WO2014184125A1 - Membranpumpe mit lagensteuerung - Google Patents

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WO2014184125A1
WO2014184125A1 PCT/EP2014/059614 EP2014059614W WO2014184125A1 WO 2014184125 A1 WO2014184125 A1 WO 2014184125A1 EP 2014059614 W EP2014059614 W EP 2014059614W WO 2014184125 A1 WO2014184125 A1 WO 2014184125A1
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WO
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pressure
membrane
diaphragm
working space
stroke position
Prior art date
Application number
PCT/EP2014/059614
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English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Reinhard
Christian Arnold
Original Assignee
Prominent Gmbh
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Priority to CN201480027675.3A priority patent/CN105209758B/zh
Priority to EP14723083.3A priority patent/EP2997261B1/de
Priority to ES14723083.3T priority patent/ES2617031T3/es
Priority to US14/783,996 priority patent/US9964105B2/en
Priority to BR112015028148A priority patent/BR112015028148A2/pt
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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
    • 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
    • F04B43/067—Pumps having fluid drive the fluid being actuated directly by a piston

Definitions

  • the present invention relates to a hydraulically driven diaphragm pump.
  • Such diaphragm pumps have a delivery chamber, both a suction port and a pressure port, which are both connected to the delivery chamber, a working space which is filled with a hydraulic fluid, a device for pressurizing the hydraulic fluid with an oscillating pressure pi, a diaphragm separating the delivery chamber and the working chamber from one another and between a pressure stroke position and a suction stroke position, the volume of the delivery chamber being smaller in the pressure stroke position of the membrane than in the suction stroke position of the membrane, a reservoir for receiving the hydraulic fluid at the pressure p2, wherein the storage space and working space are connected to one another via a valve with a closure part.
  • the suction port and pressure port are each connected via check valves to a suction line or a pressure line.
  • the membrane may be resiliently biased in the direction of the suction stroke position.
  • the membrane will assume a position in which the forces acting on the membrane, i. the force applied by the fluid pressure in the delivery chamber and optionally by the resilient bias in the direction of suction stroke position on the one hand and the force applied by the fluid pressure in the working space in the direction of Druckhubposition force on the other hand, cancel each other.
  • the fluid pressure in the working space is reduced and thereby becomes smaller than the pressure in the delivery chamber, this leads to a movement of the diaphragm in the direction of the suction stroke position. Due to the associated increase in the delivery chamber volume and the pressure in the delivery chamber decreases. If the fluid pressure in the delivery chamber falls below a value predetermined by the pressure in the suction line (usually ambient pressure) and the check valve, the check valve on the suction line opens and delivery fluid is sucked out of the suction line into the delivery chamber via the suction connection.
  • the pressure in the suction line usually ambient pressure
  • the diaphragm is moved from the suction stroke position in the direction of the pressure stroke position, whereby the pressure in the delivery chamber is increased and the delivery fluid in the delivery chamber is forced into the pressure conduit via the pressure connection.
  • the pressurization of the hydraulic fluid with an oscillating pressure thus leads to an oscillating movement of the diaphragm and, associated therewith, to an oscillating pumping action of the delivery fluid from the suction line into the pressure line.
  • Such hydraulically driven diaphragm pumps are used in particular in the promotion of conveying fluid under very high pressures, since the membrane is evenly loaded by the hydraulic fluid and has a longer service life.
  • the pressurization of the hydraulic fluid with an oscillating pressure is usually carried out by means of a moving piston. Even with the best processing of the individual moving parts can still come to flow around the piston with hydraulic fluid, so that the amount of fluid in the working space deviates from the optimum amount, which means that the membrane is either moved beyond the Druckhubposition, resulting in a perforation or Destruction of the membrane may result, or the membrane no longer reaches the Druckhubposition, whereby the delivery volume per stroke is reduced. Both are undesirable.
  • EP 0 547 404 a hydraulically driven diaphragm pump is described.
  • the working space is connected via a leak-relief valve to the reservoir.
  • the leak-relief valve opens and hydraulic fluid can flow from the working space into the storage space.
  • the diaphragm is connected to a spool which, in the event that the diaphragm moves beyond the pressure stroke position away from the suction stroke position, is connected to a valve member which provides the hydraulic connection from the part of the working space in which the oscillating pressure-generating piston is arranged, and the part of the working space in which the membrane is arranged interrupts.
  • a pull rod which is attached to the membrane may be provided, wherein the closure part is connected to the pull rod.
  • the closure member is movably secured to the pull rod so that the closure member can be reciprocated relative to the pull rod between two positions designed such that in the push stroke position of the diaphragm, when the closure member in the first position, the valve is closed and, when the closure member is in the second position, the valve is open.
