JP4416149B2 - 予負荷されたダイヤフラムを備えた液圧式で駆動されるダイヤフラムポンプ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、縁側をポンプボディとポンプカバーとの間に締め込まれたダイヤフラムを備えた液圧式で駆動されるダイヤフラムポンプであって、前記ダイヤフラムが、圧送室を液圧室から分離しており且つ吸込み行程の方向でばね力によって予負荷されており、液圧式のダイヤフラム駆動装置が往復運動する押退けピストンの形で設けられており、該押退けピストンがポンプボディ内で、液圧液用の蓄え室と液圧室との間で摺動可能である形式のものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
このような形式の公知のダイヤフラムポンプ（ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０３４０３０号明細書、ドイツ連邦共和国特許出願公開第２５２６９２５号明細書）では、各ダイヤフラムが圧縮ばねによって予負荷されている。この場合、この圧縮ばねは、吸込み行程の方向でダイヤフラムの運動を助成するように、ダイヤフラムの圧送室又は液圧室に配置されている。
【０００３】
但し、この場合は弱い圧縮ばねなので、これにより比較的僅かな予負荷しかダイヤフラムに加えられない。その結果、あらゆる状況でのダイヤフラム層制御はまだ満足のいくように解決されていない。従って、ダイヤフラム層制御用に付加的な構造部材が必要であり、これらの構造部材は当然のことながらダイヤフラムポンプの構成を複雑にし延いては価格を上昇させる。
【０００４】
更に、比較的弱いばねによって加えられる小さな予負荷に基づき、吸込み行程における液圧室内の気体生成が効果的には阻止されていない。従って、液圧室に未だ存在する気体生成に基づき、公知のダイヤフラムポンプの吸込み能力は全体的に制限されている。
【０００５】
冒頭で述べた形式のダイヤフラムポンプでは、その始動安全性が重要である。今日のダイヤフラムポンプの場合は、始動安全性の欠如が一義的に欠点と見なされる。この欠点は、付加的な構造装置が存在している場合にのみ排除されているが、これらの構造装置は付加的なコストを生ぜしめる。従って、このようなダイヤフラムポンプの場合は、ダイヤフラムがポンプの静止状態で、常に存在する内部の漏れに基づき、圧送室に真空が印加されても吐出し行程の方向では運動しないことを保証する、十分な始動安全性が供与されているのが望ましい。
【０００６】
【特許文献１】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０３４０３０号明細書
【特許文献２】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第２５２６９２５号明細書
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、前記欠点を排除するために冒頭で述べた形式のダイヤフラムポンプを改良して、簡単な構成と同時に高い調量精度を有し且つ吸込み能力が液圧室内の気体生成によっては制限されず、これにより真空からの吸込みも良好に可能であるように構成することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明では、ダイヤフラムがばね力によって、圧送室に真空が印加されても当該ダイヤフラムが吸込み行程においてピストンに追従する程度の強さで予負荷されており、前記ダイヤフラムが、圧送室に真空が印加されてもポンプの静止状態で不可避の内部漏れに基づき吐出行程の方向では運動しないようになっており、しかも、当該ダイヤフラムはその下死点位置に留まり且つポンプボディの一部とダイヤフラムカップリングディスクとによって形成されたほぼギャップ無しの面によって支持されており、この場合、ダイヤフラム層を制御するための別の付加的な構成部材は設けられておらず、前記ばね力が、液圧室（５）内の圧力が圧送室（４）内の圧力よりも常に少なくとも１ｂａｒ大きくなるように設定されているようにした。
【０００９】
これに関する有利な構成は、請求項２以下に記載されている。
【００１０】
【発明の効果】
