技术领域
[0001] 本
发明涉及一种隔膜
位置控制功能性安全的
隔膜泵。
背景技术
[0002] 隔膜泵具有输送室和工作室，输送室具有吸入连接部和压
力连接部，工作室通过隔膜与输送室分隔。为了输送介质，隔膜在第一和第二位置之间以振荡方式往复地移动，其中工作室填充有液压
流体，振荡压力(或
波动压力)施加至液压流体。隔膜的这两个位置通常称为压力冲程位置和吸入冲程位置。
[0003] 通常，压力连接部经由压力
阀连接至输送室，压力阀形成为止回阀，且吸入连接部经由吸入阀连接至输送室，吸入阀同样地形成为止回阀。在隔膜从第一位置移动至第二位置期间，即所谓的吸入冲程，输送室的容积增大，这意味着输送室中的压力下降。输送室中的压力一旦下降至与吸入连接部连接的吸入管线中的压力以下，吸入阀打开，且待输送介质经由吸入连接部被吸入输送室。隔膜一从第二位置又沿第一位置的方向移动(此为所谓的压力冲程)，输送室中的容积就缩小，且输送室中的压力升高。吸入阀封闭，以防止待输送介质流回吸入管线。输送室中的压力一超过与压力连接部连接的压力管线中的压力，压力阀就打开，使得可以迫使输送室中的输送介质进入压力管线。
[0004] 隔膜本身可以沿吸入冲程位置的方向以弹性方式进行预加载。隔膜将始终处于作用在隔膜上的力彼此抵消或抵抗的位置。输送室中的流体压力产生的力和沿吸入冲程方向的由弹性预负荷产生的力抵消或抵抗工作室中的流体压力产生的力。
[0005] 因此，向液压流体施加振荡压力导致隔膜振荡移动，并且与此相关联的，导致输送流体的振荡泵送过程，从吸入管线进入压力管线。
[0006] 液压操作的隔膜泵优选地用于在高压下输送输送流体，这是因为，由于有液压流体，对隔膜进行均匀的加载，且因此隔膜的使用寿命是长的。
[0007] 此处，通常通过移动
活塞来向液压流体施加振荡压力。在流过活塞或吸入阀严重污染的情况下，可能的是，工作室中的流体量将偏移期望量。在这种情况下，要么工作室中会聚集太多液压流体，使得隔膜偏移超过其压力冲程位置，要么工作室中可能存在的液压流体太少，使得隔膜无法到达压力冲程位置。在第一种情况下，存在隔膜超载的危险，这会缩短其使用寿命并可能导致损坏。在第二种情况下，每个冲程的输送容积被不期望地减少。
[0008]
现有技术中描述了针对该问题的解决方案，例如DE 10 2013 105 072A1公开了一种解决方案，根据该方案，隔膜移动超过压力冲程位置会打开通向液压流体的存储室的通道，使得工作室中的压力自动降低。
[0009] 理想地，应确保所有负荷和操作条件下隔膜泵的供应，以避免损坏隔膜泵，且特别是损坏隔膜本身。特别地，此处的问题在于可能例如由于吸入管线封闭或污染而出现的故障。在这种情况下，输送室中的输送流体要么太少，要么没有。如上所述，输送室中的流体压力产生的力和沿吸入冲程方向的由弹性预负荷产生的力抵消或抵抗工作室中的流体压力产生的力。然而，如果输送室中没有输送流体或输送流体的量太低，则隔膜可能会偏移超过压力冲程位置，因为输送室中的流体压力太低。
[0010] 为了解决该问题，例如现有技术中，已知的是借助于强大的复位
弹簧(回退或回落)。然而，这些的缺点在于，输送室中会出现严重的
气穴现象或空蚀，这与
泡沫形成和噪音的产生相关，且隔膜经受到极端的或极值负荷，尤其是在夹紧点处。
发明内容
[0011] 因此，本发明的目的在于克服现有技术的缺点，且特别是提供一种隔膜泵，其防止在故障的情况下损坏隔膜，优选地还防止产生噪音以及形成泡沫。
