DE10117531A1 - Membranpumpe - Google Patents

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.

Bezugszeichenliste

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

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.