本発明により構成されたダイヤフラムポンプの根底を成す重要な思想は、ダイヤフラムをばね力を介して強力に予負荷し、これにより、ダイヤフラムが著しい押圧力を液圧室内の液圧液に加えて、液圧室内に圧送室に比べて著しい過剰圧力が形成されるようにすることである。
【００１１】
有利には、前記ばね力は、ダイヤフラムが吸込み行程において、圧送室に真空が印加された場合もピストンに追従するように設定されている。
【００１２】
更に、本発明により構成されたダイヤフラムポンプに基づき、所望の始動安全性が得られる。このことは本発明により、ダイヤフラムがポンプの静止状態で、圧送室に真空が印加されても吐出行程の方向では運動しないように、ばね力が設定されているということに基づいている。
【００１３】
本発明の有利な構成では、液圧室内の圧力が圧送室内の圧力よりも常に少なくとも１ｂａｒ大きいようにばね力が設定されている。
【００１４】
この場合、特に少なくとも１ｂａｒの差圧が常にダイヤフラムに印加されているようにばね力が設定されているように構成されていてよい。
【００１５】
吸込み行程中にダイヤフラムが機械的にポンプボディに支持されるまで、液圧室内を負圧が支配する時点がないようにばね力が設定されていると、本発明による特別な利点が得られる。
【００１６】
本発明の改良では、ばね力によって生ぜしめられるダイヤフラムにおける差圧と、ばね負荷される漏れ補充弁の保持圧力との合計値が、常に少なくとも１ｂａｒであるように構成されていてもよい。この場合、ダイヤフラムにおける差圧が漏れ補充弁の保持圧力に比べて非常に大きいと有利である。
【００１７】
有利には、例えばダイヤフラムにおける差圧が少なくとも０．８ｂａｒで設定されており且つ漏れ補充弁の保持圧力が約０．３ｂａｒで設定されているように寸法決めされていてよい。
【００１８】
これに基づき本発明のこの変化態様では、有利には真空からでもポンプの吸込み能力を、ダイヤフラムにおける差圧によってだけでなく、ダイヤフラムにおける差圧と漏れ補充弁の保持圧力との合計値に基づいて保証することが可能である。
【００１９】
この場合、前記合計値が１ｂａｒよりも大である限り、真空に接しても無制御に吸い込まれる恐れはない。これにより、ダイヤフラムが吸込み行程において真空条件においてもピストンに追従するということが保証されている。
【００２０】
ダイヤフラムにおける差圧が、例えばダイヤフラムの下死点において０．８ｂａｒに設定されると、合計で所望の１ｂａｒよりも大きな全差圧に達するためには、漏れ補充弁において０．３ｂａｒの保持圧力しか必要としない。
【００２１】
この場合、漏れ補充過程において液圧オイル中に０．３ｂａｒの負圧が発生する。経験上、漏れ補充弁におけるこのように低い保持圧力は、実地には欠点をもたらさないということが判った。同様に、吸込み行程において吸込み側が真空条件の場合、液圧オイルに０．２ｂａｒの負圧が発生すると同時に、０．８ｂａｒの差圧がダイヤフラムに発生する。
【００２２】
前記のように低い負圧は、実地では欠点をもたらさない。液圧オイルの不都合な気体生成は、経験上約０．４ｂａｒ以上の比較的大きな負圧の場合に初めて激しく生じる。
【００２３】
これにより全体としては、ばね負荷を比較的弱くすることができることに基づいて、構成空間及びコストが節約されるという利点が得られる。
【００２４】
本発明は、有利には構造的に種々様々な形式で実現され得る。例えば、ダイヤフラムを吸込み行程の方向で予負荷する強力なばね力を、ダイヤフラム自体によって、即ちダイヤフラムの形及び／又は材料によって生ぜしめることが可能である。この場合、ダイヤフラム用の材料としては、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）が挙げられる一方で、適したダイヤフラム形状は、例えば適当な予備変形によって形成される。
【００２５】
構造的な１変化態様では、本発明により、ダイヤフラムを吸込み行程の方向で予負荷する強力なばね力を、ダイヤフラムに組み込まれた、例えば皿ばね等の少なくとも１つのばね部材によって生ぜしめることも可能である。
【００２６】
本発明の根底を成す思想の構造的に特に簡単な実現は、ダイヤフラムを吸込み行程の方向で予負荷する強力なばね力が、液圧室に配置された圧縮ばねによって発生されている場合に達成される。この圧縮ばねは、ダイヤフラムと結合された中心のガイドロッドに設けられて一方をポンプケーシングに、他方を前記ガイドロッドの端部に支持されてよく、この場合、当該圧縮ばねの強度はダイヤフラムの有効面積に関連して適当に設定されている。
