DE3446914C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Membranpumpe mit einer als Rollmembran ausgebildeten Membran gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einer eine Rollmembran aufweisenden bekannten Membran­ pumpe der gattungsgemäßen Art (GB-PS 9 61 750) ist an der Übergangsstelle zwischen äußerem und innerem Abrollzylinder eine sog. Flüssigkeitsabstützung für die Rollmembran vorge­ sehen. Bei einer solchen Flüssigkeitsabstützung ist jedoch in nachteiliger Weise unberücksichtigt, daß eine Rollmem­ bran gegen auftretende Druckunterschiede relativ empfind­ lich ist und daher stets eine ausreichende Abstützung benö­ tigt. Dies gilt besonders für die hintere Begrenzungslage der Rollmembran am Ende des Kolbensaughubes, da in dieser hinteren Begrenzungslage üblicherweise die über das Schnüf­ felventil der Pumpe bewirkte Leckergänzung und ggf. auch Entlüftung bzw. Entgasung erfolgt. In diesem Zustand des sog. Nachschnüffelns der Pumpe muß sich aber die Rollmem­ bran in einwandfreier Weise abstützen bzw. an einer ge­ eigneten Stelle anlegen können, da ja das Schnüffelventil erst dann anspricht, wenn eine ausreichende Druckdifferenz zwischen Hydraulikdruckraum und Förderraum vorliegt. Dies bedeutet, daß die Rollmembran in diesem Augenblick relativ stark beansprucht wird, wenn sie nicht einwandfrei abge­ stützt ist. Im Extremfall kann auf die Membran in ihrer hinteren Begrenzungslage eine Druckdifferenz einwirken, die dem vollen Förderdruck der Pumpe, beispielsweise 350 bar, entspricht. Dieser Fall kann dann eintreten, wenn z. B. bei stillstehender Pumpe durch geringfügige Leckage des Druck­ ventils sich im Pumpenarbeitsraum der Systemdruck gleich Förderdruck der Pumpe einstellt. Aus Sicherheitsgründen muß die Rollmembran diese Beanspruchung aber aushalten können.

Wie die Praxis gezeigt hat, ist die bekannte Flüssig­ keitsabstützung nicht in der Lage, die vorgenannten Anforderungen in ausreichender Weise zu erfüllen. Es ist daher bisher nicht gelungen, eine Rollmembran in solchen Membranpumpen anzuwenden, bei denen insbesondere höhere Förderdrücke zu bewältigen sind und bei denen somit ein hydraulischer Membranantrieb von Vorteil ist, um einen beidseits der Membran herrschenden ausgeglichenen Druck zu gewährleisten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Mem­ branpumpe der gattungsgemäßen Art derart auszugestalten, daß die Rollmembran auch in ihrer hinteren Begrenzungslage den dort möglicherweise auftretenden hohen Beanspruchungen, verursacht insbesondere durch große Druckdifferenzen, standhält.

Diese Aufgabe wird mit der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen hiervon sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.

Die erfindungsgemäß geschaffene Membranpumpe mit hydrau­ lisch angetriebener Rollmembran eignet sich in vorteilhaf­ ter Weise auch für hohe Förderdrücke, wobei in der hinteren Begrenzungslage eine einwandfreie Abstützung der Rollmem­ bran erfolgt; dadurch ist bei Druckbeaufschlagung auf der Förderseite eine Beschädigung der Rollmembran mit Sicher­ heit vermieden.

Aufgrund der erfindungsgemäß vorgesehenen vollständig me­ chanischen Abstützung der Rollmembran in deren hinterer Be­ grenzungslage ist es möglich, durch das übliche Schnüffel­ ventil die im Druckraum auftretenden geringen Leckagen zu ergänzen, ohne daß die Gefahr besteht, daß die Rollmembran in dieser Lage aufgrund des dann gerade herrschenden Druck­ unterschiedes beschädigt wird.

Es ist somit eine geschlossene Anlagefläche für die Roll­ membran vorgesehen, die dann, wenn sich die Rollmembran in ihrer hinteren Begrenzungslage befindet, durch die entspre­ chenden Flächen des Druckraumes und des Stützpilzes für die Rollmembran gebildet ist. Eine derartige Fläche weist selbstverständlich keinerlei Bohrungen auf. Dies ist von besonderer Bedeutung, um im Schnüffelzustand der Pumpe ein Anliegen der Rollmembran an solche Bohrungen bei einem herrschenden Druckunterschied zu verhindern.

