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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Membranpumpe mit wenigstens zwei
um einen zentralen Exzenter-Pumpenantrieb
herum angeordneten Pumpenköpfen,
wobei die Membranen über
Pleueln mit dem Exzenter-Pumpenantrieb
in Antriebsverbindung stehen.
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Solche
Membranpumpen sind bereits bekannt. Dabei werden mit einem Exzenter
und jeweils einem Pleuel alle Membranen der Pumpenköpfen hin und
her bewegt. Die Membranzentren liegen alle in der gleichen Ebene,
so dass solche Pumpen eine kompakte Bauform haben. Die inneren Pleuel-Enden sind
gelenkig mit dem Exzenterantrieb verbunden, wobei im Bereich des
Gelenks eine Schwenkbewegung der Pleuel auftritt. Dieses Gelenk
ist Druck- und Zugbelastungen ausgesetzt sowie auch Biegebelastungen
durch die Schwenkbewegungen der Pleuel. In der Folge können verschleißbedingt
erhöhte
Laufgeräusche
auftreten und außerdem
wirkt sich dies auf die Lebensdauer nachteilig aus.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Membranpumpe der eingangs
genannten Art zu schaffen, die sich bei kompakten Abmessungen mit weniger
Bauteilen kostengünstiger
herstellen lässt, eine
geringe Geräuschemission
auch nach längerer Betriebszeit
hat und die eine hohe Betriebssicherheit aufweist.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, dass der Exzenter-Pumpenantrieb
einen Pleuelring aufweist, mit dem die Pleuelenden über elastische
Zwischenelemente verbunden sind. Durch diese elastische Verbindung
zwischen Pleuel und Exzenterantrieb ist einerseits auf einfache
Weise die erforderliche Gelenkfunktion gegeben und darüber hinaus
wird eine Körperschall-Übertragung
zwischen dem Antrieb und den Pleueln gedämpft und damit eine Schallausbreitung
einerseits über
die Membranen und die Pumpenköpfe
verhindert, andererseits aber auch über den Exzenter, die Welle,
die Lagerung und das Gehäuse.
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Das
elastische Zwischenelement bildet praktisch ein Elastomergelenk
und ist auf Dauer spielfrei und trägt so ebenfalls dazu bei, dass
die Pumpe auch nach langer Betriebszeit keine störende Geräuschentwicklung produziert
und wartungsfrei ist.
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Von
besonderer Bedeutung ist die Weiterbildung, dass der Federweg des
elastischen Zwischenelements in axialer Richtung der Pleuel beziehungsweise
in radialer Richtung zum Pleuelring vergleichsweise gering ist und
in etwa radialer Richtung der Pleuel beziehungsweise tangential
zum Pleuelring entsprechend der auftretenden Seitenauslenkung durch
die Schwenkbewegung der Pleuel dimensioniert ist.
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Durch
die geringe, elastische Nachgiebigkeit des Zwischenelements in axialer
Richtung des Pleuels wird der Exzenterhub trotz der auftretenden
Kräfte
auf das Pleuel exakt auf das Pleuel übertragen. Durch die hohe Steifigkeit
des Zwischenelements in axialer Richtung ist die Membranpumpe auch
für hohe
Pumpdrücke
geeignet.
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Die
Federsteife des Zwischenelements in axialer Pleuel-Rich tung ist
also groß und
damit der Federweg entsprechend klein. Für eine hohe Federsteife des
Zwischenelements in axialer Pleuel-Richtung kann die axiale Erstreckung
der Zwischenelemente klein sein.
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Dagegen
ist die Federsteife in radialer Richtung des Pleuels beziehungsweise
in tangentialer Richtung zum Pleuelring vergleichsweise klein und somit
der Federweg und die elastische Nachgiebigkeit entsprechend groß.
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Dadurch
werden die aufgrund der Kippbewegung des Pleuels entstehenden radialen
Membrankräfte
klein gehalten und somit die ansonsten durch ihre Pumpaufgabe gegebenenfalls
hoch belastete Membrane nur noch mit geringen radialen Membrankräften beaufschlagt.
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Eine
vorteilhafte Ausführungsform
der Erfindung sieht vor, dass der Pleuelring außenseitig randoffene Ausnehmungen
jeweils zur zumindest teilweisen Aufnahme des mit einem Zwischenelement verbundenen
Pleuelendes aufweist.
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Dadurch
ist eine besonders sichere und haltbare Verbindung zwischen dem
Pleuelring und den Pleueln möglich
und außerdem
ist dadurch die genaue Position der jeweiligen Verbindungsstelle
vorgegeben. Dabei sind die Ausnehmungen einerseits und die Pleuelenden
andererseits so dimensioniert, dass ein genügender Freiraum dazwischen
für das elastische
Zwischenelement und die vorbeschriebene Gelenkfunktion gegeben ist.
