Kolbenmembranpumpe

Abstract

 Eine Kolbenmembranpumpe mit einem in einem Kolbenarbeitsraum 20d dichtend verschiebbaren Kolben 10 zur alternierenden Hubauslen­kung einer den Kolbenarbeitsraum 20d von einer Förderkammer 21 trennenden Membran 23, einer im Kolben 10 angeordneten, mit einem Ventilsitz 13 versehenen zentrischen Bohrung 25 zur Ver­bindung des Kolbenarbeitsraums 20d mit einem Vorratsraum 27 für Hydraulikflüssigkeit, einem zum Ventilsitz 13 koaxial verschieb­bar geführten, gegen diesen dichtend angedrückten Ventilkörper 19 und eine diesen bei Unterschreitung eines vorbestimmten axi­alen Abstands des Kolbens 10 von seinem hinteren Totpunkt vom Ventilsitz 13 abhebenden Anschlagvorrichtung 24.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Kolbenmembranpumpe, mit einem Ge­häuse, einer darin angeordneten Förderkammer, einem von dieser durch mindestens eine dichtend eingespannte Membran abgetrenn­ten, im Betriebszustand mit Hydraulikflüssigkeit gefüllten Kolbenarbeitsraum, einem darin dichtend verschiebbar geführten Kolben zur alternierenden Hubauslenkung der Membran, einem über mindestens ein Ventil mit dem Kolbenarbeitsraum verbunde­nen Vorratsraum für Hydraulikflüssigkeit sowie gegebenenfalls Vorrichtungen zum Verstellen der Fördermenge.

[0002] Bei der aus der DE-AS 14 53 579 bekannten Membranpumpe dieser Art ist im Gehäuse eine zum Zylindrischen Kolbenarbeitsraum parallele Bohrung vorgesehen, die über einen Verbindungskanal mit der Membrankammer kommuniziert und in axialem Abstand von diesem mit dem Vorratsraum verbunden ist. In der Bohrung ist eine an ihrem Umfang durch drei Ringdichtungen abgedich­tete Hülse mit einer konzentrischen Bohrung axial verstellbar, in welcher eine mit dem Kolben über eine Totgangverbindung verbundene Schieberstange zu gemeinsamer Bewegung geführt ist, die eine mit dem Verbindungskanal kommunizierende Öffnung der Hülse jeweils beim Saughub kurz vor der hinteren Totpunktlage des Kolbens freigibt und dadurch den mit Hydraulikflüssigkeit gefüllten Kolbenarbeitsraum mit dem unter Außendruck stehenden, als Vorratsraum dienenden Getriebegehäuse verbindet.

[0003] Da jedoch die mit dem Kolben seitlich versetzt verbundene, in der Hülse metallisch gleitende Schieberstange nicht dauer­haft zuverlässig abdichtet, treten in Abhängigkeit von der Betriebstemperatur, der Viskosität der Hydraulikflüssigkeit und dem Differenzdruck zwischen Arbeitsraum und Vorratsraum unterschiedliche Leckagen auf, welche die Fördergenauigkeit der Membranpumpe beeinträchtigen. Darüber hinaus sind an der zur Verstellung des Förderstromes verschiebbar ausge­bildeten Hülse drei Dichtungen erforderlich, von denen zwei jeweils dynamisch durch den zwischen dem Saughub und dem Druckhub pulsierenden Druck belastet werden.

[0004] Aufgabe der Erfindung war es nun, eine Kolbenmembranpumpe der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei einfacher, unauf­wendig zu fertigender Konstruktion unerwünschte Leckagen vermeidet und eine höhere Dosiergenauigkeit ermöglicht.

[0005] Zur Lösung dieser Aufgage ist die Kolbenmembranpumpe der ein­gangs genannten Art erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Pa­tentanspruches 1 ausgestattet.

