DE102021125005A1

DE102021125005A1 - Membranpumpe mit hydraulischem Antrieb

Info

Publication number: DE102021125005A1
Application number: DE102021125005.6A
Authority: DE
Inventors: Stefan Baral
Original assignee: Lewa GmbH
Current assignee: Lewa GmbH
Priority date: 2021-09-28
Filing date: 2021-09-28
Publication date: 2023-03-30

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Membranpumpe (100) mit einer randseitig zwischen einem Pumpenkörper (10) und einem Pumpendeckel (12) eingespannten Membran (14), die einen Förderraum (16) von einem Hydraulikraum (18) trennt, und mit einem hydraulischen Membranantrieb (30). Hierbei ist der hydraulische Membranantrieb (30) mit mindestens einer oszillierend reversierend von einem Hydraulikpumpenantrieb (32) angetriebenen Hydraulikpumpe (31 ausgebildet, die einen reversierend pulsierenden Hydraulikfluidstrom (40, 40') zum Antrieb der Membran (16) erzeugt, wobei die Hydraulikpumpe (31) zwei Fluidanschlüsse (36, 38) aufweist, die aufgrund des oszillierenden reversierenden Antriebs der Hydraulikpumpe (31) jeweils abwechselnd Sauganschluss und Druckanschluss sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Membranpumpe mit einer randseitig zwischen einem Pumpenkörper und einem Pumpendeckel eingespannten Membran, die einen Förderraum von einem Hydraulikraum trennt, und mit einem hydraulischen Membranantrieb, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Membranpumpen dienen zum Fördern von Flüssigkeiten bzw. Gasen und sind besonders unempfindlich gegen Dauerbeanspruchung und Verunreinigungen im Fördergut. Der Vorteil von Membranpumpen liegt darin, dass durch die Membran der Antrieb der Membranpumpe von schädlichen Einflüssen des Fördermediums, beispielsweise bei Schlämmen, geschützt ist. Umgekehrt wird das Einbringen von Verunreinigungen in das Fördermedium aus dem Pumpenantrieb kommend, beispielsweise bei Anwendungen in der Pharma- oder Lebensmittelindustrie, wirksam vermieden. Einer der größten Nachteile von herkömmlichen Kolbenpumpen, nämlich das Problem der Abdichtung des Kolbens mittels einer schleifenden Dichtung, ist bei Membranpumpen nicht vorhanden. Membranpumpen finden besonders dort Anwendung, wo eine leckfreie Pumpenausführung besonders wichtig ist. Beispielsweise werden sie dort eingesetzt, wo gefährliche Schlämme zu pumpen sind oder ein Trockenlauf zu befürchten ist. Sie sind besonders geeignet zur Förderung abrasiver Fluide, weil sie keine schleifenden Dichtungen haben und wegen der geringen Wartungsansprüche generell bei Schlämmen. Aber auch als Dosierpumpen sind Membranpumpen hervorragend geeignet, da diese eine hochgenaue Dosierung der Fördermenge und des Volumenstromes bzw. Massenstromes ermöglichen.
Membranpumpen, beispielsweise in Form von Dosierpumpen, sind oszillierende Verdrängerpumpen mit einer Einrichtung zur stufenlosen Veränderung der Hublänge. Der Förderstrom kann damit beliebig zwischen Null und einem Maximalwert eingestellt werden. Eine Dosierpumpe weist drei Grundelemente auf:

- Einen Antrieb, der die zum Transportieren und zur Druckerhöhung des Förderguts notwendige Energie liefert und die Drehzahl der verlangten Pumpenhubfrequenz anpasst,
- ein Pumpentriebwerk, das die Antriebsenergie in eine oszillierende Linearbewegung mit konstanter oder stufenlos einstellbarer Hublänge umformt, und
- einen Pumpenkopf, in dem der eigentliche Förder- bzw. Dosiervorgang für das zu fördernde Fluid (Förderfluid) stattfindet.

Die meisten Pumpentriebwerke von herkömmlichen Membranpumpen arbeiten nach dem Geradschubkurbelprinzip, welches bei allen Hublängen eine nahezu harmonische Verdrängerkinematik aufweist. Für kleine Dosierpumpen wird auch ein Federnockengetriebe verwendet. Bei Vollhub hat es eine harmonische und bei Teilhub eine stoßartige Kolben- und Förderkinematik.
Membranpumpen, wie beispielsweise aus der DE 20 2007 001 117 U1 bekannt, werden, wie zuvor erläutert, üblicherweise von einem Kurbeltrieb angetrieben. Der Kurbeltrieb wandelt die Drehbewegung in eine oszillierende Bewegung um. Vorgeschaltet oder integriert ist in der Regel noch ein Getriebe zur Reduzierung der Hubfrequenz, wie beispielsweise aus der DE 199 50 906 A1 bekannt. Bei Dosierpumpen ist der Kurbeltrieb im Normalfall zusätzlich mit einer Hubeinstellung zur Anpassung der Fördermenge versehen, wie beispielsweise aus der DE 10 2007 030 311 B4 bekannt. Der Kurbeltrieb erlaubt durch Verstellen der Drehzahl und des Hubes eine Steuerung des Volumenstroms der Membranpumpe. Ein Kurbeltrieb ist in der Herstellung aufwendig. Ein Kurbeltrieb mit verstellbarem Hub ist zusätzlich verschleißanfällig. Weiterhin ist die Einstellung der Förderparameter der angetriebenen Membranpumpe kompliziert, da die Winkelgeschwindigkeit des Kurbeltriebes nicht proportional zu der Verdrängergeschwindigkeit ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Antrieb für eine Membranpumpe dahingehend zu verbessern, dass dieser auf einfache Art und Weise eine flexible Steuerung der Verdrängergeschwindigkeit bzw. der Bewegung der Membran der Membranpumpe ermöglicht, so dass der Volumenstrom der Membranpumpe noch besser, präziser und auch flexibler gesteuert werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Membranpumpe der o.g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
Dazu ist es bei einer Membranpumpe der o.g. Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass der hydraulische Membranantrieb mit mindestens einer oszillierend reversierend von einem Hydraulikpumpenantrieb angetriebenen Hydraulikpumpe ausgebildet ist, die einen reversierend pulsierenden Fluidstrom zum Antrieb der Membran erzeugt, wobei die Hydraulikpumpe zwei Fluidanschlüsse aufweist, die aufgrund des oszillierenden reversierenden Antriebs der Hydraulikpumpe jeweils abwechselnd Sauganschluss und Druckanschluss sind.