Aufgrund der vorgesehenen hydraulischen Betätigung der Rollmembran weist der Stützpilz bzw. dessen Führungsstange keinerlei mechanische Verbindung mit dem Hydraulikkolben auf. Dies bedeutet, daß der Stützpilz lediglich durch die Rollmembran hin- und herbewegt wird. Der Stützpilz, der demgemäß von der Kinematik des Hydraulikkolbens unabhängig ist, erfüllt zwei Funktionen. Zum einen erlaubt er das Ab­ rollen der Rollmembran, die beim Abrollen einen durch die Wand des Druckraums gebildeten äußeren Abrollzylinder sowie einen inneren Abrollzylinder benötigt, der durch die Außen­ umfangsfläche des Stützpilzes gebildet ist. Zum anderen er­ füllt der Stützpilz die Funktion der Abstützung der Roll­ membran.

Insgesamt ist daher in der hinteren Begrenzungslage der Rollmembran eine solche Gesamtkontur von Stützpilz ein­ schließlich Druck­ raum gebildet, daß eine spaltfreie Fläche entstanden ist und damit die Rollmembran bei einer auftretenden Druck­ differenz nur an völlig glatte Flächen gedrückt wird und dem­ gemäß nicht der Gefahr einer Beschädigung unterliegt.

Damit ist es durch die Erfindung möglich geworden, bei Membran­ pumpen, die insbesondere für hohe Förderdrücke vorgesehen sind, hydraulisch angetriebene Rollmembranen einzusetzen, was eine erhebliche Durchmesserverringerung der Membranpumpe erlaubt. Der Durchmesser der Rollmembran kann hierbei in der Größen­ ordnung des Durchmessers des Hydraulikkolbens liegen, so daß auch die erforderlichen Schraubenkräfte für die Membranpumpe sehr viel kleiner werden. So hat z. B. die Verringerung des Membrandurchmessers auf die Hälfte des vorherigen Durchmessers eine Reduzierung der Schraubenkräfte auf ein Viertel des vor­ herigen Kraftaufwandes zur Folge.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 im Schnitt eine erfindungsgemäß ausgestaltete Membranpumpe mit der Rollmembran in der vorderen Begrenzungslage;

Fig. 2 mit der Rollmembran in einer mittleren Lage und

Fig. 3 mit der Rollmembran in der hinteren Begrenzungs­ lage.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich, weist die dargestellte Membranpumpe ein Pumpengehäuse in Form eines durch einen Pumpendeckel 1 stirnseitig verschlossenen Gehäusekörpers 2 auf, in dem als hydraulischer Membranantrieb ein oszillieren­ der Hydraulikkolben 3 arbeitet. Dieser ist in einer Bohrung 4 des Gehäusekörpers hin- und herverschiebbar und trennt einen Druckraum 5 von einem Hydraulikvorratsraum 6.

Zwischen dem Gehäusekörper 2 und dem Pumpendeckel 1 ist mit ihrem Umfangsrand fest eine Rollmembran 7 eingespannt, die in der aus der Zeichnung ersichtlichen Weise den Druckraum 5 von einem Förderraum 8 trennt. Der Druckraum 5 ist vollständig mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt, so daß beim Hin- und Her­ verschieben des Hydraulikkolbens 3 auch die Rollmembran 7 in entsprechender Weise betätigt wird und im Sinne eines Saug­ hubes bzw. Druckhubes auf den Förderraum 8 einwirkt.

Der Pumpendeckel 1 weist ein federbelastetes Saugventil 9 sowie ein federbelastetes Druckventil 10 auf. Diese Ventile 9, 10 sind derart über einen Einlaßkanal 11 bzw. einen Aus­ laßkanal 12 mit dem Förderraum 8 verbunden, daß das Förder­ medium bei dem nach rechts gemäß der Zeichnung erfolgenden Saughub der Rollmembran 7 in Richtung des Pfeiles A über das Saugventil 9 und den Einlaßkanal 11 in den Förderraum 8 ange­ saugt wird. Demgegenüber wird dann bei dem nach links gemäß der Zeichnung erfolgenden Druckhub der Rollmembran 7 das Fördermedium über den Auslaßkanal 12 und das Druckventil 10 in Richtung des Pfeils B dosiert aus dem Förderraum 8 her­ ausgedrückt.

