DE2713599A1

DE2713599A1 - Stroemungsmittelpumpe, insbesondere membranpumpe

Info

Publication number: DE2713599A1
Application number: DE19772713599
Authority: DE
Inventors: Ashwin Nathalal Desai; Loren Mathew Hagen
Original assignee: Cole Parmer Instrument Co
Current assignee: Cole Parmer Instrument Co
Priority date: 1976-05-17
Filing date: 1977-03-28
Publication date: 1977-12-08
Also published as: GB1530096A; FR2352178A1; JPS52140005A; DE2713599C2; CA1066557A; US4086036A; JPH0127271B2; FR2352178B1

Description

Stromungsmittelpumpe _f insbesondere Kembranpunpn

Die Erfindung betrifft Strömungsmittelpiimpen und insbesondere mit einer flexiblen Membran arbeitende Pumpen, welche entweder Flüssigkeiten oder Gase wirksam au .fördern vermögen.

Mit flexiblen Membranen arbeitende Pumpen, d.h. Membranpumpen, sind seit vielen Jahren ziemlich verbreitet für einfache ?lüssigkeitsförderzweeke in Gebrauch. Dabei wird im allgemeinen eine Pumpenkammer mit variablen) Volumen zum Teil durch eine flexible bzw. biegsame, gewöhnlich kreisrunde Membran festgelegt, die mn ihren Umfang herum zweckmäßig verspannt ist· In einem Einlaß und einem Auslaß, die zur Punpenkamrner fühx'en, sind einfach aufgebavite Ventile angeordnet, und eine Förderwirkung wird durch eine hin- und hergebende iuislenk\ing der Membran hervorgebracht, bpi welcher das Volumen der Puiipenkanunor abwechselnd vergrößert und verkleinei't wii'd. Beim Ansaughub wird Strömungsmittel durch das Einlaßventil angesaugt, während das Auelaßventil geschlossen bleibt. Beim anschließenden Förderhub schließt sich dann das Einlaßventil, während das Strömungsmittel über das Auslaßventil ausgetragen wird.

Die U3-P3 5 461 803 zeigt eine Flüssigkeitspumpe diesel· Art, bei welcher ein Handgriff für die manuelle Betätigung der

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Membran vorgesehen ist. Die US-PS 3 273 505 beschreibt eine Pumpe dieser Art, die einen Elektromagneten für den Antrieb der Membran über den einen Hub und eine Feder zur Bewegung der Membran über C en Rückhub aufweist. Die US-PS 2 7¹1 beschreibt eine ähnliche Vorrichtung, die jedoch anstelle des Elektromagneten eine Hochdruckflüssigkeitsquelle zur Durchführung des Leistungs- bzw. Arbeitshubs verwendet. Die US-PS 3 152 726 zeigt eine Pumpe dieser allgemeinen Art, die durch einen Elektromotor über ein Gestänge bzw. eine Gelenkverbindung mit einem umlaufenden Nocken angetrieben wird, welche eine mit einem Stößel für die hin- und hergehende Bewegung der Membran verbundene Rolle sich abwechselnd nach oben und unten bewegen läßt.

Sin Hauptnachteil dieser Membranpumpen liegt in der begrenzten Betriebslebensdauer der flexiblen Membran, da deren Ausfall die Pumpe bis zum Auswechseln der Membran unwirksam werden läßt. Obgleich bereits Pumpen dieser Art für die Förderung von Gasen, d.h. zur Erzeugung eines Vakuums oder eines Überdrucks, eingesetzt worden sind, haben sich derartige Pumpen im Betrieb nicht als voll zufriedenstellend erwiesen.

Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Membranpumpe für die Förderung von Strömungsmitteln zu schaffen. Diese Membranpumpe, die von der Welle eines Elektromotors her antreibbar sein soll, soll dabei einen

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einfachen Aufbau besitzen, dabei aber eine äußerst vorteilhafte Förderleistung bieten. Diese Membranpumpe soDl sieb zudem für Betrieb mit hoher Geschwindigkeit bzw. Drehzahl eignen und, ohne Beeinträchtigung der Fördereigenschaften, eine verbesserte Betriebslebensdauer der Membran besitzen. Diese einfach aufgebaute Membranpumpe soll auch einen wirksamen Unterdruck erzeugen können, wenn sie über eine vergleichsweise wenig aufwendige Kraftübertragung durch die Abtriebswelle eines Elektromotors angetrieben wird.

