EP0188730B1 - Diaphragm pump with a hydraulically actuated rolling membrane - Google Patents
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- EP0188730B1 EP0188730B1 EP85115807A EP85115807A EP0188730B1 EP 0188730 B1 EP0188730 B1 EP 0188730B1 EP 85115807 A EP85115807 A EP 85115807A EP 85115807 A EP85115807 A EP 85115807A EP 0188730 B1 EP0188730 B1 EP 0188730B1
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B43/00—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members
- F04B43/02—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having plate-like flexible members, e.g. diaphragms
- F04B43/06—Pumps having fluid drive
- F04B43/067—Pumps having fluid drive the fluid being actuated directly by a piston
Definitions
- the invention relates to a diaphragm pump with a membrane designed as a rolling diaphragm, which separates a delivery chamber from a liquid-filled pressure chamber and is firmly clamped with its peripheral edge between a housing body and a pump cover, and with an oscillating hydraulic piston which is located in a bore of the housing body between the pressure chamber and a hydraulic reservoir for membrane actuation is displaceable, the rolling membrane alternately rolling or rolling on an outer roll cylinder formed by the wall of the pressure chamber and an inner roll cylinder which is formed by the peripheral surface of an axially displaceable support piston for the roll membrane, the end face of which is connected to the assigned surface section of the rolling membrane.
- Flat or pre-formed plate-shaped flat membranes are used for high-pressure diaphragm pumps, the diaphragms of which are actuated exclusively hydraulically. These can either consist of plastic with an operating limit of up to approx. 350 bar delivery pressure or of metal with an application limit of up to 3000 bar delivery pressure.
- the plastic flat membranes used have the advantage of high elasticity and thus a large deflection, so that such plastic flat membranes have relatively small diameters. However, they still result in much larger pump head diameters than a piston pump with the same power. The price difference between piston pump and diaphragm pump is correspondingly large.
- a diaphragm pump of the above-mentioned type with a diaphragm designed as a rolling diaphragm is now known (e.g. from US Pat. No. 3,769,879), the rolling diaphragm alternately on an outer rolling cylinder formed by the wall of the pressure chamber and an inner one Rolls or unrolls the rolling cylinder, which is formed by the circumferential surface of a support piston for the rolling membrane, which can be displaced axially in the pressure chamber, the end face of which is connected to the assigned surface section of the rolling membrane.
- a so-called liquid support for the roll membrane is provided at the transition point between the outer and inner roll cylinder.
- a liquid support disadvantageously disregards the fact that a rolling membrane is relatively sensitive to pressure differences that occur and therefore always requires adequate support. This applies in particular to the rear limiting position of the rolling diaphragm at the end of the piston suction stroke, since in this rear limiting position the leakage supplementation, which is brought about via the snifting valve of the pump, and possibly also ventilation or degassing, usually takes place.
- the rolling diaphragm In this state of sniffing the pump, however, the rolling diaphragm must be supported in a flawless manner or be able to put it on at a suitable point, since the sniffer valve only responds when there is a sufficient pressure difference between the hydraulic pressure chamber and the delivery chamber. However, this means that the rolling diaphragm is relatively heavily stressed at this moment if it is not properly supported. In extreme cases, a pressure difference can act on the diaphragm in its rear limiting position, which corresponds to the full delivery pressure of the pump, for example 350 bar. This case can occur when e.g. B. when the pump is at a standstill due to slight leakage, the pressure valve in the pump workspace sets the system pressure equal to the delivery pressure of the pump. For safety reasons, the roll membrane must be able to withstand this stress.
- the invention is therefore based on the object of designing the diaphragm pump of the generic type in order to eliminate the disadvantages described in such a way that the rolling diaphragm, even in its rear limiting position, withstands the high stresses which may occur there, caused in particular by large pressure differences.
- the diaphragm pump according to the invention with a hydraulically driven rolling diaphragm is also advantageously suitable for high delivery pressures, with the rolling diaphragm being properly supported in the rear limiting position; this causes damage on the conveying side when pressure is applied the rolling membrane is definitely avoided.
- a gap-free contact surface is thus provided for the rolling membrane, which, when the rolling membrane is in its rear limiting position, is formed by the corresponding surfaces of the pressure chamber and the supporting mushroom for the rolling membrane.
- Such a surface naturally has no bores. This is of particular importance in order to prevent the rolling diaphragm from contacting such bores with a prevailing pressure difference when the pump is sniffing.
- the invention also makes it possible to use much smaller membrane diameters. This has the advantage of an extremely inexpensive construction, since a significantly smaller space is required. This is not least due to the fact that due to the much larger deflection of a rolling membrane compared to a flat membrane, the hydraulic cylinder used for the membrane drive can also have a significantly smaller diameter, so that the area under pressure is thereby smaller. In addition, the screw forces required for the pump are significantly reduced. This also makes a significant contribution to reducing the cost of a diaphragm pump with a rolling diaphragm.
- a rolling membrane is basically a stocking-shaped rubber membrane which has an extremely long service life, since it can roll up and down with great frequency without breaking.
- the rolling membrane which is made of a rubber-like material, accordingly rolls alternately on the outer rolling cylinder formed by the wall of the pressure chamber and on the inner rolling cylinder which is formed by the outer peripheral surface of the axially displaceable support mushroom. This rolling up and down of the rolling membrane takes place like the movement of a stocking or a sock when putting on and taking off.
