DE19819408A1 - Membranpumpe zur Förderung von gasförmigen oder flüssigen Medien - Google Patents

Abstract

Membranpumpe (1) zur Förderung von gasförmigen oder flüssigen Medien, mit einem Gehäuse (20), in dem eine von einer Membran (28) begrenzte Pumpenkammer (29) angeordnet ist und einem rotierenden Antrieb (2) mit einem Zwischenglied (30, 31, 32) zur Hin- und Herbewegung der Membran (28). Die Membran (28) wird durch das Zwischenglied (30, 31, 32) in eine im wesentlichen geradlinige Hin- und Herbewegung versetzt.

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine Membranpumpe zur Förderung von gasförmigen oder flüssigen Medien umfassend ein Gehäuse, in dem eine von einer Membran begrenzte Pumpenkammer angeordnet ist und einen rotierenden Antrieb mit einem Zwischenglied zur Hin- und Herbewegung der Membran.

Stand der Technik

Es ist bekannt Membranpumpen für verschiedene Einsatzgebiete zu verwenden. Sie eignen sich besonders zur Förderung von wertvollen oder giftigen Gasen, wenn Leckagen nach außen vermieden werden sollen. Außerdem können mit ihnen beachtliche Drücke erreicht werden. In der DE OS 26 53 675 ist eine solche Membranpumpe dargestellt, bei der die oszillierende Bewegung der Membran über ein Pleuel erreicht wird. Von Nachteil bei dieser Ausführungsform ist, daß die Membran im Angriffspunkt des Pleuels durch dessen Schwingbewegung stark belastet wird. Die Belastung kann zu Rissen in der Membran führen, was Undichtigkeiten ergeben kann. Ungünstig ist außerdem, daß durch das Verkanten des Pleuels und damit dem Verbiegen der Membran das in der Pumpenkammer verbleibende Restvolumen des zu fördernden Mediums vergrößert wird.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Membranpumpe zur Förderung von gasförmigen oder flüssigen Medien zu schaffen, bei der die Membran durch das an ihr angreifende Betätigungsglied nicht verkantet wird und bei der die Restvolumenmenge auf ein Minimum reduziert ist.

Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei einer Membranpumpe der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäß dadurch, daß die Membran durch das Zwischenglied in eine im wesentlichen geradlinige Hin- und Herbewegung versetzbar ist. Durch die geradlinige Hubbewegung wird die Membran lediglich hin und her bewegt, ohne eine zusätzliche Belastung durch ein Verkanten. Die Bewegung der Membran erfolgt lediglich in axialer Richtung.

Für die Umsetzung der Drehbewegung des Antriebs in die geradlinige Hin- und Herbewegung des Membrantellers können unterschiedlich ausgebildete Zwischenglieder eingesetzt werden. So kann gemäß einer sehr einfachen Ausführungsform das Zwischenglied aus einer mit dem Antrieb verbundenen axialen Nockenscheibe gebildet sein, dessen Nocken die Membrantellerstößel betätigen. Zu diesem Zweck ist der bzw. sind die Stößel axial zur Membran geführt und vollführen, durch die Nocken betätigt, die gewollten zyklischen Bewegungen. Diese Ausführungsform ist insbesondere dann von Vorteil, wenn auf die Membran, zum Beispiel eine Ringmembran, mehrere Stößel einwirken. Eine solche Ausführungsform ist in der Figurenbeschreibung ausführlich behandelt.

Eine andere, das Prinzip der Erfindung verwirklichende, Ausführungsform sieht vor, daß die Zwischenglieder aus zwei im Eingriff miteinander befindlichen Axialnockenscheiben bestehen, wobei die erste Nockenscheibe an die Antriebswelle angeschlossen ist und die zweite Nockenscheibe mit dem Membranteller verbunden ist. Hier wird die zyklische Bewegung der Membran durch die aneinander anliegenden Nockenscheiben erreicht. Auch hier wird in sehr einfacher Weise eine Umsetzung der Drehbewegung des Antriebs auf eine axiale Hubbewegung vorgenommen. Da die Membranpumpen sehr häufig einer Langzeitdauerbelastung ausgesetzt sind, ist es zweckmäßig, wenn die Nockenscheiben noch von einem ein Schmiermittel aufnehmenden Balg eingefaßt sind. Hierdurch kann den Nockenscheiben fortlaufend das Schmiermittel zugeführt werden.

Eine weitere, auch für Dauerbelastungen gut geeignete, Ausführungsform sieht vor, daß die Zwischenglieder aus einer nabenartigen, mit dem Membranteller verbundenen Einsatz mit Rollen, deren Achsen senkrecht zur Achse der Membranpumpe ausgerichtet sind, und aus einer an die Antriebswelle angeschlossenen axialen Nockenscheibe bestehen. Durch die Rollen wird der im Betrieb der Pumpe entstehende Verschleiß minimiert.