Nachstehend sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer Strömungsmittelpumpe mit Merkmalen nach der Erfindung, in welcher die Pumpe an einen Elektromotor angebaut und antriebsmäßig mit seiner Abtriebswelle verbunden ist,

Fig. 2 einen in vergrößertem Maßstab gehaltenen Schnitt längs der Linie 2-2 in Fig. 1 zur Darstellung der Membran am unteren Totpunkt ihres Ansaughubs,

Fig. 3 eine Fig. 2 ähnelnde Darstellung ausschließlich des Pumpenmechanismus, in welcher die Membran einen Punkt nahe dem Ende ihres Förderhubs erreicht hat,

Fig. 4 eine Fig. 3 ähnelnde Darstellung, welche die Membran unmittelbar zu Beginn des Ansaughubs zeigt,

Fig. 5 eine in weiter vergrößertem Maßstab gehaltene Teildarstellung eines Teils der Pumpe gemäß Fig. 3 und

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jrir. 6 «.ΙJicn Schnitt durch das Zentrum der Membran- Unterbaugruppe, in welchem die Membran in ausgezogenen Linien in ihrem unbelasteten Zustand veranschaulicht ist und welcher in gestrichelten Linien den Zustand der Membran am äußersten Ende oder Totpunkt einmal des !•'öruerhubs und zum anderen des Ansaughubs zeigt.

Έρ hat sich gezeigt, daß bei einer Membranpumpe dieser allgemeinen Art verlängerte Betri^bslebensdauer und ve7'bessertei· Wirkungsgrad unter Ausnutzung der an der Abtriebswelle eines Elektromotors zur Verfugung stehenden hohen Drehzahlen gewährleistet werden können. Eine der einfachsten Möglichkeiten zur TJmpetf.ung der von einem Elektromotor gelieferten Drehbewegung in eine hin- und hergehende bzw. schwingende Bewegung besteht in der Verwendung eines Exzenters. Ohne Komplizierung des Übertragungsgestänges läßt sich dabei jedoch keine wirklich geradlinige Hin- und Herbewegung erzielen, weil die resultierende Hin- und Herbewegung unweigerlich eine gewisse Kippbewegungskomponente enthält. Eg hat sich herausgestellt, daß bei zweckmäßiger Auslegung der Pumpenbauteile diese Kippbewegung bei einer Membranpumpe der angegebenen Art tolerierbar ist, und daß die Kombination der Membranauslegung mit der Art und Anordnung der Halterung der Membran im Pumpengehäuse zur Verlängerung der Betriebslebensdauer der Membran, die bei Pumpen dieser Art seit langem angestrebt wird, herangezogen werden kann.

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fJ^rrifi;?. ^vi._:.. 1 ist eine Pui.ip*-' 11 ■ r■ i "t 1·,^rkrnal^n nv.oh der '■])■-findun^ in Atf triebsposi tion ^j einen ijinde einer: "ewiihril i'.Vn^n fielet riynn to rs 13 an^eflnnpfilrt. Obgleich der I-iotof* selbst keitlen Teil ier Erfindung HHi¹Ft⁰IIt, /,eigt eine 'iotrachtun^ vüii 1'¹Ifr. 1 die verfleichpwei^e ■ etvinff¹ ^röCe urfl Kompaktheit <\c>c I'up.pe 11 iiji Yer;_;;leioh zur üblichen G-röße π'ηρρ './oobselptrorn-rilp¹.: tfornotors iii.it einer Leistung entsprechend e.i neni Bruchteil rine;? PS. Zweckniäßi^ int an der Abtriebswelle 17 <iei? jüektromotorp 13 eine Kupplung 15 vor^esf.her], welche einen exzentrisch angeordneten Wellenstiwime] 10 trä^t, dor seinerseits iri den Innenlaufrin^ einer Ku^ella^erbiiohs'· ^r-'\ ein^epptfct ist und bei der Drehung der Welle 17 des Elektromotor? Uni ih^e Achse '.'Lne Kreisbahn besehreibt (ver^l. die strichpunktierte Linie 0 in ?i;j. 4)»

.Vie cui besten aus Pie· 2 ersichtlich ist, wei^t die Pumpe 11 ein zweistnekiges Gehäuse 22 auf, das= aus einem oberen Kopfteil 23 und einem unteren Hauptteil 25 besteht. Obgleich in der Beschreibung die Ausdrucke "oberer" und "unterer" zur einfacheren Definition der Lage der Fuinpenbavteile in der Anordnung gemäß den Zeichnungen benutzt werden, sollen diese Ausdrücke selbstverständlich lediglich erläuternden Charakter besitzen, da die Pumpe in jeder anderen Lage, d.h. um 90° oder sogar um 180 aus der dargestellten Position verdreht, gleich gut arbeitet.

