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Die
Erfindung betrifft eine Membranpumpe mit einer Arbeitsmembrane,
die randseitig mit einem Einspannrand zwischen einem Kurbelgehäuse und einem
Pumpenkopf eingespannt ist, wobei der Pumpenkopf aus Kunststoff,
vorzugsweise aus einem fluorhaltigen Polymerisat (PTFE, PVDF, ETFE,
ETFE, PFA, oder ähnliches)
hergestellt ist und der zumindest einen, den Einspannrand der Arbeitsmembrane beaufschlagenden
Dichtvorsprung trägt.
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Man
kennt bereits Membranpumpen der eingangs erwähnten Art, die einen Pumpenkopf
aus einem fluorhaltigen Polymerisat haben. Bei solchen Membranpumpen,
die als Flachmembran- oder Formmembranpumpen ausgebildet sein können, ist der
Arbeitsraum allseits durch das fluorhaltige Polymerisatmaterial
umgrenzt. Wie bei derartigen Membranpumpen üblich, wird die ebenfalls mit
Teflon oder mit einem anderen fluorhaltigen Polymerisat beschichtete
Arbeitsmembrane im Bereich des Pumpenkopfes eingespannt. Um die
ebenfalls oberflächlich
Teflon-beschichtete Membrane und den sie beaufschlagenden Pumpenkopf
gut abdichten zu können,
ist am Pumpenkopf ein Dichtvorsprung einstückig angeformt, welcher die auf
die Membrane ausgeübte
Flächenpressung
erhöhen
und die Dichtkraft vergrößern soll.
Nachteilig ist jedoch, dass das für den Pumpenkopf verwendete
fluorhaltige Polymerisat vergleichsweise weich ist. Durch die Weichheit des
verwendeten Materials kann sich auch der einstückig angeformte Dichtvorsprung
derart verformen, dass ein Vorspannungsverlust eintritt. Durch diesen Vorspannungsverlust
erhöht
sich gleichzeitig die Leckrate dieser vorbekannten Membranpumpe.
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Es
besteht daher insbesondere die Aufgabe, eine Membranpumpe der eingangs
erwähnten
Art zu schaffen, die sich durch eine wesentlich verbesserte Leckrate
und Dichtigkeit im Einspannbereich der Membrane auszeichnet.
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Die
erfindungsgemäße Lösung dieser
Aufgabe besteht bei der Membranpumpe der eingangs erwähnten Art
insbesondere darin, dass der zumindest eine Dichtvorsprung an einen
vom Pumpenkopf materialverschiedenen Dichtvorsprung-Tragring einstückig angeformt
ist, der mit seinem Tragring-Grund in eine Aussparung des Pumpenkopfes
eingelassen ist, und dass der Dichtvorsprung-Tragring aus einem
im Vergleich zum Pumpenkopf weniger fließfähigen Material hergestellt
ist.
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Bei
der erfindungsgemäßen Membranpumpe
ist der den Einspannrand der Arbeitsmembrane beaufschlagende Dichtvorsprung
an einen Dichtvorsprung-Tragring einstückig angeformt, der aus einem im
Vergleich zum Pumpenkopf weniger fließfähigen Material hergestellt
ist. Da somit auch der Dichtvorsprung aus einem weniger fließfähigen Material
hergestellt ist, wird eine Verformung des Dichtvorsprungs vermieden
und einem Nachlassen der auf den Einspannrand der Arbeitsmembrane
einwirkenden Druckkraft wirkungsvoll entgegengewirkt.
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Der
Dichtvorsprung-Tragring kann beispielsweise aus Edelstahl oder Keramik
hergestellt sein. Möglich
ist aber auch, dass der Dichtvorsprung-Tragring als vorzugsweise
eloxierter oder beschichteter Aluminiumring ausgebildet ist.
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Bei
einem Pumpenkopf, der aus einem fluorhaltigen Polymerisat beispielsweise
als Vollteflon-Pumpenkopf hergestellt ist, sieht eine bevorzugte Ausführungsform
gemäß der Erfindung
vor, dass die Aussparung im Pumpenkopf als Ringnut ausgebildet ist,
in welche der Dichtvorsprung-Tragring einsetzbar ist. Da solche
Vollteflon-Pumpenköpfe
nicht ohne weiteres als Spritzgussteil hergestellt werden können, müssen solche
Vollteflon-Pumpenköpfe
aus Vollmaterial spanend hergestellt werden. Dabei kann die für die Dichtvorsprung-Tragring
benötigte
Ringnut ebenfalls spanend in das für den Pumpenkopf bestimmte
Vollmaterial eingearbeitet werden.
