DE69200755T2

DE69200755T2 - Membranpumpe mit einem zwischen Null- und Maximalwert kontinuierlich verstellbaren Durchfluss.

Info

Publication number: DE69200755T2
Application number: DE69200755T
Authority: DE
Inventors: Jean-Paul Papin
Original assignee: PCM Pompes
Current assignee: PCM Pompes
Priority date: 1991-10-17
Filing date: 1992-10-14
Publication date: 1995-05-04
Anticipated expiration: 2012-10-15
Also published as: EP0538123B1; FR2682720A1; EP0538123A1; FR2682720B1; ES2065764T3; HK1007343A1; DE69200755D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein den Bereich von Pumpen mit regelbarem Durchsatz und insbesondere betrifft sie Verbesserungen für Membranpumpen mit unterbrochenem Zyklus und zwischen einem Nullwert und einem Maximalwert kontinuierlich regelbarem Durchsatz gemäß dem Ober begriff des Anspruchs T.
Es sind Pumpen bekannt, bei welchen das Pumpelement durch eine lineare Hin- und Herbewegung von einem Triebstangen- Kurbel-System variabler Exzentrizität angetrieben wird, welches von einer sich drehenden Welle (dem Ausgang eines Elektro- oder Verbrennungsmotors über ein Rädergetriebe, bspw. ein Schneckenradgetriebe) angetrieben wird. In jedem Fall sind die Mittel zur Durchführung der Exzentrizitätsregelung häufig komplex und erfordern präzise Herstellung und komplizierte Formen. Diese Mittel umfassen zerbrechliche Teile, die die Lebensdauer des Mechanismus begrenzen. Darüber hinaus ist der aufgrund des Vorhandenseins der Hubregelmittel erforderliche Raumbedarf in jedem Fall hinsichtlich der Größe der Maschine sehr wichtig.
Darüber hinaus ist es sehr schwierig, eine kontinuierliche Durchsatzregelung zwischen einem Nullwert und einem Maximalwert, insbesondere zu niedrigen Durchsatzwerten hin, zu realisieren, ohne auf sehr komplexe Mechanismen zurückzugreifen.
Schließlich ändert sich das Totvolumen in dem Pumpkopf (d.h. die Position am Ende des Kompressionshubs) des mit der Triebstange verbundenen Pumpelements als Funktion der Amplitude des genutzten Hubs, und es entspricht im wesentlichen der Mitte des Hubraums (oder des Hubs), wenn der Durchsatz auf 0 % geregelt ist. Da das Totvolumen bei niedrigen Einstellungen ansteigt, wird bei geringen Durchsätzen häufig eine bemerkenswerte Leistungsabnahme festgestellt.
Im übrigen beschreiben die Druckschriften US-A-3 801 232 (auf dieser Druckschrift basiert der Oberbegriff des Anspruchs 1) und US-A-3 661 167 klassische Ausbildungen von Dosierpumpen mit unterbrochenem Zyklus, welche einen Drehexzenter, einen linear bewegbaren Kolben, der durch eine Feder in Kontakt mit dem Exzenter gehalten ist, und ein regelbares Blockiermittei umfassen, um den Kolben auf einem einstellbaren Teil seines Hubs zyklisch zu blockieren.
Der Hauptnachteil dieser bekannten Ausbildungen liegt im wesentlichen in der Tatsachen daß die von der Feder auf den Kolben ausgeübte Kraft im gleichen Sinn gerichtet ist wie die Widerstandskraft aufgrund der Förderung des von der Pumpe verdrängten Produkts und angenähert in der gleichen Größenordnung liegt wie diese Widerstandskraft. Hieraus folgt daß die zum Bewegen der Pumpe zu erzeugende Motorkraft angenähert die doppelte eigentliche Förderkraft ist, welche allein nutzbar st. Es ist daher erforderlich, auf bzgl. der allein nutzbaren Förderkraft weit überdimensionierte Motormittel zurückzugreifen, woraus sich sehr hohe Herstellungs- und Betriebskosten ergeben.
Darüber hinaus weisen die bekannten Pumpen weitere Nachteile auf, insbesondere:
- der Kontakt des Kolbens mit dem Exzenter ist punktförmig, hieraus ergibt sich eine beträchtliche Abnutzung dieser Teile;
- die zyklische Umkehrung des Sinns der wichtigen Kräfte führt in den Lagern durch Klopfen zu erhöhter Geräuschentwicklung;
