DE19634922C2 - Membranpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Membranpumpe mit einem einen Pleuel aufweisenden Kurbelantrieb und einer mit dem Pleuel verbundenen elastischen Membrane, welche Membrane an ihrer dem Verdichtungsraum abgewandten Rückseite eine hinterschnittene Befestigungsöffnung zum Einsetzen des komplementär geformten Befestigungsendes des Pleuels aufweist.

Solche Membranpumpen werden beispielsweise auch als Mikromem­ branpumpen bei tragbaren Analysegeräten verwendet. Da diese Analysegeräte und ihre Mikromembranpumpen meist unabhängig vom Stromnetz über Batterie oder Akku betrieben werden, sind hierfür Motoren mit einer geringen Stromaufnahme erforderlich. Solche Motoren haben jedoch nur eine geringe Leistungsfähigkeit, weshalb die Walkarbeit der Membran während des Betriebes dieser vorbekannten Mikromembranpumpen zu reduzieren ist. Bei derart schwachen Motoren ist daher auch die Membran ausreichend dünn auszugestalten, soll aber - insbesondere bei Analysegeräten - wieder sehr dicht sein, um die Genauigkeit dieser Geräte nicht zu beeinträchtigen.

Man kennt bereits Mikromembranpumpen, deren Membran zwischen einer dem Verdichtungsraum zugewandten metallischen Druckscheibe und dem Pleuelkopf eingespannt ist, wobei die Druckscheibe am Pleuelkopf mittels einer Schraubverbindung befestigt ist, welche eine zentrale Befestigungsöffnung der Membran durchsetzt. Eine solche Druck­ scheibenklemmung hat jedoch einen zentralen unelastischen Bereich der Membran zur Folge, wodurch das Hubvolumen reduziert und die Leistung der vorbekannten Mikromembranpumpe eingeschränkt wird.

Man hat daher auch eine Mikromembranpumpe der eingangs erwähnten Art geschaffen, bei der die mit ihrem Umfangsrandbereich im Pumpenkopf eingespannte Membran einem im Querschnitt etwa T-förmigen Pleuelkopf formschlüssig umschließt. Durch diese formschlüssige Verbindung der Membran am Pleuelkopf kann auf die vorerwähnte Druckscheibenklemmung der Membran verzichtet werden. Diese vorbekannte Mikromembranpumpe hat ein größeres Hubvolumen, da die Membran auch in ihrem Zentralbereich elastisch ist. Während des Betriebes der vorbekannten Mikromembranpumpe bewegt sich die Membran aber auf dem von ihr umschlossenen Pleuelkopf hin und her, was mit einer zusätzlichen Walkarbeit der Membran verbunden ist.

Aus der DE 295 05 021 U1 sowie der DE 33 11 104 A1 kennt man bereits Membranpumpen, in deren Formmembran ein als Mitnehmerkern ausgebildeter Formkern einvulkanisiert ist. Der Formkern dieser vorbekannten Membranpumpen weist einen Gewindestutzen auf, der mit dem Pleuel verbunden ist. Da der in die Membran einvulkanisierte Formkern eine gewisse Mindesthöhe der Membrane erforderlich macht, weisen diese vorbekannten Membran einen im Vergleich zu ihrem äußeren Ringbereich wesentlich dicker und dabei besonders formstabil ausgebildeten Zentralbereich auf. Eine derart hohe und in einem vergleichsweise großen Zentralbereich unelastische Formmembrane hat sich insbesondere bei großen Vakuumpumpen bereits bewährt, ist jedoch beispielsweise für Mikromembranpumpen weniger gut geeignet.

Es besteht daher die Aufgabe, eine Membranpumpe der eingangs erwähnten Art zu schaffen, deren Membran auf einfache Weise und dennoch so präzise am Pleuelkopf befestigt werden kann, daß während des Betriebes keine zusätzliche Walkarbeit auftritt.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht bei der Membranpumpe der eingangs erwähnten Art darin, daß das Pleuel an seinem Befestigungsende einen etwa radial über den Querschnitt des Pleuels überstehenden Stützkragen hat, der eine vergrößerte Stützfläche zur unterseitigen Abstützung eines zentralen, eine entsprechend dimensionierte Auflagefläche aufweisenden Membran­ bereiches bildet, daß über diese Stützfläche des Pleuels ein ringförmiger Befestigungsvorsprung vorsteht, der auf einem zur Pleuellängsachse konzentrischen Kreis angeordnet und mit einem an seinem freien Randbereich hakenartig seitlich vorspringenden Hintergreifrand vorgesehen ist, und daß der ringförmige Befestigungs­ vorsprung in einer Befestigungsöffnung der Membran verrastbar ist, welche Befestigungsöffnung durch einen äußeren Stützring und einen zapfenförmigen Einsatzteil an der Membranunterseite begrenzt ist.