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Um
den Bereich zwischen Dichtvorsprung und Tragring einerseits und
Pumpenkopf andererseits abzudichten, ist es vorteilhaft, wenn zwischen dem
Dichtvorsprung-Tragring und der Ringnut wenigstens eine Ringdichtung
vorgesehen ist.
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Dabei
sieht eine bevorzugte Ausführungsform
gemäß der Erfindung
vor, dass wenigstens eine Ringdichtung auf der dem Dichtvorsprung
abgewandten Seite angeordnet ist.
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Die
wenigstens eine Ringdichtung kann beispielsweise als Nut-Feder-Verbindung
zwischen Pumpenkopf und Dichtvorsprung-Tragring ausgestaltet sein.
Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn der Dichtvorsprung-Tragring
auf seiner dem Dichtvorsprung abgewandten Stirnseite eine Dichtnut
hat, in welche der Pumpenkopf mit einer über den Nutgrund der Ringnut
vorstehenden Feder eingreift. Bei dieser Ausführungsform weist der Dichtvorsprung-Tragring
eine Nut auf, die zu der komple mentären Feder am Nutgrund der Pumpenkopf-Ringnut eng
passend ausgestaltet ist. Zwar ist diese am Pumpenkopf vorgesehene
Feder aus dem vergleichsweise weichen Material des Pumpenkopfes
hergestellt und neigt insbesondere unter Druckbeaufschlagung zum
Fließen,
durch diese Verformung der Feder geht diese aber auch zunehmend
in die Breite und dichtet in der sie umgrenzenden Nut zunehmend
ab.
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Eine
andere Ausführungsform
gemäß der Erfindung
sieht vor, dass wenigstens eine Ringdichtung als vorzugsweise teflonbeschichteter
O-Ring ausgestaltet ist.
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Möglich ist
aber auch, zwischen dem Pumpenkopf und dem Dichtvorsprung-Tragring
eine Dichtung vorzusehen, die ähnlich
ausgestaltet ist, wie der Dichtbereich zwischen Dichtvorsprung-Tragring und Arbeitsmembrane.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn als Ringdichtung wenigstens ein Dichtvorsprung
vorgesehen ist, der in eine zugeordnete komplementäre Aussparung
am Nutgrund der Ringnut vorsteht.
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Insbesondere
ein aus einem fluorhaltigen Polymerisat hergestellter Pumpenkopf
kann auch als Spritzgussteil ausgestaltet sein. Dabei sieht eine
bevorzugte Ausführungsform
gemäß der Erfindung
vor, dass der Pumpenkopf als Spritzgussteil hergestellt ist und
dass der Dichtvorsprung-Tragring vorzugsweise durch Einlegen in
die Spritzgussform in den Pumpenkopf eingeformt ist.
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Um
die Leckrate und die Dichtigkeit der erfindungsgemäßen Membranpumpe
im Einspannbereich ihrer Arbeitsmembrane noch zusätzlich zu
verbessern, ist es vorteilhaft, wenn der Dichtvorsprung-Tragring
die Arbeitsmembrane mit zumindest zwei Dichtvorsprüngen beaufschlagt.
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Um
die Beständigkeit
der erfindungsgemäßen Membranpumpe
auch gegenüber
aggressiven Fördermedien
zu erhöhen,
ist es vorteilhaft, wenn der Dichtvorsprung-Tragring zumindest auf
seiner der Arbeitsmembrane zugewandten Stirnseite eine chemisch
inerte Beschichtung aufweist. Diese chemisch inerte Beschichtung
kann beispielsweise als Polytetrafluorethylen-Beschichtung des Dichtvorsprung-Tragrings
ausgestaltet sein.
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Die
Leckrate und Dichtigkeit der erfindungsgemäßen Membranpumpe im Einspannbereich
wird zusätzlich
verbessert, wenn der zumindest eine Dichtvorsprung sich zur Arbeitsmembrane
verjüngt und
vorzugsweise einen in etwa kegelförmigen Ringquerschnitt hat.
