Anbringen der Vielzahl von
Elementen aneinander gebildet ist, gut passend in die äußere Abdeckung
eingesetzt und an deren gegenüberliegenden
Enden begrenzt sind, um ein Lösen
zu verhindern.
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Bei
der Pumpe der obigen Konstruktion (1) wird
der Öffnung
P1 Druckluft zugeführt, während gleichzeitig
aus der Öffnung
P2 Druck abgelassen oder reduziert wird, wodurch der Kolben 9 gemeinsam
mit der Achse 7 und dem Abstandshalter 6 vorgerückt wird,
um den Balg 5 nach links zu dehnen. Die Absperrventile 1 an
der Austrittsseite werden also geöffnet, um das chemische Fluid über die
Austrittsöffnungen 3a, 3c abzugeben.
Umgekehrt wird der Öffnung
P2 Druckluft zugeführt,
während
gleichzeitig aus der Öffnung
P1 Druck abgelassen oder reduziert wird, wodurch der Kolben 9 gemeinsam
mit der Achse 7 und dem Abstandshalter 6 zurückgezogen
wird, um dadurch den Balg 5 in die in der Figur gezeigte
Position zu kontrahieren. Die Absperrventile 2 an der Ansaugseite
werden also geöffnet,
um das chemische Fluid über
die Ansaugöffnung 3b anzusaugen.
Die Wiederholung dieser Hin- und Herbewegungen erzeugt die Pumptätigkeit
für den
Transport des chemischen Fluids.
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Durch
Nebeneinanderanordnen des Absperrventilpaars 2 an der Ansaugseite
gemäß der obigen
Beschreibung wird das chemische Fluid während des Ansaugschritts in
zwei Ströme
in die zwei Absperrventile 2 geteilt. Im Vergleich mit
einem Fall, in dem ein einzelnes Absperrventil 2 angebracht
ist, wird deshalb eine Strömungsgeschwindigkeit
des chemischen Fluids durch jedes der Absperrventile 2 verringert.
Die verringerte Strömungsgeschwindigkeit
resultiert in einem Moment, in dem die Strömungsgeschwindigkeit am Ende
des Ansaugschritts auf 0 verringert ist, in einem geringeren Strömungsgeschwindigkeitsabfall
und somit wird der Wasserstoß gemildert.
Wenn P1 einen Fluiddruck repräsentiert,
der den Ventilkörper 2a des
Absperrventils 2 in eine Richtung zum Öffnen des aus der Offenposition in
die Schließposition
verschobenen Absperrventils drückt
und wenn P2 einen Fluiddruck in dem Fluidraum 13 repräsentiert,
nimmt dabei P1 aufgrund des mit dem Schließen des Ventils verbundenen
Hammerstoßes
eine gedämpfte
Schwingung an. Dabei ist die Amplitude der Schwingung im Vergleich
mit dem Fall, in dem ein einzelnes Absperrventil 2 vorgesehen ist,
im Wesentlichen auf die Hälfte
reduziert. Nach dem Schließen
des Ventils wird deshalb eine Übergangszeitdauer,
während
der eine Relation zwischen den Fluiddrücken P1 > P2 sein kann, auf ein Minimum verringert,
so dass ein Rattern der Absperrventile 2 erheblich reduziert
wird. Ferner bringt die verringerte Strömungsgeschwindigkeit nicht
das Problem mit sich, dass der Fluiddruck im Bereich der Absperrventile 2,
die den Durchtritt des chemischen Fluids zulassen, unter den Sättigungsdampfdruck
gesenkt wird. Es werden also wenig Blasen in dem chemischen Fluid
erzeugt. Infolgedessen kann das Auftreten von Kavitation vermieden
werden.
