EP0480192A1 - Doppel-Membranpumpe - Google Patents

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EP0480192A1
EP0480192A1 EP19910115450 EP91115450A EP0480192A1 EP 0480192 A1 EP0480192 A1 EP 0480192A1 EP 19910115450 EP19910115450 EP 19910115450 EP 91115450 A EP91115450 A EP 91115450A EP 0480192 A1 EP0480192 A1 EP 0480192A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
control slide
actuating element
magnets
diaphragm pump
double diaphragm
Prior art date
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Granted
Application number
EP19910115450
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English (en)
French (fr)
Other versions
EP0480192B1 (de
Inventor
Dirk Budde
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
PSG Germany GmbH
Original Assignee
Almatec Technische Innovationen GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Almatec Technische Innovationen GmbH filed Critical Almatec Technische Innovationen GmbH
Publication of EP0480192A1 publication Critical patent/EP0480192A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0480192B1 publication Critical patent/EP0480192B1/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B43/00—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members
    • F04B43/02—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having plate-like flexible members, e.g. diaphragms
    • F04B43/06—Pumps having fluid drive
    • F04B43/073—Pumps having fluid drive the actuating fluid being controlled by at least one valve
    • F04B43/0736—Pumps having fluid drive the actuating fluid being controlled by at least one valve with two or more pumping chambers in parallel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L25/00—Drive, or adjustment during the operation, or distribution or expansion valves by non-mechanical means
    • F01L25/08—Drive, or adjustment during the operation, or distribution or expansion valves by non-mechanical means by electric or magnetic means
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T137/00—Fluid handling
    • Y10T137/8593—Systems
    • Y10T137/86493—Multi-way valve unit
    • Y10T137/86574—Supply and exhaust
    • Y10T137/86622—Motor-operated

Definitions

  • the invention relates to a double diaphragm pump with diaphragms connected by a coupling rod and dividing two diaphragm chambers, a control slide which can be displaced as a function of the diaphragms and an actuating element which is dependent on the diaphragm movement.
  • the actuating element consists of an axially displaceable actuating rod, which protrudes from the control slide housing and is arranged coaxially in the control slide.
  • This actuating rod acts in both directions via a compression spring on the control slide, which is held in its end positions by spring-loaded detent balls until the force of the spring arranged coaxially on the actuating rod exceeds the detent force.
  • the control slide driven by spring force, moves into the opposite control position and reverses the diaphragm movement. In this way, the control slide is moved back and forth between two stable end positions.
  • control slide Since the movement of the control slide is mechanically controlled by the membranes rigidly connected to one another via a coupling rod, and a snap device moves the control slide between its two end positions by utilizing potential spring energy, the disadvantage arises that the control slide has a very low pump output tends to get caught in an intermediate position and with very high pump output due to fluttering in the spring mechanism, no exact valve control is possible. Furthermore, a large number of moving individual parts are required which slide on one another and therefore require appropriate lubrication.
  • the spring on the operating rod is heavily loaded and usually has to be made of stainless steel. Nevertheless, it has a limited service life, so that there is a relatively high repair effort. In addition, the assembly effort is relatively high.
  • This design has the disadvantage that a large number of sealing surfaces with corresponding friction and leakage losses are required, and that there is also a risk of a non-functioning central position, which can lead to a standstill.
  • a minimum pressure of the propellant is also required to switch the control slide, so that operation with pressures below 2 bar is not possible, particularly in the case of small double diaphragm pumps.
  • it is necessary to make a compromise between low pressure medium losses, but the associated stiffness or, conversely, ease of movement and the associated pressure medium losses.
  • This double diaphragm pump also places high demands on manufacturing accuracy, requires a large amount of assembly work due to the large number of individual parts, and has to be predominantly made of metal.
  • the invention has for its object to provide a double diaphragm pump, which consists of a few parts, does not result in significant internal frictional forces, can be operated easily from low power to maximum performance and causes the lowest possible pressure medium losses.
  • the actuating element can be coupled to the control slide by mutually repelling single-pole magnets. Likewise, the actuating element can also be coupled to the control slide by means of oppositely polarized magnets or a magnet and a ferromagnetic part, which attract each other.
  • one magnet or ferromagnetic part can be arranged on each membrane and at least one magnet or ferromagnetic part can be arranged in the control slide.
  • At least one magnet is arranged on the actuating element and one on the control slide so that, in the opposite end positions, the same poles face each other and repel each other.
  • the magnets can advantageously be designed as ring magnets.
  • Permanent magnets are preferably used which are strong enough to exert the actuating forces and which do not require any connection to the outside.
  • the actuating element can consist of a rod arranged coaxially in the control slide hen.
  • This rod can be the coupling rod itself or can consist of an axially displaceable actuating rod which extends from the control slide and extends parallel to the coupling rod.
  • two magnets can be arranged at a distance from one another on the actuating element and in the control slide with mutually facing poles of the same name if the facing poles of the same name on the actuating element and in the control slide are polarized in the same way.
  • This tandem arrangement of the magnet pairs results in a precise, load-independent switching point with double switching force and stable end positions of the control slide, based on an axial magnetization direction.
  • This version is particularly suitable for relatively small reversing valves. However, if there is more space for larger magnets, radial magnetization is possible. this is cheaper since the actuating forces are greater in this case.
  • the outer surfaces of the magnets on the actuating element have the same polarity as the inner surfaces of the magnets in the control slide.
  • the double diaphragm pump according to the invention can be produced particularly easily if the distances between the magnets on the actuating element and in the control slide are the same and are dimensioned with respect to their distances from housing stops such that the actuating element and the control slide strike against opposite housing stops and when the actuating element is actuated according to a predetermined one Reverse the actuation path in the opposite position.
