DE2116456A1

DE2116456A1 - Membranpumpe zur Förderung flüssiger oder gasförmiger Medien

Info

Publication number: DE2116456A1
Application number: DE19712116456
Authority: DE
Inventors: Fritz E. Dipl.-Ing. 7417 Urach Breit
Original assignee: Pumpenfabrik Urach GmbH
Current assignee: Pumpenfabrik Urach GmbH
Priority date: 1971-04-03
Filing date: 1971-04-03
Publication date: 1972-10-12
Also published as: US3807906A; IT952474B

Description

DIPL-ING. GRÄMKOW OR. MÜLLER-BORE D1PL.-PHYS. DR. MANITZ DIPL-CHEM. DR. DEUFEL DIPL-ING. FiNSTERWALD

PATENTANWÄLTE O 1 1 O / Γ Γ«

7 STUTTGART 50 (BAD CANNSTATT) MARKTSTRASSE 3

Gr/Ro 3/4

PU 20

Anmelderln: _{2> Aprll}

Pumpenfabrik Urach, 7^17 Urach/Württ.

"Membranpumpe zur Förderung flüssiger oder gasförmiger Medien"

Die Erfindung betrifft eine Membranpumpe zur Förderung flüssiger oder gasförmiger Medien, insbesondere mit vorgeschalteter Pumpe für ein Hilfsarbeitsmedium.

Membranpumpen haben den Vorteil, daß die die Förderung bewirkende hin- und hergehende Membrane absolut dicht mit dem Pumpengehäuse verbunden werden kann, da dieFörderung lediglich auf Formänderung der Membrane beruht. Derartige Pumpen haben vor allem Bedeutung für die Förderung solcher Medien, bei denen jede Leckverluste praktisch vollständig ausgeschlossen werden müssen, sei es aus chemischen oder gesundheitsschädlichen Gründen oder deswegen, weil es sich um die Förderung besonders kostspieliger Medien, wie z.B. schweren Wassers für Reaktoren, handelt.

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Dipl.-Inn. GRÄMKOW Dr. MANITZ. Dr. DEUFEL, Dlpl.-Ing. FINSTERWALD Dr. MÖLLER-BORE

Stuttgart EO (Bad Cannstatt). Marktstraße 3 8 München 22. Robert-Koch-Straße 1 3a Braunschweig, Am Bürgerpark 8

Teleion (0711) 56 7261 Telefon (0811) 225110/227508, Telex 5-22050 mbpat Telefon (0531) 28487

Die üblichen Membranpumpen mit flacher Membran haben jedoch den Nachteil, daß sie für ein bestimmtes Fördervolumen eine große Fläche erfordern und daher sehr breit bauen. Da dieselben ferner vielfach unmittelbar mit einer vorgeschalteten Pumpe für das Hilfsarbeitsmedium, welches die Membrane antreibt, zusammengebaut werden sollen, ergeben sich räumlich und baulich außerordentliche Schwierigkeiten, wenn es sich um Mehrzylinderpumpen handelt und jedem Zylinder oder jeder von mehreren Zylindergruppen eine Membranpumpe zuzuordnen ist,

Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile der üblichen Membranpumpen zu vermeiden und mit relativ kleinen Abmessungen auszukommen, und zwar auch dann, wenn mehrere Membranpumpen in Reihe nebeneinander anzuordnen sind.

Die Erfindung besteht demgemäß im wesentlichen darin, daß die Pumpe als Kugelmembranpumpe oder kugelähnliche Membranpumpe ' ausgebildet ist, wobei unter diesen Pumpen auch solche verstanden werden sollen, die lediglich eine Teilkugel, also auch solche bilden, deren Zentriwinkel gleich, kleiner oder größer als l8o° ist.

Eine solche kugelförmige oder kugelähnlich, z.B. auch in Ellipsoid- oder Paraboloidform ausgebildete Membranpumpe weist einen (radial) inneren und einen (radial) äußeren Pumpenraum auf. Der innere Pumpenraum wird in der Regel von dem Hilfsarbeitsmedium beaufschlagt, während der äußere

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Pumpenraum der Förderung des zu fördernden Nutzmediums dient. Doch kann unter besonderen Umständen auch eine umgekehrte Beaufschlagung der Membrane vorgesehen sein. In diesem Falle muß wegen des auftretenden Saugdruckes in der Regel eine besonders zuverlässige Abstützung der Membrane vorgenommen werden, damit die bei dem auftretenden Unterdruck hervorgerufene Kavitationsgefahr unterbunden wird.

