DE102007028351A1 - Membranpumpe - Google Patents
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Abstract
Eine Membranpumpe (1) hat wenigstens zwei um einen zentralen Exzenter-Pumpenantrieb (2) herum angeordnete Pumpenköpfe (3), wobei die Membranen (4) über Pleuel (5) mit dem Exzenter-Pumpenantrieb (2) in Antriebsverbindung stehen. Der Exzenter-Pumpenantrieb (2) weist einen Pleuelring (6) auf, mit dem die Pleuelenden (9) über elastische Zwischenelemente (10) verbunden sind.
Description
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- Das Zwischenelement bildet dabei eine Zwischenschicht zwischen der Ausnehmungswandung und dem Pleuelendbereich.
- 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.
- Bei beiden Ausführungsformen bilden der Pleuelring und die damit elastisch verbundenen Pleuel eine Baueinheit.
- 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.
- Somit liegen die Membranzentren alle in der gleichen Ebene, so dass die Pumpe kompakt ist und sich mit weniger Bauteilen kostengünstig herstellen lässt.
- Zusätzliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Unteransprüchen aufgeführt.
- Nachstehend ist die Erfindung anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt in zum Teil schematisierter Darstellung:
-
1 eine Membranpumpe mit vier Pumpenköpfen und einem zentralen Exzenter-Pumpenantrieb in Querschnittsdarstellung, -
2 eine etwas schematisierte Darstellung einer vierköpfigen Membranpumpe -
3 einen Pleuelring mit außenseitig randoffenen Ausnehmungen für Zwischenelemente und Pleuelenden beziehungsweise Anschlussteile, -
4 eine vergrößerte Detailansicht im Bereich einer Ausnehmung im Pleuelring zur Aufnahme eines Zwischenelementes und eines Pleuelendes und -
5 eine schematische Darstellung einer vierköpfigen Membranpumpe mit der Verschaltung der Saugleitungen und Druckleitungen. - Eine in
1 gezeigte Membranpumpe1 ist im Querschnitt dargestellt und weist vier um einen zentralen Exzenter-Pumpenantrieb2 herum angeordnete Pumpenköpfe3 auf. Die Membranen4 stehen jeweils über Pleueln5 mit dem Exzenter-Pumpenantrieb2 in Antriebsverbindung. - Der Exzenter-Pumpenantrieb
2 weist einen Pleuelring6 auf, in dem ein umlaufender Exzenter7 angeordnet ist. Der Pleuelring6 kann vorzugsweise außen rund ausgebildet sein oder eine davon abweichende Außenform haben. Der Aufbau der Membranpumpe ist gut auch in der schematischen Darstellung gemäß2 erkennbar. - Bei Rotation des Exzenters
7 wird dessen Exzenterbewegung auf den Pleuelring6 übertragen, so dass die Pleuel5 eine Hub- und Pendelbewegung durchführen. Zur Übertragung dieser Antriebsbewegung von dem Pleuelring6 auf die Pleuel5 sind Gelenke8 vorgesehen, die praktisch als Elastomergelenke ausgebildet sind. Dazu sind die Pleuelenden9 über elastische Zwischenelemente10 mit dem Pleuelring6 verbunden. - Dieses elastische Zwischenelement
10 als Gelenk8 muss unterschiedlichen Anforderungen hinsichtlich der Kraftübertragung vom Exzenter-Pumpenantrieb auf die Pleuel5 beziehungsweise die Membranen4 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 Zwischenelemente10 vergleichsweise klein ist. - 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. - In dem in
2 gezeigten Ausführungsbeispiel entspricht die radiale Erstreckung der Zwischenelemente10 dem der sich anschließenden Pleuel5 . Gegebenenfalls können aber die Zwischenelemente10 auch einen kleineren Durchmesser oder ringförmige Einschnürungen aufweisen, um die Seitenbeweglichkeit zu verbessern. - Die Pleuel
5 können mit ihren Pleuelenden9 auf einfache Weise außenseitig am Pleuelring6 anvulkanisiert sein. Das beidseitig anvulkanisierte Material bildet dabei das Zwischenelement10 . Es besteht auch die Möglichkeit, eine elastische Verbindung zwischen den Pleueln und dem Pleuelring durch Silikonklebstoff oder ein Silikonformteil herzustellen. Die elastischen Zwischenelemente10 können also aus einem vulkanisierten Elastomer oder aus einem gießbaren Elastomer wie beispielsweise Silikon gebildet sein. Auch thermoplastische Elastomere können für die Zwischenelemente10 eingesetzt werden. - In
1 weist der Pleuelring6 außenseitig randoffene Ausnehmungen11 jeweils zur zumindest teilweisen Aufnahme des mit einem Zwischenelement10 verbundenen Pleuelendes9 auf. Dabei bildet das Zwischenelement10 eine Zwischenschicht zwischen der Ausnehmungswandung12 und dem Pleuelende9 . Gut zu erkennen ist hierbei, dass die unterschiedlichen Anforderungen bezüglich der elastischen Nachgiebigkeit in axialer Richtung und bezüglich der Schwenkbeweglichkeit der Pleuel5 dadurch erreicht wird, dass der axiale Abstand des Pleuelendes9 von der Innenwand12 vergleichsweise klein ist und der radiale Abstand des Pleuelendes von der Innenwand vergleichsweise groß ist. In dem in1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Ausnehmungen11 dazu etwa wannenförmig ausgebildet. - Auch bei dem in
