DE10117531A1 - Membranpumpe - Google Patents
MembranpumpeInfo
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Abstract
In einer Membranpumpe mit mehreren Pumpkammern, die jeweils mittels einer Pumpmembran gegenüber einer Antriebskammer abgedichtet sind, wobei die jeweilige Pumpmembran über ein zugeordnetes Pumpelement mit einer in der Antriebskammer angeordneten Taumelscheibe in Verbindung steht und durch eine Taumelbewegung der Taumelscheibe in eine periodische axiale Pumpbewegung versetzbar ist, die Pumpkammern druckabhängig über Einlassventile mit einer Einlasskammer und über ein Auslassventil mit einer Auslasskammer verbindbar sind und mindestens eines der Ventile als Membranventil mit mehreren in einer Ventilplatte angeordneten und durch eine Ventilmembran verschließbaren Ventilkanälen ausgebildet ist, weist das Membranventil einen Niederhalter zur Vermeidung eines stromabseitigen Abhebens der Ventilmembran von der Ventilplatte auf.
Description
Die Erfindung betrifft eine Membranpumpe, mit mehreren Pump
kammern, die jeweils mittels einer Pumpmembran gegenüber einer
Antriebskammer abgedichtet sind, wobei die jeweilige Pumpmemb
ran über ein zugeordnetes Pumpelement mit einer in der An
triebskammer angeordneten Taumelscheibe in Verbindung steht
und durch eine Taumelbewegung der Taumelscheibe in eine perio
dische axiale Pumpbewegung versetzbar ist, die Pumpkammern
druckabhängig über Einlassventile mit einer Einlasskammer und
über ein Auslassventil mit einer Auslasskammer verbindbar
sind, und mindestens eines der Ventile als Membranventil mit
mehreren in einer Ventilplatte angeordneten und durch eine
Ventilmembran verschließbaren Ventilkanälen ausgebildet ist.
Membranpumpen sind seit langem bekannt und werden in unter
schiedlichsten Bauformen hergestellt und für verschiedene Zwe
cke eingesetzt. Durch Membranpumpen können gasförmige, flüssi
ge und pastenförmige Stoffe gefördert werden, wobei eine rela
tiv genaue Steuerung des Volumenstromes möglich ist. Membran
pumpen der gattungsgemäßen Art werden vorwiegend in Misch- und
Abfüllanlagen zur Förderung von pumpbaren Lebensmitteln, Kos
metika und Medikamenten verwendet. Hierbei müssen die Membran
pumpen in festen Zeitzyklen und beim Wechsel des Pumpmediums
gereinigt und ggf. auch desinfiziert werden, was durch die
Förderung einer Reinigungslösung durch die Membranpumpe erfol
gen kann. Unter Umständen ist hierzu jedoch ein Zerlegen der
Membranpumpe und eine Reinigung der betreffenden Bauteile er
forderlich.
Eine gattungsgemäße Membranpumpe ist beispielsweise aus der DE 198 56 754 A1
bekannt, bei der ein gegenüber einer Antriebsachse
geneigt angeordneter Lagerzapfen zur Lagerung der
Taumelscheibe und zur Erzeugung deren Taumelbewegung derart
angeordnet ist, dass die Zapfenachse die Längsachse der An
triebsachse in etwa in Höhe der Pumpmembran schneidet. Hier
durch wird die radiale Belastung der Pumpmembranen stark redu
ziert und deren Lebensdauer deutlich erhöht. Nachteilig ist
jedoch, dass es an den Einlassventilen und dem Auslassventil
jeweils ausgangsseitig der Ventilkanäle zu Ablagerungen zwi
schen der Ventilmembran und der Ventilplatte kommen kann, die
durch eine Spülung mit einer Reinigungslösung nicht vollstän
dig entfernt werden können. Da sich die Ablagerungen bei ge
öffnetem Membranventil in der Totwasserströmung mit geringer
Strömungsgeschwindigkeit zwischen der Ventilplatte und der ab
gehobenen Ventilmembran befinden und bei geschlossenem Memb
ranventil zwischen der Ventilplatte und der Ventilmembran ein
geklemmt werden, wird auch ein vollständiges Schließen des
Membranventils verhindert. Eine vollständige Reinigung der
Membranpumpe ist somit nur nach vorhergehender Demontage der
mit dem Pumpmedium in Kontakt tretenden Bauteile möglich, was
zeitaufwendig und entsprechend teuer ist.
Es ergibt sich somit das Problem, die gattungsgemäße Membran
pumpe im Hinblick auf eine bessere Funktionalität weiterzubil
den und insbesondere im Hinblick darauf zu verbessern, dass
eine Reinigung und Desinfektion der Membranpumpe ohne eine De
montage von Bauteilen in einfacher Weise durch die Förderung
einer Reinigungslösung möglich ist, d. h. die Membranpumpe
c.i.p.-fähig (c.i.p. = cleanable in place) und s.i.p.-fähig
(s.i.p. = sterilizable in place) ist.
Das Problem wird erfindungsgemäß in Verbindung mit dem Ober
begriff des Anspruches 1 dadurch gelöst, dass das Membranven
til einen Niederhalter zur Vermeidung eines stromabseitigen
Abhebens der Ventilmembran von der Ventilplatte aufweist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Membranpum
pe sind in den Ansprüchen 2 bis 20 angegeben.