  • the closure part is resiliently biased in the first position.
  • the membrane can perform a certain movement without the closure part opens the valve. Only when the membrane is in a position farther away from the suction stroke position than the pressure stroke position, the closure member is moved out of the valve seat due to the mechanical connection with the diaphragm, so that the valve is opened.
  • the resilient bias of the closure member is dimensioned such that, if for the pressure difference between the pressure in the reservoir and the pressure in the working space is: p 2 - ⁇ ⁇ > a, where a is a predetermined pressure, the closure part is moved from the first position towards the second position and the valve is opened.
  • a is determined by the choice of the spring constant of the resilient bias. This measure ensures that, in the event of fluid loss in the working space, fluid can be replenished from the storage space as soon as the pressure in the working space falls below a predetermined value.
  • the membrane is resiliently prestressed in the direction of the suction stroke, this being preferably effected by a spring-biased pull rod.
  • the return movement of the membrane from the Druckhubposition is ensured in the suction stroke position even if in the delivery chamber no or too low a delivery fluid pressure is applied.
  • the pump at the suction port must suck delivery fluid so that then the delivery fluid pressure drops in the delivery chamber and the bias is required to move the membrane in the direction of suction stroke.
  • the working space is arranged in a housing, wherein the housing has a wall element with a passage to the reservoir and a valve seat, wherein preferably the wall element is movably arranged in an opening of the housing.
  • valve can also be opened without movement of the closure part in which the wall element and thus the valve seat is moved relative to the closure part.
  • the wall element is resiliently biased in the direction of the housing opening, wherein preferably in the opening a stop element is arranged, against which the wall element is resiliently biased.
  • the resilient bias of the wall element is advantageously dimensioned such that, if, for the pressure difference between the pressure in the working space and the pressure in the reservoir: ⁇ ⁇ - p 2 > b, where b is a predetermined pressure, the wall element of the Moves the closure part and thereby the valve opens.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an embodiment according to the invention of a diaphragm pump in the pressure stroke position
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of an embodiment of a diaphragm pump according to the invention in the suction stroke position
  • FIG. 3 shows a schematic representation for the case where there is too much hydraulic fluid in the working space
  • Figure 4 is a schematic representation for the case that too little hydraulic fluid in the working space
  • Figure 5 is a schematic representation to illustrate the overpressure function.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of part of a diaphragm pump.
  • the diaphragm pump according to the invention has a delivery chamber (not shown), a suction connection (not shown) connected to the delivery chamber and a pressure connection (not shown).
  • a working space 7 is filled with a hydraulic fluid. The hydraulic fluid can be acted upon via the channel 12 with an oscillating pressure pi.
  • a membrane (not shown) is provided, which separates the delivery chamber and the working space 7 from each other.
  • the membrane is clamped between the delivery chamber housing (not shown) and the component 3. This membrane is by means of the head 2 of a pull rod
  • the tie rod 1 is shown in its Druckhubposition, ie, that this is the position which the tie rod 1 and thus the membrane should take at the end of the print stroke.
  • This position is usually achieved by the pressure pi is increased in the working space 7, so that the pressurized fluid through the channels 18 pressure on the with the head 2 of the drawbar. 1 exerts connected membrane and this in the direction of the delivery chamber, ie to the left in Figure 1, presses.
  • the pull rod 1 and thus the connected via the head 2 with the pull rod 1 membrane is by means of the spring 4, which is supported on the one hand on the component 3 and on the other hand on a collar-shaped extension of the tie rod 1, resiliently in the direction of the suction stroke, i. in the figure 1 to the right, biased. Therefore, decreases the pressure pi in the working space 7, so the spring 4 ensures that the pull rod 1 and thus the membrane is moved in the direction of suction stroke, whereby the volume is increased in the delivery chamber.
  • the corresponding suction stroke position is shown in FIG. In this position, the membrane (not shown) bears against the conical surfaces of the component 3.
  • the pull rod 2 is connected to a closure part 5, which cooperates with a valve seat inserted in the wall element 9.
  • the wall element 9 has a connection 17, via which the working space 7 is filled with a reservoir 8, in which hydraulic fluid at the pressure p2 (this is essentially the ambient pressure).
  • the closure element 5 In the pressure stroke position and suction stroke position shown in FIGS. 1 and 2, during the proper operation of the pump, the closure element 5 is positioned in the valve seat of the wall element 9, so that the connection 17 between the work space 7 and the reservoir 8 is closed. To ensure this, the closure element 6 is movably arranged within the pull rod 1.
