-
Die Erfindung betrifft eine Doppelmembranpumpe
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
-
Pumpen mit Doppelmembranen, die von Druckluft
angetrieben werden, die durch ein Stellventil hindurch geleitet
wird, sind recht bekannt. Es wird auf U.S. Patent Nr. 5,213,485;
5,169,296; und 4,247,264; und auf U.S. Patent Nr. Des. 294,946; 294,947;
und 275,858 Bezug genommen. Ein Stellventil unter Verwendung eines
Regelkreises ist in U.S. Patent Nr. 4,549,467 offenbart. Die Offenbarungen
der vorhergehenden Patente sind durch Bezugnahme hierin einbezogen.
-
Gemeinsam mit den vorgenannten Patenten zu
luftgetriebenen Membranpumpen ist das Vorhandensein von zwei einander
gegenüberliegenden Pumpenkammern.
Die Pumpenkammern weisen jeweils ein Pumpenkammergehäuse, ein
Luftkammergehäuse
und eine Membran auf, die sich vollständig quer über die durch diese beiden
Gehäuse
definierte Pumpenkammer erstreckt. Jedes Pumpenkammergehäuse weist
ein Einlassrückschlagventil
und ein Auslassrückschlagventil
auf. Eine gemeinsame Welle erstreckt sich typischerweise in jedes
Luftkammergehäuse
hinein, um mit den Membranen darin festzuliegen. Ein Stellventil
nimmt eine Zufuhr von Druckluft auf und arbeitet mittels eines Regelkreises,
um die Luftkammerseite jeder Pumpenkammer wechselweise Druck zuzuführen und
zu entziehen. Die Rückführung zu
einem Ventilkolben ist typischerweise durch die Wellenposition vorgesehen.
-
Die vorgenannten Pumpen sind durch
die Größe des Einlassluftdruckes
begrenzt. Genauso finden solche Pumpen große Verwendung beim Pumpen von
vielen und verschiedenen Flüssigkeiten
und sogar Pulvern. Üblicherweise
ist Betriebsluft häufig die
Quelle von Druck, der sich typischerweise im Bereich von 5,516 bar
(80psi) bis 6,205 bar (90psi) bewegt. Natürlich würden einige Anwendungen durch erhöhten Pumpendruck
begünstigt
oder gerade möglich
gemacht werden. Solche Anwendungen schließen einen langen Rohrleitungsverlegungsprozess, ein äußerst viskoses
Pumpprodukt, wie Kraftfahrzeuglacke und Farbgrundmischungen, und
Filterpressvorgänge
mit hoher Verdichtung ein. Solche Filterpressvorgänge werden
immer üblicher
mit der Auferlegung von strengeren Umweltverordnungen, die fordern,
dass die Feststoffe in flüssigen
Abfällen
zu einem Feststoffabfall für
sichere Handhabung, Transport und Entsorgung zu filtern sind. Höhere Drücke helfen
bei diesen Vorgängen.
-
Eine Anzahl von Membranpumpen, die
von Luft mit erhöhtem
Druck angetrieben werden, sind verfügbar. Diese Pumpen stellen
die Durchlässe
einer wie oben beschriebenen herkömmlichen luftgetriebenen Membranpumpe
in einer Weise um, die es ermöglicht,
dass eine der beiden Pumpenkammern bei dieser Kapazität weiter
arbeitet, während
die andere als eine weitere Luftkammer zum Vergrößern des Pumpendrucks verwendet
wird. Zu diesem Zweck sind die Ventile in einem der Pumpenkammergehäuse mit
einem Blindsitz, Stopfen oder einer speziell konstruierten Kammer
abgeschlossen. Druckluft wird dann an der Pumpenkammerseite der
Membran in die speziell vorbereitete Pumpenkammer eingeführt. Dieser
Druck wird zu derselben Zeit bereitgestellt, zu der Luftdruck an
die Luftkammerseite der unmodifizierten Pumpenkammer bereitgestellt
wird. In dieser Weise ist eine einzige Pumpenkammer vorgesehen,
welche dem doppelten Verdichtungsdruck ausgesetzt ist, wie er anderenfalls
in einer herkömmlichen
luftgetriebenen Membranpumpe zugeführt werden würde. Jedoch
geht die Fähigkeit
verloren, bei jedem Hub zu pumpen, und die Flussrate wird reduziert.
Solche Pumpen schaffen Druckunausgewogenheiten mit möglichen
Bauteilausfällen.
-
Pumpen, die eine einzige Pumpenkammer verwenden,
wurden auch mit verstärktem
Luftdruck durch die Beaufschlagung eines benachbarten Zylinders
mit Luftdruck modifiziert, der wechselweise an einander gegenüberliegenden
Seiten eines eingeschlossenen Kolbens bereitgestellt wird. Luftdruck wird
wieder an der Luftkammerseite der Pumpenmembran bereitgestellt.
-
Druckbegrenzungsventile sind auch
bekannt. Solche Vorrichtungen weisen Ventilkörper mit Betätigungsbolzen
auf, die sich davon erstrecken, um ein Ventilelement von einem Sitz
weg zu heben. Ein Flusspfad durch den Ventilkörper hindurch erstreckt sich
quer über
den Ventilsitz, so dass der Fluss von dem Ventilelement gesteuert
werden kann, welches seinerseits von der Kraft an dem Betätigungsbolzen
gesteuert wird. Rückzugfedern
werden verwendet, um das Ventil aufzusetzen, wenn es nicht mittels
des Betätigungsbolzens
von dem Sitz angehoben wird.
-
Die US-A-4 830 586 offenbart eine
doppelt wirkende Membranpumpe, wo eine zusätzliche Membran eine zusätzliche
Pumpenkraft an die Hauptmembranen über eine verbundene Welle bereitstellt.
Druck wird der zusätzlichen
Membran durch ein separates Steuermittel zugeführt.
