DE10231920A1

DE10231920A1 - Mehrlagen-Membran

Info

Publication number: DE10231920A1
Application number: DE10231920A
Authority: DE
Inventors: Thomas Schuetze
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-07-15
Filing date: 2002-07-15
Publication date: 2004-02-05
Anticipated expiration: 2022-07-16
Also published as: WO2004007960A1; DE10231920B4; AU2003281062A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Mehrlagen-Membran für insbesondere hydraulisch beaufschlagte Pumpen, bestehend aus mindestens zwei aufeinander liegenden Einzelmembranen (2, 3), wobei die Einzelmembranen (2, 3) lose aufeinander liegend angeordnet und nur von einer umlaufenden Einspannstelle (4a', 4b') einer Pumpe gehalten sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Mehrlagen-Membran gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs 1 sowie eine die Mehrlagen-Membran aufweisende Pumpe zum fördern eines fluiden Mediums.
Eine gattungsgemäße Mehrlagen-Membran ist aus der EP 0 582 628 A1 bekannt. Diese Mehrlagen-Membran ist dadurch gekennzeichnet, daß die kalottenförmigen Einzelmembranen in der Mitte mechanisch miteinander verbunden sind, in dem in eine Einzelmembran ein Verbindungsteil einvulkanisiert ist. Dieses Verbindungsteil durchgreift mit einem angeformten Teil die andere Einzelmembran. Das angeformte Teil weist ein Außengewinde auf, auf das eine Mutter aufschraubbar ist, welche zusammen mit zwei Membrantellern die beiden Einzelmembranen gegeneinander presst und somit die Einzelmembranen in deren mittleren Bereich fest mit einander verbindet. Die beiden Einzelmembranen sind in einer umlaufenden Einspannstelle, welche durch die beiden Gehäusehälften der Pumpe gebildet ist, von den Gehäusehälften fest eingespannt. Diese Konstruktion erfordert nachteilig eine hohe Genauigkeit der mechanischen Verbindung im mittleren Bereich der Einzelmembranen. Sofern die Einzelmembranen in der Mitte nicht zentrisch verbunden sind, was z.B. durch ein außermittig gestanztes oder gebohrtes Loch durch die zweite Einzelmembran bedingt sein kann, werden die beiden Einzelmembranen durch das Einspannen in der Einspannstelle durch seitliche Krafteinwirkung gegeneinander verspannt. Daraus resultieren Zug- und Stauchungskräfte in den Membranen, da die Membranen durch die mittige Verbindung und die seitliche Einspannung im Gehäuse nicht ausweichen können. Durch die vorbeschriebenen Kräfte erfolgen Walkarbeiten um das einvulkanisierte Verbindungsteil herum sowie am äußeren Rand der Membranteller, wodurch sich Risse in den Membranen bilden, welche zu einem vorzeitigen Verschleiß der Einzelmembranen führen. Auch ist die Beweglichkeit der Einzelmembranen durch die mechanische Verbindung im mittleren Bereich der Membranen stark eingeschränkt. Die mittige mechanische Verbindung erfordert zudem eine Abdichtung der beiden Membranen gegeneinander, damit es zu keiner Leckage kommt. Die zusätzlichen Dichtungen bedingen nachteilig zusätzliche Fehlerquellen bei der Montage. Der komplexe Aufbau der Mehrlagen-Membran bedingt zudem nachteilig hohe Fertigungskosten.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher eine Mehrlagen-Membran bereitzustellen, die einfach in ihrem Aufbau ist und deren Verschleiß, bedingt durch geringe Kräfte innerhalb der Einzelmembranen, gegenüber der Mehrlagen-Membran der EP 0 582 628 reduziert ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mittels einer Mehrlagen-Membran mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Mehrlagen-Membran weist sich vorteilhaft dadurch aus, daß die beiden Einzelmembranen im mittleren Bereich nicht miteinander verbunden sind. Die Einzelmembranen sind erfindungsgemäß nur noch durch die Einspannstelle der Pumpe mechanisch gegeneinander druckbeaufschlagt und zueinander in Position gehalten. Hierdurch treten keine Zug- und Stauchungskräfte in den Einzelmembranen auf, wodurch vorteilhaft der Verschleiß durch innere Walkkräfte reduziert wird. Bei der Montage der Membranen werden diese zusammen oder nacheinander in eine Einspannstelle eines Gehäuseteils eingelegt und justiert, wonach dann die zweite Gehäusehälfte mit der ersten Gehäusehälfte mechanisch, insbesondere mittels Schraubverbindung miteinander verbunden werden. Somit ist die erfindungsgemäße Mehrlage-Membran vorteilhaft einfach einzubauen und verschleißarm.