  • the pull rod has corresponding slots 15, in which a pin 14 which is fixed to the closure element 6, engages.
  • the shutter member 6 can be reciprocated relative to the pull rod 1 in the longitudinal direction between two positions. These positions are selected so that during a movement between the pressure stroke and the suction stroke, ie during a movement between the two normal extreme positions shown in FIGS. 1 and 2, the closure element 5 can keep the connection 17 between the working space 7 and the reservoir 8 closed.
  • there is an additional one Spring 6 is provided, which presses the closure element in the direction of the wall element 9, ie in the direction of the valve seat. The spring 6 is supported for this purpose on the tie rod 1.
  • Too little hydraulic fluid in the working space 7 also causes at least at the end of the suction stroke, i. essentially in the suction stroke position shown in FIG. 2, the pressure pi in the working space drops sharply. While such a pressure drop does not adversely affect pump operation, it can be used to provide a leak supplement.
  • the wall element 9, in which the passage 17 are incorporated together with the valve seat can be moved in an opening in the housing 1 1 of the working space 7.
  • a spring 10, which on the one hand abuts against the storage space housing 13 and on the other hand against the wall element 9, ensures that the wall element 9 is pressed into the opening of the working space housing 11 in the direction of a stop 16.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Membranpumpe mit einem Förderraum, einem Sauganschluss und einem Druckanschluss, welche beide mit dem Förderraum verbunden sind, einem Arbeitsraum, welcher mit einem Hydraulikfluid befüllt ist, einer Einrichtung zum Beaufschlagen des Hydraulikfluids mit einem oszillierendem Druck p1, einer Membran, welche den Förderraum und den Arbeitsraum voneinander trennt und zwischen einer Druckhubposition und einer Saughubposition hin- und her bewegbar ist, wobei das Volumen des Förderraums in der Druckhubposition der Membran kleiner ist als in der Saughubposition der Membran, einem Vorratsraum zur Aufnahme von Hydraulikfluid mit dem Druck p2, wobei Vorratsraum und Arbeitsraum über ein Ventil mit einem Verschlussteil miteinander verbunden sind, um eine Membranpumpe der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, die einfach aufgebaut ist und zuverlässig dafür sorgt, dass sich die Membran nicht zu weit über die Druckhubposition hinaus bewegen kann, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Membran mit dem Verschlussteil in der Art gekoppelt ist, dass bei einer Bewegung der Membran von der Druckhubposition in eine Position, die weiter von der Saughubposition entfernt ist, das Ventil geöffnet wird.

Description

Membranpumpe mit Lagensteuerung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine hydraulisch angetriebene Membranpumpe. Solche Membranpumpen besitzen einen Förderraum, sowohl einen Sauganschluss als auch einen Druckan- schluss, welche beide mit dem Förderraum verbunden sind, einen Arbeitsraum, welcher mit einem Hydraulikfluid befüllt ist, eine Einrichtung zum Beaufschlagen des Hydraulikfluids mit einem oszillierenden Druck pi, eine Membran, welche den Förderraum und den Arbeitsraum voneinander trennt und zwischen einer Druckhubposition und einer Saughubposition hin- und herbewegbar ist, wobei das Volumen des Förderraums in der Druckhubposition der Membran kleiner ist als in der Saughubposition der Membran, einen Vorratsraum zur Aufnahme des Hydraulikfluids mit dem Druck p2, wobei Vorratsraum und Arbeitsraum über ein Ventil mit einem Verschlussteil miteinander verbunden sind.
Im Betrieb sind Sauganschluss und Druckanschluss jeweils über Rückschlagventile mit einer Saugleitung bzw. einer Druckleitung verbunden.
Die Membran kann federnd in Richtung der Saughubposition vorgespannt sein. Die Membran wird eine Position einnehmen, in der die auf die Membran wirkenden Kräfte, d.h. die von dem Fluiddruck im Förderraum und gegebenenfalls durch die federnde Vorspannung in Richtung Saughubposition aufgebrachte Kraft einerseits und die von dem Fluiddruck im Arbeitsraum in Richtung Druckhubposition aufgebrachte Kraft andererseits, sich gegenseitig aufheben.
Wird daher der Fluiddruck im Arbeitsraum reduziert und wird dadurch kleiner als der Druck im Förderraum, führt dies zu einer Bewegung der Membran in Richtung Saughubposition. Durch die damit verbundene Vergrößerung des Förderraumvolumens nimmt auch der Druck im Förderraum ab. Unterschreitet der Fluiddruck im Förderraum einen durch den Druck in der Saugleitung (meist Umgebungsdruck) und dem Rückschlagventil vorgegebenen Wert, öffnet das Rückschlagventil an der Saugleitung und Förderfluid wird aus der Saugleitung über den Sauganschluss in den Förderraum gesaugt.
