Membranpumpe, insbesondere zum Dosieren von Flüssigkeiten

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Membranpumpe, insbesondere zum Dosieren von Flüssigkeiten mit einer einerseits einen Dosierraum mit Saug- und Druckventil, andererseits einen hydraulischen Arbeitsraum mit Antriebskolben und Überdruckventil begrenzenden Membran, die eine mit dem Arbeitsraum über wenigstens einen Überströmkanal verbundene Kammer abgrenzt, wobei im Bereich des Überströmkanal ein Stößel mit je einem Ventilteller für die gegenüberliegenden Öffnungen des Überströmkanals geführt ist und daß die aus dem Stößel und den Ventiltellern bestehende Ventileinheit in Wirkverbindung mit der Membran steht.

[0002] Membranpumpen dieser Art, die auch als Kolbenmembranpumpen bezeichnet werden, sind in einer Vielzahl von Ausführungsformen bekannt. Ihr Arbeitsprinzip besteht darin, daß die elastisch verformbare Membran unter wechselndem hydraulischem Druck im Arbeitsraum ihren Hub ausführt, wobei sie die zu fördernde Flüssigkeit beim Saughub, bei dem sie den Dosierraum vergrößert, über das Saugventil ansaugt und beim Druckhub, bei dem sie sich in den Dosierraum hineinbewegt, über das Druckventil abdrückt. Der Druckwechsel im Arbeitsraum wird durch einen diesen abschließenden Kolben erzeugt, der von einem oszillierenden Antrieb, beispielsweise einem Exzenter betätigt wird.

[0003] Da die Membran aufgrund der von ihr geforderten Elastizität und dem notwendigen Arbeitshub eine vergleichsweise geringe Wandstärke besitzt, ist sie gegen Überbeanspruchung empfindlich. Eine solche Überbeanspruchung kann beispielsweise bei zu großer Saughöhe oder bei verschlossener bzw. blockierter Saugleitung oder aber auch bei Undichtheiten im Saug- oder Druckventil auftreten. Sie äußert sich darin, daß die Membran überdehnt und gegebenenfalls bleibend verformt wird oder gar im Extremfall reißt. Damit wird die Membranpumpe nicht nur funktionsuntüchtig, sondern es können sich auch hydraulisches Arbeitsmedium und Dosiermedium mischen, was zu entsprechenden Folgeschäden führt.

[0004] Um eine zu starke Auslenkung der Membran und die dadurch gegebene Gefährdung zu vermeiden, sind gesonderte Stützeinrichtungen vorgesehen, die den Membranhub begrenzen. Diese Stützeinrichtungen bestehen im allgemeinen aus kalottenähnlich geformten Scheiben, die mit mehreren Kanälen versehen sind, um - je nach Anordnung der Stützeinrichtungen - den Durchtritt des Arbeitsmediums bzw. Dosiermediums zu ermöglichen. Die Membran legt sich beim Hubmaximum an die Kalotte an. Auch hierbei kann es aber noch zu Schäden kommen, indem bei zu hoher Druckdifferenz die Membran in die Kanäle hineinverformt wird, so daß sich wiederum bleibende Verformungen oder gar Risse einstellen.

[0005] Bei einer bekannten Vorrichtung (GB-PS-887 774) ist zwischen dem Dosierraum und dem Arbeitsraum eine Kammer vorgesehen, die zum Dosierraum über die Membran angrenzt und über einen Überströmkanal mit dem Arbeitsraum verbunden ist. Im Bereich des Überströmkanals ist eine Ventilstange geführt, die je einen Ventilteller für die gegenüberliegenden Öffnungen des Überströmkanals aufweist. An diese aus Ventilstange und Ventiltellern bestehende Ventileinheit ist über eine Schraubverbindung die Membran festgelegt.

[0006] Eine weitere bekannte Vorrichtung (US-PS-2 303 597) zeigt ebenfalls eine Ventileinheit die mit der Membran fest verbunden ist. Dabei benutzt das eine Ende der an der Membran festgelegten Ventileinheit diese als Stütze und Führung, wobei das andere Ende der Ventileinheit in einem Schublager geführt wird. Im Bereich des Überströmkanals erfährt die Ventileinheit keinerlei Unterstützung, so daß die Membran neben den Saug- und Druckkräften zusätzlich noch den von der Festlegung der Ventileinheit herrührenden Kräften ausgesetzt wird. Diese und die vorgenannte Vorrichtung haben zudem den Nachteil, daß durch das Festlegen des einen Endes der Ventileinheit die Homogenität und die elastische Struktur der Membran gestört ist und diese deshalb bei höheren Druckdifferenzen leicht einreißen kann.