- the invention makes it possible for the first time to use rolling diaphragms in diaphragm pumps in which, in particular, higher delivery pressures have to be mastered and thus a hydraulic diaphragm drive is advantageous in order to ensure that a balanced pressure prevails on both sides of the diaphragm.
- the configuration is such that the end faces of the support mushroom are firmly connected to the assigned surface section of the rolling diaphragm.
- the inner roll cylinder is designed so that it forms a completely gap-free support surface in the rear limiting position of the roll membrane together with the outer roll cylinder, which is adapted to the natural deformation and roll geometry of the roll membrane.
- the support mushroom in the rear limiting position is at least partially immersed in a pressure chamber section of smaller diameter, which adjoins the pressure chamber section of the larger diameter forming the outer rolling cylinder to form a support shoulder for the rolling membrane.
- the stop for limiting the rear position of the supporting mushroom is expediently formed by an annular shoulder in the housing body, which is provided at the end of the pressure chamber section of smaller diameter.
- the support mushroom has a guide rod which ensures an exactly central axial movement of the support mushroom.
- the support mushroom or its guide rod has no mechanical connection with the hydraulic piston. This means that the support mushroom is only moved back and forth by the rolling membrane.
- the support mushroom which is therefore independent of the kinematics of the hydraulic piston, fulfills two functions. On the one hand, it allows the rolling membrane to roll, which, when rolling, requires an outer roll cylinder formed by the wall of the pressure chamber and an inner roll cylinder formed by the outer circumferential surface of the support mushroom. On the other hand, the support mushroom fulfills the function of supporting the roll membrane.
- the configuration according to the invention is such that in the rear limiting position of the roll membrane such an overall contour of support mushroom including pressure chamber is formed such that a gap-free area has arisen and thus the roll membrane is only pressed against completely smooth surfaces when a pressure difference occurs and accordingly not is at risk of damage.
- the diaphragm pump shown has a pump housing in the form of a housing body 2 which is closed at the end by a pump cover 1 and in which an oscillating hydraulic piston 3 operates as a hydraulic diaphragm drive. This can be pushed back and forth in a bore 4 of the housing body and separates a pressure chamber 5 from a hydraulic reservoir 6.
- a rolling membrane 7 is firmly clamped with its peripheral edge, which separates the pressure chamber 5 from a delivery chamber 8 in the manner shown in the drawing.
- the pressure chamber 5 is completely filled with hydraulic fluid, so that when the hydraulic piston 3 is pushed back and forth, the rolling diaphragm 7 is actuated in a corresponding manner and acts on the delivery chamber 8 in the sense of a suction stroke or pressure stroke.
- the pump cover 1 has a spring-loaded suction valve 9 and a spring-loaded pressure valve 10. These valves 9, 10 are connected to the delivery chamber 8 via an inlet channel 11 or an outlet channel 12 in such a way that the conveying medium during the suction stroke of the rolling diaphragm 7 to the right as shown in the drawing in the direction of arrow A via the suction valve 9 and the inlet channel 11 is sucked into the delivery chamber 8. In contrast, when the pressure stroke of the rolling membrane 7 to the left as shown in the drawing, the pumped medium is pressed out of the pump chamber 8 in a metered manner in the direction of arrow B via the outlet channel 12 and the pressure valve 10.
- a support mushroom 13 is arranged axially displaceably within the pressure chamber 5 and has a guide rod 14 projecting axially backwards in the direction of the hydraulic piston 3. This is guided in an eye 15 arranged centrally in the pressure chamber 5 in such a way that an exactly centric axial movement of the supporting mushroom 13 is ensured.
- the support mushroom 13 is connected at its end face to the associated surface section of the rolling membrane 7, so that the support mushroom 13 thereby follows the axial displacement movement of the rolling membrane 7.
- the rolling surface required for the rolling membrane 7 is formed by an outer rolling cylinder and an inner rolling cylinder.
- the peripheral wall 16 of the pressure chamber 5 represents the outer rolling cylinder
- the inner rolling cylinder is formed by the outer peripheral surface 17 of the support mushroom 13.
- a pressure chamber section 5 ′ of smaller diameter adjoins the actual pressure chamber 5 axially towards the rear in the direction of the hydraulic piston 3, a support shoulder 18 for the rolling membrane 7 being formed between the two pressure sections 5, 5 ′.
- this support shoulder 18 is concave and has a radius of curvature which corresponds to the radius of curvature of the rolling membrane 7 in its rolling region.
- the diameter and the depth of the smaller pressure chamber section 5 ' are held in such a way that the support mushroom 13 is immersed in this smaller pressure chamber section 5' for the most part in the rear limiting position according to FIG.
- the front part of the support mushroom 13 only protrudes from the smaller pressure chamber section 5 'in such a way that only the rounded surface section 19 of the support mushroom 13, which forms the transition between the end face and the outer peripheral surface 17 of the support mushroom 13, is located in the larger pressure chamber section 5.
- this gap-free support surface is composed of the outer roll cylinder, formed by the peripheral wall 16 of the pressure chamber 5, the support shoulder 18 and the rounded surface section 19 or the inner roll cylinder 17 of the support mushroom 13 including the support mushroom end face.
