DE3706697A1

DE3706697A1 - High-pressure diaphragm for large discharge flow

Info

Publication number: DE3706697A1
Application number: DE19873706697
Authority: DE
Inventors: Karl Eickmann
Original assignee: Individual
Current assignee: EICKMANN, KARL, 7180 CRAILSHEIM, DE
Priority date: 1987-03-02
Filing date: 1987-03-02
Publication date: 1988-09-15

Abstract

The invention is a recognition of the fact that conventional flat diaphragms have to tear in the middle during a stroke of the diaphragm if the stroke becomes long, because the stresses in the middle of the diaphragm then become too large. Therefore the centre of the diaphragm is reinforced, i.e. provided with a thicker centre section that is barely flexible radially, so that the flexing of the diaphragm is restricted to the radially outer section. In this section, the internal stresses inside the diaphragm are smaller, and it pumps a larger amount. In one of the exemplary embodiments, an axially movable control body is located above the diaphragm, which controls the intake and outlet cross-section to the chamber above the diaphragm, and prevents the diaphragm or any part thereof entering into sections of the fluid lines. Finally, exemplary embodiments with several diaphragms arranged in the same unit, for example one above another axially, and the theoretical bases of the diaphragms are analysed, and the bases for calculating its design are created. <IMAGE>

Description

Es sind Membranen bekannt, die in Pumpen mit ihrer Mitte um eine Neutrallage schwingen und dabei Fluid in eine Kammer einerseits der Membrane aufnehmen und aus ihr nach Schließen des Einlaßventils unter Druck herausfördern. Diese Membranen sind meistens einfache ebene runde Scheiben. Sie haben sich auch gut bewährt, denn sie werden produziert und erfolgreich verwendet.Diaphragms are known which are arranged in pumps with their center around a Neutral position vibrate while fluid in a chamber on the one hand of the membrane pick up and convey out of it after closing the inlet valve under pressure. These membranes are mostly simple, flat, round disks. they have also proven themselves, because they are produced and successful used.

Durch die gegenwärtige Erfindung wird aber erkannt, daß bei einer bestimmten Formgebung des Querschnitts durch die Membrane, insbesondere durch eine Verdickung der Membrane in ihrem Mittelteil, die Haltbarkeit und die Fördermenge der Membrane gesteigert werden können. Membranen der bekannten Art haben den Vorteil, daß sie einfach in der Herstellung sind, aber den Nachteil, daß sie für größere Fördermengen große Durchmesser erfordern, weil sie nur kleine Hubbewegungen zulassen. Durch große Durchmesser werden die Bauabmessungen der Membranpumpen sehr hoch und daher teuer. Außerdem fehlt es bisher an ökonomisch tragbaren Möglichkeiten, mehrere Membranen, axial hintereinander in einer Pumpe eingebaut, rational zu verwenden und dadurch größere Fördermengen zu erreichen.However, it is recognized by the present invention that with a certain shape of the cross section through the membrane, in particular by thickening the membrane in its middle part, the durability and the delivery rate of the membrane can be increased. Membranes the known type have the advantage that they are easy to manufacture are, but the disadvantage that they have large diameters for larger flow rates require because they only allow small lifting movements. By great Diameters make the diaphragm pumps very large and therefore very large expensive. In addition, there are currently no economically viable options several membranes, installed axially one behind the other in a pump, rational to use and thereby to achieve larger flow rates.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Fördermenge und/oder die Haltbarkeit von kreisrunden Flachmembranen zu steigern und/oder mehrere Membranen hintereinander in einen gemeinsamen Pumphub einzuschalten.The invention is therefore based on the object, the delivery rate and / or to increase the durability of circular flat membranes and / or switch on several membranes in succession in a common pumping stroke.

Diese Aufgabe wird für Membranen nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1 durch den kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.This task is for membranes according to the preamble of the claim 1 solved by the characterizing part of claim 1.

Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung ergeben sich nach den Patentansprüchen 2 bis 12.Further advantageous developments of the invention result from claims 2 to 12.

Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch eine Anordnung der bekannten Technik. Fig. 1 is a longitudinal section through an arrangement of the known technology.