Durch die Verwendung des Niederhalters wird ein stromabseiti
ges Abheben der Ventilmembran von der Ventilplatte beim Öffnen
des Membranventils und damit das Eindringen des Pumpmediums in
den entstehenden Zwischenraum verhindert. Ohne den Niederhal
ter dringt das Pumpmedium beim Öffnen des Membranventils in
den entstehenden Zwischenraum ein und wird beim Schließen des
Membranventils nur teilweise wieder hinausgedrängt. Der
verbleibende Rest wird dann zwischen der Ventilmembran und der
Ventilplatte eingeklemmt und ist auch durch ein Spülen mittels
der Förderung einer Reinigungslösung nicht vollständig zu ent
fernen, da sich bei geöffnetem Membranventil in dem stromab
seitig, d. h. bei einer Tellermembran radial innen und bei ei
ner Schlitzmembran radial außen gelegenen Zwischenraum jeweils
eine Totwasserströmung mit geringer Strömungsgeschwindigkeit
einstellt. Die Verwendung von Niederhaltern ist daher ein ein
faches und preiswertes Mittel, um ohne Demontage der Membran
pumpe schwer entfernbare Ablagerungen zu vermeiden. Die erfin
dungsgemäße Membranpumpe ist damit c.i.p.-fähig und bei Ver
wendung hitzebeständiger Materialien für die mit dem Pumpmedi
um in Kontakt kommenden Bauteile auch s.i.p.-fähig. Die Nie
derhalter können prinzipiell als separate Bauteile ausgebildet
sein oder in benachbarten Gehäusebauteilen ausgeformt sein, so
dass die Funktion im montierten Zustand gegeben ist.
Bei Verwendung eines Membranventils mit in der Ventilplatte
kreisförmig angeordneten Ventilkanälen und einer Tellermembran
mit zentraler Befestigung ist der Niederhalter vorteilhaft als
kreisförmige und radial innerhalb der Ventilkanäle angeordnete
Scheibe ausgebildet, mit der die Ventilmembran an die Ventil
platte angedrückt wird. Die Tellermembran kann dann zur Funk
tionsverbesserung, d. h. im Fall eines zentralen Auslassventils
mit umlaufend geöffneten und geschlossenen Bereichen zur Tren
nung dieser Bereiche und allgemein zur Erhöhung der Flexibili
tät der Ventilmembran, mittels radialer Aussparungen in Win
kelsektoren unterteilt sein.
Analog dazu ist der Niederhalter bei Verwendung eines Membran
ventils mit in der Ventilplatte kreisförmig angeordneten Ven
tilkanälen und einer Schlitzmembran mit peripherer Befestigung
vorteilhaft als ringförmige und radial außerhalb der Ventilka
näle angeordnete Scheibe ausgebildet, mit der die Ventilmemb
ran an die Ventilplatte angedrückt wird.
Das Eindringen und die Ablagerung von Pumpmedium zwischen der
jeweiligen Ventilmembran und der Ventilplatte können vorteil
haft weiter dadurch verhindert werden, dass die Ventilmembran
bei zentraler Befestigung radial innen und bei peripherer Be
festigung radial außen mit einem ringförmigen Dichtungswulst
versehen wird. Dieser Dichtungswulst ist zum Eingriff in eine
Ringnut der Ventilplatte vorgesehen und wird von dem Nieder
halter dort fixiert, so dass ein weiteres radiales Eindringen
von Pumpmedium unmöglich ist.
Wenn der Niederhalter radial nur gerade bis an die Ventilkanä
le heranreicht, die rund oder winkelsektorförmig ausgebildet
sein können, kann es aufgrund der beim Öffnen des Membranven
tils auftretenden Verwölbung und Einschnürung der aus elasti
schem Material bestehenden Ventilmembran dennoch zur Ausbil
dung eines Zwischenraumes zwischen der Ventilmembran und der
Ventilplatte und somit zur Ablagerung von Pumpmedium kommen.
Dies kann dadurch verhindert werden, dass der Niederhalter die
Ventilkanäle teilweise radial überdeckt.
Da bei ebener Ausführung des Niederhalters hierdurch der ef
fektive Querschnitt der Ventilkanäle verkleinert und somit die
Membranpumpe gedrosselt, d. h. deren Durchsatz verringert wird,
ist es vorteilhaft, wenn der Niederhalter im Überdeckungsbe
reich der Ventilkanäle entsprechend der radialen Biegelinie
der geöffneten Ventilmembran von der Ventilplatte axial zu
rückgenommen ausgeformt ist. Hierdurch wird erreicht, dass die
Ventilmembran beim Öffnen des Membranventils sich, je nach
Ausführung der Ventilmembran beginnend am radial inneren oder
äußeren Rand, aufwölbt, ohne von der Ventilplatte abzuheben.
Bei einer Ausbildung des Membranventils mit in einem Teil
kreissektor angeordneten Ventilkanälen kann der Niederhalter
die Ventilmembran in dem kanalfreien Sektor vollständig überdecken,
so dass in diesem Bereich zuverlässig kein Pumpmedium
zwischen die Ventilmembran und die Ventilplatte gelangen kann.
Zur Vereinfachung der Montage sind der Niederhalter und ein o
der mehrere Befestigungselemente, z. B. ein zentraler Gewinde
bolzen, vorteilhaft einteilig ausgebildet. Es ist aber ebenso
zweckmäßig, den Niederhalter und die Ventilmembran einteilig
auszubilden, was z. B. dadurch realisierbar ist, dass der Nie
derhalter bei der Herstellung in die Ventilmembran eingebettet
wird, d. h. bei Verwendung von Gummi als Membranwerkstoff in
die Ventilmembran einvulkanisiert und bei Verwendung eines E
lastomerkunststoffes als Membranwerkstoff in die Ventilmembran
eingegossen wird. Schließlich können der Niederhalter, das Be
festigungselement und die Ventilmembran auch vollständig als
ein einziges integriertes Bauteil ausgebildet sein.
Bei Verwendung mehrerer gleichartiger Membranventile, was zu
meist auf die Einlassventile zutrifft, sind die Niederhalter
der betreffenden Membranventile bevorzugt in einem Bauteil,
das beispielsweise als Lochscheibe ausgebildet sein kann, zu
sammengefasst. Hierdurch wird die Anzahl der Bauteile redu
ziert, und es werden ohne eine Einschränkung der Funktionali
tät Kosten bei Fertigung und Montage eingespart.