3 gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Pleuelring6 in den Anschlussbereichen der Pleuel5 randoffene Ausnehmungen11a 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. - Auch wenn die Ausnehmungen einen im Querschnitt etwa halbkreisförmigen Querschnitt haben und die Anformungen
16 , wie in3 gezeigt, beispielsweise einen kugelförmigen Querschnitt aufweisen, und weiterhin diese Anformungen16 jeweils vollständig oder weitgehend vollständig innerhalb der Ausnehmung liegen, sind im Außenbereich Erweiterungen gebildet, welche die Schwenkbewegung der Pleuelenden erleichtern. - In dem in
3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das äußere, membranseitige Pleuelende9 nicht direkt mit der Membrane verbunden, sondern es ist hier zusätzlich eine Pleuelverlängerung13 vorgesehen, wobei die Pleuelverlängerung13 einen Gewindebolzen15 zum Einschrauben in eine Gewindebohrung14 des Pleuels5 hat. - In
1 ist erkennbar, das die Membranen4 einen mit dem elastischen Membranteil verbundenen, pilzförmigen Kopf insbesondere aus Metall aufweisen, der jeweils einen Gewindebolzen15a zum Einschrauben in die Pleuelgewindebohrung14 oder in eine äußere Gewindebohrung der Pleuelverlängerung13 hat. - Bei dem Ausführungsbeispiel nach
1 sind die Pleuelenden9 in gummielastisches Material eingebettet, das sich in den Ausnehmungen11 befindet. Auch hier bildet das gummielastische Material das Zwischenelement10 , welches in die Ausnehmungen10 und an die Pleuelenden9 anvulkanisiert ist. Als gummielastisches Material kann beispielsweise auch Silikonkleber eingesetzt werden. - Der Pleuelring
6 ist vorzugsweise als Ringscheibe ausgebildet, wobei die radial nach außen randoffenen Ausnehmungen11 ,11a nutenförmig ausgebildet sind. In Querrichtung können sich die Ausnehmungen11 ,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 Anformungen16 können zylindrische Querbolzen mit einer der Scheibendicke entsprechenden oder geringerer Länge sein, so dass eine entsprechend große Abstützfläche zur Verfügung steht. - Die Anformungen
16 können gegebenenfalls auch als Kugelköpfe ausgebildet sein, die in die dann ebenfalls vorzugsweise kugelförmigen Ausnehmungen11a eingeklebt oder einvulkanisiert sein können. Zwischen dem Kugelkopf und der Innenwand der Ausnehmung11a ist das Zwischenelement10 als elastische Zwischenschicht ausgebildet. - Weiterhin besteht die Möglichkeit, das Zwischenelement
10 in die Ausnehmungen11a 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 nach3 können die Ausneh mungen11a in dem Pleuelring6 etwa halbkugel- oder halbkugelscheibenförmig und die Anformungen16 können als Kugelkopf, als runde Scheibe oder als quer angeordneter Zylinder ausgebildet sein, wobei die Ausnehmungen11a und die Anformungen16 so dimensioniert sind, dass die Anformung vorzugsweise vollständig in die Ausnehmung passt. - Bei dem Ausführungsbeispiel nach
1 sind die Pleuelenden9 abgerundet, weisen aber keine Querschnittsvergrößerung auf. Sie greifen jedoch vergleichsweise tief in die elastischen Zwischenelement10 ein, so dass eine sichere Halterung gegeben ist. - 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. - 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.
- Gemäß
4 haben die Ausnehmungen11 in dem Pleuelring6 eine von einer im Querschnitt teilkreisförmigen Form abweichende Form bei gleichzeitig zylindrischen oder kugelförmigem oder kugelscheibenförmigen Anformungen16 . - Der axiale Abstand a des Pleuelendes
9 zu dem radialen Abstand b des Pleuelendes jeweils von der Innenwand12 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. - In
5 ist noch schematisch dargestellt, dass die Saugleitungen17 einerseits und die Druckleitungen18 der Pumpenköpfe3 andererseits miteinander fluidisch verbunden sind. Mit dem Einsatz von mehreren Arbeitselementen (Membranen4 ), 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 Pumpenköpfe3 , beispielsweise von vier Pumpenköpfen ist auch das Antriebsmoment nur geringen Schwankungen unterworfen, so dass vergleichsweise kleine Antriebsmotoren für den Exzenter-Pumpenantrieb2 einsetzbar sind.