-
Die WO-A-92/19868 beschreibt eine
Doppelmembran- und Kolbenpumpe, wo der Kolben eine zusätzliche
Pumpenkraft an die Membranen über
eine verbundene Welle bereitstellt. Druck wird dem Kolben durch
ein separates Steuermittel zugeführt.
-
Dementsprechend ist es ein Ziel der
vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Pneumatikausrüstung zu
schaffen. Andere und weitere Ziele und Vorteile sind nachfolgend
sichtbar.
-
Gemäß der Erfindung wird dies durch
eine Doppelmembranpumpe gemäß dem kennzeichnenden
Teil des Anspruchs 1 erreicht. Vorteilhafte weitere Ausführungsformen
sind in den Unteransprüchen beschrieben.
-
Die vorliegende Erfindung ist auf
eine luftgetriebene Doppelmembranpumpe mit zwei Pumpenkammern gerichtet,
wobei einer Pumpenkammer jeweils eine Membran zugeordnet ist. Gerade
mit beiden derartig arbeitenden Pumpenkammern wird ein System mit
verstärktem
Druck geschaffen. Die vorliegende Erfindung ist separat auf Druckbegrenzungsventile
gerichtet, die bei luftgetriebenen Hubkolbenvorrichtungen zweckmäßig sind,
welche einer großen
Anzahl von Zyklen standhalten können
und zur Schaffung bestimmter Öffnungscharakteristika
dienen.
-
Nach einem ersten separaten Aspekt
der vorliegenden Erfindung weist die druckverstärkte Doppelmembranpumpe eine
Mittelabschnittsanordnung auf, die einen Zylinder mit einem darin
enthaltenen Leistungsverstärkerkolben
aufweist. Druck kann wechselweise an jeder Seite des Leistungsverstärkerkolbens
aufgebracht werden, um in Verbindung mit Druck zu arbeiten, der
wechselweise den Luftkammerseiten der Pumpenkammern zugeführt wird. Jeder
Hub der Welle schafft einen verstärkten Pumpendruck. Die Größe des Leistungsverstärkerkolbens
ist unabhängig
von der Größe der Membranen und
kann größer als
die Pumpenmembranen sein, so lange wie die Pumpendiagramme in der
Lage sind, den tatsächlichen
Pumpendrücken
standzuhalten.
-
Nach einem zweiten separaten Aspekt
der vorliegenden Erfindung weist die druckverstärkte Doppelmembranpumpe wieder
eine Mittelabschnittsanordnung mit einem Zylinder auf, innerhalb
welchem ein Leistungsverstärkerkolben
enthalten ist, um mit der Pumpenwelle einen Hub durchzuführen. Eine
Ventilanordnung, die wechselweise Druck an den Kolbenflächen bereitstellt,
weist zwei der Mittelabschnittsanordnung zugeordnete Druckbegrenzungsventile
auf, die jeweils eine Betätigungseinrichtung
aufweisen. Die Betätigungseinrichtungen
sind derart angeordnet, dass die Druckbegrenzungsventile in voreingestellten
Grenzen des Kolbenhubs betätigt
werden. Die Druckbegrenzungsventile dienen zur Steuerung eines Ventilkolbens
innerhalb der Ventilanordnung, welche ihrerseits die Luft zu den
Kolbenflächen
steuert. Eine Erleichterung der Lage und Vermeidung von Interferenz
in den Pumpenkammern ergeben sich aus dieser Konfiguration.
-
Nach einem dritten separaten Aspekt
der vorliegenden Erfindung weist das Druckbegrenzungsventil eine
Druckfeder zwischen dem Ventilelement und der Betätigungseinrichtung
auf. Die Druckfeder speichert Energie, um ein bestimmtes Öffnen des
Ventils mit der Bewegung der Betätigungseinrichtung
sicherzustellen.
-
Nach einem vierten separaten Aspekt
der vorliegenden Erfindung weist das Druckbegrenzungsventil eine
Rückzugfeder
auf, die die Charakteristik einer vorteilhaften Verstellung/Kraft-Beziehung und
die Fähigkeit
hat, einer großen
Anzahl von Zyklen beim Betrieb standzuhalten. Die eingebaute Rückzugfeder
nimmt eine Domform an, und elastomeres Material kann eingesetzt
werden.
-
Nach einem fünften separaten Aspekt der vorliegenden
Erfindung nutzt das Druckbegrenzungsventil die Energiespeicherkapazität einer Druckfeder
mit den Kraftübertragungscharakteristika einer
festen Verbindung im Gegensatz zu Druck zum Bereitstellen einer
bestimmten Öffnungscharakteristik
an ein Ventilelement.
-
Nach einem sechsten separaten Aspekt
der vorliegenden Erfindung ist eine Druckfeder zwischen einem Ventilelement
und einer Betätigungseinrichtung
in einem Druckbegrenzungsventil für erweiterte Langlebigkeit
konfiguriert. Ein Block aus federndem Material ist innerhalb eines
stabilen Sitzes angeordnet, um die Fähigkeit zu schaffen, einer
großen
Anzahl von Zyklen des Ventils ohne Unbrauchbarmachung durch Bauteilverschleiß und Ermüdungsbruch standzuhalten.
-
Nach einem siebten separaten Aspekt
der vorliegenden Erfindung können
ein oder mehrere der vorhergehenden separaten Aspekte mit einem
bestimmten Vorteil kombiniert werden.
-
1 ist
eine Vorderansicht einer luftgetriebenen Membranpumpe mit verstärktem Druck.
-
2 ist
eine Draufsicht der Pumpe aus 1.
-
3 ist
eine Querschnittsseitenansicht der Pumpe aus 1.
-
4 ist
eine Vorderansicht des Inneren des zylindrischen Gehäuses des
Mittelabschnitts.
-
5 ist
eine Querschnittsansicht entlang der Linie 5-5 aus 4 gesehen.
-
6 ist
eine Draufsicht einer Pumpenmembran.
-
7 ist
eine Querschnittsansicht der Membran aus 6 entlang der Linie 7-7 aus 6 gesehen.