Erhöht sich andererseits der Druck im Arbeitsraum, so wird die Membran von der Saughubposition in Richtung der Druckhubposition bewegt, wodurch der Druck im Förderraum erhöht wird und das im Förderraum befindliche Förderfluid wird über den Druckanschluss in die Druckleitung gepresst. Die Beaufschlagung des Hydraulikfluids mit einem oszillierenden Druck führt somit zu einer oszillierenden Bewegung der Membran und damit verbunden zu einem oszillierenden Pumpvorgang des Förderfluids aus der Saugleitung in die Druckleitung.
Solche hydraulisch angetriebenen Membranpumpen kommen insbesondere bei der Förderung von Förderfluid unter sehr hohen Drücken zum Einsatz, da durch das Hydraulikfluid die Membran gleichmäßig belastet wird und eine höhere Lebensdauer aufweist.
Die Beaufschlagung des Hydraulikfluids mit einem oszillierenden Druck erfolgt in der Regel mit Hilfe eines sich bewegenden Kolbens. Selbst bei bester Verarbeitung der einzelnen beweglichen Teilen kann es dennoch zu einem Umströmen des Kolbens mit Hydraulikfluid kommen, sodass die Fluidmenge im Arbeitsraum von der optimalen Menge abweicht, was bedeutet, dass die Membran entweder über die Druckhubposition hinausbewegt wird, was zu einer Perforierung bzw. Zerstörung der Membran führen kann, oder die Membran die Druckhubposition nicht mehr erreicht, wodurch das Fördervolumen pro Hub reduziert wird. Beides ist unerwünscht.
In der EP 0 547 404 ist eine hydraulisch angetriebene Membranpumpe beschrieben. Bei dieser Pumpe ist der Arbeitsraum über ein Leckergänzungsventil mit dem Vorratsraum verbunden. Wenn der Druck im Arbeitsraum unter einen vorgegebenen Hydraulikdruck fällt, öffnet sich das Leckergänzungsventil und Hydraulikfluid kann aus dem Arbeitsraum in den Vorratsraum nachströmen. Darüber hinaus ist die Membran bei der EP 0 547 404 mit einem Steuerschieber verbunden, der für den Fall, dass sich die Membran über die Druckhubposition hinaus weg von der Saughubposition bewegt, mit einem Ventilglied verbunden ist, welches die hydraulische Verbindung von dem Teil des Arbeitsraumes, in dem der den oszillierende Druck erzeugende Kolben angeordnet ist, und dem Teil des Arbeitsraumes, in dem die Membran angeordnet ist, unterbricht.
Dieser Aufbau ist jedoch relativ kompliziert und ist zudem fehleranfällig, wenn aufgrund der Ausbildung des Ventilelementes eine hydraulikdichte Abtrennung des Kolbens vom Membranarbeitsraum nicht sichergestellt ist. Zudem muss im dem Teil des Arbeitsraumes, in dem der Kolben angeordnet ist, ein zusätzliches Überdruckventil vorgesehen werden, das ein Entweichen des Hydraulikfluids im Falle des Verschließens der Verbindung zum Membranarbeitsraum mit dem Ventilglied ermöglicht. Ausgehend von dem beschriebenen Stand der Technik ist es daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Membranpumpe der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, die einfach aufgebaut ist und zuverlässig dafür sorgt, dass sich die Membran nicht zu weit über die Druckhubposition hinaus bewegen kann. Erfindungsgemäß wird dies dadurch gelöst, dass die Membran mit dem Verschlussteil derart gekoppelt ist, dass bei einer Bewegung der Membran von der Druckhubposition in eine Position, die weiter von der Saughubposition entfernt ist, das Ventil geöffnet wird.
Sollte daher, weil beispielsweise zu viel Hydraulikfluid im Arbeitsraum ist, sich die Membran über die Druckhubposition hinaus bewegen, so führt die Kopplung der Membran mit dem Verschlusselement zu einer Ventilöffnung und Hydraulikfluid kann aus dem Arbeitsraum in den Vorratsraum entweichen, was zu einer deutlichen Reduzierung des Druckes im Arbeitsraum führt und daher eine weitere Bewegung der Membran über die Druckhubposition verhindert. Stattdessen wird aufgrund des Absinkens des Druckes im Arbeitsraum die Membran sich wieder in Richtung der Druckhubposition zurückbewegen, wodurch aufgrund der Kopplung der Membran mit dem Verschlussteil das Ventil wieder geschlossen wird. Durch diese Maßnahme ist sichergestellt, dass eine Bewegung der Membran deutlich über die Druckhubposition hinaus in eine Position, die weiter von der Saughubposition entfernt ist, zuverlässig verhindert wird.
