DE19715250A1 - Rotationsverdrängerpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Pumpe mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen. Eine solche Pumpe ist aus dem DE-295 11 966 U be­ kannt. Die bekannte Pumpe hat eine stillstehende Anordnung aus einer Grund­ platte und zwei Spannplatten, zwischen denen die Grundplatte eingespannt ist. In der Oberfläche der Grundplatte ist eine Ringfläche vorgesehen, welche sich über einen Teilkreis oder einen Vollkreis erstreckt und von einer Membran überdeckt ist, welche mittels der einen Spannplatte an ihren Rändern dicht mit der Grund­ platte verspannt ist. Zwischen der Membran und der Ringfläche der Grundplatte ist ein Pumpkanal gebildet in welchen durch die Grundplatte hindurch ein Zulauf und ein Ablauf einmünden. Der Pumpkanal verbindet den Zulauf und den Ablauf auf dem längeren Weg, wohingegen der kürzere Weg zwischen Zulauf und Ab­ lauf blockiert ist. Koaxial zur Ringfläche ist über der Membran ein Rotor angeord­ net, welcher mehrere Rollen hat, die mittels axial verschieblicher Druckübertra­ gungsglieder, welche kranzförmig über der Membran angeordnet sind, auf die Membran einwirken und sie lokal gegen die Ringfläche drücken, wodurch die Membran an umlaufenden Stellen den Weg vom Zulauf zum Ablauf unterbricht und dadurch für die gewünschte Pumpwirkung sorgt. Mittels eines Stellrings, wel­ cher oberhalb der einen Spannplatte in der Nachbarschaft der Rollen angeordnet ist, kann der Hub der Druckübertragungsglieder eingestellt werden; damit wird zugleich die Förderleistung der Pumpe eingestellt.

Die Spannplatte, welche auf der der Membran abgewandten Seite der Grundplat­ te angeordnet ist, ist ringförmig ausgebildet und durch mehrere an ihrem Umfang angeordnete Schrauben mit der gegenüberliegenden Spannplatte verschraubt, wodurch zugleich der Rand der Membran fest eingespannt wird. Koaxial zur Ro­ torwelle erstreckt sich durch die kreisförmige Öffnung der ringförmigen Spann­ platte eine Gewindestange nach außen, auf welche eine Stellmutter aufgedreht ist, welche es gestattet, über Federkraft den Druck einzustellen, mit welchem die Rollen auf die Membran einwirken. Durch Verdrehen der Stellmutter kann der Förderdruck der Pumpe verändert werden.

Beim Betrieb der Pumpe treten Pulsationen auf, die durch das Zurücksaugen von Pumpmedium ausgelöst werden nachdem die Rolle den Kranz der Druckübertra­ gungsglieder überlaufen hat. Dies ist unerwünscht, oder führt sogar dazu, daß die Pumpe für manche Anwendungen ungeeignet ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein pulsationsarmes Ar­ beiten der Pumpe zu erzielen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Pumpe mit den im Anspruch 1 angegebe­ nen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Durch ein erfindungsgemäßes Verringern des Hubs einer Membran im Über­ gangsbereich zwischen einer Ringfläche und einem Ablauf - verglichen mit dem übrigen Bereich eines Pumpkanals - springt die Membran nicht mehr so weit zurück wie bei einem größeren Hub, sobald eine Rolle über das letzte Drucküber­ tragungsglied hinweggelaufen ist. Dadurch wird der Effekt verringert, daß ein ge­ fördertes Medium durch ein Zurückschlagen der Membran wieder in den Pumpka­ nal zurückgesaugt wird. Dies führt zu einem pulsationsarmen, schonenden Be­ trieb der Pumpe, da sie nicht ständigen starken Rückschlagvibrationen ausge­ setzt ist. Dies ist für bestimmte Anwendungen eine unabdingbare Voraussetzung, so z. B. beim Pumpen und Spritzen von feinem Lack, da sonst ein an einem Ab­ lauf der Pumpe angeschlossener Spritzschlauch ständig zuckt und ein gleichmä­ ßiges Spritzen nicht möglich ist.

Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, daß der Hub der letzten ablaufseitigen Druckübertragungsglieder geringer ist als jener der übrigen Druckübertragungs­ glieder. Dies führt dazu, daß der Hub der Membran geringer wird und somit die Rücksaugwirkung auf das Pumpmedium kleiner wird.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Membran durch ein in Richtung der Grundplatte vorspringendes, in dem Übergangsbereich oder über dem Ablauf angeordnetes Teil permanent ausgelenkt ist. Dies bewirkt, daß sich die Membran im Bereich zwischen dem vorspringen Teil und dem dem Pumpkanal abgewandten Ende des Ablaufs nicht bewegt. Dies bedeutet, daß kaum mehr eine Rücksaugwirkung auf das Pumpmedium vorhanden ist und ver­ größert somit die Pulsationsarmut der Pumpe erheblich.

Um einen Knick in der Membran zu vermeiden, ist es als weitere vorteilhafte Wei­ terbildung möglich, daß sich die Druckübertragungsglieder im Übergangsbereich zwischen der Ringfläche und dem Ablauf bei Annäherung an den Ablauf in ihrer zurückgezogenen Endstellung fortschreitend der Flucht der Grundplatte nähern.

Als weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß zwi­ schen den Druckübertragungsgliedern und dem Niederhalter in axiale Richtung sich gegenüberliegende Anschlagflächen ausgebildet sind, an denen die Druckübertragungsglieder in ihrer zurückgezogenen Endstellung an den Nieder­ halter anschlagen und die Anschlagflächen der ablaufseitigen Druckübertra­ gungsglieder gegen den Ablauf hin fortschreitend weiter vom membranseitigen Ende der Druckübertragungsglieder entfernt sind. Dies gewährleistet, daß der Hub der einzelnen Druckübertragungsglieder gegen Ende des Pumpkanals zum Ablauf hin immer geringer wird. Dies führt zu einer Verringerung des Hubes der Membran im Bereich des Ablaufs, so daß die Rücksaugwirkung auf das Pumpme­ dium verringert wird.

Der gleiche Effekt, nämlich daß die Druckübertragungsglieder zum Ende des Pumpkanals hin weniger Hub aufweisen, wird durch eine weitere vorteilhafte Weiterbildung dadurch erreicht, daß die Anschlagfläche des Niederhalters zum Ablauf hin in Richtung der Flucht der Ringfläche abfällt.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Membran auf der dem Pumpkanal abgewandten Seite des Ablaufs an der Grundplatte befe­ stigt ist. Dadurch verläuft die Membran diagonal über den Ablauf, so daß sie in diesem Bereich in ihrer zurückgezogenen Lage - d. h. bei nicht ausgelenkten Druckübertragungsgliedern - einen geringeren Abstand zur Flucht der Grundplat­ te aufweist als im übrigen Bereich des Pumpkanals. Dadurch wird bewirkt, daß der mögliche Hub über dem Ablauf, der durch ihren ausgelenkten und zurückge­ zogenen Endzustand definiert wird, geringer ist als im übrigen Bereich des Pumpkanals.

Durch die oben genannten vorteilhaften Weiterbildungen der Erfindung wird der Querschnitt des Pumpkanals in Richtung gegen den Ablauf verringert. Um trotz­ dem noch grobkörnige Medien pumpen zu können, wird als vorteilhafte Weiterbil­ dung der Erfindung die Grundplatte am ablaufseitigen Ende des Pumpkanals zum Ablauf hin abfallend abgeschrägt. Dadurch wird der Pumpquerschnitt wieder et­ was erhöht, ohne daß es zu einem Zuwachs an ungewollten Pulsationen kommt.

Durch die vorteilhafte Weiterbildung, daß der Abstand zwischen der Grundplatte und der Membran in ihrer zurückgezogenen Endstellung im Übergangsbereich zwischen der Ringfläche und dem Ablauf zum Ablauf hin abnimmt, wird erreicht, daß die Rücksaugwirkung auf das Pumpmedium abnimmt. Dies geschieht da­ durch, daß durch den verringerten Querschnitt des Pumpkanals auch an seinem Übergang in den Ablauf die Rücksaugwirkung geringer ist als sie es bei einem größeren Querschnitt des Pumpkanals an dieser Stelle wäre.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem in den beigefügten Zeich­ nungen dargestellten Ausführungsbeispiel. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Pumpe,

Fig. 2 einen Schnitt durch den Pumpkanal und die Druckübertragungsglie­ der entlang der Bahn der Rollen und

Fig. 3 einen Querschnitt durch zwei unterschiedliche Stößel in der Ebene der Fig. 1.