Innerhalb des Druckraumes 5 ist axial verschiebbar ein Stütz­ pilz 13 angeordnet, der eine axial nach hinten in Richtung des Hydraulikkolbens 3 ragende Führungsstange 14 aufweist. Diese ist derart in einem mittig im Druckraum 5 angeordneten Auge 15 geführt, daß eine exakt zentrische Axialbewegung des Stützpilzes 13 gewährleistet ist.

Der Stützpilz 13 ist an seiner Stirnfläche mit dem zugeord­ neten Flächenabschnitt der Rollmembran 7 verbunden, so daß dadurch der Stützpilz 13 der Axialverschiebebewegung der Rollmembran 7 folgt.

Die für die Rollmembran 7 erforderliche Abrollfläche ist durch einen äußeren Abrollzylinder sowie einen inneren Ab­ rollzylinder gebildet. Hierbei stellt die Umfangswand 16 des Druckraumes 5 den äußeren Abrollzylinder dar, während der innere Abrollzylinder durch die Außenumfangsfläche 17 des Stützpilzes 13 gebildet wird.

Wie ersichtlich, schließt an den eigentlichen Druckraum 5 axial nach hinten in Richtung des Hydraulikkolbens 3 ein Druckraumabschnitt 5′ kleineren Durchmessers an, wobei zwi­ schen den beiden Druckabschnitten 5, 5′ eine Abstützschulter 18 für die Rollmembran 7 gebildet ist. Diese Abstützschulter 18 ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel konkav ausge­ bildet und weist einen Krümmungsradius auf, der dem Krüm­ mungsradius der Rollmembran 7 in deren Abrollbereich ent­ spricht.

Der Durchmesser und die Tiefe des kleineren Druckraumabschnit­ tes 5′ sind derart gehalten, daß der Stützpilz 13 in der hin­ teren Begrenzungslage gemäß Fig. 3 zum überwiegenden Teil in diesen kleineren Druckraumabschnitt 5′ eingetaucht ist. Hier­ bei ragt das vordere Teil des Stützpilzes 13 lediglich der­ art weit aus dem kleineren Druckraumabschnitt 5′ heraus, daß sich nur derjenige abgerundet ausgebildete Flächenabschnitt 19 des Stützpilzes 13, der den Übergang zwischen Stirnfläche und Außenumfangsfläche 17 des Stützpilzes 13 bildet, im größeren Druckraumabschnitt 5 befindet.

Hierdurch ist in der aus Fig. 3 ersichtlichen hinteren Be­ grenzungslage der Rollmembran 7 eine spaltfreie Ab­ stützfläche 16, 18, 19 (und gegebenenfalls 17) gebildet, die an die Verformungs- und Abrollgeometrie der Rollmembran 7 angepaßt ist. Diese spaltfreie Ab­ stützfläche setzt sich beim dargestellten Ausführungsbeispiel aus dem äußeren Abrollzylinder, gebildet durch die Umfangs­ wand 16 des Druckraumes 5, aus der Abstützschulter 18 und aus dem abgerundeten Flächenabschnitt 19 bzw. dem inneren Abrollzylinder 17 des Stützpilzes 13 einschließlich der Stütz­ pilzstirnfläche zusammen.

Als Anschlag zur Begrenzung der hinteren Lage des Stütz­ pilzes 13 ist eine Ringschulter 20 vorgesehen, die im Ge­ häusekörper 2 am axial hinteren Ende des Druckraumabschnit­ tes 5′ kleineren Durchmessers gebildet ist.

Wie ersichtlich, steht mit dem Hydraulikvorratsraum 6 ein kombiniertes Gasausschleus- und Druckbegrenzungsventil 21 in Verbindung, das seinerseits über einen Kanal 22 in den Druckraumabschnitt 5′ kleineren Durchmessers mündet. Zu diesem Zweck sind in der Umfangswand 25 des Stützpilzes 13 radiale Strömungskanäle 26 vorgesehen. Diese sind derart angeordnet, daß sie in der hinteren Begrenzungslage der Roll­ membran 7 bzw. des Stützpilzes 13 gemäß Fig. 3 vollständig in den Druckraumabschnitt 5′ kleineren Durchmessers einge­ taucht sind. Dadurch ist ebenfalls gewährleistet, daß in der hinteren Begrenzungslage der Rollmembran 7 eine voll­ ständig spaltfreie Abstützfläche gebildet ist.

