DE202014105320U1

DE202014105320U1 - Membranpumpe, insbesondere pneumatische Doppelmembranpumpe

Info

Publication number: DE202014105320U1
Application number: DE201420105320
Authority: DE
Original assignee: Timmer Pneumatik GmbH
Current assignee: Timmer GmbH
Priority date: 2014-11-05
Filing date: 2014-11-05
Publication date: 2015-01-12
Anticipated expiration: 2024-11-06

Abstract

Membranpumpe (100) zur Förderung von flüssigen Medien, umfassend: – ein Pumpengehäuse (1) mit einem Pumpenkorpus (4) und mit wenigstens einem schalenförmigen Gehäusedeckel (2, 2‘), wobei der Gehäusedeckel (2, 2‘) und der Pumpenkorpus (4) jeweils einen Übergangsbereich (11; 12) zu einer Pumpkammer (10) aufweist, – wenigstens eine im Pumpengehäuse (1) über einen Ringwulst (7) peripher eingespannte, elastisch verformbare Membran (3, 3‘), welche im Betriebszustand der Membranpumpe (100) beidseitig mit Druck belastet ist, wobei die Membran (3, 3‘) dem Ringwulst (7) benachbarte Abrollbereiche (8, 8‘) aufweist, mit welchen die Membran (3, 3‘) sich wechselweise an den Übergangsbereichen (11; 12) des Gehäusedeckels (2, 2‘) und des Pumpenkorpusses (4) wenigstens teilweise abstützt, dadurch gekennzeichnet, dass am Übergangsbereich (11) des Gehäusedeckels (2, 2‘) und/oder am Übergangsbereich (12) des Pumpenkorpusses (4) flexible, nachgiebige Materialstrukturen (20; 21) vorgesehen sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Membranpumpe zur Förderung von flüssigen Medien, umfassend:

– ein Pumpengehäuse mit einem Pumpenkorpus und mit wenigstens einem schalenförmigen Gehäusedeckel, wobei der Gehäusedeckel und der Pumpenkorpus jeweils einen Übergangsbereich zu einer Pumpkammer aufweist,
– wenigstens eine im Pumpengehäuse über einen Ringwulst peripher eingespannte, elastisch verformbare Membran, welche im Betriebszustand der Membranpumpe beidseitig mit Druck belastet ist,