Die beiden Teile 23, 25 des Puinpengehäuses werden vorzugsweise

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aus einem dauerhaften, korrosionsbeständigen Kunststoff, z.B. -iuo Noryl, einem von der Firma General Electric Company vertriebenen Polyphenylenoxirl-Harz, hergestellt, obgleich auch andere passende Werkstoffe verv/endet werden können. Der Kopfteil 23 ist mit Hilfe von vier Schrauben 27 fest an der Oberseite des Hauptteils 25 des Gehäuses verspannt. Zur Gewährleistung einer guten Spannwirkung dieser Schrauben sind vorzugsweise nicht dai^gestellte Messingeinsätze in vier Angüsse 29 eingegossen, die um die Oberseite des Hauptteils 25 herum auf entsprechende Winkelabstände verteilt sind. Als einstückig juit dem Hauptteil 25 ausgebildeter Bauteil ist ein kreisfön liger Anbauflansch 31 vorgesehen, der vier Bohrungen aufweist, welche von Schraubbolzen 33 des Elektromotors durchsetzt werden, auf die wiederum zur Montage der Pumpe Muttern 35 aufgeschraubt sind. Der Hauptteil 25 weist ein hohlzylindrisches Gehäuse 37 mit einer lotrechten Achse auf, das mit dem Anbauflansch 31 materialeinheitlich ausgebildet ist und von ihm nach vorn ragt. Über eine erweiterte Bohrung 39 können Motorwelle 17, Kupplung 15 und einige der damit verbundenen Übertragungsteile in das zylindrische Gehäuse 37 eingeführt werden. Das untere Ende des Gehäuses 37 ist mittels einer Aluminiumscheibe 41 o.dgl. verschlossen.

An den Kopfteil 23 des Gehäuses 37 sind ein Einlaß 43 und ein Auslaß 45 für die Pumpe angegossen. Der Einlaß 43 ist im Oberteil mit einer Gewindebohrung 47 zur Aufnahme eines

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Gewindekupplungsstücks für die Verbindung mit einer Strömungsmittelleitung versehen. Diese Gewindebohrung 47 ist mit aev Unterseite des Kopfteils 23 durch einen abgestuften Durchgang 49 verbunden, der drei Abschnitte verschiedenen Durchmessers aufweist. Der oberste, den kleinsten Durchmesser besitzende Abschnitt bleibt frei, und an seiner Unterseite liegt ein Ventilelement in Form einer kleinen kreisförmigen Scheibe 51 an, welche den Einlaß 43 während des Förderhubs der Pumpe verschließt. Die Ventil- echeibe 51 ist im Mittelabschnitt des Durchgangs durch ein starres, mit Bohrungen versehenes Halte- oder Sicherungselement 53 festgelegt, das mittels Preßsitzes oder anderweitig im untersten, den größten Durchmesser besitzenden Teil des Durchgangs 49 befestigt ist. Die im Halteelement 53 vor gesehenen Bohrungen sind länglich und so angeordnet, daß es für die Ventilscheibe 51 unmöglich ist, diese Bohrungen bei gemäß Fig. 2 offenem Ventil zu verschließen, während der Durchmesser der Ventilscheibe ausreicht, um während des Förderhubs ein vollständiges Verschließen des den kleinsten Durchmesser besitzenden Abschnitts des Durchgangs 49 zu gewährleisten.

Zur Gewährleistung maximaler Pumpenleistung in bezug auf Strömungsmenge, Druck oder Unterdruck sind zwei Paktoren für die Ventilauslegung von besonderer Wichtigkeit. Einmal muß nämlich das Ventilelement einwandfrei am Ventilsitz anliegen und eine einwandfreie Abdichtung herstellen können, und zum

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anderen darf das Ventilelement nicht unzulässig am Ventilsitz hängenbleiben, sondern es muß der Membranbewegung genau zu folgen vermögen.

Diese Faktoren sind bei einer vollständig aus Kunststoff bestehenden Pumpe ziemlich kritisch, da hierbei im Fall von zwei sich relativ zueinander bewegenden Kunststoffteilen ein sog. "Freßabrieb" auftritt. Bei einer solchen Relativbewegung werden Druck und Reibungswärme erzeugt. Unter solchen Bedingungen können thermoplastische Kunststoffe anschmelzen und an der benachbarten Fläche anzukleben bestrebt sein, d.h. das Kunststoff-Ventilelement kann am Kunststoff-Ventilsitz festkleben. Dies kann zu einer Beeinträchtigung der gesamten Strömungs- und Druck- oder Vakuumcharakteristik der Pumpe führen.