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Dagegen
wird durch Nebeneinanderanordnen des Absperrventilpaars 1 an
der Austrittsseite das chemische Fluid während des Abgabeschritts in zwei
Ströme
in die zwei Absperrventile 1 geteilt. Deshalb wird der
am Ende des Abgabeschritts auftretende Wasserstoß ebenso reduziert wie bei
Beendigung des obigen Ansaugschritts. Das Rattern der Absperrventile 1 wird
also beträchtlich
verringert. Außerdem wird
durch die verringerte Strömungsgeschwindigkeit auch
die Erzeugung von Kavitation verhindert.
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Auf
diese Weise wird der Wasserstoß sowohl im
Ansaug- als auch im Abgabeschritt reduziert, so dass das Auftreten
der die Abdichtleistung beeinträchtigenden
Schwingung verhindert werden kann. Ferner kann aufgrund der beträchtlichen
Verringerung des Ratterns und der Verhinderung der Kavitation die
Lebensdauer der Absperrventile 1, 2 verlängert werden.
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Es
wird bevorzugt, dass ein Raum zwischen den nebeneinander angeordneten
Absperrventilen gleich wie oder kleiner als das Dreifache des Durchmessers
r des Strömungskanals
durch das Absperrventil ist. Wenn der Raum diesen Bereich überschreitet,
können
die Absperrventile eine ernsthafte Verzögerung zwischen ihrer Öffnungs-
oder Schließbewegung
erfahren, oder das Fluid kann einen erhöhten Druckverlust erleiden,
bis es das Absperrventil in dem längeren Strömungskanal erreicht.
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Die
Anordnung, bei der die Pumpe in einer horizontalen Position mit
sich horizontal erstreckender Mittelachse installiert ist und bei
der die Absperrventile 1 für die Abgabe an der oberen
Position angeordnet sind, ist insofern vorteilhaft, als Gas (die
in die Pumpe eingetretene Luft oder von dem chemischen Fluid erzeugtes
Gas), das in dem Fluidraum 13 (der Pumpkammer) verweilt,
dazu tendiert, über
die Absperrventile 1 aus den Austrittsöffnungen 3a, 3c automatisch
abgegeben zu werden. Es ist also unwahrscheinlich, dass eine Pumpkapazität durch
eine große
Menge an Gas, das in dem mit dem chemischen Fluid zu füllenden
Fluidraum 13 verweilt, abnimmt. Das heißt, eine Abnahme der Pumpkapazität kann vermieden
werden. Es ist unvermeidlich, dass die Luft in einem frühen Stadium
der Aktivierung der Pumpe in der Pumpe anwesend ist. Deshalb muss die
Pumpe zum Entlüften
betätigt
werden, bis die Pumpe eine stabile Pumpkapazität erreicht. Die obige Anordnung,
die zum Entweichen von Gas neigt, erleichtert jedoch das Entgasen
in dem frühen
Stadium der Aktivierung der Pumpe, so dass die Pumpkapazität innerhalb
einer kurzen Zeit stabilisiert wird.
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Außerdem erleiden
die Federn 1b, 2b aufgrund der horizontalen Anbringung
der Absperrventile 1, 2 weniger Ermüdung, und
somit haben die Federn eine längere
Lebensdauer.
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Nach
der vorstehenden Ausführungsform
ist die Anzahl der vorgesehenen Absperrventile 1, 2 jeweils
zwei; falls erforderlich, können
jedoch drei oder mehr Absperrventile vorgesehen sein.
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Auch
bei einer Pumpe, die anstelle des Balgs eine Membran verwendet,
kann ein äquivalenter
Arbeitseffekt durch Verwendung der Absperrventile 1, 2,
die in der obengenannten Weise angeordnet sind, erhalten werden.
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Dabei
kann ein gewisser Effekt dadurch erzielt werden, dass die Absperrventile
parallel nur an dem Zuflusskanal 3p vorgesehen sind.
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Nachstehend
folgt eine genaue Beschreibung einer Dichtungskonstruktion für den Pumpenzylinder 4,
den Pumpenkörper 3 und
den Balg 5. 6 ist eine vergrößerte Schnittansicht,
die den Pumpenkörper 3,
den Pumpenzylinder 4 und den Balg 5 entlang der
Mittelachse A in 1 voneinander getrennt zeigt.
