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Pumpe
Die Erfindung betrifft eine Pumpe mit volumenveränderlicher, elastisch zusammendrückbarer Kammer, deren Stirnwand vom Antrieb hin-und herbewegt wird. Bei bekannten derartigen Pumpen ist die einzige Kammer mit wenigstens je einem Rückschlagventil für Einlass und Auslass versehen, vorzugsweise jedoch mit zwei Paaren von Kugelventilen. Diese bekannten Pumpen haben den Nachteil, dass nur über die halbe Dauer einer Periode Flüssigkeit bzw. Gas gefördert wird.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Pumpe, bei welcher der Stosseffekt der sich durch die Pumpe bewegenden Flüssigkeitssäule in vollstem Umfang zur Erhöhung der volumetrischen Leistungsfähigkeit ausgenutzt wird und die auch zur Förderung von Flüssigkeiten mit Suspensionen von festen Teilchen oder für Flüssigkeiten mit Verunreinigungen verwendbar ist.
Diese Aufgabe ist bei einer Pumpe der eingangs genannten Art erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass drei solcher Kammern - u. zw. eine Einlasskammer, eine Zwischenkammer und eine Auslasskammer- axial hintereinander angeordnet sind, wobei die Zwischenkammer von den beiden äusseren Kammern durch mit Durchströmöffnungen und Rückschlagventilen versehene Stirnwände getrennt ist, die vom Antrieb gegenläufig hin-und herbewegt werden. Insbesondere kann die erfindungsgemässe Pumpe so ausgebildet sein, dass die Zwischenkammer durch eine fixe, mit Durchströmöffnungen versehene Zwischenwand in zwei Kammern geteilt ist und die Zwischenwand von der Antriebswelle durchsetzt wird, die aussen beiderseits je zwei Exzenter zum Antrieb der beiden beweglichen Stirnwände trägt.
Vorzugsweise haben die drei Kammern annähernd gleiche mittlere Volumina.
Im folgenden wird die Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen Fig. l einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemässe Pumpe, Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie 11-11 der Fig. l, Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie m-in der Fig. l, Fig. 4 einen den Aufbau der Wand einer erfindungsgemässen Pumpe nach Fig. l zeigenden Schnitt und Fig. 5 eine Seitenansicht einer erfindungsgemässen Pumpe mit ihrem Antriebsmotor.
Die in den Fig. 1-4 dargestellte Pumpe besteht aus einem zylindrischen Aussengehäuse 66 und Ein- lass- undAuslassenddeckeln 70 bzw. 72, die mit den Enden des Aussengehäuses durch Schrauben verbunden und parallel zueinander angeordnet sind. Die äusseren Enden eines inneren, zylindrischen und elastischen Gehäuses 68 sind in Ringnuten 8 der Abschlussdeckel 70, 72 gehalten. Das axial dehn-und zusammendruckbare Gehäuse 68 ist in vier gleiche Teile 68a, 68b, 68c und 68d geteilt, die durch axial hin-und herbewegbare Stirnwände 58 und 60 sowie eine Zwischenwand 64 voneinander getrennt sind. Die fixe zentrale Zwischenwand 64. ist zwischen den beweglichen Stirnwänden 58 und 60 angeordnet und besteht mit dem Aussengehäuse 66 aus einem Stück.
Die Enden jedes Teiles des inneren Gehäuses 68 sind durch den Ringnuten 8 in den Enddeckeln ähnliche Ringnuten in den Stirnwänden bzw. der Zwischenwand gehalten. Die Längenabmessungen der verschiedenen Teile sind so gewählt, dass bereits beim Zusammenbau der Pumpe dem flexiblen Mantel 68 eine Vorspannung gegeben wird.
In dem Einlassenddeckel 70, der Stirnwand 58, der Zwischenwand 64, der Stirnwand 60 und dem Auslassenddeckel 72 sind Durchströmöffnungen 20, 74, 78, 76, 24 symmetrisch und in einer Geraden angeordnet. Den Durchströmöffnungen 74, 76 der Stirnwände 58 bzw. 60 sind Plattenventile 26 aus Neopren oder einem andern geeigneten Material zugeordnet, die als Rückschlagventile wirken und einen Durchfluss vom Einlass zum Auslass der Pumpe gestatten. Das Innere der Pumpe ist dadurch in eine Einlasskam-
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mer 14, eine sich zwischen den beiden Stirnwänden 58,60 erstreckende Zwischenkammer 62 und eine Auslasskammer 16 unterteilt. Ein grosses zentrales Füllstück 80, das mit der Zwischenwand 64 aus einem Stück besteht, verringert das Volumen der Zwischenkammer 62 etwa auf die Volumina der beiden andern Kammern 14,16.