Diese Festklebwirkung der einander berührenden Flächen wird durch eine Scherwirkung aufgebrochen, durch welche feines Folymerpulver allmählich von den Berührungsflächen abgetragen wird. Diese Teilchen verschweißen sich ihrerseits mit dem Ventilsitz, wobei ihre Ansammlung schließlich ein einwandfreies Anlegen des Ventilelements und ein ordnungsgemäßes Schließen des Ventils verhindert. Es hat sich gezeigt, daß dieses Problem durch Verwendung von Kunststoffteilen mit selbstschmierenden und nicht-haftenden Eigenschaften weitgehend ausgeschaltet werden kann. Die betreffenden Teile können daher mit Polytetrafluoräthylen oder Holybdändisulphid

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oder einem ähnlichen Stoff beschichtet werden. Ls hat sich auch erwiesen, daß dann, wenn der Ventilkörper ans einen: bestimmten Thermoplast besteht, verbesserte Ergebnisse erzielt werden, wenn die Ventilelernente aus einem anderen Thermoplast hergestellt werden. Im vorliegenden Fall werden sehr zufriedeneteilende Ergebnisse dann erzielt, wenn der Kopfteil 23 aus Polyphenylenoxid geformt oder gegossen und die Ventilscheibe 51 aus Polytetrafluoi-äthylen ausgestanzt oder gepreßt wird.

Der Auslaß 45 ist auf ähnliche V/eise mit einen obersten Gewindebohrungsteil 55 und einem abgestuften \xnteren Durchgang 57 »nit drei Abschnitten verschiedenen Durchmessers versehen, von denen der Abschnitt mit dem kleinsten Durchmesser die Verbindung mit der Unterseite des Gehäuse-Kopfteils 23 herstellt. Hierbei ist wiederum ein kreisscheibenförmiges Ventilelement 59 im Durchgang-Hittelabschnitt mittels eines mit öffnungen oder Bohrungen versehenen Halteelenents 61 festgelegt, das im obersten Durchgangsabschnitt befestigt ist. Der abgestufte Durchgang 57, die Scheibe und das Halteelernent bilden dabei gemeinsam das Auslaßventil.

Die in j?ig. 6 näher veranschaulichte Membrananordnung v/eist eine flexible bzw. elastische Membran 63 mit einer versteifenden, zentralen Platten-Unterbaugruppe auf, die mit einem starren Zapfen 65 versehen ist, welcher von der Mitte einer starren, kreisförmigen, aus Stahl o.dgl. bestehenden

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Platte 67 nach unten abgeht. Der Zapfen 6? ist mit einer Bohrung mit Innengewinde 69 zur Aufnahme des Gegengewindes eines Schraubbolzens 71 versehen.

Wie erwähnt, ist das Exzenterstüok 19 an der Motorwellen-Kupplung 15 mit Preßsitz im Innenlaufring des Lagers 21 festgelegt, während um den Außenlaufring des Lagers herum ein Spannstück 73 angeordnet ist. Das Spannstüok 73 weist einen oberen Halterungsteil 75 mit einer Bohrung auf, durch welche der Schraubbolzen 71 vor der Anbringung des Spannstücks am Außenlaufring des Lagers 21 hindurchgeführt wird. Durch Pestziehen einer Mutter 77 auf einer Schraiibe wird die endgültige Verbindung hergestellt.

Die flexible Membran 63 besteht aus einem dauerhaften, vorzugsweise chemisch beständigen Kunstkautschuk oder einem elastomeren Material; vorzugsweise ist sie um die zentrale Platte 67 der Unterbaugruppe herurngegossen, die bei Anwendung üblicher Gießverfahren als Einsatz in den Pormraum eingesetzt wird. Beispielsweise kann die flexible Membran 63 aus Nitril- oder Viton-Kunstelastomer bestehen. Aufgrund des Gießvorgangs gelangt die Rückseite des Mittelbereichs der flexiblen Membran 63 in fest haftende Berührung mit der Oberseite der starren Platte 67, so daß die Antriebskraft von der sich drehenden Welle 17 effektiv auf die Membran übertragen werden kann. Die feste Verbindung zwischen der Platten- Unterbaugruppe und der flexiblen Membran wird dadurch verbessert,

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daß der A\ißenumfang der Platte 67 durch einen nach innen herumgezogenen, beim Gießvorgang gebildeten Plansch 79 vollständig von der Membran umschlossen ist.

Wie erwähnt, besitzt die Membran 63 eine im wesentlichen plane Form und einen kreisförmigen Umriß. Am äußersten Umfang der Membran 63 ist ein hochstehender Wulst 81 angegossen, der ein festes und dichtes Einspannen des gesamten Membranumfangs zwischen den zusammengefügten Teilen 23, 25 des Pumpengehäuses gewährleistet. Wie am besten aus Fig. 5 hervorgeht, ist die Tiefe einer in die Unterseite des Kopfteils 23 eingestochenen Ringnut 83 kleiner als die Höhe des Umfangswulsts 81, jedoch in Radialrichtung etwas breiter als dieser, so daß der Wulst beim Verspannen unter Ausfüllung der Nut zusammengedrückt und etwas nach außen in eine in der Oberseite des Gehäuse-Hauptteils ausgebildete Tasche 85 verpreßt wird, wenn der Kopfteil am Hauptteil 25 angebracht wird. Durch dieses lotrechte Verpressen des V/ulsts 81 wird die flexible Membran 63 effektiv im Gehäuse 22 verspannt, jedoch nicht in Radialrichtung beansprucht, wodurch Belastungen oder Spannungen hervorgerufen werden würden, die einen Verschleiß begünstigen würden.