Wie aus der Figur ersichtlich ist, ist an einer rechten Endfläche 3e des
Pumpenkörpers 3 ein
ringartiger Vorsprung 3f gebildet, der im Schnitt quadratisch
ist. Ferner ist im Bereich einer Innenseite des Vorsprungs 3f ein
ringartiger kleiner Vorsprung 3g gebildet. Der kleine Vorsprung 3g hat
Dreieckquerschnitt und eine geringere Höhe als der Vorsprung 3f. Dagegen
ist in einer linken Endfläche 4a des
Pumpenzylinders 4 in Übereinstimmung
mit dem Gesamtumfang des Vorsprungs 3f eine kreisförmige Ausnehmung 4b gebildet.
Der kleine Vorsprung 3g liegt zwar der linken Endfläche 4a des
Pumpenzylinders 4 gegenüber;
an der dem kleinen Vorsprung 3g gegenüberliegenden Stelle ist jedoch
keine Ausnehmung oder dergleichen vorgesehen. Ein solcher kleiner Vorsprung 3g kann
statt an dem Pumpenkörper 3 an dem
Pumpenzylinder 4 gebildet sein.
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7 ist
eine vergrößerte Schnittansicht,
die einen Bereich VII von 6 zeigt.
Ränder
der Ausnehmung 4b sind abgeschrägt, um verjüngte Bereiche 4b1 zu
definieren. Es gibt eine Beziehung W1 < W3 < W2
zwischen einer radialen Breite W1 der Ausnehmung 4b, einer
radialen Breite W2 derselben einschließlich der verjüngten Bereiche 4b1 und
einer radialen Breite W3 des Vorsprungs 3f an dem Pumpenkörper 3.
Der Vorsprung 3f wird also in die Ausnehmung 4b eingepresst
unter Führung
durch die verjüngten
Bereiche 4b1. Dabei gibt es eine Beziehung H < D zwischen einer
Tiefe D der Ausnehmung 4b und einer Höhe H des Vorsprungs 3f.
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Wie
wiederum 6 zeigt, sind ein Vorsprung 4d und
ein kleiner Vorsprung 4e an einer rechten Endfläche 4c des
Pumpenzylinders 4 gebildet. Der Vorsprung 4d bzw.
der kleine Vorsprung 4e sind auf die gleiche Weise wie
der Vorsprung 3f bzw. der kleine Vorsprung 3g an
dem Pumpenkörper 3 ausgebildet.
Dagegen ist eine der obengenannten Ausnehmung 4b des Pumpenzylinders 4 ähnliche Ausnehmung 5d in
einer Flanschfläche 5c des äußeren Zylinderbereichs 5a des
Balgs 5 gebildet. Wie oben erwähnt, kann der kleine Vorsprung 4e statt
an dem Pumpenzylinder 4 an dem Balg 5 gebildet
sein.
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Bei
der obengenannten Anordnung werden die einzelnen Elemente auf die
obengenannte Weise zusammengebaut. In einem Zustand, in dem der Pumpenzylinder 4,
der Balg 5 und der Druckluftzylinderbereich zwischen der äußeren Abdeckung 11 und dem
Pumpenkörper 3 in
Bezug auf die Mittelachse begrenzt sind, wird die äußere Abdeckung 11 mit dem
Pumpenkörper 3 in
Gewindeeingriff gebracht, so dass die äußere Abdeckung 11 und
der Pumpenkörper 3 in
Axialrichtung aneinander befestigt werden, wodurch der Vorsprung 3f bzw.
der Vorsprung 4d in die Ausnehmung 4b bzw. die
Ausnehmung 5d eingepresst werden.
