DE2713599C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Membranpumpe, mit einem Gehäuse mit Einlaß und Auslaß für Strömungsmittel, einer mit Einlaß und Auslaß in Verbindung stehenden Pumpenkammer, Einlaß- und Auslaßventileinrichtungen, einer flexiblen bzw. elastischen Membran, in welcher ein bogenförmig gewölbter Steg ausgebildet ist, die um ihren Umfang herum zwischen zwei trennbaren Teilen des Gehäuses verspannt ist und deren eine Fläche einen Teil des Umrisses der Pumpenkammer festlegt, einem vom Mittelteil der anderen Fläche der Membran abstehenden Anschluß, Mitteln zur Anbringung des Gehäuses an einem eine Drehung erzeugenden Motor und einer Antriebseinrichtung zur Hin- und Herbewegung der Membran, um abwechselnd Strömungsmittel über die Einlaßventileinrichtung in die Pumpenkammer anzusaugen und das Strömungsmittel sodann über die Auslaßventileinrichtung auszutragen.

Die US-PS 39 47 156 zeigt eine Pumpe der eingangs genannten Art, bei welcher der Antrieb über einen auf der Welle eines Elektromotors angeordneten Exzenter erfolgt. Die Unterseite des Gehäuseoberteils dieser Pumpe besitzt eine konkav gekrümmte sphärische Oberfläche, der die Oberfläche der Oberseite des zentralen Teils der Membran im wesentlichen angepaßt ist. Nachteilig ist bei dieser Pumpe, daß es bei der Hubbewegung der Membran zu einer Dehnung des flexiblen Teils der Membran und zur Knickung der Membran am Übergangsbereich von einem relativ steifen Befestigungsfortsatz zum flexiblen Teil der Membran kommt, was deren Lebensdauer verkürzt.

Die US-PS 30 21 792 zeigt eine Membranpumpe mit einem Pumpengehäuse mit einem Vorsprung, der sich in die Pumpenkammer erstreckt und zur Verringerung des Totvolumens dient. Bei dieser Pumpe wird die Membran durch einen Stößelantrieb geradlinig auf- und abbewegt. Aufgrund dieser Antriebsart ist die Hubzahl begrenzt, da die Rückstellung durch eine Schraubenfeder erfolgt. Dies wiederum hat eine begrenzte Förderleistung der Membranpumpe zur Folge.

Eine weitere Membranpumpe ist in der BE-PS 5 02 350 beschrieben. Diese Pumpe besitzt Pumpengehäuseteile mit der Membran zugewandten Ringflächen unterschiedlicher Durchmesser. Nachteilig weisen diese Ringflächen an ihren Innenseiten scharfe rechteckige Kanten auf, über welche die Membran nach oben bzw. unten gebogen wird. Dies stellt eine sehr hohe Beanspruchung der Membran in den Biegebereichen dar und führt zu vorzeitigem Verschleiß.

Aus der US-PS 39 36 245 ist ebenfalls eine Membranpumpe mit unterschiedlichen Durchmessern der der Membran benachbarten Gehäuseteile bekannt, wobei der Unterschied der Durchmesser der betreffenden Ringflächen größer oder gleich der sechsfachen Dicke der Membran ist. Nachteilig ist bei dieser Pumpe, daß der Innenrand der Ringfläche scharfkantig ausgebildet ist, was zu den bereits im vorangehenden Absatz beschriebenen Verschleißproblemen führt. Außerdem ist diese Pumpe sehr kompliziert mit einer Vielzahl von Einzelteilen aufgebaut. Der Antrieb erfolgt hier über einen in einem magnetischen Wechselfeld schwingenden, an einem Pendelarm befestigten Magneten, wodurch die Leistungsfähigkeit dieser Pumpe sehr begrenzt ist.

Die DE-PS 8 26 244 schließlich zeigt eine Membranpumpe, für welche zur Verlängerung der Membran-Lebensdauer eine unterschiedliche Größe von Ansaug- und Förderhub vorgeschlagen wird. Nachteilig ist bei dieser Pumpe, daß insbesondere während des Ansaughubes eine Dehnung der Membran erfolgt, die deren Lebensdauer abträglich ist.

