DE3229528A1

DE3229528A1 - Membranpumpe

Info

Publication number: DE3229528A1
Application number: DE3229528A
Authority: DE
Inventors: Erich 7812 Bad Krozingen Becker
Original assignee: Individual
Current assignee: KNF Flodos AG
Priority date: 1982-03-19
Filing date: 1982-08-07
Publication date: 1984-02-09
Also published as: DE3229528C2

Description

Membranpumpe

Die Erfindung betrifft eine Membranpumpe zum Fördern von Flüssigkeiten mit einer Durchflußmengensteuerung.

Es sind bereits Membranpumpen bekannt, bei denen die Förder- oder Durchflußmenge eingestellt werden kann, indem z.B. bei einer mit Kurbelantrieb ausgerüsteten Pumpe der Hub des Verdrängungselementes verändert wird. Dies ist jedoch mechanisch aufwendig, störanfällig und teuer. Eine andere bekannte Lösung sieht ein elektrisches Regelgetriebe vor, was ebenfalls aufwendig und teuer ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Membranpumpe zu schaffen, bei der unter Vermeidung elektrischer Regeleinrichtungen auf einfache Weise eine Veränderung der Durchfluß- bzw. Fördermenge möglich ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß insbesondere vorgeschlagen, daß eine Membranpumpe der eingangs erwähnten Art einen Dämpfungsraum od. dgl.Raum zum Auffangen von Druckstößen des Fördermediums im Ansaugbereich hat und daß das Aufnahmevolumen des Dämpfungsraumes im Sinne einer Veränderung des Mediumszuflusses zur Membranpumpe einstellbar ist.

Es sind zwar Pumpen bekannt, die einen Dämpfungsraum auf-

ORIGINAL INSPECTED

.7.

weisen; dieser ist dort jedoch im wesentlichen ausschließlich zum Glätten, von einer pulsationsweisen Ansaug-Förderung vorgesehen. Dagegen ist bei der erfindungsgemäßen Membranpumpe dieser Dämpfungsraum darauf eingerichtet, daß sein Aufnahmevolumen bzw. der Durchflußquerschnitt dorthin derart veränderbar einzustellen ist/sind, daß damit auch die Fördermenge der Membranpumpe auf einfache Weise reguliert werden kann. Der Dämpfungsraum wird somit in mehrfacher Hinsicht vorteilhaft eingesetzt: Er kann zur Pulsationsdämpfung des zufließenden Mediums und damit auch zu einer Vergrößerung der Fördermenge dienen; dabei kann jedoch die Wirksamkeit des Dämpfungsraumes gezielt verändert und gegebenenfalls auf 0 verringert werden, wodurch auf strömungstechnische Weise auch die Fördermenge eingeregelt wird.

Eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung besteht darin, daß das Aufnahmevolumen des Dämpfungsraumes mittels einer verstellbaren Dämpfungsmembrane begrenzt ist. Der Dämpfungsraum kann dann im Bereich dieser Membrane gut zum Ausgleich von Druckstößen elastisch nachgeben und andererseits durch entsprechende äußere Druckeinwirkung kann das Innenvolumen des Dämpfungsraumes zur Durchflußmengenregelung verändert werden.

Zweckmäßigerweise dient zur rückseitigen Druckbeaufschlagung der Dämpfmembrane od. dgl. ein dazu relativ verstellbarer Stempel od. dgl. Hubelement. Je nach Stellung dieses Stempels ergeben sich unterschiedliche Aufnahmevulumina des Dämpfungsraumes.

Die Membranpumpe dient zum Fördern von Flüssigkeit. Bei der vorbeschriebenen Regelungsmöglichkeit der Fördermenge ergeben sich pro Hub unterschiedliche Fördervolumina im Förderraum der Pumpe. An diese unterschiedliche Fördervolumina paßt sich/die Pumpmembrane in gewissen Grenzen ohne weiteres

-V-

selbsttätig an. Um einen möglichst großen Regelbereich zu erhalten, ohne daß dabei schädliche Nebeneinflüsse wie Kavitation auftreten, sind nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung der Bereich der unterschiedlichen Hubvolumina der Membranpumpe und der Regelbereich des Dämpfungsraumes aufeinander abgestimmt. Das bedeutet, daß die Größe des Einflusses der Veränderbarkeit des Dämpfungsraumes auf die Durchflußmenge der Membranpumpe in Einklang gebracht ist mit der Größe der Volumina pro Hub, welche die von der Pumpmembrane ausgeführt werden kann. So kann z.B. durch Ausschalten der Wirkung des Dämpfungsraumes die Durchflußmenge nur so weit vermindert werden, daß auch bei dieser Mindestdurchflußmenge im Kompressionsraum kein schädlicher Unterdruck entstehen kann. Dies kann vorzugsweise durch entsprechend große Abmessungen des elastisch verformbaren Bereiches der Pumpmembrane erfolgen. Sie nimmt dann eine Form an, die der minimalen Fördermenge eines Pumphubes entspricht.

