CN108779770B

CN108779770B - 隔膜泵

Info

Publication number: CN108779770B
Application number: CN201780017861.2A
Authority: CN
Inventors: 贡特尔·埃里希·施密德
Original assignee: Gardner Denver Thomas GmbH
Current assignee: Gardner Denver Thomas GmbH
Priority date: 2016-03-17
Filing date: 2017-03-13
Publication date: 2020-03-17
Anticipated expiration: 2037-03-13
Also published as: CN108779770A; DE102016204487B4; US20190085842A1; US11499539B2; EP3430263A1; WO2017157819A1; DE102016204487A1; EP3430263B1

Abstract

一种隔膜泵，包括：‑载体部分(1)，‑布置在该载体部分处的驱动电机(2)，该驱动电机具有围绕主旋转轴线(HR)旋转的驱动轴(3)，‑泵头(4、4')，该泵头具有由振动式驱动的隔膜限定的泵室(8、8')，以及‑布置在该载体部分(1)处的进入连接端(11)和退出连接端(10)，这些连接端能够分别通过交换阀组件(12、12')在抽吸和排放循环的意义上与该泵室(8、8')交替地连接，其中‑该泵头(4、4')旋转地安装在该载体部分(1)中并且以如下定向与该驱动轴(3)相连，使得该隔膜(7、7')的振动方向(SR)与该驱动轴(3)的主旋转轴线(HR)正交地指向，‑为该隔膜(7、7')设置驱动传递元件(13、13')，该驱动传递元件：＝一方面在该隔膜(7、7')的振动方向(SR)上可偏移地安装在该泵头(4、4')上并且通过耦合元件(21、21')与该隔膜(7、7')以驱动运动的方式相连，以及＝在能够相对于该主旋转轴线(HR)偏心旋转地安装的轴承盘(17)中与该隔膜(7、7')的振动方向(SR)正交地可偏移地如下引导该驱动传递元件，使得＝在由该驱动轴(3)引起的该泵头(4、4')的旋转以及由于偏心导致的该驱动传递元件(13、13')相对于该泵头(4、4')且相对于轴承盘(17)的偏移通过泵头(4、4')造成的该驱动传递元件(13、13')的旋转同步下，该驱动传递元件(13、13')通过其耦合元件(21、21')产生了该隔膜(7、7')在该泵室(8、8')中的振荡运动，以及‑通过该泵头(4，4')的旋转将布置在该泵头中的泵介质管道(22)与该进入连接端(11)或该退出连接端(10)交替地连接。

Description

隔膜泵

本专利申请要求德国专利申请DE 10 2016 204 487.7的优先权，其内容通过引用结合在本文中。

技术领域

本发明涉及一种具有在权利要求1的前序部分中给出的特征的隔膜泵。

背景技术

常规的隔膜泵具有大致呈载体部分形式的泵壳体和保持在该泵壳体处的驱动电机，该驱动电机带有围绕主旋转轴线旋转的驱动轴。在泵头中布置有呈隔膜形式的泵机构，该隔膜限定了泵室并且通过适合的偏心驱动器由电机的驱动轴振动式地驱动。

在载体部分处设置进入连接端和退出连接端，它们可以分别通过交换阀组件在抽吸和排放循环的意义上与泵室交替地连接。

在常规的隔膜泵中，这种交换阀组件通过在来自泵室和通向泵室的对应的进入通道和退出通道中的两个被动止回阀构成，这些止回阀显示出一定程度上的对变化的环境条件的不利的依赖性。此外，入口与出口之间的正压力差可能导致泵介质不可控地流过泵。

此外，所提及的止回阀一般实施为隔膜阀，该隔膜阀在其打开和闭合动作方面(尤其对于计量泵)是较少限定的并且容易磨损的。

对应地，此类已知的隔膜泵尤其只能有条件地适用于高精确度的计量泵。

理论上已知将具有阀盘的阀构造作为在计量泵中作为已知不利的隔膜泵的替代物，这些阀构造可以通过通流开口与对应的肾形的排出通道交替地连接。此类盘状阀构造例如由DE 10 2012 200 501 A1、DE 31 22 722 A1或DE 34 16 983 A1中已知。在这些构造中存在的问题是难以控制阀盘，例如在根据DE 10 2012 200 501 A1的构造中通过磁性耦合的致动器盘来进行控制。