-
8 ist
eine Draufsicht eines Ventilzylinders.
-
9 ist
eine Querschnittsansicht des Ventilzylinders entlang der Linie 9-9
aus 8 gesehen.
-
10 ist
eine Querschnittsseitenansicht des Ventilzylinders entlang der Linie
10-10 aus 9 gesehen.
-
11 ist
ein Abschnitt eines Luftzylinders, der im Querschnitt mit dem zusätzlichen
Detail einer Schmieröffnung
gezeigt ist.
-
12 ist
eine Draufsicht eines Ventilkolbens.
-
13 ist
eine Vorderansicht des Ventilkolbens.
-
14 ist
eine Querschnittsansicht des Ventilkolbens entlang der Linie 14-14
aus 12 gesehen.
-
15 ist
eine Querschnittsansicht eines Druckbegrenzungsventils.
-
16 ist
eine Draufsicht eines Verteilerrohres.
-
17 ist
eine Seitenansicht des Verteilerrohres.
-
18 ist
eine Seitenansicht des Verteilerrohres.
-
19 ist
eine Bodenansicht des Verteilerrohres.
-
20 ist
eine Querschnittsansicht des Verteilerrohres entlang der Linie 20-20
aus 16 gesehen.
-
21 ist
eine Querschnittsansicht eines zweiten Druckbegrenzungsventils.
-
22 ist
eine Draufsicht einer ungespannten Rückzugfeder, die in dem Ventil
aus 22 eingesetzt ist.
-
23 ist
eine Querschnittsansicht der Feder entlang der Linie 23-23 aus 22 gesehen.
-
Den Zeichnungen ausführlich zugewandt, zeigen
die 1–3 eine druckverstärkte Doppelmembranpumpe.
Zwei einander gegenüberliegende Pumpenkammern
sind an jeder Seite der Pumpe angeordnet. Jede Kammer ist teilweise
durch ein Pumpenkammergehäuse 20 definiert.
Jedes Pumpenkammergehäuse 20 weist
eine domförmige
Kammer 26 auf, die von einem im Wesentlichen zylindrischen Durchgang 28 gekreuzt
wird. Verstärkungsrippen 29 befinden
sich an der Außenseite
jedes Gehäuses 20. Ein
Einlassrückschlagventil,
das insgesamt mit 30 bezeichnet ist, weist eine Kugel 32 auf,
die von Haltern 34 eingespannt ist und mit einem Ventilsitz 36 zusammenwirkt.
Die Halter 34 sind strukturell innerhalb des zylindrischen
Durchgangs 28 der Pumpenkammergehäuse 20 angeordnet.
Der Ventilsitz 36 an dem Einlassrückschlagventil 30 ist
passend innerhalb einer benachbarten zylindrischen Kammer 38 angeordnet.
Der Sitz 36 weist eine Ringnut auf, um einen O-Ring 40 aufzunehmen,
welcher weicher als der Ventilsitz 36 ist, um Druckströmung um
den Sitz herum zu verhindern.
-
Ein Einlassverteilerrohr 42 schafft
die benachbarte zylindrische Kammer 38 des Einlassrückschlagventils 30,
das den jeweiligen Pumpenkammergehäusen 20 zugeordnet
ist. Das Verteilerrohr 42 weist einen Einlass 44 mit
einem Befestigungsflansch 46 auf. Ein Durchgang 48 erstreckt
sich zu jeder gegenüberliegenden
Kammer 26. Stützfüße 50 sind
passend zu dem Einlassverteilerrohr 42 ausgebildet, um
eine stabile Positionierung der Pumpe zu ermöglichen. Das Einlassverteilerrohr 42 und
die Pumpenkammergehäuse 20 weisen
jeweils Montageflansche 52 bzw. 54 auf. Befestigungselemente 56,
die den Flanschen 52 und 54 zugeordnet sind, schaffen
eine Hochdruckverbindung, um Leckage standzuhalten. Die O-Ringe 40 sind
auch zum Zusammendrücken
unter Druck gegen die Trennlinie zwischen den Flanschen 52 und 54 positioniert,
um weiter Leckage zu vermeiden.
-
Ein Auslassverteilerrohr 58 ist
an dem oberen Ende der Pumpenkammergehäuse 20 in Ausrichtung
zu dem zylindrischen Durchgang 28 positioniert. Zusammenpassende
Flansche 60 und 62 sind mit dem Auslassverteilerrohr 58 bzw.
den Pumpenkammergehäusen 20 verbunden.
Befestigungselemente 64 halten die Bauteile in der Position.
Das Verteilerrohr weist einen Auslass 66 mit einem Befestigungsflansch 68 auf.
-
Auslassrückschlagventile, die insgesamt
mit 70 bezeichnet sind, die den Pumpenkammergehäusen 20 zugeordnet
sind, sind in einer Weise wie die der Einlassrückschlagventile 30 konstruiert.
Kugeln 72 werden von Haltern 74 gehalten, die
innerhalb des Auslassverteilerrohres 58 angeordnet sind.
Ventilsitze 76 sind in zylindrischen Kammern 78 positioniert, die
in dem oberen Abschnitt jedes Pumpenkammergehäuses 20 angeordnet
sind. Die Ventilsitze 76 weisen O-Ringe 80 wie
im Falle der Einlassrückschlagventile 30 auf
.
-
Zwei Luftkammergehäuse 82 sind
von den einander gegenüberliegenden
Pumpenkammergehäusen 20 nach
innen positioniert. Die Luftkammergehäuse 82 bilden jeweils
eine konkave Luftkammer 83, um an dem einen Ende des Hubs
den innerhalb der einander gegenüberliegenden
Pumpenkammern liegenden Pumpenmechanismus genau aufzunehmen, um
den Luftbedarf zu minimieren. Ein Einlass zu jeder Luftkammer 83 ist
mittels eines rostfreien Rohres 84 vorgesehen. Verstärkungs-
und Kühlrippen 85 sind
an der Außenfläche des
Luftkammergehäuses 82 angeordnet.
