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Hochdruck-Membranpumpe mit einer gepanzerten Membran
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Gegenstand der Erfindung ist eine Hochdruck-Membranpumpe, die zur
Förderung von chemisch aggressiven und abrasiven Flüssigkeiten dient und mit einer
gepanzerten elastischen Membran ausgerüstet ist, die vorzugsweise mechanisch angetrieben
wird. Die gepanzerte Membran ist zentrisch mit einem Kugelgelenk ausgerüstet und
über eine Schubstange mit dem Kurbeltriebwerk kraftschlüssig verbunden.
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Es ist bekannt, daß bei den Membranpumpen die mechanisch angetriebenen
Membran einem großen mechanischen Verschleiß unterworfen ist. Ferner ist bekannt,
daß bei dieser Pumpenbauart die Schubstange ab einer gewissen Hubgröße geführt werden
muß. Weiterhin ist bekannt, daß diese Pumpen für hohe Drücke nicht geeignet sind.
Man hat die vorerwähnten Nachteile bisher im Patent 929832 in der Weise zu lösen
versucht, indem die Membran hydraulisch bewegt wird.
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Bei den nunmehr in der Industrie bekannten Hochdruck-Membranpumpen,
die zur Förderung von chemisch aggressiven und abrasiven Flüssigkeiten dienen, wird
die Kraft von einem Kurbeltrieb und Kolben über eine Flüssigkeitsvorlage (öl) hydraulisch
auf die freischwingende Membran übertragen, dabei wird die Gummimembran etwa kugelförmig
durchgebogen und auf der anderen Seite der Membran die Förderflüssigkeit verdrängt.
In diesem Fall wird die Membran nicht nur durch das Verdrängervolumen mit wellenförmigen
Schwingungen belastet, sondern es kommt, beim öffnen und Schließen der Saug- u.
Druckventile, zu übergeordneten Schwingungen, die schließlich zu harmonischen Schwingungen
führen, welche sich über den ganzen Pumpvorgang fortpflanzen und nicht zu vermeiden
sind. Besonders begünstigt werden dieses Schwingungen durch die Kompressibilität,
der in dem großräumigen Membrangehäuse, Pumpenzylinder und den Rohrleitungen eingeschlossenen
Flüssigkeit. Außerdem werden
die Schwingungen noch intensiver durch
die Werkstoffelastizität der obengenannten Membrangehäuse, Pumpenzylinder, Rohrleitungen
und Triebwerk. Es ist bekannt, daß derartige Schwingsysteme große hydraulische Druckstöße
verursachen, die sich wellenförmig mit der Schallgeschwindigkeit fortpflanzen und
am Ende des Systems reflektiert werden. Die Schwingungen bzw. Druckstöße nehmen
mit der Pumpendrehzahl proportional zu. In der freischwingenden Membran kommt es
innerhalb der Verdrängeramplitude zu kurzwelligen Schwingungen, die Zitter- und
Schlingerbelastungen verursachen. Bedingt durch diese enormen Schwingungen und Druckstöße
wird die Membran infolge Ermüdung des Werkstoffes, insbesondere an den Einspannstellen,
rissig und es kommt, mitunter nach einer kurzen Betriebszeit, zum Druchbruch der
Förderflüssigkeit in die Membranantriebsflüssigkeit (öl).
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Außerdem müssen diese Membranpumpen mit kostenspieligen und schwerfälligen
Nachholvorrichtungen, zum Nachfüllen der an der Kolbenabdichtung verlorengegangenen
Membranantriebsflüssigkeit, in dem Raum zwischen Membran und Kolben, ausgerüstet
sein. Durch die obengenannten Nachteile ist die Drehzahl bei diesen Pumpen auf max.
50 bis 60 U/min begrenzt.