【００２７】
本発明の枠内で、ダイヤフラムは該ダイヤフラムに印加される差圧に適合されて、成形ダイヤフラムとして形成されている。この場合、この成形ダイヤフラムが、凹面側が液圧室を向いた環状のエンボス加工部を有していると、特に有利な構成が得られる。ダイヤフラムに印加される差圧に基づいて、成形ダイヤフラムのエンボス加工部の形状が安定される。これにより、へこむ傾向が生じることは全くないので、ダイヤフラムは高い耐用年数を有している。更に、サンドイッチダイヤフラムの場合は摩耗傾向が特に小さい。
【００２８】
本発明の別の構成では、ダイヤフラムは、個々の層が機械的に結合されており且つ吸込み行程において圧縮ばねのばね作用によって完全なダイヤフラムパケットとして戻される、少なくとも２つのダイヤフラム層を有するサンドイッチダイヤフラムとして形成されていてよい。
【００２９】
本発明の枠内で、ダイヤフラムはその下死点位置において、ポンプボディの一部とダイヤフラムカップリングディスクとによって形成されたほぼギャップ無しの面によって支持されているように構成されている。
【００３０】
これにより全体として、本発明により例えば以下に説明する重要な利点が得られる。即ち：
ポンプの吸込み能力は、液圧室内の不都合な気体生成によって制限されないので、真空からの吸込みも極めて良好に可能である。これにより、本発明によるダイヤフラムポンプの吸込み能力は、ピストンポンプの吸込み能力に相応する。
【００３１】
本発明によるダイヤフラムポンプは高い調量精度を有している。それというのも、液圧室内を支配する、本発明に基づき規定された過剰圧力によって、どんな気体生成も阻止されるからである。
【００３２】
液圧ポンプの本発明による構成に基づき、この液圧ポンプには極めて弱いばねを有するか又はばねを全く有さない簡単な漏れ補充弁しか設けなくてよく、これにより、漏れ補充過程の間ほとんど気体生成が生ぜしめられない。
【００３３】
著しく減少されるか若しくは完全に阻止された気体生成に基づき、極めて簡単に液圧室から気体が除去されるので、連続的な気体除去も不要である。
【００３４】
本発明によるダイヤフラムポンプは全体的に簡単な構成を有しているので、ダイヤフラム層制御のために付加的な部材は不要である。
【００３５】
ポンプの駆動装置の回転数は、液圧室内の気体生成によって制限されないので、高い回転数が可能である。
【００３６】
液圧室内を支配する過剰圧力に基づき、圧送室に真空が印加されても、ダイヤフラムがポンプの静止状態において吐出行程の方向で前方に向かって運動することが防止される。
【００３７】
液圧室内を支配する過剰圧力に基づき、ダイヤフラムは常に圧送室の方向で湾曲されている、即ち前方に向かって湾曲されているので、当該ダイヤフラムの形状は安定化されている。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図面につき詳しく説明する。
【００３９】
図１から判るように、図示の液圧式で駆動されるダイヤフラムポンプはダイヤフラム１を有しており、このダイヤフラム１は縁側をポンプボディ２とポンプカバー３との間に締め込まれており且つ圧送室４を液圧室５から分離している。
【００４０】
ダイヤフラム１の液圧式の駆動は往復運動する押退けピストン６によって行われ、この押退けピストン６はポンプボディ２に設けられたブシュ７において、液圧室５と液圧液用の蓄え室８との間で往復摺動可能である。
【００４１】
ダイヤフラム１は、図示の実施例では３層のサンドイッチダイヤフラムとして環状のエンボス加工部９を有する成形ダイヤフラムの形で形成されており、前記エンボス加工部９の凹面側は液圧室５に面している。
【００４２】
ダイヤフラム１の個々の層（詳しくは図示せず）は、それぞれその中央域を、互いに結合された、特にねじ締結された適当なディスク１０，１１によって機械的に結合されている。液圧室５の方向を向いているディスク１１は、軸方向で見て後方の液圧室５に延びている中心のガイドロッド１２を支持している。このガイドロッド１２には強力な圧縮ばね１３が配置されており、この圧縮ばね１３は一方ではポンプボディ２のショルダ１４に支持されており且つ他方では対応してショルダ状に形成されたガイドロッド１２の端部に支持されている。これにより加えられる強力なばね力に基づき、ダイヤフラム１は常にその吸込み行程、即ち下死点の方向で予負荷されている。この場合、圧縮ばね１３の強度は、液圧室５内の液圧液に著しい押圧力が加えられているように設定されており、これにより、液圧室５には圧送室４に比べて著しい過剰圧力が形成されている。この場合、液圧室５内のこの著しい過剰圧力は、図示の実施例では圧送室４内の圧力よりも常に少なくとも１ｂａｒ大きい。