[0007] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Membranpumpe zu schaffen, die mit einem funktionssicheren und gegen jede Art von Überbelastung wirksamen Membranschutz ausgestattet ist.

[0008] Ausgehend von einer Membranpumpe des zuvor geschilderten Aufbaus wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Ventileinheit unter Wirkung einer schwachen Feder über eine Stützscheibe lose der Membran anliegt.

[0009] Die Funktionsweise der Membranpumpe ist folgende: Bei normalem Dosierbetrieb, bei dem die Membran durch das hydraulische Arbeitsmedium hin und her bewegt wird, folgt der Stößel mit der Ventileinheit dieser Bewegung, wobei das Arbeitsmedium aus dem Arbeitsraum über die Überströmkanäle in die Kammer gelangt und rückseitig an der Membran ansteht. Der Abstand der Ventilteller voneinander bzw. ihr Abstand zu den gegenüberliegenden Öffnungen der Überströmkanäle ist so bemessen, daß die Ventileinheit zumindest beim Druckhub nicht in die Schließlage gelangt, da anderenfalls die Förderleistung beeinträchtigt würde. Erst dann, wenn die Membran in der einen oder anderen Richtung über den Maximalhub hinaus ausgelenkt wird, gelangt - je nach Richtung der Auslenkung - der eine oder andere Ventilteller in die Schließlage, so daß die Kammer und damit die Membran vom Arbeitsmedium abgekoppelt ist, eine weitere Druckerniedrigung also nicht mehr stattfinden kann. Erfindungsgemäß ist die Membran demzufolge nicht wie beim gattungsgemäßen Stand der Technik - in ihren Grenzlagen durch mechanische Stützeinrichtungen gehalten, sondern liegt der Ventileinheit über die Stützscheibe lose an, so daß jegliche Überbeanspruchung ausgeschlossen ist. Dieser Membranschutz ist in jeder Betriebssituation absolut funktionssicher.

[0010] Erfindungsgemäss liegt die Ventileinheit der Membran unter Wirkung einer schwachen Federkraft an, die mit Vorteil so gering bemessen ist, daß sie keinen aktiven Beitrag zur Auslenkung der Membran leistet. Die Federkraft soll bei hydraulischem Gleichgewicht auf beiden Seiten der Membran lediglich die Reibungskräfte der Stößelführung und die Trägheitskräfte des Systems überwinden, also beim Druckhub stets für eine Anlage der Ventileinheit an der Membran sorgen. Andererseits stellt sie beim Saughub der Bewegung der Membran keinen bzw. keinen nennenswerten Widerstand entgegen.

[0011] Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist zwischen der Kammer und dem hydraulischen Arbeitsraum ein Einsatz vorgesehen, in dem einerseits der Stößel der Ventileinheit geführt, andererseits der Überströmkanal angeordnet ist. Dabei sind vorzugsweise in dem Einsatz mehrere den Stößel bzw. seine Führung umgebende Überströmkanäle vorgesehen, deren gegenüberliegende Öffnungen an beiden Seiten der Trennwand von jeweils einem der Ventilteller der Ventileinheit überdeckt sind. Jeder Ventilteller verschließt also sämtliche Öffnungen an der einen Seite der Überströmkanäle.

[0012] In besonders vorteilhafter Ausführung ist an den beiden Seiten des Einsatzes ein Kegelsitz eingearbeitet, dessen kleiner Durchmesser etwa dem Durchmesser des äußeren Hüllkreises der Öffnungen der Überströmkanäle entspricht. Damit ist eine einzige zentrische Dichtfläche für sämtliche Überströmkanäle geschaffen. Mit Vorteil weisen bei dieser Ausführung auch die Ventilteller als Dichtfläche eine Kegelfläche auf.

[0013] Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die die Federkraft erzeugende Feder zwischen den beiden Ventiltellern angeordnet und stützt sich einerseits innerhalb des Einsatzes, andererseits an dem der Membran zugekehrten Ventilteller ab. Bei einer anderen Ausführungsform ist die Feder eine sich einerseits an der Stützscheibe, andererseits an der ihr gegenüberliegenden Seite des Einsatzes abstützende, den Stößel umgebenden Schraubenfeder.