Die flexible Membran 63 ist mit einer nach oben ragenden, bogenförmigen Eindrückung oder einem Steg 87 versehen, die bzw. der einen bedeutsamen Beitrag zur Gewährleistung längerer Betriebslebensdauer der Membran leistet. Die Ober-

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Seite der verspannten K ei ab ran 63 bildet zusammen mit der Unterseite des Kopfteils 23 des Gehäuses die Pumpenkammer 89, welcher gegenüber der bogenförmig gewölbte Steg 87 konvex ist. Die weiteren Konstruktionsmerkmale der Membran 63 und des Gehäuses 22 lassen sich anhand der Arbeitsweise der Pumpe während ihres Förderbetriebs am deutlichsten erläutern.

In Fi^. 2 ist die Pumpe 11 mit in der untersten Stellung befindlicher Membran 63 dargestellt, in v/elcher sich letztere am Ende des Ansaughubs befindet, wenn das Volumen der Pumpenkammer am größten ist. In dieser Stellung befindet sich das Exzentersttick 19 am untersten Punkt seiner Kreipbahn und in lotrechter Ausrichtung unter der sich drehenden Motorwelle 17, die in Fig» 2 in gestrichelten Linien eingezeichnet ist. In dieser Stellung ist die Membran im Bereich des gewölbten Stegs 87 durchgebogen bzw. ausgelenkt, so daß der gewölbte Steg ersichtlicherweise praktisch verschwunden und in eine vergleichsweise sanfte Krümmung übergegangen ist. Der gewölbte Steg 87 ist so bemessen, daß hierbei praktisch keine Streckung oder Dehnung der Membran auftritt, vielmehr findet lediglich eine Begradigung des gewölbten Stegabschnitts statt.

Außerdem ist zu beachten, daß sich das Auslaß- oder Austragventil in diesem Zustand immer noch in Schließstellung befindet, in welcher die Ventilscheibe 59 gegen die obere Auslaßöffnung vom engsten Abschnitt des Durchgangs her anliegt,

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während sich das Einlaßventil in der Offenstellun^; befindet, die es während der gesamten Dauer dieser Arbeitsperiodenhälfte eingenommen hat, so daß Strömungsmittel über das perforierte Halteelement 53 in die Pumpenkammer 89 einströmen kann. Gemäß Fig. 2 erstreckt sich die Membran, die praktisch (völlig) aus ihrem unbelasteten, planen Zustand heraus ausgelenkt worden ist, von dem verspannten Wulst 81 an ihrem Umfang nach unten, wobei sie durch eine gekrümmte Fläche 91 eines nach innen ragenden Flansches 93 am oberen Ende des zylindrischen Gehäuse-Hauptteils 37 in Form eines Schnitts einer Ringfläche oder Ringraums (anrmlus) abgestützt wird.

Wenn das Exzenterstück 19 seine entgegen dem Uhrzeigersinn erfolgende Bewegung über seine Kreisbahn fortgesetzt und der Förderhub beginnt, kippt die versteifende Platte 67 gemäß Fig. 2 nach unten und nach links, während sich ihre rechte Seite nach oben zu verlagern beginnt. Dieses weitere Absenken bzw. "Tauchen" des linken Rands des Hittelteils der Membran 63 führt zu einer weiteren gleichzeitigen Auslenkung und Begradigung der Membran in diesem Bereich, während ihr linker Rand zum tiefsten Punkt herabkippt. V/ährend dieser Zeitspanne ist es wesentlich, daß die Membran durch die glatte oder sanfte Krümmung des Flansches 93 gleichmäßig unterstützt wird.

Die entgegen dem Uhrzeigersinn erfolgende Bewegung des

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Ex ν, enters tuck s 19 setzt sich fort, bis nahe des Endes des Forder- oder Austraghubs die Position gemäß Fig. 3 erreicht ist. Während dieses Vorgangs bleibt das Einlaßventil geschlossen, während das Auslaßventilglied 59 in der Offenstellung steht. An diesem Punkt des Arbeitsspiels befindet sich das Exzenterstück 19 nahezu in lotrechter Ausrichtung auf die V/elle 17 des Elektromotors, d.h. - wie dargestellt etwa in der "1 Uhr-Stellung", in welcher der rechte Randteil des Mittelteils der Membran 63 etwa in seiner höchsten Vertikalstellung steht und der linke Abschnitt des Membran-Mittelteils ungefähr am weitesten nach links verschoben ist. Infolgedessen findet eine erhebliche Auslenkung sowohl am rechten als auch am linken Randabschnitt der Membran 63, d.h. an den Stellen, an denen der größte Verschleiß auftritt, statt.