Die Pumpe hat einen Stator 1 und einen Rotor 2. Der Stator 1 ist ein Teil des Ge­ häuses der Pumpe und weist eine Spannplatte 24, einen Niederhalter 6, eine Grundplatte 3 und eine Membran 11 auf. Die Grundplatte 3 ist ringförmig ausge­ bildet und koaxial zur Achse 4 des Rotors 2 angeordnet. Die Grundplatte 3 hat ei­ ne ebene Ringfläche 5, welche begrenzt wird durch zwei konische Klemmflächen 9 und 10, welche vom Rotor 2 aus gesehen hinter der Ringfläche 5 liegen; ihnen liegen zwei weitere Klemmflächen 7 und 8 gegenüber, die am Niederhalter 6 aus­ gebildet sind und mit den Klemmflächen 9 und 10 zusammenwirken, um dazwi­ schen die Membran 11 einzuklemmen, welche aus einem elastomeren Werkstoff besteht, in entspanntem, nicht eingebautem Zustand ein ringförmiges, ebenes Gebilde ist und durch das Einspannen zwischen den konischen Klemmflächen 7 bis 10 gebogen wird, so daß sie die ebene Ringfläche 5 überwölbt. Genauso kann auch eine schon in ihrem nicht eingebauten Zustand gewölbte Membran 11 eingespannt werden. Zwischen der gewölbten und dadurch elastisch vorge­ spannten Membran 11 und der Ringfläche 5 ist auf diese Weise ein Pumpkanal 12 gebildet, in welchen ein Zulauf 13 und ein Ablauf 15 münden, welcher zweck­ mäßigerweise dicht neben dem Zulauf 13 liegt und - nur um ihn darstellen zu können - in der Zeichnung in diagonaler Anordnung vorgesehen ist. Der Pump­ kanal 12 ist auf dem kurzen Weg vom Zulauf 13 zum Ablauf 15 durch eine Erhe­ bung 39 auf der ringförmigen Grundplatte 3 blockiert.

Auf der Außenseite der Membran 11 ist ein Kranz von Druckübertragungsglie­ dern 14, im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind dies Stößel, angeordnet. Die Stößel 14 sind im Längsschnitt T-förmig, erstrecken sich parallel zur Achse 4 und sind längs des gesamten Pumpkanals 12 angeordnet, der den Zulauf 13 mit dem Ablauf 15 verbindet, nicht aber über jenem Abschnitt der Membran 11, welcher in Drehrichtung des Rotors 2 vom Ablauf 15 zum Zulauf 13 führt, weil dort der Pumpkanal 12 durch die auf der ringförmigen Grundplatte 3 vorgesehene Erhe­ bung 39 unterbrochen ist.

Die Stößel 14 sind im Niederhalter 6 parallel zur Achse 4 verschieblich angeord­ net und durch einen Stellring 17 gesichert, welcher gegen die Rückstellkraft der Membran 11 in Richtung der Achse 4 mittels eines Exzenters 19 verlagerbar ist, so daß die Stößel 14 einen veränderlichen Endanschlag haben, der es gestattet, den maximalen Querschnitt des Pumpkanals 12 zu verringern und damit die För­ derleistung der Pumpe einzustellen.

Der Rotor 2 dreht sich um eine Welle 20, welche in einem Wälzlager 26 im Nie­ derhalter 6 und in einem weiteren Wälzlager 27 im hinteren Gehäuseteil gelagert ist. Der Rotor 2 hat wenigstens zwei freilaufende Rollen 21 - neben freilaufenden Rollen 21 sind genauso angetriebene Rollen denkbar - welche über die Stößel 14 hinwegrollen und sie niederdrücken, wodurch die Membran 11 lokal an die Ring­ fläche 5 gedrückt wird. Diese lokale Andrückstelle wandert mit der Rotorbewegung längs des Pumpkanals 12, schiebt die davor stehende Flüssig­ keitsmenge durch den Ablauf 15 hinaus und saugt gleichzeitig durch den Zulauf 13 weitere Flüssigkeit nach. Die Stößel 14 weisen zur Achse 4 hin Abschrägun­ gen 40 auf, so daß sie von den Rollen 21 leichter nach unten gegen die Membran 11 gedrückt werden können.