Eine Membranpumpe der im Oberbegriff beschriebenen Art lässt sich der WO 2009 024 619 A1 der Anmelderin entnehmen. Als Werkstoffe für die Membranen kommen vorzugsweise Elastomere, thermoplastische Elastomere oder Verbundmembranen zum Einsatz. Verbundmembranen finden besonders beim Kontakt mit aggressiven Medien Verwendung. Sie bestehen in der Regel aus einem elastischen Grundmaterial, das zur Medienseite mit einer chemisch beständigen Folie – meist aus modifiziertem PTFE – kaschiert ist. Nachteilig bei dieser Lösung ist, dass bei abrasiven Medien die Lebensdauer der Membran durch den Verschleiß in der Einspannstelle der Membran zwischen dem Pumpenkorpus und Gehäusedeckel stark reduziert wird. Zusätzlich stellt sich auch noch Verschleiß an den Gehäusedeckeln in diesem Bereich ein. Ursächlich ist die Walkbewegung der Membran.
Bei der Bewegung gelangen die im Fördermedium befindlichen Abrasivstoffe zwangsläufig in einen sich im Betrieb einstellenden Spalt zwischen Membran und Gehäusedeckel. Weisen die im Medium enthaltenen Abrasivstoffe eine vom Fördermedium stark abweichende Dichte auf, treten zusätzlich Ablagerungen der Abrasivstoffe im oberen oder unteren Spalt der Pumpe auf. Während eines vollständigen Bewegungszyklus der Membran erfolgt also wechselweise ein Einsaugen und Ausstoßen des Fördermediums in den sich zwischen Gehäusedeckel und Membran einstellenden Spalt. Am Ende der Förderbewegung legt sich die Membran, bedingt durch den Druck in der Luftkammer, an die Wandung des Gehäusedeckels an, so dass die harten Abrasivstoffe in den Bereichen hoher Flächenpressung in die Membran gedrückt werden können. Hierdurch entstehen insbesondere bei den relativ harten PTFE-Schichten der Verbundmembranen Eindrücke und Einlagerungen der abrasiven Bestandteile, die zu Kerbwirkungen in der Verbundschicht führen und einen frühzeitigen Ausfall herbeiführen können. Darüber hinaus verursachen diese Einlagerungen der abrasiven Bestandteile in der Membran zusätzlich einen erhöhten Verschleiß auf der Gegenfläche am Gehäusedeckel.
Vermeiden ließe sich das Eindringen der abrasiven Stoffe gestalterisch durch Ausbildung eines möglichst scharfkantig abfallenden, dem Abrollbereich der Membran entsprechenden, Übergangsbereichs. Allerdings kann der scharfkantige Übergang zu einer hohen Knick- und Kerbbelastung der Membran führen. Ein sanfter Übergang kann dagegen zu einer größeren Spaltbildung im Einspannbereich führen.
Die bekannte Membranpumpe, hier: pneumatische Doppelmembranpumpe gemäß WO 2009 024 619 A1 der Anmelderin hat sich in Praxis bewährt, jedoch besteht der Bedarf an technische Verbesserungen am peripheren, beanspruchten Einspannbereich, da es infolge der oszillierenden Membranbewegungen und der Wirkung von Abrasivstoffen zu Membranbrüchen und -rissen kommen kann, die zu einer Funktionsunfähigkeit der Membranpumpe führen. Die Aufgabe der Erfindung ist also, eine Membranpumpe zu konzipieren, bei der der Einspannbereich der Membran zwischen dem Pumpenkorpus und Gehäusedeckel so gestaltet ist, dass eine geringere Knick- und Flächenbelastung der Membran geschaffen wird, gleichzeitig aber, bei abrasiven Fördermedien, der Verschleiß der Membran in diesem Bereich minimiert wird.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass am Übergangsbereich des Gehäusedeckels und/oder am Übergangsbereich des Pumpenkorpusses flexible, nachgiebige Materialstrukturen vorgesehen sind. Die Materialstrukturen sind vorzugsweise weicher als das Material der Membran.
Die Materialstrukturen können durch das Einlegen eines Elastomer-Ringes in wenigstens eine am Gehäusedeckel und/oder am Pumpenkorpus eingebrachte, umlaufende Nut gebildet sein. Der Elastomer-Ring kann beispielsweise ein O-Ring oder ein Flachgebilde sein. Der Elastomer-Ring kann auch aus einem anderen Profil (z. B. U-Profil) gefertigt sein.
Ferner können die Materialstrukturen durch das Auftragen einer elastomeren Materialschicht auf den Übergangsbereich am Gehäusedeckel oder am Pumpenkorpus gebildet sein.
Weiterhin ist es möglich, das elastomere Material einstückig mit dem Gehäusedeckel anzufertigen. Vorzugsweise ist der Gehäusedeckel hierbei aus Thermoplasten gefertigt und der einstückige, mit dem elastomeren Material beschichtete, Gehäusedeckel durch das Mehrkomponenten-Spritzgießen hergestellt. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, aus anderen Materialien, beispielsweise aus Aluminium, hergestellte Gehäusedeckel mit einem Elastomer zu beschichten.
Vorzugsweise sind die Materialstrukturen weicher als die des Membranmaterials, beispielsweise elastisch verformbare Kunststoffe, die aus folgenden Gruppen gewählt sind:

– synthetischer Kautschuk EPDM (Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk),
– NBR (Copolymer aus Butadien und Acrylnitril),
– HNBR (Hydrierter Acrylnitrilbutadien-Kautschuk),
– Fluorkautschuk (FKM),
– Perfluorkautschuk (FFKM),
– FEPM (Copolymer aus Tetrafluorethylen und Propylen).