Zur Vermeidung von Strömungsablösungen und demzufolge von Ab
lagerungen von Pumpmedium im Einlaufbereich der Ventilkanäle
weisen die Ventilkanäle vorteilhaft eingangsseitig jeweils ei
ne gerundete Einlaufkontur auf. Als positiver Nebeneffekt er
gibt sich daraus auch ein geringerer Strömungswiderstand der
Ventilkanäle bzw. des betreffenden Membranventils, so dass
sich bei gleicher Antriebsleistung ein höherer Durchsatz der
Membranpumpe ergibt, bzw. für den gleichen Durchsatz eine ge
ringere Antriebsleistung erforderlich ist.
Um im Auslaufbereich der Ventilkanäle zur Vermeidung von Abla
gerungen die stumpfe Fläche zwischen der Ventilplatte und der
Ventilmembran zu verringern, ist es, insbesondere bei Verwen
dung sektoral ausgebildeter Ventilkanäle, vorteilhaft, die Ra
dialstege zwischen den Ventilkanälen ähnlich einem Flügelpro
fil ausgangsseitig zugespitzt auslaufend auszubilden. Auch
hierdurch wird durch die Vermeidung bzw. Verringerung der Tot
wassergebiete hinter den Radialstegen und aufgrund der diffu
sorartigen Erweiterung der Ventilkanäle als positiver Nebenef
fekt der Strömungswiderstand der Ventilkanäle bzw. des betref
fenden Membranventils verringert.
Zur Vermeidung einer unerwünschten Aufheizung des Pumpmediums
durch die Übertragung reibungsbedingter Wärme von der An
triebskammer in die Pumpkammern, aber auch zur Vermeidung von
Wärmeleitung von dem Pumpmedium in die Antriebskammer, was
insbesondere im Falle einer Sterilisierung der Membranpumpe
mit Heißdampf zu Problemen in der Lagerung der Taumelscheibe
und der Antriebswelle führen kann, ist eine thermische Isolie
rung der Pumpkammern von der Antriebskammer sinnvoll. Eine
derartige Isolierung kann in einfacher Weise dadurch erreicht
werden, dass die Ventilplatte aus einem thermisch isolierenden
Material, wie z. B. Peek (Polyetheretherketon), hergestellt
wird.
Um zum Austausch defekter Membranen die Membranpumpe nicht
vollständig demontieren zu müssen, sind die Pumpmembranen und
die Ventilmembranen vorteilhaft derart ausgebildet, dass sie
einseitig von den Pumpkammern aus montierbar sind, was z. B.
durch die Verwendung von in Gewindebohrungen einschraubbaren
Gewindebolzen als Befestigungselemente der Membranen geschehen
kann. Insbesondere die Gewindebohrungen zur Befestigung der
Einlassmembranen sollten dabei als Sacklöcher ausgebildet
sein, um Unebenheiten, wie Bohrungslöcher und überstehende
Schraubenbolzen, und damit Ablagerungen in der Einlasskammer
zu vermeiden. Bei einer derartigen Ausbildung der Membranpumpe
sind insbesondere die Pumpmembranen nach einer Demontage des
die Einlasskammer und die Auslasskammer umfassenden Kammerge
häuses und der Ventilplatte - bei entsprechender Ausführung
auch ohne Werkzeug - leicht von der der Antriebskammer abge
wandten Seite her austauschbar. Eine aufwendige Demontage des
Antriebsgehäuses ist dann nicht erforderlich.
Zur Verbesserung der Lagerung und Abdichtung der Pumpmembranen
durch Einspannung zwischen zwei Bauteilen, z. B. der Ventilplatte
und dem Antriebsgehäuse, weisen diese zumeist radial
außen jeweils einen ringförmigen Dichtungswulst auf. Durch die
formschlüssige äußere Lagerung wird eine Beschädigung der
Pumpmembranen durch eine zu starke Einspannung vermieden. Den
noch kann es u. U. durch die Wechselbelastung zu einem Einrei
ßen einer der Pumpmembranen kommen. Um in diesem Fall ein Ein
dringen des Pumpmediums in die Antriebskammer und demzufolge
eine Beschädigung der Lagerungen der Taumelscheibe und der An
triebswelle sowie ein Entweichen des Pumpmediums in die Umwelt
zu vermeiden, kann zwischen den Pumpmembranen und der An
triebskammer eine zusätzliche Sicherheitsabdichtung angeordnet
werden. Diese Sicherheitsabdichtung kann beispielsweise als
flexible Membran ausgebildet und auf der äußeren, den Pumpkam
mern abgewandten Seite zwischen der Taumelscheibe und der In
nenwand des Antriebsgehäuses angeordnet sein.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nach
folgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten
Zeichnungen, die beispielhaft zur Erläuterung der erfindungs
gemäßen Membranpumpe dienen.
Hierzu zeigen:
Fig. 1: eine bevorzugte Ausführung der erfindungsgemäßen
Membranpumpe im Längsmittelschnitt,
Fig. 2a-2b: die Ventilplatte der Membranpumpe nach Fig. 1 in
einer axialen Draufsicht und in einem radialen
Querschnitt,
Fig. 3a-3b: eine vorteilhafte Ausführung der Ventilmembran
des Auslassventils der Membranpumpe nach Fig. 1
in einer axialen Draufsicht und in einem radia
len Querschnitt,
Fig. 4a-4b: eine bevorzugte Ausführung der Ventilmembran ei
nes der Einlassventile der Membranpumpe nach
Fig. 1 in einer axialen Draufsicht und in einem
radialen Querschnitt,
Fig. 5a-5c: Seitenansichten im Schnitt zur Funktion von
Membranventilen nach dem Stand der Technik,
Fig. 6a-6c: Seitenansichten im Schnitt zur Funktion von
Membranventilen der erfindungsgemäßen Membran
pumpe
Fig. 7a-7b: Draufsicht und Seitenansicht im Schnitt eines
Tellermembranventils und
Fig. 8a-8b: Draufsicht und Seitenansicht eines Schlitzmemb
ranventils.