[0012] 该目的通过下述隔膜泵实现，该隔膜泵具有输送室和工作室，其中，输送室包括压力连接部和吸入连接部，并且其中，工作室可以填充有或者被填充有液压流体，并可操作地连接至压力生成装置，以向液压流体施加振荡压力，还包括隔膜，隔膜具有至少一个隔膜层和隔膜芯，隔膜将输送室和工作室彼此分开，并且可以从压力冲程位置转到吸入冲程位置并再回到压力冲程位置，其中，在隔膜处于压力冲程位置时输送室的容积小于处于吸入冲程位置时的容积，并且其中，隔膜可操作地连接或可以可操作地连接至隔膜返回装置，隔膜返回装置包括拉杆，拉杆沿吸入冲程位置的方向向隔膜施加或可以向隔膜施加返回力，还包括储存室，用于保持或存放液压流体，并且其中，工作室和储存室通过回流通道彼此连接，回流通道借助于封闭元件封闭，并且其中，封闭元件可操作地连接至隔膜芯和隔膜返回装置，使得返回力和由于工作室中的流体压力而抵消或抵抗所产生的返回力的压力的力作用于封闭元件上，并且其中，当超过预定的触发力时，为封闭元件上的返回力和压力的力的总和，回流通道打开。本发明的依据在于以下惊人的发现，即由于封闭元件可操作地连接至隔膜芯和隔膜返回装置这一创造性设计，可以有效地将作用在隔膜上的力限制为预定值，这样，当超过触发力时，回流通道打开，且工作室中的流体压力减小，这样，流体可以流出工作室，进入储存室。如果两个力沿相反方向作用，则结果是由于较大的力大小被较小的力大小降低，造成整体力的大小降低。然而，这假设了力作用在同一作用点处。在根据本发明的隔膜泵中，返回力作用在位于隔膜相对处的隔膜返回装置的拉杆的端部区域上或端部区域中，且压力的力作用在隔膜的区域中。因此，根据本发明，返回力和压力的力的作用点位于封闭元件的相对侧上，使得返回力和压力的力的增加作用在封闭元件本身上。如果，根据本发明，该总和超过预定的触发力，则封闭元件打开，且压力的力降低。因此，保护了隔膜不会受到过高的负荷。相比之下，输送室中的输送压力直接抵消了压力的力，因为两个力直接作用在隔膜上(在封闭元件的一侧)。因此，压力的力的大小被输送室中相对其作用的输送压力的力降低。如果输送室中的输送压力突然下降，则相反地，压力的力的大小急剧升高，使得所得的压力的力和返回力之和可以在触发力以上，这最初与隔膜在吸入冲程位置与压力冲程位置之间的偏移无关。然而，可以特别地设置成，在隔膜偏移离开吸入冲程位置而超过压力冲程位置的情况下，封闭元件和回流通道均打开。为了生成返回力，根据本发明，优选地使用弹性元件。如果隔膜移动离开吸入冲程位置而超过压力冲程位置，则弹性元件作用在吸入冲程位置方向上的返回力增加。同时，工作室中的流体产生的抵消或抵抗返回力并沿相反方向作用在隔膜上的压力的力升高。通过适当地选择触发力，可以由此确定隔膜的最大偏移。根据本发明的创造性实施方式，这在不考虑输送室中的输送压力的情况下也可以实现。根据本发明的实施方式，已证明，特别有利的是，回流通道部分地延伸入隔膜返回装置。根据本发明，封闭元件可操作地连接至隔膜芯和隔膜返回装置。已发现，回流通道特别地适当地部分延伸入隔膜返回装置，使得可以提供隔膜芯、隔膜返回装置、封闭元件和回流通道的整体方案。已证明，这种构造特别紧凑可靠。另外，可能优选的是，隔膜芯和拉杆彼此可拆卸地连接，其中，当隔膜芯和拉杆连接时，回流通道封闭，并且当隔膜芯和拉杆未连接时，回流通道打开。可以设置成，其中封闭元件由隔膜芯形成。
[0013] 根据该优选实施方式，隔膜芯和拉杆一起形成封闭元件。这二者彼此可拆卸地连接，其中，仅在超过触发力时释放这种连接。连接一旦已经释放，
工作流体就可以通过优选部分地集成入拉杆的回流通道流入储存室，使得工作室中的压力降低。根据本发明的实施方式，可能优选的是，封闭元件包括磁体和/或可操作地连接至磁体，其中，磁力的方向和强度对应于预定的触发力，并且当超过触发力时，回流通道打开。根据本发明，可以设置成，隔膜芯包括磁体，磁体可操作地连接至隔膜返回装置的拉杆，并被设计和构造成使隔膜芯保持与拉杆连接，直到已经超过触发力。如果超过触发力，则隔膜芯与拉杆分离，并且两个元件单独存在。在该状态中，优选地集成在拉杆中的回流通道打开，并且工作流体可以流入储存室，使得工作室中的压力减小，且因此压力的力减小。