-
Die einander gegenüberliegenden
Pumpenkammern halbierend sind zwei Membranen, die insgesamt mit 86 bezeichnet
sind, in Verbindung mit einer Steuerwellenanordnung, die zwei Membrankolben
aufweist, die insgesamt mit 88 bezeichnet sind. Jedes der
Pumpenkammergehäuse 20 und
der Luftkammergehäuse 82 weist
eine Ringnut zum Aufnehmen einer Membran 86 auf. Die Nuten
sind an zusammenpassenden Flächen
zwischen den entsprechenden Pumpenkammergehäusen 20 und Luftkammergehäusen 82 derart
angeordnet, dass Befestigungselemente 90 die Bauteile zusammendrücken können, um
einen äußeren Ringwulst 92 an
jeder Membran 86 fest zu halten. Innenwülste 94 werden gleichermaßen von
den Membrankolben 88 gehalten. Zwischen den Wülsten 92 und 94 nimmt
ein dünnwandiger,
ringförmiger
Membrankörper 96 die Biegung
und den Druck sowohl von der Betriebsluft als auch von dem gepumpten
Material auf.
-
Die Membrankolben 88 weisen
jeweils ein inneres Kolbenelement 98 und ein äußeres Kolbenelement 100 auf.
Diese Elemente 98 und 100 sind mittels Befestigungselementen 102 fest
zusammengezogen, um das Klemmen des inneren Wulstes 94 jeder
Membran 86 sicherzustellen.
-
Eine Mittelabschnittsanordnung, die
insgesamt mit 104 bezeichnet ist, ist zwischen den einander
gegenüberliegenden
Pumpenkammern angeordnet und an den Luftkammergehäusen 82 befestigt. Die
Mittelabschnittsanordnung ist an jedem Luftkammergehäuse 82 mittels
Befestigungselementen 106 angebracht. Die Mittelabschnittsanordnung 104 ist gezeigt,
wie sie ein zylindrisches Gehäuse 108 und eine
Endplatte 110 aufweist. Die Endplatte 110 wird an
dem zylindrischen Gehäuse 108 mittels
Befestigungselementen 112 gehalten. Ein O-Ring 114 schafft
eine Abdichtung an der Trennlinie zwischen dem zylindrischen Gehäuse 108 und
der Endplatte 110. Innerhalb der Mittelabschnittsanordnung
ist ein Zylinder definiert.
-
Zusätzlich zu den Membrankolben 88 weist die
Wellenanordnung eine Steuerwelle 116 auf. Die Steuerwelle 116 ist
gezeigt, wie sie in zwei Teilen hergestellt ist, wobei ein Gewindebolzen
die beiden miteinander verbindet. Jedes Ende der Welle 116 ist
mit Gewinde versehen, um von den Membrankolben 88 aufgenommen
und an diesen befestigt zu werden. Diese Anordnung bewirkt, dass
sich die Membrankolben 88 und die Membranen 86 zueinander
bewegen. Die Welle erstreckt sich durch Dichtungen 118 hindurch,
welche sowohl mit der Mittelabschnittsanordnung 104 als
auch mit den Luftkammergehäusen 82 verbunden
sind, wie am besten in 3 gesehen werden
kann. O-Ringe 120 schaffen gleitende Abdichtungen, während ein
O-Ring 122 eine statische Abdichtung an jeder der Dichtungen 118 schafft.
-
Ein Leistungsverstärkerkolben 124 ist
innerhalb des zylindrischen Inneren der Mittelabschnittsanordnung 104 angeordnet
und an der Steuerwelle 116 befestigt. Dieser Kolben ist
zwischen Schultern an jedem Wellenabschnitt aufgenommen. Der Leistungsverstärkerkolben 124 ist
gezeigt, wie er eine Mittelbuchse 126, einen Kolbenkörper 128 und
Umfangskolbenringe 130 zum Abdichten des Kolbens gegen
die Innenwand des zylindrischen Gehäuses 108 aufweist.
Die Steuerwelle 116, der Leistungsverstärkerkolben 124 und
das zylindrische Gehäuse 108 sind
meist passend konzentrisch um eine Mittelachse herum angeordnet.
-
Um Leistung zu der Pumpe zu liefern,
ist eine Ventilanordnung mit der Pumpe verbunden. Die Ventilanordnung
weist einen Ventilkörper 132 auf.
Zu dem Ventilkörper 132 führt ein
Filter 134 zum Aufnehmen und Filtern einer Druckluftquelle.
Der Ventilkörper 132 weist
einen Einlassdurchgang 136 in einen Ventilzylinder 138 auf.
Der Einlassdurchgang 136 weist einen teilweisen Umfangskanal 140 auf,
um die Strömung
von Luft in den Ventilzylinder 138 zu unterstützen. Der
Ventilzylinder 138 ist mittels Endkappen 142 geschlossen,
von denen eine in 2 dargestellt ist.
-
Ein Ventilkolben 144, der
in den 12, 13 und 14 dargestellt ist, ist bemessen, um
in den Ventilzylinder 138 aus den 9 und 10 zu
passen. Die Passung des Kolbens 144 in dem Zylinder 138 ist vorzugsweise
weit genug, so dass der volle Einlassdruck an den Enden des Kolbens
zwischen den Hüben
aufgebaut werden kann. Der Ventilkolben 144 weist einen
ringförmigen
Einlassdurchgang 146 auf. Axiale Durchgänge 148 und 150 sind
an jeder Seite des ringförmigen
Einlassdurchgangs 146 positioniert. Bezugslöcher 152 nehmen
einen zusammenpassenden Bolzen (nicht gezeigt) auf, der mit einer
der Endkappen 142 verbunden ist, um den Kolben in dem Ventilzylinder 138 annähernd eingestellt
zu halten.
-
Der Ventilkörper 132 weist Öffnungen 154, 156, 158 und 160 auf.