- der Berührungspunkt des Exzenters mit dem Ende des Kolbens verlagert sich auf diesem im Verlauf der Drehung des Exzenters in Querrichtung: die sich hieraus ergebende Kraft ist daher bzgl. der Achse des Kolbens in zyklisch veränderlicher Weise exzentrisch, mit einer folglichen Neigung des sich hin- und herbewegenden Teils, sich bzgl. der Führungselemente seitlich zu verlagern, und also einer zusätzlichen Abnutzung im Bereich der Führung des vorgenannten sich hin- und herbewegenden Teils.
Die Druckschrift EP-A-0 449 686 beschreibt eine Ausbildung einer Dosierpumpe, bei welcher das Federrückstellsystem der klassischen Pumpen durch ein Entkuppelsystem ersetzt ist, welches einen Keileffekt mit Hilfe von Kugeln und Querfedern ins Spiel bringt. Jedenfalls zieht die Reibung der Kugeln gegen die Gleitflächen sehr beträchtliche Abnutzungen nach sich und die so ausgestattete Pumpe ist nicht über längere Zeit zuverlässig.
Die Erfindung hat im wesentlichen zur Aufgabe, die Nachteile der derzeit bekannten Vorrichtungen zu beseitigen und eine verbesserte Pumpenausbildung vorzuschlagen, die nicht nur eine kontinuierliche Durchsatzregelung zwischen einem Nullwert und einem Maximalwert, insbesondere für sehr niedrige Werte, durchzuführen erlaubt, sondern darüber hinaus weniger komplexe und zuverlässigere Mittel einsetzt als die gegenwärtigen Pumpen, und die vor allem geringere motorische Energie erfordert und sich schließlich als sparsamer als die gegenwärtigen Pumpen erweist.
Hierzu ist eine Membranpumpe mit unterbrochenem Zyklus und kontinuierlich zwischen einem Nullwert und einem Maximalwert regelbarem Durchsatz der im Oberbegriff angegebenen Art im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß erfindungsmäß der Triebstangenkopf mit wenigstens einer Gleitführung (11) versehen ist, welche sich im wesentlichen in der von der Membran (2) abgewandten Verlängerung der Triebstange (5) erstreckt und das vorgenannte Lager (10) relativ zum Triebstangenkopf frei verschiebbar halten kann, und daß elastische Rückstellmittel (15) vorgesehen sind, um das Lager (10) in Abwesenheit einer von dem Exzenterelement auf das Lager ausgeübten Gegenkraft auf dem Boden der Gleitführung zu halten, wobei die elastischen Rückstellmittel auf das Lager auf der der Triebstange entgegengesetzten Seite einwirken.
Dank dieser Ausbildung sind alle in den früheren Pumpen Verschleiß unterworfenen Teile entweder beseitigt oder verbessert worden:
- die Triebstange wurde mit der Membran verbunden, und es ist die Elastizität und die Verformbarkeit dieser letzteren, die Relativbewegungen ermöglicht, anstelle der bislang verwendeten Gelenkverbindung;
- die Verbindung zwischen dem Exzenter und dem Triebstangenkopf findet über ein Lager statt, also über die Gesamtheit einer Kreisfläche, anstelle des beweglichen Punktkontakts der bisherigen Ausbildungen;
- die den elastischen Rückstellmitteln zugeschriebene Ausgangsstellung bewirkt, daß die von diesen Mitteln entwikkelte Kraft sich nicht zu der Förderungs-Widerstandskraft kumuliert: beim Kompressionshub muß die Motorkraft nur die Förderungs-Widerstandskraft überwinden, während die Motorkraft beim Ansaughub nur die Kraft der Rückstellmittel überwinden muß; die Motormittel können so kleiner dimensioniert und daher raumsparender und vor allem kostengünstiger sein sowohl bei der Herstellung als auch im Unterhalt;
- allgemein ist das dynamische Gleichgewicht der sich in Bewegung befindlichen Teile besser als bei den bisherigen Maschinen und hieraus ergeben sich bessere Betriebsbedingungen, geringerer Verschleiß und geringere Vibrationen sowie ein geringeres Betriebsgeräusch.