In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Membranpumpe 1 im Längs
mittelschnitt abgebildet, die weitgehend rotationssymmetrisch
aufgebaut ist und aus mehreren, im wesentlichen scheibenförmi
gen Bauteilen aufgebaut ist: einem Kammergehäuse 2, einer Ven
tilplatte 3, einem Antriebsgehäuse 4, und einem Lagergehäuse
5. Das Kammergehäuse 2 weist eine zentral angeordnete Auslass
kammer 6 mit einem Auslassrohr 7 und eine ringförmig ausgebil
dete Einlasskammer 8 mit einem Einlassrohr 9 auf. Die Ventil
platte 3 ist mit einem zentral angeordneten Auslassventil 10
und mehreren gleichmäßig über den Umfang verteilten Einlass
ventilen 11, 11' versehen, von denen in der Schnittansicht von
Fig. 1 nur zwei sichtbar dargestellt sind, nämlich das obere
Einlassventil 11 und das untere Einlassventil 11'. Das Aus
lassventil 10 ist als Tellermembranventil ausgebildet und
weist mehrere über den Umfang verteilte Ventilkanäle 12, eine
Tellermembran 13, und einen scheibenförmigen Niederhalter 14
auf. Der Niederhalter 14 ist in die im vorliegenden Fall aus
Gummi bestehende Tellermembran 13 einvulkanisiert und fest mit
einem Schraubenbolzen 15 verbunden, mittels dem die beiden
Bauteile 13, 14 auf der Ventilplatte 3 befestigt sind. Die
Einlassventile 11, 11' sind ebenfalls als Tellermembranventile
ausgebildet und weisen jeweils mehrere über den Umfang ver
teilte Ventilkanäle 16, 16', eine Tellermembran 17, 17', und
einen scheibenförmigen Niederhalter 18, 18' auf. Die Nieder
halter 18, 18' sind jeweils in die zugeordnete Tellermembran
17, 17' eingebettet und fest mit einem Schraubenbolzen 19, 19'
verbunden, mittels dem die Bauteile 17, 18 bzw. 17', 18' auf
der Ventilplatte 3 befestigt sind. Zwischen dem Kammergehäuse
2 und der Ventilplatte 3 sind zwei O-Ringe 20, 21 angeordnet,
mittels der die Auslasskammer 6 und die Einlasskammer 8 bzw.
das Auslassventil 10 und die Einlassventile 11, 11' gegenein
ander abgedichtet sind. Die Ventilplatte 3 ist mit mehreren,
der Anzahl der Einlassventile 11, 11' entsprechenden, und die
sen gegenüberliegenden Pumpkammern 22, 22' versehen, in denen
Pumpmembranen 23, 23' axialbeweglich geführt sind, die aus e
lastischem Material bestehen und über kolbenartige Pumpelemen
te 24, 24' mit einer in einer Antriebskammer 25 des Antriebs
gehäuses 4 angeordneten Taumelscheibe 26 in Verbindung stehen.
Die Pumpmembranen 23, 23' sind mit ringförmigen Dichtungswüls
ten 27, 27' versehen und derart zwischen der Ventilplatte 3
und dem Antriebsgehäuse 4 eingespannt, dass die Pumpkammern
22, 22' gegenüber der Antriebskammer 25 abgedichtet sind. Die
Taumelscheibe 26 ist auf einem Lagerzapfen 28 einer Antriebs
welle 29 drehbar gelagert, dessen Achse 30 gegenüber der Dreh
achse 31 der Antriebswelle 29 geneigt ist und diese in gerin
gem Abstand 32 von einer Neutralebene 33 der Pumpmembranen 23,
23' schneidet. Die Antriebswelle 29 ist in einer Zentralboh
rung 34 des Lagergehäuses 5 drehbar gelagert und weist einen
aus dem Lagergehäuse 5 herausragenden Wellenstumpf 35 zur An
kopplung eines Antriebsmotors auf.
Durch eine Drehung 36 der Antriebswelle 29 um die Drehachse 31
wird die Taumelscheibe 26 aufgrund der Neigung des Lagerzap
fens 28 in eine umlaufende Taumelbewegung versetzt, ohne mit
der Antriebswelle 29 mitzurotieren. Dabei sorgt der geringe
Abstand 32 des Schnittpunktes 37 der Achse 30 des Lagerzapfens
28 mit der Drehachse 31 der Antriebswelle 29 von der Neutral
ebene 33 der Pumpmembranen 23, 23' dafür, dass die radiale Be
wegung der Pumpmembranen 23, 23' und somit deren Belastung und
Verschleiß relativ gering ist. Durch die Taumelbewegung der
Taumelscheibe 26 werden die Pumpmembranen 23, 23' und die
Pumpelemente 24, 24' in eine periodische axiale Pumpbewegung
versetzt, durch die in den Pumpkammern 22, 22' wechselweise im
Ansaugtakt durch eine Bewegung in Richtung der Antriebskammer
25 Unterdruck und im Ausstoßtakt durch eine Bewegung in Richtung
des Kammergehäuses 2 Überdruck erzeugt wird. In der Ab
bildung von Fig. 1 sind die Antriebswelle 29 und die Taumel
scheibe 26 in einer Lage dargestellt, in der sich das obere
Pumpelement 24 in dem Ausstoßtotpunkt am Ende des Ausstoßtak
tes befindet, so dass in der oberen Pumpkammer 22 Überdruck
herrscht. Entsprechend befindet sich das untere Pumpelement
24' in dem Saugtotpunkt am Ende des Saugtaktes, so dass in der
unteren Pumpkammer 24' Unterdruck herrscht. Aufgrund der je
weils stromabseitigen Anordnung der Ventilmembranen 13, 17,
17' öffnen sich die Einlassventile 11, 11' und schließt sich
der entsprechende Teil des Auslassventils 10 selbsttätig, wenn
in der zugeordneten Pumpkammer 22, 22' Unterdruck herrscht.
Entsprechend ist in Fig. 1 das untere Einlassventil 11' geöff
net und der untere Teil 38 des Auslassventils 10 geschlossen,
so dass das Pumpmedium durch das Einlassrohr 9 und aus der
Einlasskammer 8 in die untere Pumpkammer 22' gefördert wird.