Die Membran 11 wird durch speziell dafür ausgebildete Stößel 14a-14d im Be­ reich des Ablaufes 15 niedergedrückt. Die Stößel 14a-14d sind deswegen unter­ schiedlich ausgebildet: Ihre Anschlagflächen 34a sind in verschiedenen Höhen - in Fig. 3 zu erkennen - ausgebildet. Dadurch kann die Rückstellkraft der Mem­ bran 11 - nachdem die Rolle 21 über die Stößel 14a-14d hinweggerollt ist - die Stößel 14a-14d nur so weit nach oben drücken bis ihre Anschlagflächen 34a an den Anschlagflächen 34b des Niederhalters 6 anschlagen. Die Höhen der An­ schlagflächen 34a der einzelnen Stößel 14a-14d sind so aufeinander abge­ stimmt, daß die Membran 11 nicht geknickt wird, sondern kurvenförmig verläuft. Um die Membran 11 gegen Verschleiß besser zu schützen, haben die Stößel 14 an ihrer der Membran 11 zugewandten Seite Rundungen 25 anstatt scharfer Kan­ ten. Um den Querschnitt des Pumpkanals 12 in diesem Bereich nicht zu klein werden zu lassen, ist die Grundplatte 3 in diesem Bereich mit einer Anschrägung 33 versehen, die zum Ablauf 15 hin abfällt. Durch diese Anordnung ist gewährlei­ stet, daß die Pumpe pulsationsarm läuft, d. h., daß sie kein Pumpmedium wieder zurücksaugt, und gleichzeitig aber auch noch grobkörnige Medien gepumpt wer­ den können. Noch preiswerter ist diese abfallende Anordnung der Stößel 14a-14d dadurch zu erreichen, daß die Anschlagfläche 34 zwischen Stößel 14 und Niederhalter 6 am Niederhalter 6 selbst schon während der Fertigung des­ selben variiert wird. Dies kann je nach Material des Niederhalters 6 durch ein ge­ eignetes CNC-Fräsverfahren, oder eine geeignete Gußform erreicht werden.

Der Förderdruck der Pumpe hängt von der Vorspannung der Membran 11 ab. Diese Vorspannung hängt vom Material und der Dicke der Membran 11 ab, aber auch vom Ausmaß ihrer Biegung. Darüberhinaus hängt der Förderdruck von der Kraft ab, mit welcher die Stößel 14 auf die Membran 11 einwirken. Sie kann mit­ tels eines zweiten Exzenters 22 verändert werden, welcher über das hintere Wälzlager 27 auf einen Kragen 28 an der Welle 20 einwirkt und dadurch eine Fe­ der 29 mehr oder weniger spannt, welche auf dem axial verschieblichen Träger 30 der Rollen 21 lastet. Durch Verdrehen des Exzenters 22 z. B. mittels eines an der Außenseite angebrachten Handrades kann die Kraft, mit welcher die Rollen 21 auf die Membran 11 einwirken, erhöht oder erniedrigt werden. Bei exzessivem Druckaufbau unter der Membran 11 können die Stößel 14 dem Druck auswei­ chen, soweit die Druckkraft die durch Verdrehen des Exzenters 22 veränderliche Rückstellkraft der Feder 29 übersteigt.

Die Verspannung der Membran 11 geschieht mittels eines Gewindebolzens 31, welcher in den Niederhalter 6 eingedreht ist, sich durch die Spannplatte 24 er­ streckt und eine Mutter 32 trägt, die, wenn sie angezogen wird, die Spannplatte 24 gegen die Grundplatte 3 und damit die Grundplatte 3 gegen den Rand der Membran 11 drückt. Ebenso besteht die Möglichkeit zur Verspannung der Mem­ bran 11 statt der Mutter 32 auf einen Schnellspannverschluß zurückzugreifen. Damit werden die Membran 11 und die Grundplatte 3 eingespannt und gleichzei­ tig der Pumpkanal 12 abgedichtet. Falls bei einem Verschleiß die Membran 11 und/oder die Grundplatte 3 ausgetauscht werden müssen, muß lediglich die Mut­ ter 32 gelöst werden. Danach kann die Spannplatte 24 abgenommen werden und die Grundplatte 3 und die Membran 11 sind frei zugänglich. Der Verschleiß tritt in erster Linie an der harten Grundplatte 3 auf und äußert sich infolge des Abriebs von der Grundplatte 3 in einer Vergrößerung des Pumpkanals 12, die ihrerseits eine Verringerung des Förderdrucks nach sich zieht. Am Absinken des Förder­ drucks kann man daher leicht erkennen: wann ein Austausch erforderlich ist.

