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Antriebseinrichtung für Membranpumpen, insbesondere Membrandosierpumpen
Die Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung für Membranpumpen, insbesondere
für Membrandosierpumpen, bei deneii eiri- Verdrängerkolben über ein Übertragungsmedium-
auf- die Membran der Pumpe wirkt.
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Membranpumpen sind in der. Technik allgemein bekannt. Sie werden vor
allem zur Förderung von Medien verwendet, die -in der Stopfbuchse z. B. von Kolbenpumpen
schlecht- beherrscht werden können. Der Antrieb der Membran kann direkt oder indirekt
über mechanische Zwischenglieder oder hydraulische Medien erfolgen. Da der direkte
Antrieb nur auf einen einzigen Punkt der .Membran Wirkt und die Membran an ihrem
Umfang fest eingespannt ist, darf bei diesen Antriebseinrichtungen die Membran wegen
der Reißgefahr keinen höheren Druckbeanspruchungen je Flächeneinheit ausgesetzt
werden. Weiterhin kann die Membran, da sie -nicht über ihre gesamte Fläche zwangläufig
unterstützt ist, unkontrollierte Bewegungen durchführen, was sich insbesondere bei
Dosierpumpen; bei denen das Hubvolumen äußerst konstant sein soll, sehr nachteilig
auswirkt. Um eine gleichmäßige Belastung und Du_rchbiegung-der Membran zu erzielen,
wurde die Verwendung einer stufenförmig abgesetzten Antriebsstange vorgeschlagen,
die auf eine Anordnung von teleskopartig ineinandergleitenden Ringen arbeitet. Mit.
dieser Anordnung kann zwar auch gegen hohe Drücke mit definiertem Hubvolumen gearbeitet
werden. Nachteilig ist jedoch bei dieser Anordnung, abgesehen'von dem erhöhten Aufwand,
daß mit größerwcrdendem Membranhub schräg zu der Xolbenachse verlaufende, Drücke
durch die Zwischenglieder auf die Antriebsstange übertragen werden, so daß bei größeren
Gegehdrücken oder Pumpenförderhöhen mit enormen Stangenkräften gerechnet werden
muß. Das Pumpentriebwerk muß dementsprechend sehr kräftig dimensioniert werden.
Der Kraftaufwand und der konstruktive Aufwand werden also-bei-dieser Ausführungsform
im Verhältnis zu der Förderleistung sehr hoch.
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Die Übertragung der Kraft des hin- und hergehenden Antriebskolbens
durch ein hydraulisches Medium auf die Membran stellt an sich den theoretischen
Idealfall dar, da die Membran druckmäßig äußerst gleichmäßig belastet wird. In dier
Praxis zeigte es sich jedoch, daß keine ideale Abdichtung des antreibenden Kolbens
erzielt werden kann. Nach einem längeren Zeitraum tritt dementsprechend ein gewisser
Verlust an dem Übertragungsmedium auf. Damit ändert sich jedoch 'zwangläufig die
Fördercharakteristik: der Pumpe, was insbesondere bei Dosierpumpen nicht tragbar
ist. Es wurden aus diesem Grunde lpreits Zusatzeinrichtungen vorgeschlagen, um störende
Verluste einigermaßen wieder zu ersetzen. Abgesehen von. dem hierzu erforderlichen
großen Aufwand ist jedoch bisher auch noch, keine derartige Zusatzeinrichtung bekanntgeworden,
die diese Aufgabe, insbesondere bei .durch Membranhubverstellung regelbaren Membranpumpen,
in praktisch einwandfreiem Maße lösen würde.. Abgesehen davon treten besondere Schwierigkeiten
auf, da die die Übertragungsflüssigkeit aufnehmende Kammer exakt gelüftet werden
muß.
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Gemäß der Erfindung zeigte es sich nun, daß die angegebenen Schwierigkeiten
dadurch überwunden werden können, daß auf der dem zu `pumpenden Medium abgewendeten
Seite der Membran eine zylindrische oder konische Kammer vorgesehen wird, die mit
einer körnigen festen Substanzgefüllt ist. In die Kammer mündet eine Bohrung,''
in der ein Verdrängerkolben gleitet.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Kammer mit kleinen,
sehr harten Kugeln gefüllt--deren Durchmesser etwas größer ist als das Spiel des
Verdrängerkolbens in der Bohrung. Die Achse des Verdrärigerkolbens kann senkrecht
zu der Membran stehen. In diesem Falle ist zweckmäßigerweise das Stirnende des Verdrängerkolbens
sattelförmig oder kegelig geformt. Die Achse des Verdrängerkolbens kann auch parallel
oder schräg zu der Membran liegen. In diesem Falle ist zweckmäßi@gerweise das Stirnende
des Verdrängerkolbens in Richtung auf die Membran abgeschrägt.