Es stellt sich daher die Aufgabe, eine Membranpumpe der eingangs genannten Art zu schaffen, die von der Welle eines Elektromotors her antreibbar ist, die einen einfachen Aufbau besitzt und die eine verlängerte Betriebslebensdauer der Membran gewährleistet. Die Membranpumpe soll weiterhin wenig Aufwand für die Kraftübertragung von der Antriebswelle eines Elektromotors erfordern und sich für einen Betrieb mit hoher Geschwindigkeit bzw. Drehzahl eignen. Schließlich soll die Membranpumpe auch einen wirksamen Unterdruck erzeugen können.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt erfindungsgemäß durch eine Membranpumpe der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Bei der Membranpumpe gemäß Erfindung werden vorteilhaft eine verlängerte Betriebslebensdauer der Membran und ein verbesserter Wirkungsgrad der Membranpumpe unter Ausnutzung der an der Antriebswelle eines Elektromotors zur Verfügung stehenden hohen Drehzahlen gewährleistet. Die Verbesserung der Membran-Lebensdauer wird insbesondere dadurch erreicht, daß die Membran weder einer Dehnung oder Knickung noch einer Reibung an Teilen des Pumpengehäuses unterliegt. Die Verwendung eines Exzenters ist eine wenig Aufwand erfordernde Möglichkeit zur Umsetzung der von dem Elektromotor gelieferten Drehbewegung in eine hin- und hergehende bzw. schwingende Bewegung der Membran. Die der Hin- und Herbewegung überlagerte Kippbewegungskomponente ist bei der neuen Membranpumpe nicht nur tolerierbar, sondern trägt aufgrund der besonderen Auslegung der Membran und des Pumpengehäuses zur Verlängerung der Betriebslebensdauer der Membran bei. Zudem ist der am Ende eines Aufwärts-Hubes im Pumpengehäuse verbleibende Totraum sehr klein, so daß die vorliegende Membranpumpe auch sehr gut für die Erzeugung eines Unterdruckes verwendbar ist.

Nachstehend sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Die Figuren der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer Membranpumpe nach der Erfindung, in welcher die Pumpe an einen Elektromotor angebaut und antriebsmäßig mit dessen Antriebswelle verbunden ist,

Fig. 2 einen im vergrößerten 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 Pumpmechanismus, 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

Fig. 6 einen 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 Förderhubs und zum anderen des Ansaughubs zeigt.

Gemäß Fig. 1 ist eine Pumpe 11 mit Merkmalen nach der Erfindung in Antriebsposition am einen Ende eines gewöhnlichen Elektromotors 13 angeflanscht. Obgleich der Motor selbst keinen Teil der Erfindung darstellt, zeigt eine Betrachtung von Fig. 1 die vergleichsweise geringe Größe und Kompaktheit der Pumpe 11 im Vergleich zur üblichen Größe eines Wechselstrom- Elektromotors mit einer Leistung entsprechend einem Bruchteil eines PS. Zweckmäßig ist an der Antriebswelle 17 des Elektromotors 13 eine Kupplung 15 vorgesehen, welche einen exzentrisch angeordneten Wellenstummel 19 trägt, der seinerseits in den Innenlaufring einer Kugellagerbüchse 21 eingesetzt ist und bei der Drehung der Welle 17 des Elektromotors um ihre Achse eine Kreisbahn beschreibt (vergl. die strichpunktierte Linie 0 in Fig. 4).

Wie am besten aus Fig. 2 ersichtlich ist, weist die Pumpe 11 ein zweistückiges Gehäuse 22 auf, das aus einem oberen Kopfteil 23 und einem unteren Hauptteil 25 besteht. Obgleich in der Beschreibung die Ausdrücke "oberer" und "unterer" zur einfacheren Definition der Lage der Pumpenbauteile 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 Pumpengehäuses werden vorzugsweise aus einem dauerhaften, korrosionsbeständigen Kunststoff, z. B. aus Noryl, einem von der Firma General Electric Company vertriebenen Polyphenylenoxid-Harz, hergestellt, obgleich auch andere passende Werkstoffe verwendet 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 dargestellte Messingeinsätze in vier Angüsse 29 eingegossen, die um die Oberseite des Hauptteils 25 herum auf entsprechende Winkelabstände verteilt sind. Als einstückig mit dem Hauptteil 25 ausgebildeter Bauteil ist ein kreisförmiger 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 Gewindekupplungsstücks für die Verbindung mit einer Strömungsmittelleitung versehen. Diese Gewindebohrung 47 ist mit der 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 Ventilscheibe 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 vorgesehenen 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 Faktoren für die Ventilauslegung von besonderer Wichtigkeit. Einmal muß nämlich das Ventilelement einwandfrei am Ventilsitz anliegen und eine einwandfreie Abdichtung herstellen können, und zum 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 Polymerpulver 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 und Molybdändisulphid oder einem ähnlichen Stoff beschichtet werden. Es hat sich auch erwiesen, daß dann, wenn der Ventilkörper aus einem bestimmten Thermoplast besteht, verbesserte Ergebnisse erzielt werden, wenn die Ventilelemente aus einem anderen Thermoplast hergestellt werden. Im vorliegenden Fall werden sehr zufriedenstellende Ergebnisse erzielt, wenn der Kopfteil 23 aus Polyphenylenoxid geformt oder gegossen und die Ventilscheibe 51 aus Polytetrafluoräthylen ausgestanzt oder gepreßt wird.