Bezugszeichenliste

1

Stator

2

Rotor

3

Grundplatte

4

Achse

5

Ringfläche

6

Niederhalter

7-10

Klemmflächen

11

Membran

12

Pumpkanal

13

Zulauf

14

Stößel: a-d Endstößel

15

Ablauf

17

Stellring

19

,

22

Exzenter

20

Welle

21

Rolle

24

Spannplatte

25

Rundung

26

,

27

Wälzlager

28

Kragen

29

Feder

30

Träger

31

Gewindebolzen

32

Mutter

33

Anschrägung

34

a Anschlagfläche am Stößel

34

b Anschlagfläche am Niederhalter

39

Erhebung

40

Abschrägung

Claims (9)

1. Rotationsverdrängerpumpe mit einem Stator (1), der einen Niederhalter (6) und eine Grundplatte (3) aufweist,
mit einer in der dem Niederhalter (6) zugewandten Oberfläche der Grundplat­ te (3) vorgesehenen, sich zumindest über einen Teil eines Vollkreises er­ streckenden Ringfläche (5),
mit einem in die Ringfläche (5) mündenden Zulauf (13) und einem von der Ringfläche (5) ausgehenden Ablauf (15),
mit einer die Ringfläche (5) überdeckenden Membran (11), welche mit ihren Rändern dicht zwischen dem Niederhalter (6) und der Grundplatte (3) einge­ spannt ist, wodurch zwischen der Membran (11) und der Grundplatte (3) ein sich vom Zulauf (13) zum Ablauf (15) erstreckender Pumpkanal (12) ausgebil­ det ist,
mit einem über der Ringfläche (5) angeordneten, angetriebenen Rotor (2), welcher um die konzentrische Achse (4) der Ringfläche (5) umläuft, minde­ stens eine Rolle (21) hat, die über der Membran (11) angeordnet ist und die Membran (11) fortlaufend lokal in Richtung gegen die Ringfläche (5) drückt, indem sie auf der Rückseite eines Kranzes von einzeln gegen die Ringfläche (5) beweglichen Druckübertragungsgliedern (14) läuft, wodurch die Membran (11) den Weg vom Zulauf (13) zum Ablauf (15) fortschreitend unterbricht,
dadurch gekennzeichnet, daß im Übergangsbereich zwischen der Ringflä­ che (5) und dem Ablauf (15) der Hub der Membran (11) kleiner ist als im übri­ gen Bereich des Pumpkanals (12).

2. Rotationsverdrängerpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hub der letzten ablaufseitigen Druckübertragungsglieder (14a-14d) gerin­ ger ist als jener der übrigen Druckübertragungsglieder (14).

3. Rotationsverdrängerpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Membran (11) durch ein in Richtung der Grundplatte (3) vor­ springendes, in dem Übergangsbereich oder über dem Ablauf (15) angeord­ netes Teil (14d) permanent ausgelenkt ist.

4. Rotationsverdrängerpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Abstand der Druckübertragungsglieder (14) in ihrer zurückgezogenen Endstellung von der Flucht der Grundplatte (3) im Übergangsbereich zwischen der Ringfläche (5) und dem Ablauf (15) bei An­ näherung an den Ablauf (15) von Druckübertragungsglied (14) zu Drucküber­ tragungsglied fortschreitend kleiner wird.

5. Rotationsverdrängerpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß zwischen den Druckübertragungsgliedern (14) und dem Niederhalter (6) in axialer Richtung sich gegenüberliegende An­ schlagflächen (34a, 34b) ausgebildet sind, an denen die Druckübertragungs­ glieder (14) in ihrer zurückgezogenen Endstellung an den Niederhalter (6) an­ schlagen und die Anschlagflächen (34a) der ablaufseitigen Druckübertra­ gungsglieder (14a-14d) gegen den Ablauf (15) hin fortschreitend weiter vom membranseitigen Ende der Druckübertragungsglieder entfernt sind.

6. Rotationsverdrängerpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Anschlagfläche (34b) des Niederhalters (6) zum Ablauf (15) hin in Richtung der Flucht der Ringfläche (3) abfällt.

7. Rotationsverdrängerpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Membran (11) auf der dem Pumpkanal ab­ gewandten Seite des Ablaufs (15) an der Grundplatte (3) befestigt ist.

8. Rotationsverdrängerpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Grundplatte (3) am ablaufseitigen Ende des Pumpkanals (12) in den Ablauf (15) abfallend abgeschrägt ist.

9. Rotationsverdrängerpumpe nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Abstand zwischen der Grundplatte (3) und der Mem­ bran (11) in ihrer zurückgezogenen Endstellung im Übergangsbereich zwi­ schen der Ringfläche (5) und dem Ablauf (15), zum Ablauf (15) hin abnimmt.