Vorzugsweise ist der äußere bzw. innere Pumpenraum bei jeweils größtem Volumen im Querschnitt sichelförmig ausgebildet. Auf der Innenseite wird die Membrane vorzugs-

von
weise durch einen/einzelnen ^analen für den Zutritt des Innenmediums zur Membrane durchsetzten Stützkörper abgestützt, so daß die Membrane bei nicht arbeitender Pumpe bzw. unter einem auf der Innenseite erzeugten Unterdruck möglichst mit ganzer Fläche auf dem entsprechend der Membrane kugelförmig oder ähnlich ausgebildeten Stützkörper aufliegt. Die Kanäle für den Zutritt des Innenmediums werden hierbei zweckmäßig durch gitter- oder siebartige Wandungen überbrückt. Vorzugsweise sind ferner den Pumpenräumen Drossel- oder Beruhigungselemente vorgeschaltet, etwa in Form von mit Durchbrechungen versehenen Wänden, damit das zuströmende oder abströmende Medium die Membrane nicht örtlich durchbiegt und Ausbeulungen hervorruft. Entsprechendes gilt sinngemäß auch für den äußeren Pumpenkörper und den Zutritt des Außenmediums zum äußeren Pumpenraum, wenn auch hier wegen der reinen Zugspannungen die Ge-

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fahr eines Ausbiegens oder Ausbeulens der Membrane nach außen geringer ist.

Allgemein hat die Erfindung den Vorteil, daß die Kugelmembranpumpe gegenüber den bisher üblichen Flachmembranpumpen wesentlich kleiner und schmaler baut und bei kleinster Oberfläche ein größtes Pumpenarbeitsvolumen erzielbar ist,

Bei gegebener Fördermenge ist ferner die Materialbeanspruchung infolge der Kugelform der Membrane am geringsten. Die Membrane wird gleichmäßig beansprucht, das Spannungsgefälle ist nahezu Mull und die Lebensdauer der Pumpe entsprechend groß. Biegungsbeanspruchungen oder Druckbeanspruchungen treten kaum auf, vielmehr ist die Membrane fast ausschließlich auf Zug beansprucht.

Ein weiterer Vorteil der leckfreien, keine dynamischen Dichtungen beanspruchenden Förderung besteht ferner darin, daß bei Förderung eines chemisch aggressiven, z.B. korrodierenden Förderraediums nur die mit diesem Medium in Berührung tretenden Wandungen aus hochwertigem Material zu bestehen brauchen, während für die mit dem Hilfsmedium in Verbindung tretenden Wandungen, z.B. des inneren Pumpenraumes der Kugelmembranpumpe, relativ minderwertiges, billiges Material verwendbar ist. Als Hilfsarbeitsflüssigkeit kann einfaches Wasser oder zweckmäßig öl verwendet werden.

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Die Kuge lmembranpunipe kann mit einfacher Membrane oder mit doppelter Membrane verwendet werden. Als Material für die Membrane kann Gummi oder - Vorzugsweise - ein anderes elastisches nichtmetallisches Material verwendet werden. Im Falle einer Doppelmembrane sind die Einzelmembranen vorzugsweise schalenförmig ineinandergefügt, wobei der entsprechend kugelförmige, spaltartige Zwischenraum zwischen den beiden Einzelmembranen mit einem Zwischenmedium, z.B. einer Flüssigkeit wie öl od.dgl., gefüllt ist. Das Zwischenmedium kann hierbei - in an sich bekannter Weise an einen elektrischen Stromkreis angeschlossen sein, um im Falle eines Membranbruches und dadurch geänderter Stromstärke den Bruch anzuzeigen.

Ist die Membrane als Teilkugel oder in teilkugelähnlicher Form mit einem Zentriwinkel von höchstens etwa l8o ausgebildet, können beide Einzelmembrane in gleicher Weise ausgebildet sein. Zur Erzielung eines größtmöglichen Fördervolumens weist jedoch die kugelförmig oder kugelähnlich ausgebildete Membrane einen Zentriwinkel von mehr als l80° auf. Zur Einspannung der Membrane zwischen Innen- und Außenwand können diese etwa zylindrische oder kegelförmige Ansätze aufweisen, die zur Vermeidung von Biegungsbeanspruchungen mit Abrundung oder tangential bzw. nahezu tangential in den kugelförmigen Teil der Membrane übergehen und durch die hindurch das Medium zum inneren Pumpenraum eintreten kann.