Als Materialstrukturen können auch dünnwandige, in die Nut einlegbare Schläuche aus PTFE (Polytetrafluorethylen) zum Einsatz kommen.
Ein großer Vorteil der Membranpumpe gemäß Erfindung ist, dass die in den Spalt eintretenden Abrasivstoffe vor allem in die weicheren, elastomeren Materialstrukturen und nicht in die Membran bzw. deren PTFE-Deckschicht gedrückt werden. Außerdem wird durch die Nachgiebigkeit des elastomeren Materials die Flächenpressung reduziert und hierdurch das Eindrücken der Abrasivpartikel ebenfalls reduziert. Durch die erzielten Vorteile kann auch die Standzeit der Membranpumpe verlängert werden.
Die Erfindung ist in einigen Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher erläutert. Die Figuren zeigen:
1 eine Doppelmembranpumpe gemäß dem Stand der Technik, in einer schematischen Darstellung;
2a und 2b Detail der Doppelmembranpumpe gemäß dem Stand der Technik, im Einspannbereich der Membran in Saug- und Druckstellung; ebenso in einer schematischen Darstellung;
3a und 3b Detail der Doppelmembranpumpe gemäß Erfindung, im Einspannbereich der Membran in Saug- und Druckstellung; in einer schematischen Darstellung;
4 Detail der Doppelmembranpumpe gemäß Erfindung, mit zwei Elastomer-Ringen, in einer schematischen Darstellung und
5 Detail der Doppelmembranpumpe gemäß Erfindung, mit zwei als Flachgebilde ausgeführten elastomeren Materialstrukturen, in einer schematischen Darstellung.
Zur besseren Verständlichkeit der Erfindung wird zuerst die Membranpumpe gemäß dem Stand der Technik und ihre Funktionsweise anhand der 1 bis 2b beschrieben. Die nachfolgend beschriebenen Details der Membranpumpe gemäß dem Stand der Technik beziehen sich auch auf die erfindungsgemäße Membranpumpe.
In 1 ist eine Doppelmembranpumpe (Membranpumpe 100) gemäß dem Stand der Technik schematisch dargestellt, welche folgende wichtigsten Teile umfasst:

– ein Pumpengehäuse 1 mit einem Pumpenkorpus 4 aus Aluminium,
– zwei spielsymmetrisch zueinander angeordnete, schalenförmige, am Pumpenkorpus 4 angeschraubte Gehäusedeckel 2, 2‘ aus Edelstahl,
– zwei elastomere Membranen 3, 3‘,
– eine die Membranen 3, 3 verbindende Kolbenstange 5 und
– eine Steuereinheit bzw. Steuerventil 6.

