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Beschreibung:
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Membranpumpe mit einer flüssigkeitsdichten,
an ihrem Rand eingeklemmten, vorzugsweise kreisrunden Membran, die mit einer Seite
(Beaufschlagungsseite) einen Raum abgrenzt, in dem Drucbertragungsflüssigkeit von
einer Verdrängerpumpe pulsierend bewegt wird, während die andere Membranseite (Förderseite)
einen weiteren Raum abgrenzt, in dem Fördermedium bewegt wird, wobei zur Bildung
einer Membranbruchanzeigevorrichtung die Membran zwei je für sich flüssigkeitsdichte
Lagen aufweist und der Zwischenraum zwischen diesen Lagen mit einer Anzeigeeinrichtung
verbunden ist, die die Anwesenheit von Druckübertragungsflüssigkeit oder Fördermedium
anzeigt.
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Membranpumpen dieser Art haben den Vorteil, daß eine Membranbeschädigung
angezeigt wird, bevor Druckübertragungsflüssigkeit und Fördermedium miteinander
in Berührung gekommen sind. Wenn nämlich eine der Membranlagen ein Leck aufweist,
gelangt je nachdem, welche der beiden Membranlagen leck geworden ist, Druckübertragungsflüssigkeit
oder Fördermedium zwischen die Membranlagen, was in der Anzeigevorrichtung angezeigt
wird. Die Pumpe kann dann abgeschaltet
werden, bevor auch die andere
Membranlage bricht.
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Bei einer bekannten Membranpumpe der eingangs genannten Art (DE-PS
1 226 740) ist im Klemmbereich der Membran ein Ring angeordnet, der so profiliert
ist, daß er sich von außen nach innen längs einer teils gewölbten, teils konkaven
Fläche verjüngt. Der Ring enthält mindestens eine radiale Bohrung, über die der
Zwischenraum zwischen den Membranlagen mit einem Vakuumgefäß verbunden ist. Die
Herstellung der gewölbten Flächen am Ring und an den damit zusammenwirkenden Flächen
am Pumpengehäuse bzw. an mit diesem verspannten Teilen ist nur mit einem erheblichen
Aufwand möglich.
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u Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Membranpumpe der
eingangs genannten Art so auszubilden, daß der Zugang zum Zwischenraum zwischen
den Membranlagen mit einfachen Mitteln geschaffen wird.
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Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß im Klemmbereich
der Membran zwischen den Membranlagen zwei dünne aneinanderliegende Ringe angeordnet
sind,deren aneinanderliegende Flächen eine so grqße Rauhigkeit aufweisen, daß sie
bei einem Membranbruch zwischen die Membranlagen eingedrungenes Medium an den Umfang
der Membran austreten lassen.
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Die dünnen Ringe lassen sich mit sehr niedrigen Kosten herstellen,
so daß gegenüber einer gewöhnlichen Membraneinspannung kaum zusätzliche Kosten entstehen.
Die Spannflächen im Pumpengehäuse bzw. in damit verspannten Teilen können eben ausgebildet
werden. Solche ebenen Flächen lassen sich mit großer Genauigkeit und gewünschter
Oberflächenbeschaffenheit billig herstellen. Durch die Verwendung dünner aufgerauhter
Ringe wird ein dicker profilierter Ring vermieden, da nicht ein Übergang von einem
dicken
Ringbereich auf einen dünnen Ringbereich geschaffen werden
muß. Die Ringe können vielmehr so dünn ausgebildet werden, daß sie den Abstand zwischen
den Membran lagen nur so wenig verändern, daß ein kontinuierlicher Obergang an den
inneren Rändern der Ringe nicht erforderlich ist. Durch die Erfindung wurde mit
geringstem Aufwand auch eine optimale Einspannung für die Membran geschaffen.
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Die Ringe können gemäß Anspruch 2 im Pumpengehäuse zentriert sein.
Man erhält damit auf einfache Weise eine exakte Lage der Ringe. Profilierte Ringe,
wie sie in den Ansprüchen 3 bis 7 angegeben sind, hindern die Membranlagen am Hineinquellen
in den Ringkanal, in dem Leckflüssigkeit zur Anzeige vorrichtung gelangen soll,
wodurch die Sicherheit der Vorrichtung auch gewährleistet ist, wenn für die Membran
zum Quellen neigende Werkstoffe verwendet werden Wegen seiner chemischen Beständigkeit
ist z.B. PTFE ein besonders gut geeigneter Werkstoff für die Membran. Allerdings
neigt PTFE zum Quellen. Die genannte Weiterbildung der Erfindung gestattet auch
die Verwendung dieses Werkstoffes ohne Gefahr für die Leckanzeigevorrichtung. Besonders
vorteilhaft sind die Ausführungsformen nach den Ansprüchen 4 bis 7, bei denen die
Profilierung der Ringe zur Bildung eines Sammelkanales ausgenutzt wird.