Beispielsweise kann eine Zugstange, welche an der Membran befestigt ist, vorgesehen sein, wobei das Verschlussteil mit der Zugstange verbunden ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Verschlussteil beweglich mit der Zugstange befestigt ist, sodass das Verschlussteil relativ zur Zugstange zwischen zwei Positionen hin- und herbewegt werden kann, die derart ausgelegt sind, dass in der Druckhubposition der Membran, wenn das Verschlussteil in der ersten Position ist, das Ventil geschlossen ist und, wenn das Verschlussteil in der zweiten Position ist, das Ventil geöffnet ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Verschlussteil federnd in die erste Position vorgespannt.
Durch diese Maßnahme kann somit die Membran eine gewisse Bewegung durchführen, ohne dass das Verschlussteil das Ventil öffnet. Erst wenn die Membran in eine Position gerät, die weiter von der Saughubposition entfernt ist als die Druckhubposition, wird das Verschlussteil aufgrund der mechanischen Verbindung mit der Membran aus dem Ventilsitz herausbewegt, so dass das Ventil geöffnet wird.
In einerweiteren bevorzugten Ausführungsform ist die federnde Vorspannung des Verschlussteiles derart dimensioniert, dass, wenn für die Druckdifferenz zwischen dem Druck im Vorratsraum und dem Druck im Arbeitsraum gilt: p2 - ρλ > a , wobei a ein vorbestimmter Druck ist, das Verschlussteil von der ersten Position in Richtung der zweiten Position bewegt wird und das Ventil geöffnet wird. Dabei wird a durch die Wahl der Federkonstanten der federnden Vorspannung bestimmt. Durch diese Maßnahme wird sichergestellt, dass bei Fluidverlust im Arbeitsraum Fluid aus dem Vorratsraum nachgefüllt werden kann, sobald der Druck im Arbeitsraum unter einen vorbestimmten Wert fällt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Membran in Richtung des Saughubes fe- dernd vorgespannt, wobei dies vorzugsweise durch eine federnd vorgespannte Zugstange bewirkt ist.
Durch diese Maßnahme ist die Rückbewegung der Membran von der Druckhubposition in die Saughubposition auch dann gewährleistet, wenn in dem Förderraum kein oder ein zu geringer Förderfluiddruck anliegt. In den meisten Anwendungsfällen muss die Pumpe am Sauganschluss Förderfluid ansaugen, so dass dann der Förderfluiddruck im Förderraum abfällt und die Vorspannung benötigt wird, um die Membran in Richtung Saughub zu bewegen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Arbeitsraum in einem Gehäuse angeordnet ist, wobei das Gehäuse ein Wandelement mit einem Durchgang zum Vorratsraum und einen Ventilsitz aufweist, wobei vorzugsweise das Wandelement in einer Öffnung des Gehäuses beweglich angeordnet ist.
Mit anderen Worten kann das Ventil auch ohne Bewegung des Verschlussteils geöffnet werden in dem das Wandelement und damit der Ventilsitz relativ zum Verschlussteil bewegt wird.
Durch die bewegliche Anordnung des Wandelementes und damit des Ventilsitzes kann das zusätzliche Vorsehen eines Überdruckventils vermieden werden. Sollte der Druck im Arbeitsraum zu stark ansteigen, wird dies zu einer Bewegung des Wandelementes und damit des Ventilsitzes in der Öffnung führen, was zur Folge hat, dass das Verschlussteil aus dem Ventilsitz bewegt wird und damit das Ventil geöffnet wird, sodass sich der Druck im Arbeitsraum durch die Verbindung zum Vorratsraum wieder erniedrigt.
Vorzugsweise ist das Wandelement federnd in Richtung der Gehäuseöffnung vorgespannt, wobei vorzugsweise in der Öffnung ein Anschlagselement angeordnet ist, gegen welches das Wandelement federnd vorgespannt ist. Dabei ist die federnde Vorspannung des Wandelementes mit Vorteil derart dimensioniert, dass, wenn für die Druckdifferenz zwischen dem Druck im Arbeitsraum und dem Druck im Vorratsraum gilt: ρλ - p2 > b , wobei b ein vorbestimmter Druck ist, das Wandelement sich von dem Verschlussteil wegbewegt und sich dadurch das Ventil öffnet.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Ausführungsposition einer Membranpumpe in der Druckhubposition,
Figur 2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Ausführungsposition einer Membranpumpe in der Saughubposition, Figur 3 eine schematische Darstellung für den Fall, dass zu viel Hydraulikfluid im Arbeitsraum ist,
Figur 4 eine schematische Darstellung für den Fall, dass zu wenig Hydraulikfluid im Arbeitsraum ist, und Figur 5 eine schematische Darstellung zur Verdeutlichung der Überdruckfunktion.