Fig. 2 ist ein Längsschnitt durch eine Anordnung der Erfindung, Fig. 2 is a longitudinal section through an arrangement of the invention,

Fig. 3 ist ein Längsschnitt durch eine Anordnung der Erfindung, Fig. 3 is a longitudinal section through an arrangement of the invention,

Fig. 4 ist ein Längsschnitt durch eine Anordnung der Erfindung, Fig. 4 is a longitudinal section through an arrangement of the invention,

Fig. 5 ist ein Längsschnitt durch eine Anordnung der Erfindung, und die Fig. 5 is a longitudinal section through an arrangement of the invention, and the

Fig. 6-9 geben geometrische Begriffsbestimmungen für eine mathematische Analyse. Fig. 6-9 give geometric definitions for a mathematical analysis.

Im Aggregat der bekannten Technik nach Fig. 1 ist die Membrane "M" strichliert als 1702 in ihrer ungespannten Neutrallage und durch 1701 in ihrer gespannten oberen Lage nach vollendetem Pumphube dargestellt. Es handelt sich um eine kreisrunde Platten-Flachmembrane. Im Kopfteil 1 der Pumpe befinden sich die Einlaß- und Auslaßventile 38 und 39, während sich im Unterteil 91 der Pumpkolben 52 befindet, der im entsprechenden Zylinder reziprokiert, also Fluid einnimmt und in die Außenkammer 35 liefert. In the assembly of the known technology according to FIG. 1, the diaphragm "M" is shown in broken lines as 1702 in its untensioned neutral position and by 1701 in its tensioned upper position after the pumping stroke has been completed. It is a circular plate flat membrane. In the head part 1 of the pump there are the inlet and outlet valves 38 and 39 , while in the lower part 91 there is the pump piston 52 , which reciprocates in the corresponding cylinder, that is, takes up fluid and delivers it into the outer chamber 35 .

In dieser Patentanmeldung werden weitgehend Bezugszeichen und Benennungen verwendet, die sich aus älteren Anmeldungen der gleichen Anmelder und Erfinder ergeben. Es ist nämlich so, daß Hochdruck-Aggregate für mehrere tausend bar Betriebsdruck nicht nur mit Membranen, sondern auch mit konischen Ringelementen, L-Elementen, V-Elementen, S-Elementen, W-Y-Elementen und so weiter nach den genannten älteren Anmeldungen gebaut werden können. Will man die verschiedenen Systeme vergleichen, dann ist es zweckdienlich, gleiche Bezugszeichen und Namen (Benennungen) für gleiche Teile zu haben.This patent application largely uses reference numerals and names used, resulting from older applications by the same applicant and inventors result. The fact is that high-pressure units for several thousand bar operating pressure not only with membranes, but also with conical ring elements, L elements, V elements, S elements, W-Y elements and so on according to the older applications mentioned. If you want to compare the different systems, it is useful same reference numerals and names (names) for the same parts to have.

In Fig. 3 sieht man die untere Kammer 35, die in den genannten Anmeldungen mit "Außenkammer" bezeichnet ist und oberhalb der Membrane sieht man die obere Kammer 37, die in den genannten Anmeldungen als "Innenkammer" bezeichnet ist. Auch in den Fig. 1 und 2 ist die Innenkammer vorhanden, doch sieht man sie nur als Linie, weil die obere Stirnfläche der Membrane die Innenkammer voll ausgefüllt hat. Außenkammer und Innenkammer hießen die Kammern deshalb, weil bei den genannten Ringelementen die Außenkammer teilweise radial außerhalb der Elemente und die Innenkammer teilweise radial innerhalb der Elemente liegt.In Fig. 3 you can see the lower chamber 35 , which is referred to in the applications as "outer chamber" and above the membrane you can see the upper chamber 37 , which is referred to in the applications as "inner chamber". The inner chamber is also present in FIGS. 1 and 2, but it can only be seen as a line because the upper end face of the membrane has completely filled the inner chamber. The outer chamber and inner chamber are called the chambers because in the ring elements mentioned, the outer chamber is partly radially outside the elements and the inner chamber is partly radially inside the elements.

