DE19647882A1 - Membranpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Membranpumpe mit einem ein Pleuel aufweisenden Kurbelantrieb und einer mit dem Pleuel verbundenen, elastischen Membrane, welche Membrane eine in einer oberen Totpunktlage des Kurbelantriebes an eine benachbarte und einen Verdichtungsraum begrenzende Pumpraumwand formangepaßte Membran- Oberseite hat und die an ihrer dem Verdichtungsraum abgewandten Membran-Rückseite eine zentrale hinterschnittene Befestigungsöffnung zum Einsetzen eines formangepaßten und mit dem Pleuel verbundenen Befestigungsteiles aufweist, sowie mit einer formstabilen und mit dem Pleuel verbundenen Membran-Abstützung, welche die Membrane auf ihrer Membran-Rückseite zumindest in einem Zentralbereich formangepaßt abstützt.

Aus der FR-PS 1 564 867 ist bereits eine Membranpumpe der eingangs erwähnten Art bekannt, die einen Kurbelantrieb hat, dessen Pleuel mit einer elastischen Formmembrane verbunden ist. Während die Membran-Oberseite an eine benachbarte und einen Verdichtungsraum begrenzende Pumpraumwand formangepaßt ist, weist die Formmembrane der vorbekannten Membranpumpe an ihrer dem Verdichtungsraum abgewandten Membran-Rückseite eine zentrale hinterschnittene Befestigungsöffnung auf. In diese Befestigungsöffnung ist ein komplementär geformtes pilzförmiges Befestigungsteil eingesetzt, welches über ein aus der Befestigungsöffnung vorstehendes Schraubgewinde mit dem Pleuel verbunden ist. Die Formmembrane ist an ihrer Membran-Rückseite mittels einer formstabilen Membran- Abstützung abgestützt, welche mit dem Pleuel einstückig verbunden und in einem Zentralbereich an die Membran-Rückseite formangepaßt ist.

Da das in die Formmembrane der vorbekannten Membranpumpe eingeformte Befestigungsteil sich über ein Großteil des Mem­ branquerschnittes erstreckt, weist die Formmembrane in einem äußeren Ringbereich nur eine relativ kleine elastische Zone auf, die nur entsprechend kleine Hübe des Kurbelantriebes zuläßt und zu einem reduzierten Hubvolumen, zu einer eingeschränkten Leistung sowie zu großen Spannungen in der Membrane führt.

Aus der DE 195 10 828 A1 kennt man bereits eine Membranpumpe, deren Formmembrane einen in Hubrichtung verstärkten Zentralbereich sowie einen sich daran anschließenden äußeren Ringbereich hat, der an der Membran-Rückseite sowohl Radialrippen als auch in Umfangsrichtung verlaufende Stabilisierungsrippen aufweist. Mit Hilfe dieser zur Stabilisierung der Formmembrane vorgesehenen Rippen wird einem Durchwölben des Ringbereiches sowie den damit einhergehenden Schwingungen, insbesondere auch bei der Saugbewegung der Membran und bei großen Unterdrücken, wirkungsvoll entgegenge­ wirkt. Eine solche profilierte Membrane hat sich sehr bewährt, ist jedoch vergleichsweise aufwendig in Konstruktion und Herstellung.

Es besteht daher die Aufgabe, eine Membranpumpe der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die sich durch eine hohe Leistungsfähig­ keit auszeichnet und die dennoch mit einer vergleichsweise einfach ausgestalteten belastbaren Membrane auskommt.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht bei der Membranpumpe der eingangs erwähnten Art insbesondere darin, daß die Membran-Abstützung in einer oberen Totpunktlage quetschdruck­ frei und im wesentlichen flächig an der Membran-Rückseite anliegt, daß sich dazu an den als Montagezentrierung ausgebildeten Zentralbereich der Abstützung ein unter Berücksichtigung des Membranquerschnittsverlaufes an die Pumpraumwand formangepaßter Teilbereich der Abstützung anschließt, und daß der Durchmesser des Befestigungsteiles weniger als ein Drittel des an die Pumpraumwand formangepaßten Membranquerschnittes beträgt.