Bei der erfindungsgemäßen Membranpumpe hat das Pleuel eine Stützfläche, welche einen zentralen, eine Auflagefläche aufweisenden Membranbereich abstützt. Durch die an ihrer Membranunterseite abgestützte Membran kann diese sich während des Betriebes nicht am Pleuel hin- und herbewegen, wodurch eine unerwünschte zusätzliche Walkarbeit der Membran vermieden wird. Insbesondere ein größer dimensionierter Stützring übt zudem einen Einfluß auf die mögliche Förderleistung der Membrane aus, weil diese nämlich insbesondere bei einem größeren Durchmesser des Stützringes eine größere kolbenartige Zone schafft, die sich während des Auf- und Abwärtshubes nicht verformt und somit zu einem größeren Hubvolumen führt. Gleichzeitig gestattet die erfindungsgemäße Lösung einen relativ kleinen, festen Durchmesser des Pleuels, so daß sich verhältnismäßig große elastische Zonen herausbilden, die zu niedrigen Spannungen in der Membrane und dadurch zu einem größeren Hub im Verhältnis zum Wirkdurchmesser der Membrane führen. Die Membrane zeichnet sich daher durch bessere Membrandehnungsverhältnisse und ihren stets gleichbleibend einwandfreien Sitz aus. Da die Membrane der erfindungsgemäßen Membranpumpe keine zentrale Befestigungsöffnung mehr benötigt, ist diese Membrane an der Pleuelbefestigung im Gegensatz zur vorbekannten Druckscheibenklemmung sehr dicht.

Erfindungsgemäß wird die Befestigungsöffnung an der Membran durch einen zapfenförmigen Einsatzteil begrenzt, der die Zentrierung und Führung der Membran während der Schwingbewegungen übernimmt. Gleichzeitig übernimmt dieser zapfenförmige Einsatzteil die radialen und axiale Führung der Membrane gegenüber dem Pleuel. Die Membrane wird dadurch so präzise auf dem Pleuel fixiert, daß sowohl radiale sowie axiale Kräfte sie nicht aus ihrer Position gegenüber dem Pleuel verändern.

Da das Pleuel mit Hilfe eines ringförmigen Befestigungsvorsprunges mit an seinem freien Randbereich hakenartig seitlich vorspringendem Hintergreifrand an der Membran lösbar verrastbar ist, kann die Membran auf einfache Weise und dennoch präzise am Pleuelkopf befestigt werden. Dabei begünstigt der ringförmige und auf einem zur Pleuellängsachse konzentrischen Kreis angeordnete Befestigungs­ vorsprung die gute Zentrierung und Führung der Membran während ihrer Schwingbewegungen; gleichzeitig wird die Membran besonders präzise auf dem Pleuel fixiert.

Bei der erfindungsgemäßen Membranpumpe überträgt die Membrane über ihre zentrale und entsprechend dimensionierte Auflagefläche einen Teil der Druckkräfte auf den etwa radial über den Querschnitt des Pleuels überstehenden Stützkragen. Dieser Stützkragen bildet eine vergrößerte Stützfläche, welche die Membran an ihrer Membran­ unterseite derart abstützt, daß sich diese während des Betriebes nicht am Pleuel hin- und herbewegen kann. Mit Hilfe der durch den überstehenden Stützkragen gebildeten vergrößerten Stützfläche wird einer unerwünschten, die Leistungsfähigkeit der erfindungsgemäßen Membranpumpe beeinträchtigenden Walkarbeit der Membran entgegenge­ wirkt.

Um die gute Zentrierung der Membrane am Befestigungsende des Pleuels zu begünstigen, ist es zweckmäßig, wenn an der Stützfläche des Pleuels ein vorzugsweise zentraler Zentriervorsprung zum Eingreifen in eine Gegenausnehmung der Membrane vorgesehen ist.

Um die Membrane über einen möglichst großen radialen Bereich elastisch ausgestalten zu können und um die mögliche Förderleistung der Membrane positiv zu beeinflussen, ist es vorteilhaft, wenn die dem Verdichtungsraum der Pumpe zugewandte Seite der Membrane befestigungsmittelfrei ist.