Diese Öffnungen 154–160 wirken
mit dem Einlassdurchgang 146 und den axialen Durchgängen 148 und 150 des
Ventilkolbens 144 zusammen. Wenn der Ventilkolben 144 in
der einen äußersten
Position an dem der Öffnung 154 nächstliegenden
Ende des Zylinders 138 ist, ist der ringförmige Einlassdurchgang 146 in
Verbindung mit der Öffnung 156.
Gleichzeitig ist der axiale Durchgang 150 in Verbindung
mit den Öffnungen 158 und 160.
Mit dem Ventilkolben 144 in der anderen äußersten
Position an dem der Öffnung 160 nächstliegenden
Ende des Zylinders 138 ist der ringförmige Einlassdurchgang 146 dann
mit der Öffnung 158 verbunden
und der axiale Durchgang 148 ist dann mit den Öffnungen 154 und 156 verbunden.
-
Um Druckluft zu den sowohl mit den
Membranen 86 als auch mit dem Leistungsverstärkerkolben 124 verbundenen
Luftkammern zu verteilen und Luft von diesen abzuführen, ist
ein Verteilerrohr, das insgesamt mit 162 bezeichnet ist, zwischen
dem Ventilzylinder 138 und der Mittelabschnittsanordnung 104 positioniert.
Das Verteilerrohr 162 weist Öffnungen 164, 166, 168 und 170 an
dessen oberen Fläche auf.
Diese Öffnungen
passen mit jeweiligen Öffnungen 154 bis 160 in
dem Ventilzylinder 138 zusammen. Ein Auslassdurchgang 172 erstreckt
sich teilweise durch den Körper
des Verteilerrohres 162 hindurch. Die Öffnungen 164 und 170 erstrecken
sich zu diesem Auslassdurchgang 172, welcher in die Atmosphäre austritt. Öffnungen 166 und 168 erstrecken
sich zu Verteilungsdurchgängen 174 bzw. 176. Diese
Verteilungsdurchgänge 174 und 176 erstrecken
sich jeweils zu dicht einander gegenüberliegenden Enden des Verteilerrohres 162.
Der Durchgang 174 tritt aus der Unterseite des Verteilerrohres 162 durch Öffnungen 178 und 180 hindurch
aus. Gleichfalls erstreckt sich der Verteilungsdurchgang 176 zu Öffnungen 182 und 184.
Die Öffnungen 178 und 182 kuppeln
mit Rohren 84, die zu den Luftkammergehäusen 82 führen. Die Öffnungen 180 und 184 sind mit
Rohren 186 gekuppelt, welche sich zu der Mittelabschnittsanordnung 104 an
jeder Seite des Leistungsverstärkerkolbens 124 erstrecken.
Eine Öffnung 187 in
dem zylindrischen Gehäuse 108 nimmt ein
Anschlussstück 188 auf,
das mit einem der Rohre 186 verbunden ist.
-
Zwei Druckbegrenzungsventile, die
insgesamt mit 189 bezeichnet sind, stehen mit jeder Seite der Mittelabschnittsanordnung 104 in
Gewindelöchern 190 in
Eingriff. Betätigungseinrichtungen 191 erstrecken
sich von den Druckbegrenzungsventilen 189 von jeder Seite
zu dem Leistungsverstärkerkolben 124 hin.
Das Maß,
in welchem sich die Betätigungseinrichtungen 191 in
den Bewegungspfad des Leistungsverstärkerkolbens 124 hinein
erstrecken, schafft voreingestellte Grenzen für den Kolbenhub. Einstellungen
können
durch Drehen des Druckbegrenzungsventils 189 innerhalb
der in der Mittelabschnittsanordnung 104 vorgesehenen Löcher 190 durchgeführt werden.
-
Eines der Druckbegrenzungsventile 189 ist in 15 dargestellt. Das Ventil 189 weist
einen ersten Ventilkörperabschnitt 192 und
einen zweiten Ventilkörperabschnitt 194 auf.
Der erste Ventilkörperabschnitt 192 weist
einen Gewindebolzen 196 für eine Schraubverbindung mit
der Mittelabschnittsanordnung 104. Der erste Ventilkörperabschnitt 192 weist auch
einen Ventilsitz 198 mit einer Mittelkammer 200 zum
Aufnehmen der Betätigungseinrichtung 191.
Die Mittelkammer 200 erstreckt sich sowohl durch den Ventilsitz 198 als
auch durch den Gewindebolzen 196 hindurch, um zu ermöglichen,
dass sich die Betätigungseinrichtung 191 von
dem Ende dieses Gewindebolzens 196 für den Eingriff mit dem Leistungsverstärkerkolben 124 erstreckt.
Entlüftungsdurchgänge 202 sind
in dem Ventilsitz 198 zum Entlüften zu der Atmosphäre hin angeordnet.
Ein Befestigungsflansch 204 erstreckt sich von dem Ventilsitz 198 nach
außen.
Mittels des Befestigungsflansches 204 kann der erste Ventilkörperabschnitt 192 an
dem zweiten Ventilkörperabschnitt 194 befestigt
werden. Der zweite Ventilkörperabschnitt 194 stellt
eine Kammer 206 bereit, in welcher sich die Betätigungseinrichtung 191 bewegen
kann. Ein Gewindeloch 208, durch welches hindurch Druck
zu der Kammer 206 geführt
werden kann, ist durch den zweiten Ventilkörperabschnitt 194 hindurch
zu der Betätigungseinrichtung 191 versetzt
angeordnet. Eine Schraubenfeder 210 spannt die Betätigungseinrichtung 191 derart vor,
dass sich der vorstehende Abschnitt von dem Gewindebolzen 196 nach
außen
erstreckt und sich ein Dichtungsflansch 212 über die
Entlüftungsdurchgänge 202 erstreckt.
Der erste Ventilkörperabschnitt 192 stellt
einen Kanal für
einen O-Ring 214 bereit, mit welchem der Außenumfang
des Dichtungsflansches 212 der Betätigungseinrichtung 191 zusammenwirkt.