  • the switching forces at the closest approximation can be significantly increased if three magnets are arranged at a distance from each other on the actuating element and in the control slide with poles of the same name facing each other and the poles facing each other in the end positions on the actuating element and in the control slide are each of the same name.
  • the distances between the magnets on the actuating element and in the control slide can be the same.
  • the magnets can be arranged such that the actuating element and the control slide abut opposite housing attachments and two pairs of magnets each lie in a plane perpendicular to the axis of the actuating element, so that when the actuating element is actuated in a predetermined actuation path jump around the opposite end position in opposite directions.
  • This arrangement there is a better distribution of force over the entire switching path of the control slide and a power reserve even when the drive air is contaminated.
  • the attractive interaction of the central magnets on the actuating element and in the control slide with external magnets in the end positions results in a very stable, vibration-proof end position of the control slide and the actuating element.
  • Three radially magnetized magnets can also be arranged at a distance from one another on the actuating element and in the control slide.
  • the outer magnets are polarized in the same way and face each other with the same poles, while the middle magnets are polarized in opposite directions but also face each other with the same poles.
  • adjacent magnets on the actuating element and in the control slide are then polarized in opposite directions and attract each other, while the magnets on the actuating element and in the control slide, which are opposite each other, repel each other.
  • poles of the same name face each other with each magnet pair, so that in this position the actuating element and the control slide suddenly change over to the opposite end position.
  • the ring-shaped permanent magnets arranged on the actuating rod moved by the diaphragms pass under the ring-shaped permanent magnets arranged in the concentric control slide and repel them after exceeding the point of greatest proximity in the opposite direction, so that the control slide moves suddenly into its opposite working position.
  • the control spool and the actuating rod each require only two moving sealing surfaces and only one closely tolerated counter surface for the control spool. Friction only occurs on these four sealing surfaces. Apart from the control spool and the operating rod, there are no moving parts; in addition, there is no friction between the actuating rod and the control slide, since these slide into one another without contact. Furthermore, there are no pressure medium losses and no pressure medium profile as in a control slide controlled by a pilot valve, and the changeover force has a constant variable that is independent of the pressure of the pressure medium.
  • a pressure down to 0.3 bar is sufficient to operate the double diaphragm pump if the pressure medium consists of compressed air.
  • the double diaphragm pump starts very easily and has a significantly higher efficiency than pilot valve controlled double diaphragm pumps, especially in the important part-load range.
  • the double diaphragm pump according to the invention is also less susceptible to contamination, can work without lubrication and fatigue and accordingly has reduced wear.
  • control slide and the actuating rod can be produced in a particularly simple manner if they consist of plastic and the magnets and other metal parts are encapsulated with plastic. This manufacturing method requires practically no post-processing.
  • the control spool housing can also be manufactured as a plastic injection molded part. so that the double diaphragm pump according to the invention consists in its essential, in particular the moving parts, of plastic and is metal-free in this respect, which is particularly important for use in the semiconductor industry.
  • a control slide housing 1 with control channels 2, 3, 4, 5, 6 is shown in FIG. 1 by a double diaphragm pump. These control channels lead into a reversing block 9.
  • the control channel 2 is connected to a pressure source, the control channel 3 with a propellant chamber, not shown, the control channel 5 with the other propellant chamber, not shown, the control channel 4 with a propellant outlet and the control channel 6 also with a propellant outlet . Compressed air is usually used as the blowing agent.
  • the control channels 2, 3, 4, 5, 6 are sealed to one another and to the outside by means of O-ring seals and fixed in the reversing block 9 by means of snap rings 8. Furthermore, there are 1 further O-ring in the lid areas of the control slide housing, which acts as a damping element for the reciprocating control slide 12.
  • the O-rings 10 and the end faces 21 each form stop faces.
  • a control slide 12 is arranged axially displaceably in the housing 1. Radially projecting closure members 13 with sliding seals 14 are arranged in the end regions of the control slide 12.
  • control slide 12 In the position shown in FIG. 1, there is a connection to the pressure medium supply via the channels 5, 2 for one propellant chamber and a connection to a pressure medium relief via the channels 3, 4 for the other propellant chamber. If the control slide 12 moves to the left, reversely acted upon or relieved of the propellant chambers.
  • the control slide 12 is made of plastic and has annular permanent magnets 15 which are encapsulated with plastic.
  • the ring magnets 15 are spaced from each other so that their poles of the same name are adjacent, for example north poles on the left and south poles on the right.
  • an actuating rod 16 with end pins 17 of smaller diameter is also axially displaceable and guided in a sealed manner by means of sliding seals 11.
  • the actuating rod 16 consists of a plastic injection molded part, in which ring magnets 18 are also embedded. These ring magnets 18 are arranged at the same distance as the ring magnets 15 and also face each other with poles of the same name, in the same way as the ring magnets 15, i.e. North poles on the left and south poles on the right.
  • the axial residual force in the end positions can be influenced by changing the axial distance between the two ring magnet pairs while maintaining the paths for the control slide and the actuating rod. If the distance is reduced, there is an attractive resulting force between the control slide and the actuating rod, and if the distance is enlarged, a repulsive force results. These can either be used to secure the end positions (repulsive) or as braking force for reversing (attractive).
  • the spool housing 1 with the spool 12 are constructed in the same way as in Fig. 1, so that the same reference numerals apply.
  • the coupling rod 22 serves here as an actuating rod. Accordingly, the control slide housing 1 and the control slide 12 are arranged coaxially to the coupling rod 22.