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Die KugeImembranpumpen können unmittelbar mit den vorgeschalteten Pumpen zu einer Baueinheit zusammengebaut sein. Sie können jedoch auch vollständig von diesen getrennt sein, so daß beispielsweise letztere in einem isolierten Gebäuderaum, etwa innerhalb eines nach außen gegen Strahlung abgeschirmten Bauwerkes für einen Reaktor od.dgl., untergebracht sein können.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Hierbei zeigen

Fig. 1 einen Axialschnitt durch eine erfindungsgemäße Kugelmembranpumpe,

Fig. 2 und 3 schematisch weitere Ausführungsformen einer Kugelmembranpumpe in teilkugel- oder teilkugelförmiger Ausbildung und

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung für die Anordnung einer Gruppe von Kugelmembranpumpen, etwa in Verbindung mit einer mehrzylindrigen vorgeschalteten Pumpe für das Hilfsarbeitsmedium*

In Fig. 1 ist in das aus den beiden Teilen 10a und 10b zweiteilig mittels der Verschraubung 10c zusammengesetzte kugelförmige Gehäuse 10 der Kugelmembranpumpe die Doppelmembrane eingesetzt, die aus der Außenmembrane 13 und der Innenmembrane 14 mit zwischengeschaltetem spaltförmigem Hohlraum 15 zu« sammengesetzt 1st. Die beiden Einzelmembrane 13 und 14 weisen

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zu ihrer Befestigung einen jeweils etwa zylindrischen oder leicht konischen Ansatz IJa bzw. l4a auf, die durch einen Spannring 16 und einen inneren kugelförmigen Stützkörper mit einem zylindrischen bzw. leicht konischen Ansatz 17a im Außengehäuseteil 10a eingespannt sind. Ein Anschlußring hält den Spannring l6 in seiner Lage und ist mit dem Gehäuse bzw. dem Stützkörper 17 sowie mit einer lediglich strichpunktiert angedeuteten Zuleitung 19 für ein Arbeits- oder Primärmedium, z.B. durch Verflanschen, fest verbunden. Das Arbeits- oder Primärmedium, z.B. ein flüssiges Medium, wird durch eine Pumpe 20 geliefert, welches das Medium als hin- und hergehende Mediumsäule, gegebenenfalls über ein Druck-

z.B.
ventil 21 und ein Saugventil 22,/einem Kanal 25 in Form einer Bohrung, im Stützkörper 17 zuliefert. Die Bohrung durchsetzt den Stützkörper 17 diagonal in der Symmetrieachse des Stützkörpers vom Anschlußansatζ 17a her. Der Stützkörper 17 ist derart ausgebildet und sein Kugeldurchmesser derart bemessen, daß sich die innere Membrane 14 in ungespanntem oder mehr oder weniger vorgespanntem Zustande bzw. unter einem Saugdruck im Kanal 25 an die Oberfläche des Stützkörpers anlegt. Der Kanal 25 wird an seinem dem Einlaufende gegenüberliegenden Ende gegen die Membrane 12 bzw. die innere Einzelmembrane 14 durch eine siebartige Platte 24 mit Bohrungen abgeschirmt, hinter der ein weiteres Siebgitter24a derart angeordnet ist, daß die innere Membrane 14 bei einem im Kanal 25 auftretenden Unterdruck nicht in den Kanal hereingezogen und eingebeult wird, sondern ihre Kugelform entsprechend der Außenoberfläche 26 des inneren Stützkörpers 17 beibehält.

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Das Teil 10b des Gehäuses 10 ist ferner so ausgebildet, daß seine innere Kugelfläche 27 einen zum Mittelpunkt der Kugel— oberfläche 26 etwas versetzten Kugelmittelpunkt aufweist, derart, daß zwischen der auf dem inneren Stützkörper 17 aufliegenden Membrane 14 und■der inneren Kugeloberfläche 27 des Gehäuses ein sichelförmiger Pumpenraum 27a gebildet wird, welcher beim Ausdehnen bzw. Zusammenziehen der Membrane wechselweise' mit einem (in Fig. 1 auf den Wert Null verringerten) Pumpenraum 26a verkleinert bzw. vergrößert wird. Der Pumpenraum 27a steht über einen Zulaufkanal 28 mit einer Leitung 29 in Verbindung, die zur Weiterleitung und Förderung des eigentlichen Fördermediums, z.B. schweren Wassers, dient und z.B. ein Saugventil 30 und ein Druckventil 31 aufweist. Ähnlich wie auf der Arbeits- oder Primärseite wird auch auf der Förder- oder Sekundärseite der Pumpenraum 27a gegen den Zulauf kanal 28 durch eine Platte 32 abgeschirmt, die mit Bohrungen oder sonstigen Durchbrechungen 33 versehen ist und zur Abstützung der äußeren Einzelmembrane 13 bei deren maximaler Ausdehnung dient, um ein Ausbeulen der Membrane in den Zulaufkanal 28 hinein zu verhindern. Da jedoch wegen der starken Zugbeanspruchung der Membrane die Gefahr eines solchen Ausbeulens hier relativ gering ist, kann gegebenenfalls auch die zur Druckabstutzung dienende Platte 32 fehlen.