Bei Überdruck in der Pumpkammer 22, 22' schließen sich die zu
geordneten Einlassventile 11, 11' und öffnet sich der entspre
chende Teil des Auslassventils 10 selbsttätig. Entsprechend
ist in Fig. 1 das obere Einlassventil 11 geschlossen und der
obere Teil 39 des Auslassventils 10 geöffnet dargestellt, so
dass das Pumpmedium aus der oberen Pumpkammer 22 durch die
Auslasskammer 6 zum Auslassrohr 7 hinausgefördert wird.
Erfindungsgemäß ist das als Tellermembranventil ausgebildete
Auslassventil 10 mit einem Niederhalter 14 versehen, der im
vorliegenden Fall in die Tellermembran 13 integriert ist, und
durch den diese auf der Ventilplatte 3 gehalten und ein strom
abseitiges, d. h. radial inneres Abheben der Tellermembran 13
von der Ventilplatte 3 und eine damit verbundene Ablagerung
von Pumpmedium in dem entsprechenden Zwischenraum verhindert
wird. Hierzu überdeckt der Niederhalter 14 die Ventilkanäle 12
radial innen geringfügig und ist entsprechend der radialen
Biegelinie der geöffneten Tellermembran 13 axial zurückgenom
men ausgeformt. In ähnlicher Weise sind die ebenfalls als Tel
lermembranventile ausgebildeten Einlassventile 11, 11' jeweils
mit einem integrierten Niederhalter 18, 18' versehen, durch
den die betreffenden Tellermembranen 17, 17' auf der Ventil
platte 3 gehalten und eine Ablagerung von Pumpmedium dazwischen
verhindert wird. Die Niederhalter 18, 18' überdecken die
Ventilkanäle 16, 16' radial innen teilweise und sind wiederum
entsprechend der radialen Biegelinie der geöffneten Teller
membranen 17, 17' axial zurückgenommen ausgebildet. Da für die
Schraubenbolzen 19, 19' zur Befestigung der Tellermembranen
17, 17' und der Niederhalter 18, 18' auf der Ventilplatte 3
jeweils ein Sackloch 40, 40' mit Innengewinde vorgesehen ist,
werden Unebenheiten in der Einlasskammer 8, die z. B. durch
Bohrungslöcher oder überstehende Schraubenbolzen gebildet wer
den könnten, vermieden. Durch die erfindungsgemäßen Vorkehrun
gen werden Ablagerungen des Pumpmediums innerhalb der Membran
pumpe 1 weitgehend verhindert, so dass eine ggf. erforderliche
Reinigung der Pumpe 1 ohne eine Demontage möglich ist und die
se alleine durch die Förderung einer Reinigungslösung bewerk
stelligt werden kann.
Zur näheren Erläuterung des Aufbaus der erfindungsgemäßen
Membranpumpe 1 ist die Ventilplatte 3 in Fig. 2a und Fig. 2b
als Einzelteil dargestellt, in Fig. 2a in einer axialen Drauf
sicht II-A-II-A und in Fig. 2b in einem radialen Querschnitt
II-B-II-B. Die Ventilplatte 3 weist vier über den Umfang
gleichmäßig verteilt angeordnete Pumpkammern 22 auf, die an
triebsseitig 41 von Ringnuten 42 umrandet sind, die zur Auf
nahme der ringförmigen Dichtungswülste 27 der Pumpmembranen 23
vorgesehen sind. Kammerseitig 43 ist zentral ein Ventilbett 44
mit einer zentralen Befestigungsbohrung 45 zur Aufnahme und
Befestigung der Tellermembran 13 und des Niederhalters 14 des
Auslassventils 10 angeordnet. Zur Verbindung der Pumpkammern
22 mit der Auslasskammer 6 sind jeweils fünf weitgehend kreis
förmig angeordnete runde Ventilkanäle 12 vorgesehen. In den
Pumpkammern 22 befindet sich jeweils ein Ventilbett 46 mit ei
ner zentralen Gewindebohrung 47 zur Aufnahme und Befestigung
der jeweils zugeordneten Ventilmembran 17 und des Niederhal
ters 18 der Einlassventile 11, wobei die Gewindebohrungen 47
zur Vermeidung einer Unebenheit in der Einlasskammer 8 als
Sacklöcher 40 ausgebildet sind. Zwischen den Pumpkammern 22
und der Einlasskammer 8 sind jeweils mehrere in zwei radialen
Abständen kreisförmig ausgerichtete runde Ventilkanäle 16 der
Einlassventile 11 angeordnet. Kammerseitig 43 sind zwei Ringnuten
48, 49 erkennbar, die zur Aufnahme der beiden O-Ringe
20, 21 dienen, mittels der die Auslasskammer 6 und die Ein
lasskammer 8 bzw. das Auslassventil 10 und die Einlassventile
11 gegeneinander abgedichtet sind. Zur Vermeidung einer uner
wünschten Wärmeleitung zwischen dem Pumpmedium und der An
triebskammer 25 besteht die Ventilplatte 3 vorteilhaft aus ei
nem thermisch isolierenden Material und kann z. B. aus Peek
hergestellt sein.
Als Beispiel für eine vorteilhafte Ausbildung eines Auslass
ventils 10 sind in Fig. 3a in einer axialen Draufsicht III-A-
III-A und in Fig. 3b in einer radialen Schnittansicht III-B-
III-B eine Ventilmembran 50, ein Niederhalter 51 und ein zent
raler Befestigungsbolzen 52 dargestellt. Der Niederhalter 51
ist als kreisförmige Scheibe ausgebildet und fest mit dem Be
festigungsbolzen 52 verbunden. Da der Niederhalter 51 voll
ständig von dem Material der als Tellermembran ausgebildeten
Ventilmembran 50 umgeben ist, z. B. bei Verwendung von Gummi
als Membranwerkstoff in die Ventilmembran 50 einvulkanisiert
ist, bilden die drei Teile 50, 51, 52 ein einziges integrier
tes Membranbauteil 53. Zur Verbesserung der Funktionalität,
d. h. der besseren Trennung von geschlossenen und offenen Be
reichen und der Erhöhung der Flexibilität, ist die Ventilmemb
ran 50 mittels radialer Aussparungen 54 in Winkelsektoren 55
unterteilt. Einer Erhöhung der Flexibilität durch Anpassung an
die Biegelinie der geöffneten Ventilmembran 50 dient eine ra
dial außen 56 zugespitzte Kontur 57 des Niederhalters 51.
