DE202006020237U1

DE202006020237U1 - Membranpumpe

Info

Publication number: DE202006020237U1
Application number: DE202006020237U
Authority: DE
Original assignee: Quattroflow Fluid Systems & Co KG GmbH; QUATTROFLOW FLUID SYSTEMS GmbH
Current assignee: PSG Germany GmbH
Priority date: 2006-10-25
Filing date: 2006-12-12
Publication date: 2008-02-21
Anticipated expiration: 2016-12-13

Abstract

Membranpumpe bestehend aus einem mit einem Antrieb (2) verbundenen Pumpenkopf (3) mit mehreren Pumpkammern (20), die jeweils mittels einer Pumpmembran (21) gegenüber einer Antriebskammer (25) abgedichtet sind, wobei die jeweilige Pumpmembran (21) über ein zugeordnetes Pumpelement (35) mit einer in der Antriebskammer (25) angeordneten Taumelscheibe (10) in Verbindung steht und durch eine Taumelbewegung der Taumelscheibe (10) in eine periodische axiale Pumpbewegung versetzbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpenkopf (3) in ein austauschbares Membrankopfteil (4) und in ein mit dem Antrieb (2) fest verbundenes Antriebskopfteil (5) unterteilt ist und dass die Taumelscheibe (10) über ein Kugellager (26) mit einem gegenüber einer Längsachse (29) gekippten Zapfen (27) einer mit dem Antrieb (2) verbundenen Antriebswelle (28) verbindbar ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Membranpumpe, bestehend aus einem mit einem Antrieb verbundenen Pumpenkopf mit mehreren Pumpkammern, die jeweils mittels einer Pumpmembran gegenüber einer Antriebskammer abgedichtet sind, wobei die jeweilige Pumpmembran über ein zugeordnetes Pumpelement mit einer in der Antriebskammer angeordneten Taumelscheibe in Verbindung steht und durch eine Taumelbewegung der Taumelscheibe in eine periodische axiale Pumpbewegung versetzbar ist.
Stand der Technik
Aus der DE 101 17 531 A1 ist eine Membranpumpe bekannt, die im Wesentlichen aus einem mit einem Antrieb verbundenen Pumpenkopf besteht. Der Pumpenkopf weist mehrere, beispielsweise vier Pumpkammern auf, die jeweils mittels einer Pumpmembran gegenüber einer Antriebskammer abgedichtet sind. Die jeweilige Pumpmembran steht dabei über ein zugeordnetes Pumpelement mit einer in der Antriebskammer angeordneten Taumelscheibe in Verbindung. Dabei wird durch eine Taumelbewegung der Taumelscheibe die Pumpmembran in eine axial periodische Pumpbewegung versetzt. Die Taumelscheibe sitzt auf einem Antriebszapfen einer mit dem Antrieb verbundenen Antriebswelle. Der Antriebszapfen ist dabei gegenüber der Längsachse der Antriebswelle geneigt und mit der Taumelscheibe über ein Kugellager verbunden.
Derartige Pumpen werden zunehmend im Bereich der Biotechnologie eingesetzt, wo sterile Arbeitsbedingungen häufig notwendig sind. Auch werden häufig kontaminierte Medien gepumpt, die nicht in die Umwelt gelangen sollen.
Nachteilig bei der bekannten Pumpe, die sich grundsätzlich bewährt hat, ist, dass der Pumpenkopf relativ großvolumig und schwer ausgebildet ist. Insofern ist es schwierig, den Pumpenkopf vom Antrieb zu trennen und zu sterilisieren.
Aufgabenstellung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die bekannte Membranpumpe im Hinblick auf ihre Handhabung zur Sterilisierung zu verbessern.
Darstellung der Erfindung
Diese Aufgabe wird in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruches 1 dadurch gelöst, dass der Pumpenkopf in ein austauschbares Membrankopfteil und in ein mit dem Antrieb fest verbundenes Antriebskopfteil unterteilt ist und dass die Taumelscheibe über ein Kugellager mit einem gegenüber einer Längsachse gekippten Zapfen einer mit dem Antrieb verbundenen Antriebswelle verbindbar ist.