发明内容

相应地，本发明的基本目的在于，改进上文所述类型的隔膜泵，使得泵行为更受限定且更准确并且更不依赖于外部影响。

这个目的通过在权利要求1的特征部分给出的特征来实现。据此，该隔膜泵的特征在于，

-该泵头旋转地安装在该载体部分中并且以如下定向与该驱动轴连接，使得该隔膜的振动方向与该驱动轴的主旋转轴线正交地指向，

-为该隔膜设置驱动传递元件，该驱动传递元件

＝一方面以在该隔膜的振动方向上可偏移地安装在该泵头上并且通过耦合元件与该隔膜以驱动运动的方式连接，以及

＝在能够相对于该主旋转轴线偏心旋转地安装的轴承盘中与该隔膜的振动方向正交可偏移地如下引导该驱动传递元件，使得

＝在由该驱动轴引起的该泵头的旋转以及由于偏心导致的该驱动传递元件相对于该泵室且相对于轴承盘的偏移通过泵室造成的该驱动传递元件的旋转同步下，该驱动传递元件通过其耦合元件产生该隔膜在该泵室中的振荡运动，以及

-通过该泵头的旋转将布置在该泵头中的泵介质管道与该进入连接端或该退出连接端交替地连接。

通过权利要求1的特征部分中给出的特征的组合，实现了与现有技术完全不同的阀控制器。实际上交换阀组件的旋转通过旋转支承泵头来产生，其中由该旋转运动同时得出通过相对隔膜偏心地布置在轴承盘中并且相对该轴承盘和泵头可偏移的驱动传递元件对隔膜的驱动。总之，由此产生了受限定的泵行为，该泵行为实际上不依赖于进入连接端和退出连接端处的外部条件。阀组件自身是低磨损的，因为可以省去隔膜阀。

在从属权利要求中给出了本发明主题的优选改进方案。于是驱动传递元件可以形成笼状的

零件，该零件通过滑动引导件一方面相对于泵头而另一方面相对于轴承板可偏移地被引导。这形成了对于如下构件的构造简单的实施方式，通过该构件可以毫无问题地实现通过驱动传递元件的相对于泵头的支承的偏心度引起的、驱动传递元件的环绕式相对偏移。

驱动传递元件的耦合元件可以形成为向内伸入泵头中的耦合销，该耦合销与隔膜相连并且因此在旋转过程中将驱动传递元件的运动在振荡运动的意义上传递到隔膜上。

根据另一个优选的实施方式，轴承盘可旋转地安装在载体部分处的滚动轴承环中。这形成了轴承盘的特别准确且容易运行的支承，尤其与本发明隔膜泵的应用目的相关地已经证明该轴承盘在准确旋转运行的意义上作为计量泵是特别有利的。

对于该轴承盘相对于该主旋转轴线的支承的偏心度，可以给出隔膜夹持直径(Membraneinspanndurchmessers)的最多1/3、优选最多1/5的值，其中对于平坦的隔膜可以适用的是将约1/10作为上限。对于其他类型的隔膜，如珠状或卷状隔膜则考虑更大的偏心度。

为了将开篇说明的盘阀构造方式整合到本发明的隔膜泵中，作为优选改进方案提出，该泵介质通道从该泵室距该泵头中的主旋转轴线一定距离地平行于该载体部分中的具有两个肾形子环通道的交换阀组件而被引导，通过这些子环通道，该泵介质通道能够在抽吸和排出循环的意义上交该进入连接端或退出连接端替地与连接。即，从泵室的旋转不仅得出对隔膜的驱动，而且还得出对交换阀组件的控制。

交换阀组件的优选改进方案提出配备具有阀口的旋转式密封盘，通过该阀口，该泵介质通道能够与该进入连接端或退出连接端交替地连接。尤其当该交换阀组件在该载体部分处在朝向该密封盘的方向上布置在弹簧加载装置的下方时，阀组件永久地具有高密封性。此外，可以通过密封盘在对应低摩擦的设计中实现隔膜泵的无磨损、静音的运行。

