DE19638722C1 - Doppelmembranpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Doppelmembranpumpe mit einem Zentralgehäuse, zwei Produktkammern, zwei die Produktkammern gegen Druckmittelkammern abdichtenden Membranen, einer die beiden Membranen verbindenden Kop­ pelstange und einem Steuerblock zum wechselseitigen, ge­ steuerten Beaufschlagen der Druckmittelkammern mit Druckmittel.

Derartige Doppelmembranpumpen dienen zum Fördern von hochreinen Flüssigkeiten wie Säuren, Laugen und Lösungs­ mitteln, insbesondere in der Halbleiterindustrie. Sie besitzen den Vorteil, daß nur wenige mit beweglichen Elementen in Verbindung stehende Dichtungen notwendig sind und daß dementsprechend nur eine geringe Menge an Verschleißpartikeln erzeugt wird, die zu Verunreinigun­ gen des zu fördernden Produktes führen. Weitere Vorteile solcher innendurchströmter Pumpen liegen darin, daß nur eine geringe Oberfläche dem zu fördernden Produkt ausge­ setzt ist und insbesondere nur ein mit dem Produkt in Berührung stehendes Gehäuseteil mit geringer Abmessung erforderlich ist.

Eine derartige Doppelmembranpumpe ist aus der deutschen Offenlegungsschrift 33 10 131 bekannt. Bei dieser Dop­ pelmembranpumpe liegen die Druckmittelkammern im Bereich zwischen den Membranen, während die Produktkammern au­ ßerhalb liegen. Der Steuerblock ist parallel zur Achse der Koppelstange ausgerichtet, die Koppelstange zwischen zwei stabilen Endstellungen hin- und herbewegt wird

Nachteilig ist bei diesem Aufbau der Strömungsverlauf des zu fördernden Produktes, das um den Steuerblock mit den Membranen und der Koppelstange herumgeführt werden muß. Dadurch entsteht eine verhältnismäßig große pro­ duktberührte Oberfläche, und zwischen Ein- und Auslaß sind vier Strömungsrichtungsänderungen notwendig. Dar­ über hinaus ist eine Reihe von Dichtungen notwendig, die den gesamten Aufbau kompliziert und temperaturänderungs­ empfindlich machen. Bei dadurch bedingten Störungen des Pumpmechanismus ist dann möglicherweise eine vollstän­ dige Demontage einschließlich der produktberührten Teile erforderlich.

Bei einer aus der deutschen Patentschrift 41 36 805 be­ kannten Doppelmembranpumpe ist die Anordnung der Pro­ dukt- und Druckmittelkammern umgekehrt, die Anzahl der Strömungsrichtungsänderungen demnach geringer. Um ein Abdichten der Koppelstange gegenüber den mit wechselnden Drücken beaufschlagten Produktkammern zu vermeiden, sind die beiden Membranen nicht mit einer innenliegenden Kop­ pelstange verbunden, sondern außen herum mit Hilfe einer zwischen Kolbenstangen der Membranen verlaufenden bügel­ förmigen Außenverbindung. Daher sind die beiden einander gegenüberliegenden Produktkammern innerhalb des Zentral­ gehäuses völlig voneinander getrennt, so daß eine Dich­ tung nicht erforderlich ist.

Als wesentlicher Nachteil ergibt sich bei dieser Pumpe, daß eine zu große Zahl von Bauelementen notwendig und die Konstruktion daher zwangsläufig sehr kompliziert ist. Weiterhin sind die Lagerungen des Systems aus Mem­ branen und Außenverbindung zusätzlich radial belastet, so daß sie stabiler als bei einer Pumpe mit innen ange­ ordneter Koppelstange sein müssen. Schließlich ist der Montageaufwand wesentlich höher.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Doppel­ membranpumpe zu schaffen, bei der die Anzahl der Strö­ mungsrichtungsänderungen und die Reibungsverluste an der sich hin- und herbewegenden Koppelstange minimal sind.