Allein der Berührungspunkt zwischen dem beweglichen Anschlag und dem Anlageträger der Triebstange ist noch Verschleiß unterworfen; in jedem Fall ist dieser Verschleiß leicht kompensierbar, indem eine Neueichung durchgeführt wird (mit Hilfe eines von außen betätigbaren Vernier- Systems), ohne daß es notwendig wäre, die Pumpe auseinanderzunehmen. Festzuhalten ist jedenfalls, daß aufgrund der sich aus der speziellen Anordnung der elastischen Rückstellmittel ergebenden, geringeren Kraft die Verschleiß erzeugende Kraft auf ein Drittel oder ein Viertel derjenigen bei früheren Pumpen vermindert ist: die Betriebsdauer zwischen Einstellungen ist daher in entsprechender Weise erhöht.
Schließlich ist festzuhalten, daß im Gegensatz zu bislang verwendeten Systemen, die erfindungsgemäß ausgebildete Pumpe ein wirkliches Triebstangen-Kurbel-System verwendet, was einen mechanisch einfacheren Aufbau darstellt als die bisherigen Systeme.
In einer einfachen Ausführungsform umfassen die Regelmittel vorteilhafterweise:
einen mit der Triebstange verbundenen Anlageträger,
- einen verlagerbaren Anschlag, der mit dem Anlageträger bei Bewegung der Triebstange zusammenwirken kann, wenn die Triebstange den gewünschten Bruchteil ihres Hubs durchlaufen hat, und
- Steuermittel, um den Anschlag zu verlagern und ihn in eine Stellung überzuführen, die es ihm erlaubt, den Hub der Triebstange auf den gewünschten Bruchteil zu begrenzen.
In diesem Fall kann der Anlageträger von der Gleitführung am freien Ende derselben und in der Verlängerung der Triebstange gehalten sein Um einen kompakteren Aufbau zu erhalten, ist es daher wünschenswert, daß die Ausbildung derart ist, daß der Anlageträger einen Verlagerungsanschlag für das Gleitlager bildet. Weiterhin dem gleichen Gedanken einer Vereinfachung des Aufbaus folgend, können die elastischen Rückstellmittel an dem Anlageträger anliegen.
In Weiterbildung der vorstehenden Vorrichtungen kann eine konkrete Ausführungsform der erfindungsgemäßen Pumpe die folgenden komplementären Vorrichtungen in sich vereinen:
- die Gleitführung umfaßt zwei Gleitschafte, welche von dem Triebstangenkopf gehalten und voneinander beabstandet sind, während sie sich in der Verlängerung der Triebstange erstrecken,
- der Anlageträger ist ein starres Teil, welches sich quer zur Triebstange erstreckt und an den jeweils freien Ende der beiden Gleitschafte befestigt ist,
- das Gleitlager ist auf den beiden Gleitschaften frei verschiebbar angeflanscht, und
- die elastischen Rückstellmittel umfassen zwei Schraubenfeder, welche die beiden Gleitschafte jeweils umgeben und zwischen dem Lager und dem Anlageträger andeordnet sind.
Schließlich können die Steuermittel für den beweglichen Anschlag vorteilhafterweise einen Gewindeschaft umfassen, der in eine feste Gewindeausnehmung eingedreht ist, wobei das Ende des Gewindeschafts den Anschlag bildet oder trägt.
So wird erfindungsgemäß eine Pumpe, insbesondere eine Dosierpumpe, gebildet, deren Durchsatz vollständig kontinuierlich zwischen Durchsatz Null und einem Maximaldurchsatz regelbar ist, wobei die Kontinuität der Pegelung selbst bei sehr geringen Durchsätzen besteht.
Die Membran nimmt am Ende des Kompressionshubs ungeachtet des eingeregelten Durchsatzes immer die gleiche Stellung ein, und die Probleme einer Änderung des Totvolumens und einer Leistungsabnahme bei geringen Durchsätzen, welche bei bisherigen Pumpen auftraten, stellen sich nicht mehr.
Schließlich bleibt der mechanische Aufbau der Pumpe insgesamt einfach, auch was die Durchsatzsteuermittel angeht, und geringem Verschleiß unterworfen, was einen günstigen Einfluß auf die Herstellungs- und Betriebskosten hat, Die Motorisierung der Pumpe kann weniger leistungsstark und somit kostengünstiger sein.