-
Ein zweites Druckbegrenzungsventil,
das insgesamt mit 230 bezeichnet ist, ist in den 21 bis 23 dargestellt.
Dieselben Bezugszeichen, wie sie auf das in 15 dargestellte Druckbegrenzungsventil
bezogen sind, werden angewendet, wo es passend ist. Zwei der Druckbegrenzungsventile 230 würden an
jeder Seite der Mittelabschnittsanordnung 104 in den Gewindelöchern 190 entsprechend
verwendet.
-
Das Druckbegrenzungsventil 230 weist
einen Ventilkörper 232 auf,
der von einer Ventilführung 234 und
einer Ventilkammer 236 montiert ist. Die Ventilführung 234 weist
einen radial sich erstreckenden Flansch 238 auf, um mit
dem Umfang der Ventilkammer 236 zur Befestigung unter Verwendung
von Maschinenschrauben 240 zusammenzutreffen. Die Ventilführung 234 ist
um den Umfang des Körpers 242 herum
für die
Montage mit den Gewindelöchern 190 mit
Gewinde versehen. Die Ventilführung 234 weist
eine Führungsbahn 244 auf,
welche passend zylindrisch ist. Die Führungsbahn 244 ist
an dem einen Ende verengt und weist eine Zugangsöffnung 246 durch dieses
verengte Ende hindurch auf. Die Ventilkammer 236 definiert
eine Kammer 248, welche auch passend zylindrisch sein kann
und welche diametral größer als
die Führungsbahn 244 ist.
Die Führungsbahn 244 erstreckt
sich zu der Kammer
248. Die Ventilkammer 236 weist
ein Gewindeloch 208 auf, durch welches hindurch Druck von
dem Ventilzylinder 132 geführt werden kann.
-
Eine ringförmige Kammer 250 ist
zwischen der Ventilführung 234 und
der Ventilkammer 236 definiert. Die Kammer 250 nimmt
einen O-Ring 252 auf, welcher von der Fläche der
Ventilführung 234 vorstehen
kann, welche der Kammer 248 zugewandt ist. Diese Fläche zusammen
mit dem O-Ring 252 definieren einen Ventilsitz von der
Führungsbahn
nach außen.
Entlüftungsdurchgänge 202 erstrecken
sich auch durch die der Kammer 248 zugewandte Wand hindurch,
um einen Auslass zu schaffen. Die Entlüftungsdurchgänge 202 sind
von dem O-Ring 252 nach innen liegend. Ein Flusspfad ist in dem
Druckbegrenzungsventil von der Öffnung 208 durch
die Kammer 248 hindurch quer über dem O-Ring 252,
der den Ventilsitz definiert, und von den Entlüftungsdurchgängen 202 definiert.
-
Eine Betätigungseinrichtung 254 ist
innerhalb der Führungsbahn 244 gegen
das verengte Ende positioniert. Die Betätigungseinrichtung 254 ist innerhalb
der Führungsbahn 244 derart
montiert, dass sie innerhalb der Führungsbahn gleiten kann. Ein
Betätigungsbolzen 256 erstreckt
sich durch die Zugangsöffnung 246 hindurch.
Eine O-Ring-Dichtung 258, die von einem Sprengring 260 gehalten wird,
schafft eine Abdichtung um den Betätigungsbolzen 256 herum.
Der Betätigungsbolzen 26,
wie er bei der vorliegenden Ausführungsform
verwendet wird, ist dafür
bestimmt, sich in den Pfad der Bewegung des Kolbenkörpers 128 hinein
zu erstrecken. Um die Langlebigkeit der Pumpe sicherzustellen, ist
die Betätigungseinrichtung
eingestellt, um mit dem Pfad der Bewegung des Kolbenkörpers 128 in
einem größeren Maße, als
für den
Grenzbetrieb erforderlich ist, in gegenseitige Beeinflussung zu
gelangen. Dies passt Verschleiß und
Unregelmäßigkeiten
an.
-
Ein Ventilelement, das insgesamt
mit 262 bezeichnet wird, ist auch innerhalb des Ventilkörpers 232 angeordnet.
Das Ventilelement 262 ist der Führungsbahn 244 zugewandt
und weist einen zylindrischen Körper 264 auf,
der sich verschiebbar in die Führungsbahn 244 hinein
erstreckt. Eine Scheibe 266 erstreckt sich radial von dem
zylindrischen Körper 264 und
weist eine erste Fläche,
die der Kammer 248 zugewandt ist, und eine zweite Fläche auf,
die dem Ventilsitz zugewandt ist, um gegen den O-Ring 252 abzudichten.
Die Scheibe 266 ist innerhalb der Kammer 248,
um Druck auf die erste Fläche
aufzunehmen. Die Scheibe 266 ist gezeigt, wie sie von der Innenwand
der Kammer 248 versetzt ist. Dies reduziert Abnutzung und
gegenseitige Beeinflussung und ermöglicht, dass Luft frei um den
Außenumfang
der Scheibe herum tritt.
-
Sowohl die Betätigungseinrichtung 254 als auch
das Ventilelement 262 weisen zylindrische Federsitze 268 bzw. 270 auf.
Diese Sitze 268 und 270 sind offene Kammern, die
einander zugewandt sind, um eine Druckfeder 272 aufzunehmen.
Die Ränder 274 und 276,
die um die Federsitze 268 bzw. 270 herum liegen,
dienen als Anschläge,
um eine stabile Druckverbindung zwischen der Betätigungseinrichtung 254 und
dem Ventilelement 262 auf den Druck der Druckfeder 272 zu
definieren.
-
Die Druckfeder 272 ist als
ein zylindrischer Block aus Material gezeigt, welches hohl und an
dem einen Ende geschlossen ist. Es wurde erkannt, dass ein elastomeres
Material, das unter der Marke HYTREL® von DuPont verkauft wird, gut
bei dieser Anwendung funktioniert. Der Block 272 kann aus
einer breiten Vielfalt von Konfigurationen ausgewählt werden.