本发明的另一个优选实施方式涉及可以由下部和上部以及夹持在其间的隔膜组合成的泵头。驱动传递元件的耦合元件，即具体为耦合销，于是穿过下部中的开口伸入泵头中以连接到隔膜。

当上文中提到具有泵室和对应泵机构的泵头时，可以如下实现有利的改进方案，即两个或更多个泵室彼此并排地设置有相对于其循环反向或偏置地运行的泵机构。然后它们可以通过分离的耦合元件由驱动传递元件一起驱动。通过多重泵室和隔膜可以在不损失计量准确性(例如在微计量泵的情况下)的情况下使得隔膜泵的运输行为更均匀，因为各单独的泵室以循环偏置的方式工作，使得当一个泵室例如在抽吸循环中工作时，另一个泵室正好在排放循环中运行。

本发明隔膜泵以及其优选设计的优点可以总结如下：

-该隔膜泵为一种具有受控的阀和受调节的电机的紧凑隔膜泵。

-通过特殊的偏心驱动器严格线性地致动隔膜，这允许非常高强度的设计和隔膜的PTFE涂层。

-阀构造仅要求静态密封并且不要求弯曲的弹性体。这导致具有非常高的化学耐受能力和长使用寿命的泵。此外该泵没有显示出相对于环境发生泄露的倾向。

-不依赖于电机运行或电机的任何停止位置，在任何时间在泵的入口和出口之间的任何方向上不存在流动路径。

-泵室和阀的构造避免了没有与液体流动直接接触的容积区域。对应地，可以简单地实现泵头的冲洗和清洁。

-与受控的阀相关联的高强度隔膜导致气体、液体以及气体与液体混合物的优化的压力特性和抽吸特性。

-与速度受控且方向受控的电机相关联地(例如可以通过步进电机实现的)，泵流动是准确可调的并且还可以通过将电机旋转的方向反转来简单地逆转。由于在总的构造中很小的弹性，流动速率在时间上是恒定的并且环境影响被最小化。流动几乎不依赖于自己变化的反向压力或入口压力并且当在泵的入口处由超压主导时甚至保持恒定。

-通过任选的位置测定可以补偿步进电机的误差步，例如丢失的步。这还允许通过对电机旋转计数来给出完全确定的、受限定的体积。

-本发明的泵总体上显示出例如1％和更低的高流动精确性。该泵是静音的并且以非常小的振动来工作。

-用于系列生产的隔膜泵的实际构造在很大程度上可以与应用的相应要求相匹配。于是，流动速率可以在μl/min至l/min之间的数量级缩放。润湿的区域中的材料可以对应于所需要的化学耐受能力。液体连接端布置在泵的头部上方，其中其具体位置和具体取向可以自由选择。对于泵的润湿的部分可以实现高维护友好性，例如容易更换。通过泵零件的稳健设计，还可以输送具有高黏度的介质。