【００４３】
図２に示した線図には、上死点ＶＴから下死点ＨＴまでのダイヤフラムの行程距離にわたる、当該ダイヤフラムにおける差圧が概略的に描かれており、この場合はダイヤフラムにおける差圧しか、上で説明したばね１３に基づいて生ぜしめられていない。明らかなように、ばね１３はダイヤフラムの下死点ＨＴでも少なくとも１ｂａｒの差圧を生ぜしめるので、これにより、液圧室５には圧送室４に比べて常に著しい過剰圧力が形成されている。
【００４４】
図３に示した線図にもやはり、真空条件における吸込み側のダイヤフラム１における差圧（液圧オイル中の圧力）が描かれている。この差圧はばね力によって生ぜしめられる。更に、漏れ補充弁１５の有効保持圧力が、ダイヤフラム１における差圧と、当該漏れ補充弁１５（図１参照）の保持圧力との合計値として描かれている。漏れ補充弁１５の有効保持圧力は、常に少なくとも１ｂａｒである。この場合、例えばダイヤフラム１における差圧が少なくとも０．８ｂａｒであり且つ漏れ補充弁１５の保持圧力が約０．３ｂａｒで設定されているように構成されていてよい。この場合、前記有効保持圧力は、ダイヤフラム１の下死点ＨＴにおいて少なくとも１．１ｂａｒである。漏れ補充の際、ダイヤフラム１はピストン６よりも早く下死点に到達する。この場合、液圧オイル中の圧力は無条件で０．７ｂａｒに低下するか、若しくは０．３ｂａｒの負圧に低下する。
【００４５】
図４には、ダイヤフラム１の液圧側の当接部、つまり下死点ＨＴが示されている。この場合、ポンプボディ２が後方のダイヤフラムカップリングディスク１１と一緒に、ダイヤフラム１を支持するためのほぼギャップ無しの面を形成するように構成されている。これにより、ダイヤフラムは静止状態において最高４００ｂａｒの差圧に損傷すること無く耐えることができる。
【００４６】
図５から明らかな実施例では、図示のダイヤフラム１′が波形ダイヤフラムとして形成されている。この波形ダイヤフラムはその構成に基づき、上で説明した圧縮ばね１３の機能を満たし且つ所望のばね力を当該ダイヤフラム１′にもたらすために利用することができるような固有剛性を有している。この場合、破線によって前記のような波形ダイヤフラム１′の作業範囲が明確にされている。
【００４７】
図６に示した変化実施例では、図示のダイヤフラム１″は組み込まれた複数の皿ばね１６を有している。、これらの皿ばね１６は、例えばエラストマダイヤフラムに加硫によって組み込まれていると同時に、ダイヤフラムを吸込み行程の方向で強力なばね力を以て予負荷するという機能を満たすことが可能である。この場合も破線によって前記のようなダイヤフラム１″の作業範囲が明確にされている。
【００４８】
最後に図７は、上で説明したダイヤフラム１′；１″の利用可能な作業範囲を概略的に示している。
【００４９】
上で個別に詳しく説明していない本発明の構成に関しては、請求項及び図面を参照されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるダイヤフラムポンプの概略的な縦断面図である。
【図２】ばね力にもとづいてのみ生ぜしめられるダイヤフラムにおける差圧を、該ダイヤフラムの行程距離にわたって示した線図である。
【図３】同様に、真空条件での吸込み側の液圧オイルの圧力を線図で示しており、この場合、ばね力は、漏れ補充弁の保持圧力が０．３ｂａｒの場合に少なくとも０．８ｂａｒの差圧が発生するように設定されている。
【図４】ダイヤフラムがポンプボディとダイヤフラムカップリングディスクとから形成されたほぼギャップ無しの面に支持されている下死点位置における、当該ダイヤフラムの細部の概略断面図である。
【図５】固有剛性がばね力を発生させるために利用されている波形ダイヤフラムとしてのダイヤフラムの構成を示した図である。
【図６】所望のばね力を発生させるために組み込まれた皿ばねを備えたダイヤフラムの構成を示した図である。