Dies hat den Vorteil, dass ein einfacher, wartungsarmer, verschleißarmer, vibrationsarmer und funktionssicherer Membranantrieb zur Verfügung steht, wobei durch einfache Parameteränderungen an einer Steuereinheit für den Hydraulikpumpenantrieb sämtliche Betriebsparameter der Membranpumpe, wie beispielsweise absolute Fördermenge, Volumenstrom, Massenstrom und/oder Fördermenge pro Zeiteinheit, einfach, schnell und betriebssicher eingestellt werden können. Weiterhin ergibt sich die vorteilhafte Möglichkeit innerhalb eines Zyklus aus Saughub und Druckhub (Saughub-/Druckhub-Zyklus) die Saug- und Druckhubbewegung in Amplitude und Zeitdauer unabhängig voneinander zu steuern, wobei gleichzeitig auf einfache Weise ein zeitlich konstanter Förderstrom eines zu fördernden Fluides erzielt wird. Dies ist deshalb einfach möglich, weil die Beziehung zwischen der Winkelgeschwindigkeit an der Hydraulikpumpe und der Verdrängergeschwindigkeit im Gegensatz zu einem Kurbelantrieb proportional ist. Zusätzlich ergibt sich die Möglichkeit wenigstens zwei Pumpensysteme so zu kombinieren, dass der gemeinsame Fluidstrom weitgehend konstant bleibt. Weiterhin ergibt sich die vorteilhafte Möglichkeit einer Druckbegrenzung durch einfache Überwachung des Motorstromes. Da das Motordrehmoment proportional zum Förderdruck ist, kann bei bekannter Beziehung von Drehmoment zu Motorstrom eine Meldung bzw. eine Abschaltung der Membranpumpe erfolgen, wenn der Motorstrom und damit der Förderdruck einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet. Dies ist bei herkömmlichen Kurbeltrieben nicht möglich, da sich dort kein konstantes Drehmoment über den Kurbelwinkel ergibt.
Eine entsprechende Anpassung an einen für den Einsatzzweck der Membranpumpe erforderlichen Pumpendruck erzielt man dadurch, dass die mindestens eine Hydraulikpumpe eine Flügelzellenpumpe, eine Zahnradpumpe, eine Axialkolbenpumpe, eine Radialkolbenpumpe, eine Hubkolbenpumpe oder eine Schraubenspindelpumpe ist.
Einen besonders einfachen und in der Herstellung kostengünstigen Aufbau ohne oszillierende Bauteile, wie beispielsweise Kolben, wobei der pulsierende Fluidstrom der Hydraulikpumpe direkt auf die Membran in einem vom Pumpenkörper und Pumpendeckel ausgebildeten, hydraulisch angetriebenen Membranpumpenkopf übertragen wird, erzielt man dadurch, dass die beiden Fluidanschlüsse der Hydraulikpumpe in Form eines geschlossenen Kreislaufes direkt mit dem Hydraulikraum der Membranpumpe fluidleitend verbunden sind. Der Hydraulikraum im Pumpenkopf weist dabei zusätzlich eine von diesem abgetrennte Hydraulikraum-Kammer auf.
Einen im Betrieb besonders wirtschaftlichen Antrieb der Membranpumpe erzielt man dadurch, dass die Membranpumpe einen doppelt wirkenden Hydraulikzylinder mit zwei von einem Arbeitskolben getrennten Zylinderräumen aufweist, wobei die beiden Fluidanschlüsse der Hydraulikpumpe in Form eines geschlossenen Kreislaufes jeweils mit einem der Zylinderräume fluidleitend verbunden sind.
Einen insbesondere für hohe Pumpendrücke geeigneten Antrieb der Membranpumpe erzielt man dadurch, dass der Arbeitskolben über eine Kolbenstange mit einem Antriebskolben verbunden ist, der in dem Hydraulikraum der Membranpumpe angeordnet ist und die Membran hydraulisch antreibt.
Eine weitere Verbesserung des Wirkungsgrades sowie Leistungssteigerung des Antriebs der Membranpumpe erzielt man dadurch, dass der Arbeitskolben beidseitig über jeweils eine Kolbenstange mit jeweils einem Antriebskolben verbunden ist, wobei jeder der Antriebskolben in jeweils einem Hydraulikraum jeweils einer Membranpumpe angeordnet ist und die jeweilige Membran hydraulisch antreibt.
Einen direkten, verzögerungsfreien und für Dosieraufgaben besonders geeigneten Antrieb der Membranpumpe erzielt man dadurch, dass der Arbeitskolben über eine Kolbenstange mit einem Antriebskolben verbunden ist, der mit der Membran der Membranpumpe mechanisch verbunden ist und die Membran mechanisch antreibt.
Eine weitere Verbesserung des Wirkungsgrades sowie Leistungssteigerung des Antriebs von gleichzeitig zwei Membranpumpen mit einem Hydraulikpumpenantrieb erzielt man dadurch, dass der Arbeitskolben über jeweils eine Kolbenstange beidseitig mit jeweils einem Antriebskolben verbunden ist, wobei jeder der Antriebskolben mit jeweils einer Membran jeweils einer Membranpumpe mechanisch verbunden ist und die jeweilige Membran mechanisch antreibt.
Einen Antrieb für die Hydraulikpumpe mit gutem dynamischem Verhalten erzielt man dadurch, dass der Hydraulikpumpenantrieb als Servomotor, Drehstrompermanentmagnetmotor, Gleichstrommotor oder Schrittmotor ausgebildet ist.