Durch einen ringförmigen Dichtungswulst 58 wird ein weiteres
radiales Eindringen von Pumpmedium zwischen die Ventilmembran
50 und die Ventilplatte 3 zuverlässig verhindert.
Als Beispiel für eine bevorzugte Ausbildung eines Einlassven
tils 11 sind in Fig. 4a in einer axialen Draufsicht IV-A-IV-
A und in Fig. 4b in einer radialen Schnittansicht IV-B-IV-B
eine Ventilmembran 59, ein Niederhalter 60 und ein zentraler
Befestigungsbolzen 61 abgebildet. Der Niederhalter 60 ist als
kreisförmige Scheibe ausgebildet, fest mit dem Befestigungs
bolzen 61 verbunden, und vollständig von dem Material der als
Tellermembran ausgebildeten Ventilmembran 59 umgeben, d. h. die
drei Teile 59, 60, 61 sind einteilig ausgebildet. Zur Erhöhung
der Flexibilität durch Anpassung an die Biegelinie der geöff
neten Ventilmembran 59 weist der Niederhalter 60 eine radial
außen 62 zugespitzte Kontur 63 auf.
Zur Verdeutlichung des Unterschiedes eines erfindungsgemäßen
Membranventils gegenüber einem herkömmlichen Membranventil ist
in den Fig. 5a bis 5c als Ausschnitt einer Membranpumpe ei
ne Ventilplatte 64 mit einem herkömmlichen Einlassmembranven
til 65 und einem herkömmlichen Auslassmembranventil 66 in der
Ruheposition (Fig. 5a), während des Ansaugtaktes (Fig. 5b),
und während des Ausstoßtaktes (Fig. 5c) in einem Querschnitt
skizzenhaft dargestellt. Das Einlassmembranventil 65 ist als
Tellermembranventil ausgebildet und weist eine aus elastischem
Material bestehende Tellermembran 67 mit zentraler Befestigung
68 auf, durch die ein in der Ventilplatte 64 befindlicher Ein
lassventilkanal 69 abhängig von dem wirksamen Druck in einer
zugeordneten Pumpkammer 70 selbsttätig geöffnet oder geschlos
sen werden kann. In ähnlicher Weise ist das Auslassmembranven
til 66 als Tellermembranventil ausgebildet und weist eine Tel
lermembran 71 auf, die durch eine Befestigungsscheibe 72 auf
der Ventilplatte 64 fixiert ist, und durch die ein Auslassven
tilkanal 73 entsprechend geöffnet oder geschlossen werden
kann. Im Ansaugtakt (Fig. 5b) öffnet sich die Tellermembran 67
des Einlassmembranventils 64 aufgrund eines Unterdruckes p- in
der zugeordneten Pumpkammer 70 selbsttätig und es wird Pumpme
dium in die Pumpkammer 70 hineingesaugt (siehe Strömungspfeil
74). Dabei hebt sich die Tellermembran 67 auch im Bereich A
stromabseitig von der Hauptströmungsrichtung 74 und im Bereich
B auf der dem Einlassventilkanal 69 diametral gegenüberliegen
den Seite von der Ventilplatte 64 ab, so dass hier jeweils in
einer Totwasserströmung Pumpmedium in die entstehenden Zwi
schenräume eindringen kann und beim anschließenden Schließvor
gang durch das Wiederanlegen der Tellermembran 67 an die Ven
tilplatte 64 nicht vollständig hinausgedrängt wird, sondern
zwischen diesen Bauteilen 64, 67 eingeklemmt wird. Das gleiche
gilt für das Auslassmembranventil 66, bei dem sich die Teller
membran 71 im Ausstoßtakt (Fig. 5c) aufgrund eines Überdruckes
p+ in der Pumpkammer 70 selbsttätig öffnet und Pumpmedium aus
der Pumpkammer 70 hinausgedrückt wird (siehe Strömungspfeil
75). Dabei hebt sich die Tellermembran 71 auch im Bereich C
stromabseitig von der Hauptströmungsrichtung 75 von der Ven
tilplatte 64 ab, so dass hier wiederum Pumpmedium eindringen
kann, das teilweise beim nachfolgenden Schließvorgang einge
schlossen wird.
Im Gegensatz dazu sind das Einlassmembranventil 65' und das
Auslassmembranventil 66' nach Fig. 6a bis 6c erfindungsgemäß
jeweils mit einem Niederhalter 76, 77 versehen, mittels der
die Tellermembran 67 des Einlassmembranventils 65' und die
Tellermembran 71 des Auslassmembranventils 66' auf der Ventil
platte 64 befestigt sind. Die Niederhalter 76, 77 sind schei
benförmig ausgebildet, reichen im Kanalsektor 78, 79 jeweils
eben bis an den radial inneren Rand 80, 81 der Ventilkanäle
69, 73 heran und überdecken diese teilweise, sind jedoch axial
entsprechend der Biegelinie der elastischen Tellermembranen
67, 71 zurückgenommen, um die Durchströmung der Membranventile
65', 66' möglichst wenig zu behindern. In einem kanalfreien
Sektor 82, 83 überdecken die Niederhalter 76, 77 die Teller
membranen 67, 71 vollständig. Durch eine derartige Ausgestal
tung der Membranventile 65', 66' wird ein Abheben der Ventil
membranen 67, 71 in den Bereichen A, B, und C wirksam verhin
dert, so dass Ablagerungen zwischen den Tellermembranen 67, 71
und der Ventilplatte 64 nicht mehr auftreten können, und eine
Reinigung der betreffenden Membranpumpe alleine durch die För
derung einer Reinigungslösung erfolgen kann.
