DE20008188U1

DE20008188U1 - Elektromechanisch angetriebene Doppelmembranpumpe

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Publication number: DE20008188U1
Application number: DE20008188U
Authority: DE
Original assignee: Abel GmbH and Co KG
Current assignee: Abel GmbH and Co KG
Priority date: 2000-04-07
Filing date: 2000-04-07
Publication date: 2000-10-12
Anticipated expiration: 2010-04-08

Description

Elektromechanisch angetriebene Doppelmembranpumpe

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektromechanisch angetriebene Doppelmembranpumpe nach Patentanspruch 1.

Aus DE 32 06 242 sind Doppelmembranpumpen bekannt geworden, bei denen die mit den Membranen verbundenen Kolben mit einem entsprechenden Antriebsmedium betätigt werden, z. B. mit Druckluft oder einem Hydraulikmedium. Die Membranen führen wechselweise einen Druck- und Saughub durch. Derartige Pumpen haben den Vorteil, daß sie trockenlaufsicher und selbstansaugend sind und daß eine kurzzeitige Überlastung unkritisch ist. Es sind keine Wellenabdichtungen erforderlich und keine rotierenden Teile im Produktstrom. Darüber hinaus sind derartige Pumpen fest-

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stoffunempfmdlich und können daher vor allen Dingen für Feststoff enthaltende Flüssigkeiten eingesetzt werden.

Aus EP 0 716 229 ist eine elektromechanisch betätigte Doppelmembranpumpe bekannt geworden, bei der die mit jeder Membran verbundene Kolbenstange an einem Führungsrahmen angebracht ist, der zwei lineare Führungen für einen Kulissenstein aufweist. Der Lagerrahmen ist in einem geschlossenen Gehäuseabschnitt angeordnet, und die Kolbenstangen sind in Kunststoffgleitbuchsen des Gehäuses gleitend und dichtend geführt. Bei dieser Doppelmembranpumpe kann mit höheren Gegendrücken aufgrund der mechanischen Zwangsführung gearbeitet werden. Die Kolbenpumpe kann mit annähernd konstanter Kennlinie gefahren werden vergleichbar einer Kolbenpumpe, wobei eine gewisse Einschränkung durch die Elastizität der Membranen gemacht werden muß. Die bekannte Pumpe kann mithin eine vorgegebene Fördermenge bei einem vorgegebenen Druck fördern. Sie hat jedoch den Nachteil, daß sie mechanisch relativ aufwendig ist, insbesondere durch die Zwangsführung der Kolbenstangen. Außerdem baut sie relativ groß wegen der Anordnung einer Kupplung zwischen der Kurbelwelle und der Abtriebswelle des Getriebemotors.

Aus DE 30 27 314 ist eine Doppelmembranpumpe bekannt geworden, bei der ein erster Kolben über ein Fluid eine Membran betätigt und ein diametral und koaxial angeordneter Kolben mechanisch mit einer zweiten Membran verbunden ist. Auf einer Welle, die über einen Riementrieb von einem Elektromotor angetrieben und drehbar

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Gehäuse der Pumpe gelagert ist, ist ein exzentrischer Abschnitt geformt, auf dem ein Wälzlager sitzt. Die Kolbenstangen werden mit Hilfe von Federn gegen den Außenring des Wälzlagers angedrückt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektromechanisch betriebene Doppelmembranpumpe zu schaffen, die mechanisch äußerst einfach aufgebaut ist und die klein baut.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Bei der Erfindung ist die Abtriebswelle des Getriebemotors, der an dem mittigen Gehäuse der Doppelmembranpumpe angebracht ist, in das Gehäuse hinein geführt, und auf dem im Gehäuse erstreckten Abschnitt der Welle sitzt ein Nocken mit exzentrischer Umfangsfläche. Die Vorspannfedern halten Teller an den Enden der Kolbenstangen in stetigem Eingriff mit der Nockenfläche, und zwar auch bei Saugdrücken, die den Nennsaugdruck übersteigen. Zwischen der Nockenfläche und den Tellern der Kolbenstange findet zwar ein reibender Eingriff statt, bei einer ausreichend großen Fläche kommt es zu einem ausreichend langen Linienkontakt, so daß sich die Flächenpressung in Grenzen hält. Bei einer entsprechend harten, gleitfähigen Oberfläche von Teller und Nocken kann die Reibung und auch der Verschleiß auf einem Minimum gehalten werden.