Eine optimale Anpassung der Hydraulikpumpe an den vom Pumpenkörper und Pumpendeckel ausgebildeten Membranpumpenkopf, welcher konstruktiv auf ein maximales Hubvolumen und einen maximalen Betriebsdruck ausgelegt ist, erzielt man dadurch, dass die Hydraulikpumpe derart dimensioniert ist, dass das Verdrängungsvolumen der Hydraulikpumpe pro Umdrehung 5% bis 20% vom maximalen Hubvolumen eines vom Pumpenkörper und Pumpendeckel ausgebildeten Membranpumpenkopfes der Membranpumpe beträgt. Für einen Pumpenhub (Saughub bzw. Druckhub) führt bei dieser Auslegung die Hydraulikpumpe 5 bis 20 Umdrehungen in jede Richtung aus.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen in

1 eine erste bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Membranpumpe in einer schematischen Schnittansicht;
2 eine zweite bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Membranpumpe in einer schematischen Schnittansicht;
3 eine dritte bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Membranpumpe in einer schematischen Schnittansicht;
4 eine vierte bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Membranpumpe in einer schematischen Schnittansicht;
5 eine fünfte bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Membranpumpe in einer schematischen Schnittansicht;
6 eine graphische Darstellung eines Fluidstromes beim Betrieb der erfindungsgemäßen Membranpumpe über die Zeit während eines Saughub-/Druckhub-Zyklus;
7A eine graphische Darstellung eines jeweiligen Fluidstromes von zwei parallel geschalteten, erfindungsgemäßen Membranpumpen über die Zeit, wobei beim Betrieb die beiden erfindungsgemäßen Membranpumpen phasenverschoben derart zueinander versetzt angetrieben werden, dass ein Saughub der einen Membranpumpe zeitlich während eines Druckhubes der anderen Membranpumpe erfolgt und umgekehrt;
7B eine graphische Darstellung eines addierten Fluidstromes der beiden Fluidströme gemäß 7A der zwei parallel geschalteten, erfindungsgemäßen Membranpumpe über die Zeit;
8A eine graphische Darstellung des Verhältnisses zwischen einem nominalen Hubvolumen V_Fix der Membran und einem effektiven Fördervolumen V_eff bei einer Membranpumpe mit herkömmlichen Kurbelantrieb und Betrieb bei niedrigem Förderdruck;
8B eine graphische Darstellung des Verhältnisses zwischen einem nominalen Hubvolumen V_Fix der Membran und einem effektiven Fördervolumen V_eff bei einer Membranpumpe mit herkömmlichen Kurbelantrieb und Betrieb bei hohem Förderdruck; und
8C eine graphische Darstellung des Verhältnisses zwischen einem nominalen Hubvolumen V_Variabel der Membran und einem effektiven Fördervolumen V_eff bei einer erfindungsgemäßen Membranpumpe.

Die in 1 dargestellte erste bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Membranpumpe 100 weist einen Pumpenkörper 10 und einem Pumpendeckel 12 auf, die zusammen einen Pumpenkopf ausbilden. Zwischen dem Pumpenkörper 10 und dem Pumpendeckel 12 ist eine Membran 14 eingespannt, die einen Förderraum 16 von einem Hydraulikraum 18 trennt. Die Membranpumpe 100 weist am Pumpendeckel 12 einen Sauganschluss 20 und einen Druckanschluss 22 auf, die jeweils mit einem Rückschlagventil 24, 26 ausgestattet sind, so dass in bekannter Weise bei einem Saughub der Membran 14 (in 1 nach rechts) das Rückschlagventil 24 des Sauganschlusses 20 öffnet und gleichzeitig das Rückschlagventil 26 des Druckanschlusses 22 sperrt und dass bei einem Druckhub der Membran 14 (in 1 nach links) das Rückschlagventil 24 des Sauganschlusses 20 sperrt und gleichzeitig das Rückschlagventil 26 des Druckanschlusses 22 öffnet. Auf diese Weise ergibt sich bei aufeinanderfolgendem Auslenken der Membran 14 für den Saughub und den Druckhub ein mit Pfeilen 28 angedeuteter Fluidstrom. In dem Hydraulikraum 18 ist ein Hydraulikfluid 19 angeordnet. Weiterhin ist als Teil des Hydraulikraumes 18 eine vom Hydraulikraum 18 getrennte Hydraulikraum-Kammer 18' in dem Pumpengehäuse 10 ausgebildet.
Die Membranpumpe wird von einem hydraulischen Membranantrieb 30 angetrieben. Der hydraulische Membranantrieb 30 beinhaltet die eingangs genannten Komponenten „Antrieb“ und „Triebwerk“ der Membranpumpe.
Erfindungsgemäß ist der hydraulische Membranantrieb 30 mit einer Hydraulikpumpe 31 ausgebildet, die oszillierend reversierend von einem Hydraulikpumpenantrieb 32 angetrieben wird, wie mit Pfeil 34 angedeutet. Der Hydraulikpumpenantrieb 32 wird von einer Motorsteuerung 33 angesteuert. Mit anderen Worten ist der Kurbeltrieb des Triebwerks von herkömmlichen Membranpumpen bei der vorliegenden Erfindung durch die Hydraulikpumpe 31 ersetzt. D.h. das Triebwerk der erfindungsgemäßen Membranpumpe weist statt des Kurbeltriebes und einer etwaigen Hublängenverstellung die Hydraulikpumpe 31 auf.
In der beispielhaft dargestellten ersten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Membranpumpe 100 ist der hydraulische Membranantrieb 30 mit einer Zahnradpumpe als Hydraulikpumpe 31 ausgebildet. Anstelle der Zahnradpumpe kann jedoch auch jede andere Art von Hydraulikpumpe verwendet werden, wie beispielsweise eine Flügelzellenpumpe, eine Axialkolbenpumpe, eine Radialkolbenpumpe, eine Hubkolbenpumpe oder eine Schraubenspindelpumpe. Als Hydraulikpumpenantrieb 32 kommen beispielsweise alle Antriebe in Frage, die ein ausreichendes dynamisches Verhalten aufweisen. Aufgrund der dynamischen Eigenschaften und der integrierten Lageregelung eignen sich insbesondere Servomotoren als Antrieb, beispielsweise in der Ausführung als Drehstrompermanentmagnetmotor. Auch andere Motoren wie z.B. Gleichstrommotoren oder Schrittmotoren sind prinzipiell einsetzbar.
Die Hydraulikpumpe 31 des hydraulischenM embranantriebs 30 wird oszillierend reversierend angetrieben (Pfeil 34). Dies wird dadurch erreicht, dass der Hydraulikpumpenantrieb 32 die Hydraulikpumpe 31 alternierend in die eine und die andere Drehrichtung antreibt. Hierdurch werden die Anschlüsse 36 und 38 der Hydraulikpumpe 31 abwechselnd bzw. alternierend zu Saug- und Druckanschlüssen, wie mit Pfeilen 40,4 0' angedeutet. Der Antrieb der Hydraulikpumpe 31 in jeweils eine Richtung kann über eine oder mehrere volle Umdrehungen oder auch nur um Bruchteile einer Umdrehung oder um eine oder mehrere volle Umdrehungen und zusätzlich einen Bruchteil einer Umdrehung erfolgen, je nach gewünschtem Hub der Membran 14. Hierbei erzeugt die eine Drehrichtung der Hydraulikpumpe 31 einen Saughub der Membran 14 mit einem Hydraulikfluidstrom in eine erste Richtung, wie mit Pfeilen 40' angedeutet, und die andere Drehrichtung der Hydraulikpumpe 31 einen Druckhub der Membran 14 mit einem Hydraulikfluidstrom in eine zweite Richtung, wie mit Pfeilen 40 angedeutet.