Besonders bei Pumpen mit kleinen Abmessungen kann es dabei vorteilhaft sein, wenn ihre Pumpmembrane als Formmembrane ausgebildet ist, die in der Gegend ihres Zentralbereiches mindestens kompressionsraumseitig einspannungsfrei am Pleuel befestigt ist, vorzugsweise über ein in die Formmembrane einvulkanisiertes Anschlußstück. Auf diese Weise kann man einen Befestigungsteller vermeiden, der auf der dem Kompressionsraum zugewandten Seite der Pumpmembrane angebracht ist. Dieshat nicht nur den Vorteil, daß auf der dem Kompressionsraum zugewandten Seite der Pumpmembrane keine Metallteile wie Schrauben ungeschützt dem Fördermedium ausgesetzt sind oder nur schwierig gegen einen Kontakt damit geschützt werden können; es kann auch, insbesondere bei Membranpumpen von kleinen Abmessungen, vermieden werden, daß derjenige Zentralbereich der Pumpmembrane, in der diese zwischen einem Pleuelkopf und dem Befestigungsteller eingespannt ist, so groß ist, daß der elastisch verformbare Bereich der

ft * ft «I

- JC -

■ 9·

Membrane, mit dem diese sich an die Volumenverhältnisse bei unterschiedlichen Fördervolumen je Arbeitshub an die zu fördernde Flüssigkeitsmenge anpassen kann, klein und gegebenenfalls zu klein wird. Dann kann z.B. Kavitation auftreten. Zusätzliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Unteransprüchen aufgeführt. Nachstehend wird die Erfindung an Ausführungsbeispielen mit den erfindungswesentlichen Einzelheiten anhand der Zeichnung noch näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine teilweise im Schnitt dargestellte Seitenan- - sieht einer Membranpumpe,

Fig. 2 ein Diagramm, bei dem die Strömungsgeschwindigkeit im Saugrohr über dem Kurbelwinkel aufgetragen ist,

Fig. 3 eine teilweise im Schnitt dargestellte Seitenansicht einer gegenüber Fig. 1 etwas abgewandelten Membranpumpe,

Fig. 4 Die Membranpumpe nach Fig. 3 in einer gegenüber Fig. 3 abweichenden Regelstellung für die Durchflußmenge, und

Fig. 5 eine teilweise im Schnitt dargestellte Seitenansicht einer gegenüber Fig. 3 abgewandelten Membranpumpe.

Eine Membranpumpe 1 (Fig. 1) weist eine mit einem Pleuelkopf verbundene Pumpmembrane 3 auf. Oberhalb dieser befindet sich der Kompressionsraum 4, der von einem Zylinderkopf 5 begrenzt ist, der ein Einlaßventil 6 sowie ein Auslaßventil 7 aufweist. Als Schließelement für diese Ventile 6, 7 dient eine Ventilplatte 8, die Zungenventile 26 und 27 üblicher Bauart hat. Oberhalb des Zylinderkopfes 5 ist innerhalb eines Pumpenkopfes 9 ein zur Erfindung gehöriger Dämpfungsraum 10 vorgesehen, der über eine T-Verbindungsleitung 11 mit dem Einlaßstutzen 12 und dem Einlaßventil 6 in Verbindung steht. Der Dämpfungsraum 10 ist

- Sr-

auf einer Seite durch eine Dämpfungsmembrane 13 begrenzt, während die andere Begrenzung durch den Zylinderkopf 5 und eine dazu gehörige Kopfplatte 14 gebildet ist. Die Dämpfungsmembrane 13 ist zwischen dem Außenrand der Kopfplatte 14 sowie einem Stirnkopfrand 15 eines topfartigen Abschlußteiles 16 eingespannt.

Bei den Ausführungen gemäß Fig 1, 3 und 4 ist die dem Dämpfungsraum 10 zugewandte Seite 28 der Kopfplatte 14 konkav eingeformt, so daß der Dämpfungsraum 10 bei einem runden Zylinderkopf die Form eines Kugelabschnittes hat. Innerhalb des Abschlußteiles 16 ist zur rückseitigen Druckbeaufschlagung bzw. zum Verstellen der Dämpfungsmembrane 13 ein relativ zu diesem bzw. zur Kopfplatte 14 verstellbarer Stempel 17 od. dgl. Hubelement angeordnet. Dieser hat eine etwa pilzartige Umrißform mit einem zentralen Gewindebolzen 18, der in eine im Bodenteil 19 des Abschlußteiles 16 vorgesehenen Gewindebohrung 20 eingeschraubt ist. Der Stempel 17 läßt sich so über einen auf das äußere Ende des Gewindebolzens 18 aufgesetzten Stellknopf 21 in seiner Höhenlage gemäß dem Doppelpfeil Pf 1 (Fig. 1) verstellen.

