DE69401235T2

DE69401235T2 - Druckluftbetriebene Doppelmembranpumpe

Info

Publication number: DE69401235T2
Application number: DE69401235T
Authority: DE
Inventors: Gerald M Distel; Nicholas Kozumplik Jr
Original assignee: Ingersoll Rand Co
Current assignee: Ingersoll Rand Co
Priority date: 1993-05-14
Filing date: 1994-05-12
Publication date: 1998-01-15
Anticipated expiration: 2014-05-13
Also published as: CA2122673C; DE69401235D1; EP0624729A1; CA2122673A1; EP0624729B1; JPH06346857A; US5391060A

Description

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf Membranpumpen und insbesondere auf die Ausbildung zum Herstellen und zum Zusammenfügen einer neuen Anordnung einer Doppelmembranpumpe.
In der Vergangenheit erforderte das Zusammenbauen solcher Membranpumpen das Zusammenfügen der zahlreichen Komponenten um eine Basis herum, was ein geeignetes Zusammenbauen und eine geeignete Orientierung sowohl der Teile als auch der Basis während des Zusammenbauens erforderte. Dabei bestanden die Möglichkeiten, daß Teile falsch orientiert und/oder aus schwierigen Positionen heraus zusammengefügt wurden und/oder es war eine konstante Manipulation der ganzen dann zusammengefügten Pumpe erforderlich. Montageoptionen und die Anordnung von Zuführ- und Auslaßleitungen erforderten eine Kenntnis der Vormontage oder der Wiedermontage der Teile zu einem späteren Punkt der Anwendung. Äußere Verteilungen stellten zahlreiche Möglichkeiten für Beschädigungen von außen abgestützten Komponenten dar und erforderten das richtige Festziehen einer relativ großen Anzahl von einzelnen Befestigungsgliedern.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Doppelmembranpumpen-Konstruktion geschaffen, die gekennzeichnet ist durch einen im wesentlichen zylindrischen, quergeteilten Mantel; Endabdeckplatten an jedem Ende des Mantels; wobei die Endplatten ferner mit Anschlüssen sowohl für den Einlaß wie für den Auslaß von gepumptem Fluid versehen sind, um eine Fähigkeit zur Inline-Rohrverbindung zu schaffen; und wobei die Anschlüsse für das gepumpte Fluid wahlweise durch einen inneren Verteiler innerhalb des Mantels miteinander verbunden sind.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Zusammenbauen einer Doppelmembranpumpe geschaffen, wie sie soeben definiert wurde, das die Schritte des Zusammenbauens in einem kontinuierlichen Stapel nacheinander aufweist: ein erstes nasses Pumpenende mit Einlaß- und Auslaß-Absperrventilen , eine erste nasse Endkappe, eine erste Membran, einen ersten Luftkappenmantel, Druckfluid-Motoreinrichtungen, einen zweiten Luftkappenmantel, eine zweite Membran, eine zweite nasse Endkappe mit Einrichtungen zum wahlweisen Verbinden der ersten Einlaß- und Auslaß-Absperrventile mit zweiten Einlaß- und Auslaß-Absperrventilen, und die zweiten Einlaß- und Auslaß-Absperrventile.
Für ein besseres Verständnis der Erfindung und um zu zeigen, wie diese zur Wirkung gebracht werden kann, wird nun anhand eines Beispiels auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen:
Fig. 1 ist ein teilweiser Querschnitt einer luftbetriebenen Doppelmembranpumpe an der Längsmitte eines im wesentlichen kreisförmigen Querschnitts und zeigt ein Steuerventil in der mittleren Stellung,
Fig. 2 ist eine Ansicht ähnlich der Fig. 1, zeigt aber das Steuerventil in der äußersten rechten Stellung,