  • the coupling rod 22 is also made of plastic. Ring magnets 18 are accordingly encapsulated with plastic as in FIG. 1.
  • Overmolded sleeves 28 are arranged in the end regions of the coupling rod 22, which are used to fasten one membrane 25 each by means of an embedded membrane core 24.
  • the outer surfaces 26 of the control slide housing 1 form stop surfaces for inner surfaces 27 of the diaphragms 25; they therefore serve as a stroke limitation. If the left diaphragm 25 moves with the coupling rod 22 to the right, the control slide 12 remains in the position shown until the ring magnets 18 reach the area of the ring magnets 15. At this moment, the repulsive effect of the ring magnets 15 and 18 causes the control slide 12 to jump suddenly to the left. As already described, a reversal of movement is hereby initiated. The process is thus repeated at the end of the path of the coupling rod 22.
  • an opposite movement of the control slide 12 and the actuating rod 16 or the coupling rod 22 can be achieved by arranging a ring magnet in the control slide 12 and a ferromagnetic part in the actuating rod 16 or the coupling rod 22 reach.
  • a further ring magnet can be arranged in the actuating rod 16 or the coupling rod 22 if its polarity is opposite to that of the ring magnet in the control slide 12.
  • FIG. 3 corresponds to the embodiment of FIG. 1, but with radially magnetized inner and outer magnets.
  • This version is particularly suitable for larger control valves, since, based on the same magnetic mass, the actuating force is higher here than with axial magnetization.
  • the reversing of the control slide can also take place according to FIG. 4 by correspondingly strong axially acting end magnets 30 at the ends of the control slide 12, which interact directly with a ferromagnetic membrane core or membrane plate 25 and trigger the reversal when tightening a membrane.
  • the actuating rod is then also omitted.
  • the side wall of the spool housing is then as thin as possible.
  • the coupling rod 22 is also provided with two seals 29 on both sides of the control channel 2.
  • the course of the control channel 2 allows cooling of the coupling rod, which is preferably guided in a plastic block 9.
  • the distances between the magnets 15, 31 in the control slide 12 and the magnets 18, 32 on the actuating element 16, 17 are each the same.
  • the magnets 15, 31 are arranged with respect to their distances from the housing stops 10 so that the actuating element 16, 17 and the control slide 12 bear against opposite housing stops 10, two pairs of magnets 15, 32; 31, 18 lie in a plane perpendicular to the axis of the actuating element 16, 17 and, when the actuating element 16, 17 is actuated, jump in opposite directions into the opposite end position after a predetermined actuation path.
  • the magnets 15, 31; 18, 32 can also be radially magnetized, as shown in FIG. 3.
  • the middle magnets 31, 32 are polarized in opposite directions to the outer magnets 15, 18, so that in the end positions magnets 15, 32 and 31, 18 with opposite polarity lie opposite each other and thereby define a stable end position, while switching over in the middle position the magnets 15, 18, 31, 32 and again 15, 18 are opposite each other, poles of the same name face each other and cause an immediate change in the opposite end position.

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Abstract

Doppelmembranpumpe mit durch eine Koppelstange (22) miteinander verbundenen, zwei Membrankammern teilende Membranen, einem in Abhängigkeit von der Stellung der Membranen (24) verschiebbaren Steuerschieber (12) mit Verschlußorganen (13) zum abwechselnden Freigeben und Abdecken von in einem Steuerschiebergehäuse (1) angeordneten Steuerkanälen (2, 3, 4, 5, 6) zum abwechselnden Beaufschlagen und Entlasten einer Treibmittelkammer mit Treibmittel sowie einem mit der Membranbewegung sowie magnetisch mit dem Steuerschieber gekoppelten Betätigungselement (16, 17; 22, 28). <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Doppel-Membranpumpe mit durch eine Koppelstange miteinander verbundenen, zwei Membrankammern teilenden Membranen, einem in Abhängigkeit von den Membranen verschiebbaren Steuerschieber sowie einem von der Membranbewegung abhängigen Betätigungselement.
  • Eine derartige Doppelmembranpumpe ist in der deutschen Offenlegungsschrift 33 10 131 beschrieben. Bei dieser Doppelmembranpumpe besteht das Betätigungselement aus einer axial verschiebbaren, aus dem Steuerschiebegehäuse heraustragenden, koaxial im Steuerschieber angeordneten Betätigungsstange. Diese Betätigungsstange wirkt in beiden Richtungen über eine Druckfeder auf den Steuerschieber, der durch federbeaufschlagte Rastkugeln in seinen Endstellungen so lange festgehalten wird, bis die Kraft der koaxial auf der Betätigungsstange angeordneten Feder die Rastkraft übersteigt. Danach schnellt der Steuerschieber, durch Federkraft getrieben in die entgegengesetzte Steuerstellung und bewirkt das Umsteuern der Membranbewegung. Auf diese Weise wird der Steuerschieber zwischen zwei stabilen Endstellungen hin- und herbewegt.
  • Da die Bewegung des Steuerschiebers mechanisch von den starr über eine Koppelstange miteinander verbundenen Membranen gesteuert wird und im Wege einer Ausnutzung von potentieller Federenergie eine Schnappvorrichtung den Steuerschieber zwischen seinen beiden Endstellungen hin- und herbewegt, ergibt sich als Nachteil, daß der Steuerschieber bei sehr geringer Pumpenleistung zum Hängenbleiben in einer Zwischenstellung neigt und bei sehr hoher Pumpenleistung infolge Flatterns im Federmechanismus keine genaue Ventilsteuerung möglich ist. Des weiteren sind eine Vielzahl bewegter Einzelteile erforderlich, die aufeinander gleiten und daher eine entsprechende Schmierung erfordern. Die Feder auf der Betätigungsstange ist hoch belastet und muß in der Regel aus Edelstahl bestehen. Dennoch besitzt sie eine begrenzte Standzeit, so daß ein verhältnismäßig hoher Reparaturaufwand gegeben ist. Darüber hinaus ist auch der Montageaufwand verhältnismäßig hoch.