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Das
Zwischenelement bildet dabei eine Zwischenschicht zwischen der Ausnehmungswandung und
dem Pleuelendbereich.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn elastomere Zwischenelemente durch Vulkanisieren
einerseits mit dem jeweiligen Pleuelende und andererseits mit dem
Pleuelring verbunden sind. Dadurch ist eine elastische und haltbare
Verbindung gegeben. Bei vorhandenen Pleuelring-Ausnehmungen besteht
die zum Bei spiel vulkanisierte Verbindung mit der Innenwand der
Ausnehmungen und dem Endbereich der Pleuel. Im einfachsten Fall,
vor allem bei kleinen Pumpen, kann der Pleuelring und die Pleuel
direkt mit vulkanisiertem Elastomer verbunden sein.
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Bei
beiden Ausführungsformen
bilden der Pleuelring und die damit elastisch verbundenen Pleuel
eine Baueinheit.
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Nach
einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung weist die Membranpumpe vier um den zentralen Exzenter-Pumpenantrieb
herum angeordnete Pumpenköpfe
auf. Dabei sind die Pleuel aller Pumpenköpfe in einer Ebene angeordnet.
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Somit
liegen die Membranzentren alle in der gleichen Ebene, so dass die
Pumpe kompakt ist und sich mit weniger Bauteilen kostengünstig herstellen lässt.
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Zusätzliche
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Unteransprüchen aufgeführt.
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Nachstehend
ist die Erfindung anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt in
zum Teil schematisierter Darstellung:
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1 eine
Membranpumpe mit vier Pumpenköpfen
und einem zentralen Exzenter-Pumpenantrieb in Querschnittsdarstellung,
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2 eine
etwas schematisierte Darstellung einer vierköpfigen Membranpumpe
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3 einen
Pleuelring mit außenseitig
randoffenen Ausnehmungen für
Zwischenelemente und Pleuelenden beziehungsweise Anschlussteile,
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4 eine
vergrößerte Detailansicht
im Bereich einer Ausnehmung im Pleuelring zur Aufnahme eines Zwischenelementes
und eines Pleuelendes und
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5 eine
schematische Darstellung einer vierköpfigen Membranpumpe mit der
Verschaltung der Saugleitungen und Druckleitungen.
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Eine
in 1 gezeigte Membranpumpe 1 ist im Querschnitt
dargestellt und weist vier um einen zentralen Exzenter-Pumpenantrieb 2 herum
angeordnete Pumpenköpfe 3 auf.
Die Membranen 4 stehen jeweils über Pleueln 5 mit
dem Exzenter-Pumpenantrieb 2 in Antriebsverbindung.
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Der
Exzenter-Pumpenantrieb 2 weist einen Pleuelring 6 auf,
in dem ein umlaufender Exzenter 7 angeordnet ist. Der Pleuelring 6 kann
vorzugsweise außen
rund ausgebildet sein oder eine davon abweichende Außenform
haben. Der Aufbau der Membranpumpe ist gut auch in der schematischen
Darstellung gemäß 2 erkennbar.
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Bei
Rotation des Exzenters 7 wird dessen Exzenterbewegung auf
den Pleuelring 6 übertragen, so
dass die Pleuel 5 eine Hub- und Pendelbewegung durchführen. Zur Übertragung
dieser Antriebsbewegung von dem Pleuelring 6 auf die Pleuel 5 sind
Gelenke 8 vorgesehen, die praktisch als Elastomergelenke
ausgebildet sind. Dazu sind die Pleuelenden 9 über elastische
Zwischenelemente 10 mit dem Pleuelring 6 verbunden.
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Dieses
elastische Zwischenelement 10 als Gelenk 8 muss
unterschiedlichen Anforderungen hinsichtlich der Kraftübertragung
vom Exzenter-Pumpenantrieb auf die Pleuel 5 beziehungsweise
die Membranen 4 erfüllen.
Einerseits müssen
Schub- und Zugkräfte übertragen
werden, andererseits aber auch eine möglichst widerstandsarme Seitenschwenkbewegung
möglich
sein. Die auftretenden Schub- und Zugkräfte sollen praktisch direkt
und spielfrei übertragen
werden. Das elastische Zwischenelement soll demnach in dieser Belastungsrichtung
eine hohe Fe dersteifigkeit aufweisen. Dies kann erreicht werden,
indem die axiale Erstreckung der Zwischenelemente 10 vergleichsweise
klein ist.