-4-Der
beschriebene Aufbau der Doppelmembranpumpe nach der Erfindung weist ein Minimum an Teilen auf, nämlich lediglich ein einziges, vorzugsweise einteiliges Nockenelement sowie die Kolbenstange mit Teller und Vorspannfeder. Der Aufwand ist daher beträchtlich geringer als etwa bei der eingangs beschriebenen Doppelmembranpumpe. Außerdem baut die erfindungsgemäße Pumpe kleiner, da der Getriebemotor unmittelbar mit dem mittigen Gehäuse verbunden ist und eine Kupplung in Fortfall kommen kann.

Darüber hinaus hat sich gezeigt, daß trotz des reibenden Eingriffs am Nockenelement der Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Doppelmembranpumpe höher ist als bei der eingangs beschriebenen Doppelmembranpumpe, zumindest jedoch bei Drücken von 6 bar und darunter.

Die Kolbenstangen sind in entsprechenden Führungen des mittigen Gehäuses geführt, wie dies an sich auch bekannt ist. Bei der Erfindung sind Führungsbuchsen in einer Öffnung des mittigen Gehäuses angebracht, und die Öffnung ist so bemessen, daß Teller und Feder durch die Öffnung hindurch steckbar sind. Kupplungsstange mit Teller, Feder und Führungsbuchse können als Einheit vormontiert und anschließend in das mittige Gehäuse eingebaut werden. Der Teller ist nach einer Ausgestaltung der Erfindung vorzugsweise einteilig mit der Kolbenstange ausgebildet.

-5-Die
Membran wird zweckmäßigerweise zwischen zwei Platten mittig eingespannt, wobei eine Platte in die Membran eingebettet ist und einen Gewindebohrungsabschnitt aufweist, so daß ein Gewindeabschnitt der Kolbenstange durch die zweite außen an der Membran anliegende Platte hindurch geführt und in den Gewindebohrungsabschnitt der ersten Platte eingeschraubt werden kann, um die Membran fest zwischen den Platten einzuspannen und mit der Kolbenstange zu verbinden. Die Anbringung der Membran an die Kolbenstange erfolgt zweckmäßigerweise nach der Montage der Führungsbuchse am mittigen Gehäuse, welche zu diesem Zweck einen Flansch aufweist, der durch Verschraubung mit der Außenseite des mittigen Gehäuses verbunden wird.

Um eine Drehung der Kolbenstange bzw. des Tellers zu verhindern, welche zu einer schädlichen Torsion der Membran führen würde, ist nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß der Teller mittels einer Linearführung im mittleren Gehäuse achsparallel linear geführt ist. Zu diesem Zweck kann z. B. mit dem Teller ein radial nach außen weisender Stift oder Stein verbunden sein, der in entsprechenden Nuten an der Innenseite des mittigen Gehäuses linear geführt ist.

Der Teller ist vorzugsweise mit einem entsprechenden Durchmesser zu versehen, z.B. entsprechend der Breite des Nockens bei der jeweils größten Membranauslenkung, bei der die maximale Membranfläche mit dem erzeugten Druck beaufschlagt ist und somit auch die größte Flächenpressung in der Berührungszone zwischen Nocken und Teller

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erzeugt wird, die Pressung auf die längste Berührungslinie (gleich der Nockenbreite) verteilt wird. Damit werden optimale Verhältnisse für den reibenden, gleichenden Eingriff geschaffen. Jede Nockenstellung außerhalb 90° und 180° verkürzt die Berührungslinie entsprechend.