Die der Dämpfungsmembrane 13 zugewandte Beaufschlagungsseite 22 des Stempels 17 weist eine der Kontur der gegenüberliegenden Kopfplattenseite 28 etwa entsprechende Form auf. Dadurch kann der Dämpfungsraum 10 praktisch bis auf 0 verkleinert werden, wobei dann die Dämpfungsmembrane 13 auf der konkaven Seite 28 der Kopfplatte 14 aufliegt und vom Stempel 17 dort festgehalten wird (vgl. Fig. 4). Anstelle der T-Verbindungsleitung 11 kann auch eine andere Ausbildung einer Zweigleitung dienen, welche den Einlaßstutzen einerseits mit dem Einlaßventil 6 und andererseits mit dem Dämpfungsraum 10 verbindet (vgl. Fig. 5).

ORIGINAL INSPECTE0

■'-■Μ-

Die Dämpfungsmembrane 13 besteht bei den Ausführungen nach Fig. 1, 3 u. 4 vorzugsweise aus einem elastischen Material, z.B. aus Gummi,, so daß sich der Dämpfungsraum 10 entsprechend der pulsationsweisen Druckbeaufschlagung vom Einlaßstutzen her elastisch nachgiebig verändern kann, wenn sie nicht entsprechend fixiert gegen die konkave Seite 28 der Kopfplatte angedrückt ist. Die elastisch nachgiebige Dämpfungsmembrane kann also, wenn sie elastisch schwingen kann (Fig. 1 und 3) in Verbindung mit dem Dämpfungsraum 10 und der T-Verbindungsleitung 11 eine Glättung der pulsierenden Einlaß-Strömung bewirken. Dadurch erreicht man auch eine Verbesserung des Wirkungsgrades der Pumpe, da die kinetische Energie der Ansaugflüssigkeit besser ausgenutzt wird. Der z.B. im Einlaßstutzen 12 beim Ansaugen auftretende Zustrom wird nämlich beim Schließen des Einlaßventils 6 nicht mehr gestoppt, sondern in den Dämpfungsraum 10 umgeleitet und dort unter Vordruck gespeichert, bis das Einlaßventil 6 wieder öffnet. Dann kann Förderflüssigkeit aus dem Dämpfungsraum 10 und Fördermedium vom Einlaßstutzen 12 her in den Kompressionsraum 4 einströmen, so daß dieser schneller gefüllt wird'als wenn der Einlaßstutzen 12 ohne Verbindung zu einem Dämpfungsraum direkt zum Einlaßventil 6 bzw. zum Kompressionsraum 4 der Membranpumpe 1 geführt wäre. Fig. 2 zeigt gut die entsprechenden Ansaug- und Fördervolumen-Verhältnisse bei unterschiedlicher Einstellung des Dämpfungsraumes 10. In dem Diagramm ist auf der Ordinate die Strömungsgeschwindigkeit V in der Einlaßbohrung 23 zu dem Kompressionsraum und auf der Abszisse die Stellung der Pumpmembrane 3 über den Kurbelwinkel ihres Kurbelantriebes aufgetragen. Im Nullpunkt der beiden Koordinatenachsen steht der Kurbelantrieb im oberen Totpunkt. Wenn der Dämpfungsraum 10 in seinem Volumen durch Anlegen der Dämpfungsmembrane 13 an die konkave Seite 28 der Kopfplatte 14 gegen 0 verstellt ist und somit praktisch keine Wirkung zeigt (vgl. Fig. 4), so stellt sich der durchgezogene Kurvenverlauf gemäß Fig. 2

-r-

ein. Dabei ist gut zu erkennen, daß über einen Anfangsbereich der Hubbewegung der Pumpmembrane 3 nur ein geringfügiges Einströmen von Förderflüssigkeit in den Kompressionsraum 4 auftritt. Wie dem Pumpenfachmann bekannt, muß die im Einlaßbereich stehende Flüssigkeit durch die Hubbewegung der Pumpmembrane 3 zunächst in Bewegung gesetzt werden. Dementsprechend ist in Fig.2 gut zu erkennen, daß über einen Anfangsbereich der Hubbewegung der Membrane 3 zunächst nur ein geringfügiges Einströmen von Förderflüssigkeit in den Kompressionsraum 4 auftritt. Die Einströmungsgeschwindigkeit nimmt dann allmählich zu, bis sie etwa im unteren Totpunkt, der in Fig. 1, 3 und 4 dargestellt ist, durch Schließen des Einlaßventiles 6 wieder gegen 0 geht. Die zur Abszisse hin mit der durchgezogenen Linie eingeschlossene, schräg schraffierte Fläche F 1 gibt das Saugvolumen der V 1 der Membranpumpe Ί wieder, wenn diese praktisch ohne Dämpfungsraum 10 arbeitet; dies entspricht der Arbeitsweise bei geschlossenem Durchflußquerschnitt 45 bei Fig. 5.