Die Erfindung wird bei der Lektüre der folgenden detaillierten Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform verständlicher werden, weiche allein als nicht beschränkendes Beispiel gegeben wird. Diese Beschreibung bezieht sich auf die beigefügte Zeichnung, in welcher die einzige Figur eine Seitenansicht einer erfindungsgemäß ausgebildeten Membranpumpe mit unterbrochenem Zyklus bei abgenommenem Gehäuse darstellt.
In einer (in Figur 1 lediglich angedeuteten) Ansaug-Förderkammer 1 nimmt ein ausgesparter Abschnitt ihrer Wandung eine verformbare Membran 2 auf, welche mit ihrem Umfangsrand 3 mit einem Gehäuse 4 dichtend verbunden ist. Das Zentrum der Membran 2 ist (ggf. mit frei verdrehbarer Anlenkung) mit einem Ende einer Triebstange 5 verbunden, deren anderes Ende mittels nachfolgend angegebener Mittel mit einem kontinuierlich drehbaren Exzenterrad 6 gekoppelt ist. Das Exzenterrad 6 ist mit einer sich drehenden Welle 7 verbunden, die von Motormitteln angetrieben ist, bspw. unter Zwischenanordnung eines Getriebes mit Schneckenrad (welches in der Zeichnung durcb seine Achse 8 und sein Gehäuse 9 angedeutet ist) und einer (nicht sichtbaren, auf der Welle 7 keilverzahnten) Geradverzahnung.
Dem Rad 6 ist ein Außenwälzlager 10 zugeordnet, dessen äusserer Laufring sich zwischen zwei Gleitführungsarme oder -schafte 11 einlegt, welche von der Triebstange 5 gehalten und mit dieser verbunden sind, wobei die Gleitführungsschafte sich parallel zur Achse der Triebstange 5 erstrekken. Die Verbindung der Gleitführungsschafte 11 mit der Triebstange ist in Form eines halbkreisförmigen Teils 12 gebildet, welches an dem Ende der Triebstange befestigt ist oder einen integrierenden Teil derselben bildet, wobei sich das Lager 10 in die Rundung des Teils 12 einlegen kann (in der Figur dargestellte Stellung). Das Lager 10 ist mit zwei diametral entgegengesetzten Flanschen ausgestattet, welche jeweils die Gleitführungsschafte 11 frei verschiebbar umgeben; diese beiden Flansche können miteinander in Gestalt einer einzigen Halterungsplatte 13 vereint sein, welche mit den Schaften 11 frei verschiebbar in Eingriff ist.
Die freien Enden der Gleitführungsschafte 11 sind durch ein Verbindungsteil 14 verstrebt, von dem weiter unten eine weitere Funktion dargestellt ist, wobei das Teil 14 im Abstand von dem Lager 10 und/oder der Halterungsplatte 13 angeordnet ist, wenn sich das Lager 10 in Kontakt mit dem runden Teil 12 befindet. Das Teil 14 kann so gleichermaßen einen Hubendanschlag bei der Verlagerung des Lagers 10 bilden.
Schließlich sind zwei die Schafte 11 jeweils umgebende Schraubenfedern 15 zwischen der Halterungsplatte 13 und dem Verbindungsteil 14 angeordnet, um das Lager 10 in Abwesenheit einer von dem Exzenterrad erzeugten Gegenkraft gegen das runde Teil 12 zurückzustoßen.
In der Verlängerung der Triebstange und in Richtung des Verbindungsteils 14 erstreckt sich ein Gewindeschaft 16, der in eine die Wandung des Gehäuses 4 durchsetzende Gewindeausnehmung 17 eingedreht ist. Das innere Ende 18 des Gewindeschafts 16 bildet einen beweglichen Anschlag (die Drehung des Schafts 16 geht in dessen Axialverlagerung über), die mit dem mit der Triebstange 5 verbundenen Verbindungsteil 14 zusammenwirken kann und hierzu als Anlageträger für die Triebstange dient. Ein äußerer Griff 19 erlaubt es, den Gewindeschaft 16 zu drehen. Um den Gewindeschaft 16 in jeder gewünschten axialen Stellung zu blockieren, kann man Blockiermittel vorsehen mit einem Exzenterring 20, der den Gewindeschaft umgibt und zur Drehung mittels eines Greifknopfs 21 betätigt werden kann.