  • Diesen Nachteilen soll - gemäß der deutschen Offenlegungsschrift 33 10 131 - dadurch abgeholfen werden, daß die den Steuerschieber über die Feder direkt beaufschlagende Betätigungsstange durch ein Pilotventil ersetzt wird, das durch die Membranbewegung gesteuert, den als Kolben ausgebildeten Steuerschieber mit Druckmittel abwechselnd beaufschlagt, so daß für das Betätigen des Pilotventils nur geringe Kräfte erforderlich sind, während der Steuerschieber selber mittels des Druckmittels verschoben wird.
  • Dieser Ausführung haftet als Nachteil an, daß eine Vielzahl von Dichtflächen mit entsprechender Reibung und Leckverlusten erforderlich sind, und daß auch hier die Gefahr einer funktionslosen Mittelstellung besteht, die zum Stillstand führen kann. Zum Umschalten des Steuerschiebers ist zudem ein Mindestdruck des Treibmittels erforderlich, so daß insbesondere bei kleinen Doppelmembranpumpen ein Betrieb mit Drücken unter 2 bar nicht möglich ist. Bei dieser Ausführung ist es erforderlich, einen Kompromiß zwischen geringen Druckmittelverlusten, aber damit verbundener Schwergängigkeit oder umgekehrt Leichtgängigkeit und damit verbundenen Druckmittelverlusten einzugehen. Diese Doppelmembranpumpe stellt zudem hohe Anforderungen an die Fertigungsgenauigkeit, erfordert aufgrund der Vielzahl von Einzelteilen einen hohen Montageaufwand und muß überwiegend aus Metall bestehen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Doppelmembranpumpe zu schaffen, die aus wenigen Teilen besteht, keine bedeutenden inneren Reibungskräfte ergibt, sich problemlos von geringer Leistung bis zur Höchstleistung betreiben läßt und möglichst geringe Druckmittelverluste verursacht.
  • Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß bei einer Doppelmembranpumpe der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß das Betätigungselement oder die Membranen bzw. Membranteller magnetisch mit dem Steuerschieber gekoppelt sind. Diese Koppelung läßt sich berührungslos gestalten, so daß in diesem Bereich keine Reibung auftritt und keine Dichtflächen erforderlich sind, außer dort, wo das Betätigungselement in den Bereich der Membranen geführt ist.
  • Das Betätigungselement kann mit dem Steuerschieber durch sich gegenseitig abstoßende gleichpolige Magnete gekoppelt sein. Ebenso kann das Betätigungselement aber auch mit dem Steuerschieber durch entgegengesetzt gepolte Magnete oder einen Magneten und ein ferromagnetisches Teil, die sich gegenseitig anziehen, gekoppelt sein.
  • Des weiteren kann je ein Magnet oder ferromagnetisches Teil an je einer Membran und mindestens ein Magnet oder ein ferromagnetisches Teil im Steuerschieber angeordnet sein.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn am Betätigungselement und am Steuerschieber mindestens je ein Magnet so angeordnet ist, daß sich in den entgegengesetzten Endstellungen gleiche Pole gegenüberliegen und sich abstoßen.
  • Die Magnete können vorteilhafterweise als Ringmagnete ausgebildet sein.
  • Vorzugsweise werden Dauermagnete verwendet, die stark genug sind, um die Betätigungskräfte aufzubringen, und die keinerlei Verbindung nach außen bedürfen.
  • Das Betätigungselement kann aus einer in koaxial im Steuerschieber angeordneten Stange bestehen. Diese Stange kann die Koppelstange selbst sein oder aber aus einer axial verschiebbaren und abgedichtet aus dem Steuerschieber herausragenden, parallel zur Koppelstange verlaufenden Betätigungsstange bestehen.
  • Des weiteren können jeweils zwei Magnete mit Abstand voneinander auf dem Betätigungselement und im Steuerschieber mit einander zugekehrten ungleichnamigen Polen angeordnet sein, wenn die einander zugekehrten ungleichnamigen Pole auf dem Betätigungselement und im Steuerschieber jeweils gleich gepolt sind. Diese Tandemanordnung der Magnetpaare ergibt einen genauen, lastunabhängigen Schaltpunkt mit doppelter Umschaltkraft und stabilen Endlagen des Steuerschiebers, basierend auf einer axialen Magnetisierungsrichtung.
  • Diese Ausführung eignet sich insbesondere für relativ kleine Umsteuerventile. Ist jedoch mehr Platz für größere Magnete vorhanden und somit eine radiale Magnetisierung möglich. so ist dies günstiger, da die Betätigungskräfte in diesem Fall größer sind. Die Außenflächen der Magnete auf dem Betätigungselement sind gleich gepolt mit den Innenflächen der Magnete im Steuerschieber.
  • Die erfindungsgemäße Doppelmembranpumpe läßt sich besonders einfach herstellen, wenn die Abstände der Magnete auf dem Betätigungselement und im Steuerschieber gleich und bezüglich ihrer Abstände zu Gehäuseanschlägen so bemessen sind, daß das Betätigungselement und der Steuerschieber an entgegengesetzten Gehäuseanschlägen anschlagen sowie bei einem Betätigen des Betätigungselements nach einem vorgegebenen Betätigungsweg in die entgegengesetzte Stellung gegenläufig umspringen.