Fig. 3 ist ein Querschnitt der Pumpe an einem Längsquerschnitt etwa 90º gegenüber demjenigen, der in den Fig. 1, 2 und 5 gezeigt ist,
Fig. 4 und 4A sind auseinandergezogene Ansichten der Anordnung einer Doppelmembranpumpe; und
Fig. 5 ist eine Ansicht ähnlich den Fig. 1 und 2, zeigt aber das Steuerventil in der äußersten linken Stellung.
Die in den Fig. 1 bis 5 gezeigte Vorrichtung ist eine luftbetriebene Doppelmembranpumpe. Die Konstruktion besteht aus thermoplastischen Materialien, obwohl die Pumpe aus anderen Materialien konstruiert sein könnte. Die nassen Enden (die das gepumpte Material berühren) sind aus Polypropylen für allgemeine chemische Verwendungen oder aus leitfähigem Azetal für Anwendungen konstruiert, wenn entflammbare Materialien und Lösungsmittel gepumpt werden. Die Vorrichtung weist Techniken auf, um die Zeit für das Zusammenfügen zu vermindern und Fehlfügungen zu eliminieren. Die Konstruktion vermindert auch die Anzahl der Teile und schafft auch einzigartige Merkmale, wie z. B. eine Montageflexibilität und mehrfache Anschlußkombinationen. Die Absperrventile gestatten es der Pumpe, in jeder Stellung montiert zu werden, ohne ihre Fähigkeit zum Ansaugen oder zum Pumpen zu beeinträchtigen. Die Konstruktion gestattet ein Zusammenfügen in einer Richtung anstelle eines kontinuierlichen Neuorientierens der Pumpe, um verschiedene Fügevorgänge durchzuführen.
Ein Luftmotorgehäuse besteht aus zwei Mänteln. Alle Teile der Luftmotorventile sind innerhalb der Mäntel installiert. Die strukturelle Verrippung in dem Hohlraum schafft ausreichende innere Ablenkflächen, um die Notwendigkeit eines äußeren Schalldämpfers zu vermeiden. Die Auslaßöffnung ist auch mit Gewinde versehen, um eine Einrichtung zu schaffen, um Auslaßluft zu einer entfernten Stelle zu pumpen. Der Luftmotor erstreckt sich auch über die Fluidkappen-Gehäuse hinaus, um zu ermöglichen, daß Abdeckplatten innerhalb der Enden des Motorgehäuses befestigt werden. Die Platten decken die freiliegenden Befestigungsglieder ab, bieten ein "sauberes" Aussehen für die Pumpe und bieten gekennzeichnete Öffnungen für Fluid- und Luft-Verbindungen. Die Fluid- und Luft-Verbindungen für diese Konstruktion unterscheiden sich von der herkömmlichen Membranpumpen-Konstruktion darin, daß die Verbindungen an dem Ende der Pumpe hergestellt sind (in einer Linie mit der Mittellinie der Membran statt senkrecht dazu). Die Fluid-Verbindungen können an jedem Ende hergestellt werden. Die Luft wird einem Lufteinlaß 113 nur an einem Ende zugeführt. Dies gestattet es der Pumpe, in irgendeiner Achse in einer Leitung mit dem Anschlußsystem installiert zu werden. Dies ist besonders nützlich für Anwendungen, bei denen die Pumpe in einen Schacht oder in ein Loch eingesetzt werden muß, bei denen Zuführschläuche für Fluid und Luft sich nicht über den äußeren Durchmesser der Pumpe hinaus erstrecken können.