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Für die Ringe kommen verschiedene Materialien in Betracht.
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Besonders gut geeignet ist Metall (Anspruch 8). Es können aber auch
harte Kunststoffe und sonstige Materialien, wie z.B. keramische Materialien, verwendet
werden.
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Geeignete Dicken für die Ringe sind im Anspruch 9 angegeben.
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Die optimale Dicke hängt von dem gewählten Material einerseits und
von der Größe der Pumpe andererseits ab. Besonders einfach läßt sich die Aufrauhung
durch Sandstrahlen herstellen (Anspruch 10).
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Die Membranpumpe kann auch mit einer Zwischenlage zwischen den Membranlagen
ausgerüstet werden (Anspruch 12), wobei
ein poröses Material hierfür
besonders geeignet ist, z.B. ein Vlies (Anspruch 13). In Betracht kommen aber auch
Zwischenlagen aus flüssigkeitsdichtem Material, in die Kanäle eingearbeitet sind,
wie dies an sich bekannt ist. Mit solchen Zwischenlagen wird das Vordringen von
Flüssigkeit aus zentralen Bereichen der Membran zum äußeren Bereich hin begünstigt.
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Die Anzeigevorrichtung kann verschieden ausgebildet sein.
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In Betracht kommt ein Flüssigkeitsdetektor beliebiger Bauart, z.B.
ein kapazitiver Sensor (Anspruch 14). Die Anwesenheit von Flüssigkeit kann jedoch
auch durch einen Druckanstieg angezeigt werden. Hierbei kann sowohl vom Umgebungsdruck
ausgegangen werden, als auch von einem vorher geschaffenen Unterdruck. Das erstere
hat den Vorteil der einfachen Konstruktion und der Wartungsfreiheit, während das
letztere den Vorteil hatt daß die Pumpe auch im Unterdruckbereich arbeiten kann,
wodurch eine Sicherheit gegen Austreten von Fördermedien nach außen gewwonnen wird.
Allerdings muß bei einer solchen Vorrichtung das Vakuum in der Anzeigevorrichtung
in gewissen Zeitabständen überprüft und im Bedarfsfalle neu hergestellt werden.
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Die erfindungsgemäße Konstruktion ist sowohl bei Membranpumpen anwendbar,
bei denen die Membran nur hydraulisch bewegt wird, als auch bei Membranpumpen mit.
mechanischem Rückzug der Membran (Anspruch 16). Letztere Konstruktion hat den Vorteil,
daß das Fördermedium angesaugt werden kann, also nicht unter einem gewissen Überdruck
zugeführt werden muß.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Membranpumpe, Fig.
2 einen weiteren teilweisen Längsschnitt der Pumpe entsprechend der Linie II-II
in Fig. 1 Fig. 3 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 2 im Bereich des strichpunktierten
Kreises III in Fig. 2, Fig. 4 einen der Fig. 3 entsprechenden Ausschnitt, in dem
eine zweite Ausführungsform der Erfindung dargestellt ist, Fig. 5 einen den Fig.
3 und 4 entsprechenden Ausschnitt, in der eine dritte Ausführungsform dargestellt
ist, Fig. 6 in schematischer Darstellung eine Anzeigevorrichtung gemäß einer ersten
Variante und Fig. 7 in schematischer Darstellung eine Anzeigevorrichtung gemäß einer
zweiten Variante.
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Die Pumpe nach Fig. 1 hat ein nur schematisch dargestelltes Triebwerk
T, an das der eigentliche pumpende Teil P angebaut ist.
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Das Triebwerk T hat eine Kurbelscheibe 1, an der mittels eines Gelenkbolzens
2 eine Pleuelstange 3 angelenkt ist.
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Der Bolzen 2 ist in einem Schlitz 4 verschiebbar, wodurch der Pumpenhub
verändert werden kann. Die Pleuclstange 3 ist bei 5 gelenkig mit einem in einer
Führungsbuchse geführten Stößel 6 verbunden. Vom Getriebegehäuse ist eine Abschlußplatte
7 dargestellt. An das Getriebegehäuse 7 ist ein Zwischenstück 8 angeschraubt, mit
dem wiederum ein Bauteil 9 verschraubt ist. Im Bauteil 9 befindet sich eine Zylinder-
bohrung
10, in der ein Pumpenkolben 11 hin- und herbewegbar ist. Der Kolben 11 ist mit dem
Stößel 6 des Triebwerkes verbunden.
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An das Bauteil 9 ist ein Pumpenkopf 12 angebaut, in dem sich ein Saugventil
13 und ein Druckventil 14 befinden.