Wird die Umfangsfläche des Nockens als Kreis geformt, kommt es naturgemäß zu unterschiedlichen Beschleunigungen je nach Winkelstellung der exzentrisch angeordneten Umfangsfläche relativ zum Teller der Kolbenstange. Daher ist nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß die Kurve der Umfangsfläche des Nockens so ausgelegt ist, daß annähernd gleiche Auslenkungen pro Winkeleinheit erhalten werden. Nahe den Umkehrpunkten der Kolbenstange ist es zweckmäßig, die Anfangsbeschleunigung niedrig zu halten, um abrupte, das Material beanspruchende Beschleunigungsstöße zu vermeiden. Dadurch kann auch die Geräuschentwicklung verringert werden. Dies wird durch entsprechende Abflachungen im Hüllkreis des Nockens erreicht. Dadurch können Flüssigkeitspulsationen vermindert und Drehmomentspitzen gesenkt werden.

Die Führungsbuchse ist vorzugsweise dichtend im mittigen Gehäuse angebracht, und die Kolbenstangen sind ebenfalls dichtend in den Buchsen geführt. Dadurch ergeben sich abgedichtete Räume auf der dem Pumpenraum gegenüberliegenden Seite der Membran, die durch eine Verbindungsleitung in Verbindung stehen, wodurch die jeweils verdrängte Luft in das frei werdende Volumen auf der gegenüberliegenden

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Seite gefördert wird. Eine derartige Maßnahme ist jedoch aus der eingangs beschriebenen Doppelmembranpumpe bekannt geworden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in Zeichnungen dargestellten Ausfuhrungsbeispiels näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch eine Doppelmembranpumpe nach der Erfindung. Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch die Darstellung nach Fig. 1 entlang der Linie 2-2.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Doppelmembranpumpe weist ein mittiges Gehäuse 10 und auf gegenüberliegenden Seiten des mittigen Gehäuses 10 jeweils ein Pumpengehäuse 12 bzw. 14 auf. Das mittige Gehäuse 10 weist einen topfartigen Gehäuseteil 16 auf sowie einen deckelartigen Gehäuseteil 18, die über Schrauben 20 miteinander verschraubt sind. Ein Getriebe 22 eines Elektromotors 24 ist mit Hilfe von Schrauben 26 mit dem Deckelteil 18 verschraubt. Wie aus Fig. 1 erkennbar, ist das Deckelteil 18 nach unten in einen Fußabschnitt 28 verlängert.

Eine Abtriebswelle 30 des Getriebes 22 erstreckt sich durch eine Öffnung des Deckelteils 18.

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Im Inneren des Gehäuses 10 ist ein Nocken 32 angeordnet, der auf der Welle 30 aufgekeilt ist. Die Welle 30 erstreckt sich mithin in einen Bohrungsabschnitt des Nockens 32, und dieser weist einen Lagerzapfen 34 auf, der in einem Wälzlager 36 des topfförmigen Teils 16 drehbar gelagert ist. Die Umfangsfläche 38 des Nockens 32 ist exzentrisch, wie aus Fig. 2 zu erkennen.

Nahe dem Wälzlager 36 verschließt ein Stopfen 40 eine obere Öffnung des Gehäuseteils 16, über die Öl in das Innere des Gehäuses 10 eingefüllt werden kann. Mit dem Stopfen 40 ist ein Peilstab verbunden, um den Ölstand zu messen. Ein unterer Stopfen 42 dient zum Ablassen des Öls.