Die erfindungsgemäße Membrane ist am Pleuel mittels eines Befestigungsteiles befestigt, dessen Durchmesser weniger als ein Drittel des aktiven, an die Pumpraumwand formangepaßten Mem­ branquerschnittes beträgt. Da der aufgrund des in die Formmembrane eingesetzten Befestigungsteiles ausgesteifte Zentralbereich der Membrane somit vergleichsweise klein gehalten wird, weist die Membrane der erfindungsgemäßen Membranpumpe einen großen elastischen Bereich auf, der sich in einer oberen Totpunktlage gut an die den Verdichtungsraum begrenzende Pumpraumwand anlegen kann und auch große Hübe gestattet. Die erfindungsgemäße Membranpumpe zeichnet sich daher durch ein großes Hubvolumen und eine hohe Leistungsfähigkeit aus.

Da die Membrane auf ihrer Membran-Rückseite mittels einer Membran- Abstützung abgestützt ist, kann sich die Membrane trotz ihrer hohen Elastizität nicht unkontrolliert verformen. Eine unerwünscht hohe Walkarbeit der Membrane wird somit vermieden; gleichzeitig wirkt die hohe Elastizität der Membrane Spannungen entgegen, welche die Membrane zusätzlich belasten.

In der oberen Totpunktlage liegt die Membrane mit ihrer formange­ paßten Membran-Oberseite an der Pumpraumwand an, während die Membran-Abstützung die Membrane auf ihrer gegenüberliegenden Membran-Rückseite quetschdruckfrei und im wesentlichen flächig abstützt. Die Membranabstützung weist dazu einen unter Berücksich­ tigung des Membranquerschnittsverlaufes an die Pumpraumwand formangepaßten Teilbereich auf, der sich an den Zentralbereich der Membran-Abstützung anschließt. Dieser Zentralbereich der Abstützung ist als Montagezentrierung ausgebildet, die trotz des vergleichsweise kleinen Befestigungsteiles und der hohen Elastizität der Membrane eine lagegerechte Anordnung der Pumpraumwand, der Membrane sowie der Abstützung zueinander gewährleistet. Da die Membrane der erfindungsgemäßen Membranpumpe in ihrem den Verdichtungsraum begrenzenden aktiven Membranbereich im wesentlichen profilierungslos ausgebildet sein kann und ohne Stabilisierungsrippen auskommt, kann die Membrane der erfindungs­ gemäßen Membranpumpe vergleichsweise einfach hergestellt werden.

Eine bevorzugte Weiterbildung gemäß der Erfindung sieht vor, daß die Membranabstützung pilzförmig ausgebildet ist und eine der Membrane zugewandte, zentrale Einsenkung zur Aufnahme einer zentralen und vorzugsweise die Befestigungsöffnung aufweisenden Membran-Aufdickung aufweist. Diese in die zentrale Einsenkung der Membran-Abstützung eingreifende, formangepaßte Membran-Aufdickung dient als Montagezentrierung, welche eine lagegerechte Anordnung der Membran-Abstützung sowie der damit verbundenen Membrane begünstigt.

Eine einfache Konstruktion und Herstellung der Membrane wird noch erleichtert, wenn das Befestigungsteil einen in eine Gewindebohrung des Pleuels einschraubbaren Gewindestift aufweist und wenn in der Membran-Abstützung eine zentrale Durchgangsöffnung für diesen Gewindestift vorgesehen ist.

Um eine gute Übertragung der vom Kurbelantrieb bewirkten Hubbewegungen und um die hohe Leistungsfähigkeit der erfindungs­ gemäßen Membranpumpe noch zusätzlich zu begünstigen, ist es vorteilhaft, wenn die Membran-Abstützung rückseitig eine Auflagefläche für die Stirnseite des Pleuels aufweist.

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 Ausführungsform gemäß der Erfindung verwirklicht sein.