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Um
dagegen eine möglichst
widerstandsarme Seitenauslenkbarkeit des Pleuels zu erreichen, ist
die radiale Erstreckung des elastischen Zwischenelements, also quer
zur Längserstreckung
der Pleuel 5, vergleichsweise groß.
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In
dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel entspricht die
radiale Erstreckung der Zwischenelemente 10 dem der sich
anschließenden Pleuel 5.
Gegebenenfalls können
aber die Zwischenelemente 10 auch einen kleineren Durchmesser
oder ringförmige
Einschnürungen
aufweisen, um die Seitenbeweglichkeit zu verbessern.
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Die
Pleuel 5 können
mit ihren Pleuelenden 9 auf einfache Weise außenseitig
am Pleuelring 6 anvulkanisiert sein. Das beidseitig anvulkanisierte
Material bildet dabei das Zwischenelement 10. Es besteht
auch die Möglichkeit,
eine elastische Verbindung zwischen den Pleueln und dem Pleuelring durch
Silikonklebstoff oder ein Silikonformteil herzustellen. Die elastischen
Zwischenelemente 10 können
also aus einem vulkanisierten Elastomer oder aus einem gießbaren Elastomer
wie beispielsweise Silikon gebildet sein. Auch thermoplastische
Elastomere können
für die
Zwischenelemente 10 eingesetzt werden.
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In 1 weist
der Pleuelring 6 außenseitig randoffene
Ausnehmungen 11 jeweils zur zumindest teilweisen Aufnahme
des mit einem Zwischenelement 10 verbundenen Pleuelendes 9 auf.
Dabei bildet das Zwischenelement 10 eine Zwischenschicht zwischen
der Ausnehmungswandung 12 und dem Pleuelende 9.
Gut zu erkennen ist hierbei, dass die unterschiedlichen Anforderungen
bezüglich
der elastischen Nachgiebigkeit in axialer Richtung und bezüglich der
Schwenkbeweglichkeit der Pleuel 5 dadurch erreicht wird,
dass der axiale Abstand des Pleuelendes 9 von der Innenwand 12 vergleichsweise
klein ist und der radiale Abstand des Pleuelendes von der Innenwand
vergleichsweise groß ist.
In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel
sind die Ausnehmungen 11 dazu etwa wannenförmig ausgebildet.
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Auch
bei dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel
weist der Pleuelring 6 in den Anschlussbereichen der Pleuel 5 randoffene
Ausnehmungen 11a auf, die im Außenbereich Erweiterungen aufweisen.
Auch bei dieser Formgebung lassen sich hohe Druckkräfte übertragen,
ohne dass eine störende
Einfederung der Pleuelenden erfolgt. Andererseits kann durch die
Ausnehmungserweiterungen im Außenbereich
die erforderliche Schwenkbewegung der Pleuelenden bei geringem Widerstand
erfolgen.
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Auch
wenn die Ausnehmungen einen im Querschnitt etwa halbkreisförmigen Querschnitt
haben und die Anformungen 16, wie in 3 gezeigt, beispielsweise
einen kugelförmigen
Querschnitt aufweisen, und weiterhin diese Anformungen 16 jeweils vollständig oder
weitgehend vollständig
innerhalb der Ausnehmung liegen, sind im Außenbereich Erweiterungen gebildet,
welche die Schwenkbewegung der Pleuelenden erleichtern.
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In
dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das äußere, membranseitige
Pleuelende 9 nicht direkt mit der Membrane verbunden, sondern
es ist hier zusätzlich
eine Pleuelverlängerung 13 vorgesehen,
wobei die Pleuelverlängerung 13 einen
Gewindebolzen 15 zum Einschrauben in eine Gewindebohrung 14 des
Pleuels 5 hat.
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In 1 ist
erkennbar, das die Membranen 4 einen mit dem elastischen
Membranteil verbundenen, pilzförmigen
Kopf insbesondere aus Metall aufweisen, der jeweils einen Gewindebolzen 15a zum Einschrauben
in die Pleuelgewindebohrung 14 oder in eine äußere Gewindebohrung
der Pleuelverlängerung 13 hat.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel
nach 1 sind die Pleuelenden 9 in gummielastisches
Material eingebettet, das sich in den Ausnehmungen 11 befindet.
Auch hier bildet das gummielastische Material das Zwischenelement 10,
welches in die Ausnehmungen 10 und an die Pleuelenden 9 anvulkanisiert ist.
Als gummielastisches Material kann beispielsweise auch Silikonkleber
eingesetzt werden.