Der topfförmige Gehäuseteil 16 weist auf gegenüberliegenden Seiten zylindrische Abschnitte 44, 46 auf, welche an den Enden Flansche 48 bzw. 50 haben zur Verbindung mit dem zugeordneten Pumpengehäuse 12 bzw. 14. In den Pumpengehäusen 12, 14 ist ein Pumpenraum 52 vorgesehen (siehe Fig. 2 linke Seite) mit oberer und unterer Öffnung, welche jeweils durch eine Ventilkugel 54, 56 in bekannter Weise verschließbar sind. Die Öffnungen sind mit Saug- bzw. Druckleitungen 58, 60 verbindbar, die jeweils zu einer gemeinsamen Leitung führen. Der Pumpenraum 12 wird begrenzt von einer Membran 62, die zwischen dem Flansch 48 und dem Pumpengehäuse 12 eingespannt ist. In die flexible Membran ist mittig eine erste Platte 64 eingebettet, welche einen Gewindebohrungsabschnitt aufweist. Eine zweite Platte 66 liegt gegen die in Fig. 2 rechte Seite der Membran an. Sie weist eine mittige Durch-

bohrung auf. Eine Kolbenstange 68 weist einen mit einem Gewindeabschnitt versehenen Stift 70 auf, der durch die Durchbohrung der Platte 66 hindurch geführt und in den Bohrungsabschnitt der ersten Platte 64 eingeschraubt ist. Dadurch wird mit Hilfe der Kolbenstange 68 eine feste Einspannung der Membran erhalten sowie eine feste Verbindung zwischen Membran und Kolbenstange 68.

Am anderen Ende ist einteilig mit der Kolbenstange 68 ein Teller 72 verbunden. Der Teller 72, der im Durchmesser deutlich größer ist als der Durchmesser der Kolbenstange 68, liegt gegen die Stirnseite der Kolbenstange an und mit der gegenüberliegenden Seite gegen die Nockenfläche 38 des Nockens 32.

In einer Öffnung des Gehäuseabschnitts 44 ist eine Führungsbuchse 78 dichtend angeordnet. Die Führungsbuchse 78 liegt mit einem Flansch gegen die Außenseite des Gehäuseabschnitts 44 an und ist mittels Schrauben 80 daran befestigt. Die Führungsbuchse 78 führt dichtend die Kolbenstange 68. Der Raum auf der rechten Seite der Membrane 62, der mit 82 bezeichnet ist, ist daher abgedichtet. Die abgedichteten Räume 82 auf gegenüberliegenden Seiten werden über eine Verbindungsleitung 86 miteinander verbunden.

Eine vorgespannte Feder 88 ist zwischen der Führungsbuchse 78 und dem Teller 72 angeordnet und spannt mithin den Teller 72 mit einer erheblichen Kraft gegen den Nocken 32 vor. Die Vorspannkraft ist so gewählt, daß sie bei Nennsaugkraft der

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Pumpe verhindert, daß der Teller 72 vom Nocken 32 abhebt. Dadurch ist sichergestellt, daß auch bei maximalen Saugkräften eine ständige Anlage der Teller 72 am Nocken 32 gewährleistet ist.

Bei der Montage werden Kolbenstange 68, Teller 72, Feder 88 und Führungsbuchse 78 als Einheit vorgefertigt und anschließend über die Öffnung im Gehäuseteil 44 bzw. 46 eingebaut. Die Anbringung der Membran 62 erfolgt im Anschluß.

In der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform ist die Umfangsfläche 38 des Nockens 32 kreisförmig. Es versteht sich, daß eine andere Kurvenform gewählt werden kann, um gewünschte Beschleunigungswerte pro Winkeldrehung zu erhalten. Insbesondere ist erwünscht, daß Anfangsbeschleunigungen nach der Umkehr der Kolbenstangen 68 nicht zu groß sind, damit Stöße bzw. abrupte Bewegungen, die das Material belasten, Geräusche und Pulsationen des gepumpten Mediums verursachen, vermieden werden.

In Fig. 1 ist zu erkennen, daß mit dem Teller 72 ein radial nach außen stehender Stift 90 verbunden ist, der in einer achsparallelen linearen Nut 92 geführt ist. Auf diese Weise wird eine Verdrehung des Tellers 72 bzw. der Kolbenstange 68 und damit der Membran 62 verhindert.

