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Membran-Schlauchpumpe Die Erfindung betrifft eine Membran-Schlauchpumpe
mit einem gekrümmten Gehäuse, einer elastischen Membran und planetenartig umlaufenden
Rollen. Eine derartige Pumpe soll wesentliche Vorteile der Schlauchpumpen mit denen
der Membranpumpen vereinigen.
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Schlauchpumpen sind stopfbuchslose Verdrängerpumpen, bei denen das
Fördergut nur mit dem Schlauch in Berührung kommt. Sie eignen sich daher besonders
gut zum sterilen Fördern oder für Produkte, die nicht mit Metallen in Berührung
kommen dürfen. Ferner eignen sie sich zum Fördern aggressiver Flüssigkeiten, Suspensionen
oder Schlämmen, die Pumpen herkömmlicher Bauweisen stark angreifen oder teure Auskleidungen
erforderlich machen. Als trockenselbstansaugende Pumpen können sie im allgemeinen
auch auf längere Zeit hin Gase fördern. Der Schlauch ist ein billiges, auswechselbares
Element.
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Membranpumpen sind oszillierende Verdrängerpumpen, bei denen eine
zwischen Gehäuse und Pumpenkopf eingespannte hin- und hergehende Membran als Verdränger
wirkt. Die Förderwirkung wird mit Hilfe von Ventilen erreicht. Vorteile dieser Pumpen
sind ihr weites Anwendungsgebiet, angefangen vom Fördern hochviskoser Flüssigkeiten
bis zum Fördern von Gasen und Dämpfen, die Unabhängigkeit von Fördermenge zur Förderhöhe,
der hohe Wirkungsgrad und die mögliche hohe Frequenz der Membranschwingung.
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Schlauchpumpen haben den Nachteil, daß die Lebensdauer der verwendeten
Schläuche kurz ist und bei hohen Drehzahlen oder hohen Temperaturen ganz erheblich
sinkt. Der Gesamtwirkungsgrad ist schlecht, da die Verformungsarbeit des gequetschten
Schlauches beim Entlasten nur teilweise zurückgewonnen wird. Bei nachlassender Elastizität
des Schlauches fällt die Fördermenge, da eine Mindest-Elastizftät Vorbedingung dazu
ist, daß der Schlauch nach dem Zusammendrücken wieder seine ursprüngliche Form annehmen
kann.
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Membranpumpen haben den Nachteil, daß der Antrieb nicht rotierend,
sondern
oszilierend ist und störungsanfällige Ventile notwendig sind. Der Förderstrom ist
pulsierend.
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Die sogenannten Schlauchmembran-Pumpen (z. B. Merill Pumps Manton-Gaulin
Manufacturing Co., Everett, Massachusetts/USA oder BRD Gbm 1 984 907) sind ihrem
Prinzip nach oszillierende Membranpumpen, wobei die Membran nicht eben ist, sondern
schlauchförmig. Sie haben die Vor-und Nachteile der Membranpumpen, als besonderen
Vorteil jedoch den geraden Förderdurchgang.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schlauchpumpe zu schaffen,
welche die wesentlichen Vorteile der Schlauchpumpen mit denen der Membranpumpen
vereint und die aufgeführten Nachteile dieser beiden Pumpenarten eliminiert.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das im allgemeinen
rotationssymmetrisch gekrümmte Gehäuse mit einer ebenfalls gekrümmten, profilierten
Rille versehen ist, über welche mit Hilfe eines Spannelementes eine elastische Membran
gespannt ist, und zwei oder mehrere planetenartig umlaufende Rollen mit einem Profil,
welches die Membran in die profilierte Rille des Gehäuses preßt, eine in Drehrichtung
fortschreitende Querschnittseinschnürung und damit eine stetige Förderung erzeugen.
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Das Spannelement dichtEt die Membran ringförmig in der Randzone des
Gehäuses ab und der freie Spalt zwischen Spannelement und umlaufender Rollen ist
so klein, daß die elastische Membran auch im Bereich dieses freien Spaltes dichtend
an das Gehäuse gepreßt wird. Die umlaufenden Rollen sind in einem Rotor gelagert,
welcher über eine Welle angetrieben wird.
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Bei den Saug- und Drucköffnungen gerät die profilierte Rille allmählich
aus dem Bereich der rotierenden Rollen. Die profilierte Rille umfaßt einen Kreiswinkel,
welcher mindestens so groß ist, wie der Kreiswinkel, den zwei benachbarte Rollen
einschließen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und
wird im folgenden näher beschrieben.
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Fig. 1 zeigt die Ansicht der Membran-Schlauchpumpe.
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Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch das Gehäuse mit profilierter Rille
und gespannter Membran.