In der bekannten Technik der Fig. 1 wird durch das Einlaßventil 38 Fluid in die Innenkammer 37 gedrückt, so daß sich die Membrane nach unten durchbiegt und mit ihrer unteren Stirnfläche ggf. an der oberen Stirnfläche des Unterteils 91 anliegen kann. Danach erfolgt der Druckhub durch den Kolben 52, indem dieser nach oben gedrückt wird, aus dem Zylinder, in dem er läuft, Fluid in die Innenkammer 35 liefert und dadurch die Membrane nach oben drückt, so daß die Membrane Druckfluid über das Auslaßventil 39 aus der Innenkammer nach außen heraus liefert. Die Membrane ist mit ihrem radial äußeren Rand fest zwischen dem Oberteil 1 und dem Unterteil 91 eingespannt, so daß sich nur die radial innerhalb der Einklemmung liegenden Teile der Membrane verformen. Soweit ist das Prinzip bekannt und es arbeitet in gleicher Weise auch in den Fig. 2 bis 5 der gegenwärtigen Erfindung. Bekannt ist in der Technik auch, vor einer Sammelkammer 1705 mehrere Bohrungen 1706 anzuordnen, damit die Membrane sich nicht durch zu große Bohrungen in die Mündungen der Bohrungen hereindrückt, wenn der Druckhub nach oben erfolgt.In the known technique of FIG. 1, fluid is pressed into the inner chamber 37 by the inlet valve 38 , so that the membrane bends downward and, if necessary, its lower end face can rest against the upper end face of the lower part 91 . Then the pressure stroke takes place through the piston 52 , by pushing it upward, from the cylinder in which it runs, supplies fluid into the inner chamber 35 and thereby pushes the membrane upwards, so that the membrane pressurized fluid via the outlet valve 39 from the Inner chamber delivers outwards. The membrane with its radially outer edge is firmly clamped between the upper part 1 and the lower part 91 , so that only the parts of the membrane lying radially within the clamping deform. So far the principle is known and it works in the same way in FIGS. 2 to 5 of the present invention. It is also known in the art to arrange a plurality of bores 1706 in front of a collecting chamber 1705 , so that the diaphragm does not press into the bores of the bores through too large bores when the pressure stroke takes place upwards.

Kennzeichned für die bekannten Membranen nach dem Stande der Technik ist, daß sie flach sind, zum Beispiel aus flachen Blechen gleicher Dicke rund ausgearbeitet sind.Characterized for the known membranes according to the prior art is that they are flat, for example from flat sheets of the same thickness are elaborated around.