Die Hydraulikpumpe 31 ist mit ihren Anschlüssen 36, 38 mit dem Hydraulikraum 18 und der Hydraulikraum-Kammer 18' fluidleitend verbunden. Der Anschluss 36 der Hydraulikpumpe 31 ist mit dem Hydraulikraum 18 des Pumpengehäuses 10 fluidleitend verbunden. Der Anschluss 38 der Hydraulikpumpe 31 mit der Hydraulikraum-Kammer 18' des Pumpengehäuses 10 fluidleitend verbunden. Somit sind der Hydraulikraum 18 und die Hydraulikraum-Kammer 18' des Pumpengehäuses 10 über die Hydraulikpumpe 31 fluidleitend miteinander verbunden. Der Hydraulikfluidstrom in die erste Richtung, wie mit Pfeilen 40' angedeutet, strömt von dem Hydraulikraum 18 in die Hydraulikraum-Kammer 18', wodurch die Membran 14 durch einen Unterdruck in dem Hydraulikraum 18 in der 1 nach rechts ausgelenkt wird, was einen Saughub bewirkt. Der Hydraulikfluidstrom in die zweite Richtung, wie mit Pfeilen 40 angedeutet, strömt von der Hydraulikraum-Kammer 18' in den Hydraulikraum 18, wodurch die Membran 14 durch einen Überdruck in dem Hydraulikraum 18 in der 1 nach links ausgelenkt wird, was einen Druckhub bewirkt. Durch den alternierenden Antrieb der Hydraulikpumpe 31 in abwechselnd entgegengesetzte Drehrichtungen wird dadurch abwechselnd ein Saughub und ein Druckhub der Membran 14 erzeugt.
Durch eine entsprechende Ansteuerung des Hydraulikpumpenantriebs 32 kann auf einfache Weise die Amplitude und die Zeitspanne jeweils für den Saughub und den Druckhub innerhalb eines Zyklus aus einem Saughub und einem Druckhub (Saughub-/Druckhub-Zyklus) unterschiedlich gewählt bzw. ausgeführt werden. Da der Hub der Membran 14 proportional zur Drehung der Hydraulikpumpe 31 ist, ist dies auf einfache Weise mittels der Motorsteuerung 33 möglich. So kann beispielsweise für hochviskose zu fördernde Fluide der Saughub mit im Vergleich zum Druckhub geringerer Amplitude und niedrigerem Druck aber längerer Zeitspanne erfolgen, um beim Ansaugen Unterdruckverluste und Kavitation im zu fördernden Fluid zu vermeiden. Dies wird später unter Bezugnahme auf 6 noch näher erläutert. Weiterhin kann das nominelle Hubvolumen V_Variabel der erfindungsgemäßen Membranpumpe in einem Druckhub vergrößert werden, um ein gewünschtes effektives Fördervolumen V_eff zu erzielen, bei dem Verluste aufgrund der Kompressibilität von Hydraulikfluid und zu förderndem Fluid und aufgrund von Volumenerweiterung des Förderraumes 16 und Hydraulikraumes 18 unter Druck kompensiert werden. Dies wird später unter Bezugnahme auf 8A bis 8C noch näher erläutert.
In der in 1 dargestellten ersten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Membranpumpe 100 ist die Hydraulikpumpe 31 in Form eines geschlossenen Kreislaufes mit dem Hydraulikraum 18 und der Hydraulikraum-Kammer 18' verbunden.
Bei der ersten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Membranpumpe 100 gemäß 1 wird der Fluidstrom 40, 40' des Hydraulikfluides 19 direkt als Antriebsquelle für den hydraulisch angetriebenen Membranpumpenkopf 10, 12 verwendet. Diese Ausführungsform der erfindungsgemäßen Membranpumpe 100 ist besonders einfach und preiswert in der Herstellung und verzichtet vollständig auf oszillierende Bauteile, wie z.B. einen Kolben. Der pulsierende Fluidstrom 40, 40' des Hydraulikfluides 19 wird dabei direkt auf die Membran 14 im hydraulisch angetriebenen Membranpumpenkopf 10, 12 übertragen.
2 zeigt eine zweite bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Membranpumpe 200, wobei funktionsgleiche Teile mit identischen Bezugszeichen versehen sind, wie in 1, so dass zu deren Erläuterung und Funktionsweise auf die obige Beschreibung der 1 verwiesen wird.
Im Unterschied zur ersten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Membranpumpe 100 gemäß 1 sind die Anschlüsse 36 und 38 der Hydraulikpumpe 31 nicht direkt mit dem Hydraulikraum 18 bzw. der Hydraulikraum-Kammer 18' verbunden. In der Hydraulikraum-Kammer 18' befindet sich kein Hydraulikfluid 19. Das Hydraulikfluid 19 ist lediglich im Hydraulikraum 18 vorhanden. Die zweite bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Membranpumpe 200 gemäß 2 weist anstatt der direkten fluidleitenden Verbindung der Anschlüsse 36 und 38 der Hydraulikpumpe 31 mit dem Hydraulikraum 18 und der Hydraulikraum-Kammer 18' einen doppelt wirkenden Hydraulikzylinder 42 auf, in dem zwei von einem Arbeitskolben 44 getrennte Zylinderräume, nämlich ein erster Zylinderraum 46 und ein zweiter Zylinderraum 48, ausgebildet sind. Der Anschluss 36 der Hydraulikpumpe 31 ist mit dem zweiten Zylinderraum 48 fluidleitend verbunden und der Anschluss 38 der Hydraulikpumpe 31 ist mit dem ersten Zylinderraum 46 fluidleitend verbunden. In den Zylinderräumen 46 und 48, den fluidleitenden Verbindungen zu den Anschlüssen 36 und 38 der Hydraulikpumpe 31 sowie in der Hydraulikpumpe 31 selbst ist ebenfalls Hydraulikfluid 19 vorhanden.