[0006] Die so ausgestaltete Kolbenmembranpumpe ist wegen ihres einfa­chen Aufbaus mit geringerem Aufwand herzustellen, kommt mit einem Minimum an Dichtungen aus und gestattet wegen der koaxi­alen Anordnung von Kolben, Ventilsitz, Ventilkörper und Füh­rung einen verschleißarmen Betrieb mit wesentlich besserer Abdichtung ohne Beeinträchtigung der Förderstromeinstellung.

[0007] Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen der Kolbenmembranpumpe sind in den Unteransprüchen 2 bis 10 beschrieben.

[0008] Je nach der Bemessung bzw. der Einstellung der Anschlagvor­richtung relativ zur Führung des Ventilkörpers wird dieser bei der Bewegung des Kolbens jeweils während des Saughubes bei Unterschreitung eines vorbestimmten Abstandes des Kolbens von seiner hinteren Totpunktlage vom Ventilsitz abgehoben und da­durch eine unmittelbare Verbindung zwischen dem Kolbenarbeits­raum und dem Vorratsraum für Hyraulikflüssigkeit geschaffen, so daß die Weiterbewegung des Kolbens bis in seine hintere Totpunktlage keine weitere Auslenkung der Membran bewirkt. Durch Verstellung der Führungshülse, beispielsweise mittels einer mit einem Einstellknopf versehenen Gewindehülse, kann der Förderstrom der Kolbenmembranpumpe beispielsweise zwischen 100% und 25% stufenlos verstellt werden. Wenn am Ventilkörper ein in die zentrische Bohrung des Kolbens hineinragender Ver­drängungsvorsprung vorgesehen ist, der während des Schließens bzw. des Öffnens des Ventilkörpers zusammen mit der Wandung der Bohrung einen Ringspalt bildet, wird eine stabile Ausgangs­lage der Membran an der von der Förderkammer abgewandten An­lagefläche sichergestellt.

[0009] Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Kolben­membranpumpe unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Kolbenmembranpumpe,

Fig. 2 einen schematischen Teillängsschnitt der Kolbenmem­branpumpe gemäß Fig. 1 in der vorderen Totpunktlage des Kolbens,

Fig. 3 einen schematischen Teillängsschnitt der Kolben­membranpumpe gemäß Fig. 1 in der hinteren Tot­punktlage des Kolbens und

Fig. 4 einen schematischen Teillängsschnitt der Kolben­membranpumpe gemäß Fig. 1 in der hinteren Tot­punktlage des Kolbens bei auf 25% des maximalen För­derstroms eingestellter Lage der Führungshülse.

[0010] Die in Fig. 1 dargestellte Kolbenmembranpumpe besitzt ein mit dem Pumpengehäuse 9 verbundenes Triebwerksgehäuse 1 mit einem darin drehbar gelagerten, über eine Schneckenwelle 2 antreib­baren Schneckenrad 3 mit einem Exzenter 4. In einem Zylinder­raum 20d des Pumpengehäuses ist ein mit einer Dichtung 11 ver­ sehener Kolben 10 axial verschiebbar geführt. Der Kolben 10 trägt einen Kreuzkopf 7, der über einen Kreuzkopfbolzen 6 mit einem den Exzenter 4 umfassenden Pleuel 5 verbunden ist. Auf diese Weise wird die Drehbewegung der Schneckenwelle 2 in eine hin- und hergehende Bewegung des Kolbens 10 über­führt.

[0011] Der Kolben 10 weist einen in seiner Stirnfläche 12 zentrisch angeordneten Ventilsitz 13 und eine zentrische Bohrung 25 auf. An einer Seite des Pumpengehäuses 9 ist ein Gehäusedek­kel 22 durch Gewindebolzen lösbar befestigt. Zwischen dem Pumpengehäuse 9 und dem Gehäusedeckel 22 ist eine Membran 23 mit ihrem Umfangsrand hermetisch abdichtend eingespannt. Die Membran trennt eine in herkömmlicher Weise mit nicht darge­stellten Einlaß- und Auslaßkanälen versehene Förderkammer 21 vom Kolbenarbeitsraum 20 ab, welcher den an die Stirnfläche 12 des Kolbens 10 angrenzenden Zylinderraum 20d und die mit diesem über einen Querkanal 20a und einen Ringspalt 20b kommunizierende Membrankammer 20c umfaßt. Beim Saughub legt sich die Membran 23 an eine mittels eines Führungsstiftes 31a im Pumpengehäuse 9 gehalterte Stützplatte 31 an.