Zwischen den aufeinanderliegenden Einzelmembranen kann zur Reduzierung der Reibkräfte ein Schmierfilm vorgesehen werden, wodurch zudem die Kräfte zum Bewegen der Mehrlagen-Membran reduziert werden. Der Zwischenraum zwischen den Einzelmembranen, welcher vorteilhaft durch ein Vakuum auf ein Minimum reduziert ist, kann ebenfalls zur Aufnahme eines Leckageanzeigemediums verwendet werden. Sofern kein zusätzliches Leckageanzeigemedium verwendet wird, wird über den Zwischenraum ein durch eine Einzelmembran aufgrund einer Leckage durchgetretenes Medium hin zu einer Leckageanzeigevorrichtung geführt.
Die Einzelmembranen sind vorteilhaft kalottenartige Formmembranen sind. Sie sind ferner vorteilhaft derart ge staltet, daß sie ausgehend von der Einspannstelle hin zum mittleren Bereich hin erst in eine Richtung von der die Einspannstelle bildenden Ebene gewölbt sind, wobei der mittlere Bereich der Membranen auf der anderen Seite der Ebene befindlich ist, sofern die Membranen unbelastet sind. Vorteilhaft weist hierzu jede Einzelmembran eine Krümmungslinie auf, die ausgehend vom Randbereich der Membran, d.h. von der Einspannstelle aus hin zum Zentrumsbereich mindestens zwei Wendepunkte hat.
In einer besonderes vorteilhaften Ausbildung der einzelnen Membranen der Mehrlagen-Membran sind die Flächen der aneinanderliegenden Oberflächen der beiden Einzelmembranen im mechanisch unbeanspruchten Zustand gleich groß. Hierdurch wird vorteilhaft die Reibung beim Verformen der Membranen während des Betriebs der Pumpe minimiert. Gleichzeitig sollte die Dicke beider Einzelmembranen, insbesondere über deren gesamte Fläche, gleich groß sein.
Ebenfalls können die Durchmesser der neutralen Fasern der kreisförmigen Einzelmembranen bei einer weiteren oder gleichen Ausführungsform gleich groß sein, wodurch ebenfalls die inneren Walkkräfte in den Membranen minimiert werden.
Auch ist es vorteilhaft, wenn die Einzelmembranen aus einem gummiartigen Material wie z.B. VITON^® oder EPDM^® gefertigt sind, wobei insbesondere auf jeweils einer flachen Seite einer oder beider Einzelmembranen eine PTFE-Folie zur chemischen Beständigkeit aufvulkanisiert ist.
Nachfolgend wird anhand von Zeichnungen eine mögliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen Mehrlagen-Membran erläutert.
Es zeigen:
1 u. 2: Querschnittsdarstellungen durch eine Mehrlagen-Membran, bestehend aus zwei aufeinander gelegten Einzelmembranen;
3: eine in einer Einspannstelle eines Pumpengehäuses eingespannte erfindungsgemäße Mehrlagen-Membran.