Die wie dargestellte Konfiguration bietet etwas Abdichtungsfähigkeit
zu der Kammer, die zwischen den Federsitzen 268 und 270 definiert
ist.
-
Eine Rückzugfeder, die insgesamt mit 278 bezeichnet
ist, ist innerhalb der Kammer 248 zwischen dem Ventilkörper 232 und
der Scheibe 266 des Ventilelements 262 angeordnet.
Diese Rückzugfeder 278 ist
in den 22 und 23 ihrem entspannten Zustand
gezeigt. Ein Bolzen 280, der an dem Ventilelement 262 liegt,
wirkt mit einem Loch 282 in der Mitte der Rückzugfeder 278 zusammen,
um die Platzierung sicherzustellen. Die Feder 278 ist auch
vorzugsweise aus einem elastomeren Material, wie HYTREL®, und ist
innerhalb der Kammer 248 in einer Domform angeordnet. Die
Rückzugfeder 278 weist einen
Mittelkörper 284 um
das Loch 282 herum und Beine 286 auf, welche sich
beide radial erstrecken und, wenn sie innerhalb der Kammer 248 sind,
axial gekrümmt
sind. Räume
zwischen den Beinen 286 ermöglichen den Fluss von dem Gewindeloch 208 zu dem
Ventilsitz. Wegen der abgeflachten Domform ist die Federkonstante
durch die zu erwartende Bewegung des Ventilelements 262 relativ
gering. Dies schafft eine relativ vorhersehbare Rückzugkraft
ungeachtet der Fertigungstoleranzen und dergleichen. Die Federkonstante
steigt dann im Wesentlichen über
diesen Bereich der Bewegung hinaus. Die Rückzugfeder 278 ist
auch vorgespannt, um eine Vorspannung des Ventilelements 262 gegen
den O-Ring 252 zu der Sitzfläche
hin zu bilden.
-
In Ruhelage sitzt bei dem Druckbegrenzungsventil 230 wegen
dem Vorspanndruck an der Rückzugfeder 278 das
Ventilelement 262 auf dem O-Ring 252. Die Druckfeder 272 kann
eine Vorspannung aufweisen oder nicht. Jedoch ist jegliche Vorspannung
passend im Wesentlichen kleiner als die Vorspannung an der Rückzugfeder 278,
so dass die Druckkraft der Rückzugfeder 278 dominiert.
Die Betätigungseinrichtung 254 erstreckt
sich auch zu dem verengten Ende der Führungsbahn 244 mit
deren Bewegungsbegrenzung hin.
-
Beim Betrieb wird Druck von dem Loch 208 in
der Kammer 248 aufgenommen. Wenn die Scheibe 266 an
dem O-Ring 252 liegt, kann kein Druck aus der Vorrichtung
entweichen. Wenn der Betätigungsbolzen 256 in
den Ventilkörper 232 hinein
gedrückt wird,
wird diese Bewegung durch den auf die Scheibe 266 an der
der Kammer zugewandten Seite ausgeübten Druck innerhalb der Kammer 248 abgefangen. Sie
wird auch von der Rückzugfeder 278 abgefangen.
Eine typische Pumpenanwendung würde
Betriebsluft mit einer quer über
die Scheibe 266 ausgeübten
Kraft von etwa 100 lbs verwenden. Die Rückzugfeder 278 hat
vorzugsweise eine Vorkompression mit einer Kraft von etwa 35 lbs.
-
Die mit dem Eindrücken des Betätigungsbolzens 256 verbundene
Kraft wird über
die Druckfeder 272 auf den Ventilkörper 262 übertragen.
Die Druckfeder ist vorzugsweise gestaltet, um ein Maximum einer
Kraft von etwa 80 lbs. zu erreichen, wenn die Ränder 274 und 276 in
Eingriff stehen. Die Kraft von 80 lbs. bleibt als unpassend zu der
kombinierten Druckkraft von etwa 100 lbs. und der Rückzugfederkraft
von etwa 35 lbs. Jedoch steigt, sobald eine stabile Verbindung zwischen
der Betätigungseinrichtung 254 und
dem Ventilelement 262 gebildet wird, die Kraft im Wesentlichen
sofort über
den kombinierten Druck und die Rückzugfederkräfte an.
Die Scheibe 266 bewegt sich dann von dem O-Ring 252 des
Ventilsitzes.
-
Wenn Druck innerhalb der Kammer 248 abfällt und
an der zweiten Seite der Scheibe 266 ansteigt, herrscht
die Druckkraft der Druckfeder 272 vor. Die in dieser Feder
gespeicherte Energie kann daher das Ventilelement 262 weiter
offen antreiben. Wenn sich die Druckkraft der Druckfeder 272 mit
der Expansion der Feder reduziert, gelangt sie in Gleichgewicht
mit der Rückzugfeder 278 und
bleibt da, bis ermöglicht
wird, dass sich der Betätigungsbolzen 256 von
dem Ventilkörper 232 erstreckt.
Die Vorspannkraft der Rückzugfeder 278 ist
dann vorherrschend, wenn die Kraft von der Druckfeder 272 auf
Null abfällt.
Das Ventilelement 262 kann dann in eine geschlossene Stellung
zurückkehren.
Die Bereiche der so wirkenden Druckkraft sehen vor, dass die Rückzugfeder 278 eine
größere minimale
Druckkraft als die Druckfeder 272 hat und die Druckfeder 272 eine größere maximale
Druckkraft als die Rückzugfeder 278 hat.
-
Von jedem der Löcher 208 der Druckbegrenzungsventile 189 oder 230 erstrecken
sich Winkelstücke 216.
Die Winkelstücke
sind mit flexiblen Rohren 218 gekuppelt, welche sich zu
dem Verteilerrohr 162 erstrecken. Winkelstücke 220 sind
in das Verteilerrohr 162 an zwei Durchgängen 222 hineingeschraubt.