根据本发明，隔膜芯和拉杆的磁连接特别地具有提供可逆方案的优点。只要低于触发力，隔膜芯和拉杆就可以再次连接，并且根据本发明的隔膜泵可以继续运行，而不会损坏隔膜。当然，还可以设置成，磁体包括在拉杆中，包括在隔膜返回装置的另一元件中和/或包括在隔膜泵的另一元件中。可替换地，还可以设置成，其中封闭元件包括预期断裂点，作为超载保护，预期断裂点抵抗触发力，直到超过触发力，并且当超过触发力时，预期断裂点断裂，且回流通道打开。这种预期断裂点，作为拉杆与隔膜头部的连接的组成部分，防止相同的重复耦接，且因此导致以下情况，即在针对隔膜出现保护情况的情况下，在重新试运行或投入运行之前必须更换相应的部件。还可以设置成，其中工作室布置在壳体中，其中，回流通道在拉杆的区域中部分延伸通过壳体。根据本发明的隔膜泵的工作室通常借助于壳体与储存室分开。为了设置使工作流体可以从工作室流入储存室的回流通道，所述通道必须必要地被引导通过前述壳体。根据本发明，已证明特别有积极意义的是，如果部分延伸入拉杆的回流通道延续至拉杆附近的壳体区域中。因此，可以省去软管、管线等等，使得提供高效可靠的方案。
[0014] 可能特别优选的是隔膜返回装置被部分引导通过形成为引导部段的壳体的区域，其中，回流通道在其面向隔膜返回装置的一侧沿隔膜返回装置的偏移具有伸长连接部段，使得无论隔膜返回装置的偏移位置如何，回流通道的位于隔膜返回装置中的部段以及回流通道的位于壳体中的部段可操作地连接。
[0015] 这种根据本发明的回流通道的构造使得可以不需要软管、管线等来连接回流通道的布置在拉杆中的部段和回流通道的位于壳体中的部段。替代地，不管隔膜返回装置的偏移如何，使得回流通道的在后者中延伸的部段与在壳体中延伸的固定部段的安全连接成为可能。此外，可以设置成，拉杆可操作地连接至弹性元件，使得隔膜在吸入冲程的方向上被弹性预加载。已经证明以下是有利地，即提供返回力，借助于弹性元件(回落)，其连接至与隔膜相对的拉杆的端部。特别有利的是，拉杆的偏移借助于固定止挡件而受到限制，使得拉杆不能从吸入冲程位置移动超过压力冲程位置或者预
定位置，该预定位置从从吸入冲程位置比压力冲程位置移动得更远。这具有的优点尤其在于，在过度填充缓慢发生例如由于渐增地污染的吸入管线的情况下，可以限定隔膜的最大偏移。如果隔膜偏移超过该点，则返回力和压力的力之和显著上升，并且回流通道打开。还已经证明有利的是，工作室和储存室经由借助另外的封闭元件封闭的回流通道彼此连接，其中另外的封闭元件连接至拉杆，以便可以相对于后者移动，使得另外的封闭元件可以从封闭位置转到打开位置以及可以从打开位置转到封闭位置，并且其中另外的封闭元件包括力生成元件和/或可操作地连接至后者，该力生成元件将另外的封闭元件
锁定在封闭位置，并且其中在存储室中的压力p2与工作室中的压力p1之间的压力差p2-p1>a为真时，其中a是预定压力，另外的封闭元件转到打开位置并且另外的回流通道打开。
[0016] 可以设置成，其中另外的回流通道部分地在隔膜返回装置中延伸，特别是在拉杆中延伸，并且其中，另外的回流通道优选地连接至回流通道。
[0017] 因此，能够确保的是，在工作室中的流体损失的情况下，只要在工作室中的压力下降到低于预定值，流体就可以被从储存室加满。
[0018] 特别有利的是，根据本发明，
泄漏补偿直接结合在隔膜返回装置中并且可以可操作地连接至同一回流通道，使得通过壳体的孔的数量最小化。延伸通过壳体的每个连接与缺乏紧密性的
风险相关联，特别是在工作室中存在高压力时，使得尽可能封闭的壳体是基本上优选的。
[0019] 本发明的另外的特征和优点可以从以下描述中获得，其中本发明的示例性实施方式将使用示意图以示例的方式来说明，而不限制本发明。
附图说明
[0020] 文中：
[0021] 图1：示出了根据本发明的隔膜泵的一个实施方式的侧向截面视图；