Gegenüber dieser bekannten Membrane hat die Membrane der Fig. 2 bis 5 der Erfindung in ihrem Mittelteil eine Verdickung, die man am deutlichsten in Fig. 3 sieht. Die Membrane der Erfindung hat also den Außenteil 1707, mit dem sie zwischen den Teilen 1 und 91 eingeklemmt ist. Daran schließt sich radial nach innen der gleich dicke Hubteil 1708 an, an dessen radial innerem Ende eine Verdickungsstufe 1710 anschließt, während an deren radial innerem Ende das dickere Mittelstück 1709 der Membrane der Erfindung beginnt. In den Fig. 2 bis 5 ist die Stirnfläche 1513 des Kopfteiles 1 so geformt, daß der mittlere Teil der Form der oberen Stirnfläche der Membranteile 1709 und 1710 entspricht, während der Hub- Begrenzungsteil der genannten Stirnfläche 1513 die Form und Lage bestimmt, bis zu der die Membrane maximal nach oben verformen soll. Entsprechend ist die obere Stirnfläche 1514 des Unterteiles 91 unterhalb der Innenkammer 35 geformt. Da die Membrane unten flach ist, hat die Stirnfläche 1514 die Abschrägung 1710 nicht. In den Figuren sind die Hubteil-Stirnflächen und Membran-Verformungen konisch gezeichnet, doch können sie abgerundet sein und insbesondere ideal abgerundete Kugelteil-Formen bilden, wie in späteren Zusatzanmeldungen beschrieben werden mag. Die Fig. 2 hat wieder die Bohrungen 1706 und die Sammelkammer 1705, jedoch sind in Fig. 2 diese Bohrungen 1706 ausschließlich oberhalb des dickeren Mittelstückes 1709 der Membrane angeordnet. Dadurch ist die Anordnung der Fig. 2 für höhere Drucke als die der bekannten Technik nach Fig. 1 geeignet, denn ein dickeres Membranstück dringt erst bei höheren Drucken in die Bohrungen 1706 ein als ein dünneres Membranstück.Compared to this known membrane, the membrane of FIGS. 2 to 5 of the invention has a thickening in its central part, which can be seen most clearly in FIG. 3. The membrane of the invention thus has the outer part 1707 , with which it is clamped between parts 1 and 91 . This is followed radially inward by the equally thick lifting part 1708 , at the radially inner end of which a thickening step 1710 is connected, while at the radially inner end the thicker middle piece 1709 of the membrane of the invention begins. In Figs. 2 to 5, the end face 1513 of the head portion 1 is shaped so that the middle part of the mold corresponding to the upper face of the membrane parts 1709 and 1710, during the lifting restricting part of the end face mentioned 1513 form and position determined up to which should deform the membrane to the maximum. The upper end face 1514 of the lower part 91 is shaped correspondingly below the inner chamber 35 . Since the membrane is flat at the bottom, the end face 1514 does not have the bevel 1710 . In the figures, the end faces of the lifting parts and the membrane deformations are drawn conically, but they can be rounded and in particular form ideally rounded spherical part shapes, as may be described in later additional applications. FIG. 2 again has the bores 1706 and the collecting chamber 1705 , but in FIG. 2 these bores 1706 are arranged exclusively above the thicker center piece 1709 of the membrane. The arrangement of FIG. 2 is therefore suitable for higher pressures than that of the known technology according to FIG. 1, because a thicker membrane piece only penetrates into the bores 1706 at higher pressures than a thinner membrane piece.

Wenn die Membrane aus festem Edelstahl besteht, kann man mit dem Aggregat der Fig. 2 bereits bis über 1000 bar, fast 2000 bar, fahren. Besteht die Membrane aber aus Kunststoff, wie z. B. Teflon, Nylon, Julicon oder dergleichen, dann drücken sich Teile der Membrane bereits bei wenigen hundert bar in die Bohrungen 1706 hinein und die Membrane wird zerstört. Außerdem neigen Kunststoffmembranen dazu, sich unter Wärme zu verformen und unter hohen Drucken drücken sie sich axial zusammen, werden also dünner als sie ursprünglich waren und formen deshalb Wellen, so daß die ebene ursprüngliche Flachform verschwindet.If the membrane is made of solid stainless steel, you can already drive up to over 1000 bar, almost 2000 bar, with the unit of FIG. 2. If the membrane is made of plastic, such as. B. Teflon, nylon, Julicon or the like, then parts of the membrane press into the holes 1706 already at a few hundred bar and the membrane is destroyed. In addition, plastic membranes tend to deform under heat and axially compress under high pressure, so they become thinner than they were originally and therefore form waves, so that the flat original flat shape disappears.