Unter Bezugnahme auf Fig. 1 wird die Pumpe betätigt, indem komprimierte Luft oder Gas zu der Einlaßöffnung des Luftmotors zugeführt wird. Die Ventilanordnung in dem Luftmotor fühlt die Stellung der Membranen ab und setzt die geeignete Luftkammer alternativ unter Druck oder entlüftet sie, um die Membranen zu veranlassen, zu oszillieren. Die beiden Membranen sind durch eine Stange verbunden, so daß sich die beiden Membranen zusammen bewegen, was eine relativ konstante Fluid-Ausgangsströmung zur Folge hat. Der Motor besteht aus einem Spulenventil 101 und einem Steuerventil 102. Das Spulenventil 101 verbindet die Luftzufuhr- und -auslaßöffnungen mit den geeigneten Membranluftkammern 103 und 104.
Das Spulenventil wird betätigt, indem Luftdruck auf jedes Ende des Spulenventus 101 geleitet wird. Der Zufuhrluftdruck wird über einen Lufteinlaß 115 auf das kleine Ende 116 des Spulenventus aufgebracht, um das Ventil in einer Stellung (nach rechts) zu halten. Um die Spule nach links zu verschieben, wird ein Steuersignal auf das große Ende 117 aufgebracht. Da die Fläche des großen Endes etwa zweimal die Fläche des kleinen Endes ist, veranlaßt das Aufbringen eines gleichen Luftdrucks auf beide Enden die Spule, sich bei Betrachtung gemäß Fig. 1 nach links zu verschieben. Das Steuerventil 102 ist ein Dreiwegeventil mit einer Ausgangsöffnung (nicht gezeigt), die mit dem Spulenventil 101 verbunden ist. Dies schafft ein Ein- oder Aus-Steuersignal für das Spulenventil 101, abh:ngig von der Spulenstellung des Steuerventils. Am Ende jedes Pumpenhubs berührt die Stützscheibe 105 der Membran die Enden des Steuerventils, die in die Kammern 103, 104 vorragen, und bewegt dieses, um das große Ende 117 des Spulenventils 101 entweder unter Druck zu setzen oder zu entlasten. Wenn sich das Spulenventil 101 verschiebt, kehren die Membranen 106, 107 die Richtung um, um einen weiteren Pumpenhub zu beginnen. Der Pumpbereich besteht aus zwei Pumpenkammern 108 und 109. Die Kammern sind von den Luftkammern 103 und 104 durch eine flexible Membran 106 und 107 getrennt. Die Membranen oder Diaphragmen sind miteinander durch eine Membranstange 110 verbunden.
Unter Bezugnahme auf Fig. 3 wird die Materialströmung in die und aus den Pumpenkammern 108, 109 durch zwei Einwege-Absperrventile gesteuert, die in jedem Fluidkammergehäuse angeordnet sind. Ein Absperrventil 112A oder 112B gestattet es dem Material, in die Kammer beim Saughub einzuströmen (Einlaßsteuerung), während das andere Absperrventil 114A oder 114B (Auslaßsteuerung) Material daran hindert, von dem Pumpenauslaß zurück in die Kammer zu strömen. Wenn die Pumpe die Richtung umkehrt, um das Material zu fördern, schließt die Einlaßsteuerung 112A oder 112B, und die Auslaßsteuerung 114A oder 114B öffnet und gestattet es dem Material, aus der Pumpenkammer herauszuströmen.
Die Konstruktion gestattet Einlaß/Auslaßstellungen nach Wahl des Kunden. Es sind zwei Einlässe 120A und 120B und zwei Auslässe 121A und 121B verfügbar. Jeweils einer (Einlaß und Auslaß) oder alle können abhängig von der Anwendungsweise benutzt werden. Die Pumpe kann auch in eine duale Einlaß/Auslaß-Konfiguration umgewandelt werden, indem eine feste Stange statt eines oder beider Verteilerrohre 123A oder 123B eingefügt wird. Dies gestattet es der Pumpe, als einfacher Einlaß/doppelter Auslaß, doppelter Einlaß/einfacher Auslaß oder doppelter Einlaß/doppelter Auslaß gestaltet zu werden. Dies gestattet es der Pumpe, als zwei einfach wirkende Pumpen zum Pumpen von zwei unterschiedlichen Materialien oder zum Mischen von zwei unterschiedlichen Materialien usw. verwendet zu werden.

