Beschreibung

0 Die Erfindung betrifft eine doppeltwirkende FaltenbaIgpumpe für Gase und/oder Flüssigkeiten, insbesondere aggressive und/oder abrasive Medien, mit zwei stehend übereinander an¬ geordneten Zylinderräumen, die jeweils durch einen Falten¬ balg, der an seinem einen Ende mit einer Stirnwand des be- lδ treffenden Zylinderraums hermetisch dicht verbunden und an seinem anderen Ende mittels eines Bodens verschlossen ist, in einen Außenraum und einen von dem betreffenden Falten¬ balg umschlossenen Innenraum aufgeteilt sind; daß die Fal- tenbal -böden durch eine durch mindestens eine Dichtung des

20 jeweiligen Zylinderraums geführte Kolbenstange mechanisch miteinander gekoppelt sind, so daß gleichzeitig ein Falten¬ balg ansaugt und ein Faltenbalg fördert, daß die an die Dichtung bzw. Dichtungen sich anschließenden Räume mit Zu- und Ableitungen für ein Druckmedium verbunden sind und daß

2δ die der Dichtung bzw. den Dichtungen abgewandten Räume mit Zu- und Ableitungen für das zu fördernde Medium verbunden sind.

Aus der FR-PS 13 15 900 ist eine derartige doppeltwirkende 30 Faltenbalgpumpe bekannt, die zur kontinuierlichen Förderung bzw. zur Druckerhöhung eines Fluids dient. Diese bekannte Pumpe weist zwei stehend übereinander angeordnete Falten¬ bälge in jeweils einem Zy inderraum auf. die wechselseitig einen Saug- und Druckhub ausführen, wobei sich das zu föi— 3ö dernde Medium innerhalb und das antreibende Druckmedium außerhalb der Faltenbälge befindet.

Nachteilig bei dieser bekannten Pumpe ist, daß bei Förde¬ rung von Flüssigkeiten eine selbsttätige Entlüftung auf der

Fördermediumseite bei dieser Anordnung der Faltenbälge grundsätzlich nicht möglich ist. Eine selbsttätige Entlüf¬ tung ist aber für die Förderung der meisten flüssigen Me¬ dien unbedingt erforderlich, da sonst eine einwandfreie δ Funktion der Pumpe nicht gewährleistet ist.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, eine doppeltwirkende Faltenbalgpumpe so auszubil en, daß sie sich während des Betriebes selbsttätig entlüftet, damit 10 die in dem Fördermedium gelöste Luft ständig entweichen kann, und dabei große Hübe ausführen kann sowie eine hohe Lastwechselzahl hat.

Diese Aufgabe wird bei einer Pumpe der eingangs erwähnten lδ Art dadurch gelöst, daß sich in den Zylinderräumen entweder jeweils ein Innenraum oder im unteren Zylinderraum ein In¬ nenraum und im oberen Zylinderraum ein Außenraum unmittel¬ bar an die Dichtung bzw. Dichtungen anschließt bzw. an¬ schließen und daß sich die Faltenbälge der sich unmittelbar 20 an die Dichtung bzw. Dichtungen ansch ießenden Innenräume bzw. des Innenraums in diesem Innenraum bzw. diesen Innen¬ räumen jeweils auf mindestens einem konzentrisch zum jewei¬ ligen Faltenbalg angeordneten Führungselement abstützen, das an der jeweiligen Stirnwand des betreffenden Zylinder- 2δ raumes befestigt ist.

Um eine selbsttätige Entlüftung aller Innen- und Außenräume zu erreichen, muß an der jeweils höchsten Stelle des jewei¬ ligen Faltenbalges die Zu- bzw. Ableitung angeordnet werden 30 können. Dies ist bei der erfindungsgemäßen Pumpe möglich.

