DE2211096C3 - Membranpumpe zur Vakuumerzeugung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Membranpumpe zur Vakuumerzeugung mit einer Formmenibrane, die in ihrem Zentralbereich verdickt ist, konzentrisch um diesen herum einen dünnen, elastischen Randbereich hat und mtt ihrem Außenrand am Pumpengehäuse eingespannt sowie mittels eines vorzugsweise einerseits exzentrisch gelagerten, andererseits in ihrem Zentralbereich angreifenden Pleuels od.dgl. aus ihre- Mittellage in eine nbtu' und eine untere Pleuel-Totpi nktlage aus/ulcn kcr ist. wobei die der Membrane i^rwandte Wandung iles Pumpr.iumes in ihrem /ent ,ilen Bereich etw.i kugelförmig ausgebildet und die M mnrane in ihrem /eiiualbereich he/üglich ihrer Obi-i ^-ne geometrisch dic.em kugeligen Pumpraumbereicli .mgepaßt ist. derart, daß die Membrane sich mit ihre Oberseite m der oberen Totpunkilage zumindest in ihrem Zentralbereith wenigstem nahezu vollständig ,in die Wandung

des Pumpraumes anschmiegt.

Es sind bereits Membranpumpen der vorerwähnten Art bekannt (vgl. FR-PS 15 64 867). Bei einer derartigen Pumpe ist die Membrane - im Radialschnitt gesehen - in einem Bereich, der sich radial nach innen an den verdickten, äußeren Einspannbereich anschließt, taillenförmig im Querschnitt verjüngt ausgeführt so daß sich - von oben auf diese Membrane gesehen eine ringförmige Zone mit verringerter Membrandicke ergibt und nahe bei dem erwähnten Einspannbereich besitzt die dieser Membrane zugewandte Wandung des Pumpraumes eine gegenüber ihrer Anpreßebene im Einspannbereich etwas in Richtung der Membrane vorstehende Ringwulst. Da diese die Membrane in ihrem taillierten Bereich zumindest ab der Mittellage berührt, entsteht zwischen dem Berührungsbereich von der vorstehenden Wulst und dem Einspannbereich der Membrane ein schädlicner Raum, der insbesondere auch dann bleibt wenn sich die Oberseite der Membrane im Zentralbereich an die Wandung des Pumpraumes anlegen kann. Schon aus diesem Grunde läßt sich mit einer derartigen Pumpe kein sehr hohes Vakuum erzeugen.

Es hat sich jedoch auch herausgestellt, daß mit Vakuumpumpen, bei denen die vorerwähnte Ringwulst vermieden wird, kein sehr hohes Vakuum zu erzeugen ist. weil im praktischen Betrieb der schädlicne Kaum beim Ausschub-Hub noch zu groß ist. In aller Regel kann man mit derartigen vorbekannten Pumpen nur ein Vakuum in der Größenordnung von 75 Torr realisieren.

Es besteht daher die Aufgabe, eine Membranpumpe der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei welcher der schädliche Raum bei Vollendung des Druckhubes auch im praktischen Betrieb so gut wie vollständig aus geschaltet ist, so daß man ein wesentlich geringeres Vakuum erreichen kann.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß bei einer Membranpumpe der eingangs erwähnten Art an der der Membrane zugewandten Wandung des Pumpraumes (Pumpraumwand) in demjenigen Bereich, bei dem sich die Membrane zuletzt am oberen Totpunkt der Pumpraumwand nähert, diese eine etwas in den Pumpraum vorstehende Wölbung besitzt.

Es wurde herausgefunden, daß auch bei gut an die geometrische Form der Pumpraumwand angepaßter Oberseite einer Formmenibrane noch ein gewisser Totraum dadurch entsteht, daß sich die Membrane kurz vor Vollendung ihres Druckhubes etwas zum Kurbelgehäuse hin durchbiegt, so daß sich ein Unterschied zwischen der theoretischen und der praktischen Endlage der Membrane ergibt. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Pumpraumwand wird der sich daraus ergebende zusätzliche Totraum beseitigt und es kommt auch in dieser Betriebsstellung in der Praxis zu einem so gut wie vollständigen Anschmiegen der Membrane an die Pumpraumwand. Dadurch kann man mit einer einstufigen Membranpumpe ein Vakuum erzeugen, das wesentlich höher ist als dasjenige, das mit den vergleichbaren vorbekannten Vakuumpumpen erreichbar ist. Ferner haben Versuche gezeigt, daß man mit zwei hintereinandergeschalteten erfindungsgemäßen Membranpumpen zu einem Vakuum in der Größenordnung von etw a einem Torr kommen kann.