Das zuvor aufgezeigte technische Problem wird dadurch gelöst, daß die Produktkammern einander gegenüberliegen und die Koppelstange zwischen den Produktkammern ver­ läuft. Dadurch entfallen zusätzliche Strömungsrich­ tungsänderungen, jedoch ist eine Dichtung für die sich hin- und herbewegende Koppelstange gegenüber den Pro­ duktkammern erforderlich. Diese Dichtung weist Dich­ tungsrippen auf, die berührungslos der Oberfläche der sich hin- und herbewegenden Koppelstange, vorzugsweise mit einer engen Toleranz gegenüberliegen. Ohne daß es also zu einer Berührung zwischen der Oberfläche der Kop­ pelstange und den Dichtungsrippen kommt, ergeben sich so Drosselstellen zwischen den Dichtungsrippen und der Oberfläche der Koppelstange. Gleichzeitig befindet sich zwischen jeweils benachbarten Dichtungsrippen eine Kam­ mer, in der es zu Verwirbelungen kommt. Durch die damit verbundene Geschwindigkeitserhöhung im Bereich der Dich­ tungsrippen und die sich anschließende Verwirbelung in den Kammern wird Stufe um Stufe der Druck von der unter höherem Druck stehenden Produktkammer zu der mit niedri­ gerem Druck beaufschlagten Produktkammer abgebaut. Es ergibt sich eine effektive Dichtung, ohne daß durch Rei­ bung Verschleißpartikel erzeugt werden, die das zu för­ dernde Produkt verunreinigen würden.

Die Dichtungsrippen sind vorzugsweise an der Innenseite einer im Zentralgehäuse angeordneten Dichtungsbuchse an­ geordnet. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß sich bei einer Umrüstung der Pumpe, beispielsweise für andere Maximaldruckunterschiede, die Anzahl der Dichtungsrippen durch Auswechseln der Buchse gegen eine mit Dichtungs­ rippen anders bestückte Buchse ändern läßt, ohne daß das Zentralgehäuse der Doppelmembranpumpe verändert werden muß. Erfindungsgemäß kann auch die den Dichtungsrippen gegenüberliegende Oberfläche durch eine auf die Koppel­ stange aufgesetzte Dichtungshülse geschaffen werden. Da­ durch ergeben sich dieselben Vorteile, wie sie zuvor in bezug auf die Dichtungsbuchse beschrieben worden sind. Die Koppelstange braucht nicht vollständig aus korrosi­ onsbeständigem Material zu bestehen.

Die Dichtungshülse und die Dichtungsbuchse sind leicht auswechselbar; die erfindungsgemäße Doppelmembranpumpe läßt sich daher ohne besondere Spezialkenntnisse demon­ tieren und warten.

Um mit der erfindungsgemäßen Dichtung einen typischen maximalen Druckunterschied zwischen den Produktkammern von ca. 7 bar abzufangen, sind beispielsweise 9 Dich­ tungsrippen erforderlich, so daß an jeder Dichtungsrippe ein Druckabfall von ca. 0,8 bar auftritt. Dadurch ist der maximale, an jeder Dichtungsrippe auftretende Druck­ abfall begrenzt und die Verwendung von Fluorthermopla­ sten als Werkstoff für die Dichtung möglich. Dadurch können Metalle als Werkstoffe für die Dichtung vermieden werden, die in der Regel eine nicht ausreichende Korro­ sionsbeständigkeit aufweisen und durch Metallionenemmis­ sionen zur Verunreinigung des zu fördernden Produktes beitragen.

Da die erfindungsgemäße Dichtung auch gegenüber Gasen wirkt, verfügt die Doppelmembranpumpe auch ohne glei­ tende Dichtung über ein gutes Trockenansaugvermögen. Weiterhin bewirkt die Dichtung einen weicheren Übergang von der Ansaug- zur Förderphase der Membrane und damit eine geringere Pulsation.

Die erfindungsgemäße Doppelmembranpumpe erfüllt die sehr hoch gesteckten Anforderungen der Halbleiterindustrie hinsichtlich der Partikelerzeugung, Trockenlauffähig­ keit, Wartungsfreiheit und Temperaturbelastbarkeit bis zu 180°C ohne die Verwendung von Metallen.

Im folgenden wird die Erfindung aufgrund eines Ausfüh­ rungsbeispieles anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Doppelmembranpumpe im Querschnitt und

Fig. 2 einen Ausschnitt des in Fig. 1 dargestellten Querschnitts, mit der Dichtung im Detail.