[0014] Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Membranschutzes, der auch bei extremen Betriebszuständen eine Überbeanspruchung oder Beschädigung der Membran verhindert, ist es möglich, eine sehr dünnwandige Membran und damit auch eine solche aus Kunststoff, insbesondere aus PTFE, zu verwenden. Dadurch lassen sich einerseits auch hoch agressive Medien fördern, was bisher nicht oder nur mit sehr teueren Verbundwerkstoffen möglich war, andererseits auch beliebig hohe Drücke realisieren, die nicht durch die Membranfestigkeit begrenzt sind.

[0015] Nachstehend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben:

[0016] In der Zeichnung zeigen:

Figur 1 einen Schnitt durch eine Ausführungsform einer Membranpumpe;

Figur 2 einen vergrößerten Detailschnitt der Ventileinheit in der einen Grenzlege;

Figur 3 die Ventileinheit gemäß Figur 1 in der enderen Grenzlage und

Figur 4 einen Schnitt durch eine andere Ausführungsform der Ventileinheit.

[0017] Die Membranpumpe gemäß Figur 1 weist ein mehrteiliges Gehäuse auf, des aus einem Tank 1 für das hydraulische Arbeitsmedium, einem Kolbengehäuse 2, einem Ventilkopf 3 und einem Dosierkopf 4 besteht, die axial hintereinander montiert sind. Auf dem Tank 1 sitzt ein Antriebsmotor 5 mit einem Schneckengetriebe 6, das einen Exzenter 7 entreibt. Der Exzenter 7 wirkt auf einen Hohlkolben 8, der im Kolbengehäuse 2 geführt und im Bereich seiner Antriebsseite mit einer Querbohrung 9 für den Übertritt des Hydraulikmediums aus dem Tank 1 in den Hohlreum des Kolbens versehen ist. Im Bereich der Antriebsseite ist der Kolben 8 ferner von einem Steuerschieber 10 übergriffen, der als Anschnittsteuerung eine Einstellung des Arbeitshubs ermöglicht. Der Kolben 8 steht schließlich unter Wirkung einer Feder 11, die ihn in Anlage am Exzenter 7 hält. Der Hohlraum des Kolbens 8 sowie ein ihm vorgelegerter Raum 12 im Kolbengehäuse 2 und eine im Ventilkopf 3 angeordnete Kammer 13 bilden den Arbeitsraum der Dosierpumpe, wobei der Raum 12 über ein Überdruckventil 27 mit dem Tank 1 verbunden ist.

[0018] Die Kammer 13 wird vorderseitig von einer Dosiermembren 14 begrenzt, die zugleich den rückseitigen Abschluß eines Dosierraums 15 bildet. Der Dosierraum 15 ist über ein Saugventil an das zu fördernde Medium angeschlossen und weist ferner ein Druckventil 17 auf. Schließlich ist die Kammer 13 noch mit einem Entlüftungsventil 18 ausgestattet.

[0019] Zwischen dem Raum 12 und der Kammer 13 sind in einer vom Ventilkopf 3 gebildeten Trennwand mehrere Überströmkanäle 19 konzentrisch um eine gemeinsame Achse engeordnet, wie insbesondere aus Figur 2 und 3 ersichtlich. Achsgleich ist innerhalb des Ventilkopfs ein Stößel 20 geführt, der im Bereich der Führung von den Uberströmkanälen 19 konzentrisch umgeben ist. Der Stößel 20 weist beiderseits der vom Ventilkopf 3 gebildeten Trennwand je einen Ventilteller 21, 22 auf, die mit einem entsprechenden Kegelsitz 23 bzw. 28, die in die Trennwand eingearbeitet sind und die Überströmkanäle 19 nach außen hin erweitern, zusammenwirken. Der Stößel 20 mit den Ventiltellern 21,22 und den Kegelsitzen 23, 28 bilden die dem Schutz der Membran 14 dienende Ventileinheit 30.

[0020] Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Stößel 20 an dem dem Ventilteller 21 gegenüberliegenden Ende einen Ansatz 29 mit einer Stützscheibe 24 auf, die sich über eine Distanzbüchse 25 an dem anderen Ventilteller 22 abstützt. Die Stützscheibe 24 liegt unter Wirkung einer Feder 26, die sich an der Wandung der Kammer 13 abstützt, der Membran 14 lose an.

[0021] In Figur 2 ist die Extremlage der Membran 14 beim Druckhub erkennbar, bei der der Vantilkegel 21 die Überströmkanäle 19 gegenüber dem Arbeitsraum 12 das Kolbens 8 verschließt, während in Figur 3 die andere Grenzlage beim Saughub gezeigt ist, bei der der Ventilkegel 22 die Überströmkanäle 19 verschließt. In beiden Grenzlagen ist die Membran also vom Arbeitsraum hydraulisch abgekoppelt, so daß sie über die Grenzlagen hinaus nicht belastet werden kann.