Um eine hohe Dichtigkeit an der Pleuelbefestigung zu erreichen, ist es zweckmäßig, wenn die Membrane dem Verdichtungsraum zugewandt durchgehend geschlossen ausgebildet ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß die erfindungsgemäße Membranpumpe als Mikromembranpumpe ausgebildet ist.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispieles in Verbindung mit den Ansprüchen sowie der Zeichnung. Die einzelnen Merkmale können je für sich oder zu mehreren bei einer Ausführungs­ form gemäß der Erfindung verwirklicht sein.

Die einzige Figur zeigt den Kurbelantrieb 1 sowie eine mit einem Pleuel 2 des Kurbelantriebes 1 verbundene Membrane 3 einer Membranpumpe in einer schematischen Darstellung. Das Pleuel 2 des Kurbelantriebes 1 ist mit der Membrane 3 derart verbunden, daß die Membrane 3 über das Pleuel 2 während des Betriebes der Membranpumpe hin- und herbewegt wird.

Das Pleuel 2 hat an seinem der Membrane 3 zugewandten Befestigungs­ ende eine Stützfläche 4 zur unterseitigen Abstützung des zentralen, eine Auflagefläche 5 aufweisenden Membranbereiches. Über die Stützfläche 4 des Pleuels 2 steht ein konzentrisch zur Pleuellängs­ achse angeordneter ringförmiger Befestigungsvorsprung 6 vor, der an seinem freien Randbereich einen hakenartig seitlich nach außen vorspringenden Hintergreifrand 7 hat. Der in axialer Richtung des Pleuels 2 vorstehende Befestigungvorsprung 6 greift formschlüssig in eine als Ringnut ausgebildete und in ihrem lichten Querschnitt entsprechend hakenförmig ausgestaltete Befestigungsöffnung 8 an der Membranunterseite ein.

Diese ringförmige Befestigungsöffnung 8 begrenzt an der Membran­ unterseite ein zapfenförmiges Einsatzteil 9, welches in der einzigen Figur am inneren Umfangsrand des ringförmigen Be­ festigungsvorsprunges 6 anliegt.

Die am Pleuel 2 vorgesehene Stützfläche 4 stützt den zentralen, die Auflagefläche 5 aufweisenden Membranbereich der Membrane 3 ab. Durch die an ihrer Membranunterseite abgestützte Membrane 3 kann diese sich während des Betriebes der Membranpumpe am Pleuel nicht mehr hin- und herbewegen, wodurch eine unerwünschte zusätzliche Walkarbeit der Membrane 3 vermieden wird. Insbesondere eine größer dimensionierte Stützfläche übt zudem einen Einfluß auf die mögliche Förderleistung der Membrane 3 aus, weil diese nämlich insbesondere bei einem größeren Durchmesser der Stützfläche 4 eine größere kolbenartige Zone schafft, die sich während des Auf- und Abwärtshubes nicht verformt und somit zu einem größeren Hubvolumen führt. Gleichzeitig gestattet diese Konstruktion einen relativ kleinen festen Durchmesser des Pleuels 2, so daß sich verhältnismäßig große elastische Zonen herausbilden, die zu niedrigen Spannungen in der Membrane 3 und dadurch zu einem größeren Hub im Verhältnis zum Wirkdurchmesser der Membrane 3 führen. Die Membrane 3 zeichnet sich daher durch bessere Membrandehnungsverhältnisse und ihren stets gleichbleibend einwandfreien Sitz aus. Da die Membrane 3 der hier dargestellten Membranpumpe keine zentrale Befestigungsöffnung mehr hat, ist diese Membrane 3 an der Pleuelbefestigung im Gegensatz zur vorbekannten Druckscheibenklemmung sehr dicht.

Aus der einzigen Figur wird deutlich, daß die am Befestigungsende des Pleuels 2 befindliche Stützfläche 4 zur unterseitigen Abstützung des zentralen, eine Auflagefläche 5 aufweisenden Membranbereiches, einen etwa radial über den Querschnitt des Pleuels überstehenden Stützkragen 10 hat, wobei die zentrale Auflagefläche 5 an der Membrane 3 entsprechend dieser vergrößerten Sützfläche 4 dimensioniert ist. Die Membrane 3 weist dazu einen Stützring 12 auf, der zwischen sich und dem zapfenförmigen Einsatzteil 9 die Befestigungsöffnung 8 begrenzt.

Das zapfenförmige Einsatzteil 9 übernimmt während der Schwingbewe­ gungen der Membrane deren Zentrierung und Führung. Dabei begünstigt das zentrale Einsatzteil 9 außerdem die radiale und axiale Führung der Membrane 3 gegenüber dem Pleuel 2.