In der einzigen Figur ist eine Membranpumpe 1 dargestellt, deren Kurbelgehäuse 2 mit einem Pumpenkopf verbunden ist, welcher einen Zwischendeckel 3 sowie einen Abschlußdeckel 4 aufweist. Im Kurbelgehäuse 2 der Membranpumpe 1 ist ein Kurbelantrieb 5 vorgesehen, der ein Pleuel 6 hat. Das Pleuel 6 ist mit einer Formmembrane 7 verbunden, die mit ihrem Außenrand 8 zwischen dem Kurbelgehäuse 2 und dem Zwischendeckel 3 dicht eingespannt ist. Während des Betriebes der Membranpumpe 1 wird die Membrane 7 mittels des Kurbelantriebes 5 in oszillierende Hubbewegungen versetzt.

Am Zwischendeckel 3 ist eine Pumpraumwand 9 vorgesehen, die eine kugelkalottenförmige Aussparung im Zwischendeckel 3 bildet und zwischen sich und der Membrane 7 einen Verdichtungsraum 10 begrenzt. Der Verdichtungsraum 10 ist über hier nicht weiter dargestellte Kanäle mit einem Einlaßventil 11 und einem Aus­ laßventil 12 verbunden.

Während die Membran-Oberseite 13 der Membrane 7 in einer oberen Totpunktlage an die den Verdichtungsraum 10 begrenzende Pum­ praumwand 9 formangepaßt ist, weist die Membrane 7 an ihrer dem Verdichtungsraum 10 abgewandten Membran-Rückseite 14 eine zentrale hinterschnittene Befestigungsöffnung auf, in die ein komplementär geformtes Befestigungsteil 15 eingesetzt ist. Das Befestigungsteil 15 verbindet das Pleuel 6 mit der Membrane 7 und weist dazu einen, in eine stirnseitige Gewindebohrung des Pleuels einschraubbaren Gewindestift 16 auf.

Der Durchmesser des Befestigungsteiles 15 beträgt weniger als ein Drittel des an die Pumpraumwand 9 formangepaßten Membranquer­ schnittes. Da das stählerne Befestigungsteil 15 somit einen vergleichsweise kleinen Durchmesser hat, zeichnet sich die Membrane 7 durch eine große elastische Zone im Bereich A aus, der sich in einer oberen Totpunktlage gut an die den Verdichtungsraum 10 begrenzende Pumpraumwand 9 anlegen kann. Aufgrund der großen elastischen Ringzone im Bereich A ergeben sich geringere Spannungen innerhalb der Membrane 7, so daß diese im Vergleich zu vorbekannten Membranpumpen bei gleichem Durchmessern mit größeren Hüben oder bei gleichen Hüben mit kleineren Durchmessern arbeiten kann. Die Membranpumpe 1 hat daher ein entsprechend großes Hubvolumen.

Zwischen der Pleuel-Stirnseite und dem Befestigungsteil 15 ist eine Membranabstützung 17 gehalten, welche die Membrane 7 auf ihrer Membran-Rückseite 14 in einem als Montagezentrierung ausgebildeten Zentralbereich abstützt und die in einer oberen Totpunktlage quetschdruckfrei und im wesentlichen flächig nahezu die gesamte Membran-Rückseite beaufschlagt. Da die Membran- Abstützung 17 die Membrane 7 während der Hubbewegungen in einem Zentralbereich B mit möglichst großem Durchmesser formschlüssig abstützt, kann die Membrane in diesem großen zentralen Bereich B unter Druck nicht nach unten ausweichen. Von den Teilbereichen B und C der Membrane 7, welche den in einer oberen Totpunktlage an die Pumpraumwand 9 formangepaßten Membranquerschnitt bilden, wird die äußere Ringzone C von der Membran-Abstützung so optimal wie möglich unterstützt, wobei die Membran-Abstützung 17 in der oberen Totpunktlage an der Membran-Rückseite quetschdruckfrei und im wesentlichen flächig anliegt. Die der Membran-Rückseite 14 zugewandte Kontur der Membran-Abstützung 17 entspricht somit genau der Kontur der Membrane 7 auf ihrer Membran-Rückseite 14 im oberen Totpunkt. Da die Kontur der Membran-Oberseite 13 im oberen Totpunkt der Kontur der Pumpraumwand 9 entspricht, läßt sich ein hohes Verdichtungsverhältnis erzielen. Die Membran-Abstützung 17 ist etwa pilzförmig ausgebildet und weist eine der Membrane 7 zugewandte, tellerförmige zentrale Einsenkung zur Aufnahme einer komplementär geformten zentralen Membran-Aufdickung 19 auf, in der auch die Befestigungsöffnung für das Befestigungsteil 15 vorgesehen ist.