Metallmembranen aber müssen dünn sein, weil sich aus den genannten Patentanmeldungen des Anmelders und Erfinders aus deren mathematischen Analysen ergibt, daß dickere Membranen erheblich höhere Spannungen bei gleichen Hüben erleiden, als dünne Membranen und hohe Spannungen die Lebensdauer begrenzen. Dünne Metallmembranen würden sich aber bei mehreren tausend bar auch in die Bohrungen 1706 hineindrücken. Stücke vom Durchmesser der Bohrungen 1706 werden dann aus der Membrane unter dem hohen Fluiddruck herausgestanzt und fallen in die Bohrungen 1706. Die Membrane ist dann undicht. Zwar lassen sich diese Erscheinungen dadurch vermeiden, daß man etwas weniger Druckfluid in die Außenkammer 35 leitet, den Kolben 52 also kürzere Hübe fahren läßt, so daß die obere Stirnfläche der Membrane die Stirn fläche 1513 nicht berührt und damit die Bohrungen 1706 nicht erreicht. Dann aber entsteht in der Innenkammer 37 toter Raum, in dem Fluid unter hohem Druck komprimiert ist, und das führt dann zu Fördermengen-Verlust und zu Wirkungsgrad-Verlust des Aggregates.Metal membranes, however, must be thin, because the patent applications of the applicant and inventor mentioned from their mathematical analyzes show that thicker membranes suffer considerably higher stresses at the same strokes than thin membranes and high stresses limit the service life. Thin metal membranes would also press into the 1706 bores at several thousand bar. Pieces the diameter of the bores 1706 are then punched out of the membrane under the high fluid pressure and fall into the bores 1706 . The membrane is then leaky. Although these phenomena can be avoided by passing a little less pressure fluid into the outer chamber 35 , the piston 52 can thus run shorter strokes, so that the upper end face of the membrane does not touch the end face 1513 and thus does not reach the bores 1706 . Then, however, dead space is created in the inner chamber 37 , in which fluid is compressed under high pressure, and this then leads to a loss in delivery rate and a loss in efficiency of the unit.

Daher wird in Fig. 3 ein wichtiges Mittel der Erfindung gezeigt, nämlich die Sicherheitsventilanordnung 1, 1716, 1720 usw. Das Oberteil 1 ist hier, anstelle des Oberteiles 1 kann es auch ein Einsatzteil sein, mit einer Ausnehmung versehen, in der der Kontrollkörper 1716 axial beweglich, also reziprokierbar, angeordnet ist. Im Ventilgehäuseteil 1 befindet sich die Ausnehmung 1714, von der aus Bohrungen 1719 zur Vorkammer 1723 gehen. Radial innerhalb der Bohrungen 1719 hat das Ventilgehäuse 1 die Ventilführungsfläche 1715, die eine zylindrische Fläche ist und der Führung der zylindrischen Außenfläche 1724 des Ventils 1716 dient. Am hinteren Ende des Ventils 1716 befindet sich der Stopper (z. B. Spannring) 1725, der in der Ausnehmung 1714 laufen, aber nicht weiter radial nach unten bewegt werden kann, weil sein Weg am Boden 1761 der Ausnehmung 1714 durch Anlaufen begrenzt wird. Hinten innen befindet sich im Ventil die Bohrung 1717 zur Aufnahme einer schwachen Druckfeder 1718, die das Ventil 1716 zu Zeiten, in denen keine Gegenkräfte wirken, nach unten drückt, bis der Spannring 1725 am Boden der Ausnehmung 1714 anstößt. Unterhalb der Bohrungen 1719 ist im Ventilgehäuse 1 die Vorkammer 1723 dadurch ausgebildet, daß eine konische Wand 1722 geformt ist, die sich nach unten zu radial verjüngt und in dem sehr kurzem, zylindrischen Ende 1720 endet. Zur Bildung der Gegenseite der Vorkammer 1723 ist der Ventilkopf mit einer kurzen zylindrischen Fläche 1710 versehen, wobei die benachbarten Flächen 1764, 1765, Fig. 4, sich entweder passend berühren oder mit sehr engem Spalt zwischen ihnen (weniger als 0,3 mm) bemessen sind. Radial nach oben sich verjüngend, schließt sich die konische Fläche 1721 an, die schließlich in eine Hinterdrehung - ohne Bezugszeichen - übergehen kann und schließlich an der zylindrischen Außenfläche 1724 die Vorkammer 1723 geschlossen wird.Therefore, an important means of the invention is shown in FIG. 3, namely the safety valve arrangement 1, 1716, 1720 etc. The upper part 1 is here, instead of the upper part 1 it can also be an insert part, provided with a recess in which the control body 1716 axially movable, that is reciprocal, is arranged. In valve housing part 1 there is recess 1714 , from which bores 1719 go to prechamber 1723 . Radially within the bores 1719 , the valve housing 1 has the valve guide surface 1715 , which is a cylindrical surface and serves to guide the cylindrical outer surface 1724 of the valve 1716 . At the rear end of the valve 1716 there is the stopper (e.g. tension ring) 1725 which runs in the recess 1714 but cannot be moved further radially downwards because its path at the bottom 1761 of the recess 1714 is limited by running up. At the back inside is the bore 1717 for receiving a weak compression spring 1718 , which at times when there are no opposing forces pushes the valve 1716 down until the clamping ring 1725 abuts the bottom of the recess 1714 . Below the bores 1719 , the prechamber 1723 is formed in the valve housing 1 in that a conical wall 1722 is formed which tapers radially downwards and ends in the very short, cylindrical end 1720 . To form the opposite side of the pre-chamber 1723 , the valve head is provided with a short cylindrical surface 1710 , the adjacent surfaces 1764, 1765 , FIG. 4 either touching appropriately or having a very narrow gap between them (less than 0.3 mm) are. Tapering radially upwards is followed by the conical surface 1721 , which can finally change into a backward rotation - without reference numerals - and finally the prechamber 1723 is closed on the cylindrical outer surface 1724 .