Im Gegensatz zu der bekannten Pumpe werden nach der Erfin¬ dung die Faltenbälge, deren Innenraum sich unmittelbar an die Dichtung bzw. Dichtungen anschließt, mit Innenüberdruck 3δ beaufschlagt. Derart beanspruchte Faltenbälge sind jedoch bei Innenüberdruck - im Gegensatz zu den mit Außenüberdruck beaufschlagten Faltenbälgen nach dem vorgenannten Stand der Technik - nicht knickstabil, sind also für die Verwendung in einer Pumpe unbrauchbar. Aus diesem Grunde ist eine

spielfreie zentrische Führung der mit Innenüberdruck beauf¬ schlagten Faltenbälge auf der Druckmediumseite unbedingt notwendig.

δ Die gestützten Faltenbälge können sehr dünnwandig, also sehr flexibel ausgeführt sein und eine hohe Lastwechselza l haben.

Bei Verwendung solcher flexiblen Faltenbälge sollten die 10 Hubendlagen in beiden Richtungen nicht überschritten wer¬ den, um die für einen geringen Differenzdruck ausgelegten Faltenbälge nicht zu zerstören. Die Endlagenerfassung kann dabei wahlweise durch mechanische oder elektrische Senso¬ ren, die es in den meisten Fällen auch in gekapselten hoch- lδ druckfesten Ausführungen gibt, erfolgen. Sobald vom Sensor ein entsprechendes Signal erfolgt, wird der vom Druckaggre¬ gat gelieferte Druckluft- bzw. Hydraulikstrom durch ein 4/2-Wege- Ventil umgeschaltet. Damit wird ein unzulässiger Anstieg des Differenzdruckes zwischen Druck- und Förderme- 20 dium verhindert und die Funktionen von Druck- und Saugraum vertauscht.

Insgesamt kann die erfindungsgemäße Faltenbalgpumpe als einfache Pumpenkonstruktion ausgeführt werden, die die

2ö Nachteile der bekannten Faltenbalgpumpe nicht aufweist und die bei einfachem Aufbau und geringstem Wartungsaufwand sowohl abrasivste als auch chemisch aggressivste Medien fördern kann, wobei die mit dem zu fördernden Medium in Be¬ rührung kommenden Materialventile entweder selbsttätige

30 Rückschlagventile oder zwangsgesteuerte Absperrventile sind und die Steuerung auf der Druckmediumseite durch elek¬ trisch, pneumatisch oder hydraulisch betätigte 4/2-Wege- Ventile erfolgt.

3δ In Abhängigkeit vom geforderten Druck können die Falten¬ bälge durch eine vorhandene zentrale Druckluftversorgung oder durch eine Zentral-Hydraulik angetrieben werden.

Beim Einsatz einer größeren Anzahl von erfindungsgemäßen Pumpen stellt eine Zentral-Hydraulik mit niederviskosen Hydraulikflüssigkeiten die wirtschaftlichste Druckversot— gung dar, die mit Kreiselpumpen bis zu höchsten Drücken und größten Liefermengen im Dauerbetrieb bei hohen Wirkungsgra¬ den und niedrigen Anlagenkosten erfolgen kann. Entsprechend ausgelegte Kreiselpumpen erreichen im Dauerbetrieb Stand¬ zeiten von etwa 50.000 Stunden bis zur ersten Wartung, die sich in der Regel auf das Wechseln einer Gleitringdichtung beschränkt.

Für den Betrieb von Einzelpumpen sind hydraulische Kleinag¬ gregate mit Druck- und/oder Mengenregelung empfehlenswert, falls nicht mit einer Versorgung aus einem vorhandenen Druckluftnetz gearbeitet werden soll.

Die erfindungsgemäße Pumpe kann ferner so ausgebildet sein, daß sich der Faltenbalg über mindestens einen Stützring auf mindestens einem Führungselement abstützt. Aufgrund der Stützringe unterliegen die Faltenbälge keinem Verschleiß, da der Verschleiß nur durch die Stützringe, die sich an ei¬ nem oder mehereren Führungselementen abstützen, aufgenommen wird.