Da die Membrane auf ihrer Membran-Rückseite 14 mittels der Membran- Abstützung 17 abgestützt ist, kann sich die Membrane 7 trotz ihrer hohen Elastizität nicht unkontrolliert verformen. Eine unerwünscht hohe Walkarbeitung der Membrane 7 wird somit vermieden; gleich­ zeitig wirkt die hohe Blastizität Spannungen entgegen, welche die Membrane zusätzlich belasten könnten. In der oberen Totpunkt­ lage liegt die Membrane mit ihrer formangepaßten Membran-Oberseite 13 an der Pumpraumwand 9 an, während die Membran-Abstützung 17 die Membrane 7 auf ihrer gegenüberliegenden Membran-Rückseite 14 abstützt. Die Membran-Abstützung 17 weist dazu einen unter Berücksichtigung des Membranquerschnittsverlaufes an die Pumpraumwand 9 formangepaßten Teilbereich auf, der sich an den Zentralbereich der Abstützung 17 anschließt. Dieser, die Membran- Aufdickung 19 aufnehmende Zentralbereich der Abstützung 17 ist als Montagezentrierung ausgebildet, welche trotz des vergleichs­ weise kleinen Befestigungsteiles 15 und der hohen Elastizität der Membrane 7 eine lagegerechte Anordnung der Pumpraumwand 9, der Membrane 7 sowie der Abstützung 17 zueinander gewährleistet.

Claims (4)

1. Membranpumpe (1) mit einem ein Pleuel (6) aufweisenden Kurbelantrieb (5) und einer mit dem Pleuel (6) verbundenen, elastischen Membrane (7), welche Membrane (7) eine in einer oberen Totpunktlage des Kurbelantriebes (5) an eine benachbarte und einen Verdichtungsraum (10) begrenzende Pumpraumwand (9) formangepaßte Membran-Oberseite (13) hat und die an ihrer dem Verdichtungsraum (10) abgewandten Membran-Rückseite (14) eine zentrale hinterschnittene Befestigungsöffnung zum Einsetzen eines formangepaßten und mit dem Pleuel (6) verbundenen Befestigungsteiles (15) aufweist, sowie mit einer formstabilen und mit dem Pleuel (6) verbundenen Membran-Abstützung (17), welche die Membrane (7) auf ihrer Membran-Rückseite (14) zumindest in einem Zentralbereich (B) formangepaßt abstützt, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Membran-Abstützung (17) in einer oberen Totpunktlage quetschdruckfrei und im wesentlichen flächig an der Membran-Rückseite (14) anliegt, daß sich dazu an den als Montagezentrierung ausgebildeten Zentralbereich der Abstützung (17) ein unter Berücksichtigung des Membranquer­ schnittsverlaufes an die Pumpraumwand (9) formangepaßter Teilbereich der Abstützung (17) anschließt und daß der Durchmesser des Befestigungsteiles (15) weniger als ein Drittel des an die Pumpraumwand (9) formangepaßten Mem­ branquerschnittes beträgt.

2. Membranpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran-Abstützung (17) pilzförmig ausgebildet ist und eine der Membrane (7) zugewandte, zentrale Einsenkung zur Aufnahme einer zentralen und vorzugsweise die Befestigungsöff­ nung aufweisenden Membran-Aufdickung (19) aufweist.

3. Membranpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Befestigungsteil (15) einen in eine Gewindebohrung des Pleuels (6) einschraubbaren Gewindestift (16) aufweist und daß in der Membran-Abstützung (17) eine zentrale Durchgangsöffnung (20) für diesen Gewindestift (16) vorgesehen ist.

4. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran-Abstützung (17) rückseitig eine Auflagefläche (21) für die Stirnseite des Pleuels aufweist.