Die Membranen 3, 3‘ weisen jeweils einen peripheren Ringwulst 7 auf, welcher durch die Schraubverbindung des Gehäusedeckels 2, 2‘ mit dem mittigen Pumpenkorpus 4 in einem Einspannbereich 19 zusammengedrückt und dort gehaltert ist.
Als Materialien für die Membranen 3, 3‘ kommen Verbundstoffe zum Einsatz. Die Membranen 3, 3‘ sind im vorliegenden Fall aus NBR (Copolymer aus Butadien und Acrylnitril) gefertigt. Der Werkstoff NBR übernimmt die Funktion eines elastischen Grundmaterials, auf welches – zur Medienseite – eine chemisch beständige, dünne PTFE-Folie (Membranbeschichtung 9) aufkaschiert ist.
Die Gehäusedeckel 2, 2‘ bilden zusammen mit dem Pumpenkorpus 4 zwei Pumpkammern 10, welche jeweils durch die Membranen 3, 3‘ in eine Luftkammer 13, 13‘ und eine Flüssigkeitskammer 17, 17‘ mit wechselnden Volumina geteilt sind. Sowohl die Gehäusedeckel 2, 2‘ als auch der Pumpenkorpus 4 weisen jeweils gekrümmte Übergangsbereiche 11; 12 zur Pumpkammer 10 auf.
Die Membranen sind mit der Kolbenstange 5 derart verbunden, dass die Luftkammern 13, 13‘ hinter den Membranen 3, 3‘ wechselseitig mit Druck beaufschlagt und entlüftet werden können. Die bedruckte Luftkammer 13, 13‘ drückt die Membran 3, 3‘ in Richtung Pumpenkorpus 4 und verdrängt das zu fördernde Medium aus der Flüssigkeitskammer 17, 17‘. Gleichzeitig wird die gegenüberliegende Membran 3, 3‘ durch die Kolbenstange 5 in die Mitte des Pumpenkorpusses 4 gezogen, so dass sich die Flüssigkeitskammer 17, 17‘ vergrößert und neues Medium einsaugt. Der Rückfluss des Mediums beim Umschalten der Kammern wird durch geeignete, nicht gezeigte Rückschlagventile verhindert. Die wechselseitige Ansteuerung der Luftkammern 13, 13‘ erfolgt dabei durch eine mechanische Umschaltung des Steuerventils 6 jeweils in der Endstellung der Membranen 3, 3‘.
Wie die 2a und 2b (Stand der Technik) zeigen, legt sich die Membran 3, 3‘ mit ihren dem Ringwulst 7 benachbarten Abrollbereichen 8, 8‘ wechselweise an den Übergangsbereichen 11; 12 an. Zwischen der Membran 3, 3‘ und dem Übergangsbereich 11 des Gehäusedeckels 2, 2‘ bildet sich ein Spalt 18 (vgl. 2a), in welchen die im Fördermedium enthaltenden, körnigen Abrasivstoffe eingreifen und dort anhaften können. Die Abrasivstoffe beschädigen die strukturelle Integrität der Membran 3, 3‘. Infolgedessen kann es zu einem Membranbruch kommen.
Mit den in 3a, 3b, 4 und 5 angedeuteten technischen Maßnahmen wird eine wirksame Abhilfe geschaffen.
So zeigen die 3a und 3b den Einsatz von speziellen Materialstrukturen 20, die das Risiko des Membranbruchs minimieren können. Als Materialstruktur 20 kommt ein Elastomer-Ring 14, 14‘ (O-Ring) zum Einsatz, welcher in eine im Übergangsbereich 11 des Gehäusedeckels 2, 2‘ eingearbeitete Nut 15, 15‘ derart eingepresst ist, dass er mit einer Innenfläche 22 des Gehäusedeckels 2, 2‘ in Flucht liegt oder geringfügig über die Innenfläche 22 ragt.
Eine Abwandlung der Ausführungsform gemäß 3a und 3b ist in 4 gezeigt. In beiden Übergangsbereichen 11, 12 sind die Materialstrukturen 20 in Form von in die Nuten eingepressten Elastomer-Ringen 14, 14‘ zu sehen. Die Membran 3, 3‘ kommt mit ihren beiden Abrollbereichen 8, 8‘ wechselweise mit den Materialstrukturen 20 in Kontakt.
Vorteilhaft an diesen Ausführungsformen ist, dass bei einem Verschleiß des Elastomer-Ringes 14, 14‘ oder wegen eingeschränkter Medienbeständigkeit des elastomeren Materials der Elastomer-Ring 14, 14‘ einfach und kostengünstig ersetzt werden kann.
In 5 sind Materialstrukturen 2 gezeigt, welche durch die Beschichtung der beiden Übergangsbereiche 11; 12 mit einem elastomeren Material 16, wie NBR, entstanden sind. Vorteilhaft an dieser Ausführungsform ist, dass die Beschichtung so ausgeführt werden kann, dass sie flächenmäßig zumindest dem Abrollbereich der Membran 3, 3‘ entspricht. Auf dieser Weise können die in den Spalt 18 einfließenden Abrasivstoffe sich auf einer größeren Fläche verteilen und dort anhaften.