- An annular shoulder 20 is provided as a stop to limit the rear position of the support mushroom 13, which is formed in the housing body 2 at the axially rear end of the pressure chamber section 5 'of smaller diameter.
- a combined gas discharge and pressure relief valve 21 is connected to the hydraulic reservoir 6, which in turn opens via a channel 22 into the pressure chamber section 5 'of smaller diameter.
- 13 radial flow channels 26 are provided in the peripheral wall 25 of the support mushroom. These are arranged such that they are completely small in the pressure chamber section 5 'in the rear limiting position of the rolling membrane 7 or the support mushroom 13 according to FIG. 3 ren diameter are immersed. This also ensures that a completely gap-free support surface is formed in the rear boundary position of the rolling membrane 7.
- a sniffer valve 23 is also provided, which connects the hydraulic reservoir 6 via a channel 24 to the pressure chamber section 5 'of smaller diameter. This can in the rear boundary position of the rolling membrane 7, d. H. at the end of the suction stroke of the hydraulic piston 3, the necessary leakage from the hydraulic reservoir via the snifting valve 23 and the channel 24.
- This channel 24 is arranged so that the connection to the hydraulic reservoir 6 via an annular groove 27 and a bore 28 in the mushroom guide rod 14 is only made when the mushroom 13 has reached the rear limit position, as can be seen in FIG.
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Description
Die Erfindung betrifft eine Membranpumpe mit einer als Rollmembran ausgebildeten Membran, die einen Förderraum von einem flüssigkeitsgefüllten Druckraum trennt und mit ihrem Umfangsrand fest zwischen einem Gehäusekörper sowie einem Pumpendeckel eingespannt ist, und mit einem oszillierenden Hydraulikkolben, der in einer Bohrung der Gehäusekörpers zwischen dem Druckraum und einem Hydraulikvorratsraum zur Membranbetätigung verschiebbar ist, wobei die Rollmembran sich abwechselnd auf einem durch die Wand des Druckraums gebildeten äußeren Abrollzylinder und einem inneren Abrollzylinder ab- bzw. aufrollt, der durch die Umfangsfläche eines axial im Druckraum verschiebbaren Stützkolbens für die Rollmembran gebildet ist, dessen Stirnfläche mit dem zugeordneten Flächenabschnitt der Rollmembran verbunden ist.The invention relates to a diaphragm pump with a membrane designed as a rolling diaphragm, which separates a delivery chamber from a liquid-filled pressure chamber and is firmly clamped with its peripheral edge between a housing body and a pump cover, and with an oscillating hydraulic piston which is located in a bore of the housing body between the pressure chamber and a hydraulic reservoir for membrane actuation is displaceable, the rolling membrane alternately rolling or rolling on an outer roll cylinder formed by the wall of the pressure chamber and an inner roll cylinder which is formed by the peripheral surface of an axially displaceable support piston for the roll membrane, the end face of which is connected to the assigned surface section of the rolling membrane.
Bei den bekannten Membranpumpen werden unterschiedlich geformte und abgestützte Membranen eingesetzt, wobei in Abhängigkeit von der Membranform und der Art der Abstützung ein maximal zulässiger Förderdruck festgelegt werden kann.In the known diaphragm pumps, differently shaped and supported diaphragms are used, a maximum permissible delivery pressure being able to be determined depending on the diaphragm shape and the type of support.
Für Hochdruckmembranpumpen, deren Membrane ausschließlich hydraulisch betätigt werden, gelangen ebene oder vorverformte plattenförmige Flachmembranen zur Anwendung. Diese können entweder aus Kunststoff mit einer Einsatzgrenze bis ca. 350 bar Förderdruck oder aus Metall mit einer Einsatzgrenze bis über 3000 bar Förderdruck bestehen.Flat or pre-formed plate-shaped flat membranes are used for high-pressure diaphragm pumps, the diaphragms of which are actuated exclusively hydraulically. These can either consist of plastic with an operating limit of up to approx. 350 bar delivery pressure or of metal with an application limit of up to 3000 bar delivery pressure.
Bei den verwendeten Flachmembranen aus Kunststoff ist zwar - im Gegensatz zur Metallmembran - der Vorteil einer hohen Elastizität und damit einer großen Auslenkung gegeben, so daß derartige Kunststoff-Flachmembranen relativ kleine Durchmesser aufweisen. Jedoch ergeben sie immer noch wesentlich größere Pumpenkopfdurchmesser als eine leistungsgleiche Kolbenpumpe. Entsprechend groß ist auch der Preisunterschied zwischen Kolbenpumpe und Membranpumpe.In contrast to the metal membrane, the plastic flat membranes used have the advantage of high elasticity and thus a large deflection, so that such plastic flat membranes have relatively small diameters. However, they still result in much larger pump head diameters than a piston pump with the same power. The price difference between piston pump and diaphragm pump is correspondingly large.
Es ist daher wünschenswert, in Membranpumpen. insbesondere in solchen für hohe Förderdrücke. Membranformen einzusetzen, die größere Auslenkungen und damit kleinere Durchmesser gestatten als Flachmembranen.It is therefore desirable in diaphragm pumps. especially in those for high delivery pressures. To use membrane shapes that allow larger deflections and thus smaller diameters than flat membranes.