Im Zentrum des Befestigungsvorsprunges 6, etwa koaxial zur Pleuel- Längsachse, kann an der Stützfläche 4 des Pleuels 2 zusätzlich ein zentraler Zentriervorsprung 11 vorgesehen sein, der in eine Gegenausnehmung der Membrane 3 eingreift. Durch diesen Zentriervor­ sprung 11 wird die gute Zentrierung und Führung der Membrane 3 während der Schwingbewegung noch zusätzlich begünstigt. Durch die oben beschriebenen Maßnahmen ist die Membrane 3 so präzise auf dem Pleuel 2 fixiert, daß sowohl radiale wie auch axiale Kräfte sie nicht aus ihrer Position gegenüber dem Pleuel verändern.

Da die Membrane 3 am Befestigungsende des Pleuels 2 ausreichend fest montierbar ist, kann die dem Verdichtungsraum der Pumpe zugewandte Seite der Membrane 3 befestigungsmittelfrei ausgestaltet werden. Um dabei eine hohe Dichtigkeit an der Pleuelbefestigung zu erreichen, ist es vorteilhaft, wenn die Membrane dem Verdich­ tungsraum zugewandt durchgehend geschlossen ausgebildet ist.

Die Membrane 3 zeichnet sich somit durch eine hohe Dichtigkeit an der Pleuelbefestigung aus. Dabei kann die Membrane sowohl als Flach- wie auch als Struktur- oder als Formmembrane ausgebildet sein. Durch die Ausgestaltung der Membrane 3 als Formmembrane können kleinere schädliche Räume und damit höhere Verdichtungs­ verhältnisse erreicht werden.

Da bei der hier nur schematisch dargestellten Membranpumpe eine Druckscheibenklemmung nicht erforderlich ist, können bessere Membrandehnungsverhältnisse erreicht werden. Da das zapfenförmige Einsatzteil 9 in die vom Befestigungsvorsprung 6 begrenzte Ausnehmung am Befestigungsende des Pleuels 2 eingreift und da der in der Befestigungsöffnung 8 verrastbare Befestigungsvorsprung 6 praktisch für eine Selbstzentrierung der Membrane 3 sorgt, kann auf eine zeitaufwendige Ausrichtung der Membrane 3 bei der Montage verzichtet werden. Die Membrane 3 zeichnet sich dennoch durch einen sets gleichbleibenden einwandfreien Sitz aus.

Claims (5)

1. Membranpumpe mit einem einen Pleuel (2) aufweisenden Kurbel­ antrieb (1) und einer mit dem Pleuel (2) verbundenen, elastischen Membrane (3), welche Membrane (3) an ihrer dem Verdichtungsraum abgewandten Rückseite wenigstens eine hinterschnittene Befestigungsöffnung (8) zum Einsetzen des komplementär geformten Befestigungsendes des Pleuels (2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Pleuel (2) an seinem Befestigungsende einen etwa radial über den Querschnitt des Pleuels (2) überstehenden Stützkragen (10) hat, der eine vergrößerte Stützfläche(4) zur unterseitigen Abstützung eines zentralen, eine entsprechend dimensionierte Auflagefläche (5) aufweisenden Membranbereiches bildet, daß über diese Stütz­ fläche (4) des Pleuels (2) ein ringförmiger Befestigungsvor­ sprung (6) vorsteht, der auf einem zur Pleuellängsachse konzentrischen Kreis angeordnet und mit einem an seinem freien Randbereich hakenartig seitlich vorspringenden Hintergreifrand (7) vorgesehen ist, und daß der ringförmige Befestigungsvor­ sprung (6) in einer Befestigungsöffnung (8) der Membran (3) verrastbar ist, welche Befestigungsöffnung (8) durch einen äußeren Stützring (12) und einen zapfenförmigen Einsatzteil (9) an der Membranunterseite begrenzt ist.

2. Membranpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einsatzteil (9) in Montagestellung an dem ringförmigen Befestigungsvorsprung (6) des Pleuels (2) seitlich anliegt.

3. Membranpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an der Stützfläche (4) des Pleuels (2) ein vorzugsweise zentraler Zentriervorsprung (11) zum Eingreifen in eine Gegenausnehmung der Membrane vorgesehen ist.

4. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Verdichtungsraum der Pumpe zugewandte Seite der Membrane (3) befestigungsmittelfrei ist.

5. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Membrane (3) dem Verdichtungsraum zugewandt durchgehend geschlossen ausgebildet ist.