[0012] In eine im Pumpengehäuse 9 koaxial zum Zylinderraum 20d ver­laufende, mit einem Innengewinde 9b versehene Bohrung 9a ist eine Gewindespindel 15 eingeschraubt, die an ihrem aus dem Pumpengehäuse 9 herausragenden Ende mit einem Einstellknopf 14 zu gemeinsamer Drehung verbunden ist. Die Gewindespindel 15 weist an ihrem dem Kolben 10 zugewandten Ende, eine zen­trische Sackbohrung auf, in der eine Führungshülse 17 fest­gelegt ist. In dieser ist eine Ventilstange 18 verschiebbar geführt, die an ihrem dem Kolben 10 zugewandten Ende einen Ventilkörper 19 trägt, der durch eine Schraubenfeder 16 dichtend gegen den Ventilsitz 13 des Kolbens 10 angedrückt wird. An dem vom Ventilkörper 19 entfernten Ende der Ventil­stange 18 ist ein Anschlagvorsprung 24 angebracht, welcher durch Eingriff mit der vom Kolben 10 abgewandten Endfläche 17a der Führungshülse 17 die Verschiebung der Ventilstange 18 und des Ventilkörpers 19 in Richtung zum Kolben 10 hin be­grenzt. Der Ventilkörper 19 trägt einen in seiner Schließstel­lung in die Bohrung 25 hingeinragenden, mit einer Fase 29 ver­sehenen zylindrischen oder leicht konischen Verdrängungsvor­sprung 28, der während der Öffnungs- und Schließbewegung des Ventilkörpers 19 mit der umgebenden Wandung der Bohrung 25 einen Ringspalt 30 bildet. Durch diesen Ringspalt wird im Druckhub in Abhängigkeit vom Druck im Kolbenarbeitsraum 20 stets Hydraulikflüssigkeit aus dem Kolbenarbeitsraum 20 in den als Vorratsraum dienenden Triebwerksraum 27 verdrängt und somit eine stabile, reproduzierbare Ausgangslage der Membran 23 an der Stützplatte 31 sichergestellt. Im Kreuzkopf 7 ist mindestens ein Verbindungskanal 26 vorgesehen.

[0013] Wenn sich der Kolben 10 beim Saughub aus seiner in Fig. 2 dargestellten vorderen Totpunktlage VT zurückbewegt, wird der Ventilkörper 19 durch die Schrauben druckfeder 16 zunächst in seiner dichtend gegen den Ventilsitz 13 anliegenden Stellung gehalten und folgt so unter Verschiebung der Ventilstange 18 in der Führungshülse 17 der Bewegung des Kolbens 10, bis der Anschlagvorsprung 24 der Ventilstange 18 nach seinem maximalen Hub HV an die rückwärtige Anschlagfläche 17a der Führungshülse 17 anschlägt. In dieser noch vor dem Ende des vollen Kolbenhubes H_K erreichten in Fig. 3 dargestellten Stellung kurz vor der hinteren Totpunktlage HT des Kolbens 10 wird dann der Ventilkörper 19 an einer dem Kolben 10 weiter folgenden Mitbewegung gehindert und vom Ventilsitz 13 abgehoben, wodurch der Zylinderraum 20 d über den zwischen dem Verdrängungs­vorsprung 28 und dem Ventilsitz 13 bzw. der Umfangswand der Bohrung 25 gebildeten Ringspalt 30 sowie die Bohrung 25 mit dem als Vorratsraum dienenden Triebwerksraum 27 verbunden ist. Wenn sich der Kolben 10 dann im anschließenden Druckhub aus seiner hinteren Totpunktlage HT vorwärts bewegt, legt er sich mit dem Ventilsitz 13 wieder dichtend gegen den Ventilkörper 19 an und bewegt dann den Ventilkörper 19 gegen die Kraft der Schraubendruckfeder 16 unter Rückwärtsverschiebung der Ventilstange 18 in der Führungshülse 17 mit in Richtung auf seine vordere Totpunktlage VT, so daß der Ventilkörper 19 während des Hauptteiles des Druckhubes dichtend gegen den Ventilsitz 13 anliegt.