Die 1 und 2 zeigen eine Querschnittsdarstellung durch eine Mehrlagen-Membran 1, welche aus zwei aufeinandergelegten bzw. -liegenden Einzelmembranen 2 und 3 besteht. Zwischen den Einzelmembranen 2 und 3 kann zur Minimierung der Reibung zwischen den Einzelmembranen 2 und 3 ein Schmierfilm auf die Anlageflächen A der Einzelmembranen 2 und 3 aufgebracht sein. Um die Membranen gegen äußere chemische Einflüsse zu schützen können auf die nach außen weisenden Oberflächen 2b und 3b Folien insbesondere aus PTFE-Folien aufvulkanisiert sein.
Am äußeren Rand weisen die Einzelmembranen 2 und 3 kragenförmige bzw. wulstförmige umlaufend Vorsprünge auf, durch die die Einzelmembranen 2 und 3, wie aus der 3 hervorgeht, in der durch die beiden Gehäusehälften 4a und 4b einer Pumpe gebildeten Einspannstelle 4a' und 4b' in Position gehalten sind.
Die 2 veranschaulicht die Form der Mehrlagen-Membran. Ausgehend vom Randbereich R hin zum mittleren Bereich M wölben sich die beiden Einzelmembranen 2 und 3 zuerst in die Richtung R1. Anschließend erfolgt eine Richtungsumkehr und die Einzelmembranen 2 und 3 wölben sich mit ihrem mittleren Bereich M in die Richtung R2, wobei die erste Wölbung W1 von ihrer Auslenkung A1 her kleiner ist als die Wölbung W2 mit ihrer Auslenkung A2 – jeweils gemessen von der Ebene E, welche durch die Einspannstelle definiert ist. Die neutralen Fasern N2 und N3 befinden sich bedingt durch die gleichmäßig Dicke der beiden Einzelmembranen 2 und 3 über die gesamte Fläche der Membranen unmittelbar in der Mitte jeder Einzelmembran 2 und 3. Die Wölbungen W1 und W2 sind dabei vorteilhaft von ihren Auslenkungen A1 und A2 her so zu gestalten, daß die Gesamtflächen der neutralen Fasern N2 und N3 her gleich groß sind.
Alternativ können die Dicken der Einzelmembranen und deren Auslenkungen A1 und A2 bzw. deren Form so gewählt werden, daß die Anlageflächen A beider Einzelmembranen 2 und 3 ebenfalls gleich groß sind.
Die 3 zeigt die durch die beiden Gehäusehälften 4a und 4b gebildete Einspannstelle 4a' und 4b'. Die Einspannstellen 4a' und 4b' sind durch umlaufende Nuten in den Gehäusehälften 4a und 4b gebildet, wobei die Querschnittsform der Nuten denen der Randbereiche 2a und 2b der Einzelmembranen 2 und 3, insbesondere von der Form und/oder Art her zumindest ungefähr entspricht. Die Randbereiche 2a und 2b der Einzelmembranen 2 und 3 sind dabei von ihrem Volumen bzw. ihrer Querschnittsfläche her geringfügig größer als die Nuten 4a' und 4b', damit sich beim Einspannen bzw. Verspannen der Einzelmembranen 2 und 3 eine Dichtigkeit zwischen den Einzelmembranen 2 und 3 sowie den Gehäuseshälften 4a und 4b ergibt.
Die Kavitäten 7 und 8, welche durch die Einzelmembranen 2 und 3 voneinander getrennt sind, sind von ihrer Oberflächengestaltung her so geformt, daß sich die Einzelmembranen 2 und 3 jeweils an sie anlegen können, ohne daß die Einzelmembranen 2 und 3 dabei gedehnt werden. Die durch die umlaufende Nuten 4a' und 4b' gebildete Einspannstelle ist über einen Kanal 5 mit einer Leckageanzeigevorrichtung 6 verbunden. Ist eine der Einzelmembranen 2 und 3 undicht, so tritt das Medium von der Kavität 7 bzw. 8 durch die undichte Einzelmembran 2 bzw. 3 hindurch in den Zwischenraum zwischen den beiden Einzelmembranen 2 und 3 wo es von dort aus über den Kanal 5 hin zur Leckageanzeigevorrichtung 6 gelangt.