Weiterhin ist in dem Hydraulikraum 18 ein Antriebskolben 50 angeordnet, wobei der Antriebskolben 50 über eine Kolbenstange 52 mit dem Arbeitskolben 44 mechanisch verbunden ist, so dass eine Bewegung des Arbeitskolben 44 direkt auf den Antriebskolben 50 übertragen wird. Eine Bewegung des Antriebskolbens 50 wird über das im Hydraulikraum 18 vorhandene Hydraulikfluid 19 direkt auf die Membran 14 übertragen. Mit anderen Worten führt eine Bewegung des Antriebskolbens 50 in der 2 nach rechts zu einer Auslenkung der Membran 14 in der 2 nach rechts (Saughub) und umgekehrt eine Bewegung des Antriebskolbens 50 in der 2 nach links zu einer Auslenkung der Membran 14 in der 2 nach links (Druckhub).
Der alternierend reversierende Antrieb der Hydraulikpumpe 31 führt einerseits zu dem Hydraulikfluidstrom, wie mit Pfeilen 40' angedeutet, und andererseits zu einem Hydraulikfluidstrom wie mit Pfeilen 40 angedeutet. Der Hydraulikfluidstrom gemäß der Pfeile 40' führt zu einem Überdruck im ersten Zylinderraum 46 und einem Unterdruck im zweiten Zylinderraum 48 des doppelt wirkenden Hydraulikzylinders 42. Dadurch bewegt sich der Arbeitskolben 44 in der 2 nach rechts und zieht somit über die Kolbenstange 52 ebenfalls den Antriebskolben 50 in der 2 nach rechts. Auf diese Weise wird, wie oben beschrieben, eine Auslenkung der Membran 14 in der 2 nach rechts bewirkt, was einem Saughub entspricht. Der Hydraulikfluidstrom gemäß der Pfeile 40 führt zu einem Unterdruck im ersten Zylinderraum 46 und einem Überdruck im zweiten Zylinderraum 48 des doppelt wirkenden Hydraulikzylinders 42. Dadurch bewegt sich der Arbeitskolben 44 in der 2 nach links und zieht somit über die Kolbenstange 52 ebenfalls den Antriebskolben 50 in der 2 nach links. Auf diese Weise wird, wie oben beschrieben, eine Auslenkung der Membran 14 in der 2 nach links bewirkt, was einem Druckhub entspricht.
Analog wie bei der ersten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Membranpumpe 100 gemäß 1 führt somit der Hydraulikfluidstrom gemäß der Pfeile 40' zu einem Saughub der Membran 14 und der Hydraulikfluidstrom gemäß der Pfeile 40 zu einem Druckhub der Membran 14.
Anstatt der direkten Einwirkung der Fluidstrom 40 und 40' über den Hydraulikraum 18 auf die Membran 14 ist somit vorliegend eine Zwischenstufe über den doppelwirkenden Hydraulikzylinder 42 vorgesehen. Auf diese Weise kann eine Druckübersetzung zwischen der Hydraulikpumpe 31 und dem Hydraulikraum 18 erfolgen, die im wesentlichen von dem Durchmesser des Arbeitskolbens 44 bzw. der jeweiligen Flächen des Arbeitskolbens 44, die jeweils den Zylinderräumen 46, 48 zugewandt sind sowie von dem Durchmesser des Antriebskolbens 50 bzw. der jeweiligen Flächen des Antriebskolbens 50, die jeweils dem Hydraulikraum 18 zugewandt sind, bestimmt ist.
3 zeigt eine dritte bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Membranpumpe 300, wobei funktionsgleiche Teile mit identischen Bezugszeichen versehen sind, wie in 1 und 2, so dass zu deren Erläuterung und Funktionsweise auf die obige Beschreibung der 1 und 2 verwiesen wird.
Im Unterschied zur zweiten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Membranpumpe 200 gemäß 2 ist bei der dritten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Membranpumpe 300 gemäß 3 der Antriebskolben 50 direkt mechanisch mit der Membran 14 verbunden, so das nicht nur in der Hydraulikraum-Kammer 18' sondern auch im Hydraulikraum 18 auf ein Hydraulikfluid 19 verzichtet werden kann. Das Hydraulikfluid 19 ist lediglich in den Zylinderräumen 46, 48 und in den fluidleitenden Verbindungen zwischen den Zylinderräumen 46, 48 und den Pumpenanschlüssen 36 und 38 der Hydraulikpumpe 31 sowie in der Hydraulikpumpe 31 selbst vorhanden. In dem Pumpenkopf 10, 12 der Membranpumpe 300 wird die Bewegung des Arbeitskolbens 44 direkt mechanisch über die Kolbenstange 52 und den Arbeitskolben 50 auf die Membran 14 übertragen.
4 zeigt eine vierte bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Membranpumpe 400, wobei funktionsgleiche Teile mit identischen Bezugszeichen versehen sind, wie in 1, 2 und 3, so dass zu deren Erläuterung und Funktionsweise auf die obige Beschreibung der 1, 2 und 3 verwiesen wird.
Im Unterschied zur dritten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Membranpumpe 300 gemäß 3 ist bei der vierten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Membranpumpe 400 gemäß 4 der Arbeitskolben 44 beidseitig mit jeweils einer Zylinderstange 52 versehen, die jeweils an einem vom Arbeitskolben 44 abgewandten Ende mit einem Antriebskolben 50 in einem jeweiligen Hydraulikraum 18 eines jeweiligen Pumpenkopfes 10, 12 mechanisch verbunden sind. Auf diese Weise treibt die Hydraulikpumpe 31 über den doppelt wirkenden Hydraulikzylinder 42 gleichzeitig zwei Pumpenköpfe 10, 12 mit einer Phasenverschiebung von 180° an.
Beispielsweise können die beiden in 4 dargestellten Pumpenköpfe 10, 12 gemeinsam in einer Förderleitung angeordnet werden, so das der gesamte resultierende Förderstrom bzw. der gesamte resultierende Volumenstrom bzw. der gesamte resultierende Massenstrom gemäß der Pfeile 28 über die Zeit gleichmäßiger mit nur geringen Schwankungen erfolgen kann, als dies bei nur einem Pumpenkopf 10, 12 in einer Förderleitung möglich ist.
5 zeigt eine fünfte bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Membranpumpe 500, wobei funktionsgleiche Teile mit identischen Bezugszeichen versehen sind, wie in 1, so dass zu deren Erläuterung und Funktionsweise auf die obige Beschreibung der 1 verwiesen wird.