附图说明

本发明的其他特征、细节和优点将从下文借助附图对实施例的说明得出。在附图中：

图1示出隔膜泵的透视图，

图2示出根据图1的剖线II-II对泵的剖开式轴向截面，

图3示出根据图2的剖线III-III穿过泵的径向截面，

图4示出示意性展示的隔膜泵的侧视图，

图5示出在隔膜的中性位置中根据图4的箭头方向V对隔膜泵的视图，

图6示出沿着根据图5的剖线VI-VI的轴向截面，

图7示出沿着根据图4的剖线VII-VII的径向截面，

图8至图10在相对于中性位置旋转45°的(具有驱动笼的)泵头的位置中示出类似于图5至图7的隔膜泵的图示，

图11至13在具有驱动笼的泵头的上死点中示出类似于图5至图7的隔膜泵的图示，

图14至16在具有驱动笼的泵头的下死点中示出类似于图5至图7的隔膜泵的图示，

图17示出隔膜泵的交换阀组件的透视性爆破图示，

图18和19示出具有双重泵室的隔膜泵的类似于图6和7的图示，以及

图20示出根据图18具有双重泵室的隔膜泵的交换阀组件的透视性图示。

具体实施方式

如从图1和2变得清楚的，所示的隔膜泵具有作为泵壳体起作用的框架状的载体部分1，在该载体部分处安置有电驱动电机2。在图4中以下仅示意性展示的驱动电机2具有围绕主旋转轴线HR旋转的驱动轴3。整体上标注为4的泵头由上部5和下部6组合成，上部和下部限定常规的透镜形的工作空间。在该工作空间中，在上部5和下部6之间夹持隔膜7，该隔膜与上部5一起限定泵室8。泵头4以仍将详细解说的方式旋转地安装在该载体部分1中并且在此以如下定向与驱动轴3相连，使得该隔膜7的振动方向SR与驱动轴3的主旋转轴线HR正交地指向。

如从图1和3可以看出的，在载体部分1处在背向驱动电机2的侧面上设置有轴承桥9，柱状的退出连接端10和进入连接端11在彼此背向的方向上从该轴承桥突出。连接端10、11设置有整体标注为12的交换阀组件，该交换阀组件可以在抽吸和排放循环的意义上交替地与泵室8相连。其功能在下文中更详细解释。

为了驱动泵头4中的隔膜7，设置有驱动传递元件13，该驱动传递元件在下文中为了简化而标注为驱动笼13。这个驱动笼13一方面(例如从图3和7中变得清楚的)通过侧向支柱14、15经由滑动引导件16以在隔膜7的振动方向SR上可偏移的方式安装在泵头4上。另外，驱动笼13坐落在轴承盘17中，该轴承盘在载体部分1处可旋转地安装在用作旋转轴承的滚动轴承环18中。驱动笼13进而经由滑动引导件19在如下方向上可偏移地安装在轴承盘17中，该方向与该驱动笼在泵头4处的引导方向正交地指向。为此，滑动引导件19的接收件20在用于驱动笼13的轴承盘17中实施得比驱动笼的对应尺寸更宽。在驱动笼13中存在的开口通过用于在泵头4上进行引导的滑动引导件16实施为比泵头4的对应尺寸更宽。即，驱动笼13可以在接收件20和泵头4之内在隔膜7的振动方向SR上相对彼此偏移并且与该振动方向正交地偏移。

如从图3中、但是特别清楚地从图9、12和15中可以看出的，轴承盘17以其滚动轴承环18布置在载体部分1处，使得轴承盘17的旋转轴线DA虽然平行于主旋转轴线HR、但是相对于该主旋转轴线以偏心度EX偏置地安排。

最后应当指出的是，驱动笼13具有向内伸入泵头4中的耦合销21作为与隔膜7的耦合元件，隔膜7在该耦合销的端部处紧固在中部。耦合销21经过泵头4的下部6中的开口28接合到隔膜7。

如从图2、6、9、12和15中变得清楚的，泵介质通道22在背向耦合销21的侧面上从泵室8离开，该泵介质通道以距主旋转轴线一定距离偏置地平行于主旋转轴线HR朝向交换阀组件12延伸并且汇入到阀盘24的阀口23中。阀盘与泵头4一起旋转，泵头在这一侧上经由轴桩(Achsstummel)25旋转地安装在载体部件1中。

具有阀口23的阀盘24与交换阀组件12协作，其中(如从图3和17中变得清楚的)在与阀口23的环绕直径相对应的圆线上引入两个肾形的子环通道26、27，这些子环通道与进入连接端11及退出连接端10流体连接。

在图1至17中所示的隔膜泵的工作方式如下进行说明：

在图5至7中，隔膜泵示出为在隔膜7的中性位置中，即在上死点与下死点之间的中间位置中。在由于驱动电机2导致泵头4旋转时，泵头4转动并且通过滑动引导件16与驱动笼13同步。由于其相对于主旋转轴线HR(泵头4围绕其旋转)在轴承盘17中的支承的偏心度EX，在旋转时驱动笼13沿着滑动引导件16和19相对于泵头4和轴承盘17偏移，由此驱动笼13通过其耦合销21更深地接合到泵头4中并且对应地在向上死点的方向上移动隔膜7。在图8至10中示出在这种运动中的45°中间位置。