Der Auslaß 45 ist auf ähnliche Weise mit einem obersten Gewindebohrungsteil 55 und einem abgestuften unteren Durchgang 57 mit 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-Mittelabschnitt mittels eines mit Öffnungen oder Bohrungen versehenen Halteelements 61 festgelegt, das im obersten Durchgangsabschnitt befestigt ist. Der abgestufte Durchgang 57, die Scheibe und das Halteelement bilden dabei gemeinsam das Auslaßventil.

Die in Fig. 6 näher veranschaulichte Membrananordnung weist 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 Platte 67 nach unten abgeht. Der Zapfen 65 ist mit einer Bohrung mit Innengewinde 69 zur Aufnahme des Gegengewindes eines Schraubbolzens 71 versehen.

Wie erwähnt, ist das Exzenterstück 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 Spannstück 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 Festziehen einer Mutter 77 auf einer Schraube 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 herumgegossen, die bei Anwendung üblicher Gießverfahren als Einsatz in den Formraum 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, daß der Außenumfang der Platte 67 durch einen nach innen herumgezogen, beim Gießvorgang gebildeten Flansch 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 Umfangwulstes 81, jedoch in Radialrichtung etwa 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 Verpresen des Wulstes 81 wird die flexible Membran 63 effektiv am 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 Oberseite der verspannten Membran 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 Fig. 2 ist die Pumpe 11 mit in der untersten Stellung befindlicher Membran 63 dargestellt, in welcher sich letztere am Ende des Ansaughubs befindet, wenn das Volumen der Pumpenkammer am größten ist. In dieser Stellung befindet sich das Exzenterstück 19 am untersten Punkt seiner Kreisbahn 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, während sich das Einlaßventil in der Offenstellung 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 (annulus) 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 Mittelteils der Membran 63 führt zu einer weiteren gleichzeitigen Auslenkung und Begradigung der Membran in diesem Bereich, während ihr linker Rand zum tiefsten Punkt herabkippt. Während 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 Exzenterstücks 19 setzt sich fort, bis nahe des Endes des Förder- und 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 Welle 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 Verschleiß 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 Radius der Ringfläche 95 mit einer Toleranz von 5% dem Krümmungsradius des betreffenden Bereichs 97 der Membran- 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 dem in der Pumpenkammer 89 herrschenden Druck ab, und diese Länge ist gewöhnlich gemäß Fig. 4 zu Beginn des Ansaugtakts größer. Durch eine weitgehende Verminderung der in der Membran auftretenden Durchbiegung oder Auslenkung werden Spannungen und Wärmeentwicklung verringert und die Betriebslebensdauer verlängert; von besonderer Bedeutung ist hierbei die Durchbiegung des gewölbten Stegabschnitts, wenn sich dieser in seiner konvexen Form gemäß Fig. 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 Verschleißbereiche ist am besten aus Fig. 5 ersichtlich, in welcher der Durchmesser des an der Unterseite des Kopfteils 23 vorgesehenen Ringflächenabschnitts 95 mit D₁ und der Durchmesser des Ringflächenabschnitts 91 am nach innen ragenden Flansch 93 des Gehäuse-Hauptteils 37 mit D₂ bezeichnet sind. Gemäß Fig. 6 ist die Dicke der Membran 63 über den Gesamtbereich 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 Durchmessern D₁ und D₂ zumindest gleich dem Vierfachen der Dicke der Membran in diesem Bereich und vorzugsweise 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 A, 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 Membran in eine Aufwärts-Abrollwirkung längs der unterstützenden Fläche umgewandelt, wobei ebenso der betreffende Membranbereich im Anfangsteil des Ansaughubs gemäß Fig. 4 an der unterstützenden Fläche abrollt, wodurch sie an der Oberseite der Membran auftretende Biegespannung weitgehend vermindert wird.

Es 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 Förderhubs über ihrem unbelasteten Zustand befindet. Folglich hat es sich erwiesen, daß eine längere Betriebslebensdauer dann erzielt wird, wenn die Membran 23 derart im Pumpengehäuse 22 montiert ist, daß ihre Lage bei Abschluß des Förder- und 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. Die lotrechte Gesamt-Aufwärtsauslenkung 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 1,5fache der Strecke B betragen.