PUMPENBETRIEB

Komprimiertes Gas wird der Öffnung 113 zugeführt, wodurch die Kammer 126 unter Druck gesetzt wird. Der Druck wirkt auf den kleinen Durchmesser 116 der Spule 101 und drückt diese nach rechts, wie es in Fig. 2 gezeigt ist. Das Gas setzt auch eine Längsöffnung 127, eine Queröffnung 128 und eine Kammeröffnung 129 unter Druck. Die Luftkammer 103 wird durch die Kammeröffnung 129 unter Druck gesetzt. Zur gleichen Zeit wird die Luftkammer 104 gegenüber der Atmosphäre durch eine Längsauslaßöffnung 130 und eine Auslaßöffnung 31 (131) entlüftet Der Kolben 102 des Steuerventils ist in seiner äußersten rechten Stellung gezeigt. Er wird in seiner Stellung durch den Luftdruck in der Kammer 103 gehalten, der auf den vollen Durchmesser des Steuerkolbens 102 wirkt. Eine Querauslaßöffnung 133 von dem großen Ende der Spule 101 ist über eine Auslaßöffnung 132 mit der Atmosphäre verbunden.
Komprimiertes Gas oder Luft wirkt auf die Membran 106 (siehe Fig. 3) und drückt diese nach links, da die Luftseite der Membran 107 mit dem Auslaß verbunden ist, wie es in Fig. 3 gezeigt ist. Wenn sich die Membran 106 bewegt, verlagert sie Fluid von der Pumpenkammer 108 durch das Absperrventil 112A in den Verteilerauslaß 121A. Das Absperrventil 114A ist geschlossen, wenn das Fluid die Scheibe 134A gegen den Sitz drückt, wenn Fluid versucht, durch das Absperrventil zu strömen. Da sich die beiden Membranen 106, 107 miteinander bewegen, schafft die Membran 107 ein Vakuum in der Kammer 109. Fluid strömt von dem Einlaß 120B für das gepumpte Material durch die Einlaßsteuerung 112B in die Pumpenkammer 109. Die Auslaßsteuerung 114B schließt, um das Material zu hindern, von dem Materialauslaß 121B zurück in die Pumpenkammer zu strömen.
Wenn sich die Membranen dem Ende des Hubes nähern, berührt die Stützscheibe 135 (Fig. 5) die Verlängerung des Steuerventils 102 und drückt dieses in die in Fig. 5 gezeigte Stellung. In dieser Stellung ist die Auslaßöffnung 132 geschlossen, die Öffnungen 136 und 137 sind verbunden. Die Öffnung 136 ist mit dem Einlaß für die Luftzufuhr verbunden. Dies gestattet es zugeführter Luft, in die Kammer 138 zu strömen. Der Druck wirkt auf den großen Durchmesser 117 der Spule 101 und drückt diese nach links. In dieser Stellung wird die Luft in der Membran-Luftkammer 103 durch die Auslaßöffnung 141 und 142 entlüftet. Die Membran-Luftkammer 104 wird durch die Öffnung 140 unter Druck gesetzt. Der auf die Membran 107 wirkende Luftdruck veranlaßt die Membranen, die Richtung umzuschalten, was die Wirkung, die innerhalb der Pumpenkammern stattfindet, wie oben beschrieben, von links nach rechts umkehrt. Wenn sich die Membranen dem Ende des Hubes nähern, drückt die Stützscheibe 105 den Kolben des Steuerventils 102 in die in Fig. 2 gezeigte rechte Stellung.
Dies veranlaßt das Spulenventil 101, nach rechts zurückzuschalten, wie in Fig. 2 gezeigt, um einen neuen Zyklus zu beginnen.

