Die Erfindung bezieht sich auf eine Membranpumpe mit zwei in einem Pumpengehäuse eingesetzte auf ein zuförderndes flüssiges oder rieselfähiges Medium, z.B. eine Farbe, einwirkenden Membranen, die mittels eines zwischen den Membranen angeordneten und beidseitig von einem Druckmittel wechselweise beaufschlagbaren Verstellkolben betätigbar und die in den Endbereichen zweier mit diesem fest verbundener Kolbenstangen abgestützt sind.
Eine Membranpumpe dieser Art ist durch die
Zwischen dem Luftmotor und einer der Membranen ist nämlich eine gesonderte Steuereinrichtung vorgesehen, die störanfällig ist und groß baut. Vor allem aber ist von Nachteil, dass beim Übergang von einem Saughub in einen Druckhub die Membrane jeweils umklappen, so dass deren Walkzonen durch die wechselnden Zug- und Druckbelastungen überaus stark beansprucht werden. Dies führt bereits nach relativ kurzer Betriebszeit zu Beschädigungen der Membranen, so dass diese ausgewechselt werden müssen und in derartigen Fällen Betriebsunterbrechungen in Kauf zu nehmen sind. Des Weiteren wirkt sich das Umklappen der Membrane ungünstig auf das Förderverhalten der Membranpumpe aus, da dadurch Volumenveränderungen in den Förderräumen unumgänglich sind und der Förderstrom dadurch bedingt pulsiert.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Membranpumpe der vorgenannten Gattung in der Weise auszubilden, dass die Membranen im Betrieb keinen wechselnden Belastungen unterworfen sind, sondern vielmehr stets ihre vorgegebene Einbaulage beibehalten. Ein Umklappen der Membrane soll somit ausgeschlossen sein, so dass deren Beanspruchungen trotz hoher Förderdrücke gering und demnach Beschädigungen nahezu ausgeschlossen sind. Der Bauaufwand, mittels dem dies zu erreichen ist, soll gering gehalten werden, dennoch soll bei einfacher konstruktiver Ausgestaltung eine störungsfreie Betriebsweise über einen langen Zeitraum gegeben sein. Auch sollen keine Änderungen der Volumina der Förderräume auftreten.
Gemäß der Erfindung wird dies bei einer Membranpumpe der vorgenannten Art dadurch erreicht, dass die beiden Membranen mit einer aufeinander zu gerichteten Wölbung oder mit einer voneinander abgewandten Wölbung jeweils entgegengesetzt zueinander mit ihren äußeren Randbereichen ortsfest in dem Pumpengehäuse und mit ihren inneren Randbereichen an den verstellbaren Kolbenstangen eingespannt sind und dass die beiden zwischen den Membranen und einem den Verstellkolben aufnehmenden Zylinder jeweils gebildeten Reaktionsräume mit einem Hydraulikmedium ausgefüllt und über ein hydraulisches Gestänge zwangläufig unmittelbar miteinander verbunden sind.
Die das den Membranen zugeordnete hydraulische Gestänge aufnehmende Reaktionsräume und die an diese angeschlossene Verbindungsleitungen sind hierbei mit einem hydraulischen Medium vollständig zu befüllen und hermetisch abgedichtet auszubilden, wobei die das hydraulische Gestänge bildende Hydraulikflüssigkeit von atmosphärischem Druck oder einem Unterdruck von bis zu 0,09 MPa beaufschlagt ist und die die beiden Reaktionsräume verbindende Leitung durch einen Stopfen flüssigkeitsdicht verschlossen oder versiegelt sein sollte. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass die Membranen in der vorgegebenen Lage fixiert sind.
Zur inneren Abdichtung der Reaktionsräume ist es zweckmäßig, jeweils einen Faltenbalg vorzusehen, die mit einem Ende an dem Zylinder und mit dem anderen Ende an den Kolbenstangen eingespannt sind. Die von den Faltenbälgen jeweils eingeschlossenen Räume sollten über eine oder mehrere in den Zylinder eingearbeitete Öffnungen mit dem unmittelbar benachbarten Druckraum des Verstellkulbens ständig verbunden sein.
Wird eine Membranpumpe gemäß der Erfindung ausgebildet, so ist gewährleistet, dass beide Membranen die vorgegebene Einbaulage etwa stets beibehalten und beim Übergang von einem Saughub in einen Druckhub nicht umklappen. Dadurch, dass die Membrane auf den dem Zylinder zugekehrten Seiten an dem hydraulischen Gestänge ständig anliegen und dieses kein Abheben der Membrane zulässt, werden diese bei Verstellbewegungen immer nur auf Zug beansprucht und sind demnach keinen wechselnden Belastungen unterworfen. Die Standzeit der Membran kann somit, ohne dass diese in besonderer Weise auszubilden oder auszulegen sind, in einem erheblichen Maße gesteigert werden.