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8 und 9 sind
vergrößerte Schnittansichten,
die einzeln einen Zustand des Pumpenkörpers 3 und des Pumpenzylinders 4 beim
Einpressen ineinander und einen Zustand nach Abschluss des Einpressens
des Pumpenkörpers
und des Pumpenzylinders zeigen. Wie 8 zeigt,
nimmt der Einpressgrad mit fortschreitender Befestigung (Schraubbewegung
der Elemente) zu, und der in 9 gezeigte
Zustand ist hergestellt, wenn der Befestigungsschritt abgeschlossen
ist. In diesem Zustand sind die inneren und äußeren Umfangsflächen des Vorsprungs 3f und
die Wände
der Ausnehmung 4b über eine
Länge L
entlang der Mittelachse in radialem Druckkontakt miteinander. Der
radiale Oberflächendruck
bildet eine Abdichtung mit starker Dichtungskraft. Dagegen ist der
kleine Vorsprung 3g, der an die linke Endfläche 4a des
Pumpenzylinders 4 gedrückt
wird, in den Pumpenzylinder 4 halb eingequetscht und halb
eingekeilt, wie die Figur zeigt. In diesem Zustand ist die Druckkontaktfläche des
kleinen Vorsprungs 3g gekrümmt, so dass eine kleine radiale
Oberflächendruckkomponente
erzeugt wird, wodurch eine zusätzliche
Abdichtung gebildet wird.
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Das
gleiche wie oben findet zwischen dem Pumpenzylinder 4 und
dem Balg 5 statt, so dass Abdichtungen durch die Kombination
des Vorsprungs 4d und der Ausnehmung 5d und durch
den kleinen Vorsprung 4e gebildet werden. Auf diese Weise
wirkt der Pumpenzylinder 4 mit dem Pumpenkörper 3 und mit
dem Balg 5 zusammen, um dazwischen die Abdichtungen zu
bilden, die die starke Dichtungkraft haben, so dass dadurch das
Austreten des chemischen Fluids verhindert wird. Somit wird eine
Pumpe vom externen Fluidtyp erhalten, die ein ausgezeichnetes Abdichtverhalten
zeigt.
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10 ist
eine fragmentarische Schnittansicht, die einen Hauptteil einer Pumpe
nach einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Ausführungsform unterscheidet sich von
der ersten Ausführungsform
in der Konstruktion von Verbindungsstellen zwischen den Pumpenzylinder 4 und
dem Pumpenkörper 3 und
zwischen dem Pumpenzylinder 4 und dem Balg 5.
Wie die Figur zeigt, definieren seitlich gegenüberliegende Enden des Pumpenzylinders 4 verjüngte Oberflächen 4f, 4g.
Dagegen ist ein ringartiger Vorsprung 3h nahe dem Außenumfang
des rechten Endes des Pumpenkörpers 3 gebildet.
Der Vorsprung 3h hat eine radiale Dicke, die geringfügig größer als
die des Pumpenzylinders 4 ist. Eine Endfläche des
Vorsprungs 3h definiert eine verjüngte Oberfläche 3i, die unter
dem gleichen Winkel wie die verjüngte
Oberfläche 4f des Pumpenzylinders 4,
jedoch in die entgegengesetzte Richtung dazu, geneigt ist. Ferner
ist der äußere Zylinderbereich 5a des
Balgs 5 mit einer verjüngten Oberfläche 5e an
dem linken Ende davon gebildet, wobei die verjüngte Oberfläche unter einem etwas anderen
Winkel (ungefähr
5 bis 10°)
als dem der verjüngten
Oberfläche 4g des
Pumpenzylinders 4 und in der entgegengesetzten Richtung
dazu geneigt ist.