Hierbei ist es wichtig, daß die Krümmung der unterstützenden Unterseite des Kopfteils 23 der Krümmung der Membran 63 in diesen Berührungsbereichen angepaßt ist, um Durchbiegung bzw. Auslenkung und VerschMß während dieser kritischen Phasen des Arbeitstakts auf ein Mindestmaß zu reduzieren. Wie am besten aus Fig. 5 hervorgeht, ist die Unterseite des Gehäuse-Kopfteils 23 mit einer Ringfläche 95 mit einem solchen Krümmungsradius versehen, welcher im wesentlichen dem Krümmungsradius der Oberseite der Membran 63 in einem Bereich 97 an dem in Radialrichtung äußeren Rand des gewölbten Stegs 87 angepaßt ist. Vorzugsweise entspricht der

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Radius der Ringfläche 95 mit einer Toleranz von 5>> den Krümmungsradius des betreffenden Bereiche 97 der Kenbran-Oberseite.

Aus Fig. 5 ist ersichtlich, daß die Krümmung des rechten Abschnitts der nach oben ausgedehnten Membran 63 ziemlich genau der Krümmung der unterstützenden Unterseite 95 des Kopfteils folgt. Die Länge der tatsächlichen Berührung zwischen diesen beiden Flächen hängt von dp«i in der Pumpenkauuner 89 herrschenden Druck ab, und diese Länge ist. gewöhnlich gemäß Fig. 4 zu Beginn des Ansaugtakts größer. Dxirch eine weitgehende Verminderung der in der Membran auftretenden Durchbiegung oder Auslenkung v/erden Spannungen und Wärineentwicklxing verringert und die Betriebslebensdauer verlängert; von besonderer Bedeutung ist hierbei die Durchbiegung des gewölbten Stegabschnitts, wenn sich dieser in seiner konvexen Form gemäß I¹Xg. 3 und 4 befindet. Für die Gewährleistung einer langen Betriebslebensdauer der Membran hat es sich auch als wesentlich erwiesen, den Bereich, in welchem Verschleiß an der Oberseite auftritt, vom Verschleißbereich an der Unterseite zu trennen.

Die Trennung der Verschleißbei-eiche ist am besten aus Fig. ersichtlich, in welcher der Durchmesser des an der Unterseite des Kopfteile 23 vorgesehenen Ringflächenabschnitts mit D₁ und der Durchmesser des Ringflächenabschnitts 91 am nach innen ragenden Flansch 93 des Gehäuse-Hauptteils 37

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rait D^ bezeichnet sind. Gemäß Fig. 6 ist die Dicke der Membran 63 über den Gesaratbereich des gewölbten Stegs 87 hinweg, durch ihren flachen, sich radial nach außen erstreckenden Abschnitt hindurch und praktisch vollständig bis zum Übergang in den nach oben gezogenen Umfangswulst 81 praktisch konstant. Zur effektiven Trennung der Verschleißbereiche voneinander sollte der Unterschied zwischen den Durchmesser D. und Dp zumindest gleich dem Vierfachen der Dicke der Membran in diesem Bereich und vorzugsv/eise zumindest gleich dem Sechsfachen dieser Dicke sein. Dieser Unterschied entspricht dem Doppelten der in Fig. 5 mit A bezeichneten Strecke. Mit anderen Worten: die Strecke A₁ d.h. der Radialabstand zwischen den Mittelpunkten der Krümmungsradien der unterstützenden Flächenabschnitte von oberem und unterem Gehäuseteil 23 bzw. 25, sollte mindestens dem Doppelten und vorzugsweise dem Dreifachen der Dicke dieses Membranbereichs entsprechen. Aufgrund dieser Auslegung ist der Bereich, in welchem der größte Verschleiß längs der Unterseite der Membran 63 auftritt, wirksam von dem Bereich getrennt, in welchem der größte Verschleiß an der Membran-Oberseite auftritt, so daß die Verschleißeinflüsse auf ein schließliches Versagen bzw. einen Bruch der Membran nicht additiv sind und folglich eine längere Betriebslebensdauer der Membran erzielt wird. Weiterhin wird durch die Anpassung des Krümmungsradius des Ringflächenteils 95 des Kopfteils an den entsprechend gekrümmten Abschnitt der Membran die im linken Bereich gemäß Fig. 3 stattfindende Auslenkung der

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Membran in eine Aufwärts-Abrollwirkung längs der \mterstiitzenden Fläche umgewandelt, wobei ebenso der betreffende Membranbereich im Anfangsteil des Ansaughubs genäß Fig. 4 an der unterstützenden Fläche abrollt, wodurch sie an der Oberseite der Membran auftretende Biegespannung weitgehend vermindert wird.