Man kennt zwar auch bereits eine Membranpumpe nut eim-r t-ormmembrane, die in ihrem Zentralbereich verdick 1 ist, konzentrisch um diesen herum einen höheren, elastischen Randbereich hat und mit ihrem Außenrand am Pumpengehäuse eingespannt sowie mittels

eines einerseits exzentrisch gelagerten, andererseits im • Zentralbereich der Formmembrane angreifenden Pleuel aus ihrer Mittellage in eine obere und eine untere Pleuel-Totpunktlage auszulenken ist, wobei die der Membrane zugewandte Wandung des Pumpraumes in ihrem zentralen Bereich etwa kugelförmig und im wesentlichen entsprechend der Membran-Oberseite ausgebildet ist (vgl. FR-PS 11 49 743). Bei dieser Pumpe ist jedoch unmittelbar unterhalb der Formmembrane eine tellerartige Unterstützung vorgesehen, die er tweder ein Anschmiegen der Membran-Oberseite an die entsprechende Pumpraumwand völlig ausschließt oder zumindest das Ausweichen der Formmembrane vor der Vollendung des Druckhubes entscheidend behindert, dafür aber erhebliche Reibung an und somit Wärme in der Membrane erzeugt, was zu deren alsbaldiger Funktionsstörung führen würde. Das Problem des Abweichens der praktischen Endlage der Membrane von ihrer theoretischen Endlage gemäß der Erfindung stellt sich bei dieser Ausführung nicht. Selbst eine elasiisch ausgebildete tellerartige Unterstützung könnte nicht gewährleisten, daß sich die Membrane auch bei jedem Arbeitshub gleichmäßig und totraumfrei an die Pumpraumwand anlegt. Außerdem fehlt es bei dieser bekannten Pumpe an einer vorstehenden Wölbung der Pumpraumwand gerade in demjenigen Bereich, bei dem sich die Membrane zuletzt dieser Pumpraumwand nähert.

Vorzugsweise kann die Kontur der Pumpraumwand in dem Bereich, welcher der dünnen elastischen Zone der Membrane entspricht, die Form eines Kegelstumpfes haben, aus dem heraus die Wölbung vorsteht. Dadurch erhält man eine besonders gute Anpassung von Membrane und Pumpraumwand, wobei auch noch eine verhältnismäßig einfache Herstellungsmöglichkeit dieser Pumpraumwand einschließlich deren Wölbung gegeben ist.

Zweckmäßigerweise kann der Pumpraumradius gleich oder etwas größer sein als die Strecke /wischen Mitte Pleuellager bis Oberseite der Membrane. Derartige Radius-Verhältnisse ermöglichen nicht nur das genaue und totraumfreie Anschmiegen der Membrane an die Pumpraumwand, sondern es wird dadurch auch ein Abwälzen der Oberseite der Membrane an der Pumpraumwand entsprechend der Pleuelbewegung erreicht, wodurch Stoßgeräusche und unnötige Relativbewegungen zwischen der Formmembrane und der Pumpraumwand weitgehend vermieden werden.

Gegebenenfalls kann die Membrane Zonen unterschiedlicher Elastizität besitzen. Dadurch kann das Anschmiegen der Membrane an die Pumpraumwand besonders an den Randzonen des Pumpraumes erleichtert werden.

Gegebenenfalls kann die Membrane einen nabenför migen Teil od. dgl. Ansatzstück besitzen, mittels dessen sie mit dem Pleuel in Verbindung steht. Bei einer solchen Ausführung kann man an den nabenförmigen Teil ein Metallteil zur Befestigung der Membrane am Pleuel anvulkanisieren. Man kann dann durch Wahl der Form und Elastizität dieses nabenförmigen Teiles der Membranc beeinflussen, ob diese die schwingenden Bewegungen des Pleuels mehr mitmachen muß "der ob diese Bewegungen mehr eliminiert werden.

Nachfolgend ist die Erfindung an Hanc eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung noch n.ilicr erläutert Diese zeigt stärker schematisiert eine M· nbranpumpe mit einer seitlichen Pleuelstellung im seitlichen Längsschnitt.

Eine im ganzen mit 1 bezeichnete Membranpumpe zur Vakuumerzeugung, insbesondere zur Erzeugung von Hochvakuum, besitzt eine Formmembrane 2, nachfolgend kurz »Membrane 2« genannt. Sie ist in ihrem Zentraibereich, der im Schnitt durch die Positionen 7.8, T charakterisiert ist, verdickt und verhältnismäßig starr ausgebildet Konzentrisch um diesen Zentraibereich herum besitzt die Formmembrane 2 einen dünnen elastischen Randbereich, dem in der Zeichnung die Abschnitte 6,7 bzw. 7', 6' entsprechen. Der Außenrand der Membrane 2 ist am Pumpengehäuse eingespannt, das gemäß Zeichnung aus dem Deckel D und dem Kurbelgehäuse K besteht. Der zwischen dem Einspannbereich und dem verhältnismäßig steifen Zentralbereich verbleibende Teil der Formmembrane 2 wird nachstehend auch kurz »elastische Zone 21« genannt

Im Zentralbereich besitzt die Membrane 2 an ihrer dem Kurbelgehäuse K zugewandten Seite einen nabenförmigen Teil 25, der an ein Metallteil 26 anvulkanisiert ist, das mit dem im ganzen mit 3 bezeichneten Pleuel in Verbindung steht.