Der Bauaufwand, mittels dem die durch Membranbeschädigungen bedingte Störanfälligkeit derartiger Membranpumpen reduziert werden kann, ist gering, da lediglich eine bestimmte in Bezug auf den Zylinder konvexe oder konkave Einbaulage der Membrane zu wählen ist und außerdem diese über das hydraulische Gestänge gewissermaßen starr miteinander verbunden sind. Dazu ist in besonderer Weise das vorgesehene hydraulische Gestänge geeignet, an dem die Membrane flächig anliegen, ohne dass eine mechanische Koppelung notwendig ist. Das hydraulische Gestänge folgt, da die Reaktionsräume kommunizierend miteinander verbunden sind, den jeweiligen Verstellbewegungen der Membrane, diese können demnach nicht umklappen und sind nur geringfügig Walkbewegungen unterworfen. Die Membrane, die nur Zugbelastungen ausgesetzt sind, können somit leicht elastisch verformbar gestaltet werden.
Des Weiteren ist von Vorteil, dass in den Förderräumen der Membranpumpe nach einem Richtungswechsel, d.h. nach einem Umschalten.von einem Saughub auf einen Druckhub bzw. umgekehrt, in diesen keine Raumerweiterungen auftreten, durch die mitunter der Förderstrom kurzfristig unterbrochen wird. In der Förderleitung sind demnach keine Pulsationen feststellbar, so dass auch das Betriebsverhalten der vorschlagsgemäß ausgebildeten Membranpumpe verbessert ist.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der gemäß der Erfindung ausgebildeten Membranpumpe dargestellt, das nachfolgend im Einzelnen erläutert ist. Hierbei zeigt:
Die in Figur 1 dargestellte und mit 1 bezeichnete Membranpumpe dient zur Förderung einer Flüssigkeit, beispielsweise einer zu verarbeitenden Farbe, aus einem Vorratsbehältnis 2 zu einer Spritzpistole 5 und besteht im wesentlichen aus zwei in einem Gehäuse 11 angeordneten Membrane 19 und 20, die mit einem von Druckmittel wechselweise beaufschlagbaren Verstellkolben 22 trieblich verbunden sind. Über eine Saugleitung 3 ist die Membranpumpe 1 an das Vorratsbehältnis 2 angeschlossen, eine Druckleitung 4 verbindet die Membranpumpe 1 mit der Spritzpistole 5.
Der Verstellkolben 22 ist bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel in einem Zylinder 21 angeordnet, der zwischen den beiden Membranen 19 und 20 mit in das Gehäuse 11 eingebaut ist. Den Druckräumen 25 und 26 des Verstellkolbens 22 wird zu dessen Beaufschlagung wechselweise Druckmittel zugeführt, das einer Druckleitung 6 entnommen wird und mit Hilfe eines 4/2-Wege-Ventils in nachgeschaltete Druckleitungen 8 oder 9 einbringbar ist, die an die Druckräume 25 bzw. 26 angeschlossen sind.
Die Membrane 19 und 20 sind mit ihren äußeren Randbereichen jeweils zwischen Scheiben 37 und dem Zylinder 21 eingespannt, mit ihren inneren Randbereichen sind diese dagegen zwischen Scheiben 38 und 39 gehalten, die auf von dem Verstellkolben 22 abstehenden Kolbenstangen 23 bzw. 24 aufgesteckt sind. Zur Verspannung dient hierbei eine auf einen Gewindeansatz 24' der Kolbenstangen 23, 24 aufgeschraubte Mutter 40, so dass die Scheiben 38 und 39, wie dies insbesondere der Figur 2 zu entnehmen ist, an den im Randbereich abgesetzten Kolbenstangen 23, 24 abgestützt sind.
Den Membranen 19 und 20 ist jeweils ein Druckraum 13 bzw. 14 zugeordnet, den das zu fördernde Medium über einen an die Saugleitung 3 angeschlossenen in das Gehäuse 11 eingeformten Kanal 12 über Einlassventile 15 bzw. 16 zuströmt. Über den Druckräumen 13 und 14 nachgeschaltete Auslassventile 17 bzw. 18 gelangt das zu fördernde Medium in einen spiegelbildlich zu dem Kanal 12 verlaufenden Kanal 12'. an den die Druckleitung 4 angeschlossen ist.
In der dargestellten Betriebsstellung der Membranpumpe 1 wird mit Hilfe der durch den Verstellkolben 22 angetriebenen Membran 19 das zu verarbeitende Medium in den Druckraum 13 gesaugt, das in den Druckraum 14 befindliche Medium wird dagegen durch die Membran 20 ausgestoßen. Das Einlassventil 15 und das Auslassentil 18 sind in diesem Betriebszustand geöffnet, das Einlassventil 16 und das Auslassentil 17 sind jedoch geschlossen, so dass das Medium aus dem Vorratsbehältnis 2 über die Saugleitung 3 und den Kanal 12 in den Druckraum 13 gesaugt und aus dem Druckraum 14 über den Kanal 12' und die Druckleitung 4 der Spritzpistole 5 zugeführt werden kann.