Ein drittes Rückschlagventil 26, dessen Zweck weiter unten erläutert wird, ist den Einlassöffnungen 20 zugeordnet.
Die Enddeckel 70, 72 sind zur Aufnahme der Einlass- und Auslassleitungen 48, 50 (Fig. 5) mit Gewinde- bohrungen 28 versehen ; es können aber zu diesem Zweck auch Flansche vorgesehen sein.
Die beiden Stirnwände 58,60 sind so angeordnet, dass sie sich in einander entgegengesetzten Richtungen bewegen können, wobei die axialen Verschiebungen durch die Elastizität der Teile des inneren Gehäuses 68 aufgenommen werden. Der Antrieb der Stirnwände 58, 60 erfolgt durch einen Motor 54 (Fig. 5), dessen Welle über eine Kupplung 52 mit der Pumpenwelle 82 verbunden ist. Letztere ist diametral durch die zentrale Zwischenwand 64 geführt. Zwei Lagerkörper, die an jeder Seite der Antriebswelle befestigt sind, sehen aufeinanderfolgend je ein Lager 84 sowie je zwei Exzenter 86,88 vor. Das Lagerpaar 84 ist konzentrisch zur Welle und mit dem Aussengehäuse 66 drehbar verbunden. Jedes Exzenterpaar 86 bzw. 88 ist gegenüber dem andern Paar um 1800 in der Phase versetzt.
Die Exzenter 88, 86 sind mittels Exzenterstangen 90, 92 mit Wellen 94,96 verbunden, welche in der ersten und der zweiten Stirnwand 58 bzw. 60 drehbar gelagert sind. Dadurch wird bei Drehung der Welle 82 eine Hin- und Herbewegung der als Trieborgane wirkenden Stirnwände 58 und 60 relativ zum Gehäuse und mit einer gegenseitigen Phasenverschie- bung von 1800 erreicht. Die Hohlräume, welche die Wellen 82, 94 bzw. 96 aufnehmen, sind vom Inneren der Pumpe getrennt, so dass die gepumpte Flüssigkeit mit den Gleitflächen der Antriebsteile nicht in Berührung kommt.
Zur Erläuterung der Wirkungsweise von zwei aufeinanderfolgenden, als Trieborgane wirkenden Stirnwänden 58 und 60, die sich in entgegengesetzten Richtungen hin-und herbewegen, ist es zweckdienlich, zur Betrachtung ihrer Bewegungen von der in Fig. l dargestellten Lage auszugehen, wo die Stirnwände an den Enden ihrer Auswärtshübe dargestellt sind. Bei Drehung der Welle 82 bewirken die Exzenter 86. 88, dass sich'die beiden Stirnwände gegen die zentrale Zwischenwand 64 zu bewegen, wodurch die Volumina
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kleinert wird. Dadurch wird die Flüssigkeit aus der Einlassleitung 28 durch die Einlassöffnungen 20 in die
Einlasskammer 14 gesaugt.
Da sich aber das Volumen der Zwischenkammer 62 um den doppelten Betrag vermindert, als das Volumen der Auslasskammer 16 ansteigt, wird die überschüssige Flüssigkeit vom Auslass der Pumpe ausgestossen. Wenn die Stirnwände das Ende ihres Einwärtshubes erreicht haben und die
Rückbewegung in ihre Aussenlage beginnt, wird das Volumen der Auslass- und der Einlasskammer ver- kleinert und weitere Flüssigkeit aus dem Auslass der Pumpe herausgedrückt. In diesem Teil des Zyklus ist der Betrag der Vergrösserung der Zwischenkammer doppelt so gross wie der Betrag der Verkleinerung der Einlasskammer, wodurch Flüssigkeit durch die Einlasskammer in die Zwischenkammer gesaugt wird.
Die Abgabeimpulse für die Flüssigkeit erstrecken sich daher immer über den halben Zyklus, und dies bewirkt, in Verbindung mit der Trägheit des Flüssigkeitsstromes, einen relativ gleichmässigen Fluss aus der
Pumpe während der Dauer ihrer Betätigung.