In Figur 1 ist eine schematische Darstellung eines Teils einer Membranpumpe gezeigt. Die erfindungsgemäße Membranpumpe weist einen Förderraum (nicht gezeigt), einen mit dem Förderraum verbundenen Sauganschluss (nicht gezeigt) und einem Druckanschluss (nicht gezeigt) auf. Ein Arbeitsraum 7 ist mit einem Hydraulikfluid befüllt. Das Hydraulikfluid kann über den Kanal 12 mit einem oszillierenden Druck pi beaufschlagt werden.
Des Weiteren ist eine Membran (nicht gezeigt) vorgesehen, welche den Förderraum und den Arbeitsraum 7 voneinander trennt. Die Membran ist zwischen dem Förderraumgehäuse (nicht ge- zeigt) und dem Bauteil 3 eingeklemmt. Diese Membran wird mittels des Kopfes 2 einer Zugstange
1 in ihrer Position gehalten. Der Förderraum befindet sich dann in der Figur 1 links von dem Kopf
2 der Zugstange 1.
In Figur 1 ist die Zugstange 1 in ihrer Druckhubposition gezeigt, d.h., dass dies die Position ist, welche die Zugstange 1 und damit die Membran am Ende des Druckhubes einnehmen sollte. Diese Position wird normalerweise erreicht, indem der Druck pi im Arbeitsraum 7 erhöht wird, sodass das unter Druck stehende Fluid über die Kanäle 18 Druck auf die mit dem Kopf 2 der Zugstange 1 verbundenen Membran ausübt und diese in Richtung des Förderraumes, d.h. nach links in Figur 1 , drückt.
Die Zugstange 1 und damit die über den Kopf 2 mit der Zugstange 1 verbundene Membran ist mit Hilfe der Feder 4, welche sich einerseits am Bauteil 3 und andererseits an einer kragenförmigen Erweiterung der Zugstange 1 abstützt, federnd in Richtung des Saughubes, d.h. in der Figur 1 nach rechts, vorgespannt. Sinkt daher der Druck pi im Arbeitsraum 7 ab, so sorgt die Feder 4 dafür, dass die Zugstange 1 und damit die Membran in Richtung Saughub bewegt wird, wodurch das Volumen im Förderraum vergrößert wird. Die entsprechende Saughubposition ist in Figur 2 darge- stellt. In dieser Position liegt die Membran (nicht gezeigt) an den konischen Flächen des Bauteils 3 an.
Durch den oszillierenden Druck, der über den Kanal 12 an den Arbeitsraum 7 weitergegeben wird, bewegt sich die Zugstange 2 abwechselnd entgegen der Federkraft der Feder 4 in Richtung der Druckhubposition (in Figur 1 dargestellt) und aufgrund der Federkraft der Feder 4 in Richtung der Saughubposition (in Figur 2 dargestellt).
Eine optimale Funktion der Membranpumpe ist nur dann gewährleistet, wenn die richtige Menge an Hydraulikfluid im Arbeitsraum 7 vorhanden ist, da nur dann die Membran und damit die Zug- stange 2 die gewünschte Bewegung vollständig durchführen.
Die Zugstange 2 ist mit einem Verschlussteil 5 verbunden, welches mit einem in dem Wandelement 9 eingebrachten Ventilsitz zusammenarbeitet. Das Wandelement 9 weist eine Verbindung 17 auf, über welche der Arbeitsraum 7 mit einem Vorratsraum 8, in dem Hydraulikfluid mit dem Druck p2 (dies ist im Wesentlichen der Umgebungsdruck) befüllt ist.
In der in den Figuren 1 und 2 gezeigten Druckhubposition und Saughubposition ist während des ordnungsgemäßen Betriebes der Pumpe das Verschlusselement 5 im Ventilsitz des Wandelementes 9 positioniert, sodass die Verbindung 17 zwischen Arbeitsraum 7 und Vorratsraum 8 verschlos- sen ist. Um dies zu gewährleisten ist das Verschlusselement 6 beweglich innerhalb der Zugstange 1 angeordnet. Die Zugstange weist dafür entsprechende Langlöcher 15 auf, in die ein Zapfen 14, welcher am Verschlusselement 6 befestigt ist, eingreift. Durch diese Konstruktion kann das Verschlusselement 6 relativ zur Zugstange 1 in Längsrichtung zwischen zwei Positionen hin- und herbewegt werden. Diese Positionen sind so ausgewählt, dass bei einer Bewegung zwischen Druck- hub und Saughub, d.h. bei einer Bewegung zwischen den beiden in den Figuren 1 und 2 gezeigten üblichen Extrempositionen, das Verschlusselement 5 die Verbindung 17 zwischen Arbeitsraum 7 und Vorratsraum 8 geschlossen halten kann. Um dies sicher zu gewährleisten, ist zusätzlich eine Feder 6 vorgesehen, welche das Verschlusselement in Richtung des Wandelementes 9, d.h. in Richtung Ventilsitz drückt. Die Feder 6 stützt sich hierzu an der Zugstange 1 ab.