Claims

1. Elektromechanisch angetriebene Doppelmembranpumpe mit

- einem mittigen Gehäuse (10) und jeweils einem Pumpengehäuse (12, 14) an gegenüberliegenden Enden des mittigen Gehäuses (10),

- einer flexiblen Membran (62) in einem Verdrängungsraum (64) in jedem Pumpengehäuse (12, 14), wobei die Verdrängungsräume (64) mit dem Saugstutzen einerseits und dem Druckstutzen andererseits über Rückschlagventile (54, 56) verbunden sind,

- einer mit jeder Membran (62) mechanisch verbundenen Kolbenstange, die in Führungen (78) koaxial geführt sind,

- einem Getriebemotor (22, 24), der unmittelbar am mittigen Gehäuse (10) angebracht ist und dessen Abtriebswelle (30) in das mittige Gehäuse (10) hinein steht,

- einem Nocken (32) mit exzentrischer Umfangsfläche (38), der auf der Abtriebswelle (30) sitzt und mit dieser drehfest verbunden ist und einen Lagerzapfen (34) aufweist, der auf der der Abtriebswelle (30) gegenüberliegenden Seite im mittigen Gehäuse (10) drehbar gelagert ist,

- einer Vorspannfeder (88) auf jeder Kolbenstange (78), welche die Kolbenstange (78) in Richtung des Nockens (32) vorspannt, wobei die Vorspannung so bemessen ist, daß ein Abheben der Kolbenstange bei der Pumpe vermieden ist und

- einem mit dem Ende jeder Kolbenstange (68) verbundenen Teller (72), der gegen die Umfangsfläche (38) des Nockens (32) anliegt.

2. Doppelmembranpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Führungsbuchse (78) in einer Öffnung des mittigen Gehäuses (10) angebracht und die Öffnung so bemessen ist, daß Teller (72) und Feder (88) durch die Öffnung hindurch steckbar sind.

3. Doppelmembranpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsbuchse (78) einen radialen Flansch aufweist, der gegen die Außenseite des Gehäuses (10, 44) anliegt und mittels Schrauben (80) daran befestigt ist.

4. Doppelmembranpumpe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß Führungsbuchse (78), Kolbenstange (68), Teller (72) und Feder (88) als vormontierte Einheit von außen in das mittige Gehäuse (10) einbaubar sind.

5. Doppelmembranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Teller (72) und Kolbenstange (68) einteilig geformt sind.

6. Doppelmembranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Teller (72) mittels einer Linearführung (92) im mittigen Gehäuse (10) achsparallel linear geführt ist.

7. Doppelmembranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Nocken (32) einteilig geformt ist mit einer Bohrung zur Aufnahme der Abtriebswelle (30).

8. Doppelmembranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannfeder (88) sich am Teller (72) abstützt.

9. Doppelmembranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Tellers (72) mindestens der Breite des Nockens (32) entspricht.

10. Doppelmembranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurve der Umfangsfläche der Nockens (32) so ausgelegt ist, daß annähernd gleiche Auslenkungen der Kolbenstange pro Winkelumdrehung der Abtriebswelle (30) erhalten werden.

11. Doppelmembranpumpe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß nahe den Umkehrpunkten der Kolbenstangen (68) eine relativ geringe Anfangsbeschleunigung bzw. -verzögerung erhalten wird.

12. Doppelmembranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das mittige Gehäuse (10) aus einem topfförmigen Gehäuseteil (16) und einem Deckelteil (18) besteht und der Getriebemotor (22, 24) am Deckelteil (18) angebracht ist.

13. Doppelmembranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange (68) abgedichtet in der Führung (78) geführt ist und der Raum auf der dem Verdrängungsraum (52) gegenüber liegenden Seite der Membran (62) mit dem entsprechenden Raum auf der gegenüberliegenden Seite der Pumpe in Verbindung steht.

14. Doppelmembranpumpe nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der topfförmige Teil (16) eine Öffnung mit Verschluß (40) für das Einfüllen von Öl in das mittige Gehäuse (10) aufweist.