δ Die erfindungsgemäße Pumpe kann ferner so ausgebildet sein, daß der Stützring geschlitzt ist und selbstspannend auf mindestens einer Falte des betreffenden Faltenbalges befe¬ stigt ist und daß das Führungselement aus einem zylindri¬ schen Rohr besteht, das in Längsrichtung mindestens einmal 0 geschlitzt oder perforiert ist. Der geschlitzte Stützring ist besonders einfach herzustellen und unverlierbar einzu¬ bauen. Das Führungselement läßt sich besonders einfach aus einem zylindrischen Rohr herstellen, das mit am Umfang ver¬ teilten Schlitzen oder Perforationen versehen ist, um einen 5 Druckaufbau zwischen den Stützringen zu verhindern.

Die erfindungsgemäße Pumpe kann ferner so ausgebildet sein, daß die Zu- und Ableitung des Druckmediums des im oberen Zylinderraum liegenden Innenraums durch eine hohlgebohrte

Kolbenstange erfolgt, wobei die Verbindung durch die hohle Kolbenstange zum Innenraum durch eine axiale Bohrung und durch radiale Bohrungen an der höchsten Stelle des Innen¬ raums sowie zwischen den beiden Dichtungen erfolgt. Diese Anordnung ermöglicht auf einfache Art und Weise auch dann eine selbsttätige Entlüftung, wenn sich in den Zylinderräu¬ men jeweils ein Innenraum unmittelbar an die Dichtung bzw. Dichtungen anschließt.

Die erfindungsgemäße Pumpe kann ferner so ausgebildet sein, daß die Faltenbälge aus mindestens zwei aufeinander!iegen- den Trennwänden bestehen. Eine doppel- bzw. mehrwandige Ausführung des Faltenbalges erlaubt eine große Elastizität bei gleichzeitig großer Biegesteifigkeit (Prinzip Blattfe- der), was eine größeres nutzbares Verdrängungsvolumen des Balges zur Folge hat. Ein weiterer Vorteil eines mehrlagi¬ gen Faltenbalges, insbesondere Stahlbalges, ist die größere Sicherheit beim Undichtwerden. In der Regel werden nicht alle Trennwände gleichzeitig undicht, sondern es wird die Undichtheit von einer äußeren Trennwand ihren Anfang nehmen.

Die erfindungsgemäße Pumpe kann ferner so ausgebildet sein, daß der Zwischenraum bzw. die Zwischenräume zwischen den Trennwänden mit der Umgebung außerhalb der Zylinderräume in Verbindung steht bzw. stehen, wobei der Zwischenraum bzw. die Zwischenräume als Ableitung für eine Leckagemeldung bei Faltenbalgbruch dient bzw. dienen. Im Falle eines Falten- balgbruches tritt entweder das Druck- oder das Fördermedium in den Zwischenraum bzw. in die Zwischenräume zwischen den Trennwänden ein und gelangt von dort nach außen, um entwe¬ der einen Alarm auszulösen oder die Pumpe stillzusetzen. In jedem Falle wird die Leckage-Meldung aktiv, bevor es zu ei¬ ner Vermischung von Förder- und Druckmedium kommt.

Die erfindungsgemäße Pumpe kann ferner so ausgebildet sein, daß sich zwischen den Trennwänden der Faltenbälge jeweils ein inerter Flüssigkeitsfilm befindet, der im Falle eines Faltenbalgbruchs die Leckagemeldung nach außen überträgt.

Ein solcher inerter Flüssigkeitsfi Im, der mit der Umgebung außerhalb des Pumpengehäuses in Verbindung steht, ermög¬ licht ein sehr schnelles Ansprechen im Falle eines Bruches einer Faltenbalgwand, so daß die Möglichkeit einer Leckage- δ Meldung besteht, lange bevor der Faltenbalg insgesamt un¬ dicht wird.

