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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.
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pump
The invention relates to a pump with a variable-volume, elastically compressible chamber, the end wall of which is moved to and fro by the drive. In known pumps of this type, the single chamber is provided with at least one check valve each for inlet and outlet, but preferably with two pairs of ball valves. These known pumps have the disadvantage that liquid or gas is only conveyed over half the duration of a period.
The object of the invention is to create a pump in which the impact effect of the liquid column moving through the pump is used to the fullest extent to increase the volumetric efficiency and which can also be used for pumping liquids with suspensions of solid particles or for liquids with impurities.
This object is achieved according to the invention in a pump of the type mentioned in that three such chambers - u. Between an inlet chamber, an intermediate chamber and an outlet chamber are arranged axially one behind the other, the intermediate chamber being separated from the two outer chambers by end walls provided with flow openings and non-return valves, which are moved back and forth in opposite directions by the drive. In particular, the pump according to the invention can be designed so that the intermediate chamber is divided into two chambers by a fixed intermediate wall provided with flow openings and the intermediate wall is penetrated by the drive shaft, which carries two eccentrics on both sides to drive the two movable end walls.
The three chambers preferably have approximately the same mean volumes.
The invention is explained in more detail below with reference to the drawing. 1 shows a longitudinal section through a pump according to the invention, FIG. 2 shows a section along the line 11-11 in FIG. 1, FIG. 3 shows a section along the line m in FIG. 1, FIG. 4 shows the structure the wall of a pump according to the invention according to FIG. 1, and FIG. 5 shows a side view of a pump according to the invention with its drive motor.
The pump shown in FIGS. 1-4 consists of a cylindrical outer housing 66 and inlet and outlet end covers 70 and 72, which are connected to the ends of the outer housing by screws and are arranged parallel to one another. The outer ends of an inner, cylindrical and elastic housing 68 are held in annular grooves 8 of the end covers 70, 72. The axially expandable and compressible housing 68 is divided into four identical parts 68a, 68b, 68c and 68d, which are separated from one another by end walls 58 and 60 which can be moved axially to and fro and an intermediate wall 64. The fixed central intermediate wall 64 is arranged between the movable end walls 58 and 60 and consists of one piece with the outer housing 66.
The ends of each part of the inner housing 68 are held in the end walls and the intermediate wall by the annular grooves 8 in the end caps. The length dimensions of the various parts are selected in such a way that the flexible jacket 68 is given a preload when the pump is being assembled.
In the inlet end cover 70, the end wall 58, the intermediate wall 64, the end wall 60 and the outlet end cover 72, throughflow openings 20, 74, 78, 76, 24 are arranged symmetrically and in a straight line. The throughflow openings 74, 76 of the end walls 58 and 60, respectively, are assigned plate valves 26 made of neoprene or another suitable material, which act as check valves and allow a flow from the inlet to the outlet of the pump. The inside of the pump is thus in an inlet chamber
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mer 14, an intermediate chamber 62 extending between the two end walls 58, 60 and an outlet chamber 16. A large central filler piece 80, which is made in one piece with the partition 64, reduces the volume of the intermediate chamber 62 to approximately the volumes of the other two chambers 14, 16.
A third check valve 26, the purpose of which is explained further below, is assigned to the inlet openings 20.
The end covers 70, 72 are provided with threaded bores 28 for receiving the inlet and outlet lines 48, 50 (FIG. 5); however, flanges can also be provided for this purpose.
The two end walls 58, 60 are arranged in such a way that they can move in opposite directions, the axial displacements being absorbed by the elasticity of the parts of the inner housing 68. The end walls 58, 60 are driven by a motor 54 (FIG. 5), the shaft of which is connected to the pump shaft 82 via a coupling 52. The latter is guided diametrically through the central partition 64. Two bearing bodies, which are fastened on each side of the drive shaft, provide one bearing 84 and two eccentrics 86, 88 in sequence. The bearing pair 84 is concentrically connected to the shaft and rotatably connected to the outer housing 66. Each pair of eccentrics 86 and 88 is offset in phase by 1800 with respect to the other pair.
The eccentrics 88, 86 are connected by means of eccentric rods 90, 92 to shafts 94, 96, which are rotatably mounted in the first and second end walls 58 and 60, respectively. As a result, when the shaft 82 rotates, a back and forth movement of the end walls 58 and 60, which act as drive elements, relative to the housing and with a mutual phase shift of 1800 is achieved. The cavities which receive the shafts 82, 94 and 96, respectively, are separated from the interior of the pump so that the pumped liquid does not come into contact with the sliding surfaces of the drive parts.