Die dem Nockenhub entgegengerichtete Rückstellbewegung der Membran wird in an sich bekannter Weise durch eine Feder bewirkt. Es ist jedoch in vielen Fällen vorteilhaft, wenn durch die Federkennlinie der Feder die Bewegung des Stößels gesteuert wird, so daß bei Überschreiten eines vorbestimmten Förderdruckgefälles der Stößel nur noch begrenzt zurückgeführt wird. Überlastungen der Pumpe bzw. von daran angeschlossenen Aggregatteilen werden dadurch vermieden.

Als Antrieb für die Pumpe kann ein Elektromotor eingesetzt werden. Hier ist die Anbindung des bzw. der Zwischenglieder direkt an die Antriebswelle des Motors möglich. Diese Ausführungsform ist in ihrem mechanischen Aufbau sehr einfach.

Möglich ist aber auch ein Antrieb des bzw. der Zwischenglieder über eine Riemenspannrolle. Dabei kann in weiterer Ausgestaltung die Membranpumpe in den Innenraum der Riemenspannrolle eingefügt werden. Sowohl bei einem Antrieb über einen Elektromotor als auch bei einem Antrieb über eine Riemenspannrolle können die Achse der Antriebswelle und die Längsachse der Membranpumpe identisch sein. Es liegt jedoch auch im Rahmen der Erfindung, die Antriebswelle parallel zur Längsachse der Membranpumpe anzuordnen und über ein geeignetes Getriebe oder auch Riemenantrieb oder dergleichen die Zwischenglieder zu betätigen. Schließlich ist es auch möglich, den Elektromotor im Winkel von 90° zur Achse der Membranpumpe einzufügen und entsprechend mit dem Zwischenglied zu verbinden.

Durch die Verwendung von Nockenscheiben als Zwischenglieder ist es auch möglich, mehrere konzentrisch zueinander angeordnete Nockenbahnen vorzusehen und diese mit den ihnen zugeordneten Stößeln, weiteren Nocken­ scheiben oder Rollen in Eingriff zu bringen. Hierdurch kann beispielsweise bei einer vorgegebenen Antriebsdrehzahl der Antriebseinheit die Hubfrequenz soweit reduziert werden, daß pro Umdrehung der Nockenscheibe lediglich eine Hubbewegung durchgeführt wird. Bei der Ausbildung der Nockenscheibe mit drei konzentrischen Nockenbahnen und einer entsprechenden Anordnung der zugehörigen Stößel kann außerdem erreicht werden, daß im Sinne einer 3-Punkt-Auflage ohne eine zusätzliche Führung der Membraneinspannung ein Kippen der Membran verhindert wird.

Bei hohen Anforderungen an die Stabilität und Genauigkeit der Membran­ pumpe kann außerdem das den Membrantellerstößel betätigende Zwischen­ glied in einer axialen Führung gehalten werden.

Anhand mehrerer Ausführungsbeispiele wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Es zeigt:

Fig. 1 eine Membranpumpe, bei der die Zwischenglieder aus zwei axialen Nockenscheiben gebildet sind,

Fig. 2 eine Membranpumpe mit Zwischengliedern aus einer Nockenscheibe und einem Rolleneinsatz und

Fig. 3 eine Membranpumpe mit Nockenscheibe, deren Nocken direkt die Stößel der Ringmembran betätigen.