[0022] 图2：示出了根据图1的根据本发明的隔膜泵的实施方式的侧向截面视图；
[0023] 图3：示出了根据图1和图2的根据本发明的隔膜泵的实施方式的另外的侧向截面视图；
[0024] 图4：示出了根据本发明的隔膜的可替换实施方式的侧向截面视图；以及[0025] 图5：示出了根据本发明的隔膜泵的另外的实施方式的侧向截面视图。
具体实施方式
[0026] 在图1中，作为示例，示出了根据本发明的隔膜泵1的实施方式，其具有输送室3和工作室5。输送室3具有压力连接部7和吸入连接部9。输送室3借助于隔膜11与工作室5分开。
[0027] 工作室5填充有液压流体并且可操作地连接至未示出的压力生成装置，以便向液压流体施加振荡压力。
[0028] 隔膜11具有至少一个隔膜层13和隔膜芯15，其中隔膜11可以从压力冲程位置转到吸入冲程位置以及从吸入冲程位置转到压力冲程位置。
[0029] 如图2所示，输送室3在隔膜11的压力冲程位置的容积小于在吸入冲程位置的容积。隔膜的通常偏移由D确定或标识。
[0030] 隔膜11另外地连接至隔膜返回装置17，隔膜返回装置包括在吸入冲程位置的方向上在隔膜11上施加返回力的拉杆19。
[0031] 此外，示出了用于保持液压流体的储存室21，其中工作室5和储存室21通过借助于封闭元件23而封闭的回流通道25彼此连接。
[0032] 如由图3可知，隔膜芯15和拉杆19可拆卸地彼此连接，其中，在隔膜芯15和拉杆19连接时，回流通道25封闭，并且，在它们未连接时，回流通道25打开，使得在图1至图3所示的本发明的实施方式中，隔膜芯15与拉杆19一起形成封闭元件23，其中安全连接借助于磁体27提供。
[0033] 磁体27被设计和构造成维持隔膜芯15与拉杆19之间的连接，直到超过触发力为止。一起形成封闭元件的隔膜芯15和拉杆19的连接首先由返回力R作用，该返回力通过弹性元件39作用在拉杆19的与隔膜相对的端部上。返回力R被以下抵抗或抵消：压力的力D的大小，和输送室3中输送流体的输送压力F。压力的力D作用在拉杆19的面向隔膜11的那一端部上。因此，压力的力D和返回力R之和作用在隔膜芯15和拉杆19的连接上。
[0034] 此外，在图1至图3中示出，隔膜返回装置17被部分地引导通过壳体的被形成为引导部段35的区域。在该引导部段35中，回流通道25在其面向隔膜返回装置17的侧上沿着隔膜返回装置17的偏移具有伸长连接部段37。
[0035] 该伸长连接部段37用于以下目的：不管隔膜返回装置17的偏移位置如何，回流通道25的位于隔膜返回装置17中的部段和回流通道25的位于壳体中的部段可操作地连接，使得可以在任何时间产生工作室3和储存室21之间的连接。
[0036] 图4中示出了本发明的可替换实施方式，该实施方式与根据图1至图3的实施方式的不同之处在于，为了连接隔膜芯15和拉杆19，可以依赖于预期的断裂点33。
[0037] 图5中示出了另外的实施方式。在图5所示的实施方式中，增加了泄漏补偿装置。为此目的，工作室5和储存室21经由通过另外的封闭元件41封闭的回流通道43彼此连接。另外的封闭元件41连接至拉杆19，以便可以相对于后者移动，使得另外的封闭元件41可以从封闭位置转到打开位置并从打开位置转到封闭位置。
[0038] 另外的封闭元件41可操作地连接至力生成元件45，在根据图5的实施方式中，该力生成元件是弹性元件的形式。另外的封闭元件41被锁定在封闭位置并且被转到打开位置，使得在存储室中的压力p2与工作室中的压力p1之间的压力差p2-p1>a为真时，其中a是预定压力，另外的回流通道43打开。
[0039] 在前面的描述、
权利要求书和附图中描述的本发明的特征，无论是单独的还是以任何期望的组合，对于在本发明的各种实施方式中实现本发明而言都是重要的。