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Zu pumpendes Medium tritt über den Anschlußstutzen 15 ein und über
den Abflußstutzen 16 aus, nachdem es durch den Pumpraum 17 bewegt wurde.
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Die Bewegung der Flüssigkeit wird mittels einer Membran 18 bewirkt,
die an ihrem Rand zwischen die Bauteile 9 und 12 eingeklemmt ist. Die in der Zeichnung
rechts befindliche Membranseite schließt den Pumpraum 17 ab, während die in der
Zeichnung links befindliche Seite einen Raum 19 abschließt, in dem sich Druckübertragungsflüssigkeit
befindet.
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Die Druckübertragungsflüssigkeit wird durch den Kolben 11 hin- und
herbewegt.
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Die Membran ist mit dem Kolben 11 mittels einer Zugstange 20 mechanisch
gekoppelt. Zur Verbindung zwischen der Stange 20 und der Membran dient ein tellerförmiges
Bauteil 21, mit dem einerseits die Stange 20 und andererseits die Membran verbunden
ist.
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An den Raum 19 ist ein Überdruckventil 22 angeschlossen, über das
Druckübertragungsflüssigkeit entweichen kann, wenn der Druck über einen zulässigen
Druck steigt, den die Pumpe oder Anlagenteile, in die die Pumpe eingebaut ist, ohne
Schaden aushalten können. Der Raum 19 wird beim Füllen mit Druck-
übertragungsflüssigkeit
über eine Entlüftungsbohrung 23 entlüftet.
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Der bis jetzt beschriebene Aufbau der Membranpumpe ist bekannt. Gegenstand
der Erfindung im engeren Sinne sind die nachfolgend anhand der Fig. 2 bis 5 beschriebenen
Merkmale.
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Die Membran 18 besteht aus zwei Membranlagen 18a und 18b, die je für
sich flüssigkeitsdicht sind. Beide Membranlagen 18a und 18b sind gleich ausgebildet.
Sie sind mittels eines Druckstückes 24 gegen das Bauteil 21 gepreßt. Im Umfangsbereich
sind beide Membranlagen zwischen die Bauteile 9 und 12 eingespannt.
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Wie die Vergrößerung nach Fig. 3 zeigt, sind im Randbereich der Membranlagen
18a und 18b zwei zueinander spiegelbildliche Bleche 25 und 25' angeordnet. Diese
Bleche haben einen winkelförmigen Querschnitt. Die Bleche sind von geringer Dicke.
Die Dicke s beträgt vorzugsweise 0,1 bis 0,2 mm.
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Fig 3 ist hinsichtlich der Blechdicke eine starke Vergrößerung. Jedes
der Bleche hat einen Teil 26, der zur allgemeinen Ebene der Membran 18 parallel
ist. An diesen ebenen kreisringförmigen Teil 26 schließt ein zylindrischer Teil
27 über eine Kante 28 an. Der zylindrische Teil 28 umgibt die zylindrische Außenfläche
29 der zugeordneten Membranlage.
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Mindestens die einander zugewendeten Flächen 25a und 25'a sind aufgerauht,
z.B. durch Sandstrahlung. Die Rauhigkeit ist so beschaffen, daß die Flächen 25a
und 25'a auch bei festem Aufeinanderpressen keine Abdichtung ergeben, d.h.
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daß Flüssigkeit vom inneren Rand 30 der Bleche durch die Fuge 31 bis
an den äußeren zylindrischen Rand der Bleche vordringen kann. Die vorgedrungene
Flüssigkeit kann in einen Ringkanal 32 gelangen und von dort in eine Bohrung 33,
die in eine größere Bohrung 34 einmündet (siehe Fig. 2), die ein Gewinde 35 enthält.
In dieses Gewinde ist eine noch zu beschrei-
bende Anzeigeeinrichtung
eingeschraubt.
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Die zylindrischen Teile 29 der Bleche 25 und 25' sind in einer zylindrischen
Ansenkung 36 des Pumpenkopfes 12 zentriert, wodurch sich die Membran ohne Schwierigkeiten
bequem exakt auf das Pumpengehäuse ausrichten läßt. Die Bleche sind so dünn, daß
sie die Membranlagen 18a und 18b nur wenig verdrängen. Die Membranlagen können deshalb
schon kurz innerhalb der Ränder 30 wieder aneinander zur Anlage kommen, ohne daß
im Randbereich 30 ein kontinuierlicher Übergang geschaffen werden müßte.
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Der Ringkanal 32 ist nicht unbedingt erforderlich. Eine Umfangsverbindung
besteht auch durch den kleinen Spalt, der gegenüber der zylindrischen Wand 36 besteht,
an der die Membran zentriert ist. Diese Verbindung kann verbessert werden, wenn
auch die Blechbereiche 29 an ihrer Außenseite aufgerauht sind.