Die Platten 24 und (insbesondere) 32, die beispielsweise aus Metall oder einem Sintermaterial bestehen, können auch durch Platten, Kegelventile od.dgl. ersetzt werden.

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Zusätzlich zum Längskanal 23 können ferner Querkanäle 34 vorgesehen sein, welche einen zusätzlichen Zutritt des Primärmediums zur Innenseite der Kugelmembrane 12 zulassen. Auch in diesem Falle können Beruhigungs- oder Abschirmplatten 24 und Siebgitter 24a eingebaut sein.

Der Übergang zwischen dem kugelförmigen Teil der Einzelmembrane 15 und 14 in den stutzenartigen Ansatzteil 13a bzw. l4a erfolgt mit möglichst weicher Abrundung, so daß sich Biegungsbeanspruchungen an diesen Stellen möglichst wenig auswirken können. Im übrigen wird die aus den beiden Einzelmembranen 13 und 14 bestehende Kugelmembran IJ praktisch nur auf Zug beansprucht.

Der spaltförmige Zwischenraum 15 zwischen den beiden Einzelmembranen 14 und 15 ist mit einer Flüssigkeit, z.B. öl, gefüllt, die an einem Stromkreis 35 mit einem Stromanzeigegerät 36 angeschlossen ist, das als Warngerät dient und ein Warnsignal auslösen kann, wenn sich der durch den Stromkreis geschickte Strom, etwa infolge eines Bruches der inneren oder äußeren Membrane, verändert.

Wird von der Pumpe 20 ein Druckimpuls in Pfeilrichtung X₁ gegeben, so daß die Arbeits- oder Primärflüssigkeit durch den Kanal 23 bzw. die weiteren Bohrungen 34 gegen die Innenmembran 14· gedrückt wird, dehnt sich die Kugelmembrane 12 als Ganzes aus, indem sie sich von der Kugeloberfläche 26

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des Stützkörpers 17 abhebt und in ihrer anderen aidlage an der Innenkugeloberfläche 27 des Gehäuses 10 anliegt* Der im Querschnitt sichelförmige Pumpenraurn 27a wird dadurch verringert und die verdrängte Förderflüssigkeit über den Zulaufkanai 28 und das Druckventil 31 in Pfeilrichtung y, gefördert.

Wird das zuvor in den nunmehr sichelförmigen Arbeitsraum 26a der Kugelmembranpumpe eingedrückte Medium in Pfeij_richtung x_? zurückgesaugtj zieht sich die Kuga!membrane 12 wieder zusammen, so daß die Förderflüssigkeit in Pfeilrichtung y_o xcLeder in den Pumpenraum 27a angesaugt wird. Die mit Durchbrechungen versehenen Platten 24 und 32 gewährleisten hierbei, daß die Membrane 12 an den Zulaufstellen keinen zu starken, auf Ein- oder Ausbeulungen hinwirkenden Druckimpuls erhalten und das betreffende Primär- bzw. Sekundärmedium möglichst gleichmäßig auf die Pumpenräume 26a bzw. 27a verteilt wird.

Die Ausfuhrungsformen nach Fig. 2 und 3 zeigen Ausführungsformen von Kugelmembranen in Teilkugelform mit kleinerem Zentriwinkel. So bilden z.B. die Einzelmembrane 113 und Teilkugeln mit Zentriwinkeln von weniger bis etwa l8o°. Mit 110a ist die Einspannung der Membrane 112 im Gehäuse schematisch angedeutet. Die Einspannflansche 112a befinden sich hierbei gemäß Fig. 2 in einer Querebene, während im Falle der Fig. 3 das Einspannende 112b der Membrane rohr-

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förmig axial gerichtet ist. Das einen Ansatz bildende Einspannende 112b kann hierbei tangential oder etwa tangential in die Kugelmembran 114 übergehen.

