DE10227193B4

DE10227193B4 - Verbundmembran für Membranpumpen

Info

Publication number: DE10227193B4
Application number: DE10227193A
Authority: DE
Inventors: Joachim Dipl.-Ing. Öhrle; Leon Radom
Original assignee: ULMAN Dichtungstechnik GmbH
Current assignee: ULMAN Dichtungstechnik GmbH
Priority date: 2002-06-18
Filing date: 2002-06-18
Publication date: 2007-05-10
Anticipated expiration: 2022-06-19
Also published as: US20030230191A1; DE10227193A1; US6877419B2

Abstract

Verbundmembran zur Verwendung in Membranpumpen, bestehend aus einem Elastomerkörper (1) und einer produktseitigen Auflage (2) aus Polytetrafluorethylen (PTFE), wobei der Elastomerkörper (1) als kreisförmiger Teller ausgebildet ist, der einen Tellerrand (3) mit einer Einspannfläche, einen Boden (4) und einen den Tellerrand mit dem Boden verbindenden biegsamen Membranabschnitt (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der biegsame Membranabschnitt (5), der beim Einsatz in einer Membranpumpe mit jeder Hubbewegung umgestülpt wird, eine Vielzahl von Noppen (6) aufweist, die Erhebungen in der PTFE-Auflage (2) bilden und den Membranabschnitt (5) punktuell versteifen, wobei die Noppen (6) als Kalotten mit einer kreisförmigen oder elliptischen Grundfläche ausgebildet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbundmembran für Membranpumpen bestehend aus einem Elastomerkörper und einer produktseitigen Auflage aus Polytetrafluorethylen (PTFE), wobei der Elastomerkörper als kreisförmiger Teller ausgebildet ist, der einen Tellerrand mit einer Einspannfläche, einen Boden und einen den Tellerrand mit dem Boden verbindenden biegsamen Membranabschnitt aufweist.

Die Verbundmembran wird in einer Membranpumpe randseitig eingespannt, während der Boden der Verbundmembran Hubbewegungen ausführt. Mit jeder Hubbewegung wird der biegsame Membranabschnitt umgestülpt, wobei in einem radialen Schnitt Abrollbewegungen des biegsamen Materials beobachtet werden. Der biegsame Membranabschnitt wird in der Technik daher auch als Rollschlaufe bezeichnet.

Beim Einsatz von Verbundmembranen, deren biegsamer Membranabschnitt als glatte Ringfläche ausgebildet ist, beobachtet man das Entstehen von radialen linienförmigen Weißfärbungen in der PTFE-Auflage, die den Beginn einer Materialschädigung anzeigen. Mit fortschreitender Schädigung des PTFE-Materials verliert die Verbundmembran ihre chemische Beständigkeit gegen aggressive Fördermedien. Der beschriebene Schadensverlauf begrenzt die Standzeit der Membran.

Bei einer aus US 5 349 896 beschriebenen Verbundmembran des eingangs beschriebenen Aufbaus ist der biegsame Membranabschnitt durch radiale Rippen ausgesteift. Die Rippen erstrecken sich von einem an den Boden angrenzenden Übergangsbereich bis zum Tellerrand des Elastomerkörpers. Mit einer ausreichend großen Zahl von radialen Versteifungsrippen kann der beschriebene Schadensverlauf zwar verhindert werden, jedoch verschlechtert sich das Abrollverhalten des biegsamen Membranabschnittes und vergrößert sich der Abrollwiderstand in beachtlichem Maße.

Aus DE 24 06 134 A ist eine flexible Membran für Bremssysteme und folglich für einen anderen Einsatzzweck bekannt, die einen ringförmigen Flanschbereich, ein ebenes Mittelstück und einen den Flanschbereich mit dem Mittelstück verbindenden ringförmigen biegsamen Membranabschnitt aufweist. Um die Bremse zu betätigen, wird das Mittelstück mit Druckluft beaufschlagt und gegen eine Mitlaufplatte gedrückt. Bei einer Fehlausrichtung zur Mitlaufplatte unterliegt der Übergangsbereich der Membran zwischen dem flexiblen Membranabschnitt und dem Mittelstück einem mechanischen Abrieb. Zur Reduzierung des Abriebs sind an der Innenfläche des Übergangsbereiches daher Verschleißflächen vorgesehen, die als kreisringförmige oder wellenförmige Wülste oder als vorspringende Noppen ausgebildet sein können. Die Beanspruchungen, denen flexible Membranen in Membranpumpen und in Bremssystemen ausgesetzt sind, sind nicht vergleichbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verbundmembran zur Verwendung in Membranpumpen anzugeben, die lange Standzeiten ohne Schädigung der PTFE-Auflage ermöglicht und sich durch gute Abrolleigenschaften beim Pumpenbetrieb auszeichnet.