  • Die Umschaltkräfte im Punkte größter Näherung lassen sich wesentlich erhöhen, wenn jeweils drei Magnete mit Abstand voneinander auf dem Betätigungselement und im Steuerschieber mit einander zugekehrten gleichnamigen Polen angeordnet sind und die in den Endstellungen einander zugewandten Pole auf den Betätigungselement und im Steuerschieber jeweils ungleichnamig sind. Dabei können die Abstände der Magnete auf dem Betätigungselement und im Steuerschieber gleich sein. Bezüglich ihres Abstandes zu Gehäuseanschlägen können die Magnete so angeordnet sein, daß das Betätigungselement und der Steuerschieber an entgegengesetzten Gehäuseanachlägen anliegen und dabei jeweils zwei Magnetpaare in einer zur Achse des Betätigungselements senkrechten Ebene liegen, so daß sie bei einem Betätigen des Betätigungselements nach einem vorgegebenen Betätigungsweg in die entgegengesetzte Endlage gegenläufig umspringen. Mit dieser Anordnung ergibt sich eine bessere Kraftverteilung auf dem gesamten Schaltweg des Steuerschiebers und eine Kraftreserve auch bei verschmutzter Antriebsluft. Durch das anziehende Zusammenwirken der mittleren Magnete auf dem Betätigungselement und im Steuerschieber jeweils mit äußeren Magneten in den Endstellungen ergibt sich eine sehr stabile, erschütterungsfeste Endlage des Steuerschiebers und des Betätigungselements.
  • Es können auch jeweils drei radial magnetisierte Magnete mit Abstand voneinander auf dem Betätigungselement und im Steuerschieber angeordnet sein. In diesem Fall sind die äußeren Magnete jeweils gleich gepolt und mit gleichen Polen einander zugewandt, während die mittleren Magnete dazu entgegengesetzt gepolt aber auch mit gleichen Polen einander zugewandt sind. In den Endstellungen sind dann benachbarte Magnete auf dem Betätigungselement und im Steuerschieber jeweils entgegengesetzt gepolt und ziehen sich an, während sich die Magnete auf dem Betätigungselement und im Steuerschieber, die keinem entsprechenden Magneten gegenüberliegen, abstoßen. In der Mittelstellung, in der sich alle drei radial magnetisierte Magnetpaare gegenüberstehen, sind bei jedem Magnetpaar gleichnamige Pole einander zugewandt, so daß in dieser Position ein augenblickliches Umspringen des Betätigungselements und des Steuerschiebers in die jeweils entgegengesetzte Endlage eintritt.
  • Die auf der von den Membranen bewegten Betätigungsstange angeordneten ringförmigen Dauermagnete unterfahren die im konzentrischen Steuerschieber angeordneten, ebenfalls ringförmigen Dauermagneten und stoßen diese nach Überschreiten des Punktes größter Näherung in die entgegengesetzte Richtung ab, so daß sich der Steuerschieber sprungartig in seine entgegengesetzte Arbeitsstellung bewegt. Der Steuerschieber und die Betätigungsstange benötigen jeweils nur zwei bewegte Dichtflächen und nur eine eng tolerierte Gegenlauffläche für den Steuerschieber. Reibung tritt somit nur noch an diesen vier Dichtflächen auf. Außer dem Steuerschieber und der Betätigungsstange gibt es keine bewegten Teile; außerdem gibt es zwischen der Betätigungsstange und dem Steuerschieber keine Reibung, da diese berührungslos ineinander gleiten. Des weiteren treten keine Druckmittelverluste und kein Druckmittelverlauf wie bei einem durch ein Pilotventil angesteuerten Steuerschieber auf, und die Umschaltkraft besitzt eine konstante, vom Druck des Druckmittels unabhängige Größe.
  • Für den Betrieb der Doppelmembranpumpe genügt ein Druck bis herunter zu 0,3 bar, wenn das Druckmittel aus Druckluft besteht. Die Doppelmembranpumpe läuft sehr leicht an und weist einen gegenüber pilotventilgesteuerten Doppelmembranpumpen erheblich höheren Wirkungsgrad, insbesondere im wichtigen Teillastbereich auf.
  • Die erfindungsgemäße Doppelmembranpumpe ist zudem wenig anfällig gegen Verschmutzungen, kann schmierungs- und ermüdungsfrei arbeiten und weist dementsprechend einen verminderten Verschleiß auf.
  • Da den Endstellungen des Steuerschiebers stabile Endstellungen der Magnete entsprechen, ergibt sich beim Umschalten eine magnetische Endlagendämpfung mit einer entsprechenden Verminderung der Umschaltgeräusche.
  • Die Verwendung von sich gegenseitig absto- ßenden Dauermagneten gewährleistet eine absolut sichere Totpunktfreiheit und ein ständiges Selbstzentrieren des Steuerschiebers bei sehr geringen Radialkräften. Der Steuerschieber schwimmt sozusagen auf seinen beiden Dichtungen.
  • Der Steuerschieber und die Betätigungsstange lassen sich in besonders einfacher Weise herstellen, wenn sie aus Kunststoff bestehen und die Magnete sowie andere Metallteile mit Kunststoff umspritzt werden. Diese Herstellungsweise erfordert praktisch keine Nachbearbeitung. Auch das Steuerschiebergehäuse läßt sich als Kunststoff-Spritzgußteil fertigen. so daß die erfindungsgemäße Doppelmembranpumpe in ihren wesentlichen, insbesondere den bewegten Teilen aus Kunststoff besteht und insoweit metallfrei ist, was besonders wichtig für den Einsatz in der Halbleiterindustrie ist.