[0014] Durch Verdrehen der Gewindespindel 15 mittels des Einstell­knopfes 14 kann die Führungshülse 17 z.B. in die in Fig. 4 dargestellte Stellung verschoben werden, so daß der Anschlag­vorsprung 24 beim Saughub schon nach relativ geringer Mitbewegung des Ventilkörpers 19 mit dem Kolben 10 an der Anschlagfläche 17a der Führungshülse 17 zur Anlage kommt und damit ein Abheben des Ventilkörpers 19 vom Ventilsitz 13 bewirkt. Während des folgenden folgenden, größeren Teiles des Saughubes ist damit der Kolben­arbeitsraum 20 mit dem Triebwerksraum 27 verbunden. Der Ventil­körper schließt während des Druckhubes erst, nachdem der Kolben 10 bereits den größeren Teil seiner Vorwärtsbewegung hinter sich hat, so daß der den Förderstrom bestimmende Teil des Kolbenhubes nur 25 % des bei der Stellung der Führungshülse 17 nach Fig. 2 bewirkten maximalen Förderstromes ausmacht. Selbstverständlich kann die Führungshülse 17 je nach den Anforderungen auf jede beliebige Zwischenstellung eingestellt werden, um den Förderstrom entsprechend zu regulieren.

[0015] Die vorstehend anhand einer bevorzugten Ausführungsform erläuterte Kolbenmembranpumpe benötigt außer der Dichtung 11 des Kolbens 10 nur eine einzige Dichtung 32 an der Gewindespindel 15, ermöglicht ohne zusätzliche Verstellung des Kolbenhubes eine stufenlose Ver­stellung des Förderstromes, wobei wegen der zum Kolben 10 koaxialen Anordnung von Ventilkörper 19, Ventilstange 18 und Führungshülse 17 unabhängig von der Betriebstemperatur, den Viskositätseigen­schaften der Hydraulikflüssigkeit und dem jeweiligen Druck im Kolbenarbeitsraum 20 eine zuverlässige verschleißarme Abdichtung ohne unerwünschte Leckagen und damit eine verbesserte Dosiergenau­igkeit erzielt wird. Die beschriebene Kolbenmembranpumpe kann vom Fachmann je nach den Anforderungen in verschiedener Weise zweckentsprechend abgewandelt werden, sofern dabei die koaxiale Anordnung von Kolben, Ventilsitz und Ventilkörper erhalten bleibt.

Ansprüche

1. Kolbenmembranpumpe, mit einem Gehäuse, einer darin angeord­neten Förderkammer, einem von dieser durch mindestens eine dichtend eingespannte Membran abgetrennten, im Betriebszustand mit Hydraulikflüssigkeit gefüllten Kolbenarbeitsraum, einem darin dichtend verschiebbar geführten Kolben zur alternierenden Hubauslenkung der Membran, einem über mindestens ein Ventil mit dem Kolbenarbeitsraum verbundenen Vorratsraum für Hydraulik­flüssigkeit sowie gegebenenfalls Vorrichtungen zum Verstellen der Fördermenge,
gekennzeichnet durch:

a) eine im Kolben (10) angeordnete, mit einem Ventilsitz (13) versehene zentrische Bohrung (25) zur Verbindung des Kolben­arbeitsraumes (20) mit dem Vorratsraum (27)

(b) einem mit dem Ventilsitz (13) zusammenwirkenden, zu diesem koaxial verschiebbar geführten Ventilkörper (19)

c) eine Vorrichtung (16) zum dichtenden Andrücken des Ventilkörpers (19) an den Ventilsitz (13) und

d) eine den Ventilkörper (19) bei Unterschreitung eines vorbestimmten axialen Abstandes des Kolbens (10) von seinem hinteren Totpunkt vom Ventilsitz (13) des Kolbens (10) abhebende Anschlagvorrichtung (24).

2. Kolbenmembranpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (19) auf der vom Kolben (10) abgewandten Seite eine zu diesem koaxiale Ventilstange (18) aufweist, die in einer im Gehäuse (g) zur Längsachse des Kolbens (10) koaxial angeordneten Führungshülse (17) begrenzt axial verschiebbar geführt ist.

3. Kolbenmembranpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilstange (18) einen mit einer vom Ventilkörper abgewandten Fläche der Führungshülse (17) zusammenwirkenden Anschlagvorsprung (24) zur Begrenzung der Verschiebung des Ventilkörpers (19) in Richtung zum Kolben (10) aufweist.

4. Kolbenmembranpumpe nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungshülse (17) im Gehäuse (9) zur Längsachse des Kolbens (10) koaxial verstellbare festgelegt ist.

5. Kolbenmembranpumpe nach Anspruch 2 bis 4, gekennzeichnet durch eine mit der Führungshülse (17) verbundene, in einer zum Kolben (10) koaxialen Gewindebohrung (9a) des Gehäuses (9) verdrehbar geführte Gewindespindel (15) mit einem Einstellknopf (14) zur Einstellung des Abhebpunktes des Ventilkörpers (19) vom Ventilsitz (13) und damit des wirksamen Kolbenhubs.

6. Kolbenmembranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welcher das Pumpengehäuse (9) mit einem Triebwerksgehäuse (1) verbunden ist, in dessen Triebwerksraum (27) ein durch einen Motor antreibbares, mit einem Exzenter (4) versehenes Antriebs­rad (3) und ein dessen Exzenter (4) umgreifendes, über einen Kreuzkopfbolzen (6) mit einem Kreuzkopf (7) des Kolbens (10) verbundenes Pleuel (5) angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet, daß
die zentrische Bohrung (25) des Kolbens (10) mit dem unter Außendruck stehenden, gleichzeitig als Vorratsraum für Hydrau­likflässigkeit dienenden Triebwerksraum (27) verbunden ist.

7. Kolbenmembranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zum Andrücken des Ventilkörpers (19) an den Ventilsitz (13) mindestens eine sich am Pumpengehäuse (9) bzw. an der Führungshülse (17) oder der Gewindespindel (15) abstützende Federvorrichtung (16) vorgesehen ist.

8. Kolbenmembranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (19) einen in der gegen den Ventilsitz (13) anliegenden Schließstellung in die Bohrung (25) des Kolbens (10) hineinragenden Verdrängungsvorsprung (28) aufweist, der beim Öffnen und Schließen des Ventilkörpers (19) zwischen sich und der Wandung der Bohrung (25) einen Ringspalt mit vorbestimmten Abmessungen bildet.

9. Kolbenmembranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei wel­cher der Kolbenarbeitsraum (20) eine an die Membran (23) an grenzende Membrankammer (20c) und einen mit dieser verbunde­nen, den Kolben (10) aufnehmenden Zylinderraum (20d) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachse des Kolbens (10) und des Zylinderraumes (20d) im wesentlichen senkrecht zur Mittelachse der Membran (23) verläuft.

10. Kolbenmembranpumpe nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet daß die Anschlagvorrichtung einen an einer Seitenwand (8) des Triebwerkraumes (20) in Richtung der Kolben­längsachse verstellbare angebrachten, in eine zwischen Kreuz­kopf (7) und Kolbendichtung (11) vorgesehene seitliche Ausneh­mung des Kolbens (10) hineinragenden Betätigungsvorsprung und eine an diesem oder am Ventilkörper angeordnete, die Bohrung (25) des Kolbens (10) durchsetzende Anschlagstange aufweist, die den Ventilkörper (19) vom Ventilsitz (13) abhebt.

Zeichnung