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Wenn
bei der obigen Anordnung die äußere Abdeckung 11 und
der Pumpenkörper 3 aneinander befestigt
sind, bringt die Befestigungskraft die verjüngten Oberfläche 4f und 3i und
die verjüngten Oberflächen 4g und 5e in
eine verkeilte Beziehung zueinander, bei der die verjüngten Oberflächen aneinander
gedrückt
werden, so dass radiale Oberflächendrücke erzeugt
werden. Somit werden Abdichtungen gebildet, die eine große Dichtungskraft
haben. Obwohl eine Druckkontaktkraft, die senkrecht auf die verjüngten Oberflächen 4f, 3i wirkt,
bewirkt, dass das linke Ende des Pumpenzylinders 4 nach
außen
gleitet, hemmt die äußere Abdeckung 11 die Gleitbewegung.
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11 ist
eine fragmentarische Schnittansicht, die einen Hauptteil einer Pumpe
nach einer dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie bei der zweiten Ausführungsform
besteht ein Unterschied zu der ersten Ausführungsform in einer Einpresskonstruktion.
Wie die Figur zeigt, steht ein zylindrischer Vorsprung 4h von
dem linken Ende des Pumpenzylinders 4 entlang der Mittelachse
vor. Der Pumpenkörper 3 ist
mit einer kreisförmigen
Ausnehmung 3j ausgebildet, die das Einpressen des Vorsprungs 4h ermöglicht.
Dagegen steht ein zylindrischer Vorsprung 5f von dem linken
Ende des äußeren Zylinderbereichs 5a des
Balgs 5 entlang der Mittelachse vor. Der Pumpenzylinder 4 ist
mit einer kreisförmigen
Ausnehmung 4k ausgebildet, die das Einpressen des Vorsprungs 5f ermöglicht.
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12 ist
eine fragmentarische Schnittansicht, die einen Zustand vor dem Einpressen
des Pumpenkörpers
und des Pumpenzylinders nach der dritten Ausführungsform zeigt, wogegen 13 eine fragmentarische
Schnittansicht ist, die einen Zustand des Pumpenkörpers und
des Pumpenzylinders beim Einpressen ineinander zeigt. Wie 12 zeigt,
ist der Pumpenkörper 3 mit
einem ringartigen Vorsprung 3k einwärts der Ausnehmung 3j ausgebildet.
Der Vorsprung 3k steht nach rechts entlang der Mittelachse vor.
Eine verjüngte
Oberfläche 3m ist
an einem Innenumfang des Vorsprungs 3k gebildet. Dagegen
ist der Pumpenzylinder 4 ist einer kreisförmigen Ausnehmung 4i zur
Aufnahme des obigen Vorsprungs 3k ausgebildet. Die Ausnehmung 4i hat
eine verjüngte Oberfläche 4j,
die den gleichen oder einen etwas anderen (ungefähr 5 bis 10°) Konuswinkel wie bzw. als die
obige verjüngte
Oberfläche 3m hat.
Eine Breite W4 der Ausnehmung 3j des Pumpenkörpers 3 und eine
Breite W5 des Vorsprungs 4h des Pumpenzylinders 4 haben
die Beziehung W4 < W5.
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Ähnlich wie
oben ist 14 eine fragmentarische Schnittansicht,
die einen Zustand vor dem Einpressen des Pumpenzylinders 4 und
des Balgs 5 nach der dritten Ausführungsform zeigt, wogegen 15 eine
fragmentarische Schnittansicht ist, die einen Zustand des Pumpenzylinders
und das Balgs beim Einpressen ineinander zeigt. Wie 14 zeigt, ist
der Pumpenzylinder 4 mit einem ringartigen Vorsprung 4m einwärts der
Ausnehmung 4k ausgebildet. Der Vorsprung 4m steht
nach rechts entlang der Mittelachse vor. Ein Innenumfang des Vorsprungs 4m definiert
eine verjüngte
Oberfläche 4n.
Dagegen ist der Balg 5 mit einer kreisförmigen Ausnehmung 5g zur
Aufnahme des obigen Vorsprungs 4m ausgebildet. Der Vorsprung 5g hat
eine verjüngte
Oberfläche 5h,
die den gleichen oder einen etwas anderen (ungefähr 5 bis 10°) Konuswinkel wie bzw. als die
obige verjüngte
Oberfläche 4n hat.