Im Unterschied zur ersten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Membranpumpe 100 gemäß 1 sind bei der fünften bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Membranpumpe 500 gemäß 5 zwei Pumpenköpfe 10, 12 vorhanden, die jeweils mit einer Hydraulikpumpe 31 verbunden sind, wobei beide Hydraulikpumpen 31 von einem gemeinsamen Hydraulikpumpenantrieb 32 und einer gemeinsamen Motorsteuerung 33 angesteuert bzw. angetrieben werden. Die beiden Hydraulikpumpe 31 werden dabei derart angetrieben, dass diese die jeweilige Membran 14 der beiden Pumpenköpfe 10, 12 um einen Phasenwinkel von 180° versetzt betätigen bzw. auslenken, so dass während beispielsweise eines Saughubes des in der 5 linken Pumpenkopfes 10, 12 zeitgleich ein Druckhub bei dem in der 5 rechten Pumpenkopf 10, 12 erfolgt und umgekehrt.
Bei der zweiten und dritten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Membranpumpe 200 300 gemäß 2 und 3 treibt der Hydraulikfluidstrom 40, 40' des Hydraulikfluides 19 den Hydraulikzylinder 42 an, der wiederum als Antrieb für den mechanisch (3) oder hydraulisch (2) angetriebenen Pumpenkopf 10, 12 verwendet wird. Diese bevorzugten Ausführungen der erfindungsgemäßen Membranpumpe 200 und 300 sind besonders wirtschaftlich für den Antrieb von zwei Pumpenköpfen 10, 12, wie in 4 und 5 dargestellt.
Die Anpassung der Fördermenge bzw. des Volumenstroms bzw. des Massenstroms gemäß der Pfeile 28 erfolgt bei allen zuvor erläuterten Ausführungsformen 100, 200, 300, 400, 500 über die Hubfrequenz und/oder das Hubvolumen. Zur Anpassung der Frequenz wird die Umkehrfrequenz der Hydraulikpumpe verändert. Zur Anpassung des Volumens wird der Drehwinkel der Bewegung in beide Drehrichtungen 34 der Hydraulikpumpe 31 verändert.
Als Antrieb 32 für die Hydraulikpumpe 31 kommen alle Antriebe in Frage, die ein ausreichendes dynamisches Verhalten aufweisen. Aufgrund der dynamischen Eigenschaften und der integrierten Lageregelung eignen sich insbesondere Servomotoren als Antrieb 32, z.B. in der Ausführung als Drehstrompermanentmagnetmotor. Auch andere Motoren wie z.B. Gleichstrommotoren oder Schrittmotoren sind einsetzbar.
Neben Zahnradpumpen sind auch andere reversierbare Hydraulikpumpen 31 einsetzbar. Denkbar ist auch der Einsatz von verstellbaren Hydraulikpumpen z.B. Axialkolbenpumpen. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit die Volumenverstellung über die Pumpe durchzuführen. Die Verstellung über den Drehwinkel an der Antriebswelle kann dann unter Umständen entfallen.
Die Auswahl der Komponenten Antrieb 32, Hydraulikpumpe 31 und Membranpumpenkopf 10, 12 werden in Abhängigkeit von der jeweiligen Anwendung aufeinander abgestimmt. Üblicherweise ist ein Membranpumpenkopf 10, 12 konstruktiv für ein max. Hubvolumen und einen max. Betriebsdruck ausgelegt. Dementsprechend wird eine sinnvolle Größe der Hydraulikpumpe 31 mit dem notwendigen Förderdruck ausgewählt. Eine sinnvolle Auswahl kann z.B. sein, dass das Verdrängungsvolumen der Hydraulikpumpe 31 pro Umdrehung 5% bis 20% vom max. Hubvolumen des Membranpumpenkopfs 10, 12 beträgt. Für einen Pumpenhub muss bei dieser Auslegung die Hydraulikpumpe 31 5 bis 20 Umdrehungen in jede Richtung ausführen.
Zur Leistungssteigerung ist es möglich sowohl die Hydraulikpumpe 31 als auch den Pumpenkopf 10, 12 in der Größe anzupassen. Eine zusätzliche Möglichkeit der Leistungssteigerung ergibt sich dadurch, dass mehrere Hydraulikpumpen-Membranpumpen-Kombinationen mit einem Antrieb 32 angetrieben werden.
Bei Membranpumpen mit Kurbeltrieb ist die Charakteristik über den Kurbeltrieb festgelegt. Mit der vorliegenden Erfindung ergibt sich die vorteilhafte Möglichkeit die Saug- und Druckhubbewegung unabhängig voneinander zu steuern, wie nachfolgend unter Bezugnahme auf 6 näher erläutert wird. Für hochviskose Fluide kann z.B. der Saughub im Vergleich zum Druckhub langsamer ausgeführt werden. Es können z.B. für besonders langsame Vorgänge auch Pausen zwischen den einzelnen Phasen eingefügt werden. Mit der vorliegenden Erfindung ergibt sich zudem die Möglichkeit wenigstens zwei Pumpensysteme so zu kombinieren, dass der gemeinsame Fluidstrom weitgehend konstant bleibt. Dies wäre theoretisch auch schon mit Membranpumpen mit Kurbeltrieb möglich gewesen, jedoch hätten sich in der Nähe der Totpunkte des Kurbeltriebs sehr hohe Winkelgeschwindigkeiten der Exzenterwelle ergeben, so dass dies praktisch nicht zu verwirklichen war.
6 veranschaulicht graphisch mit einem Graphen 54 einen Fluidstrom (Fluidstrom-Achse 56) über die Zeit (Zeit-Achse 58) für eine Zykluszeit 60. Eine Zykluszeit 60 umfasst dabei einen Saughub 62 und einen Druckhub 64. Zusätzlich ist zwischen einem Saughub 62 und einem Druckhub 64 innerhalb einer Zykluszeit 60 eine Pause 66 vorgesehen, in der die Membran 14 nicht bewegt wird und in der dementsprechend auch der Fluidstrom gleich null ist. Nach dem Saughub 62 wird die Membran 14 während der Pause 66 in dem maximal ausgelenkten Zustand für den Saughub gehalten. Die Pause 66 während einer Zykluszeit 60 wird beispielsweise dazu genutzt, um den von der Membranpumpe erzeugten Förderstrom 28 für eine Abfüllaufgabe mit der Zuführung eines zu füllenden Behälters zu synchronisieren. Ein Triggerimpuls für den Druckhub 64 kommt dabei beispielsweise nicht von der Motorsteuerung 33 des hydraulischen Membranantriebs 30, sondern von einer externen Abfüllanlage, die mit dem Triggerimpuls signalisiert, dass der nächste zu füllend Behälter korrekt abgedichtet positioniert und füllbereit ist.