Die Durchgänge 222 sind
um 90 Grad verdreht, um auf den Ventilzylinder 139 der
Ventilanordnung zu treffen. Öffnungen 224 erstrecken
sich durch die Wand des Zylinders hindurch auf Ringnuten 226. Daher
wirken Ventilsteuerdurchgänge,
die die Rohre 218, die Durchgänge 222 und die Öffnungen 224 umfassen,
mit den Druckbegrenzungsventilen 189 oder 230 zusammen,
um die Enden des Ventilzylinders 138 zu entlüften, wenn
die Betätigungseinrichtung 191 durch
den Leistungsverstärkerkolben 124 von dem
Ventilsitz 198 weggedrückt
wird.
-
Dem Betrieb der Doppelmembranpumpe
zugewandt, soll dieser aus der Ruhelage beschrieben werden. Ohne
Druck auf die Pumpe fällt
der Ventilkolben 144 auf das untere Ende des Ventilzylinders 132, welches
vorzugsweise mit der Achse des Ventilzylinders 132 in vertikaler
Ausrichtung angeordnet ist. Druck wird durch den Filter 134 hindurch
und in den Einlassdurchgang 136 hinein geführt. Der
ringförmige
Einlassdurchgang 146 an dem Ventilkolben 144 fördert die
Druckluft zu der Öffnung 158.
Sie tritt dann in das Verteilerrohr 162 hinein durch die Öffnung 168 hindurch
zu dem Verteilungsdurchgang 176. Von der Öffnung 182 wird
der Druck über
ein Rohr 84 in eines der Luftkammergehäuse 82 hinein gefördert. Die Druckluft,
die zu der Luftkammer 83 geführt wird, gibt eine Kraft an
die Membran 86. Druck wird auch über die Öffnung 184 durch das
Rohr 186 hindurch zu der einen Seite des Leistungsverstärkerkolbens 124 gefördert. Die
druckbeaufschlagten Arbeitsflächen
sowohl der Membran 86 als auch des Leistungsverstärkerkolbens 124 sind
in dieselbe Richtung gerichtet. Mit dem Druck, der in einer der
Luftkammern und an eine entsprechende Seite des Leistungsverstärkerkolbens
gesammelt wird, bewegen sich die Membrankolben 88 und die
Steuerwelle 116, um eine der Pumpenkammern 24 zusammenzudrücken und
die andere zu expandieren. Die entsprechenden Rückschlagventile öffnen, um
wechselweise Material aus den Pumpenkammern 26 herauszustoßen und
Material in diese hineinzuziehen.
-
Während
des Hubes der Steuerwelle 116 sind die Druckbegrenzungsventile 189 oder 230 geschlossen.
Der Ventilkolben 144 sitzt locker in dem Ventilzylinder 138.
Demzufolge drückt
die durch den Einlassdurchgang 136 hindurch tretende Druckluft vollständig die
Enden des Ventilkolbens an. Der unterschiedliche Druck diametral über dem
Ventilkolben 144 von dem Einlassdurchgang 136 zu
der Öffnung 158 zieht
den Ventilkolben 144 gegen die Öffnungen 154, 156, 158 und 160.
Außerdem
ist der Auslassdurchgang 172 zu den Öffnungen 154 und 160 offen, was
den Ventilkolben 144 weiter gegen diese Öffnungen
zieht. Der axiale Durchgang 148 kuppelt die Öffnungen 154 und 156 derart,
dass, wenn die eine Seite des Leistungsverstärkerkolbens 124 druckbeaufschlagt
wird, die andere entlüftet
wird. Gleichzeitig wird, wenn die eine Luftkammer druckbeaufschlagt wird,
die andere entlüftet.
-
Sobald der Leistungsverstärkerkolben 124 eine
der Betätigungsvorrichtungen 191 oder
Betätigungsbolzen 256 erreicht,
wird das obere Ende des Ventilzylinders 138 über einen
Ventilsteuerdurchgang entlüftet.
Wenn dies auftritt, besteht eine vorübergehend ungleiche Verteilung
von Kräften
axial auf den Ventilkolben 144. Da der Ventilkolben 144 Abstandshalter 228 an
jedem Ende hat, ist ein geringes Volumen an Luft vorhanden, selbst
wenn der Ventilkolben 144 fest an dem einen Ende des Ventilzylinders 138 anliegt.
Dies bewirkt, dass der Kolben zu dem oberen Ende des Ventilzylinders 138 unter
Umkehrung des Druckeinlassens und Druckauslassens verschoben wird.
Gleichzeitig bewegt sich die Steuerwelle 116 durch die
Umkehr von Druck und Entlüftung
in die entgegengesetzte Richtung. In dieser Weise läuft jeder
Zyklus ab, um eine Schwingung der Steuerwelle 116 und aller
damit verbundenen Bauteile zu erzeugen, um wechselweise von jeder
Pumpenkammer 26 zu pumpen.
-
Die Membrankolben 88, die
Membranen 86 und der Leistungsverstärkerkolben 124 wirken
daher zusammen, um einen verstärkten
Druck an jede Pumpenkammer 26 bereitzustellen. Mit dem
Flächenbereich
des Leistungsverstärkerkolbens
bei etwa dem doppelten aktiven Bereich jedes Membrankolbens 88 und
der Membran 86 zusammen kann die resultierende Verstärkung dreimal
die der mit Druck auf die Membran 86 und den Membrankolben 88 allein
aufgetretenen sein. Gleichzeitig sind beide Pumpenkammern 26 der
Doppelmembranpumpe in der Lage, beim Pumpen mit jeder Umkehr der
Steuerwelle 116 verwendet zu werden, woraus sowohl ein
Ansaughub an der einen Seite als auch ein Leistungshub an der anderen
resultiert. Durch die Gestaltung des Verteilerrohres 162 tritt
keine erhöhte
Komplikation mit der Steuerung und der Druckventilation auf.