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Um
die Beständigkeit
der erfindungsgemäßen Membranpumpe
auch im Bereich ihres Dichtvorsprung-Tragrings zu verbessern, ist
es zweckmäßig, wenn
der zumindest eine Dichtvorsprung auf seiner dem Arbeitsraum zugewandten
Seite eine geschwungene und/oder gerundete Flanke hat. Weist der
Dichtvorsprung zumindest auf seiner dem Arbeitsraum zugewandten
Seite eine geschwungene und/oder gerundete Flanke auf, kann sich
die Arbeitsmembrane besonders gut vollflächig an den Dichtvorsprung-Tragring
und dessen Dichtvorsprung anlegen und diesen gegen das gegebenenfalls
auch aggressive Fördermedium
abdichten.
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Weiterbildungen
gemäß der Erfindung
sind in weiteren Ansprüchen
dargestellt. Nachstehend wir die Erfindung anhand vorteilhafter
Ausführungen
in Verbindung mit den Ansprüchen
sowie der Zeichnungen noch näher
erläutert.
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Es
zeigt:
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1 eine
Flachmembranpumpe in einem Längsschnitt,
deren Pumpenkopf vollständig
aus einem chemisch inerten Material hergestellt ist, wobei die Flachmembrane
in ihrem Einspannbereich zwischen Pumpenkopf und Kurbelgehäuse mittels
eines Dichtvorsprung-Tragrings eingespannt ist, der die Flachmembrane
mit einem angeformten Dichtvorsprung beaufschlagt,
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2 die
Flachmembranpumpe aus 1 in einem Teil-Längsschnitt im Bereich ihres
Dichtvorsprung-Tragrings,
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3 eine
mit 1 und 2 vergleichbar ausgestaltete
Formmembranpumpe in einem Längsschnitt,
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4 die
Formmembranpumpe aus 3 in einem Teil-Längsschnitt im Bereich ihres
Dichtvorsprung-Tragrings,
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5 eine
mit 1 bis 4 vergleichbar ausgestaltete
Membranpumpe, deren Dichtvorsprung-Tragring die Arbeits- bzw. Flachmembrane mittels
zweier Dichtvorsprünge
beaufschlagt,
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6 die
Membranpumpe aus 5 in einem Teil-Längsschnitt
im Bereich ihres Dichtvorsprung-Tragrings,
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7 den
in eine Ringnut am Pumpenkopf eingesetzten Dichtvorsprung-Tragring
in einem Teil-Längsschnitt,
wobei zwischen dem Dichtvorsprung-Tragring und dem Pumpenkopf eine
hier als O-Ring ausgestaltete Ringdichtung vorgesehen ist,
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8 einen
mit 7 vergleichbar ausgestalteten Dichtvorsprung-Tragring,
dessen Ringdichtung hier jedoch durch zwei koaxiale Dichtvorsprünge gebildet
wird, die in komplementäre
Aussparungen am Pumpenkopf dichtend eingreifen,
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9 einen
Dichtvorsprung-Tragring in einem Teil-Längsschnitt, wobei der an den
Dichtvorsprung-Tragring angeformte Dichtvorsprung geschwungene oder
gerundete Flanken hat, an die sich die Arbeitsmembrane besonders
gut vollflächig
anlegen kann,
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10 eine
gemäß dem Stand
der Technik ausgestaltete Formmembranpumpe, an deren Vollteflon-Pumpenkopf
ein Dichtvorsprung einstückig
angeformt ist, und
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11 die
Formmembranpumpe aus 10 in einem Teil-Längsschnitt im Bereich ihres Dichtvorsprunges.
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In
den 1 bis 11 sind verschiedene Verdrängerpumpen
dargestellt, die als Membranpumpen 1 dargestellt sind.