Durch die Unterteilung in das austauschbare Membrankopfteil und das Antriebskopfteil kann das mit den zu pumpenden Medien in Berührung kommende Membrankopfteil von der Membranpumpe einfach gelöst und beispielsweise mit Anschlussleitungen vor der Benutzung gereinigt und sterilisiert werden. Das Membrankopfteil ist als Pumpenkopfteil leichter, kleiner und einfacher zu Handhaben. Das Membrankopfteil kann beispielsweise als steril verpackte Einheit mit Anschlüssen bereitliegen und erst unmittelbar vor dem Einsatz mit dem Antriebskopfteil verbunden werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Membrankopfteil als ein Einwegkopfteil ausgebildet.
Durch die Ausbildung als Einwegkopfteil lässt sich eine aufwendige Reinigung bei einem mit schädlichen Stoffen kontaminierten Membrankopfteil vermeiden. Das Einwegkopfteil muss nach dem Pumpvorgang lediglich entsorgt werden.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Membrankopfteil ein Membrangehäuseteil mit einer Einlass- und einer Auslasskammer, eine zwischen dem Membrangehäuseteil und einem Membrangehäusedeckel angeordnete Ventilplatte, eine zwischen der Ventilplatte und dem Membrangehäusedeckel angeordnete, die Pumpmembranen aufweisende Membranplatte, und die Taumelscheibe auf. Die Taumelscheibe ist dabei über ein Kugellager mit einem gegenüber einer Längsachse gekippten Zapfen einer mit dem Antrieb verbundenen Antriebswelle verbindbar. Das mit dem Antrieb verbundene Antriebskopfteil weist die Antriebswelle mit dem auf dem Antriebszapfen angeordneten Kugellager auf.
Die Schnittstelle zwischen den beiden Kopfteilen liegt damit in der Taumelscheibe. Das Kopfteil kann relativ einfach mit der Aufnahmebohrung der Taumelscheibe über das an dem Zapfen der Antriebswelle befestigte Kugellager geschoben und mit dem Antriebskopfteil verbunden werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Antriebskopfteil ein Antriebskammerteil mit der Antriebskammer auf, an das das Membrankopfteil ankoppelbar ist. Das Antriebskammerteil weist in seiner zum Antriebskopfteil hin offenen Antriebskammer den Zapfen der Antriebswelle mit dem Kugellager zur Aufnahme der Taumelscheibe auf.
Diese Aufteilung hat zugleich den Vorteil, dass die Taumelscheibe zur Montage leicht zugänglich ist. Bei wieder verwendbaren Systemen lassen sich die Taumelscheibe oder die Pumpmembran, wie auch weitere Teile des Membrankopfteiles, leicht austauschen.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Antriebskammerteil über ein Kammerabschlussteil dem Antriebsgehäuse vorgelagert. Das Kammerabschlussteil bildet zum einem die antriebsseitige Antriebskammerwandung und eine Lagerung der Antriebswelle. Vorzugsweise ist die Antriebswelle über ein Doppelkugellager in dem Kammerabschlussteil gelagert. Das Kammerabschlussteil bildet das Bindeglied zum Antriebsgehäuse, in dem die Antriebswelle mit einem Antriebsmotor verbunden ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Ventilplatte in einem Absatz des Membrangehäuseteiles mit seitlichem axialem Spiel angeordnet und gegenüber dem Membrangehäuseteil und dem Membrangehäusedeckel in axialer Richtung durch elastische Dichtelemente fixiert.
Durch das seitliche und axiale Spiel der Ventilplatte mit gleichzeitiger Fixierung in axialer Richtung durch elastische Dichtelemente wird eine Art schwimmender Lagerung der Ventilplatte zwischen erstem und zweitem Gehäuseteil erreicht. Dadurch wird trotz unterschiedlicher Ausdehnungskoeffizienten beim Autoklavieren, d.h. beim Sterilisieren mit Heißdampf, ein Verspannen der Ventilplatte zuverlässig vermieden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die Pumpmembranen jeweils ein von ihr umschlossenes Verbindungsteil auf, das mit einem Anschlussstück aus einer dem Antriebskopfteil zugewandten Rückseite der Pumpmembran herausragt, über das die Pumpmembran mit dem jeweils unterstützend an ihrer Rückseite anliegenden Pumpelement verbunden ist, wobei das jeweilige Pumpelement seinerseits an der Taumelscheibe angeordnet ist.