Eine Breite W4 der Ausnehmung 4k des Pumpenzylinders 4 und
eine Breite W5 des Vorsprungs 5f des Balgs 5 haben
die Beziehung W4 < W5.
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Nach
der Pumpe der dritten Ausführungsform,
die die obige Einpresskonstruktion hat, wird der Vorsprung 4h in
die Ausnehmung 3j durch Befestigung der äußeren Abdeckung 11 (1)
und des Pumpenkörpers 3 aneinander
eingepresst, wodurch die inneren und äußeren Umfangsflächen des
Vorsprungs 4h und die Wände
der Ausnehmung 3j in radialen Druckkontakt miteinander
gebracht werden. Die radialen Oberflächendrücke bilden eine Abdichtung,
die eine starke Dichtungskraft hat. Durch Einpressen des Vorsprungs 4h bis
zu einem Grad, der den in 11 gezeigten
Zustand herstellt, kann der Vorsprung 3k in die Ausnehmung 4i gedrückt werden,
und zwar so, dass er darin aufgenommen wird. Aufgrund der Kraft,
die die äußere Abdeckung 11 und den
Pumpenkörper 3 aneinander
befestigt, tritt ein radialer Oberflächendruck zwischen den verjüngten Oberflächen 4j und 3m auf,
so dass die Dichtungskraft weiter erhöht wird.
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Durch
Befestigung der äußeren Abdeckung 11 und
des Pumpenkörpers 3 aneinander
wird der Vorsprung 5f in die Ausnehmung 4k eingepresst,
so dass die inneren und äußeren Umfangsflächen des Vorsprungs 5f und
die Wände
der Ausnehmung 4k in radialen Druckkontakt miteinander
gebracht werden. Der radiale Oberflächendruck bildet eine Abdichtung, die
eine starke Dichtungskraft hat. Durch Einpressen des Vorsprungs 5f bis
zu einem Grad, der den in 11 gezeigten
Zustand herstellt, kann der Vorsprung 4m in die Ausnehmung 5g gedrückt werden, und
zwar so, dass er darin aufgenommen wird. Aufgrund der Kraft, die
die äußere Abdeckung 11 und den
Pumpenkörper 3 aneinander
befestigt, tritt ein radialer Oberflächendruck zwischen den verjüngten Oberflächen 4n und 5h auf,
so dass die Dichtungskraft weiter erhöht wird.
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Es
ist zu beachten, dass die Einpresskonstruktion nicht auf die vorstehenden
Ausführungsformen
beschränkt
ist und dass verschiedene andere Konstruktionen möglich sind.
Kurz gesagt, die Konstruktion kann so angeordnet werden, dass die
Dichtungsbereiche in gegenüberliegender
Beziehung in Übereinstimmung
mit jedem Verbindungsbereich zwischen dem Pumpenzylinder 4 und
dem Pumpenkörper 3 und
zwischen dem Pumpenzylinder 4 und dem Balg 5 vorgesehen
sind und dass die Dichtungsbereiche durch Befestigung der äußeren Abdeckung 11 und
des Pumpenkörpers 3 aneinander
in verkeilte Beziehung zueinander gebracht werden. Wie oben erwähnt, ist es
auch möglich,
den Pumpenkörper 3 und
den Pumpenzylinder 4 einstückig auszubilden. In diesem
Fall ist es möglich,
die Dichtungsbereiche nur an dem Pumpenzylinder 4 und dem
Balg 5 vorzusehen.
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Die
obige Pumpe ist zwar unter der Annahme beschrieben worden, dass
die Pumpe dazu dient, das Fluor und dergleichen enthaltende chemische Fluid
zu transportieren; es versteht sich jedoch von selbst, dass die
Pumpen, die die durch die vorstehenden Ausführungsformen gezeigten Einpressstrukturen
haben, bei einer Vielfalt von Fluiden anwendbar sind, die die hohe
Dichtungsleistung erfordern.