Ausführungen mit einem Zentriwinkel bis zu l8o° bieten gegebenenfalls die Möglichkeit, gleiche Einzelmembrane ineinanderzufügen.

Es ist ferner möglich, Primärseite und Sekundärseite der Membranpumpe miteinander zu vertauschen, indem das Arbeitsoder Primärmedium den äußeren Pumpenraum 27a und das Fördermedium den inneren Pumpenraum 26a beaufschlagt.

Pig. k zeigt schematisch die Anwendung von Kugelmembranpumpen an einer Mehrzylinder-Arbeitspumpe, die z.B. bei 20a angedeutet ist. Das von der Arbeitspumpe 2oa pulsierend geförderte Medium wird durch die Zuleitungen 19 und die Zweigleitungen 19a den einzelnen Kugelmembranpumpen 12 zugeführt, die ihrerseits über die einzelnen Zuleitungen 28 mit dem Leitungsaggregat 29a für das Fördermedium in Verbindung stehen.

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Claims

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Ansprüche:

Membranpumpe zur Förderung flüssiger oder gasförmiger Medien, insbesondere mit vorgeschalteter Pumpe für ein Hilfsarbeitsmedium, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe als Kugelmembranpumpe (12;112) oder kugelähnliche Membranpumpe ausgebildet ist.

2, Membranpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere und/oder innere Pumpenraum (27a bzw. 26a) mit etwa sichelförmigem Querschnitt zur Membrane (12) etwa konzentrisch angeordnet sind.

^. Membranpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Membrane (12) auf ihrer Innenseite durch einen von einzelnen Kanälen (23,^4) für den Zutritt des Innenmediums durchsetzten Stützkörper (17) abgestützt ist,

4. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis J5j dadurch gekennzeichnet, daß die Zu- oder Ableitungen zum äußeren Pumpenraum (27a) bzw. zum inneren Pumpenraum (26a) der Membrane (12) durch Stützgitter oder -siebe (26,32) zur Abstützung der Membrane (12) überbrückt sind.

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5. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zutritt des Außen- oder Innenmediums zu den die Membrane (12) beaufschlagenden Pumpenräumen (27a,26a) durch Abschirmelemente, z.B. mit Bohrungen (25,33) versehene Siebwandungen (24,32), die gleichzeitig auch Stützwandungen für die Membrane (12) sein können, abgeschirmt ist.

6. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Membrane (12) als Doppelmembrane mit einem mediumgefüllten, insbesondere flüssigkeitsgefüllten Spaltraum (15) zwischen den beiden Einzelmembranen (13,14) ausgebildet ist.

7. Membranpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das den Spaltraum (15) füllende flüssige Medium in an sich bekannter Weise zur Anzeige eines Membranbruches an einem Stromkreis (35) angeschlossen ist.

8. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7* dadurch gekennzeichnet, daß die Membrane (112) eine Teilkugel oder teilkugelähnliche Form mit einem Zentriwinkel von höchstens etwa l8o° bildet.

9. Membranpumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Membrane als Doppelmembrane aus zwei gleichen Einzel-, membranen gebildet wird.

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I \ ί o4bb

10. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 'J, dadurch gekennzeichnet, daß die Membrane (12,112) eins Teilkugel oder teilkuge!ähnliche Form mit einem Zentriwinkel von mehr als l8o° bildet.

11. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 10,^. dadurch gekennzeichnet, daß etwa zylindrische oder !^eiförmige Ansätze (I3a,l4a) der Membrane zum Einsparten derselben zwischen Innen- und Außenwand mit AbruneUnig oder tangential bzw., nahezu tangential in die Kuceiteile der Membrane (12;112) übergehen.

12. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zum Einspannen der Einzelmembrane (13,14) ein zwischen Außengehäuse (1O) und innerem Stützkörper (17) eingesetzter, leicht konischer, die Einspannansätze (13a,l4a) gegen die beiden vorgenannten Teile (10,17) drückender Spannring (l6) vorgesehen ist.

13· Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 12 in Anwendung auf Mehrzylinderpumpen, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Zylinder oder jeder von mehreren Zylindergruppen eine Kugelmembranpumpe (12) zugeordnet ist und die Kugelmembranpumpen in Reihe nebeneinander angeordnet sind,

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