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele des näheren erläutert. In der Zeichnung zeigen:
    • Fig. 1 eine ausschnittsweise, schnittbildliche Darstellung einer Doppelmembranpumpe mit Koppelstange und Betätigungselement für den Steuerschieber,
    • Fig. 2 eine entsprechende ausschnittweise, schnittbildliche Darstellung mit einer Koppelstange als Betätigungselement,
    • Fig. 3 den Steuerschieber nach Fig. 1, jedoch mit anders magnetisierten Magneten,
    • Fig. 4 eine Ventilsteuerung mit Stirnmagneten am Steuerschieber,
    • Fig. 5 eine Doppelmembranpumpe entsprechend Fig. 1, jedoch mit je drei Magneten auf dem Betätigungselement und dem Steuerschieber.
  • Von einer Doppelmembranpumpe ist in Fig. 1 ein Steuerschiebergehäuse 1 mit Steuerkanälen 2, 3, 4, 5, 6 dargestellt. Diese Steuerkanäle führen in einen Umsteuerblock 9. Der Steuerkanal 2 ist mit einer Druckquelle verbunden, der Steuerkanal 3 mit einer nicht dargestellten Treibmittelkammer, der Steuerkanal 5 mit der anderen nicht dargestellten Treibmittelkammer, der Steuerkanal 4 mit einem Treibmittelauslaß und der Steuerkanal 6 ebenfalls mit einem Treibmittelauslaß. Als Treibmittel dient in der Regel Druckluft. Die Steuerkanäle 2, 3, 4, 5, 6 sind untereinander und nach außen mittels O-Ring-Dichtungen abgedichtet und im Umsteuerblock 9 mittels Sprengringen 8 festgelegt. Des weiteren befinden sich in Deckelbereichen des Steuerschiebergehäuses 1 weiterer O-Ring, der als Dämpfungselement für den hin- und hergehenden Steuerschieber 12 wirkt. Die O-Ringe 10 und die Stirnflächen 21 bilden jeweils Anschlagflächen.
  • Im Gehäuse 1 ist ein Steuerschieber 12 axial verschiebbar angeordnet. In den Endbereichen des Steuerschiebers 12 sind radial vorstehende Verschlußorgane 13 mit Gleitdichtungen 14 angeordnet.
  • In der in Fig. 1 dargestellten Stellung ergibt sich für die eine Treibmittelkammer eine Verbindung zur Druckmittelzufuhr über die Kanäle 5, 2 sowie für die andere Treibmittelkammer eine Verbindung zu einer Druckmittelentlastung über die Kanäle 3, 4. Bewegt sich der Steuerschieber 12 nach links, werden die Treibmittelkammern umgekehrt beaufschlagt bzw. entlastet. Der Steuerschieber 12 besteht aus Kunststoff und besitzt ringförmige Dauermagnete 15, die mit Kunststoff umspritzt sind. Die Ringmagnete 15 sind mit Abstand voneinander so angeordnet, daß ihre ungleichnamigen Pole benachbart sind, beispielsweise Nordpole links und Südpole rechts.
  • Im Steuerschiebergehäuse 1 ist des weiteren eine Betätigungsstange 16 mit Endzapfen 17 kleineren Durchmessers axial verschiebbar und mittels Gleitdichtungen 11 abgedichtet geführt. Absätze 19 an der Betätigungsstange 16 bilden in Verbindung mit entsprechenden Stirnflächen 20 im Deckelbereich des Steuerschiebergehäuses 1 Anschlagflächen für die Bewegung der Betätigungsstange 16.
  • Die Betätigungsstange 16 besteht aus einem Kunststoff-Spritzgußteil, in das ebenfalls Ringmagnete 18 eingebettet sind. Diese Ringmagnete 18 sind im selben Abstand wie die Ringmagnete 15 angeordnet und ebenfalls einander mit ungleichnamigen Polen zugekehrt, und zwar in gleicher Weise wie die Ringmagnete 15, d.h. Nordpole links und Südpole rechts.
  • In der dargestellten Lage ziehen sich alle Magnete gleichstark an. Dies hat zur Folge, daß der Steuerschieber 12 sich in einer stabilen Endlage befindet.
  • Durch Verändern des axialen Abstands der beiden Ringmagnetpaare unter Beibehaltung der Wege für den Steuerschieber sowie der Betätigungsstange läßt sich die axiale Restkraft in den Endlagen beeinflussen. Bei Verringerung des Abstandes ergibt sich eine anziehende resultierende Kraft zwischen Steuerschieber und Betätigungsstange und bei Vergrößerung eine abstoßende Kraft. Diese können entweder zur Sicherung der Endlagen (abstoßend) oder als Bremskraft für die Umsteuerung (anziehend) genutzt werden.
  • In der stabilen Endlage verbleiben der Steuerschieber 12 und die Betätigungsstange 16 so lange, bis die Betätigungsstange 16 nach rechts verschoben wird und die Ringmagnete 15, 18 zur Deckung kommen. Eine geringfügige Weiterbewegung der Betätigungsstange nach rechts genügt dann, um die gleichgerichteten Pole der Ringmagnete 15, 16 in der Weise zur Wirkung zu bringen, daß der Steuerschieber 12 schlagartig nach links und die Betätigungsstange 16 nach rechts schnellen, um in die entgegengesetzte stabile Endstellung zu gelangen.
  • Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel, sind das Steuerschiebergehäuse 1 mit dem Steuerschieber 12 in gleicher Weise aufgebaut wie nach Fig. 1, so daß insoweit dieselben Bezugsziffern gelten. Die Koppelstange 22 dient hier jedoch als Betätigungsstange. Dementsprechend sind das Steuerschiebergehäuse 1 und der Steuerschieber 12 koaxial zur Koppelstange 22 angeordnet. Die Koppelstange 22 besteht ebenfalls aus Kunststoff. Ringmagnete 18 sind dementsprechend wie nach Fig. 1 mit Kunststoff umspritzt.
  • In den Endbereichen der Koppelstange 22 sind umspritzte Hülsen 28 angeordnet, die zur Befestigung je einer Membrane 25 mittels eines eingelagerten Membrankerns 24 dienen. In diesem Fall bilden die Außenflächen 26 des Steuerschiebergehäuses 1 Anschlagflächen für Innenflächen 27 der Membranen 25; sie dienen somit als Hubbegrenzung. Bewegt sich die linke Membrane 25 mit der Koppelstange 22 nach rechts, so bleibt der Steuerschieber 12 so lange in der dargestellten Lage, bis die Ringmagnete 18 in den Bereich der Ringmagnete 15 gelangen. In diesem Moment bewirkt die abstoßende Wirkung der Ringmagnete 15 und 18, daß der Steuerschieber 12 schlagartig nach links springt. Hierdurch wird, wie bereits beschrieben eine Bewegungsumkehr eingeleitet. Somit wiederholt sich der Vorgang jeweils am Ende des Weges der Koppelstange 22.
  • Reicht ein berührungsloses Mitnehmen des Steuerschiebers 12 durch die Betätigungsstange 16 oder die Koppelstange 22 aus, läßt sich eine gegensinnige Bewegung des Steuerschiebers 12 und der Betätigungsstange 16 bzw. der Koppelstange 22 durch die Anordnung eines Ringmagneten im Steuerschieber 12 und eines ferromagnetischen Teils in der Betätigungsstange 16 bzw. der Koppelstange 22 erreichen. Ebenso kann ein weiterer Ringmagnet in der Betätigungsstange 16 oder der Koppelstange 22 angeordnet sein, wenn dessen Polarität zu der des Ringmagneten im Steuerschieber 12 entgegengesetzt gerichtet ist.
  • Der Steuerschieber gemäß Fig. 3 entspricht dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1, jedoch mit radial magnetisierten inneren und äußeren Magneten. Diese Version eignet sich besonders für größere Steuerventile, da, bezogen auf die gleich Magnetmasse, die Betätigungskraft hier höher als bei axialer Magnetisierung ist.
  • Die Umsteuerung des Steuerschiebers kann entsprechend Fig. 4 auch durch entsprechend starke axial wirkende Stirnmagnete 30 an den Enden des Steuerschiebers 12 geschehen, die mit einem ferromagnetischen Membrankern oder Membranteller 25 direkt zusammenwirken und die Umsteuerung bei Annäherung einer Membrane durch Anziehen auslösen. Hierbei entfällt dann auch noch die Betätigungsstange. Die Seitenwand des Steuerschiebergehäuses ist dann möglichst dünnwandig.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 4 ist zudem die Koppelstange 22 beiderseits des Steuerkanals 2 mit zwei Dichtungen 29 versehen. Der Verlauf des Steuerkanals 2 erlaubt dabei ein Kühlen der vorzugsweise in einem Kunststoffblock 9 geführten Koppelstange.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 5 sind jeweils drei Magnete 15, 31; 18, 32 mit Abstand voneinander auf dem Betätigungselement 16, 17 und im Steuerschieber 12 angeordnet. Die Magnete 15, 31 im Steuerschieber 12 und die Magnete 18, 32 auf dem Betätigungselement 16, 17 sind so angeordnet, daß gleichnamige Pole einander zugekehrt sind.
  • Die Abstände der Magnete 15, 31 im Steuerschieber 12 und der Magnete 18, 32 auf dem Betätigungselement 16, 17 sind jeweils gleich. Die Magnete 15, 31 sind bezüglich ihrer Abstände zu den Gehäuseanschlägen 10 so angeordnet, daß das Betätigungselement 16, 17 und der Steuerschieber 12 an entgegengesetzten Gehäuseanschlägen 10 anliegen, dabei jeweils zwei Magnetpaare 15, 32; 31, 18 in einer zur Achse des Betätigungselements 16, 17 senkrechten Ebene liegen und bei einem Betätigen des Betätigungselements 16, 17 nach einem vorgegebenen Betätigungsweg in die entgegengesetzte Endlage gegenläufig umspringen.
  • Die Magnete 15, 31; 18, 32 können auch radial magnetisiert sein, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. In diesem Fall sind die mittleren Magnete 31, 32 jeweils entgegengesetzt gepolt zu den äußeren Magneten 15, 18, so daß sich in den Endlagen jeweils entgegengesetzt gepolte Magnete 15, 32 und 31, 18 gegenüberliegen und dadurch eine stabile Endstellung definieren, während sich beim Umschalten in der mittleren Position die Magnete 15, 18, 31, 32 und nochmals 15, 18 gegenüberliegen, gleichnamige Pole einander zugekehrt sind und ein sofortiges Umspringen in die entgegengesetzte Endstellung bewirken.