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Der Erfingung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vielzahl der obengenannten
nachteilige Faktoren auszuschließen, eine betriebssichere Hochdruck-Membranpumpe
zu schaffen und diese auf eine einfache technisch optimale Konzeption zu bringen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsmäßig dadurch gelöst, daß die bisher
bei den Hochtdruck-Membranpumpen angewendete hydraulisch angetriebene Membran durch
eine mechanisch angetriebene gepanzerte Membran ersetzt wird.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin,
daß zwischen dem Pumpenantrieb und der gepanzerten Membran bzw. Förderflüssigkeit
keine federnden Bauelemente vorhanden sind, die zur Schwingungsresonanz führen können.
Ferner werden die Pumpenräume bzw. die darin befind-
liche Flüssigkeitsmenge
wesentlich kleiner und die schädlichen Räume auf ein Minimum herabgesetzt, somit
kann diese Pumpenbauart auch zur Förderung gasförmiger Mittcl verwendet werden.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen Fig. 1 Längsschnitt durch die
Hochdruck-Membranpumpe.
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Fig. 2 Querschnitt durch das Membrangehäuse der Hochdruck-Membranpumpe
bzw. Draufsicht auf die gepanzerte Membran.
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Die gepanzerte Membran besteht im wesentlichen aus einer elastischen
Gummischeibe 3, welche auf der Antriebsseite mit ca. 10 bis 12 sektorförmigen Stahlträgern
4 gestützt wird. In der Mitte des nunmehr kreisförmigen Stahlträgersystems 4 befindet
sich ein Kugelgelenk 5, in dem die Stahlträger 4 in verzahnter Form im Eingriff
sind. Das nunmehr entstandene scheibenförmige Stahlträgersystem 4 ist in dem Gehäuse
1 gelagert und kann in der Mitte am Kugelgelenk 5 axial bewegt werden. Die Gummischeibe
3 ist mit dem scheibenförmigen Stahlträgersystem 4 durch Vulkanisierverfahren homogen
verbunden und bildet am Ende die axialdurchbiegbare gepanzerte Membran, welche sich
nur kegelförmig durchbiegen läßt. In der gepanzerten Membran 3 u. 4 ist für das
Kugelgelenk 5 die physikalisch stabile Form gewählt, welche eine stabile Lagerung
in der Mitte gewährleistet und somit keine Kipp- oder Schlingergefahr besteht. Weiterhin
besteht die Möglichkeit, die gepanzerte Membran über einen Kreuzkopf'zu führen.
Das Gehäuse für die gepanzerte Membran wird aus Teilen 1 und 2 gebildet, die aneinander
geflanscht sind und zwischen denen die gepanzerte Membran 3 und 4 eingespannt ist.
Ferner ist die gepanzerte Membran 3 und 4 zwischen dem Kugelgelenk 5 und der Badeckhaube
6 mit der Schraube 7 eingespannt. Die Gummi scheibe 3 hat hierbei nur noch eine
Dichtungsfunktion und ist gegen all Schwingungen und Stoßbelastungen durch das scheibenförmige
Stahlträgersystem 4 geschützt. Wie aus der Zeichnung Fig. 1 hervorgeht, wird die
Zug- und Druck-
kraft über eine verhältnismäßig lange Schubstange
auf die gepanzerte Membran 3 und 4 übertragen. durch das kleine Verhältnis Ilub
zu Schubstangenlänge ist die fadia1-kraft auf die gepanzerte Membran 3 und 4 gering
und wird vom scheibenförmigen Trägersystem 4 aufgenommen.
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Durch die kraftschlüssige Verbindung wird die iiubbewegung vom Kurbeltrieb
unmittelbar über die gepanzerte Membran 3 und 4 auf die Förderflüssigkeit übertragen.
Damit wird erreicht, daß bei dieser Hochdruck-Membranpumpe auch im hohen Drehzahlbereich
eine schwingungsfreie und betriebssichere Funktion gewährleistet ist. Aus diesem
Grunde können die Drehzahlen bei diesen Hochdruck-Membranpumpen genau so hoch gewählt
werden, wie sie bei den vergleichbaren Kolbenpumpen üblich sind.
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