Durch das von der Pumpmembran umschlossene Verbindungsteil kann auf Durchbrüche der Pumpmembran verzichtet werden. Die Pumpmembran kann bereits vor der Montage über das Anschlussstück ihres Verbindungsteils mit dem Pumpelement verbunden werden. Nach Einsatz der Pumpmembranen sind diese dann von der Antriebskammer her einfach über ihre Pumpelemente mit der Taumelscheibe verbindbar. Dies erlaubt eine schnelle, kostengünstige und sichere Montage der Pumpmembranen bei relativ einfacher Herstellung.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, in denen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beispielhaft veranschaulicht sind.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
In den Zeichnungen zeigen:
1: eine Seitenansicht einer Membranpumpe mit abgenommenem Membrankopfteil,
2: eine Seitenansicht eines Membrankopfteiles im Schnitt und vergrößerter Darstellung,
3: eine Seitenansicht eines weiteren Membrankopfteiles im Schnitt und vergrößerter Darstellung,
4: eine Seitenansicht der Membranplatte von 5, entlang der Linie IV-IV geschnitten,
5: eine Draufsicht auf die Membranplatte von 2,
6: eine Seitenansicht des Pumpelements von 2 im Schnitt und
7: eine Draufsicht auf das Pumpelement von 6.
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
Eine Membranpumpe 1 besteht im Wesentlichen aus einem mit einem Antrieb 2 verbundenen Pumpenkopf 3.
Der Pumpenkopf 3 besteht aus einem austauschbaren Membrankopfteil 4, einem Antriebskopfteil 5, das fest mit dem Antrieb 2 verbunden ist.
Das als ein Einwegkopfteil ausgebildete Membrankopfteil 4 besteht im Wesentlichen aus einem Membrangehäuseteil 6, einer zwischen dem Membrangehäuseteil 6 und einem Membrangehäusedeckel 7 angeordneten Ventilplatte 8, einer Membranplatte 9 und einer Taumelscheibe 10.
Das Membrangehäuseteil 6 weist einen Einlass 11 auf, dessen Einlasskanal 12 in einer ringförmigen Einlasskammer 13 mündet. Ein Auslass 14 des Membrangehäuseteiles 6 ist mit seinem Auslasskanal 15 mit einer zentralen Auslasskammer 16 verbunden. Damit ist die Einlasskammer 13 konzentrisch zur Auslasskammer 16 angeordnet.
Zwischen dem Membrangehäuseteil 6 und dem Membrangehäusedeckel 7 ist in einem Absatz 17 des Membrangehäuseteiles 6 die Ventilplatte 8 angeordnet.
Die Ventilplatte 8 weist vier Einlassventile 18 auf, deren Ventilkanäle 19 einerseits mit der Einlasskammer 13 und andererseits mit der Ventilplatte 8 vorgelagerten Pumpkammern 20 verbunden ist. Die zu dem Membrangehäusedeckel 7 hin offenen Pumpkammern 20 sind jeweils von einer Pumpmembran 21 verschlossen bzw. begrenzt. Die Pumpmembranen 21 sind zwischen Ventilplatte 8 und Membrangehäusedeckel 7 aufgespannt und dichten die jeweilige Pumpkammer 20 über eine ringförmige Wulst 22, die in einer um die Pumpkammer 20 angeordneten Nut 23 verläuft, ab. Die Pumpmembranen 21 sind im Ausführungsbeispiel zu der Ventilplatte 8 miteinander verbunden.
Das Antriebskopfteil 5 weist ein Antriebskammerteil 24 mit einer Antriebskammer 25 auf, die dem Membrangehäusedeckel 7 vorgelagert ist. Wenn das Membrankopfteil 4 auf dem Antriebskopfteil 5 aufgesetzt ist, befindet sich die an dem Membrankopfteil 4 angeordnete Taumelscheibe 10 in der Antriebskammer 25. Die Taumelscheibe 10 wird auf ein Kugellager 26, das an einem Zapfen 27 einer mit dem Antrieb 2 verbundenen Antriebswelle 28 angeordnet ist, aufgesteckt. Der Zapfen 27 ist dabei gegenüber der Längsachse 29 der Antriebswelle 28 geneigt, um eine taumelnde Bewegung der Taumelscheibe 10 zu erzeugen.