Bei der Förderung von kompressiblen Strömungsmitteln, insbesondere von Gasen, wird die Förderleitung durch die Größe des Totraums oder -volumens beeinträchtigt, der bzw. das am Ende des Förderhubs in der Pumpenkammer 89 bestehen bleibt. Die dargestellte Pumpe 11 hat sich als äußerst wirksam bei der Förderung von Gasen zwecks Erzeugung eines Unterdrucks oder eines Luftüberdrucks 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 Mittelabschnitt des Gehäuse-Kopfteils einen trapezförmigen Querschnitt. Dieser Anguß 99 verringert zu einem beträchtlichen Maß den sog. Totraum der Pumpenkammer (vergl. Fig. 4), wobei sein trapezförmiger Querschnitt Freiraum für die Oberseite des Mittelteils der Membran in ihrer verkanteten Lage gemäß Fig. 3 schafft.

Insgesamt läßt sich sagen, daß die erfindungsgemäße Pumpe 11 bei sehr einfacher Konstruktion und Auslegung sowie geringer Größe bezüglich der Förderleistung sehr wirkungsvoll ist. Aufgrund der hohen Drehzahlen eines Elektromotors (z. B. 1500 U/min bei einem 15 W-Motor) vermag die Pumpe vergleichsweise große Strömungsmittelmengen zu fördern (z. B. 15 l Luft pro Minute), obgleich die Pumpenkammer selbst ein ziemlich kleines Volumen besitzt; die Pumpe vermag dabei die Luft mit einem Druck von etwa 1,5 kg/cm² (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.

Claims (8)

1. Membranpumpe, mit einem Gehäuse mit Einlaß und Auslaß für Strömungsmittel, einer mit Einlaß und Auslaß in Verbindung stehenden Pumpenkammer, Einlaß- und Auslaßventileinrichtungen, einer flexiblen bzw. elastischen Membran, in welcher ein bogenförmig gewölbter Steg ausgebildet ist, die um ihren Umfang herum zwischen zwei trennbaren Teilen des Gehäuses verspannt ist und deren eine Fläche einen Teil des Umrisses der Pumpenkammer festlegt, einem vom Mittelteil der anderen Fläche der Membran abstehenden Anschluß, Mitteln zur Anbringung des Gehäuses an einem eine Drehung erzeugenden Motor und einer Antriebseinrichtung zur Hin- und Herbewegung der Membran, um abwechselnd Strömungsmittel über die Einlaßventileinrichtung in die Pumpenkammer anzusaugen und das Strömungsmittel sodann über die Auslaßventileinrichtung auszutragen, dadurch gekennzeichnet,
daß die Antriebseinrichtung eine Exzenterkupplung zur Verbindung mit der Antriebswelle des Motors nebst einer die Exzenterkupplung antriebsmäßig 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,
daß der bogenförmig gewölbte Steg in bezug auf die Pumpenkammer konvex ist,
daß das Gehäuse mit einem an der Pumpenkammerseite der Membran angeordneten, gekrümmten Flächenabschnitt versehen ist, dessen Krümmungsradius so gewählt ist, daß er die Membran während der Zeitspanne unterstützt, während welcher diese in den Pumpenkammerbereich hinein gedreht bzw. ausgelenkt 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 Membranoberfläche und dem betreffenden, unterstützenden gekrümmten Flächenabschnitt des Gehäuses auftritt, radial voneinander entfernt sind.

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Gehäusewand im wesentlichen zwischen Einlaß und Auslaß ein Vorsprung bzw. Anguß mit einem trapezförmigen Querschnitt ausgebildet ist, der sich in die Pumpenkammer hinein und diametral quer über diese erstreckt, um ihr Totvolumen zu verringern, wobei ein Freiraum zwischen der Oberseite des Mittelteils der Membran und dem Vorsprung verbleibt.

3. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmungsradien der Ringflächen bzw. Ringräume praktisch gleich groß sind.

4. Pumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Membran über den konvex gewölbten Stegbereich hinweg praktisch konstant ist.

5. Pumpe nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius der die Pumpenkammer begrenzenden Oberfläche der Membran an dem in Radialrichtung äußeren Rand des konvexen Stegs praktisch dem Krümmungsradius des erstgenannten, gekrümmten Flächenabschnitts entspricht.

6. Pumpe nach Anspruch 1, 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.

7. Pumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran in einer solchen Lage im Gehäuse verspannt ist, daß sie am Ende des Ansaughubs über eine wesentlich größere Strecke aus ihrer unbelasteten Konfiguration verlagert bzw. ausgelenkt wird als zum Abschluß des Förderhubs.

8. Pumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die größere Strecke um mindestens 50% größer ist.