BESCHREIBUNG DES ZUSAMMENFÜGENS

Die Fig. 4A (4) und 4B (4A) sind eine auseinandergezogene Ansicht der Pumpe. Das Zusammenfügen beginnt durch Einsetzen von sechs Muttern 1 in eine Montagehalterung (nicht gezeigt). O-Ringe 2 werden auf Absperrventil-Kartuschen 3 (vier erforderlich) aufgesetzt. Die Kartuschen haben einen Sitz 7, eine Scheibe 8 und einen Federanschlag 9. Der Federanschlag 9 wird in dem Sitz 7 durch einen Festsitz gehalten. Die Kartuschen 3 werden in eine Fluidkappe 4 eingesetzt. Ausrichtstifte an den Sitzen stellen eine richtige Orientierung sicher. Verteiler 6 werden über die Kartuschen und die Fluidkappe gesetzt. Ein Reibungssitz zwischen den O-Ringen, dem Verteiler und der Fluidkappe hält die Teile zusammen und gestattet es der Anordnung, in die Montagehalterung eingesetzt zu werden, wobei die Verteiler sich innerhalb der Halterung befinden.
Die Membrananordnung besteht aus einer Membranmutter 10, einer Membran 106, 107, und einer Stützscheibe 105, 135. Zwei Membrananordnungen sind erforderlich. Die Membrananordnung 16 wird in eine Nut 13 der Fluidkappe 4 eingesetzt. Diese Nut ist identisch mit der Nut an der Fluidkappe 14. Ein O-Ring 15 wird in eine Nut an dem äußeren Durchmesser der Membrananordnung 16 eingesetzt.
Eine U-Kappe 17 wird mit den Lippen zuerst in die zentrale Bohrung der Luftkappe 35 eingesetzt. Die Luftkappe 35 wird dann über die Fluidkappe 4 gesetzt. Die Membranstange 110 wird durch die U-Kappe 17 eingesetzt und auf den mit Gewinde versehenen Zapfen an der Membrananordnung 16 aufgeschraubt. Als nächstes wird die Stange 110 gegenüber der Anordnung ausgerichtet. Eine Hülse 20 wird über die Stange 19 geschoben. Eine Dichtung 21 wird in die Nut der Luftkappe 18 eingesetzt. O-Ringe 22, 23 und eine U-Kappe 24 werden an der Spule 101 montiert, und O-Ringe 26 (vier erforderlich) werden an der Steuerstange 102 montiert.
Der Vorgang des Zusammenfügens wird fortgesetzt durch Einsetzen der Spule 101 in einen Ventilblock 28 und der Steuerstange 102 in einen kleineren Ventilblock 29. Eine Dichtung 30 wird über den Ventilblock 28 installiert. Zusammenpassende Oberflächen des kleineren Ventilblocks 29 und des Ventilblocks 28 werden ausgerichtet und die Teile werden zusammengepreßt. O-Ringe 31 und 32 werden an dem Ventilblock 28 angebracht, und O-Ringe 33 und 34 werden an dem kleineren Ventilblock 29 angebracht. Als nächstes wird die Ventilblockanordnung in die passenden Bohrungen der Luftkappe 35 eingesetzt. Eine U- Kappe 51 wird dann mit den Lippen voraus in die Luftkappe 18 eingesetzt. Die Luftkappe 35 wird dann an ihre Stelle an der Luftkappe 18 angesetzt.
Ausrichtstifte 37 stellen eine richtige Orientierung und Ausrichtung der Kappen und der Ventilblockanordnung sicher. O-Ringe 50 werden in die Luftkappe 18 installiert. Ein O-Ring 38 wird in eine Nut der Luftkappe 18 eingesetzt. Die Nut ist identisch mit der Nut 39, die für die Luftkappe 35 gezeigt ist. Die Membrananordnung 40 wird auf die Membranstange 19 aufgeschraubt und ausgerichtet. Ferner wird die Fluidkappe 14 über die Membrananordnung gesetzt. Als nächstes werden die Kartuschenanordnungen 3 mit den O-Ringen 2, die zuvor in die Bohrungen in der Fluidkappe 14 eingesetzt wurden, installiert. Ausrichtstifte stellen eine richtige Orientierung sicher. Der nächste Schritt besteht darin, 0-Ringe 41 auf Verteilerrohre 123A, 123B aufzusetzen und die Rohre 123A, 123B durch die Kerben 43 in der Fluidkappe 14 und in die Verteiler 6 einzusetzen. Danach werden die Verteiler 44 über die Kartuschen 3 und die Rohre 123A, 123B gesetzt. Sechs Bolzen 45 werden dann eingesetzt und mit gleichem Drehmoment angezogen. Das endgültige Zusammenfügen beginnt durch Ausrichten der Löcher in der Abdeckplatte 46 mit den Verteilern 44 und mit Vorsprüngen der Fluidkappe und mit einem Verpressen. Als nächstes wird die Pumpe aus der Montagehalterung entfernt und von Ende zu Ende verdreht, um das entgegengesetzte Ende der Pumpe freizulegen. Schließlich werden die Löcher in der Abdeckung 47 mit dem Verteiler 6 ausgerichtet und verpreßt. Das Zusammenfügen ist nun vervollständigt.