在泵头4的驱动轴3的进一步旋转时，驱动笼相对于泵头4进一步偏移，直到隔膜到达上死点，如在图11至13中所示。泵头4已经相对于在图5至7中所示的中性位置旋转了90°。隔膜7的对应的运动对应于隔膜泵的排放循环，在其过程中泵介质通道22通过阀口23用子环形通道27引导，该子环形通道与退出连接端10相连。即，位于泵室8中的介质通过退出连接端10排放。在到达隔膜7的上死点时，泵头4的旋转角度也使得泵介质通道22通过阀盘24中的阀口23离开与子环形通道27的重合，使得泵介质通道22在此时刻密封地闭合。

在通过泵头4将驱动轴3进一步旋转180°时，进行从驱动笼13到泵头4的相对运动的反转并且在此经过中性位置，直到达到在图14至16中所示的驱动笼13与隔膜7的下死点位置。在这种旋转运动过程中，泵介质通道22通过阀盘24中的阀口23与第二子环通道26处于重合，使得在抽吸循环时可以经由入口连接端11将泵介质抽吸到泵室8中。在达到下死点时，则泵介质通道22通过阀口23再次处于与子环形通道26的重合区域之外并且泵室8在填充的状态下被封闭。

由于驱动笼13在可旋转的轴承盘17之内的支承的偏心度EX、通过泵头4以及这些元件在振动方向SR上的可相对偏移性以及与该振动方向正交地进行的驱动笼13的振荡运动产生的驱动笼13的同步在比较图6、7、9、10、12、13、15和16时可以很好地看出，从而使得驱动机制是清楚的。隔膜7的这种振荡运动的振幅在此对应于偏心度EX的两倍。

为了完整性，仍然要补充的是，实现具有退出连接端和进入连接端10、11的交换阀组件12的构件通过轴承桥9中的压缩弹簧组件29在朝向阀盘24和泵头4的方向上施加力，从而不依赖于泵的入口和出口处的压力比来保证这些构件的密封的彼此贴靠和交换阀组件12的对应密封的封闭。

借助于图18至20可以解释具有双泵头4'的替代性隔膜泵，该泵头具有与主旋转轴线HR平行的两个彼此并排的泵室8、8'，该泵室分别具有隔膜7、7'。后者夹持在顶靠支承两个共同的隔膜7、7'的上部5'与两个下部6、6'之间。驱动运动学对应于上文描述的泵隔膜，其中驱动笼13仅在与第一耦合销21相反的位置中具有第二耦合销21'，该第二耦合销驱动第二隔膜7'。如从图18中变得清楚的，这两个泵室8、8'的泵介质通道22、22'分别布置在泵室8、8'的朝向彼此的侧面上并且引导向阀盘24'，该阀盘中设置有两个偏置180°的阀口23、23'，参见图20。在图18和19中示出的隔膜7、7'在相同的空间方向上的偏转中，图18中下部示出的泵室8达到了上死点位置(即到达排放循环的结束)，而在上部展示的泵室8'中隔膜7'达到了下死点位置中(即进入循环的结束)。在这个位置中，阀盘24'采取了在图20中示出的交换阀组件12'在这两个子环形通道26、27之间的过渡区域中的位置。在泵头4'进一步旋转并且在这两个隔膜7、7'的进一步运动下偏移驱动笼13'时，这两个阀口23、23'实现分别与另外的连接端的连接，从而可以看到，在泵头4'在进入连接端11处以短暂的中断完全旋转的过程中，在阀口23、23'从一个子环形通道26到另一个子环形通道27的过渡部中总是抽吸条件占主导并且在退出连接端10处总是压力条件占主导。

在其余方面，根据图18至20的隔膜泵在其构造和工作方式上与根据图1至17的隔膜泵一致，就不再赘述。相同的构造元件设置有相同的附图标记。

Claims

1.一种隔膜泵，包括：

-载体部分(1)，

布置在该载体部分处的驱动电机(2)，该驱动电机具有围绕主旋转轴线(HR)旋转的驱动轴(3)，

-泵头(4、4')，该泵头具有由振动式驱动的隔膜(7、7')限定的至少一个泵室(8、8')，以及

-布置在该载体部分(1)处的进入连接端(11)和退出连接端(10)，该进入连接端(11)和该退出连接端(10)能够分别通过交换阀组件(12、12')在抽吸和排放循环的意义上与该至少一个泵室(8、8')交替地连接，