Es ist selbstverständlich, daß die Form der beiden Einzelmembranen sich von den dargestellten Einzelmembranen 2 und 3 unterscheiden kann, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. So kann je nach Anwendungsfall oder Aufbau der Pumpe auch die erste Wölbung W1 von ihrer Auslenkung A1 her größer sein als die Wölbung W2. Auch können grundsätzlich andere Materialien als Gummi für die Einzelmembranen zum Einsatz gelangen.

Claims

Mehrlagen-Membran für insbesondere hydraulisch beaufschlagte Pumpen, bestehend aus mindestens zwei aufeinanderliegenden Einzelmembranen, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelmembranen (2, 3) lose aufeinander liegend angeordnet und nur von einer umlaufenden Einspannstelle (4a', 4b') der Pumpe gehalten sind.
Mehrlagen-Membran nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Einzelmembranen (2, 3) ein Vakuum oder ein Schmierfilm ist.
Mehrlagen-Membran nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelmembranen (2, 3) kalottenartige Formmembranen sind.
Mehrlagen-Membran nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im mechanisch unbeanspruchten Zustand eine Einzelmembran (2, 3) ausgehend von der Einspannstelle hin zum ihrem Zentrumsbereich (M) in einem ersten Bereich (W1) zuerst in eine Richtung (R1) gewölbt ist, und in dem sich daran anschließenden Zentrumsbereich (M), in die entgegengesetzte Richtung (R2) gewölbt ist, wobei sich die Wölbung (w2) über den Zentrumsbereich (M) hin erstreckt.
Mehrlagen-Membran nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelmembranen (2, 3) von der Einspannstelle hin zum Zentrumsbereich eine Krümmungslinie aufweist, die mindestens zwei Wendepunkte hat.
Mehrlagen-Membran nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Größe der aneinanderliegenden Oberflächen bzw. Anlageflächen (A) der beiden Einzelmembranen (2, 3) im mechanisch unbeanspruchten Zustand gleich groß sind.
Mehrlagen-Membran nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke beider Einzelmembranen (2, 3), insbesondere über deren gesamte Fläche, gleich groß ist.
Mehrlagen-Membran nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächen der neutralen Fasern (N2, N3) der kreisförmigen Einzelmembranen (2, 3) gleich groß sind.
Mehrlagen-Membran nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen zwei Einzelmembranen (2, 3) ein Zwischenraum befindet, der zur Ableitung eines mittels der Pumpe geförderten Mediums oder eines im Zwischenraum befindlichen Leckagemediums hin zu einem Auslaß (5), welcher sich in Bereich der Einspannstelle befindet, dient.
Mehrlagen-Membran nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelmembran aus einem gummiartigen Material ist, wobei insbesondere auf einer flachen Seite der Einzelmembran eine PTFE-Folie aufvulkanisiert ist.
Mehrlagen-Membran nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelmembran einen an ihrem äußeren Randbereich insbesondere umlaufenden wulstartigen Kragen zur Einspannung in der Einspannstelle der Pumpe hat.
Mehrlagen-Membran nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlagefläche der Einzelmembran, mit der sie an der anderen Einzelmembran anliegt flach ist, und das auf der zur Anlagefläche abgewandten Seite der Kragen angeformt ist.
Pumpe mit einer Mehrlagen-Membran nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Pumpe einen Hydraulikraum und einen Komponentenraum aufweist, welche durch die Mehrlagen-Membran voneinander abdichtend getrennt sind.
Pumpe nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe eine Leckage-Meldeeinrichtung aufweist.
Pumpe nach Anspruch 14 , dadurch gekennzeichnet, dass der die Einspannstelle bildende Gehäuseabschnitt einen Kanal aufweist, der den Bereich zwischen den beiden Einzelmembranen mit der Meldeeinrichtung, welche insbesondere außerhalb des Gehäuses angeordnet ist, verbindet.
Pumpe nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspannstelle der Pumpe die Einzelmembranen zueinander zentriert.