Das Antriebskammerteil 24 ist über ein Kammerabschlussteil 30 dem Antriebsgehäuse 31 vorgelagert.
Die Pumpmembranen 21 weisen jeweils ein von ihnen umschlossenes Verbindungsteil 32 auf, das mit einem zentralen Anschlussstück 33 aus einer der Antriebskammer 25 zugewandten Rückseite 34 der Pumpmembran 21 herausragt, über das die Pumpmembran 21 mit einem unterstützend an ihrer Rückseite 34 anliegenden Pumpelement 35 verbunden ist. Dabei ist das Verbindungsteil 32 als eine kolbenartige Scheibe 36 mit dem Anschlussstück 33 ausgebildet. Das zentrale Anschlussstück 33 bildet durch sein Gewinde ein Gewindebolzen, über den die Pumpmembran 21 mit dem ihr zugeordneten Pumpelement 35 verschraubt ist.
Die Pumpelemente 35 sind ihrerseits über Schrauben 37 mit der Taumelscheibe 10 verbunden.
Durch die Taumelbewegung der Taumelscheibe 10 werden die Pumpmembranen 21 über die mit ihnen verbundenen Pumpelemente 35 in periodische axiale Pumpbewegungen versetzt.
Die Ventilplatte 8 weist ein zentral angeordnetes Auslassventil 38 auf, das als ein Tellermembranventil mit einer Tellermembran 39 ausgebildet ist. Das Auslassventil 38 weist Ventilkanäle 40 auf, die die Pumpkammer 20 mit der Auslasskammer 16 verbinden und die von der Tellermembran 39 nach der Art eines Rückschlagventils verschließbar sind, um einen Rückfluss aus der Auslasskammer 16 in die Pumpkammern 20 zu verhindern.
Die Ventilplatte 8 ist in dem Absatz 17 des Membrangehäuseteiles 6 mit einem seitlichen Spiel angeordnet und gegenüber den benachbarten Gehäuseteilen 6, 7 in axialer Richtung bei axialem Spiel durch elastische Dichtelemente 41 fixiert. Die elastischen Dichtelemente 41 werden zum Membrangehäuseteil 6 hin von einer inneren Dichtung 42 (siehe 2), die konzentrisch zur Auslasskammer 16 ist, und entsprechend dem Ausführungsbeispiel von 3 zusätzlich von einer äußeren Dichtung 43, die konzentrisch um die Einlasskammer 13 angeordnet ist, gebildet. Die innere Dichtung 42 dichtet gleichzeitig die Einlasskammer 13 gegen die Auslasskammer 16 ab.
Zu dem Membrangehäusedeckel 7 hin werden die elastischen Dichtelemente 41 von den ringförmigen Wülsten 22 der Pumpmembranen 21 gebildet. Die Ventilplatte 8 ist damit zwischen dem Membrangehäuseteil 6 und dem Membrangehäusedeckel 7 durch die elastischen Dichtelemente 41 schwimmend gelagert und weist trotz axialer Fixierung in axialer Richtung ein Spiel auf, das trotz unterschiedlicher Ausdehnungskoeffizienten beim Autoklavieren bzw. Dampfsterilisieren ein Verziehen verhindert.
Durch eine Drehung der Antriebswelle 28 um die Längsachse 29 wird die Taumelscheibe 10 aufgrund der Neigung des Zapfens 27 in eine umlaufende Taumelbewegung versetzt, ohne mit der Antriebswelle 28 mitzurotieren. Durch die Taumelbewegung der Taumelscheibe 10 werden die Pumpmembranen 21 und die Pumpelemente 35 in eine periodisch axiale Pumpbewegung versetzt, durch die in den Pumpkammern 20 wechselweise im Ansaugtakt durch eine Bewegung in Richtung der Antriebskammer 25 Unterdruck und im Ausstoßtakt durch eine Bewegung in Richtung des Membrangehäuseteiles 6 Überdruck erzeugt wird.
Aufgrund der jeweils stromabseitigen Anordnung der Ventilmembran 44 der Einlassventile 18 öffnen sich die Einlassventile 18 und schließt sich der entsprechenden Teil des Auslassventils 38 selbsttätig, wenn in der zugeordneten Pumpkammer 20 Unterdruck herrscht. Bei Überdruck in der Pumpkammer 20 schließen sich die zugeordneten Einlassventile 18 und öffnet sich der entsprechende Teil des Auslassventils 38 selbsttätig. Dadurch wird das Pumpmedium aus der Pumpkammer 20 durch die Auslasskammer 16 zum Auslass 14 hinausgefördert.