Es ist nun schon eine Membranpumpe der vorstehend genannten Art mit einer als Rollmembran ausgebildeten Membran bekannt (z. B. aus US-A-3 769 879), wobei sich die Rollmembran abwechselnd auf einem durch die Wand des Druckraums gebildeten äußeren Abrollzylinder und einem inneren Abrollzylinder ab- bzw. aufrollt, der durch die Umfangsfläche eines axial im Druckraum verschiebbaren Stützkolbens für die Rollmembran gebildet ist, dessen Stirnfläche mit dem zugeordneten Flächenabschnitt der Rollmembran verbunden ist.A diaphragm pump of the above-mentioned type with a diaphragm designed as a rolling diaphragm is now known (e.g. from US Pat. No. 3,769,879), the rolling diaphragm alternately on an outer rolling cylinder formed by the wall of the pressure chamber and an inner one Rolls or unrolls the rolling cylinder, which is formed by the circumferential surface of a support piston for the rolling membrane, which can be displaced axially in the pressure chamber, the end face of which is connected to the assigned surface section of the rolling membrane.
Bei einer derartigen bekannten Rollmembran ist an der Übergangsstelle zwischen äußerem und innerem Abrollzylinder eine sog. Flüssigkeitsabstützung für die Rollmembran vorgesehen. Eine solche Flüssigkeitsabstützung läßt jedoch in nachteiliger Weise unberücksichtigt, daß eine Rollmembran gegen auftretende Druckunterschiede relativ empfindlich ist und daher stets eine ausreichende Abstützung benötigt. Dies gilt besonders für die hintere Begrenzungslage der Rollmembran am Ende des Kolbensaughubes, da in dieser hinteren Begrenzungslage üblicherweise die über das Schnüffelventil der Pumpe bewirkte Leckergänzung und gegebenenfalls auch Entlüftung bzw. Entgasung erfolgt. In diesem Zustand des Nachschnüffelns der Pumpe muß sich aber die Rollmembran in einwandfreier Weise abstützen bzw. an einer geeigneten Stelle anlegen können, da ja das Schnüffelventil erst dann anspricht, wenn eine ausreichende Druckdifferenz zwischen Hydraulikdruckraum und Förderraum vorliegt. Dies bedeutet aber, daß die Rollmembran in diesem Augenblick relativ stark beansprucht wird, wenn sie nicht einwandfrei abgestützt ist. Im Extremfall kann auf die Membran in ihrer hinteren Begrenzungslage eine Druckdifferenz einwirken, die dem vollen Förderdruck der Pumpe, beispielsweise 350 bar, entspricht. Dieser Fall kann dann eintreten, wenn z. B. bei stillstehender Pumpe durch geringfügige Leckage das Druckventil sich im Pumpenarbeitsraum der Systemdruck gleich Förderdruck der Pumpe einstellt. Aus Sicherheitsgründen muß die Rollmembran diese Beanspruchung aber aushalten können.In such a known roll membrane, a so-called liquid support for the roll membrane is provided at the transition point between the outer and inner roll cylinder. However, such a liquid support disadvantageously disregards the fact that a rolling membrane is relatively sensitive to pressure differences that occur and therefore always requires adequate support. This applies in particular to the rear limiting position of the rolling diaphragm at the end of the piston suction stroke, since in this rear limiting position the leakage supplementation, which is brought about via the snifting valve of the pump, and possibly also ventilation or degassing, usually takes place. In this state of sniffing the pump, however, the rolling diaphragm must be supported in a flawless manner or be able to put it on at a suitable point, since the sniffer valve only responds when there is a sufficient pressure difference between the hydraulic pressure chamber and the delivery chamber. However, this means that the rolling diaphragm is relatively heavily stressed at this moment if it is not properly supported. In extreme cases, a pressure difference can act on the diaphragm in its rear limiting position, which corresponds to the full delivery pressure of the pump, for example 350 bar. This case can occur when e.g. B. when the pump is at a standstill due to slight leakage, the pressure valve in the pump workspace sets the system pressure equal to the delivery pressure of the pump. For safety reasons, the roll membrane must be able to withstand this stress.
Wie die Praxis gezeigt hat, ist jedoch die bekannte Flüssigkeitsabstützung nicht in der Lage, die vorgenannten Anforderungen in ausreichender Weise zu erfüllen. Dies hatte zur Folge, daß es bisher nicht gelungen ist, eine Rollmembran in solchen Membranpumpen anzuwenden, bei denen insbesondere höhere Förderdrücke zu bewältigen sind und bei denen somit ein hydraulischer Membranantrieb von Vorteil ist, um einen beidseits der Membran herrschenden ausgeglichenen Druck zu gewährleisten.As practice has shown, however, the known fluid support is not able to adequately meet the aforementioned requirements. As a result, it has so far not been possible to use a rolling diaphragm in diaphragm pumps in which higher delivery pressures have to be mastered and in which a hydraulic diaphragm drive is advantageous in order to ensure a balanced pressure prevailing on both sides of the diaphragm.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, die Membranpumpe der gattungsgemäßen Art zur Beseitigung der geschilderten Nachteile derart auszugestalten, daß die Rollmembran auch in ihrer hinteren Begrenzungslage den dort möglicherweise auftretenden hohen Beanspruchungen, verursacht insbesondere durch große Druckdifferenzen, standhält.The invention is therefore based on the object of designing the diaphragm pump of the generic type in order to eliminate the disadvantages described in such a way that the rolling diaphragm, even in its rear limiting position, withstands the high stresses which may occur there, caused in particular by large pressure differences.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen hiervon sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.This object is solved by the features of claim 1. Advantageous refinements of this are described in the further claims.