[0022] Figur 4 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform der Ventileinheit 30, die insbesondere fertigungs- und montagetechnische Vorteile hat. Sie weist wiederum einen Stößel 20 auf, an dessen beiden Enden je ein Ventilteller 21, 22 befestigt ist, die wiederum mit Kegelsitzen 23, 28 zusammenwirken. Die Kegelsitze 23, 28 sind wie auch die Überströmkanäle 19 an einem Einsatz 31 angeordnet, der seinerseits wiederum dicht in den Ventilkopf 3 (Figur 1) eingesetzt ist. Der Einsatz 31 weist zwischen den Überströmkanälen 19 und dem der Membran 14 (Figur 1) zugewandten Ventilteller 22 eine Bohrung größeren Durchmessers auf, in der die Feder 26 angeordnet ist, die sich einerseits im Einsatz 31, andererseits am Ventilteller 22 abstützt und somit die Ventileinheit 30 in Richtung zur Membran 14 drängt.

Ansprüche

1. Membranpumpe, insbesondere zum Dosieren von Flüssigkeiten mit einer einerseits einen Dosierraum mit Saug- und Druckventil, andererseits einen hydraulischen Arbeitsraum mit Antriebskolben und Uberdruckventil begrenzenden Membran, die eine mit dem Arbeitsraum über wenigstens einen Uberströmkanal verbundene Kammer abgrenzt, wobei im Bereich des Überströmkanals ein Stößel mit je einem Ventilteller für die gegenüberliegenden Öffnungen des Überströmkanals geführt ist und daß die aus dem Stößel und den Ventiltellern bestehende Ventileinheit in Wirkverbindung mit der Membran steht,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ventileinheit (30) unter Wirkung einer schwachen Feder (26) über eine Stützscheibe (24) lose der Membran anliegt.

2. Membranpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (26) eine bei hydraulischem Gleichgewicht auf beiden Seiten der Membran (14) lediglich die Reibungskräfte der Stößelführung und die Trägheitskräfte überwindende Federkraft aufweist.

3. Membranpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinheit (30) einen die Kammer (13) durchgreifenden Ansatz (29) und dieser die der Membran (14) anliegende Stützscheibe aufweist.

4. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Kammer (13) und dem hydraulischen Arbeitsraum (12) ein Einsatz (31) vorgesehen ist, in dem einerseits der Stößel (20) der Ventileinheit (30) geführt, andererseits der Überströmkanal (19) angeordnet ist.

5. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Einsatz (31) mehrere den Stößel (20) bzw. seine Führung umgebende Überströmkanäle (19) angeordnet sind, deren gegenüberliegende Öffnungen an beiden Seiten der Trennwand von jeweils einem der Ventilteller (21 bzw. 22) der Ventileinheit (30) überdeckt sind.

6. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an beiden Seiten des Einsatzes (31) ein Kegelsitz (23, 28) eingearbeitet ist, dessen kleiner Durchmesser etwa dem Durchmesser des außeren Hüllkreises der Öffnungn der Überströmkanäle (19) entspricht.

7. Membranpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilteller (21, 22) als Dichtfläche gleichfalls eine Kegelfläche aufweisen.

8. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (26) zwischen den beiden Ventiltellern (21, 22) angeordnet ist und einerseits innerhalb des Einsatzes, andererseits an dem der Membran (14) zugekehrten Ventilteller (22) abgestützt ist.

9. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder eine sich einerseits an der Stützscheibe (24), andererseits an der ihr gegenüberliegenden Seite der Kammer (13) abstützende Schraubenfeder (26) ist.

10. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (14) aus Kunststoff besteht.

Claims

1. Membrane pump, particularly for dosing liquids with a membrane defining on one side a dosing zone with suction and pressure valve and on the other side a hydraulic working zone with driving piston and overpressure valve, said membrane defining a chamber connected to the working zone via at least one overflow pipe and in the vicinity of the overflow pipe is guided a plunger with in each case one valve disk for the facing openings of the overflow pipe and the valve unit comprising the plunger and the valve disk is in operative connection with the membrane, characterized in that the valve unit (30) loosely engages on the membrane via a supporting plate (24) under the action of a weak spring (26).

2. Membrane pump according to claim 1, characterized in that spring (26), in the case of hydraulic equilibrium on either side of the membrane (14), merely has a spring tension overcoming the frictional forces of the plunger guide and the forces of inertia.