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Bei der Variante nach Fig. 4 sind wiederum zwei dünne Ringe vorhanden,
die hier mit den Bezugszahlen 37 und 37' gekennzeichnet sind. Auch diese Bleche
haben ebene ringförmige Bereiche 38, die in der allgemeinen Ebene der Membran 18'
liegen. An diese Bereiche setzen kegelstumpfförmige Teile 39 an, deren äußere Ränder
39a zur Zentrierung in der Gehäuseansenkung 36 dienen. Zwischen den kegelstumpfförmigen
Teilen 39 der beiden Ringe 37 und 37' befindet sich ein Ringkanal 40, der mit der
Bohrung 33 kommuniziert. Durch die besondere Formgebung der Ringe 37, 37' erhält
man also einen geräumigen Ringkanal, ohne daß im Gehäuse hierfür besondere Maßnahmen
vorgesehen werden müßten.
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Die Ausführungsform nach Fig. 4 unterscheidet sich von der Ausführungsform
nach Fig. 3 außerdem dadurch, daß zwischen den Membranlagen 18a und 18b eine Zwischenlage
41 angeordnet ist. Die Zwischenlage 41 ist durchlässig. Sie kann beispiels-
weise
aus einem Vlies bestehen. Die Zwischenlage 41 erleichtert das Vordringen von Flüssigkeit
zu der Fuge 31 zwischen den Ringen. Anstelle eines porösen Materials für die Zwischenlage
41 kann auch, wie an sich bekannt, dichtes Material verwendet werden, das mit entsprechenden
Kanälen versehen ist.
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Bei der in Fig. 5 dargestellten Variante sind wieder zwei Ringe aus
dünnem Material vorgesehen, die hier mit 42 und 42 bezeichnet sind. Jeder der Ringe
hat drei Bereiche, nämlich einen kreisringförmigen ebenen Bereich 43, der parallel
zur allgemeinen Ebene der Membran 18" ist, einen zylindrischen Bereich 44, dessen
Höhe gleich der Dicke der Membranlagen 18a, 18b ist und einen weiteren ebenen Bereich
45, der parallel zu dem ebenen Bereich 43 ist. Es ergibt sich daraus ein Z-förmiger
Querschnitt der Ringe.
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Zur Zentrierung der Membran 18" im Gehäuse liegen die Ränder 45a der
ebenen Teile 45 an der zylindrischen Wand 36 des Bauteiles 12 an. Die zylindrischen
Bereiche 44 haben von dieser Wand einen Abstand, so daß sich ein Ringkanal 46 ergibt,
in dem durch die Fuge 47 hindurchgedrungene Flüssigkeit zu der Bohrung 33 gelangen
kann. Auch die Membran 18" enthält eine Zwischenlage 41.
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In die Bohrung 36 kann irgendeine Einrichtung eingesetzt werden, die
anzeigt, daß in die Bohrung 33 Flüssigkeit vorgedrungen ist.
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Fig. 6 zeigt als Beispiel einen kapazitiven Sensor, der insgesamt
mit 47 bezeichnet ist und einen Fühlstift 47a aufweist.
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Wenn Feuchtigkeit an den Fühlstift 47a gelangt, wird eine Kapazität
verändert, was über Leitungen 48 ein optisches und/ oder akustisches Signal auslöst.
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In Fig. 7 ist ein auf Druckveränderungen ansprechender Sensor 49 gezeigt.
Es kann sich hierbei um ein einfaches Manometer handelnt wobei dann das optische
Signal die Zeigerstellung ist.
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Über den Sensor kann jedoch auch ein auffälligeres optisches und/oder
akustisches Signal ausgelöst werden.
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Die Membranbruchanzeigevorrichtung arbeitet wie folgt. Wenn beispielsweise
die Membranlage 18a beschädigt wird, gelangt Druckübertragungsflüssigkeit zwischen
die beiden Membranlagen 18a, 18b.
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Die Druckflüssigkeit dringt bis zu den inneren Rändern der Bleche
25, 25' bzw. 37, 37' bzw. 42, 42' vor und wandert durch die Fuge 31 bzw. 47 nach
außen, da ja die Bleche nicht dicht aneinander zur Anlage kommen können wegen ihrer
Aufrauhung. Nachdem die Flüssigkeit die Fuge durchwandert hat, gelangt sie über
den Ringkanal 32 bzw. 40 bzw. 46 in die Bohrung 33 und wird dort von dem Sensor
47 bzw. 49 wahrgenommen.
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Wenn die Membranlage 18b bricht, gelangt Fördermedium zwischen die
beiden Membranlagen 18a und 18b, was schließlich in gleicher Weise zu einem Ansprechen
des Sensors führt.
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L e e r s e i t e