Eb hat sich zudem gezeigt, daß schwächender Verschleiß, welcher einen Bruch der flexiblen, im wesentlichen planen Membran dieser Art "begünstigt, eher während der Zeitspanne auftritt, während welcher die Membran in der Richtung gedehnt oder gestreckt ist, in der sie eine konvexe Form einnimmt, d.h. wenn sie sich unmittelbar vor und nach dem Ende des Förderhübs über ihrem unbelasteten Zustand befindet. Folglich hat es sich erwiesen, daß eine längere Betriebelebensdauer dann erzielt wird, wenn die Membran 23 derart im Purapengehäuse 22 montiert ist, daß ihre Lage bei Abschluß des Förder- oder Austraghubs zu einer wesentlich geringeren Auslenkung aus dem unbelasteten Zustand führt, als dies bei der Position der Membran am Ende des Ansaughubs der Fall ist, Me lotrechte Gesamt-Aufwärtsaualenkung der Membran ist in Fig. 6 bei B angedeutet, während die gesamte lotrechte Abwärtsauslenkung bei C angegeben ist. Die Strecke C sollte vorzugsweise mindestens etwa das 1,5-fache der Strecke B betragen.

Bei der Förderung von kompressiblen Strömungsmitteln, ins-

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besondere von Gasen, wird die Förderleitung durch die Grüße des Totrauins oder-volumens beeinträchtigt, der bzw. das am Ende des Förderhubs in der Pumpenkammer 89 bestehen bleibt. Die dargestellte Pumpe 11 hat sich als äußerst v/irksam bei der Förderung von Gasen zwecks Erzeugung eines Unterdrucks oder eines LuXtÜberdrucks erwiesen. Einer der zur ausgezeichneten Leistung der Pumpe beitragenden Faktoren ist die mittels der dargestellten Kraftübertragung von der sich drehenden Welle eines Elektromotors abnehmbare hohe Drehzahl, die angewandt werden kann, wenn die Membrankonstruktion für lange Betriebslebensdauer ausgelegt ist. Ein anderer förderlicher Faktor besteht in der Anordnung eines nach unten ragenden Angusses 99 an der Unterseite des Kopfteils 23 des Gehäuses, der mit der Kippbewegung der Membran vereinbar ist und dessen Wirkung möglicherweise am besten aus den Fig. 3 und 4 hervorgeht. Dieser Anguß erstreckt sich diametral über die Unterseite des Kopfteils senkrecht zur Mittellinie, auf welcher Einlaß 43 und Auslaß 45 liegen. Der Anguß 99 besitzt im Vergleich zu dem ansonsten flachen Mittelabachnitt des Gehäuse-Kopfteils einen trapezförmigen Querschnitt. Dieser Anguß 99 verringert zu einem beträchtlichen Maß den sog. Totraum der Pumpenkaramer (vergl. Fig. 4), wobei sein trapezförmiger Querschnitt Freiraum für die Oberseite des Mittelt<20.s der Membran in ihrer verkanteten Lage gemäß Fig. schafft.

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Insgesamt läßt sich sagen, daß die erfindun^sgernäße Puir.pe bei sehr einfacher Konstruktion und Auslegung sowie geringer Größe bezüglich der Förderleistung sehr wirkungsvoll ist. Aufgrund der hohen Drehzahlen eines Elektromotors (z.B. 1550/min bei einem 1/4-5 PS-Motor) vermag die Pumpe vergleichsweise große Strömungsmittelmengen zu fördern (z.B. 14,75 1 Luft pro min) , obgleich die Pxunpenkammer selbst ein ziemlich kleines Volumen besitzt; die Pumpe vermag dabei die Luft mit einem Druck von etwa 1,41 kg/cm (Meßdruck) zu fördern und auch einen ziemlich hohen Unterdruck von z.B. etwa 560 mm Hg zu liefern. Außerdem eignet sich die Pumpe aufgrund ihrer Konstruktion auch vorteilhaft für die Förderung von Flüssigkeiten, insbesondere von ätzenden oder korrodierenden Chemikalien, weil die geförderten Flüssigkeiten nicht mit Metallteilen in Berührung zu gelangen brauchen. Selbstverständlich werden Flüssigkeiten bei niedrigeren Drehzahlen gefördert.

Obgleich die Erfindung vorstehend in einer speziellen, bevorzugten Ausführungsform dargestellt und beschrieben ist, sind dem Fachmann ersichtlicherweise verschiedene Änderungen und Abwandlungen möglich, ohne daß von dem durch die beiliegenden Patentansprüche umrissenen Rahmen der Erfindung abgewichen wird.