Zur Erläuterung seines Aufbaus ist in den Fig. 7a und 7b
ein Tellermembranventil 84 in einer stromabseitigen Draufsicht
(Fig. 7a) und in einer Schnittansicht (Fig. 7b) gemäß Schnitt
VII-B-VII-B nach Fig. 7a, jeweils in geschlossenem Zustand,
dargestellt. Eine ausschnittsweise abgebildete Ventilplatte 85
weist In einem Kanalsektor 86 zwei runde Ventilkanäle 87 und
vier sektoral ausgebildete Ventilkanäle 88 auf, die zur Veran
schaulichung in Fig. 7a nebeneinander dargestellt sind, woge
gen üblicherweise nur eine Form der Ventilkanäle 87, 88 in ei
nem Membranventil verwendet wird. Eine Tellermembran 89, die
mit Ausnahme der Ventilkanäle 87, 88 vertikal schraffiert ist,
überdeckt den Kanalsektor 86 und einen kanalfreien Sektor 90
und ist mit einer Schraube 91 zentral auf der Ventilplatte 85
befestigt. Ein scheibenförmig ausgebildeter Niederhalter 92,
der in Fig. 7a horizontal schraffiert ist, überdeckt die Tel
lermembran 89 in dem kanalfreien Sektor 90 vollständig und
reicht in dem Kanalsektor 86 an die radial inneren Ränder 93,
94 der Ventilkanäle 87, 88 heran bzw. überdeckt diese gering
fügig. Hierdurch wird ein Abheben der Tellermembran 89 von der
Ventilplatte 85 in dem kanalfreien Sektor 90 und in dem Kanal
sektor 86 radial innerhalb der Ventilkanäle 87, 88 wirksam
verhindert.
Um dessen Aufbau und Funktion zu verdeutlichen, ist in den
Fig. 8a und 8b ein Schlitzmembranventil 95 in einer stromab
seitigen Draufsicht (Fig. 8a) in geschlossenem Zustand und in
einer Schnittansicht (Fig. 8b) gemäß Schnitt VIII-B-VIII-B
nach Fig. 8a in geöffnetem Zustand dargestellt. Eine aus
schnittsweise abgebildete Ventilplatte 96 weist im Bereich des
Schlitzmembranventils 95 vier kreisförmig gleichverteilt ange
ordnete runde Ventilkanäle 97 auf, über denen eine Schlitz
membran 98 mit zwei kreuzförmig ausgerichteten Schlitzen 99
angeordnet ist, die von einem ringförmig ausgebildeten Nieder
halter 100 auf der Ventilplatte 96 befestigt ist. Der Nieder
halter 100 reicht bis an den radial äußeren Rand 101 der
Schlitzmembran 98 heran, überdeckt die Ventilkanäle 97 radial
außen 102 teilweise, und ist in diesem Bereich entsprechend
der Biegelinie der elastischen Schlitzmembran 98 zurückgenom
men geformt. Durch den derart ausgebildeten Niederhalter 100
wird ein Abheben der Schlitzmembran 98 von der Ventilplatte 96
wirksam verhindert, ohne die Durchströmung der Ventilkanäle 97
bei geöffnetem Schlitzmembranventil 95 (siehe Fig. 8b) zu
drosseln.
1
Membranpumpe
2
Kammergehäuse
3
Ventilplatte
4
Antriebsgehäuse
5
Lagergehäuse
6
Auslasskammer
7
Auslassrohr
8
Einlasskammer
9
Einlassrohr
10
Auslassventil, Membranventil
11
(oberes) Einlassventil, Membranventil
11
' (unteres) Einlassventil, Membranventil
12
Ventilkanal
13
Ventilmembran, Tellermembran
14
Niederhalter
15
Schraubenbolzen
16
(oberer) Ventilkanal
16
' (unterer) Ventilkanal
17
(obere) Ventilmembran, Tellermembran
17
' (untere) Ventilmembran, Tellermembran
18
(oberer) Niederhalter
18
' (unterer) Niederhalter
19
Schraubenbolzen
19
' Schraubenbolzen
20
O-Ring
21
O-Ring
22
(obere) Pumpkammer
22
' (untere) Pumpkammer
23
(obere) Pumpmembran
23
' (untere) Pumpmembran
24
(oberes) Pumpelement
24
' (unteres) Pumpelement
25
Antriebskammer
26
Taumelscheibe
27
(oberer) Dichtungswulst
27
' (unterer) Dichtungswulst
28
Lagerzapfen
29
Antriebswelle
30
Achse
31
Drehachse
32
Abstand
33
Neutralebene
34
Zentralbohrung
35
Wellenstumpf
36
Drehung
37
Schnittpunkt
38
unterer Teil
39
oberer Teil
40
(oberes) Sackloch
40
' (unteres) Sackloch
41
antriebsseitig
42
Ringnut
43
kammerseitig
44
Ventilbett
45
Befestigungsbohrung
46
Ventilbett
47
Gewindebohrung
48
Ringnut
49
Ringnut
50
Ventilmembran, Tellermembran
51
Niederhalter
52
Befestigungsbolzen
53
Membranbauteil
54
Aussparung
55
Winkelsektor
56
radial außen
57
zugespitzte Kontur
58
Dichtungswulst
59
Ventilmembran, Tellermembran
60
Niederhalter
61
Befestigungsbolzen
62
radial außen
63
zugespitzte Kontur
64
Ventilplatte
65
Einlassmembranventil
65
' Elnlassmembranventil
66
Auslassmembranventil
66
' Auslassmembranventil
67
Tellermembran
68
zentrale Befestigung
69
Einlassventilkanal
70
Pumpkammer
71
Tellermembran
72
Befestigungsscheibe
73
Auslassventilkanal
74
Strömungspfeil, Strömungsrichtung
75
Strömungspfeil, Strömungsrichtung
76
Niederhalter
77
Niederhalter
78
Kanalsektor
79
Kanalsektor
80
Rand
81
Rand
82
kanalfreier Sektar
83
kanalfreier Sektor
84
Tellermembranventil
85
Ventilplatte
86
Kanalsektor
87
(runder) Ventilkanal
88
(sektoraler) Ventilkanal
89
Ventilmembran, Tellermembran
90
kanalfreier Sektor
91
Schraube
92
Niederhalter
93
innerer Rand
94
innerer Rand
95
Schlitzmembranventil
96
Ventilplatte
97
Ventilkanal
98
Schlitzmembran
99
Schlitz
100
Niederhalter
101
äußerer Rand
102
radial außen
A Bereich
B Bereich
C Bereich
p- Unterdruck
p+ Überdruck
A Bereich
B Bereich
C Bereich
p- Unterdruck
p+ Überdruck
Claims (20)
1. Membranpumpe, mit mehreren Pumpkammern, die jeweils mit
tels einer Pumpmembran gegenüber einer Antriebskammer abge
dichtet sind, wobei die jeweilige Pumpmembran über ein zuge
ordnetes Pumpelement mit einer in der Antriebskammer angeord
neten Taumelscheibe in Verbindung steht und durch eine Taumel
bewegung der Taumelscheibe in eine periodische axiale Pumpbe
wegung versetzbar ist, die Pumpkammern druckabhängig über Ein
lassventile mit einer Einlasskammer und über ein Auslassventil
mit einer Auslasskammer verbindbar sind, und mindestens eines
der Ventile als Membranventil mit mehreren in einer Ventil
platte angeordneten und durch eine Ventilmembran verschließba
ren Ventilkanälen ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet,
dass das Membranventil (10, 11, 11') einen Niederhalter (14,
18, 18') zur Vermeidung eines stromabseitigen Abhebens der
Ventilmembran (13, 17, 17') von der Ventilplatte (3) aufweist.
2. Membranpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
das Membranventil (10, 11, 11') kreisförmig angeordnete Ven
tilkanäle (12, 16, 16') und als Ventilmembran eine Tellermemb
ran (13, 17, 17') mit zentraler Befestigung aufweist, und dass
der Niederhalter (14, 18, 18') als kreisförmige und radial in
nerhalb der Ventilkanäle (12, 16, 16') angeordnete Scheibe
ausgebildet ist.
3. Membranpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass
die Tellermembran (13) zur Funktionsverbesserung mittels radi
aler Aussparungen (54) in Winkelsektoren (55) unterteilt ist.
4. Membranpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
das Membranventil (95) kreisförmig angeordnete Ventilkanäle
(97) und als Ventilmembran eine Schlitzmembran (98) mit peri
pherer Befestigung aufweist, und dass der Niederhalter (100)
als ringförmige und radial außerhalb der Ventilkanäle (97) an
geordnete Scheibe ausgebildet ist.
5. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch ge
kennzeichnet, dass die Ventilmembran (50) bei zentraler Befes
tigung radial innen und bei peripherer Befestigung radial au
ßen einen ringförmigen Dichtungswulst (58) aufweist.
6. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch ge
kennzeichnet, dass der Niederhalter (14, 18, 18') die Ventil
kanäle (12, 16, 16') teilweise radial überdeckt.
7. Membranpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass
der Niederhalter (14, 18, 18') im Überdeckungsbereich der Ven
tilkanäle (12, 16, 16') entsprechend der radialen Biegelinie
der geöffneten Ventilmembran (13, 17, 17') axial zurückgenom
men ausgeformt ist.
8. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch ge
kennzeichnet, dass der Niederhalter (92) bei einer Anordnung
der Ventilkanäle (87, 88) in einem Teilkreissektor die Ventil
membran (89) in dem kanalfreien Sektor (90) vollständig über
deckt.
9. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch ge
kennzeichnet, dass der Niederhalter (14, 18, 18') und ein Be
festigungselement (15, 19, 19') einteilig ausgebildet sind.
10. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch ge
kennzeichnet, dass der Niederhalter (14, 18, 18') und die Ven
tilmembran (13, 17, 17') einteilig ausgebildet sind.
11. Membranpumpe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich
net, dass der Niederhalter (14, 18, 18') in die Ventilmembran
(13, 17, 17') eingebettet ist.
12. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, dass der Niederhalter (14, 18, 18'), das Befestigungselement
(15, 19, 19') und die Ventilmembran (13, 17,
17') einteilig ausgebildet sind.
13. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, dass die Niederhalter (18, 18') mehrerer Memb
ranventile (11, 11') in einem Bauteil zusammengefasst sind.
14. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch
gekennzeichnet, dass die Ventilkanäle (12, 16, 16') eingangs
seitig jeweils eine gerundete Einlaufkontur aufweisen.
15. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch
gekennzeichnet, dass bei Verwendung sektoral ausgebildeter
Ventilkanäle (88) die Radialstege zwischen den Ventilkanälen
(88) ausgangsseitig zugespitzt auslaufend ausgebildet sind.
16. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch
gekennzeichnet, dass die Pumpkammern (22, 22') und die An
triebskammer (25) thermisch voneinander isoliert sind.
17. Membranpumpe nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,
dass die Ventilplatte (3) aus einem thermisch isolierenden Ma
terial besteht.
18. Membranpumpe nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet,
dass Peek als Material der Ventilplatte (3) Verwendung findet.
19. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch
gekennzeichnet, dass die Pumpmembranen (23, 23') und/oder
die Ventilmembranen (17, 17') einseitig von den Pumpkammern
(22, 22') aus montierbar sind.
20. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch
gekennzeichnet, dass zwischen den Pumpmembranen (23, 23') und
der Antriebskammer (25) eine Sicherheitsabdichtung vorgesehen
ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE10117531A DE10117531A1 (de) | 2001-04-07 | 2001-04-07 | Membranpumpe |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE10117531A DE10117531A1 (de) | 2001-04-07 | 2001-04-07 | Membranpumpe |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE10117531A1 true DE10117531A1 (de) | 2002-10-17 |
Family
ID=7680861
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE10117531A Ceased DE10117531A1 (de) | 2001-04-07 | 2001-04-07 | Membranpumpe |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8131 | Rejection |