其特征在于，

-该泵头(4、4')旋转地安装在该载体部分(1)中并且以如下定向与该驱动轴(3)连接，使得该隔膜(7、7')的振动方向(SR)与该驱动轴(3)的主旋转轴线(HR)正交地指向，

-为该隔膜(7、7')设置驱动传递元件(13、13')，该驱动传递元件

一方面在该隔膜(7、7')的振动方向(SR)上可偏移地安装在该泵头(4、4')上并且通过耦合元件(21、21')与该隔膜(7、7')以驱动运动的方式连接，以及

在能够相对于该主旋转轴线(HR)偏心旋转地安装的轴承盘(17)中与该隔膜(7、7')的振动方向(SR)正交可偏移地如下引导该驱动传递元件，使得

在由该驱动轴(3)引起的该泵头(4、4')的旋转以及由于偏心导致的该驱动传递元件(13、13')相对于该泵头(4、4')且相对于轴承盘(17)的偏移通过泵头(4、4')造成的该驱动传递元件(13、13')的旋转同步下，该驱动传递元件(13、13')通过其耦合元件(21、21')产生该隔膜(7、7')在该泵室(8、8')中的振荡运动，以及

-通过该泵头(4、4')的旋转将布置在该泵头中的泵介质通道(22)与该退出连接端(10)或该进入连接端(11)交替地连接。

2.根据权利要求1所述的隔膜泵，其特征在于，该驱动传递元件(13、13')形成为笼状的零件，该笼状的零件通过滑动引导件(16、19)相对于泵头(4、4')和轴承盘(17)被可偏移地引导。

3.根据权利要求1或2所述的隔膜泵，其特征在于，该驱动传递元件(13、13')的耦合元件形成为向内伸入该泵头(4、4')中的耦合销(21、21')，该耦合销与该隔膜(7、7')连接。

4.根据权利要求1或2所述的隔膜泵，其特征在于，该轴承盘(17)可旋转地安装在该载体部分(1)处的滚动轴承环(18)中。

5.根据权利要求1或2所述的隔膜泵，其特征在于，该轴承盘(17)相对于该主旋转轴线(HR)的支承的偏心度(EX)为隔膜夹持直径的最多1/3。

6.根据权利要求1或2所述的隔膜泵，其特征在于，该泵介质通道(22)从该泵室(8、8')距该泵头(4、4')中的主旋转轴线(HR)一定距离地平行于该载体部分(1)中的具有两个肾形子环通道(26、27)的交换阀组件(12、12')而被引导，通过这些子环通道，该泵介质通道(22)能够在抽吸和排出循环的意义上与该进入连接端(11)或退出连接端(10)交替地连接。

7.根据权利要求6所述的隔膜泵，其特征在于，通过该交换阀组件(12、12')在泵头(4、4')处设置有随着该泵头旋转的、密封用的阀盘(24、24')，该阀盘具有阀口(23、23')，通过该阀口，该泵介质通道(22)能够与该进入连接端(11)或退出连接端(10)交替地连接。

8.根据权利要求7所述的隔膜泵，其特征在于，该交换阀组件(12、12')在该载体部分(1)处在朝向该阀盘(24、24')的方向上布置在弹簧加载装置(28)的下方。

9.根据权利要求1或2所述的隔膜泵，其特征在于，该泵头(4、4')由下部(6)和上部(5、5')以及夹持在其间的隔膜(7、7')组合成，其中该耦合元件(21、21')通过在该下部(6)中的开口(28)伸入到该泵头(4、4')中以便连接到该隔膜(7、7')。

10.根据权利要求1或2所述的隔膜泵，其特征在于，在该泵头(4')中彼此并排地布置具有以相反循环运行的隔膜(7、7')的至少两个泵室(8、8')，这些隔膜共同地通过分离的耦合元件(21、21')由该驱动传递元件(13')驱动。

11.根据权利要求1或2所述的隔膜泵，其特征在于，该轴承盘(17)相对于该主旋转轴线(HR)的支承的偏心度(EX)为隔膜夹持直径的最多1/5。