Aufgrund immer vorhandener Lecks kann es jedoch passieren, dass sich zu viel Hydraulikfluid im Arbeitsraum 7 befindet. Dies hat zur Folge, dass sich die Membran über die in Figur 1 gezeigte Druckhubposition weiter von der in Figur 2 gezeigten Saughubposition wegbewegt. Dies ist nicht gewünscht, da es zu einer Beschädigung oder sogar Zerstörung der Membran führen kann.
Bei der gezeigten Ausführungsform führt eine Bewegung der Membran über die Druckhubposition hinaus zu der in Figur 3 gezeigten Situation. Da sich die Membran und damit die Zugstange 1 zu weit nach links bewegt hat, führt die gezeigte Konstruktion dazu, dass der mit dem Verschlusselement verbundene Zapfen 14 im Langloch 15 an einer Seite an den Anschlag kommt und aufgrund der Bewegung der Membran nach links das Verschlusselement 5 aus dem Ventilsitz im Wandelement 9 gehoben wird. Durch diese Maßnahme wird die Verbindung 17 zwischen dem Arbeitsraum 7 und dem Vorratsraum 8 geöffnet und es kann Fluid aus dem Arbeitsraum 7 in den Vorratsraum 8 austreten. Dies geschieht so lange, bis der Druck pi wieder abgesunken ist, d.h. bis die überschüssige Fluidmenge über die Verbindung 17 in den Vorratsraum abgeflossen ist, sodass die Feder 4 wieder in der Lage ist, die Membran zurück in die Druckhubposition zu bewegen. Grundsätzlich kann auch der Fall auftreten, dass zu wenig Hydraulikfluid im Arbeitsraum 7 enthalten ist. Dies führt dann dazu, dass die Pumpe die in Figur 1 gezeigte Druckhubposition nicht mehr erreichen kann und daher je Pumphub nicht mehr die vorgesehene Menge befördert werden kann. Zu wenig Hydraulikfluid im Arbeitsraum 7 führt überdies dazu, dass zumindest am Ende des Saughubes, d.h. im Wesentlichen in der in Figur 2 gezeigten Saughubposition der Druck pi im Arbeits- räum stark abfällt. Ein solcher Druckabfall hat zwar keine negativen Auswirkungen auf den Pumpbetrieb kann aber verwendet werden, um für eine Leckergänzung zu sorgen.
Wie in Figur 4 zu erkennen ist, führt ein Absinken des Druckes pi unter einen vorbestimmten Wert jedoch dazu, dass der im Vorratsraum 8 herrschende Fluiddruck p2 in der Lage ist, das Schließele- ment 5 gegen die Kraft der Feder 6 aus dem Ventilsitz zu heben, sodass auch in dieser Situation die Verbindung 17 zwischen Arbeitsraum 7 und Vorratsraum 8 geöffnet wird und so lange Fluid aus dem Vorratsraum 8 in den Arbeitsraum 7 strömt, bis dort der Druck wieder ansteigt und die Feder 6 dafür sorgt, dass das Schließelement 5 die Verbindung 17 wieder versperrt. Schließlich kann es bei den beschriebenen Membranpumpen passieren, dass aus irgendeinem Grund der Druck auf der Druckleitung stark zunimmt, sodass es nicht mehr gelingt, mit dem oszillierenden Druck pi im Arbeitsraum 7 die Membran bis zur in Figur 1 gezeigten Druckhubposition zu bewegen. Stattdessen steigt der Druck pi im Arbeitsraum 7 stark an, was ebenfalls zu einer Beschädigung der Membran führen kann. Aus diesem Grund ist in der gezeigten Ausführungsform vorgesehen, dass das Wandelement 9, in dem der Durchgang 17 samt Ventilsitz eingearbeitet sind, in einer Öffnung im Gehäuse 1 1 des Arbeitsraums 7 bewegt werden kann. Eine Feder 10, welche sich einerseits am Vorratsraumgehäuse 13 und andererseits an dem Wandelement 9 ab- stützt, sorgt dafür, dass das Wandelement 9 in die Öffnung des Arbeitsraumgehäuses 1 1 hinein in Richtung eines Anschlages 16 gedrückt wird. Wird nun jedoch eine Situation erreicht, in der der Druck pi im Arbeitsraum 7 einen vorbestimmten Wert überschreitet, obgleich die Druckhubposition noch gar nicht erreicht worden ist, so führt dies dazu, dass das Wandelement 9 entgegen der Kraft der Feder 10 von dem Anschlag 16 wegbewegt wird und dadurch das Verschlusselement 5 außer Eingriff mit dem Ventilsitz gerät und die Verbindung 17 zwischen Arbeitsraum 7 und Vorratsraum 8 geöffnet wird, wodurch der Überdruck pi im Arbeitsraum entlastet werden kann. Dadurch bewegt sich die Membran in ihre in Figur 2 gezeigte Saughubposition. Da die Membran in dieser Position an den konischen Flächen des Elementes 3 anliegt, ist die Membran geschützt.