Weiterhin ist auch ein Schnüffelventil 23 vorgesehen, das den Hydraulikvorratsraum 6 über einen Kanal 24 mit dem Druck­ raumabschnitt 5′ kleineren Durchmessers verbindet. Dadurch kann in der hinteren Begrenzungslage der Rollmembran 7, d. h. am Ende des Saughubes des Hydraulikkolbens 3, die erforder­ liche Leckergänzung aus dem Hydraulikvorratsraum über das Schnüffelventil 23 und den Kanal 24 erfolgen. Dieser Kanal 24 ist hierbei so angeordnet, daß die Verbindung zum Hydraulik­ vorratsraum 6 über eine Ringnut 27 und eine Bohrung 28 in der Stützpilzführungsstange 14 erst dann hergestellt wird, wenn der Stützpilz 13 die hintere Begrenzungslage erreicht hat, wie aus Fig. 3 ersichtlich. Dadurch ist in der erwünschten Weise eine Leckergänzung des Druckraumes 5 nur in dieser Lage des Stützpilzes 13 möglich, was mit anderen Worten be­ deutet, daß eine vorzeitige Leckergänzung nicht stattfinden kann.

Claims (6)

1. Membranpumpe mit einer als Rollmembran ausgebildeten Membran, die einen Förderraum von einem flüssigkeitsgefüllten Druckraum trennt und mit ihrem Umfangsrand fest zwischen einem Gehäuse­ körper sowie einem Pumpendeckel eingespannt ist, und mit einem oszillierenden Hydraulikkolben, der in einer Bohrung des Ge­ häusekörpers zwischen dem Druckraum und einem Hydraulikvorrats­ raum zur Membranbetätigung verschiebbar ist, wobei die Roll­ membran sich abwechselnd auf einem durch die Wand des Druckraums gebildeten äußeren Abrollzylinder und einem inneren Abroll­ zylinder ab- bzw. aufrollt, der durch die Umfangsfläche eines axial im Druckraum verschiebbaren Stützkolbens für die Roll­ membran gebildet ist, dessen Stirnfläche mit dem zugeordneten Flächenabschnitt der Rollmembran verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Abrollzylinder (17) des als Stützpilz (13) ausgebildeten Stützkolbens in der hinteren Begrenzungslage der Rollmembran (7) über eine Abstützschulter (18) in den äußeren Abrollzylinder (16) übergeht, die zusammen mit den beiden Abrollzylindern (17, 16) zur voll­ ständig mechanischen Abstützung der Rollmembran (7) eine spaltfreie, an die Verformungs- und Abrollgeometrie der Rollmembran (7) angepaßte Abstützfläche (16, 18, 17, 19) bildet.

2. Membranpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützpilz (13) in der hinteren Begrenzungslage der Rollmembran (7) wenigstens teilweise in einen Druckraumab­ schnitt (5′) kleineren Durchmessers eingetaucht ist, der sich an den den äußeren Abrollzylinder (16) bildenden Druckraumab­ schnitt (5) größeren Durchmessers unter Bildung der Abstütz­ schulter (18) für die Rollmembran (7) anschließt.

3. Membranpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die im Druckraum (5) vorgesehene Abstützschulter (18) konkav ausgebildet ist und einen Krümmungsradius aufweist, der dem Krümmungsradius der Rollmembran (7) in deren Ab­ rollbereich entspricht.

4. Membranpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß radial verlaufende Strömungskanäle (26) in der Umfangswand (25) des Stützpilzes (13) so angeordnet sind, daß sie in der hinteren Begrenzungslage der Rollmembran (7) vollständig in den Druckraumabschnitt (5′) kleineren Durchmessers eingetaucht sind.

5. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag zur Begrenzung der hinteren Lage des Stütz­ pilzes (13) durch eine Ringschulter (20) im Gehäusekörper (2) gebildet ist.

6. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützpilz (13) eine Führungsstange (14) aufweist, die eine exakt zentrische Axialbewegung des Stützpilzes (13) sicherstellt.