Ausführung der Erfindung

Die in der Fig. 1 dargestellte Membranpumpe 1 wird durch den Elektromotor 2 angetrieben. Die Pumpe ist über die Schrauben 3 mit dem Gehäuse des Elektromotors 2 verbunden. An der Welle 4 des Elektromotors 2 ist die Nockenscheibe 5 befestigt, die als Zwischenglied bei der Übertragung der Drehbewegung der Welle 4 dient. Die Nockenscheibe 5 steht mit einer zweiten Nockenscheibe 6 in Eingriff, wobei die Nocken der beiden Scheiben so zueinander ausgerichtet sind, daß während der Drehbewegung der Scheibe 5 die Nockenscheibe 6 eine Hubbewegung ausführt. Die Nockenscheibe 6 ist über die Schraube 7 mit dem Membranteller 8 verbunden. Der Membranteller 8 besteht aus zwei gleich großen Scheiben in Ringform, welche die Membran 9 in ihrem Zentrum einfassen. Der Außenrand der Membran 9 wird von dem Flansch 10 gehalten. Die Hubbewegung der Membran 9 wird einerseits durch die Drehbewegung der Nockenscheibe 5 erreicht, die Rückführung der Membran 9 erfolgt durch die Feder 11, die auf den Membranteller 8 drückt. Die Feder 11 ist im Deckel des Flansches 10 eingefügt, in dem außerdem das Einlaßventil 12 und das Auslaßventil 13 angeordnet sind. Die Pumpenkammer 14 wird im vorliegenden Fall durch die Membran 9 und das Oberteil des Flansches 10 begrenzt. Das Oberteil des Flansches 10 stellt also das Pumpengehäuse dar. Die Nockenscheiben 5 und 6 sind von dem Balg 15 umfaßt, der mit einem Schmiermittel ausgefüllt ist. Mit seinem unteren Ende umschließt der Balg 15 den Absatz 16, während das obere Ende des Balgs 15 in eine Ringnut 17 der Nockenscheibe 6 eingreift.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel befindet sich die Membran 9 in ihrer oberen Lage am Ende der Druckbewegung. Die Nocken der Nockenscheiben 5 und 6 liegen auf ihren oberen Rändern auf. Bei einem weiteren Verdrehen der Welle 4 und damit der Nockenscheibe 5 gelangen die Nocken der Nockenscheibe 6 in die für sie an der Nockenscheibe 5 vorgesehene Vertiefungen. Bei diesem Vorgang werden sie von der Feder 11 auf der Figur gesehen nach unten gedrückt. Dabei wird gleichzeitig die Saugbewegung der Pumpe ausgeführt.

Bei der in Fig. 2 ebenfalls im Längsschnitt gezeigten Membranpumpe 1 werden Zwischenglieder verwendet, die eine hohe Lebensdauer der Pumpe ergeben. In diesem Fall wird ein Gehäuse 20 verwendet, in dem sowohl die Pumpenteile als auch der Elektromotor 2 untergebracht sind. Das Gehäuse 20 besteht im wesentlichen aus einem rohrförmigen Mittelstück 21, das von den Deckeln 22 und 23 abgeschlossen wird. Der Elektromotor 2 wird von den Vibrationsdämpfern 24 und 25 im Gehäuse 20 gehalten. Der auf der Figur obenliegende Deckel 23 nimmt das Einlaßventil 26 und das Auslaßventil 27 auf. Der Deckel 23 hält außerdem die Membran 28 eingeklemmt am Gehäuse­ mittelteil 21 fest. Die Pumpenkammer 29 wird folglich vom Deckel 23 und der Membran 28 begrenzt.

Die Umwandlung der Drehbewegung der Antriebswelle 30 in die Hubbewegung der Membran 28 wird durch die mit der Antriebswelle 30 verbundenen axialen Nockenscheibe 31 und den damit im Eingriff stehenden Rollen 32 erreicht. Die Nockenscheibe 31 besitzt zwei sich gegenüberliegende Nocken 33 und ist an die Welle 30 angeschraubt. Die Rollen 32 sind in dem nabenartigen Einsatz 34 gehalten. Ihre Achsen 35 sind senkrecht auf die Achse 36 der Membranpumpe ausgerichtet. Der Einsatz 34 ist an dem tassenförmigen Unterteil 37 des Membrantellers 38 befestigt. Ober- und Unterteil des Membrantellers 38 sind über die Niete 39 miteinander vernietet. Die Feder 40 dient als Rückstellfeder.

Durch die Drehbewegung der Antriebswelle 30 und damit der Nockenscheibe 31 wird das Nabenteil 34 durch die Nocken 33 nach unten gedrückt. Bei jeder Umdrehung werden die Rollen 32 durch die Nocken 33 nach unten gedrückt und der Saugvorgang der Membranpumpe findet statt. Die Feder 40 dagegen drückt den Einsatz 34, sobald die Nocken 33 dieses zulassen, wieder nach oben und der Ausdrückvorgang der Pumpe findet statt. Bei besonderen Anwendungsfällen ist es günstig, wenn im Bereich des tassenförmigen Unterteils 37 an der Innenwandung des Gehäuses 21 auf dessen Umfang verteilt drei oder mehr Führungsrippen 75 für das Teil 37 vorgesehen sind.

Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform erfolgt der Antrieb der Membranpumpe über eine Riemenspannrolle 50. Die Membranpumpe 51 ist im vorliegenden Fall in den Innenraum 52 der Riemenspannrolle 50 integriert. Mit dem Laufteil 53 der Riemenspannrolle 50 ist über ein Zwischenglied 54 die Nockenscheibe 55 verbunden. Die Nocken 56 und 57 der Nockenscheibe 55 greifen an den Stößeln 58 und 59 der Membranteller 60 und 61 an. Bei der vorliegenden Ausführungsform handelt es sich um eine Ringmembran 62, die von den Deckeln 63 und 64 gehalten wird. Der obere Deckel 63 nimmt das Einlaßventil 65 und das Auslaßventil 66 auf. Der untere Deckel 64 hält die Stößel 58 und 59. Er ist außerdem mit Luftein- und -austrittsöffnungen 67 versehen. In ihrer Mitte sind die Deckel 63 und 64 an der Drehachse 68 über die Schraube 69 festgeschraubt. In den Drehachsenkörper 68 sind auf ihrem Umfang verteilt die Stößel 58 und 59 in Bohrungen eingesetzt. Die Stößel werden von den Faltenbälgen 70 eingefaßt. Zwischen Riemenspannrolle 50 und Nockenscheibe 55 befindet sich das Kugellager 71. Die Abdichtung zwischen den stehenden und drehenden Teilen des Antriebs erfolgt über die Lippendichtungen 72 und 73.

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind zwei Nockenbahnen 56 und 57 vorgesehen, die auf unterschiedlichen Radien der Nockenscheibe 55 liegen. Die Nockenbahn 56 liegt am äußeren Rand der Nockenscheibe 55 während die Bahn der Nocke 57 nach innen versetzt ist. Auf diese Weise läßt sich nur eine Hubbewegung pro Umdrehung verwirklichen, ohne daß die Membran bei der Hubbewegung kippt.

Die Rückbewegung der Membranteller erfolgt auch in diesem Fall über die Rückstellfeder 74.

Claims (15)

1. Membranpumpe, zur Förderung von gasförmigen oder flüssigen Medien, umfassend ein Gehäuse, in dem eine von einer Membran begrenzte Pumpenkammer angeordnet ist und einen rotierenden Antrieb mit einem Zwischenglied zur Hin- und Herbewegung der Membran, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (9, 28, 62) durch das Zwischenglied (5, 6, 31, 34, 55) in eine im wesentlichen geradlinige Hin- und Herbewegung versetzbar ist.

2. Membranpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenglied aus einer mit dem Antrieb (50) verbundenen axialen Nockenscheibe (55) besteht, dessen mit zumindest zwei konzentrischen Nockenbahnen (56, 57) versehene Nockenscheibe (55) die Membrantellerstößel (58, 59) betätigen.

3. Membranpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenglieder aus zwei im Eingriff miteinander befindlichen axialen Nockenscheiben (5, 6) bestehen, wobei die erste Nockenscheibe (5) an die Antriebswelle (4) angeschlossen ist und die zweite Nockenscheibe (6) mit dem Membranteller (8) verbunden ist.

4. Membranpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nockenscheiben (5, 6) von einem ein Schmiermittel aufnehmenden Balg (15) umfaßt sind.

5. Membranpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenglieder aus einem nabenartigen, mit dem Membranteller (38) verbundenen Einsatz (34) mit Rollen (32), deren Achsen (35) senkrecht zur Achse (36) der Membranpumpe (1) ausgerichtet sind und aus einer an die Antriebswelle (30) angeschlossenen axialen Nockenscheibe (31) bestehen.

6. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Nockenhub entgegengerichtete Rückstellbewegung der Membran (9, 28, 62) durch eine Feder (11, 40, 74) bewirkt wird.

7. Membranpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Federkennlinie der Feder (11, 40, 74) die Bewegung des Stößels (7, 37, 58, 59) gesteuert wird, so daß bei Überschreiten eines vorbe­ stimmten Förderdrucks der Stößel (7, 37, 58, 59) nur noch begrenzt zurückgeführt wird.

8. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Antrieb ein Elektromotor (2) eingesetzt ist.

9. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Antrieb durch eine Riemenspannrolle (50) erfolgt.

10. Membranpumpe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranpumpe in den Innenraum (52) der Riemenspannrolle (50) eingefügt ist.

11. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (36) der Antriebswelle (30) und die Längsachse der Membranpumpe (1, 51) identisch sind.

12. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere konzentrisch zueinander angeordnete Nockenbahnen (56, 57) vorgesehen sind, die mit den ihnen zugeord­ neten Stößeln (58, 59), Nockenscheiben (6) oder Rollen (32) in Eingriff stehen.

13. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das den Membrantellerstößel (39) betätigende Zwischenglied (34) in einer axialen Führung (75) gehalten ist.

14. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (2) im Pumpengehäuse (20) integriert ist.

15. Membranpumpe nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (2) im Pumpengehäuse (20) von Vibrationsdämpfern (24, 25) gehalten ist.