Die erfindungsgemäße Pumpe kann ferner so ausgebildet sein, daß am Pumpenausgang ein die im Förderstrom vorhandenen 0 Pulsationen glättender Hydraulikspeicher vorgesehen ist. Die durch die Hubumkehr bedingten Pulsationen sind durch die extrem leichten bewegten Massen zwar wesentlicher klei¬ ner als bei vergleichbaren Kolbenpumpen, müssen jedoch für die meisten Anwendungen noch weiter reduziert werden. 5

Die erfindungsgemäße Pumpe kann ferner so ausgebildet sein, daß der Hydraulikspeicher aus einem in einem Zylinderraum befindlichen Faltenbalg besteht, der an seinem einen Ende mit einer Stirnwand des Zylinderraums hermetisch dicht ver- 0 bunden und an seinem anderen Ende mittels eines Bodens vei— schlössen ist und daß der Zylinderraum in einen von dem Faltenbalg umschlossenen Innenraum und einen Außenraum auf¬ geteilt ist, wobei der Innen- bzw. der Außenraum mit einem inerten Druckgas und der Außen- bzw. Innenraum mit dem zu δ fördernden Medium gefüllt ist. In einem zylindrischen Druckgefäß ist also am Gefäßdeckel ein Faltenbalg mit einem Boden fest eingespannt, wobei der Faltenbalg berührungslos oszillieren und dadurch Förderstromschwankungen ausgleichen kann. Dieser Faltenbalg-Hydraulikspeicher besitzt die glei- 0 chen Vorzüge wie die Faltenbalgpumpe und eignet sich insbe¬ sondere für aggressive abrasive Fördermedien, die bei Ver¬ wendung von Membran-Hydraulikspeichern mit Kunststoffmem- branen Probleme hinsicht-1ich der Lebensdauer verursachen.

5 Im folgenden Teil der Beschreibung werden zwei Ausführungs¬ beispiele der erfindungsgemäßen Pumpe anhand von Zeichnun¬ gen dargestellt und im folgenden näher beschrieben:

Es zei gen :

Fig. 1 eine Pumpe, bei der sich im oberen Zylinderraum ein Außenraum und im unteren Zylinderraum ein In- nenraum unmittelbar an die Dichtungen anschließt, und

Fig.2 eine Pumpe, bei der sich in den beiden Zylinder¬ räumen je ein Innenraum unmittelbar an die Dich- tungen anschließt.

Fig. 1 zeigt eine Pumpe, bei der sich im oberen Zylinder¬ raum 1 ein Außenraum 2 und im unteren Zylinderraum 3 ein Innenraum 4 unmittelbar an die Dichtungen 5,6 anschließt. Die beiden Faltenbälge 7,8 sind jeweils mit einer Stirnwand 9,10 des betreffenden Zylinderraums 1,3 hermetisch dicht verbunden und an ihrem anderen Ende mittels eines Bodens 11,12 verschlossen. Die Böden 11,12 wiederum sind durch eine durch die Dichtungen 5,6 hindurch geführte Kolben- stange 13 miteinander fest verbunden, so daß sich die bei¬ den Faltenbälge 7,8 jeweils gleichzeitig in ihren Hubend¬ punkten befinden. Weiterhin weist die Pumpe eine Ansauglei¬ tung 14 für das zu fördernde Medium auf, die über jeweils ein selbsttätiges Rückschlagventil 15,16 mit einem oberen Innenraum 17 und einem unteren Außenraum 18 verbunden ist. Weiterhin weist die Pumpe eine Druckleitung 19 für das zu fördernde Medium auf, die ebenfalls über jeweils ein selbsttätiges Rückschlagventil 20,21 mit dem oberen Innen¬ raum 17 und dem unteren Außenraum 18 verbunden ist.

Die Faltenbälge 7,8 sind über Flansche 22,23 an den Stirn¬ wänden 9,10 und über Flansche 24,25 an den Böden 11,12 durch Schrauben befestigt. Bei Verwendung von Faltenbälgen aus Stahl wird man in der Regel die Flansche 24,25 durch eine Schweißkonstruktion ersetzen.