【図７】図５に示した波形ダイヤフラムとして形成されているか、又は図６に示した組み込まれた皿ばねを備えたダイヤフラムとして形成されたダイヤフラムの利用可能な作業範囲を概略的に示した線図である。
【符号の説明】
１，１′，１″ ダイヤフラム、 ２ ポンプボディ、 ４ 圧送室、 ５ 液圧室、 ６ 押退けピストン、 ７ ブシュ、 ８ 蓄え室、 ９ エンボス加工部、 １０，１１ ディスク、 １２ ガイドロッド、 １３ 圧縮ばね、１４ ショルダ、 １５ 漏れ補充弁、 １６ 皿ばね

Claims (9)

1. 縁側をポンプボディ（２）とポンプカバー（３）との間に締め込まれたダイヤフラムを備えた液圧式で駆動されるダイヤフラムポンプであって、前記ダイヤフラムが、圧送室（４）を液圧室（５）から分離しており且つ吸込み行程の方向でばね力によって予負荷されており、液圧式のダイヤフラム駆動装置が往復運動する押退けピストン（６）の形で設けられており、該押退けピストンがポンプボディ（２）内で、液圧液用の蓄え室（８）と液圧室（５）との間で摺動可能である形式のものにおいて、
   ダイヤフラム（１）がばね力によって、圧送室（４）に真空が印加されても当該ダイヤフラム（１）が吸込み行程においてピストン（６）に追従する程度の強さで予負荷されており、前記ダイヤフラム（１）が、圧送室（４）に真空が印加されてもポンプの静止状態で不可避の内部漏れに基づき吐出行程の方向では運動しないようになっており、この場合、当該ダイヤフラム（１）は引き続きその下死点位置に留まり且つポンプボディ（２）の一部とダイヤフラムカップリングディスク（１１）とによって形成されたほぼギャップ無しの面によって支持されており、しかも、ダイヤフラム層を制御するための別の付加的な構成部材は設けられておらず、前記ばね力が、液圧室（５）内の圧力が圧送室（４）内の圧力よりも常に少なくとも１ｂａｒ大きくなるように設定されていることを特徴とする、予負荷されたダイヤフラムを備えた液圧式で駆動されるダイヤフラムポンプ。
2. 前記ばね力が、吸込み行程中にダイヤフラム（１）が機械的にポンプボディ（２）に支持されるまで、液圧室（５）内を常に正圧が支配するように設定されている、請求項１記載のダイヤフラムポンプ。
3. ばね力によって生ぜしめられるダイヤフラム（１）における差圧と、ばね負荷された漏れ補充弁（１５）の保持圧との合計値が常に少なくとも１ｂａｒである、請求項１記載のダイヤフラムポンプ。
4. ダイヤフラム（１）における差圧が少なくとも０．８ｂａｒで設定されており、漏れ補充弁（１５）の保持圧が約０．３ｂａｒで設定されている、請求項３記載のダイヤフラムポンプ。
5. ダイヤフラム（１）を吸込み行程の方向で予負荷する強力なばね力が、当該ダイヤフラム（１）自体、即ち該ダイヤフラムの形状及び／又はダイヤフラムの材料によって生ぜしめられている、請求項１から４までのいずれか１項記載のダイヤフラムポンプ。
6. ダイヤフラム（１″）を吸込み行程の方向で予負荷する強力なばね力が、ダイヤフラム（１″）に組み込まれた例えば皿ばね（１６）等の少なくとも１つのばね部材によって生ぜしめられている、請求項１から４までのいずれか１項記載のダイヤフラムポンプ。
7. ダイヤフラム（１）を吸込み行程の方向で予負荷する強力なばね力が、液圧室（５）に配置された圧縮ばね（１３）によって生ぜしめられており、該圧縮ばねが、ダイヤフラム（１）に結合された中心のガイドロッド（１２）に設けられて一方をポンプケーシングに、他方を前記ガイドロッド（１２）の端部に支持されており、当該圧縮ばねの強度が、ダイヤフラムの有効面積に関連して適当に設定されている、請求項１から４までのいずれか１項記載のダイヤフラムポンプ。
8. ダイヤフラム（１）が、環状のエンボス加工部（９）を有する成形ダイヤフラムとして形成されており、前記エンボス加工部の凹面側が液圧室（５）に面している、請求項１から７までのいずれか１項記載のダイヤフラムポンプ。
9. ダイヤフラム（１）が、個々の層が機械的に結合されており且つ吸込み行程において圧縮ばね（１３）のばね作用により完全なダイヤフラムパケットとして戻すことの可能な、少なくとも２つのダイヤフラム層を有するサンドイッチダイヤフラムとして形成されている、請求項１から８までのいずれか１項記載のダイヤフラムポンプ。

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