Ausgehend von einer Verbundmembran mit den eingangs beschriebenen Merkmalen wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der biegsame Membranabschnitt, der beim Einsatz in einer Membranpumpe mit jeder Hubbewegung umgestülpt wird, eine Vielzahl von Noppen aufweist, die Erhebungen in der PTFE-Auflage bilden und den Membranabschnitt punktuell versteifen, wobei die Noppen als Kalotten mit einer kreisförmigen oder elliptischen Grundfläche ausgebildet sind. Durch die erfindungemäß vorgesehenen Noppen erfährt der biegsame Membranabschnitt punktuelle Verstreifungen. Die Bereiche zwischen den Noppen sind flexibel, so dass der biegsame Membranabschnitt mit geringem Druck umgestülpt werden kann, wobei sich aufgrund der punktuellen Versteifungen keine Stauchfalten bzw. Knicklinien in der PTFE-Auflage bilden können. Die Verbundmembran führt bei ihrem Einsatz definierte Rollbewegungen aus, wobei der Abrollwiderstand der Rollfalte gering ist. Die erfindungsgemäße Noppenstruktur der Verbundmembran auf der Produktseite bewirkt überdies eine bessere Haftung zwischen dem Elastomerkörper und der PTFE-Auflage. Die bessere Haftung des Schichtenver bundes ist auf eine Verzahnungswirkung der Noppen bzw. auf eine größere Oberfläche durch die noppenförmigen Ausprägungen zurückzuführen.

Für die weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verbundmembran ergeben sich zahlreiche Möglichkeiten. Vorzugsweise sind die Noppen auf mindestens zwei konzentrischen Kreisen gereiht angeordnet. Dabei wird zweckmäßig mit einer Winkelteilung zwischen 5° und 30° gearbeitet. Die auf konzentrischen Kreisen angeordneten Noppen können in radialer Richtung gereiht auf durch den Kreismittelpunkt verlaufenden Linien angeordnet sein. Unter die Erfindung fällt aber auch eine Ausführungsform, bei der die Noppen auf benachbarten konzentrischen Kreisen zueinander winkelversetzt so angeordnet sind, dass in radialer Richtung jeweils eine Noppe vor der Lücke zwischen zwei in Umfangsrichtung gereihte Noppen vorgesehen ist. Im Rahmen der Erfindung liegt es ferner, dass die auf dem Kreis mit dem größten Durchmesser und/oder kleinsten Durchmesser angeordneten Noppen in Umfangsrichtung eine Kette ohne Lücken bilden.

Weitere Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Verbundmembran sind in den nachgeordneten Patentansprüchen 8 bis 12 beschrieben und werden im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen schematisch:
1 eine Draufsicht auf die Produktseite einer Verbundmembran für Membranpumpen,
2 einen Schnitt durch den Gegenstand der 1 in der Schnittebene A-A,
3a bis 3h weitere Ausführungsbeispiele, jeweils in einer Draufsicht auf die Produktseite,
4 eine weitere Ausgestaltung der Verbundmembran im Schnitt.
In den Figuren ist eine Verbundmembran für Membranpumpen dargestellt. Sie besteht aus einem Elastomerkörper 1 und einer produktseitigen Auflage 2 aus Polytetrafluorethylen (PTFE). Der Elastomerkörper 1 ist als kreisförmiger Teller ausgebildet, der einen Tellerrand 3 mit einer Einspannfläche, einen Boden 4 und einen den Tellerrand mit dem Boden verbindenden biegsamen Membranabschnitt 5 aufweist. Einer vergleichenden Betrachtung der Figuren entnimmt man, dass der biegsame Membranabschnitt 5 eine Vielzahl von Noppen 6 aufweist, die Erhebungen in der PTFE-Auflage 2 bilden. Die Noppen 6 sind als Kalotten mit einer vorzugsweise kreisförmigen Grundfläche ausgebildet und in den Ausführungsbeispielen mit einer Winkelteilung α zwischen 5° und 30° auf konzentrischen Kreisen angeordnet.
Im Ausführungsbeispiel der 1 sind die Noppen 6 in radialer Richtung mit geringem Abstand gereiht auf durch den Kreismittelpunkt verlaufenden Linien angeordnet. Ferner entnimmt man der 1, dass die auf dem Kreis mit dem größten Durchmesser angeordneten Noppen 6 in Umfangsrichtung eine Kette ohne Lücken bilden. Weitere, unter die erfindungsgemäße Lehre fallende Anordnungen der Noppen 6 sind in den 3a bis 3h dargestellt.
Der 2 entnimmt man, dass der Boden 4 des Elastomerkörpers 1 einen einvulkanisierten Kern 7 mit einer Anschlusseinrichtung 8 für eine Kolbenstange enthält. Im Ausführungsbeispiel ist die Produktseite des Bodens konvex ausgeformt. Andere Formen sind jedoch nicht ausgeschlossen. Der Elastomerkörper 1 enthält eine textile Verstärkungseinlage 9 und weist auf seiner elastomeren Rückseite im Übergangsbereich zwischen dem Tellerrand 3 und dem biegsamen Membranabschnitt 5 eine ringförmig umlaufende Vertiefung 10 sowie im Übergangsbereich zwischen dem biegsamen Membranabschnitt 5 und dem Boden 4 ringförmige Nuten 11 auf. Die Vertiefung 10 sowie die Nuten 11 bilden Gelenkstellen, welche das Abrollverhalten des biegsamen Membranabschnittes 5 zusätzlich verbessern.
Unter die erfindungsgemäße Lehre fallen auch Verbundmembranen, deren Boden keinen einvulkanisierten Metallkern enthalten, sondern mit einer mittigen Öffnung zum Anschluss an eine Kolbenstange versehen sind.
Bei einer weiteren, in 4 dargestellten Ausführungsform weist der Elastomerkörper 1 auf seiner elastomeren Rückseite im Bereich des biegsamen Membranabschnitts 5 ringförmig umlaufende formstabilisierende Rippen 12 auf. Sie bestehen aus Elastomerwerkstoff und sind an den Elastomerkörper 1 angeformt.