Diese Membranpumpen 1 weisen eine Arbeitsmembrane 2 auf,
die randseitig mit einem Einspannrand zwischen einem Kurbelgehäuse 3 und
einem Pumpenkopf 4 eingespannt ist. Die Arbeitsmembrane 2 ist
mit einem Kurbelantrieb 6 verbunden, der die Arbeitsmembrane 2 in
oszillierende Walkbewegungen versetzt. Während bei einer Abwärtsbewegung
des Kurbelantriebs 6 die Arbeitsmembrane 2 das
Fördermedium über das
Einsaugventil 7 ansaugt, wird das im Arbeitsraum 8 befindliche
Fördermedium
bei einer Aufwärtsbewegung
des Kurbelantriebs 6 über
das Auslassventil 9 ausgestoßen. Der Pumpenkopf 4 der
hier dargestellten Membranpumpen 1 ist aus Polytetrafluorethylen,
PVDF = Poly (vinylidenfluorid) oder einem anderen chemisch inerten
Material hergestellt und trägt
zumindest einen Dichtvorsprung 5, welcher Dichtvorsprung 5 den
Einspannrand der Arbeitsmembrane 2 beaufschlagt.
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Die 10 und 11 zeigen
eine zum Stand der Technik zählende
Formmembranpumpe 1, bei welcher der den Einspannrand der
Arbeitsmembrane 2 beaufschlagende Dichtvorsprung 5 einstückig an
den Pumpenkopf 4 angeformt ist. Da das für den Pumpenkopf 4 verwendete
Kunststoffmaterial aufgrund seiner Fließeigenschaften vergleichsweise weich
ist, fließt
auch der daran angeformte Dichtvorsprung 5 und verformt
sich derart, dass die auf den Einspannrand der Arbeitsmembrane 2 ausgeübte Vorspannung
nachlässt
und die Leckrate der vorbekannten Formmembranpumpe 1 in
unerwünschter Weise
zunimmt.
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Die
in den 1 bis 9 dargestellten erfindungsgemäßen Pumpen
weisen daher zumindest einen, die Arbeitsmembrane beaufschlagenden Dichtvorsprung 5 auf,
der an einen vom Pumpenkopf 4 materialverschiedenen und
als Dichtring ausgebildeten Dichtvorsprung-Tragring 10 einstückig angeformt
ist. Dieser Dichtvorsprung-Tragring 10 ist mit seinem Tragring-Grund 11 in
einer Aussparung 12 des Pumpenkopfes 4 eingelassen.
Da der Dichtvorsprung-Tragring 10 aus einem im Vergleich
zum Pumpenkopf 4 weniger fließfähigen Material hergestellt
ist und da somit auch dessen angeformter Dichtvorsprung 5 aus
diesem härteren
Material besteht, wird ein Fließen
und Verformen des Dichtvorsprungs verhindert und einem Nachlassen
der auf den Einspannrandbereich ausgeübten Vorspannung entgegengewirkt.
Die erfindungsgemäßen Membranpumpen 1 zeichnen
sich daher durch eine wesentlich verbesserte Leckrate und Dichtigkeit
im Einspannrandbereich der Arbeitsmembrane 2 aus.
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Der
Dichtvorsprung-Tragring 10 kann beispielsweise aus Edelstahl,
Keramik oder Aluminium hergestellt sein. Um die Beständigkeit
der in den 1 bis 9 gezeigten
Membranpumpen 1 zu erhöhen,
kann nicht nur die Arbeitsmembrane 2, sondern auch der
Dichtvorsprung-Tragring zumindest im Bereich des Dichtvorsprungs 5 eine
chemisch inerte Beschichtung, etwa aus Polytetrafluorethylen, aufweisen.
Da die auf dem Dichtvorsprung-Tragring 10 vorgesehene Beschichtung
vergleichsweise dünn
ist, ist ein gewisses Fließen
auch dieser Beschichtung im Bereich des Dichtvorsprungs 5 nicht
mit einem nennenswerten Verlust der Vorspannung verbunden.
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Aus
einem Vergleich der 1 und 2 einerseits
und der 3 und 4 andererseits
wird deutlich, dass die erfindungsgemäße Konstruktion auch bei verschiedenen
Membrantypen vorteilhaft eingesetzt werden kann. Die erfindungsgemäße Konstruktion
ist nicht nur bei der in den 1 und 2 gezeigten
Flachmembranpumpe -, sondern auch bei der in den 3 und 4 dargestellten Formmembranpumpe
vorteilhaft einsetzbar.