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Der
Pleuelring 6 ist vorzugsweise als Ringscheibe ausgebildet,
wobei die radial nach außen randoffenen
Ausnehmungen 11, 11a nutenförmig ausgebildet sind. In Querrichtung
können
sich die Ausnehmungen 11, 11a über einen Teilbereich der Ringscheibendicke
erstrecken oder aber über
die gesamte Scheibendicke, so dass sie auch zu den Flachseiten der
Pleuelringscheibe offen sind. Die Anformungen 16 können zylindrische
Querbolzen mit einer der Scheibendicke entsprechenden oder geringerer
Länge sein,
so dass eine entsprechend große Abstützfläche zur
Verfügung
steht.
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Die
Anformungen 16 können
gegebenenfalls auch als Kugelköpfe
ausgebildet sein, die in die dann ebenfalls vorzugsweise kugelförmigen Ausnehmungen 11a eingeklebt
oder einvulkanisiert sein können. Zwischen
dem Kugelkopf und der Innenwand der Ausnehmung 11a ist
das Zwischenelement 10 als elastische Zwischenschicht ausgebildet.
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Weiterhin
besteht die Möglichkeit,
das Zwischenelement 10 in die Ausnehmungen 11a einzukleben
oder einzuvulkanisieren und eine Einsetzöffnung mit einem Hinterschnitt
vorzusehen, so dass die Kugelköpfe
oder dergleichen Anformungen eingepresst werden müssen und
dann formschlüssig
gehalten sind. In dem Ausführungsbeispiel
nach 3 können
die Ausneh mungen 11a in dem Pleuelring 6 etwa
halbkugel- oder halbkugelscheibenförmig und die Anformungen 16 können als
Kugelkopf, als runde Scheibe oder als quer angeordneter Zylinder
ausgebildet sein, wobei die Ausnehmungen 11a und die Anformungen 16 so
dimensioniert sind, dass die Anformung vorzugsweise vollständig in
die Ausnehmung passt.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel
nach 1 sind die Pleuelenden 9 abgerundet,
weisen aber keine Querschnittsvergrößerung auf. Sie greifen jedoch vergleichsweise
tief in die elastischen Zwischenelement 10 ein, so dass
eine sichere Halterung gegeben ist.
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Insbesondere
bei der Ausführungsform
nach 4 ist deutlich erkennbar, dass der axiale Abstand a
wesentlich kleiner ist als der Seitenabstand, insbesondere der radiale
Abstand b, wobei dieser Seitenabstand zum äußeren Ende des Pleuelringes
noch wesentlich zunimmt.
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Die
dünne Materialschicht
in axialer Richtung gibt wesentlich weniger bei Druckbeaufschlagung
nach als eine Materialschicht mit wesentlich größerer Dicke. Somit werden die
Axialschubkräfte weitgehend
ohne Einfederung übertragen,
während den
Schwenkbewegungen der Pleuel nur ein geringer Widerstand entgegengesetzt
wird.
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Gemäß 4 haben
die Ausnehmungen 11 in dem Pleuelring 6 eine von
einer im Querschnitt teilkreisförmigen
Form abweichende Form bei gleichzeitig zylindrischen oder kugelförmigem oder
kugelscheibenförmigen
Anformungen 16.
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Der
axiale Abstand a des Pleuelendes 9 zu dem radialen Abstand
b des Pleuelendes jeweils von der Innenwand 12 der Ausnehmung
kann sich etwa wie 1:1 bis etwa 1:5 verhalten. Auch bei einem Schichtdickenverhältnis von
1:1 wird der Schwenkbewegung noch ein geringerer Widerstand entgegen gesetzt
als der axialen Schubbeaufschlagung, da sich trotz gleicher Schichtdicken
durch die unterschiedlichen Bewegungen auch unterschiedliche Federwege
ergeben.
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In 5 ist
noch schematisch dargestellt, dass die Saugleitungen 17 einerseits
und die Druckleitungen 18 der Pumpenköpfe 3 andererseits
miteinander fluidisch verbunden sind. Mit dem Einsatz von mehreren
Arbeitselementen (Membranen 4), die hydraulisch parallel
geschaltet sind, aber in der zeitlichen Sequenz versetzt arbeiten,
wird eine sowohl saugseitig wie auch druckseitig sehr pulsationsarme Förderung
erreicht. Durch den Einsatz mehrerer Pumpenköpfe 3, beispielsweise
von vier Pumpenköpfen
ist auch das Antriebsmoment nur geringen Schwankungen unterworfen,
so dass vergleichsweise kleine Antriebsmotoren für den Exzenter-Pumpenantrieb 2 einsetzbar
sind.