Die Kolbenstange 13, die nur auf Zugkräfte beansprucht wird, die von der Saugkraft der Pumpe herrühren, ist ent¬ sprechend leicht gebaut und in zwei Kol enstangenführungen

26,27 gelagert und jeweils durch eine der Dichtungen 5,6 zwischen dem oberen Außenraum 2 und dem unteren Innenraum 4 abgedichtet.

Für die Lebensdauer der auf niedrigen Differenzdruck ausge¬ legten Faltenbälge 7,8 ist es wesentlich, daß das Druckni¬ veau zwischen den Innenräumen 4,17 und den Außenräumen 2,18 der beiden Faltenbälge 7,8 bei allen Betriebszuständen der Pumpe nahezu gleich ist. Insbesondere ist darauf zu achten, daß in den Hubendpunkten der Differenzdruck zwischen den Innenräumen 4,17 und den Außenräumen 2,18 der Faltenbälge 7,8 nicht zu hoch ansteigt. Konstruktiv läßt sich diese Forderung durch den Einsatz von elektrischen, pneumatischen oder hydraulischen Steuerelementen 28,29 realisieren, die in diesem Fall von dem Faltenbalgboden 11 mechanisch betä¬ tigt werden und daraufhin ein 4/2-Wege-Venti1 30 umschal¬ ten, das über jeweils eine Zu- bzw. Ableitung 31,32 den oberen Außenraum 2 und den unteren Innenraum 4 mit einem Druckmedium versorgt. Die Steuerelememte 28,29 verhindern somit eine Bewegung der Faltenbälge 7,8 über den zulässigen Hub hinaus und damit auch unzulässig hohe Differenzdrücke zwischen den Innenräumen 4,17 und den Außenräumen 2,18 der Faltenbälge 7,8 in den Hubendpunkten. Gleichzeitig dienen die Steuerelemente 28,29 zur Umkehrung der Bewegungsrich- tung und damit dem Vertauschen der Saug- und Druckfunktion der beiden Faltenbälge 7,8.

Der Faltenbalg 8 im unteren Zylinderraum 3 ist mit Innen¬ überdruck beaufschlagt. Er wird über drei geschlitzte Stützringe 33,34,35, die jeweils von radial innen auf eine Falte des Faltenbalgs 8 aufgesetzt sind, auf einem konzen¬ trisch zum Faltenbalg 8 angeordneten Führungselement 36, das an der Stirnwand 10 des unteren Zylinderraums 3 befe¬ stigt ist, geführt werden. Das Führungselement 36 besteht in diesem Ausführungsbeispiel aus einem vierfach geschlitz¬ ten Zylinderrohr, das einen Druckaufbau des Druckmediums zwischen den Stützringen verhindert.

Fig. 2 zeigt eine Pumpe, bei der sich in den beiden Zylin¬ derräumen 1,3 je ein Innenraum 4,37 unmittelbar an die Dichtungen 5,6 anschließt. Diese Ausführung ist konstruktiv etwas aufwendiger als die vorherige, da hier beide Falten- bälge 7,8 mit Innenüberdruck beaufschlagt sind und daher grundsätzlich einer Knickgefahr unterliegen. Zur Beseiti¬ gung dieser Gefahr sind beide Faltenbälge 7,8 mit den Stützringen 33,34,35,38,39,40 sowie mit den entsprechenden Führungselementen 36,41, die jeweils an der Stirnwand 10,42 befestigt sind, ausgestattet.

Außerdem ist eine hohlgebohrte Kolbenstange 43 vorgesehen, da das Druckmedium dem im oberen Zylinderraum 1 angeordne¬ ten Faltenbalg 7 über die Zu- bzw. Ableitung 44 durch die Bohrungen 45,46,47 in der Kolbenstange 43 zu- bzw. abge¬ führt werden muß, um eine selbsttätige Entlüftung auf der Höhe des Faltenbalgbodens 48 zu ermöglichen.