In einer nicht dargestellten Ausführungsform bestehen die Gehäusedeckel 2, 2‘ aus mit Carbonfasern verstärkten Polyphenylensulfid (PPS) und sind stoffschlüssig, in einem Materialstück mit dem weicheren elastomeren Material durch Zweikomponenten-Spritzgießen gefertigt. Bezugszeichenliste:

1	Pumpengehäuse
2, 2‘	Gehäusedeckel
3, 3‘	Membran
4	Pumpenkorpus
5	Kolbenstange
6	Steuerventil
7	Ringwulst
8, 8‘	Abrollbereich
9	Membranbeschichtung
10	Pumpkammer
11; 12	Übergangsbereich
13, 13	Luftkammer
14; 14‘	Elastomer-Ring
15; 15‘	Nut
16	elastomeres Material
17, 17‘	Flüssigkeitskammer
18	Spalt
19	Einspannbereich
20; 21	Materialstrukturen
22	Innenfläche
100	Membranpumpe (Doppelmembranpumpe)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2009024619 A1 [0002, 0005]

Claims

Membranpumpe (100) zur Förderung von flüssigen Medien, umfassend: – ein Pumpengehäuse (1) mit einem Pumpenkorpus (4) und mit wenigstens einem schalenförmigen Gehäusedeckel (2, 2‘), wobei der Gehäusedeckel (2, 2‘) und der Pumpenkorpus (4) jeweils einen Übergangsbereich (11; 12) zu einer Pumpkammer (10) aufweist, – wenigstens eine im Pumpengehäuse (1) über einen Ringwulst (7) peripher eingespannte, elastisch verformbare Membran (3, 3‘), welche im Betriebszustand der Membranpumpe (100) beidseitig mit Druck belastet ist, wobei die Membran (3, 3‘) dem Ringwulst (7) benachbarte Abrollbereiche (8, 8‘) aufweist, mit welchen die Membran (3, 3‘) sich wechselweise an den Übergangsbereichen (11; 12) des Gehäusedeckels (2, 2‘) und des Pumpenkorpusses (4) wenigstens teilweise abstützt, dadurch gekennzeichnet, dass am Übergangsbereich (11) des Gehäusedeckels (2, 2‘) und/oder am Übergangsbereich (12) des Pumpenkorpusses (4) flexible, nachgiebige Materialstrukturen (20; 21) vorgesehen sind.
Membranpumpe (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialstrukturen (20; 21) weicher als das Material der Membran (3, 3‘) sind.
Membranpumpe (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialstrukturen (20) durch das Einlegen eines Elastomer-Ringes (14; 14‘) in wenigstens eine am Gehäusedeckel (2, 2‘) und/oder am Pumpenkorpus (4) eingearbeitete, umlaufende Nut (15; 15‘) gebildet sind.
Membranpumpe (100) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Elastomer-Ring (14, 14‘) ein O-Ring oder Flachgebilde ist.
Membranpumpe (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialstrukturen (21) durch die Beschichtung des Übergangsbereichs (11; 12) mit einem elastomeren Material (16) gebildet sind.
Membranpumpe (100) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das elastomere Material (16) einstückig mit dem Gehäusedeckel (2, 2‘) gebildet ist, indem der Gehäusedeckel (2, 2‘) aus Thermoplasten besteht und durch das Mehrkomponenten-Spritzgießen gefertigt ist.
Membranpumpe (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Membranpumpe (100) um eine pneumatische Doppelmembranpumpe handelt.
Membranpumpe (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergangsbereich (11; 12) des Gehäusedeckels (2, 2‘) abgerundet ist.
Membranpumpe (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialstrukturen (20; 21) aus folgenden Gruppen der elastisch verformbaren Kunststoffe gewählt sind: – EPDM, – NBR, – FKM, – FFKM, – FEPM und PTFE als dünnwandige Schläuche für O-Ringe.