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Claims

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Patentansprüche

. 1.j Strömungsmittelpumpe, insbesondere Membranpumpe, η it einem Gehäuse mit Einlaß und Auslaß für Strömungsmittel, einer mit liinlaß \χη<ϊ Auslaß in Verbindung stehenden Pumpenkaininer, Einlaß- und Auslaßventileinrichtungen, einer flexiblen bzw. elastischen Membran, in welcher ein bogenförmig gewölbter Steg ausgebildet ist, die utn ihren Umfang herum im Gehäuse verspannt ist und deren eine Fläche einen Teil des Umrisses der Pumpenkammer festlegt, einem vom Mittelteil der anderen Fläche der Membran abstehenden Anschlxiß, Mitteln zur Anbringung des Gehäuses an einem eine Drehung erzeugenden Motor und einer Antriebsei nricVitung zur Hin- und Herbewegung der Membran, um abwechselnd Stroimingsmittel über die Einlaßventileinrichtung in die Punpenkammer anzusaugen und das Strömungsmittel sodann über die Auslaßven.tileini'iohtung auszutragen, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung eine Exzenterkupplung zur Verbindung mit der Abtriebswelle des Motors nebst einer die Exzenterkupplung antriebsinäßig mit dem Anschluß verbindenden Gelenk- bzw. Kraftübertragungseinrichtung aufweist, so daß die Membran bei Drehung der Motorwelle mit einer kippenden, hin- und hergehenden Bewegung antreibbar ist, und daß das Gehäuse mit einem an der Pumpenkaminerpeite der Membran angeordneten, gekrümmten Flächenabschnitt versehen ist, dessen Krümmungsradius so gewählt ist, daß er die Membran während

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der Zeitspanne unterstützt, während welcher diese in den Pumpenkaiinnerbereich hinein gedreht bzw. avisgelenkt ist.
2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Gehäusewand im wesentlichen zwischen Einlaß und Auslaß ein Vorsprung bzw. Anguß ausgebildet ist, der sich in die Pumpenkammer hineinerstreckt und ihr Totvolumen verringert.
3. Pumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der sich diametral quer über die Piunpenkammer erstreckende Anguß einen trapezförmigen Querschnitt besitzt.
4. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Umfang der Membran zwischen zwei trennbaren Gehäuse teilen verspannt ist, daß der gekrümmte Flächenabschnitt einen Schnitt einer Ringfläche bzw. eines Ringraums bildet und als Teil des einen, die Pumpenkammer einschließenden Gehäuseteils ausgebildet ist und daß der andere Gehäuseteil mit einem zweiten gekrümmten Flächenabschnitt versehen ist, der einen Schnitt einer Ringfläche bzw. eines Ringraums mit einem wesentlich größeren Durchmesser als dem der ersten Ringfläche bzw. des ersten Ringraums bildet, so daß die Bereiche, an denen ein Verschleiß aufgrund der Berührung zwischen jeder Kembranoberfläche und dem betreffenden, unterstützenden

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gekrümmten Flächenabschnitt des Gehäuses auftritt, radial voneinander entfernt sind.
5. Pumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Krünmungsradien der Ringflächen bzw. Ringräurae praktisch gleich groß sind.
6. Pumpe nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der gewölbte Steg in bezug auf die Puropenkammer konvex ist.
7. Pumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Membran über den konvex gewölbten Stegbereich hinweg praktisch konstant ist.
8. Pumpe nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius der die Pumpenkammcr begrenzenden Oberfläche der Membran an dem in Radialrichtung äußeren Rand des konvexen Stegs praktisch dem Krümmungsradius des erstgenannten, gekrümmten Flächenabschnitts entspricht.
9. Pumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterschied zwischen den Durchmessern der beiden Ringflächen bzw. Ringräume mindestens etwa das Sechsfache der Dicke der Membran in dem Bereich, in welchem Verschleiß auftritt, beträgt.

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10. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das aus einem thermoplastischen Polymeren hergestellte Gehäuse Einlaio- und Auslaßventilkammem aufweist und daß in jeder Ventilkammer ein flexibles, halterungsfreies Ventilelement angeordnet ist, das aus einem anderen thermoplastischen Polymeren als dem des Gehäuses hergestellt ist.
11. Pumpe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse aus Polyphenylenoxid gegossen bzw. geformt j st und daß die Ventilelemente aus Polytetrafluoräthylen hergestellt sind.
12. Pumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran in einer solchen Lage im Gehäuse verspannt ist, daß sie arn Ende des Ansaughubs über eine wesentlich größere Strecke aus ihrer unbelasteten Konfiguration verlagert bzw. ausgelenkt wird als sun Abschluß des Pörderhubs.
13. Pumpe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die größere Strecke um mindestens SOy-i größer ist.

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