Die erfindungsgemäß geschaffene Membranpumpe mit hydraulisch angetriebener Rollmembran eignet sich in vorteilhafter Weise auch für hohe Förderdrücke, wobei in der hinteren Begrenzungslage eine einwandfreie Abstützung der Rollmembran ertolgt ; dadurch ist bei Druckbeaufschlagung auf der Förderseite eine Beschädigung der Rollmembran mit Sicherheit vermieden.The diaphragm pump according to the invention with a hydraulically driven rolling diaphragm is also advantageously suitable for high delivery pressures, with the rolling diaphragm being properly supported in the rear limiting position; this causes damage on the conveying side when pressure is applied the rolling membrane is definitely avoided.
Aufgrund der erfindungsgemäß vorgesehenen vollständig mechanischen Abstützung der Rollmembran in deren hinterer Begrenzungslage ist es möglich, durch das übliche Schnüffelventil die im Druckraum auftretenden geringen Leckagen zu ergänzen, ohne daß die Gefahr besteht, daß die Rollmembran in dieser Lage aufgrund des dann gerade herrschenden Druckunterschiedes beschädigt wird.Due to the fully mechanical support of the roll membrane in its rear limit position, it is possible to supplement the small leakages occurring in the pressure chamber with the usual snifting valve, without the risk that the roll membrane will be damaged in this position due to the pressure difference then prevailing .
Es ist somit eine spaltfreie Anlagefläche für die Rollmembran vorgesehen, die dann, wenn sich die Rollmembran in ihrer hinteren Begrenzungslage befindet, durch die entsprechenden Flächen des Druckraumes und des Stützpilzes für die Rollmembran gebildet ist. Eine derartige Fläche weist selbstverständlich keinerlei Bohrungen auf. Dies ist von besonderer Bedeutung, um im Schnüffelzustand der Pumpe ein Anliegen der Rollmembran an solchen Bohrungen bei einem herrschenden Druckunterschied zu verhindern.A gap-free contact surface is thus provided for the rolling membrane, which, when the rolling membrane is in its rear limiting position, is formed by the corresponding surfaces of the pressure chamber and the supporting mushroom for the rolling membrane. Such a surface naturally has no bores. This is of particular importance in order to prevent the rolling diaphragm from contacting such bores with a prevailing pressure difference when the pump is sniffing.
Durch die Erfindung wird es außerdem ermöglicht, wesentlich kleinere Membrandurchmesser einzusetzen. Dies hat den Vorteil einer außerordentlich preisgünstigen Konstruktion, da ein erheblich geringerer Platzbedarf erforderlich ist. Das beruht nicht zuletzt darauf, daß aufgrund der im Vergleich zu einer Flachmembran wesentlich größeren Auslenkung einer Rollmembran der zum Membranantrieb dienende Hydraulikzylinder ebenfalls einen wesentlich kleineren Durchmesser aufweisen kann, so daß hierdurch die druckbeaufschlagte Fläche kleiner wird. Darüber hinaus werden die bei der Pumpe erforderlichen Schraubenkräfte entscheidend verringert. Auch dies trägt wesentlich zur Verbilligung einer Membranpumpe mit Rollmembran bei.The invention also makes it possible to use much smaller membrane diameters. This has the advantage of an extremely inexpensive construction, since a significantly smaller space is required. This is not least due to the fact that due to the much larger deflection of a rolling membrane compared to a flat membrane, the hydraulic cylinder used for the membrane drive can also have a significantly smaller diameter, so that the area under pressure is thereby smaller. In addition, the screw forces required for the pump are significantly reduced. This also makes a significant contribution to reducing the cost of a diaphragm pump with a rolling diaphragm.
Wie bekannt, stellt eine Rollmembran grundsätzlich eine strumpfförmige Gummimembran dar, die eine außerordentlich große Lebensdauer aufweist, da sie mit großer Häufigkeit auf- und abrollen kann, ohne zu brechen. Die Rollmembran, die aus einem gummiartigen Material hergestellt ist, rollt demgemäß abwechselnd auf dem durch die Wand des Druckraums gebildeten äußeren Abrollzylinder und auf dem inneren Abrollzylinder ab, der durch die Außenumfangsfläche des axial verschiebbaren Stützpilzes gebildet ist. Dieses Auf- und Abrollen der Rollmembran vollzieht sich etwa wie die Bewegung eines Strumpfes oder einer Socke beim An- und Ausziehen.As is known, a rolling membrane is basically a stocking-shaped rubber membrane which has an extremely long service life, since it can roll up and down with great frequency without breaking. The rolling membrane, which is made of a rubber-like material, accordingly rolls alternately on the outer rolling cylinder formed by the wall of the pressure chamber and on the inner rolling cylinder which is formed by the outer peripheral surface of the axially displaceable support mushroom. This rolling up and down of the rolling membrane takes place like the movement of a stocking or a sock when putting on and taking off.