Bei optimal auf die Einströmverhältnisse abgestimmtem Dämpfungsraum 10 stellt sich dagegen etwa der strichlinierte Kurvenverlauf gemäß Fig. 2 ein. Man erkennt, daß bereits zu Beginn des Ansaugvorganges ein schnell zunehmendes Zuströmen von Förderflüssigkeit erfolgt, so daß in dem zum Ansaugen zwischen dem oberen Totpunkt und dem unteren Totpunkt zur Verfügung stehenden Bereich ein erheblich größeres Saugvolumen V 2 (vgl. Fig. 3) vorhanden ist. Bei dieser Einstellung ergibt sich ein Gesamtansaugvolumen pro Arbeitshub, welches durch die beiden Flächen F 2 und F 1 in Fig. 2 wiedergegeben ist. Besonders vorteilhaft an der erfindungsgemäßen Membranpumpe ist nun, daß neben der Pulsationsdämpfung auf einfache Weise durch Verändern des Dämpfungsraumes 10 ( Fig. 1, 3 u. 4 ) bzw. seines zugehörigen Durchflußquerschnittes 45 (Fig. 5) auch eine Verstellung der Fördermenge

/8 ORIGINAL INSPECTED

-r-fa-

bei gleicher Drehzahl bzw. Hubzahl der Membranpumpe 1 bzw. 1 a, Ib, erreicht wird. Eine Zwischenstellung ist in Fig. 2 strichpunktiert wiedergegeben. In Fig. 1 ist eine entsprechende Zwischenlage der Dämpfungsmembrane 13 strichpunktiert angedeutet.

Die rückseitige Druckbeaufschlagung der Dämpfungsmembrane muß nicht mechanisch über einen Stempel 17 erfolgen, wie es im Ausführungsbeispiel detaillierter dargestellt ist. Es kann beispielsweise auch über ein GcBdruckpolster erfolgen. Vorzugsweise ist jedoch der Innenraum 24 des Abschlußteiles 16 über eine Bohrung 25 nach außen hin offen, so daß auf die Rückseite der Dämpfungsmembrane 13 Atmosphärendruck wirkt. Gegebenenfalls kann diese Bohrung 25 auch geschlossen sein und der Innenraum 24 mit unterschiedlichen Drücken beaufschlagt werden.

Je nach Verwendung der Pumpe 1 und je nach den Anforderungen an die Dämpfungs- bzw. Verstelleigenschaften des Dämpfungsraumes 10 kann die Dämpfungsmembrane 13 aus verschiedenen Materialien bestehen. Insbesondere bei aggressiven Flüssigkeiten kann es nach einer bevorzugten Ausführungsform vorteilhaft sein, wenn die Membrane aus Polytetra-fluoräthylen besteht, das auch flexibel, chemisch neutral, weitgehend temperaturfest usw. ist und auch eine hohe mechanische Stabilität aufweist. Weiterhin besteht die Möglichkeit, die Dämpfungsmembrane 3 aus Metall herzustellen, was z.B. bei hohen Temperaturen und/oder Betriebsdrücken bzw. Vordrücken wegen der guten Festigkeit vorteilhaft sein kann. Die Verwendung einer Dämpfungsmembrane 3 aus Gummi, Kunststoff od. dgl. elastischem Werkstoff hat den Vorteil einer vergleichsweise großen Verstellamplitude und einem schnellen Ansprechen der Dämpfungsmembrane. Es ergibt sich dementsprechend auch ein weiterer Verstellbereich unter sonst gleichen Bedingungen. Bei Verwendung von im wesentlichen aus unelastischen bzw. weniger elastischen Materialien können für die Dämpfungsmembrane 13 auch Dehneinformungen, z.B. konzen-

/9

trisch um ihren Mittelpunkt angeordnete WeIlen-Einformungen in der Dämpfungsmembrane 13 vorgesehen sein, um deren Nachgiebigkeit zu verbessern.

Wenn man eine Membranpumpe mit einem regelbaren Dämpfungsraum 10 versieht, erhält man z.B. eine Membranpumpe 1 (Fig. -1 und 2), die bezüglich ihres sekündlichen Fördervolumens über die Einstellbarkeit des Dämpfungsraumes 10 regelbar ist, ohne daß die Hubhöhe des Pleuels oder dessen Umlaufgeschwindigkeit geändert zu werden braucht. Aufgrund der der Pumpmembrane 3 eigenen Flexibilität kann sich diese nämlich in bestimmten Grenzen ohne weiteres an unterschiedliche Saugvolumina anpassen.