Zum Pumpen wird das Membrankopfteil 4 so auf das Antriebskopfteil 5 aufgesetzt, dass die Taumelscheibe 10 mit Ihrer zentralen Aufnahmebohrung 45 über das Kugellager 26 greift und der Membrangehäusedeckel 7 an das Antriebskammerteil 24 anschlägt. Das Membrankopfteil bzw. sein Membrangehäuseteil 6 und das Antriebskammerteil 24 können beispielsweise über nicht dargestellte Schrauben miteinander verschraubt werden.
Nach dem Ende des Pumpvorganges kann das Membrankopfteil 4 vom Antriebskopfteil 5 wieder gelöst und entsorgt werden.

Claims

Membranpumpe bestehend aus einem mit einem Antrieb (2) verbundenen Pumpenkopf (3) mit mehreren Pumpkammern (20), die jeweils mittels einer Pumpmembran (21) gegenüber einer Antriebskammer (25) abgedichtet sind, wobei die jeweilige Pumpmembran (21) über ein zugeordnetes Pumpelement (35) mit einer in der Antriebskammer (25) angeordneten Taumelscheibe (10) in Verbindung steht und durch eine Taumelbewegung der Taumelscheibe (10) in eine periodische axiale Pumpbewegung versetzbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpenkopf (3) in ein austauschbares Membrankopfteil (4) und in ein mit dem Antrieb (2) fest verbundenes Antriebskopfteil (5) unterteilt ist und dass die Taumelscheibe (10) über ein Kugellager (26) mit einem gegenüber einer Längsachse (29) gekippten Zapfen (27) einer mit dem Antrieb (2) verbundenen Antriebswelle (28) verbindbar ist.
Membranpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Membrankopfteil (4) als ein Einwegkopfteil ausgebildet ist.
Membranpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Membrankopfteil (4) ein Membrangehäuseteil (6) mit einer Einlass- (13) und einer Auslasskammer (16), eine zwischen dem Membrangehäuseteil (6) und einem Membrangehäusedeckel (7) angeordnete Ventilplatte (8), eine zwischen der Ventilplatte (8) und dem Membrangehäusedeckel (7) angeordnete, die Pumpmembranen (21) aufweisende Membranplatte (9), und die Taumelscheibe (10) aufweist.
Membranpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das mit dem Antrieb (2) verbundene Antriebskopfteil (5) die Antriebswelle (28) mit dem auf dem Antriebszapfen (27) angeordneten Kugellager (26) aufweist.
Membranpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebskopfteil (5) ein Antriebskammerteil (24) mit der Antriebskammer (25) aufweist, und dass das Membrankopfteil (4) an das Antriebskammerteil (24) ankoppelbar ist.
Membranpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebskammerteil (24) in seiner zum Antriebskopfteil (5) hin offenen Antriebskammer (25) den Zapfen (27) der Antriebswelle (28) mit dem Kugellager (26) zur Aufnahme der Taumelscheibe (10) aufweist.
Membranpumpe nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebskammerteil (24) über ein Kammerabschlussteil (30) dem Antriebsgehäuse (31) vorgelagert ist.
Membranpumpe nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilplatte (8) in einem Absatz (17) des Membrangehäuseteiles (6) mit seitlichem axialem Spiel angeordnet und gegenüber dem Membrangehäuseteil (6) und dem Membrangehäusedeckel (7) in axialer Richtung durch elastische Dichtelemente (41) fixiert ist.
Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpmembranen (21) jeweils ein von ihr umschlossenes Verbindungsteil (32) aufweisen, das mit einem Anschlussstück (33) aus einer dem Antriebskopfteil (5) zugewandten Rückseite (34) der Pumpmembran (21) herausragt, über das die Pumpmembran (21) mit dem jeweils unterstützend an ihrer Rückseite (34) anliegenden Pumpelement (35) verbunden ist, und dass das jeweilige Pumpelement (35) seinerseits an der Taumelscheibe (10) angeordnet ist.