Durch die Erfindung wird es erstmals möglich, Rollmembranen in solchen Membranpumpen anzuwenden, bei denen insbesondere höhere Förderdrücke zu bewältigen sind und somit ein hydraulischer Membranantrieb von Vorteil ist, um zu gewährleisten, daß beidseits der Membran ein ausgeglichener Druck herrscht.The invention makes it possible for the first time to use rolling diaphragms in diaphragm pumps in which, in particular, higher delivery pressures have to be mastered and thus a hydraulic diaphragm drive is advantageous in order to ensure that a balanced pressure prevails on both sides of the diaphragm.
Bei der erfindungsgemäßen Membranpumpe ist die Ausgestaltung derart getroffen, daß die Stirnflächen des Stützpilzes mit dem zugeordneten Flächenabschnitt der Rollmembran fest verbunden ist. Der innere Abrollzylinder ist so ausgebildet, daß er in der hinteren Begrenzungslage der Rollmembran zusammen mit dem äußeren Abrollzylinder eine völlig spaltfreie Abstützfläche bildet, die an die natürliche Verformungs- und Abrollgeometrie der Rollmembran angepaßt ist.In the diaphragm pump according to the invention, the configuration is such that the end faces of the support mushroom are firmly connected to the assigned surface section of the rolling diaphragm. The inner roll cylinder is designed so that it forms a completely gap-free support surface in the rear limiting position of the roll membrane together with the outer roll cylinder, which is adapted to the natural deformation and roll geometry of the roll membrane.
Damit ist in der hinteren Totpunktlage der Rollmembran eine eindeutige Lagebegrenzung bzw. Abstützung geschaffen, so daß es in dieser hinteren Begrenzungslage der Membran möglich ist, durch das übliche Schnüffelventil die im Druckraum auftretenden geringen Leckagen zu ergänzen, ohne daß die Gefahr besteht, daß die Rollmembran in dieser Lage aufgrund des dann gerade herrschenden Druckunterschiedes beschädigt wird.This creates a clear position limitation or support in the rear dead center position of the rolling membrane, so that it is possible in this rear limiting position of the membrane to supplement the small leakages occurring in the pressure chamber with the usual snifting valve, without the risk that the rolling membrane is damaged in this position due to the then prevailing pressure difference.
Erfindungsgemäß ist weiterhin vorgesehen, daß der Stützpilz in der hinteren Begrenzungslage wenigstens teilweise in einen Druckraumabschnitt kleineren Durchmessers eingetaucht ist, der sich an den den äußeren Abrollzylinder bildenden Druckraumabschnitt größeren Durchmessers unter Bildung einer Abstützschulter für die Rollmembran anschließt.According to the invention it is further provided that the support mushroom in the rear limiting position is at least partially immersed in a pressure chamber section of smaller diameter, which adjoins the pressure chamber section of the larger diameter forming the outer rolling cylinder to form a support shoulder for the rolling membrane.
Hierdurch ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht, radial verlaufende Strömungskanäle, die in der Umfangswand des Stützpilzes vorgesehen sind und zur Verbindung zwischen Druckraum und Schnüffelventil dienen, derart anzuordnen, daß sie in der hinteren Begrenzungslage vollständig in den Druckraumabschnitt kleineren Durchmessers eingetaucht sind.This makes it possible in a further embodiment of the invention to arrange radially extending flow channels, which are provided in the circumferential wall of the supporting mushroom and serve to connect the pressure chamber and the snifting valve, in such a way that they are completely immersed in the pressure chamber section of smaller diameter in the rear limiting position.
Zweckmäßigerweise ist der Anschlag zur Begrenzung der hinteren Lage des Stützpilzes durch eine Ringschulter im Gehäusekörper gebildet, die am Ende des Druckraumabschnittes kleineren Durchmessers vorgesehen ist.The stop for limiting the rear position of the supporting mushroom is expediently formed by an annular shoulder in the housing body, which is provided at the end of the pressure chamber section of smaller diameter.
Bei einer praktischen Ausführungsform der Erfindung weist der Stützpilz eine Führungsstange auf, die eine exakt zentrische Axialbewegung des Stützpilzes sicherstellt.In a practical embodiment of the invention, the support mushroom has a guide rod which ensures an exactly central axial movement of the support mushroom.
Aufgrund der vorgesehenen hydraulischen Betätigung der Rollmembran weist der Stützpilz bzw. dessen Führungsstange keinerlei mechanische Verbindung mit dem Hydraulikkolben auf. Dies bedeutet, daß der Stützpilz lediglich durch die Rollmembran hin- und herbewegt wird. Der Stützpilz, der demgemäß von der Kinematik des Hydraulikkolbens unabhängig ist, erfüllt zwei Funktionen. Zum einen erlaubt er das Abrollen der Rollmembran, die beim Abrollen einen äußeren Abrollzylinder, gebildet durch die Wand des Druckraums, sowie einen inneren Abrollzylinder benötigt, der durch die Außenumfangsfläche des Stützpilzes gebildet ist. Zum anderen erfüllt der Stützpilz die Funktion der Abstützung der Rollmembran.Due to the intended hydraulic actuation of the rolling membrane, the support mushroom or its guide rod has no mechanical connection with the hydraulic piston. This means that the support mushroom is only moved back and forth by the rolling membrane. The support mushroom, which is therefore independent of the kinematics of the hydraulic piston, fulfills two functions. On the one hand, it allows the rolling membrane to roll, which, when rolling, requires an outer roll cylinder formed by the wall of the pressure chamber and an inner roll cylinder formed by the outer circumferential surface of the support mushroom. On the other hand, the support mushroom fulfills the function of supporting the roll membrane.