Man kann aber nun nach einer Weiterbildung der Erfindung auch noch den Regelbereich der Membranpumpe 1 vergrößern bzw. dafür Sorge tragen, daß innerhalb des betätigbaren Regelbereiches unerwünschte Betriebserscheinungen wie z.B. Kavitation mit Sicherheit ausgeschlossen werden. Dazu stimmt man den Bereich der unterschiedlichen Saugvolumina einerseits und den Regelbereich des Dämpfungsraumes 10 aufeinander ab. Dazu können unterschiedliche Maßnahmen beitragen, die nachstehend insbesondere an dem in den Figuren 3 und dargestellten Ausführungsbeispiel einer Membranpumpe 1a erläutert werden. Das Pleuel 32 gemäß Fig. 3 und 4 soll sich dort jeweils im unteren Totpunkt befinden. Gleichzeitig soll die Dämpfungsmembrane 13 eine gewisse Schwingungsfreiheit haben entsprechend der dort dargestellten Lage des Stempels 17, und bei dieser Einstellung soll der Kompressionsraum eine optimale Füllung mit dem Saugvolumen V 2 je Hub erhalten. Die Membranpumpe 1a arbeitet dann mit der größtmöglichen Durchflußmenge in der Zeiteinheit, wie dies den zusammengesetzten Flächen F 1 und F 2 gemäß Fig. 2 entspricht. Will man die Durchflußmenge in der Zeiteinheit verringern, z.B. bis zur minimal einregelbaren sekündlichen Durchflußmenge, so verstellt man den Stempel 17 in die in Fig. 4 dargestellte Lage. Damit ist die Funktion

_—, /10 ORIGINAL INSPECTED

des Dämpfungsraumes 10 praktisch stillgelegt. Die Pumpe arbeitet dann mit dem wesentlich geringeren, in Fig. 4 dargestellten Saugvolumen V 1 je Pumpenhub. Ein Vergleich der Formmembrane 3a gemäß Fig. 3 und 4 zeigt, wie sich diese mit ihrem elastischen Bereich 33 an das gemäß Fig. kleinere Saugvolumen V 1 anpaßt. Da alle Pumpmembranen von Membranpumpen einen elastisch und/oder flexibel verformbaren Bereich 33 besitzen, ist eine gewisse Anpassung an das jeweilige Saugvolumen pro Hub von Hause aus bei Membranpumpen gegeben. Je nach dem, wie die Membranpumpe 1 und ihr Dämpfungs-

^_n raum 10 ausgelegt sind und wie sich die Strömungsverhältnisse beim Eintreten des Fördermediums in den Kompressionsraum 4 einstellen, könnte aber beim Vermindern der Durchflußmenge ein Betriebszustand erreicht werden, in dem das Saugvolumen V 1 (Fig. 4) so gering wird, daß der elastisch verformbare Bereich 33 der Membrane 3 bzw. 3a sich nicht mehr auf dieses Saugvolumen V 1 einstellen kann. Durch ihre Membranbewegung würde dann diese Membrane 3 mehr Pumpraum schaffen, als angesaugte Flüssigkeit zur Verfugung steht. Die Membranpumpe würde dann einen Unterdruck zu erzeugen suchen, was Kavitationserscheinungen nach sich ziehen würde. Um dies zu verhindern, werden die Saugvolumina und der Regelbereich des Dämpfungsraumes 10 aufeinander abge-

^ stimmt. Insbesondere kann dies dadurch geschehen, daß der elastisch verformbare Bereich 33 der Pumpmembrane 3 entsprechend große Abmessungen erhält. Dies ist beispielsweise dadurch realisierbar, daß die Pumpmembrane als Formmembrane 3a mit vergleichsweise großem elastisch verformbarem Bereich 33 ausgebildet ist. Dies kann beispielsweise unter sonst gleichen Verhältnisseh dadurch erreicht werden, daß die Formmembrane 3a in der Gegend ihres Zentralbereiches auf der Seite des Kompressionsraume 4 einspannungsfrei am Pleuel befestigt ist. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 u. 4 ist dies dadurch erreicht, daß die Formmembrane 3a in ihrem Zentralbereich einen zum Pleuel 32 hinweisenden Anschlußteil 35 besitzt, in dem ein metallenes Befestigungs-

- rc -

stück 36 einvulkanisiert ist. Dieses weist einen Befestigungsbolzen 37 auf über den es mit dem Pleuelschaft 38 in Verbindung steht. Auf diese Weise kann man nicht nur erreichen, daß die dem Kompressionsraum 4 zugewandte Seite der Formmembrane 3a frei von metallischen Befestigungsteilen ist, ggfs. auch mit einer chemisch besonders widerstandsfähigen (nicht näher dargestellten) Schicht versehen ist, sondern man vermeidet auch, daß ein mit dem Pleuelkopf 2 zusammenarbeitender Befestigungsteller 29 (Fig. 1) einen größeren Teil des Zentralbereiches 31 der Membrane 3 unverformbar macht, so daß der elastisch verformbare Bereich der Pumpmembrane 3 - unter sonst gleichen Bedingungen - kleiner ausfällt. Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, daß am Pleuel 32 ein Unterstützungsring 39 befestigt ist. Dieser ist mit seiner ringartigen Unterstützungsfläche 40 in einer mittleren Zone des elastisch verformbaren Bereiches 33 der Pumpmembrane 3 bzw. 3a angeordnet. Er berührt die dem Pleuel zugewandte Außenseite 41 der Pumpmembrane 3 im normalen Betriebszustand nicht, kann diese Außenseite 41 aber bedarfsweise unterstützen, so daß die Pumpmembrane 3 nicht "umschlagen", d.h., nach unten ausbeulen kann. Dadurch ist gewährleistet, daß die Membrane 3 in Nachbarschaft zum Kompressionsraum 4 eine zumindest in etwa flache Form (Fig. 3) oder eine zum Kompressionsraum 4 hingewandte gewölbte Form (Fig. 4) einnimmt. Eine Instabilität der Membrane 3, die sich auf das Saugvolumen V 1, bzw. V 2 ungünstig bemerkbar macht, bleibt vermieden.