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Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch das Gehäuse mit profilierter Rille,
Membran und dichtender Rolle.
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Die dargestellte Membran-Schlauchpumpe weist gemäß Fig. 1 ein rotations-symmetrisches
Pumpengehäuse (1) auf. Das Pumpengehäuse (1) besitzt eine profilierte Rille, welche
im allgemeinen ebenfalls rotationssymmetrisch ist. Die elastische Membran (3) ist
mit Hilfe von Spannelementen (2) über diese profilierte Rille gespannt. Zwei oder
mehrere Rollen (4) sind in einem Rotor (5) gelagert, welcher über eine Welle angetrieben
wird. Die Rollen (4) besitzen ein Profil, welches ähnlich geformt ist wie das Profil
der Rille im Pumpengehäuse (1). Die Rollen (4) pressen die gespannte Membran (3)
dichtend in die profilierte Rille, wie Fig. 3 zeigt.
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Die Preßkraft läßt sich durch Wahl der Membrandicke und des Werkstoffes
und durch das Spiel zwischen Rollen und Pumpengehäuse variieren.
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Die Spannelemente (2) pressen die Membran (3) an den Rand des Gehäuses
(1) und spannen die Membran (3) so über die profilierte Rille, daß die Membran (3)
in unbelastetem Zustand (siehe Fig. 2) die Rille geradlinig überspannt. Sie federt
infolge ihrer Elastizität und Vor spannung vom belasteten Zustand (Fig. 3) in den
unbelasteten zurück. Die Membran (3) wird bedeutend weniger deformiert als ein Schlag
h bei den üblichen Schlauchpumpen, wodurch der Wirkungsgrad der vorliegenden Pumpe
und die Lebensdauer der Membran wesentlich höher ist.
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Der freie Spalt zwischen Spannelement (2) und umlaufender Rollen (4)
ist so klein, daß die elastische Membran (3) auch im Bereich dieses freien Spaltes
dichtend an das Gehäuse (1) gepreßt wird Bei den Saug- und Drucköffnungen (6) und
(7) gerät die profilierte Rille allmählich aus dem Bereich der rotierenden Rollen
(4).
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Die Arbeitsweise der Membran-Schlauchpumpe ist folgende: Rotieren
die Rollen (4), so drücken sie die Membran (3) in das Pumpengehäuse (1) und erzeugen
eine dichtende Linie, welche sich von der Saugöffnung zur Drucköffnung (6 und 7)
bewegt. Die Drehrichtung kann beidseitig sein. Vor und hinter den Rollen (4) nimmt
die Membran (3) ihre ursprüngliche Form wieder an. Dadurch entsteht ein Unterdruck,
der ein Ansaugen des Fördergutes bewirkt. Die nachfolgende Rolle trennt die angesaugte
Menge von dem Saugraum und drückt das Fördergut zwischen Membran (3) und Gehäuse
(1) zum Druckraum. Sie erzeugt dam hinter sich wiederum einen Unterdruck, wodurch
eine stetige Förderung vom Saugraum zum Druckraum erfolgt.
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Der Kreiswinkel, den zwei benachbarte Rollen (4) einschließen, ist
kleiner als der Kreiswinkel, den die profilierte Rille im rotationssymmetrischen
Pumpengehäuse (1) umfaßt. Dies ist notwendig, damit in jeder Stellung des Rotors
(5) der Druckraum gegen den Saugraum abgedichtet ist. Beim Fördern aggressiver Medien
kann das Pumpengehäuse (1) aus korrosionsbeständigem Material hergestellt werden.
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Die Vorteile der vorliegenden Erfindung bestehen insbesondere darin,
daß die beschriebene Pumpe ohne Ventile und Stopfbuchsen arbeitet und die elastische
Membran ein billiges, leicht auswechselbares Element ist, welches bei nacliassender
Elastizität schnell mit Hilfe der Spannelemente nachgespannt werden kann. Die Fördermenge
kann damit konstant gehalten werden.
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Die Verformung der Membran während des Pumpenbetriebes ist sehr viel
kleiner als die Verformung des Schlauches bei Schlauchpumpen. Die Lebensdauer der
Membran ist deshalb höher und der Gesamtwirkungsgrad der Pumpe besser. Die Eigenschwingungszahl
der gespannten Membran kann mit Hilfe der Vorspannung und des Materials hoch gewählt
werden, so daß auch hohe Drehzahlen bei dieser Pumpe möglich sind.
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Die Membran-Schlauchpumpe ist trockenselbstansaugend und fördert auch
Gase
und Dämpfe, aggressive Flüssigkeiten, Suspensionen oder Schlämmen. Der Antrieb ist
rotierend und der Förderstrom ist stetig und nicht pulsierend.