3. Membrane pump according to claims 1 or 2, characterized in that the valve unit (30) has a lug {29) passing through chamber (13) and said lug has the supporting plate engaging the membrane (14).

4. Membrane pump according to one of the claims 1 to 4, characterized in that between the chamber (13) and the hydraulic working zone (12) is provided an insert (31), in which is guided the punger (20) of valve unit (30) and in which is arranged the overflow pipe (19).

5. Membrane pump according to one of the claims 1 to 4, characterized in that the insert (31) contains several overflow pipes (19) surrounding the plunger (20) or its guide and whose facing openings are covered on either side of the partition by in each cae one of the valve disks (21 or 22) of valve unit (3).

6. Membrane pump according to one of the claims 1 to 5, characterized in that a cone seat (23, 28) is formed on either side of insert (31) and its small diameter roughly corresponds to the diameter of the outer envelope circle of the openings of overflow pipes (19).

7. Membrane pump according to claim 6, characterized in that the valve disks (21, 22) as a sealing surface also have a conical surface.

8. Membrane pump according to one of the claims 1 to 7, characterized in that spring (26) is arranged between the two valve disks (21, 22) and is supported on the one hand within the insert and on the other on the valve disk (22) facing membrane (14).

9. Membrane pump according to one of the claims, 1 to 7, characterized in that the spring is a helical spring (26) supported on the one hand on the supporting plate (24) and on the other on the side of chamber (13) opposite thereto.

10. Membrane pump according to one of the claims 1 to 9, characterized in that the membrane (14) is made from plastic.

Revendications

1. Pompe à membrane, notamment pour doser des liquides, comportant une membrane délimitant, d'une part, une chambre de dosage avec soupape d'admission et soupape de refoulement et, d'autre part, une chambre de travail hydraulique avec piston de commande et clapet de surpression, laquelle membrane délimite une chambre reliée à la chambre de travail par au moins un conduit de décharge, un poussoir, comportant une tête de soupape pour chaque ouverture opposée du conduit de décharge étant guidé dans la zone du conduit de décharge, et l'ensemble de soupape composé du poussoir et des têtes de soupape étant en liaison fonctionnelle avec la membrane, caractérisée en ce que l'ensemble de soupape (30) appuie librement contre la membrane par l'intermédiaire d'un disque de soutien (24) assujetti à un ressort (26) de force élastique faible.

2. Pompe à membrane selon la revendication 1, caractérisée en ce que le ressort (26) présente une force élastique qui doit simplement vaincre les forces de frottement du guidage du poussoir et les forces d'inertie en cas d'équilibre hydraulique sur les deux côtés de la membrane (14).

3. Pompe à membrane selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que l'ensemble de soupape (30) comporte un prolongement (29) traversant la chambre (13) lequel porte le disque de soutien appuyant contre la membrane (14).

4. Pompe à membrane selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'on prévoit entre la chambre (13) et la chambre de travail hydraulique (12) une garniture (31) dans laquelle, d'une part est guidé le poussoir (20) de l'ensemble de soupape (30) et dans laquelle, d'autre part, est disposé le conduit de décharge (19).

5. Pompe à membrane selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'on dispose dans la garniture (31) plusieurs conduits de décharge (19) entourant le poussoir (20) ou son guidage, conduits dont les ouvertures opposées de part et d'autre de la paroi de séparation sont respectivement recouvertes par l'une des têtes de soupape (21 ou 22) de l'ensemble de soupape (30).

6. Pompe à membrane selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que sur les deux côtés de la garniture (31) est usiné un siège conique (23, 28) dont le petit diamètre correspond sensiblement au diamètre du cercle constituant l'enveloppe extérieure des conduits de décharge (19).

7. Pompe à membrane selon la revendication 6, caractérisée en ce que les têtes de soupape (21, 22) comportent également une surface conique comme surface d'étanchéité.

8. Pompe à membrane selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que le ressort (26) est disposé entre les deux têtes de soupape (21,22) et il s'appuie, d'une part à l'intérieur de la garniture, et d'autre part contre la tête de soupape (22) tournée vers la membrane (14).

9. Pompe à membrane selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que le ressort est un ressort hélicoïdal (26) s'appuyant, d'une part contre le disque de soutien (24) et d'autre part, contre le côté de la chambre (13) lui faisant face.

10. Pompe à membrane selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que la membrane (14) est en matière plastique.

Zeichnung