In der in 6 beispielhaft dargestellten Ausführungsform der Ansteuerung der Hydraulikpumpe 31 mittels der Motorsteuerung 33 erfolgt der Saughub 62 langsamer über eine längere Zeit 58 und mit einem nominal niedrigeren Unterdruck in dem Förderraum 16 als der Druckhub 64. Auf diese Weise können beispielsweise in hochviskosen, zu fördernden Fluiden Verluste insbesondere durch Kavitation vermieden werden. Der Druckhub 64 erfolgt dann schneller bzw. in kürzerer Zeit und mit nominal höherem Überdruck in dem Förderraum 16 als bei dem Saughub 62, wobei ein höheres Maximum des Fluidstromes 54 erreicht wird als beim Saughub 62. Mit anderen Worten wird das langsam angesaugte Hubvolumen in einem sehr viel kürzeren Zeitraum auf der Druckseite verdrängt. Der schnellere Druckhub 64 dient auch der Verkürzung der Zykluszeit 60.
7A veranschaulicht graphisch einen Fluidstrom (Fluidstrom-Achse 56) über die Zeit (Zeit-Achse 58). Hierbei stellt ein Graph 68 (durchgezogene Linie) einen Fluidstrom 56 über die Zeit 58 für einen ersten Pumpenkopf und ein Graph 70 (gestrichelte Linie) einen Fluidstrom 56 über die Zeit 58 für einen zweiten Pumpenkopf dar. Erster und zweiter Pumpenkopf werden von zwei getrennten hydraulischen Membranantrieben 30 angetrieben. Wie aus den beiden Graphen 68 und 70 ersichtlich, werden die beiden Pumpenköpfe um einen Phasenwinkel von 180° verschoben angetrieben. Im Bereich jeweils der positiven und negativen Rampen der beiden Graphen 68 und 70 sind die Winkelgeschwindigkeiten beider Pumpen unterschiedlich bzw. direkt gegenläufig. Während der erste Antrieb bei Null startet und kontinuierlich bis zum Maximum zunimmt, fällt gleichzeitig der zweite Antrieb vom Maximum auf Null ab.
In 7B ist der resultierende Fluidstrom 56 über die Zeit 58 mit einem Graphen 72 dargestellt. 7B zeigt das Ziel der Zusammenschaltung von zwei Pumpenköpfen mit einem gemeinsamen hydraulischen Membranantrieb 30, nämlich die Vergleichmäßigung des Fluidstroms 56 über die Zeit 58. Dies wird dadurch erzielt, dass der eine Pumpenkopf im Druckhub fördert, während der andere Pumpenkopf in einem Saughub ansaugt sowie umgekehrt.
Bei Membranpumpen mit Kurbeltrieb ist das Verdrängungsvolumen mit der Hublänge und dem Kolbendurchmesser konstruktiv vorgegeben. Bei Hochdruckmembranpumpen reduziert sich die Leistung aufgrund der Kompressibilität der Flüssigkeit in den sogen. „schädlichen Räumen“ mit zunehmendem Druck. Zusätzlich erweitern sich auch die „schädlichen Räume“ selbst um einen gewissen Betrag. Der Ausdruck „schädliche Räume“ bezeichnet hierbei das Volumen des Förderraumes 16 sowie das Volumen des Hydraulikraumes 18. In diesen „schädlichen Räumen“ führt die Kompressibilität des zu fördernden Fluides sowie die Kompressibilität des Hydraulikfluides sowie die Volumen-Erweiterbarkeit von Förderraum 16 und Hydraulikraum 18 aufgrund der Elastizität des Werkstoffes des Pumpenkopfes 10, 12 dazu, dass ein Teil der Bewegung der Membran 14 dazu aufgewendet werden muss, um das zu fördernden Fluid bzw. das Hydraulikfluid 19 in seinem Volumen zu komprimieren sowie um den Förderraum 16 bzw. den Hydraulikraum 18 in deren Volumen zu erweitern bzw. zu reduzieren, so dass dieser Hub nicht für eine Förderleistung zur Verfügung steht. Je höher der Druck und je höher das Volumen von Förderraum 16 und Hydraulikraum 18, also je größer der sogen. „schädliche Raum“, desto größer sind diese Verluste aufgrund des „schädlichen Raumes“. In der Praxis führen die zuvor beschriebenen Verluste des „schädlichen Raumes“ dazu, dass jede Membranpumpe eine sogen. Grenzhublänge h₀>0 der Membran 14 aufweist, bei der die Membranpumpe aufhört zu fördern, da dieser Grenzhub h₀ vollständig für die zuvor beschriebenen Verluste des „schädlichen Raumes“ verbraucht wird.
Dieser Verlust aufgrund des „schädlichen Raumes“ ist in 8A für eine herkömmliche Membranpumpe mit Kurbeltrieb dargestellt, wobei V_Fix das aufgrund des Kurbeltriebes festgelegte Hubvolume bzw. das nominale Hubvolumen und V_eff das tatsächliche effektive Hubvolumen für die Förderleistung bzw. das effektive Fördervolumen darstellt. Es ist unmittelbar aus 8A ersichtlich, dass das effektive Hubvolumen V_eff kleiner ist als das nominale Hubvolumen V_Fix.
8B zeigt analog zu 8A die Verluste aufgrund des „schädlichen Raumes“ für eine herkömmliche Membranpumpe mit Kurbeltrieb, jedoch bei höherem Druck als bei 8A. Es ist unmittelbar die Erhöhung der Verluste aufgrund des höheren Druckes ersichtlich, da das effektive Hubvolumen V_eff im Vergleich zu 8A bei gleichem nominalen Hubvolumen V_Fix nochmals kleiner wird.