Insgesamt ist daher die erfindungsgemäße Ausgestaltung derart getroffen, daß in der hinteren Begrenzungslage der Rollmemban eine solche Gesamtkontur von Stützpilz einschließlich Druckraum gebildet ist, daß eine spaltfreie Fläche entstanden ist und damit die Rollmembran bei einer auftretenden Druckdifferenz nur an völlig glatte Flächen gedrückt wird und demgemäß nicht der Gefahr einer Beschädigung unterliegt.Overall, therefore, the configuration according to the invention is such that in the rear limiting position of the roll membrane such an overall contour of support mushroom including pressure chamber is formed such that a gap-free area has arisen and thus the roll membrane is only pressed against completely smooth surfaces when a pressure difference occurs and accordingly not is at risk of damage.
Damit ist es durch die Erfindung möglich- geworden, bei Membranpumpen, die insbesondere für hohe Förderdrücke vorgesehen sind, hydraulisch angetriebene Rollmembranen einzusetzen, was eine erhebliche Durchmesserverringerung der Membranpumpe erlaubt. Der Durchmesser der Rollmembran kann hierbei in der Größenordnung des Durchmessers des Hydraulikkolbens liegen, so daß auch die erforderlichen Schraubenkräfte für die Membranpumpe sehr viel kleiner werden. So hat z. B. die Verringerung des Membrandurchmessers auf die Hälfte des vorherigen Durchmessers eine Reduzierung der Schraubenkräfte auf ein Viertel des vorherigen Kraftaufwandes zur Folge.This has made it possible through the invention, in the case of diaphragm pumps, in particular for high delivery pressures, hydraulically driven roller membranes are used, which allows a considerable reduction in the diameter of the membrane pump. The diameter of the rolling diaphragm can be of the order of the diameter of the hydraulic piston, so that the screw forces required for the diaphragm pump also become much smaller. So z. B. the reduction of the membrane diameter to half the previous diameter, a reduction of the screw forces to a quarter of the previous effort.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen :
- Fig. 1 im Schnitt eine erfindungsgemäß ausgestaltete Membranpumpe mit der Rollmembran in der vorderen Begrenzungslage ;
- Fig. 2 mit der Rollmembran in einer mittleren Lage und
- Fig. 3 mit der Rollmembran in der hinteren Begrenzungslage.
- 1 shows in section an inventive diaphragm pump with the rolling diaphragm in the front limiting position;
- Fig. 2 with the rolling membrane in a middle position and
- Fig. 3 with the rolling membrane in the rear limit position.
Wie aus der Zeichnung ersichtlich, weist die dargestellte Membranpumpe ein Pumpengehäuse in Form eines durch einen Pumpendeckel 1 stirnseitig verschlossenen Gehäusekörpers 2 auf, in dem als hydraulischer Membranantrieb ein oszillierender Hydraulikkolben 3 arbeitet. Dieser ist in einer Bohrung 4 des Gehäusekörpers hin- und herverschiebbar und trennt einen Druckraum 5 von einem Hydraulikvorratsraum 6.As can be seen from the drawing, the diaphragm pump shown has a pump housing in the form of a
Zwischen dem Gehäusekörper 2 und dem Pumpendeckel 1 ist mit ihrem Umfangsrand fest eine Rollmembran 7 eingespannt, die in der aus der Zeichnung ersichtlichen Weise den Druckraum 5 von einem Förderraum 8 trennt. Der Druckraum 5 ist vollständig mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt, so daß beim Hin- und Herverschieben des Hydraulikkolbens 3 auch die Rollmembran 7 in entsprechender Weise betätigt wird und im Sinne eines Saughubes bzw. Druckhubes auf den Förderraum 8 einwirkt.Between the
Der Pumpendeckel 1 weist ein federbelastetes Saugventil 9 sowie ein federbelastetes Druckventil 10 auf. Diese Ventile 9,10 sind derart über einen Einlaßkanal 11 bzw. einen Auslaßkanal 12 mit dem Förderraum 8 verbunden, daß das Fördermedium bei dem nach rechts gemäß der Zeichnung erfolgenden Saughub des Rollmembran 7 in Richtung des Pfeiles A über das Saugventil 9 und den Einlaßkanal 11 in den Förderraum 8 angesaugt wird. Demgegenüber wird dann bei dem nach links gemäß der Zeichnung erfolgenden Druckhub der Rollmembran 7 das Fördermedium über den Auslaßkanal 12 und das Druckventil 10 in Richtung des Pfeils B dosiert aus dem Förderraum 8 herausgedrückt.The pump cover 1 has a spring-loaded
Innerhalb des Druckraumes 5 ist axial verschiebbar ein Stützpilz 13 angeordnet, der eine axial nach hinten in Richtung des Hydraulikkolbens 3 ragende Führungsstange 14 aufweist. Diese ist derart in einem mittig im Druckraum 5 angeordneten Auge 15 geführt, daß eine exakt zentrische Axialbewegung des Stützpilzes 13 gewährleistet ist.A