Claims

1. Doppel membranpumpen-Konstruktion, gekennzeichnet durch einen im wesentlichen zylindrischen, quergeteilten Mantel (18); Endabdeckplatten (46) an jedem Ende des Mantels; wobei die Endplatten ferner mit Anschlüssen sowohl für den Einlaß wie für den Auslaß von gepumptem Fluid versehen sind, um eine Fähigkeit zur Inline-Rohrverbindung zu schaffen; und wobei die Anschlüsse für das gepumpte Fluid wahlweise durch einen inneren Verteiler (6, 44) innerhalb des Mantels miteinander verbunden sind.

2. Pumpenkonstruktion nach Anspruch 1, bei der wenigstens eine der Endabdeckplatten mit einem Zuführeinlaß für Druckfluid versehen ist.

3. Pumpenkonstruktion nach Anspruch 1 oder 2, bei der wenigstens eine der Endabdeckplatten mit einem Auslaß für Druckfluid versehen ist.

4. Pumpenkonstruktion nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei der der Mantel ferner Durchgänge aufweist, die einen Schalldämpfer bilden, der mit einem Druckfluidauslaß in wenigstens einer der Endabdeckplatten in Verbindung steht.

5. Pumpenkonstruktion nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der innere Verteiler ferner zum Teil ein Verteilerrohr (123A, B) aufweist, das Einlaßöffnungen für gepumptes Material an beiden Enden des Mantels und Auslaßöffnungen für gepumptes Material an beiden Enden des Mantels miteinander verbindet.

6. Pumpenkonstruktion nach Anspruch 5, bei der das Verteilerrohr die Form eines festen Abstandsgliedes hat.

7. Pumpenkonstruktion nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der geteilte Mantel ferner Mittel zum Montieren der Pumpe aufweist.

8. Verfahren zum Zusammenbauen für eine Doppelmembranpumpe nach Anspruch 1, das die Schritte des Zusammenbauens in einem kontinuierlichen Stapel nacheinander aufweist: ein erstes nasses Pumpenende mit Einlaß- und Auslaß-Absperrventilen (112A, 112B), eine erste nasse Endkappe (4), eine erste Membran (106), einen ersten Luftkappenmantel (35), Druckfluid-Motoreinrichtungen, einen zweiten Luftkappenmantel (18), eine zweite Membran (107), eine zweite nasse Endkappe (14) mit Einrichtungen zum wahlweisen Verbinden der ersten Einlaß- und Auslaß-Absperrventile mit zweiten Einlaß- und Auslaß-Absperrventilen, und die zweiten Einlaßund Auslaß-Absperrventile.

9. Verfahren nach Anspruch 8, das ferner den Schritt aufweist, Abeckkappen außerhalb der ersten nassen Endkappe und der zweiten nassen Endkappe als Einrichtungen zum Umschließen der Enden des geteilten Mantels zu installieren, um ein Pumpenpaket zu bilden, das innerhalb des geteilten Mantels eingeschlossen ist.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, das ferner den Schritt aufweist, das gesamte zusammengefügte Paket zusammen mit einer Vielzahl von sich in Längsrichtung erstreckenden Verbindungsbolzen (45) zu verbinden.

11. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die Abdeckkappen durch Festsitz in den ersten und zweiten Luftkappenmantel außerhalb von den Pumpendruck enthaltenden Hohlräumen installiert werden.