Aus Fig. 3 und 4 ist noch gut erkennbar, daß der Unterstützungsring 39 über ein topf- oder korbartiges Unterteil 42 mit dem Pleuelschaft 38 in Verbindung steht. Vorzugsweise kann dazu das Befestigungsstück 36 mit seinem Befestigungsbolzen 37 herangezogen sein. In Fig. 3 erkennt man, daß der Durchmesser D 1 des Dämpfungsraumes 10 etwa dem Durchmesser D 2 des Pumpraumes 4 entspricht. Versuche haben gezeigt, daß man bei einer

/12

/Il -

solchen Ausbildung des Dämpfungsraumes, die auch konstruktiv leicht zu realisieren ist, Strömungsverhältnisse im Bereich von Einlaßstutzen 12, Einlaßventil 6 und Dämpfungsraum 10 erhält, durch den sich eine gute Regelungsmöglichkeit für die Durchflußmenge der Membranpumpe 1, 1a in der Zeiteinheit ergibt.

In Fig. 5 ist eine weitere, etwas abgewandelte Ausführungsform einer Membranpumpe 1b dargestellt. Während bei den vorbeschriebenen Ausführungsformen der Membranpumpen 1 u. 1a gemäß Fig. 1, 3 u. 4 die jeweilige Volumenmenge, die vom Dämpfungsraum 10 bei jedem Ansaug-Vorgang aufgenommen wurde, durch die Stellung des Stempels 17 - in Verbindung mit der elastischen Auslenkbarkeit der Dämpfungsmembrane 13 abhängt, wird gemäß der Ausführung Fig. 5 das Volumen von bei jedem Ansaughub in den dortigen Dämpfungsraum 10b einströmenden angesaugten Fördermediums durch einen regelbaren Durchflußquerschnitt 45 verändert. Dazu ist die vom Einlaßstutzen 12 kommende und einerseits zum Einlaßventil 6 und andererseits zum Dämpfungsraum 10b führende zweiendige Zweigleitung 46 so ausgebildet, daß ihr in'den Dämpfungsraum 10b führendes Ende 47 zentral in einer Verschlußfläche 48 endet, die sich, zweckmäßigerweise zentral, im Dämpfungsraum 10b befindet. Diese Verschlußfläche 48 arbeitet mit einem verstellbaren Verschlußelement 49 zusammen, das Teil eines Verstellelementes 50 ist, welches mit dem Stellknopf 21 in Verbindung steht. Dabei durchsetzt das Verstellelement 50 die Dämpfungsmembrane 13b in ihrem Zentrum und klemmt sie dort dichtend und festhaltend ein. Das zum Verstellelement 50 gehörige, ventiltellerartige Verschlußelement 49 befindet sich dabei auf der dem Dämpfungsraum 10b zugewandten Seite der Dämpfungsmembrane 13b. Durch Drehen des Stellknopfes 21 kann das Verschlußelement 49 entsprechend dem Doppelpfeil Pf 2 in Fig. 5 der Verschlußfläche 48 gegenüber mehr angenähert oder weiter davon entfernt werden. Dementsprechend wird der Durchflußquerschnitt 45, der dem im Ende