Bezugszeichenliste
Zugstange
Kopf
Bauteil
Feder
Verschlusselement
Feder
Arbeitsraum
Vorrats räum
Wandelement
Feder
Gehäuse
Kanal
Vorratsraumgehäuse
Zapfen
Langloch
Anschlag
Verbindung
Kanäle

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
Membranpumpe mit
einem Förderraum,
einem Sauganschluss und einem Druckanschluss, welche beide mit dem Förderraum verbunden sind,
einem Arbeitsraum, welcher mit einem Hydraulikfluid befüllt ist,
einer Einrichtung zum Beaufschlagen des Hydraulikfluids mit einem oszillierendem Druck PL
einer Membran, welche den Förderraum und den Arbeitsraum voneinander trennt und zwischen einer Druckhubposition und einer Saughubposition hin- und her bewegbar ist, wobei das Volumen des Förderraums in der Druckhubposition der Membran kleiner ist als in der Saughubposition der Membran,
einem Vorratsraum zur Aufnahme von Hydraulikfluid mit dem Druck p2,
wobei Vorratsraum und Arbeitsraum über ein Ventil mit einem Verschlussteil miteinander verbunden sind,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Membran mit dem Verschlussteil in der Art gekoppelt ist, dass bei einer Bewegung der Membran von der Druckhubposition in eine Position, die weiter von der Saughubposition entfernt ist, das Ventil geöffnet wird.
Membranpumpe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Zugstange, welche an der Membran befestigt ist, vorgesehen ist, wobei das Verschlussteil mit der Zugstange verbunden ist.
Membranpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlussteil beweglich mit der Zugstange befestigt ist, so dass das Verschlussteil relativ zur Zugstange zwischen zwei Positionen hin- und herbewegt werden kann, die derart ausgelegt sind, dass in der Druckhubposition der Membran, wenn das Verschlussteil in der ersten Position ist, das Ventil geschlossen ist und in der zweiten Position des Verschlussteils das Ventil geöffnet ist.
Membranpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlussteil federnd in die erste Position vorgespannt ist. Membranpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die federnde Vorspannung des Verschlussteiles derart dimensioniert ist, dass, wenn für die Druckdifferenz zwischen dem Druck im Vorratsraum und dem Druck im Arbeitsraum gilt p2 - ρλ > a , wobei a ein vorbestimmter Druck ist, das Verschlussteil von der ersten Position in Richtung der zweiten Position bewegt wird und das Ventil geöffnet wird.
Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran in Richtung des Saughubes federnd vorgespannt ist, wobei dies vorzugsweise durch eine federnd vorgespannte Zugstange bewirkt ist.
Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsraum in einem Gehäuse angeordnet ist, wobei das Gehäuse ein Wandelement mit einem Ventilsitz aufweist, wobei vorzugsweise das Wandelement in einer Öffnung des Gehäuses beweglich angeordnet ist.
Membranpumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Wandelement federnd in Richtung der Gehäuseöffnung vorgespannt ist, wobei vorzugsweise in der Öffnung ein Anschlagselement angeordnet ist, gegen welchen das Wandelement federnd vorgespannt ist.
Membranpumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die federnde Vorspannung des Wandelementes derart dimensioniert ist, dass wenn für die Druckdifferenz zwischen dem Druck im Arbeitsraum und dem Druck im Vorratsraum gilt ρλ - p2 > b , wobei b ein vorbestimmter Druck ist, das Wandelement sich von dem Verschlussteil wegbewegt und sich dadurch das Ventil öffnet.
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