Der Betrieb ist wie folgt.

Wenn der Anschlag 18 außerhalb der Bahn des dem Exzenterrad 6 zugeordneten Triebstangenkopfs (Gesamtheit der Elemente 10 bis 15) angeordnet ist, d.h. bei herausgeschraubtem (wie in der Figur dargestellt, nach rechts verlagertem) Gewindeschaft, wird die Triebstange 5 von dem Exzenterrad über die Gesamtheit jeder Umdrehung desselben frei angetrieben. Die Membran 2 wird daher zu einer Hin- und Herbewegung veranlaßt, deren Endstellungen zwei Totpunkten entsprechen (einem linken und einem in der Figur dargestellten rechten der Hin- und Herbewegung). Die Amplitude dieser Bewegung ist proportional zur Exzentrizität des Rads 6. Der Durchsatz der Pumpe ist daher auf seinem Maximalwert.
Wenn nun durch Drehung des Gewindeschafts 16 der Anschlag 18 nach links verlagert wird, so stößt das Verbindungsteil 14 an diesen Anschlag an, nachdem es einen Bruchteil des Hubs der Triebstange durchlaufen hat, der eine Funktion der Axialstellung des Anschlags ist. Die Triebstange 5 wird daher in ihrer Axialverlagerung blockiert, während das Lager 10 unter dem Einfluß des von der Welle 7 angetriebenen Exzenterrads 6 seine Bewegung beendet, wobei es auf den Gleitführungen 11 unter Kompression der Federn 15 in Richtung auf das Verbindungsteil 14 zu gleitet. Die Membran 2 wird also nur auf einem Bruchteil des Hubs der Triebstange angetrieben und der Durchsatz der Pumpe stellt sich auf einen diesem Bruchteil des Hubs entsprechenden Wert, oder anders ausgedrückt entsprechend der Axialstellung des Anschlags, ein.
Bei maximaler Verlagerung des Anschlags bleibt die Triebstange in der (in der Figur) linken Totpunktstellung blokkiert, und die Membran wird nicht mehr angetrieben. Der Durchsatz der Pumpe ist Null, obgleich sich die Antriebswelle 7 unter Antrieb des Lagers 10 weiterhin dreht.
In jedem Fall, wie auch immer der effektive Hub der Triebstange 5 ist, nimmt die Membran 2 stets die gleiche Axialstellung ein, wenn sich die Triebstange in dem (in der Figur) linken Totpunkt befindet. Das Totvolumen der Pumpe bleibt daher ungeachtet des Pumpendurchsatzes, selbst bei geringen Durchsätzen oder Durchsatz Null, konstant.