Die Doppelmembranpumpe 1 weist ein Zentralgehäuse 2 auf, in dem koaxiale Produktkammern 3 angeordnet sind, die mittels jeweils einer Membran 4 gegenüber einer Druckmittelkammer 5 abgeschlossen sind. Weiterhin ver­ bindet eine Koppelstange 6 die beiden Membranen 4 mit­ einander. Die Produktkammern 3 sind auf den einander ge­ genüberliegenden Seiten der Membranen 4 angeordnet, so daß sich die Koppelstange 6 durch die Produktkammern 3 erstreckt. Die Koppelstange 6 ist mit Hilfe einer Dich­ tung 7 gegenüber den beiden Produktkammern 3 abgedich­ tet. Schließlich dient ein Steuerblock 8 einem wechsel­ seitigen, gesteuerten Beaufschlagen der Druckmittelkam­ mern 5 mit Druckmittel.

Dieser Steuerblock 8 befindet sich in einem benachbart zum Zentralgehäuse 2 angeordneten Gehäuseteil 9; er weist einen Steuerschieber 10 auf, der mittels einer Be­ tätigungsstange 11 von der Bewegung der Membranen 4 ge­ steuert wird. Der Steuerblock 8 kann dabei insgesamt wie in der deutschen Patenschrift 41 06 180 beschrieben aus­ gestaltet sein.

Die erfindungsgemäße Dichtung 7 weist Dichtungsrippen 12 auf, die mit nur einem sehr geringen Abstand der Ober­ fläche eines Abschnittes 13 der Koppelstange 6 oder - wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt - einer Dichtungs­ hülse 14 gegenüberliegen. Die Dichtungshülse 14 ist an der Koppelstange 6 zwischen den Membranen 4 befestigt. Die Dichtungsrippen 12 sind kreisförmig ausgebildet, und es ergibt sich an jeder Dichtungsrippe 12 über den ge­ samten Umfang der Dichtungshülse 14 ein gleichmäßig breiter Ringspalt, wenn die notwendigen geringen Tole­ ranzen eingehalten werden.

Die Dichtungsrippe 12 besitzt einen dreieckigen Quer­ schnitt; ihre Flanken können jedoch auch konvex oder konkav gebogen sein. Die Dichtungsrippen befinden sich an der Innenseite einer im Zentralgehäuse 2 angeordneten Dichtungsbuchse 15; sie liegen der Oberfläche der Dichtungshülse 14 direkt gegenüber. Sowohl die Dich­ tungshülse 14 als auch die Dichtungsbuchse 15 sind als separate, leicht austauschbare Elemente ausgestaltet.

Die Anzahl der Dichtungsrippen 12 ist auf das verwendete Material abgestimmt, damit die maximale über jeder Dich­ tungsrippe 12 abfallende Druckdifferenz nicht größer ist, als durch das Material und die Form der Dichtungs­ rippe 12 ausgehalten werden kann. Als bevorzugte Mate­ rialien für die Dichtungsrippen 12 können daher Fluor­ thermoplaste verwendet werden.

Claims (6)

1. Doppelmembranpumpe mit

• - einem Zentralgehäuse (2),
• - zwei Produktkammern (3),
• - zwei die Produktkammern gegen Druckmittelkammern (5) abdichtenden Membranen (4),
• - einer die beiden Membranen (4) verbindenden, durch die Produktkammern verlaufenden Koppel­ stange (6),
• - die Koppelstange gegen die beiden Produkt­ kammern berührungslos abdichtenden Dichtungsrip­ pen (7) und
• - einem Steuerblock (8) zum wechselseitigen Beaufschlagen der Druckmittelkammern mit Druckmittel.

2. Doppelmembranpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Dichtungsrippen (7) einen drei­ eckigen Querschnitt besitzen.

3. Doppelmembranpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Koppelstange (6) eine Dichtungshülse (14) angeordnet ist.

4. Doppelmembranpumpe nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsrippen (12) an der Innenseite einer Dichtungsbuchse (15) ange­ ordnet sind.

5. Doppelmembranpumpe nach einem der Ansprüche 2 bis 4, gekennzeichnet durch acht bis zehn Dichtungsrippen (7)

6. Doppelmembranpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Dichtungsrippen (12) aus Fluor­ thermoplasten hergestellt sind.