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In den Zeichnungen sind zwei bevorzugte Ausführungsformen gemäß der
Erfindung dargestellt.
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Die Figuren zeigen schematische Schnitte durch Ausführungsformen von
Verdrängerpumpen gemäß der Erfindung.
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Bei Membranpumpen der in Rede stehenden Art sitzen Ventile, insbesondere
Kugelventile 1 und 2, in dem pumpenden bzw. in dem ansaugenden Anschlußziveig einer
die Membran 3 enthaltenden Kammer.
Bei einer periodischen Auslenkung
der Membran 3 wird dementsprechend'bei jedem Halbtakt eine bestimmte Menge des Mediums
unter Abheben der Ventilkugel 2 angesaugt und bei dem nächsten Halbtakt unter Abheben
der Ventilkugel 1 wieder aus der Kammer abgestoßen.
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Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 liegt die Membran 3 über einer
konischen Kammer 11, die mit einer großen Anzahl härtester kleiner Kugeln 9 gefüllt
ist. Die Kugeln sind von einem Schmierfilm umgeben. Der Kolben 7 ist an seinem Stirnende
sattelförmig so ausgebildet, daß sich zusammen mit der Form der Kammer 11 Bedingungen
ergeben, bei denen sich der Druck in der Kugelfüllung 9 ähnlich wie in einem hydraulischen
Medium fortpflanzen kann. Dadurch resultiert eine relativ geringe Belastung der
Kolbenstange, so daß also auch bei großen Gegendrücken eine relativ leichte Ausbildung
des Pumpentriebwerkes genügt. Die Membran 3 ist auf ihrer gesamten Arbeitsflächenrückseite
unterstützt. Je kleiner die Kugeldurchmesser gewählt werden, desto enger liegen
die einzelnen Unterstützungspunkte der Membran 3 nebeneinander. Es sind also wesentlich
geringere Stützabstände zu erzielen als mit den bekannten Anordnungen. Es können
dementsprechend auch große Gegendrücke bei relativ geringer Beanspruchung der Membran
überwunden, werden. Es genügt weiterhin, wenn der Abstand zwischen dem Verdrängerkolben
7 und den Wänden seiner Führungsbohrung etwas kleiner gehalten wird als der Durchmesser
der Kugeln 9. Es ist also nicht erforderlich, daß die Abdichtung des Kolbens 7 gas-
oder flüssigkeitsdicht erfolgt. Dementsprechend entfallen ebenfalls die Entlüftungsschwierigkeiten.
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Die Rückführung der Membran 3 bei Saughub kann durch Vorspannung der
Membran, die z. B. aus Gummi, weichen Kunststoffen oder Metall bestehen kann, oder
durch einen entsprechend vorzuschreibenden Zulaufdruck erzielt werden. Es besteht
jedoch auch die Möglichkeit, den Verdrängerkolben relativ dicht in die Führungsbohrung
einzuschleifen. Die Zwischenräume in der Kammer zwischen den Kugeln werden dann
völlig mit C51 gefüllt. Auf diese Weise kann die Membran beim Saughub durch den
atmosphärischen Druck zurückgeholt werden. Dies bietet stopfbuchsenmäßig keine besondere
Schwierigkeit. Bei der Vorwärtsbewegung des Verdrängerkolbens ist dann die mechanische
Kugelunterstützung für die Membranen wieder voll wirksam. Die Ölzwischenfüllung
kann auch kontinuierlich umgewälzt werden, wenn beispielsweise eine Wärme- oder
Kälteübertragurig auf den Membranförderraum erwünscht ist. Weiterhin kann an die
Kammer ein leichter Unterdruck angelegt werden, um Entlüftungsschwierigkeiten zu
vermeiden.
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Da sich die Kugelfüllung in der Kammer ähnlich wie eine Flüssigkeit
verhält, kann der Verdrängerkolben in verschiedenen Winkeln zur Membranfläche eingeführt
werden. Dies bietet je nach der Triebwerkanordnung in manchen Fällen konstruktive
Vorteile. Eine Lösung gemäß der Erfindung, bei der der Verdrängerkolben 10 parallel
zu der Membran 3 auf die Kugelfüllung 9 arbeitet, ist in Fig. 2 dargestellt. Der
Verdrängerkolben ist in diesem Fall vorzugsweise in Richtung zur Membran hin abgeschrägt.
Es können auch keilartige Verdrängerkolben mit nicht kreisförmigem Querschnitt,
also beispielsweise mit rechteckigem Querschnitt, verwendet werden.