Claims

1. Membranpumpe mit kontinuierlich zwischen einem Nullwert und einem Maximalwert regelbarer Abgabe, umfassend:

- ein kontiuierlichen drehbares, Exzenter-Antriebselement (6),

- eine Triebstange (5), welche an einem ihrer Enden einen mit einem Lager (10) versehenen Triebstangenkopf (11-14) umfaßt, wobei das Lager (10) das Exzenter- Antriebselement (6) frei verdrehbar aufnimmt, und deren anderes Ende mit einem Zentralbereich der Membran (2) gekoppelt ist,

- lösbare Kopplungsmittel, um den Triebstangenkopf im Verlauf eines kontinuierlich regelbaren, gewünschten Bruchteils des Hubs wahlweise mit dem Exzenter-Antriebselement (6) zu koppeln, und

- Regelmittel (16-19) zur kontinuierlichen Regelung des gewünschten Bruchteils des Hubs der Triebstange (5) zwischen zwei Endstellungen, wobei die Regelmittel (16- 19) bewegliche Anschlagmittel (18) umfassen, welche mit einem mit der Triebstange (5) verbundenen Anlageträger (14) zusammenwirken können;

dadurch gekennzeichnet, daß der Triebstangenkopf mit wenigstens einer Gleitführung (11) versehen ist, welche sich im wesentlichen in der von der Membran (2) abgewandten Verlängerung der Triebstange (5) erstreckt und das vorgenannte Lager (10) relativ zum Triebstangenkopf frei verschiebbar halten kann, und daß elastische Rückstellmittel (15) vorgesehen sind, um das Lager (10) in Abwesenheit einer von dem Exzenterelement auf das Lager ausgeübten Gegenkraft auf dem Boden der Gleitführung zu halten, wobei die elastischen Rückstellmittel auf das Lager auf der der Triebstange entgegengesetzten Seite einwirken.

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelmittel umfassen:

- einen mit der Triebstange (5) verbundenen Anlageträger (14),

- einen verlagerbaren Anschlag (18), der mit dem Anlageträger (14) bei Bewegung der Triebstange zusammenwirken kann, wenn die Triebstange den gewünschten Bruchteil ihres Hubs durchlaufen hat, und

- Steuermittel (16, 17, 19), um den Anschlag (18) zu verlagern und ihn in eine Stellung überzuführen, die es ihm erlaubt, den Hub der Triebstange auf den gewünschten Bruchteil zu begrenzen.

3. Pumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anlageträger (14) von der Gleitführung am freien Ende derselben und in der Verlängerung der Triebstange gehalten ist.

4. Pumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ahlageträger ferner einen verlagerbaren Anschlag für das Gleitlager bildet.

5. Pumpe nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß. die elastischen Rückstellmittel an dem Anlageträger anliegen.

6. Pumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Gleitführung zwei Gleitschafte (11) umfaßt, welche von dem Triebstangenkopf gehalten und voneinander beabstandet sind, wätirend sie sich in der Verlängerung der Triebstange erstrecken,

- daß der Anlageträger (14) ein starres Teil ist, welches sich quer zur Triebstange (5) erstreckt und an den jeweils freien Ende der beiden Gleitschafte (11) befestigt ist,

- daß das Gleitlager (10) auf den beiden Gleitschaften (11) frei verschiebbar angeflanscht (13) ist, und

- daß die elastischen Rückstellmittel zwei Schraubenfeder (15) umfassen, welche die beiden Gleitschafte (11) jeweils umgeben und zwischen dem Lager (10) und dem Anlageträger (14) andeordnet sind.

7. Pumpe nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuermittel für den beweglichen Anschlag einen Gewindeschaft (16) umfassen, der in eine feste Gewindeausnehmung (17) eingedreht ist, wobei das Ende des Gewindeschafts den Anschlag (18) bildet oder trägt.

8. Pumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie darüber hinaus Blockiermittel (20) umfaßt, welche den Gewindeschaft (16) in jeder gewünschten Axialstellung blockieren können.