Claims (16)
- Membranpumpe (
1 ) mit wenigstens zwei um einen zentralen Exzenter-Pumpenantrieb (2 ) herum angeordneten Pumpenköpfen (3 ), wobei die Membranen (4 ) über Pleuel (5 ) mit dem Exzenter-Pumpenantrieb (2 ) in Antriebsverbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, dass der Exzenter-Pumpenantrieb (2 ) einen Pleuelring (6 ) aufweist, mit dem die Pleuelenden (9 ) über elastische Zwischenelemente (10 ) verbunden sind. - Membranpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Federweg des elastischen Zwischenelements (
10 ) in axialer Richtung der Pleuel (5 ) vergleichsweise gering ist und in etwa radialer Richtung der Pleuel (5 ) entsprechend der auftretenden Seitenauslenkung durch die Schwenkbewegung der Pleuel (5 ) dimensioniert ist. - Membranpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Pleuelring (
6 ) außenseitig randoffene Ausnehmungen (11 ,11a ) jeweils zur zumindest teilweisen Aufnahme des mit einem Zwischenelement (10 ) verbundenen Pleuelendes (9 ) aufweist. - Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenelement (
10 ) eine Zwischenschicht zwischen der Ausnehmungswandung (12 ) und dem Pleuelende (9 ) bildet. - Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elastomeren Zwischenelemente (
10 ) durch Vulkanisieren mit dem jeweiligen Pleuelende (9 ) und dem Pleuelring (6 ) verbunden sind. - Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Pleuelende (
9 ) eine Querschnittserweiterung aufweist, die sich zumindest teilweise innerhalb des jeweiligen, elastischen Zwischenelements (10 ) befindet. - Membranpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittserweiterung der Pleuelenden (
9 ) durch eine etwa kugelförmige oder kugelscheibenförmige Anformung oder durch einen zylindrischen Querbolzen gebildet ist. - Membranpumpe nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der axiale Abstand des Pleuelendes (
9 ) von der Innenwand der Ausnehmung (11 ,11a ) vergleichsweise klein und der radiale Abstand des Pleuelendes (9 ) von der Innenwand der Ausnehmung vergleichsweise groß ist. - Membranpumpe nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (
11 ,11a ) in dem Pleuelring (6 ) bei insbesondere kugelförmigen oder kugelscheibenförmigen Anformungen der Pleuelenden (9 ) eine von einer im Querschnitt teilkreisförmigen Form abweichende Form haben. - Membranpumpe nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (
11 ,11a ) in dem Pleuelring (6 ) etwa halbkugel- oder halbkugelscheibenförmig oder zylinderförmig und die Anformung der Pleuelenden (9 ) etwa kugel- oder kugelscheibenförmig oder zylinderförmig ausgebildet sind und dass die Ausnehmungen (11 ,11a ) und die Anformung so dimensioniert sind, dass die Anformung vorzugsweise vollständig in die Ausnehmung (11 ,11a ) passt. - Membranpumpe nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich der axiale Abstand (a) des Pleuelendes (
9 ) zu dem radialen Abstand (b) des Pleuelendes (9 ) jeweils von der Innenwand der Ausnehmung (11 ,11a ) etwa wie 1:1 bis etwa 1:5 verhält. - Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das antriebsseitige Pleuelende (
9 ) ein Anschlussteil zum Verbinden mit dem Zwischenelement (10 ) aufweist und dass das Anschlussteil eine Kupplungsstelle zum Verbinden mit dem Pleuel (5 ) hat, vorzugsweise ein Einschraubgewinde. - Membranpumpe nach einem der Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Saugleitungen (
17 ) einerseits und die Druckleitungen (18 ) der Pumpenköpfe (3 ) andererseits miteinander fluidisch verbunden sind. - Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass sie vier um den zentralen Exzenter-Pumpenantrieb (
2 ) herum angeordnete Pumpenköpfe (3 ) aufweist. - Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Pleuel (
5 ) aller Pumpenköpfe (3 ) in einer Ebene angeordnet sind. - Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die elastischen Zwischenelemente (
10 ) aus einem vulkanisierten Elastomer oder aus einem thermoplastischen Elastomer oder aus einem gießbaren Elastomer wie beispielsweise Silikon gebildet sind.
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8181 | Inventor (new situation) |
Inventor name: KISSLING, CHRISTIAN, FULENBACH, CH Inventor name: KAUFMANN, STEPHAN, GUNZWIL, CH Inventor name: BUCHER, MICHAEL, SCHOETZ, CH |
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R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
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