Claims

Verbundmembran zur Verwendung in Membranpumpen, bestehend aus einem Elastomerkörper (1) und einer produktseitigen Auflage (2) aus Polytetrafluorethylen (PTFE), wobei der Elastomerkörper (1) als kreisförmiger Teller ausgebildet ist, der einen Tellerrand (3) mit einer Einspannfläche, einen Boden (4) und einen den Tellerrand mit dem Boden verbindenden biegsamen Membranabschnitt (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der biegsame Membranabschnitt (5), der beim Einsatz in einer Membranpumpe mit jeder Hubbewegung umgestülpt wird, eine Vielzahl von Noppen (6) aufweist, die Erhebungen in der PTFE-Auflage (2) bilden und den Membranabschnitt (5) punktuell versteifen, wobei die Noppen (6) als Kalotten mit einer kreisförmigen oder elliptischen Grundfläche ausgebildet sind.
Verbundmembran nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Noppen (6) auf mindestens zwei konzentrischen Kreisen gereiht angeordnet sind.
Verbundmembran nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Noppen (6) mit einer Winkelteilung (α) zwischen 5° und 30° auf konzentrischen Kreisen angeordnet sind.
Verbundmembran nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die auf konzentrischen Kreisen angeordneten Noppen (6) in radialer Richtung gereiht auf durch den Kreismittelpunkt verlaufenden Linien angeordnet sind.
Verbundmembran nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Noppen (6) auf benachbarten konzentrischen Kreisen zueinander winkelversetzt so angeordnet sind, dass in radialer Richtung jeweils eine Noppe vor der Lücke zwischen zwei in Umfangsrichtung gereihten Noppen vorgesehen ist.
Verbundmembran nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die auf dem Kreis mit dem größten Durchmesser und/oder kleinsten Durchmesser angeordneten Noppen (6) in Umfangsrichtung eine Kette ohne Lücken bilden.
°°Verbundmembran nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (4) des Elastomerkörpers (1) einen einvulkanisierten Kern (7) mit einer Anschlusseinrichtung (8) für eine Kolbenstange enthält.
Verbundmembran nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (4) eine mittige Öffnung zum Anschluss an eine Kolbenstange enthält.
Verbundmembran nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Elastomerkörper (1) eine textile Verstärkungseinlage (9) enthält.
Verbundmembran nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Elastomerkörper (1) auf seiner elastomeren Rückseite im Übergangsbereich zwischen dem Tellerrand (3) und dem biegsamen Membranabschnitt (5) und/oder im Übergangsbereich zwischen dem biegsamen Membranabschnitt (5) und dem Boden (4) ringförmige Nuten (11) oder Vertiefungen (10) aufweist.
Verbundmembran nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Elastomerkörper (1) auf seiner elastomeren Rückseite im Bereich des biegsamen Membranabschnitts (5) mindestens eine ringförmig umlaufende formstabilisierende Rippe (12) aufweist, die aus Elastomerwerkstoff besteht und an den Elastomerkörper (1) angeformt ist.