Die der Membrane 2 zugewandte Wandung des Dek kels D, hier auch kurz »Pumpraumwand 4« genannt, bildet zusammen mit der Membran-Oberseite 20 den Pumpraum 5. Dabei ist die Pumpraumwand 4 in ihrem zentralen Bereich kugelförmig ausgebildet, und zwar mit einem Radius R 1. der gleich groß ist wie die Strekke R 2 zwischen Mitte Pleuellager und Membran-Oberseite 20 im Zentralbereich der Membrane 2. Die Pumpraumwand 4 ist also in ihrem zentralen Bereich der Oberseite der Membrane 2 in deren Zentralbereich angepaßt, so daß dort in der oberen Totpunktstellung schädlicher Raum vermieden wird.

Die Zeichnung zeigt eine Zwischenstellung des Pleuels 3 und der Einlaßkanal ist mit 10 und der Auslaßkanal mit U bezeichnet.

Wie erwähnt, weicht die Membrane 2 kurz vor Vollendung des Druckhubes in demjenigen Bereich, mit dem sie sich zuletzt der Pumpraumwand 4 nähert, etwas in Richtung des Kurbelgehäuses K aus. Um den Totraum, der dadurch entstehen könnte, zu vermeiden, ist an der Pumpraumwand 4 eine in den Pumpraum 5 vorstehende Wölbung 4' vorgesehen. Dementsprechend kommt die wenigstens mit einem Teil ihrer elastischen Zone 21 von ihrer theoretischen Form abweichende Membran-Oberseite 20 auch im praktischen Betrieb totraumfrei zur Anlage an die Pumpraumwand. Man erkennt in der Zeichnung gut, daß die Wölbung 4' — im Radialschnitt gesehen — in unmittelbarer Nachbarschaft der Auslaßöffnung 11 liegt

An den kugelförmig ausgebildeten Zentralbereich der Pumpraumwand 4 schließt sich ein Kegelstumpf-Abschnitt 30 an, aus der heraus die Wölbung 4' vorsteht.

Aus der Zeichnung erkennt man auch gut, daß die Membrane 2 schon von der Querschnittsgestaltung her Zonen unterschiedlicher Elastizität besitzt. Auch kann im Bedarfsfall im Zentralbereich der Membrane 2 eine Versteifungseinlage 23 vorgesehen sein, die strichpunkliert angedeutet ist. Über die Form und Elastizität der Membrane 2 sowie die Ausbildung von deren Nabe 25 kann man etwas das Ausmaß beeinflussen, in dem die Membrane 2 die schwingenden Bewegungen des Pleuels mitmacht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Membranpumpe zur Vakuumerzeugung mit einer Formmembrane, die in ihrem Zentralbereich verdickt ist konzentrisch um diesen herum einen dünneren, elastischen Randbereich hat und mit ihrem Außenrand am Pumpengehäuse eingespannt sowie mittels eines vorzugsweise einerseits exzentrisch gelagerten, andererseits in ihrem Zentralbereich angreifenden Pleuels od. dgl. aus ihrer Mittellage in eine obere und eine untere Pleuel-Fotpunkilage auszulenken ist, wobei die der Membrane zugewandte Wandung des Pumpraumes (Pumpraumwand) in ihrem zentralen Bereich etwa kugelförmig ausgebildet und die Membrane in ihrem Zentralbereich bezüglich ihrer Oberseite geometrisch diesem kugeligen Pumpraumbereich angepaßt ist, derart, daß die Membrane sich mit ihrer Oberseite in der oberen Totpunktlage zumindest in ihrem Zentralbereich wenigstens nahezu vollständig an die Pumpraumwand anschmiegt, dadurch gekennzeichnet, daß an der Pumpraumwand (4) in demjenigen Bereich, bei dem sich die Membrane (2) zuletzt am oberen Totpunkt der Pumpraumwand (4) nähen, diese eine etwas in den Pumpraum (5) vorstehende Wölbung (4) besitzt.

2. Membranpumpe nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Kontur der Pumpraumwand

(4) in dem Bereich, welcher der dünnen, elastischen Zone (21) der Membrane (2) entspricht, die Form eines Kegelstumpfes (30) hai. aus dem heraus d>e Wölbung (4^f) vorsteht.

3. Membranpumpe nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpraumradius (Ri) gleich oder etwas größer ist als die Strecke (R 2) zwischen Mitte Pleuellager bis Oberseite (20) des Zentralbereiches der Membrane (2).

4. Membranpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Membrane (2) Zonen (Bereich 7, 8, T bzw. 21) unterschiedlicher Elastizität besitzt.

5. Membranpumpe nacn Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Membrane (2) einen nabenförmigen Teil od. dgl. Ansatzstück besitzt, mittels dessen sie nut dem Pleuel (3) in Verbindung steht.