Mit der vorliegenden Erfindung ergibt sich die vorteilhafte Möglichkeit diesen zuvor erläuterten Leistungsverlust aufgrund des „schädlichen Raumes“ ganz oder teilweise auszugleichen. Dazu wird mittels des erfindungsgemäßen hydraulischen Pumpenantriebs 30 das Verdrängungsvolumen V_Fix um den Verlustbetrag ganz oder teilweise erhöht. Mit anderen Worten wird das nominale Hubvolumen V_Fix angepasst. In 8C ist das nominale Hubvolumen der erfindungsgemäßen Membranpumpe mit V_Variabel bezeichnet, da dieses aufgrund der flexibel ansteuerbaren Hydraulikpumpe 31 einfach und innerhalb eines Saughub-Druckhub-Zyklus verstellbar ist. Wie unmittelbar aus 8C ersichtlich ergeben sich auch bei der erfindungsgemäßen Membranpumpe erhebliche Verluste der Förderleistung aufgrund des zuvor erläuterten Effektes des „schädlichen Raumes“. Jedoch ist es bei der erfindungsgemäßen Membranpumpe einfach möglich, das nominale Hubvolumen V_Variabel anzupassen bzw. zu vergrößern bzw. zu erhöhen. In der Darstellung gemäß 8C ist das nominale Hubvolumen V_Variabel derart erhöht, dass sich trotz der Verluste ein effektives Hubvolumen V_eff ergibt, das dem nominalen nominales
Bei dem indirekten Antrieb des Pumpenkopfes 10, 12 über den doppelt wirkenden Hydraulikzylinder 42 gemäß der zweiten und vierten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Membranpumpe 200, 400 ergeben sich Vorteile speziell für Hochdruckpumpen. Als Antrieb kann eine Hydraulikpumpe 31 für niedrigere Drücke eingesetzt werden. Der Arbeitskolben 44 im Hydraulikzylinder 42 wird dabei größer gewählt als der Antriebskolben 50 im Membranpumpenkopf 10, 12.
Bei dem direkten Antrieb von zwei hydraulisch angetrieben Membranpumpenköpfen 10, 12 mit zwei Zahnradpumpen gemäß der fünften bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Membranpumpe 500, wie in 5 dargestellt, sind die Pumpenköpfe 10, 12 in Reihe angeordnet und werden durch einen gemeinsamen Motor 32 angetrieben. Hierbei werden die Pumpenköpfe 10, 12 bevorzugten gegenläufig betrieben, d.h. während sich ein Pumpenkopf 10, 12 im Druckhub befindet, befindet sich der zweite Pumpenkopf 10, 12 im Saughub (vgl. 7A). Mit anderen Worten werden die beiden Pumpenköpfe 10, 12 um einen Phasenwinkel von 180° versetzt bzw. verschoben angetrieben.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 202007001117 U1 [0005]
DE 19950906 A1 [0005]
DE 102007030311 B4 [0005]

Claims

Membranpumpe (100; 200; 300; 400; 500) mit einer randseitig zwischen einem Pumpenkörper (10) und einem Pumpendeckel (12) eingespannten Membran (14), die einen Förderraum (16) von einem Hydraulikraum (18) trennt, und mit einem hydraulischen Membranantrieb (30), dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische Membranantrieb (30) mit mindestens einer oszillierend reversierend von einem Hydraulikpumpenantrieb (32) angetriebenen Hydraulikpumpe (31 ausgebildet ist, die einen reversierend pulsierenden Hydraulikfluidstrom (40, 40') zum Antrieb der Membran (16) erzeugt, wobei die Hydraulikpumpe (31) zwei Fluidanschlüsse (36, 38) aufweist, die aufgrund des oszillierenden reversierenden Antriebs der Hydraulikpumpe (31) jeweils abwechselnd Sauganschluss und Druckanschluss sind.
Membranpumpe (100; 200; 300; 400; 500) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Hydraulikpumpe (31) eine Flügelzellenpumpe, eine Zahnradpumpe, eine Axialkolbenpumpe, eine Radialkolbenpumpe, eine Hubkolbenpumpe oder eine Schraubenspindelpumpe ist.
Membranpumpe (100; 500) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Fluidanschlüsse (36, 38) der Hydraulikpumpe (31) in Form eines geschlossenen Kreislaufes direkt mit dem Hydraulikraum (18, 18') der Membranpumpe (100; 500) fluidleitend verbunden sind.
Membranpumpe (200; 300; 400) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Membranpumpe (200; 300; 400) einen doppelt wirkenden Hydraulikzylinder (42) mit zwei von einem Arbeitskolben (44) getrennten Zylinderräumen (46, 48) aufweist, wobei die beiden Fluidanschlüsse (36, 38) der Hydraulikpumpe (31) in Form eines geschlossenen Kreislaufes jeweils mit einem der Zylinderräume (46, 48) fluidleitend verbunden sind.
Membranpumpe (200; 400) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitskolben (44) über eine Kolbenstange (52) mit einem Antriebskolben (50) verbunden ist, der in dem Hydraulikraum (18) der Membranpumpe (200; 400) angeordnet ist und die Membran (14) hydraulisch antreibt.
Membranpumpe (40 0) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitskolben (44) über jeweils eine Kolbenstange (52) beidseitig mit jeweils einem Antriebskolben (50) verbunden ist, wobei jeder der Antriebskolben (50) in jeweils einem Hydraulikraum (18) jeweils einer Membranpumpe (400) angeordnet ist und die jeweilige Membran (14) hydraulisch antreibt.
Membranpumpe (300) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitskolben (44) über eine Kolbenstange (52) mit einem Antriebskolben (50) verbunden ist, der mit der Membran (14) der Membranpumpe (300) mechanisch verbunden ist und die Membran (14) mechanisch antreibt.
Membranpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitskolben (44) über jeweils eine Kolbenstange (52) beidseitig mit jeweils einem Antriebskolben (50) verbunden ist, wobei jeder der Antriebskolben (50) mit jeweils einer Membran (14) jeweils einer Membranpumpe mechanisch verbunden ist und die jeweilige Membran (14) mechanisch antreibt.
Membranpumpe (100; 200; 300; 400; 500) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hydraulikpumpenantrieb (32) als Servomotor, Drehstrompermanentmagnetmotor, Gleichstrommotor oder Schrittmotor ausgebildet ist.
Membranpumpe (100; 200; 300; 400; 500) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulikpumpe (31) derart dimensioniert ist, dass das Verdrängungsvolumen der Hydraulikpumpe (31) pro Umdrehung 5% bis 20% vom maximalen Hubvolumen eines vom Pumpenkörper (10) und Pumpendeckel (12) ausgebildeten Membranpumpenkopfes der Membranpumpe (100; 200; 300; 400; 500) beträgt.