der Zweigleitung 46 pulsierenden Fördermedium zur Verfugung steht, verändert. Der bereits in Verbindung mit den Figuren 1 bis 4 beschriebene Effekt des variablen Winkelprinzips, welches zur Erhöhung oder Erniedrigung des Zuflusses des Fördermediums am Einlaßventil 6 dient, wird bei der Ausführung der Membranpumpe 1b gemäß Fig. 5 durch strömungstechnische Maßnahmen erreicht, nämlich durch Schließen bzw. ein mehr oder minder weites öffnen des Durchflußquerschnittes 45. Diese Ausführung hat dabei insbesondere folgende Vorteile: Um den Regelbereich der Membranpumpe 1 voll zu überstreichen, braucht man die Dämpfungsmembrane 13d nur um vergleichsweise geringe Beträge auszulenken. Stellt man diese Dämpfungsmembrane 13d z.B. aus Polytetrafluoräthylen od. dgl. chemisch inertem Werkstoff her, was in den überwiegenden Fällen wünschenswert ist, dann ergibt sich folgender Vorteil: Es ist keine große Auslenkung zum Überstreichen des Regelbereiches der Membranpumpe 1b erforderlich. Dementsprechend unterbleibt eine unerwünscht große Belastung insbesondere Dehnung solcher Werkstoffe wie z.B..P.olytetra fluoräthylen, die im wesentlichen flexibel, aber weniger elastischdehnbar .sind und bei entsprechender Belastung zum Kaltfließen neigen. Ungünstige Dehn-Belastungen, wie sie z.B. aus einem Vergleich der Dämpfungsmembrane 13 in Fig. 3 und 4 erkennbar sind, können bei der Ausführung gem. Fig. 5 vermieden werden. In der in Fig. 5 nicht gezeigten Schließstellung, bei der das Verschlußelement 49 auf der Verschlußfläche 48 aufliegt, herrschen dann Verhältnisse, wie sie in Verbindung mit Fig. 4 bei der Membranpumpe 1a beschrieben worden sind. Die eingangs gemachten Ausführungen zu Fig. 2 gelten für die Ausführung nach Fig. 5 analog. Beim Dämpfungsraum 10b gemäß Fig. 5 kommt es nicht oder nur nebenbei auf die Veränderung des Volumens des -eigentl ichen Dämpfun.gsraumes 10 b und vor allem auf die tatsächliche·Veränderung der Volumenaufnahme mittels der Regelung des Durchflußquerschnittes 45 an. Gemeinsam ist den Ausführungen 1, 1a und 1b der Membranpumpe jedoch, daß die Menge der vom Dämpfungsraum pro Ansaugtakt der Pumpe zuströmenden bzw. aus dem Dämpfungsraum 10 bzw. 10b herausströmenden Flüssigkeitsmenge wählbar verstellt und dadurch das Fördervolumen der Membrenpumpe 1, 1a bzw. 1b geregelt werden kann.

I COPY ORIGINAL INSPECTED

-/t9-

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung einer Membranpumpe 1, la, Ib mit dem Dämpfungsraum 10 findet bevorzugt bei Klein- bzw. Kleinstpumpen mit einer Förderleistung von vorzugsweise etwa 0,2 ltr/min bis 20 ltr/min vorteilhafterweise Anwendung. Man erhält mit sehr einfachen und störungsanfälligen Mitteln eine Membranpumpe 1 mit einer in ihr eingebauten strömungstechnisch wirkenden Durchflußmengensteuerung, wobei auch noch die Betriebsweise der Membranpumpe in wesentlichen Betriebsbereichen verbessert wird. Inbesondere wird nämlich der Membranpumpe 1 durch die strömungstechnische Nutzbarmachung des Dämpfungsraumes 10 ein Durchflußmengenbereich erschlossen, der oberhalb der "Normalfördermenge" dieser Pumpe liegt; dabei ist mit "Normalfördermenge" diejenige Fördermenge gemeint, welche die Membranpumpe ohne den Dämpfungsraum leisten würde. Man kann also eine verhältnismäßig kleine, dementsprechend auch preiswerte Pumpe schaffen, deren Fördermenge in der Zeiteinheit durch Hinzunahme des einstellbaren Dämpfungsraumes in einfach regelbarer Weise vergrößert werden kann.

Selbstverständlich ist die Membranpumpe 1 mit ihrer Pumpmembrane 3 stets so ausgelegt, daß sie bei auf Null eingestelltem Dämpfungsraum 10 störungsfrei und ohne Kavitation arbeiten kann.

Alle in der Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

COPY ]

ORIGINAL INSPECTED

Claims

Membranpumpe
ANSPRÜCHE

\[1 Λ Membranpumpe für Flüssigkeiten mit einer Durchflußmengensteuerung, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranpumpe (1) einen Dämpfungsraum (10) od. dgl. zum Auffangen von Druckstößen des Fördermediums im Ansaugbereich hat, und daß das Aufnahmevolumen des Dämpfungsraumes (10) od. dgl. im Sinne einer Veränderung des Mediumzuflusses zur Membranpumpe einstellbar ist.

2. Membranpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufnahmevolumen des Dämpfungsraumes (10) mittels einer verstellbaren Dämpfungsmembrane (13) veränderbar ist.

Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Dämpfungsraum (10) im Pumpenkopf (9) angeordnet ist und daß der Einlaßstutzen (12), vorzugsweise über eine T-Verbindungsleitung (11) od. dgl. (46), mit dem Dämpfungsraum (10) sowie dem Kompressionsraum (4) bzw. dem Einlaßventil (6) verbunden ist.

Pumpe nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Dämpfungsraum (10) abgewandte Rückseite der Dämpfungsmembrane (13) od. dgl. vorzugsweise unterschied-

/2 J

- 2 lieh druckbeaufschlagbar ist.

5. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückseite der Dämpfungsmeinbrane

(13) gasdruckbeaufschlagt bzw. beaufschlagbar und daß dazu vorzugsweise Atmosphärendruck vorgesehen ist.

6. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur rückseitigen Druckbeaufschlagung der Dämpfungsmembrane (13) od. dgl. ein relativ zur Membrane verstellbarer Stempel (17) od dgl. Hubelement

^" vorgesehen ist, das insbesondere zum Verändern des Aufnahmevolumens des Dämpfungsraumes (10) dient.

7. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Dämpfungsraum (10) einerseits von einer den Kompressionsraum (4) abdeckenden Kopfplatte

(14) und andererseits von Dämpfungsmembrane (13) begrenzt ist, wobei vorzugsweise der Außenrand der Dämpfungsmembrane (13) zwischen dem Außenrand der Kopfplatte (14) sowie dem Stirnkopfrand (15) eines topfartigen Abschlußteiles (16) eingespannt ist.

ν 8. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Stempel (17) innerhalb des Abschlußteiles (16) gelagert ist und daß seine der Dämpfungsmembrane (13) zugewandte Beaufschlagungsseite (22) vorzugsweise eine der Kontur der gegenüberliegenden Kopfplattenseite etwa entsprechende Form aufweist.

9. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Stempel (17) etwa pilzartig mit einem zentralen Gewindebolzen (18) ausgebildet ist, der vorzugsweise in einem Bodenteil (19) des Anschlußteiles (16) vorgesehenen Gewindebohrung (20) eingeschraubt und

JZZdOZÖ

- 3 höhenverstellbar ist.

10. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsmembrane (13) aus Gummi od. dgl. elastischem Material, insbesondere bei aggressiven Medien zweckmäßigerweise aus Polytetrafluoräthylen od. dgl. flexiblem Material und ggfs. aus Metall besteht.

11. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine aus im wesentlichen unelastischem bzw. nur geringe Elastizität aufweisendem Material bestehende Dämpfungsmembrane (13) Dehneinformungen, z.B. konzentrisch um ihren Mittelpunkt angeordnete Wellenprofile od.dgl. aufweist.

12. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie Klein- bzw. Kleinstpumpe mit einer Förderleistung von vorzugsweise etwa 0,2 ltr/min bis 20 ltr/min ausgebildet ist, wobei die Durchflußmengensteuerung vorzugsweise im Membranpumpen-Block (5, 14, 16) integriert ist.

13. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch f^ gekennzeichnet, daß der Bereich ihrer unterschiedlichen Saugvolumina (V 1, V 2 usw.) und der Regelbereich des Dämpfungsraumes (10) aufeinander abgestimmt sind.

14. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich der unterschiedlichen Hubvolumina (V 1, V 2 usw.) der Membranpumpe (1) vergrößert ausgebildet ist, vorzugsweise durch vergleichsweise große Abmessungen des elastisch verformbaren Bereiches (33) der Pumpmembrane (3, 3a).

15. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Pumpmembrane als Formmembrane (3a)

ausgebildet ist, die in der Gegend ihres Zentralbereiches (31) mindestens kompressionsraumseitig einspannungsfrei am Pleuel befestigt ist, vorzugsweise über ein in die Formmembrane (3a) einvulkanisiertes Befestigungsstück (36).

16. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß am Pleuel (32) ein Unterstützungsring (39) für die Pumpmembrane (3, 3a) befestigt ist, der mit einer ringartigen Unterstützungsfläche (40) zweckmäßigerweise in einer mittleren Zone des elastisch verformbaren Bereiches (33) der Pumpmembrane bedarfsweise die Außenseite (41) der Pumpmembrane unterstützt.

17. Membranpumpe nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterstützungsring (39) über ein topf- oder korbartiges Unterteil (42) mit dem Pleuelschaft

(38) verbunden ist, vorzugsweise mittels des Befestigungsstückes (36) der Formmembrane (3a).

18. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der lichte Durchmesser (D 1) des Dämpfungsraumes (10) etwa dem größten lichten Durchmesser (D 2) des Kompressionsraumes (4) entspricht.

19. Membranpumpe nach Anspruch 1 bis 7 und 9 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Volumenaufnahme des Dämpfungsraumes (1Od) durch Verändern eines Durchflußquerschnittes (45) zum Dämpfungsraum veränderbar ist (Fig. 5).

20. Membranpumpe nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellknopf (21) mit einem Verstellelement (49) für das zum Dämpfungsraum (10b) führende Ende (47) der Zweigleitung (46) versehen ist.

0ZZ30ZÖ

4 ί A · * f

«ι « β

21. Membranpumpe nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsmembrane (13d), vorzugsweise zentral, von einem Verstellelement (50) durchsetzt und gehalten ist, dessen den Dämpfungsraum (10b) zugewandter Teil zweckmäßigerweise im wesentlichen von dem Verschlußelement (49) gebildet ist.

- Beschreibung -