Durch eine gesteuerte Umschaltung des Wegeventils 7 wird, sobald über die Druckleitung 9 aus der Druckleitung 6 Druckmittel in den Druckraum 26 des Verstellkolbens 22 eingebracht wird, die Verstellbewegung des Verstellkolbens 22 und der mit diesem fest verbundenen Membrane 19 und 20 umgekehrt. Dadurch wird das Einlassventil 15 geöffnet und das Auslassventil 17 geschlossen. Gleichzeitig wird das Einlassventil 17 geschlossen und das Auslassventil 15 geöffnet, so dass das in dem Druckraum 13 befindliche Medium ausgestoßen und in den Druckraum 14 weiteres Medium angesaugt wird. Eine pulsationsfreie Förderung in der Druckleitung 4 ist auf diese Weise sichergestellt.
Die Membranen 19 und 20 sind bei der Membranpumpe 1 in der Weise eingespannt, dass diese mit ihren Wölbungen 41 bzw. 41' aufeinander zu gerichtet (F2) oder voneinander abgewandt (F3) sind. Außerdem sind die Reaktionsräume 27 und 28, die zwischen den Membranen 19 und 20 sowie dem Zylinder 21 gebildet sind, über eine Leitung 29, die durch einen Verschlussstopfen 30 flüssigkeitsdicht verschlossen ist, miteinander verbunden und mit einer Flüssigkeit, die ein hydraulisches Gestänge H bildet, vollständig ausgefüllt. Die Membranen 19 und 20 liegen mit ihren einander zugekehrten Flächen somit an dem hydraulischen Gestänge H an und werden durch dieses, da dieses von Atmosphärendruck oder einem geringen Unterdruck von bis zu 0,09 MPa beaufschlagt ist, fixiert.
Bei Umkehrung der Verstellbewegungen können somit die Membranen 19 und 20 nicht umklappen, diese behalten vielmehr die dargestellte Lage, wie dies in den Figuren 2 und 3strichpunktiert eingezeichnet ist, bei. Bei den Verstellbewegungen sind die Membrane 19 und 20 nur Zugbeanspruchung unterworfen, so dass diese in ihrem Walkbereich elastisch verformbar ausgelegt werden können und dennoch eine hohe Standzeit aufweisen.
Um auszuschließen, dass die in den Reaktionsräumen 27 und 28 befindliche Flüssigkeit über die Durchbrechungen der Kolbenstangen 23 und 24 in dem Zylinder 21 im Laufe der Betriebszeit in die Druckräume 25 und/oder 26 gelangen können und somit ein Freiraum in den Reaktionsräumen 27 und 28 entstehen kann, sind die Reaktionsräume 27 und 28 im Bereich der Kolbenstangen 23 und 24 jeweils durch einen Faltenbalg 31 bzw. 32 fest verschlossen. Die Faltenbälge 31 und 32 sind mit einem Ende an den Kolbenstangen 23 und 24 eingespannt, mit den anderen Enden sind diese an dem Zylinder 21 befestigt. Außerdem sind die von den Faltenbälgen 31 und 32 eingeschlossenen Räume 33 bzw. 34 über in den Zylinder 21 eingearbeitete Bohrungen 35 bzw. 36 mit den Druckräumen 25 und 26 verbunden, so dass selbsttätig ein Druckausgleich erfolgt.
Bei der in Figur 3 dargestellten Ausführungsvarianten sind die beiden Membranen 19, 20 der Membranpumpe 1 mit voneinander abgewandten Wölbungen 41' im äußeren Randbereich zwischen den Scheiben 37 und dem Zylinder 21 und im inneren Randbereich zwischen den Scheiben 38 und 39 eingespannt. Da die Reaktionsräume 27 und 28 ebenfalls vollständig mit einer Hydraulikflüssigkeit ausgefüllt und kommunizierend miteinander verbunden sind, ist ein Umklappen der Membranen 19 und 20 ebenfalls ausgeschlossen. Diese sind vielmehr an dem hydraulischen Gestänge H abgestützt.
Mit der Membranpumpe 1 kann aufgrund der Fixierung der Membrane 19 und 20 durch das hydraulische Gestänge H der Spritzpistole 5 das zu verarbeitende Medium, da keine durch Umklappen der Membrane 19 und/oder 20 bedingten Veränderungen der Volumina der Druckräume 13 und 14 in Kauf zu nehmen sind, pulsationsfrei zugeführt werden. Auch sind die Membrane 19 und 20 nur Zugspannungen unterworfen, ein störungsfreier Dauerbetrieb der Membranpumpe 1 über einen langen Zeitraum ist demnach gewährleistet.
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