Claims (19)

1. Doppelmembranpumpe mit durch eine Koppelstange mit einander verbundenen, zwei Membrankammern teilenden Membranen, einem in Abhängigkeit von den Membranen verschiebbaren Steuerschieber sowie einem von der Membranbewegung abhängigen Betätigungselement, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungselement (16, 17; 22, 28) magnetisch mit dem Steuerschieber (12) gekoppelt ist.
2. Doppelmembranpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungselement (16, 17; 22, 28) mit dem Steuerschieber (12) durch sich gegenseitig abstoßende, gleichpolige Magnete (15, 18) gekoppelt ist.
3. Doppelmembranpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungselement (16, 17; 22, 28) mit dem Steuerschieber (12) durch sich gegenseitig anziehende, entgegengesetzt gepolte Magnete (15, 18) oder einen Magneten und ein ferromagnetisches Teil gekoppelt ist.
4. Doppelmembranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß je ein Magnet (15, 18) oder ein ferromagnetisches Teil an je einer Membrane (24) und mindestens ein Magnet (15, 18) oder ferromagnetisches Teil am Steuerschieber (12) angeordnet ist.
5. Doppelmembranpumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch die Verwendung Von Dauermagneten (15, 18).
6. Doppelmembranpumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungselement aus einer koaxial im Steuerschieber (12) angeordneten Stange (16, 22) besteht.
7. Doppelmembranpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelstange (22) koaxial im Steuerschieber (12) angeordnet ist.
8. Doppelmembranpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerschieber (12) parallel zur Koppelstange (22) angeordnet ist und die Betätigungsstange (16, 17) axial verschiebbar aus dem Steuerschiebergehäuse (1) herausragt.
9. Doppelmembranpumpe nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß am Betätigungselement (16, 17; 22, 28) und am Steuerschieber (12) mindestens je ein Magnet (15, 18) angeordnet ist, deren gleiche Pole in den entgegengesetzten Endstellungen einander gegenüberliegen.
10. Doppelmembranpumpe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnete (15, 18) als Ringmagnete ausgebildet sind.
11. Doppelmembranpumpe nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei Magnete (15, 18) mit Abstand voneinander auf dem Betätigungselement (16, 17; 22, 28) und im Steuerschieber (12) miteinander zugekehrten ungleichnamigen Polen angeordnet sind sowie die einander zugewandten ungleichnamigen Pole auf dem Betätigungselement (16, 17; 22, 28) und im Steuerschieber (12) jeweils entgegengesetzt gepolt sind.
12. Doppelmembranpumpe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstände der Magnete (15, 18) auf dem Betätigungselement (16, 17; 22, 28) und im Steuerschieber (12) gleich sind und bezüglich ihrer Abstände zu Gehäuseanschlägen (10, 20, 26) so bemessen sind, daß das Betätigungselement (16, 17; 22, 28) und der Steuerschieber (12) an entgegengesetzten Gehäuseanschlägen (10, 20, 26) anliegen und bei einem Betätigen des Betätigungselements (16, 17; 22, 28) nach einem vorgegebenen Betätigungsweg in die entgegengesetzte Stellung gegenläufig umspringen.
13. Doppelmembranpumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerschieber (12) und/oder das Betätigungselement (16, 17; 22, 28) aus Kunststoff bestehen.
14. Doppelmembranpumpe nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnete (15, 18) und/oder das ferromagnetische Material mit Kunststoff umspritzt sind.
15. Doppelmembranpumpe mit durch eine Koppelstange mit einander verbundenen, zwei Membrankammern teilenden Membranen und einem in Abhängigkeit von den Membranen verschiebbaren Steuerschieber, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerschieber (12) magnetisch mit den Membranen (24) oder Membrantellern (25) gekoppelt ist.
16. Doppelmembranpumpe nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerschieber (12) mit Stirnmagneten (30) und die Membranen (24) mit einem ferromagnetischen Kern versehen sind.
17. Doppelmembranpumpe nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils drei axial magnetisierte Magnete (15, 31; 18, 32) mit Abstand voneinander auf dem Betätigungselement (16, 17) und im Steuerschieber (12) mit einander zugekehrten gleichnamigen Polen angeordnet und die in den Endstellungen einander zugewandten Pole auf dem Betätigungselement und im Steuerschieber jeweils ungleichnamig sind.
18. Doppelmembranpumpe nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils drei radial magnetisierte Magnete (15, 31; 18, 32) mit Abstand voneinander auf dem Betätigungselement (16, 17) und im Steuerschieber (12) angeordnet sind, die äußeren Magnete (15; 18) jeweils gleichnamig und mit gleichen Polen einander zugewandt sind, während die mittleren Magnete (31; 32) dazu entgegengesetzt gepolt aber auch mit gleichen Polen einander zugewandt sind und die in den Endstellungen benachbarten Magnete (15, 32 bzw. 31, 18) auf dem Betätigungselement und im Steuerschieber jeweils entgegengesetzt gepolt sind.
19. Doppelmembranpumpe nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstände der Magnete (15, 31; 18, 32) auf dem Betätigungselement (16, 17) und im Steuerschieber (12) gleich sind, die Magnete bezüglich ihrer Abstände zu Gehäuseanschlägen (10) so angeordnet sind, daß das Betätigungselement und der Steuerschieber an entgegengesetzten Gehäuseanschlägen (10) anliegen, dabei jeweils zwei Magnetpaare (15, 32; 31, 18) in einer zur Achse des Betätigungselements senkrechten Ebene liegen und das Betätigungselement sowie die Steuerschieber bei einem Betätigen des Betätigungselements nach einem vorgegebenen Betätigungsweg in die entgegengesetzte Endlage gegenläufig umspringen.
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