Jeder Teil 68a, 68b, 68c, 68d des elastischen Mantels oder Gehäuses 68 besteht aus einer Anzahl von
Ringen 38. aus Gummi oder einem andern elastischen Material, zwischen denen relativ steife Ringe 40, z. B. aus Aluminium oder einem andem geeigneten Material, angeordnet sind (Fig. 4). Dadurch soll der
Mantel versteift werden, wenn dieser durch die Bewegung der Stirnwände 58,60 und durch den Flüssig- keitsdruck in den Kammern gebogen wird. Zu diesem Zweck können die Ringe 40 einen 1-Querschnitt aufweisen. Jeder zwischen zwei benachbarten elastischen Ringen 38 liegende Steg 42 kann in axialer
Richtung des Mantels relativ dünn sein, wodurch der Mantel in dieser Richtung einen relativ hohen Anteil an elastischem Material aufweist.
Die inneren und äusseren Flansche 44,46 sind ausreichend stark, um die nötige Absteifung gegen die Deformation des Mantels zu gewährleisten. Der äussere Flansch 46 ist stärker als der innere Flansch 44.
Eine bereits anfänglich auf den flexiblen Mantel aufgebrachte Vorspannung darf nicht vollständig durch die Bewegung der Stirnwände 58,60 aufgehoben werden, weil der Mantel infolge seines besonderen
Aufbaues keine Zugkräfte übertragen kann und daher die Gefahr der Undichtkeit bestehen würde, wenn durch die Bewegung jeder Stirnwand aus-ihrer mittleren Lage die Vorspannung der Mantelteile aufgehoben würde.
Ein viertes Rückschlagventil kann an der Auslassöffnung 24 der Pumpe angeordnet sein. Im normalen
Betrieb sind jedoch sowohl dieses Ventil als auch das bei den Einlassöffnungen 20 angeordnete Ventil 26 überflüssig, weil ein Flüssigkeitsstrom durch die Pumpe auch nur mit den Rückschlagventilen 26 auf beiden
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Stirnwänden 58, 60 erzielbar ist. Es kann aber das Vorhandensein eines dritten Ventils, z. B. des beim Einlass gezeigten, zur Beseitigung vorübergehender Störungen helfen, wenn die Pumpenflüssigkeit Suspensionen fester Stofte oder Verunreinigungen enthält. Diese Störungen werden nämlich durch das Festsetzen von suspendierten Teilchen in den Ventilen der beweglichen Stirnwände hervorgerufen, was, wenn das dritte Ventil nicht vorhanden wäre, den Durchfluss vollständig zum Erliegen bringen könnte.
In Fig. 5 ist eine mit einer Einlassleitung 48 und Auslassleitung 50 verbundene erfindungsgemässe Pumpe dargestellt. Diese Pumpe ist über die Kupplung 52 durch einen Verbrennungsmotor 54 angetrieben, wobei Pumpe und Motor auf einer gemeinsamen Grundplatte 56 angeordnet sind.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung werden die elastischen Gehäusewände der Pumpe axial ausgedehnt und zusammengedrückt, wenn die Stirnwände zwischen ihren Endlagen hin-und herbewegt werden. Diese Verformung des Gehäuses findet ohne irgendeine nennenswerte Änderung der Quer- schnittfläche des Gehäuses statt. Durch die wechselnde axiale Verformung nimmt wohl die Stärke der elastischen Wand abwechselnd zu und ab, doch ist der Einfluss dieser Änderung auf die Volumina der Kammern im Vergleich zu dem Gesamtvolumen des Pumpenarbeitsraumes unbedeutend.
Somit bleibt das gesamte innere Volumen einer erfindungsgemässen Pumpe praktisch konstant, während bei der Verwendung eines balgförmigen inneren Gehäuses die axiale Bewegung durch eine Biegung der Gehäusewand aufgenommen werden müsste, wodurch eine merkbare Änderung des gesamten inneren Volumens während einer Arbeitsperiode auftreten würde.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Pumpe mit volumenveränderlicher, elastisch zusammendrückbarer Kammer, deren Stirnwand vom Antrieb hin-und herbewegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass drei solcher Kammern-u. zw. eine Einlasskammer (14), eine Zwischenkammer (62) und eine Auslasskammer (16)-axial hintereinander angeordnet sind, wobei die Zwischenkammer (62) von den beiden äusseren Kammern (14, 16) durch mit Durchströmöffnungen (74, 76) und Rückschlagventilen (26) versehene Stirnwände (58,60) getrennt ist, die vom Antrieb gegenläufig hin-und herbewegt werden.