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Um
die Leckrate und Dichtigkeit der Membranpumpe 1 im Bereich
des Einspannrandes der Arbeitsmembrane 2 noch zusätzlich zu
verbessern, weist die in den 5 und 6 dargestellte
Membranpumpe 1 einen Dichtvorsprung-Tragring 10 auf, der
die Arbeitsmembrane 2 mit zwei koaxial angeordneten Dichtvorsprüngen 5 beaufschlagt.
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Sofern
der Pumpenkopf 4 als Spritzgussteil ausgebildet und beispielsweise
aus einem fluorhaltigen Polyerisat hergestellt ist, kann der Dichtvorsprung-Tragring 10 beispielsweise
durch Einlegen in die Spritzgussform in den Pumpenkopf 4 eingeformt sein.
Wird der Pumpenkopf 4 demgegenüber durch spanende Bearbeitung
aus dem beispielsweise aus Polytetrafluorethylen bestehenden Vollmaterial
hergestellt, ist es zweckmäßig, wenn
die im Pumpenkopf 4 für
den Dichtvorsprung-Tragring 10 vorgesehene Aussparung 12 als
Ringnut ausgebildet ist, in welche der Dichtvorsprung-Tragring 10 einsetzbar
ist.
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Um
die Membranpumpe 1 im Bereich zwischen dem Dichtvorsprung-Tragring 10 einerseits und
dem Pumpenkopf 4 andererseits abzudichten, ist zwischen
dem Dichtvorsprung-Tragring 10 und der als Ringnut ausgebildeten
Aussparung 12 vorzugsweise wenigstens eine Ringdichtung
vorgesehen. Dabei kann diese Ringdichtung – wie in den 7 bis 9 gezeigt – auf der
den Dichtvorsprung 5 abgewandten Seite angeordnet sein.
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Bei
dem in 7 dargestellten Ausführungsbeispiel wird diese Ringdichtung
durch einen O-Ring 14 bewirkt, der am Nutgrund der Ringnut 12 in
einer Ringdichtungsaufnahme 17 angeordnet ist und die dem
Dichtvorsprung 5 abgewandte Stirnseite des Dichtvorsprung-Tragrings 10 beaufschlagt.
Bei dem in 8 dargestellten Ausführungsbeispiel
weist der Dichtvorsprung-Tragring 10 auch auf seiner dem Dichtvorsprung 5 abgewandten
Seite zwei Dichtvorsprünge 15 auf,
die in jeweils eine zugeordnete komplementäre Aussparung am Nutgrund der
Ringnut vorstehen.
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Bei
dem in 9 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Ringdichtung
als Nut-Feder-Verbindung zwischen Pumpenkopf 5 und Dichtvorsprung-Tragring 10 ausgestaltet.
Der Dichtvorsprung-Tragring 10 weist dazu auf seiner dem
Dichtvorsprung 5 abgewandten Stirnseite eine Dichtnut 16 auf,
in welche der Pumpenkopf 5 mit einer über den Nutgrund seiner Ringnut
vorstehenden Feder 18 eingreift. Zwar ist auch diese an
den Pumpenkopf 5 einstückig
angeformte Feder 18 aus dem vergleichsweise weichen Material
des Pumpenkopfes hergestellt, jedoch bewirkt ein Fließen dieser
Feder 18, dass sich die Feder 18 in der Nut 16 des
Dichtvorsprung-Tragrings 10 weitet und zunehmend abdichtet.
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Aus
einem Vergleich der 1 bis 9 wird deutlich,
dass die Dichtvorsprünge 5 sich
zur Arbeitsmembrane 2 verjüngen und vorzugsweise einen etwa
kegelförmigen
Ringquerschnitt aufweisen. Um die Beständigkeit der Membranpumpen 1 noch
zusätzlich
zu verbessern, sieht das in 9 dargestellte
Ausführungsbeispiel
vor, dass der gegebenenfalls auch beschichtete Dichtvorsprung 5 zumindest
auf seiner dem Arbeitsraum zugewandten Seite und vorzugsweise beidseits
eine geschwungene oder gerundete Flanke hat, derart, dass sich die
Arbeitsmembran 2 wenigstens im Bereich des Dichtvorsprungs 5 praktisch
vollflächig
an den Dichtvorsprung-Tragring 10 anschmiegen und diesen
gegenüber
dem gegebenenfalls auch aggressiven Fördermedium abdichten kann.