Der Stützpilz 13 ist an seiner Stirnfläche mit dem zugeordneten Flächenabschnitt der Rollmembran 7 verbunden, so daß dadurch der Stützpilz 13 der Axialverschiebebewegung der Rollmembran 7 folgt.The
Die für die Rollmembran 7 erforderliche Abrollfäche ist durch einen äußeren Abrollzylinder sowie einen inneren Abrollzylinder gebildet. Hierbei stellt die Umfangswand 16 des Druckraumes 5 den äußeren Abrollzylinder dar, während der innere Abrollzylinder durch die Außenumfangsfläche 17 des Stützpilzes 13 gebildet wird.The rolling surface required for the rolling
Wie ersichtlich, schließt an den eingentlichen Druckraum 5 axial nach hinten in Richtung des Hydraulikkolbens 3 ein Druckraumabschnitt 5' kleineren Durchmessers an, wobei zwischen den beiden Druckabschnitten 5, 5' eine Abstützschulter 18 für die Rollmembran 7 gebildet ist. Diese Abstützschulter 18 ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel konkav ausgebildet und weist einen Krümmungsradius auf, der dem Krümmungsradius der Rollmembran 7 in deren Abrollbereich entspricht.As can be seen, a
Der Durchmesser und die Tiefe des kleineren Druckraumabschnittes 5' sind derart gehalten, daß der Stützpilz 13 in der hinteren Begrenzungslage gemäß Fig. zum überwiegenden Teil in diesen kleineren Druckraumabschnitt 5' eingetaucht ist. Hierbei ragt das vordere Teil des Stützpilzes 13 lediglich derart weist aus dem kleineren Druckraumabschnitt 5' heraus, daß sich nur derjenige abgerundet ausgebildete Flächenabschnitt 19 des Stützpilzes 13, der den Übergang zwischen Stirnfläche und Außenumfangsfläche 17 des Stützpilzes 13 bildet, im größeren Druckraumabschnitt 5 befindet.The diameter and the depth of the smaller pressure chamber section 5 'are held in such a way that the
Hierdurch ist in der aus Fig. 3 ersichtlichen hinteren Begrenzungslage der Rollmembran 7 eine völlig spaltfreie Abstützfläche 16, 18, 19 (und gegebenenfalls 17) gebildet, die an die natürliche Verformungsgeometrie bzw. Abrollcharakteristik der Rollmembran 7 angepaßt ist. Diese spaltfreie Abstützfläche setzt sich beim dargestellten Ausführungsbeispiel aus dem äußeren Abrollzylinder, gebildet durch die Umfangswand 16 des Druckraumes 5, aus der Abstützschulter 18 und aus dem abgerundeten Flächenabschnitt 19 bzw. dem inneren Abrollzylinder 17 des Stützpilzes 13 einschließlich der Stützpilzstirnfläche zusammen.This forms a completely gap-
Als Anschlag zur Begrenzung der hinteren Lage des Stützpilzes 13 ist eine Ringschulter 20 vorgesehen, die im Gehäusekörper 2 am axial hinteren Ende des Druckraumabschnittes 5' kleineren Durchmessers gebildet ist.An
Wie ersichtlich, steht mit dem Hydraulikvorratsraum 6 ein kombiniertes Gasausschleus- und Druckbegrenzungsventil 21 in Verbindung, das seinerseits über einen Kanal 22 in den Druckraumabschnitt 5' kleineren Durchmessers mündet. Zu diesem Zweck sind in der Umfangswand 25 des Stützpilzes 13 radiale Strömungskanäle 26 vorgesehen. Diese sind derart angeordnet, daß sie in der hinteren Begrenzungslage der Rollmembran 7 bzw. des Stützpilzes 13 gemäß Fig. 3 vollständig in den Druckraumabschnitt 5' kleineren Durchmessers eingetaucht sind. Dadurch ist ebenfalls gewährleistet, daß in der hinteren Begrenzungslage der Rollmembran 7 eine vollständig spaltfreie Abstützfläche gebildet ist.As can be seen, a combined gas discharge and
Weiterhin ist auch ein Schnüffelventil 23 vorgesehen, das den Hydraulikvorratsraum 6 über einen Kanal 24 mit dem Druckraumabschnitt 5' kleineren Durchmessers verbindet. Dadurch kann in der hinteren Begrenzungslage der Rollmembran 7, d. h. am Ende des Saughubes des Hydraulikkolbens 3, die erforderliche Leckergänzung aus dem Hydraulikvorratsraum über das Schnüffelventil 23 und den Kanal 24 erfolgen. Dieser Kanal 24 ist hierbei so angeordnet, daß die Verbindung zum Hydraulikvorratsraum 6 über eine Ringnut 27 und eine Bohrung 28 in der Stützpilzführungsstange 14 erst dann hergestellt wird, wenn der Stützpilz 13 die hintere Begrenzungslage erreicht hat, wie aus Fig.3 ersichtlich. Dadurch ist in der erwünschten Weise eine Leckergänzung des Druckraumes 5 nur in dieser Lage des Stützpilzes 13 möglich, was mit anderen Worten bedeutet, daß eine vorzeitige Leckergänzung nicht stattfinden kann.Furthermore, a
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