To explain the mode of operation of two successive end walls 58 and 60, which act as driving organs and move back and forth in opposite directions, it is useful to start from the position shown in FIG. 1, where the end walls at the ends, to consider their movements of their outward strokes are shown. When the shaft 82 rotates, the eccentrics 86, 88 cause the two end walls to move against the central intermediate wall 64, whereby the volumes
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is reduced. As a result, the liquid is from the inlet line 28 through the inlet openings 20 into the
Inlet chamber 14 sucked.
However, since the volume of the intermediate chamber 62 decreases by twice the amount as the volume of the outlet chamber 16 increases, the excess liquid is expelled from the outlet of the pump. When the end walls have reached the end of their inward stroke and the
If the return movement to its outer position begins, the volume of the outlet and inlet chambers is reduced and further liquid is pressed out of the outlet of the pump. In this part of the cycle, the amount of enlargement of the intermediate chamber is twice as great as the amount of reduction of the inlet chamber, whereby liquid is drawn through the inlet chamber into the intermediate chamber.
The delivery pulses for the liquid therefore always extend over half the cycle, and this, in conjunction with the inertia of the liquid flow, causes a relatively even flow out of the
Pump for the duration of its operation.
Each part 68a, 68b, 68c, 68d of the elastic jacket or housing 68 consists of a number of
Rings 38. made of rubber or some other elastic material, between which relatively rigid rings 40, e.g. B. made of aluminum or some other suitable material are arranged (Fig. 4). This should make the
The jacket is stiffened when it is bent by the movement of the end walls 58, 60 and by the pressure of the liquid in the chambers. For this purpose, the rings 40 can have a 1-cross section. Each web 42 lying between two adjacent elastic rings 38 can be axially
Direction of the jacket be relatively thin, whereby the jacket has a relatively high proportion of elastic material in this direction.
The inner and outer flanges 44, 46 are sufficiently strong to ensure the necessary bracing against the deformation of the shell. The outer flange 46 is stronger than the inner flange 44.
A pretension already initially applied to the flexible jacket must not be completely canceled by the movement of the end walls 58, 60, because the jacket, due to its special
Structure cannot transmit any tensile forces and therefore there would be a risk of leakage if the pretensioning of the shell parts were lifted by moving each end wall out of its central position.
A fourth check valve can be arranged at the outlet opening 24 of the pump. In normal
However, both this valve and the valve 26 arranged at the inlet openings 20 are superfluous because there is a flow of liquid through the pump only with the check valves 26 on both
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End walls 58, 60 can be achieved. But it can be the presence of a third valve, e.g. B. the one shown at the inlet to help eliminate temporary faults when the pump fluid contains suspensions of solid substances or impurities. These disturbances are caused by the accumulation of suspended particles in the valves of the movable end walls, which, if the third valve were not present, could completely stop the flow.
FIG. 5 shows a pump according to the invention connected to an inlet line 48 and an outlet line 50. This pump is driven by an internal combustion engine 54 via the clutch 52, the pump and motor being arranged on a common base plate 56.
In the illustrated embodiment of the invention, the elastic housing walls of the pump are axially expanded and compressed when the end walls are moved back and forth between their end positions. This deformation of the housing takes place without any significant change in the cross-sectional area of the housing. Due to the changing axial deformation, the strength of the elastic wall increases and decreases alternately, but the influence of this change on the volumes of the chambers is insignificant compared to the total volume of the pump working space.
Thus, the entire inner volume of a pump according to the invention remains practically constant, while when using a bellows-shaped inner housing the axial movement would have to be absorbed by a bend in the housing wall, whereby a noticeable change in the total inner volume would occur during a working period.
PATENT CLAIMS:
1. Pump with a variable-volume, elastically compressible chamber, the end wall of which is moved back and forth by the drive, characterized in that three such chambers-u. between an inlet chamber (14), an intermediate chamber (62) and an outlet chamber (16) are arranged axially one behind the other, the intermediate chamber (62) from the two outer chambers (14, 16) through with flow openings (74, 76) and End walls (58, 60) provided with non-return valves (26), which are moved back and forth in opposite directions by the drive.