Beim Einlaßhub drückt das Vordruckfluid, das aus dem Einlaßventil kommt (in Fig. 3 sind die Ventile nicht eingezeichnet, weil sie aus Fig. 2 bereits bekannt sind), die Membrane 1704 nach unten, wobei sie an der Stirnfläche 1514 zum Anliegen kommen mag. Damit sie nicht in den Zylinder eindrückt und beschädigt wird, mag oberhalb des Kolbens 52 die Sammelkammer 35 angeordnet sein, von der aus sich dann kleine Bohrungen nach oben zur Außenkammer 35 erstrecken, deren Durchmesser so klein ist, daß die Membrane bei dem geringen Vordruck nicht in sie eindringen kann. Die Innenkammer 37 ist jetzt voll mit Fluid gefüllt und die Membrane 1704 liegt mit ihrer unteren Stirnfläche im Idealfall an Fläche 1514 an. During the inlet stroke, the pre-pressure fluid coming from the inlet valve (the valves are not shown in FIG. 3 because they are already known from FIG. 2) presses down the diaphragm 1704 , which may come to rest on the end face 1514 . So that it is not pressed into the cylinder and is damaged, the collecting chamber 35 may be arranged above the piston 52 , from which small bores then extend upwards to the outer chamber 35 , the diameter of which is so small that the membrane does not work at the low admission pressure can penetrate into it. The inner chamber 37 is now completely filled with fluid and the membrane 1704 is ideally in contact with surface 1514 with its lower end face.

Beim Einlaßhub hat die Feder 1718 den Ventilkörper 1716, der oberen Stirnfläche der Membrane 1704 folgend, nach unten gedrückt, bis der Spannring 1718 an der Bodenfläche der Ausnehmung 1714 zum Anliegen kam. Dabei bewegte sich die Schrägfläche 1721 so weit nach unten, daß sich um sie herum relativ zum Gehäuseteil 1 ein weiter Ringspalt öffnete, durch den das Einlaßfluid unter seinem geringen Vordruck die Innenkammer 37 bequem und ohne großen Strömungswiderstand füllen konnte. Nunmehr beginnt der Pumphub, indem der Kolben 52 nach oben läuft und Fluid in die Außenkammer 35 hereindrückt. Dieses Fluid drückt die Membrane nach oben und leitet es durch Öffnung zwischen der Schrägfläche 1721 und dem Gehäuse 1 nach oben durch die Vorkammer 1723 und die Bohrungen 1719 hindurch in die Ausnehmung 1714 und vor ihr aus durch das ( in Fig. 3 nicht eingezeichnete) Auslaßventil 39 aus der Innenkammer der Pumpe heraus. Dabei drückt die Membrane den Kontrollkörper (das Ventil) 1716 mit ihrem dicken Mittelteil 1709 nach oben, bis beim Ende des Pumphubes der Ventilkörper 1716 seine obere Lage, wie in Fig. 3, erreicht. Alles Fluid ist aus der Innenkammer 37 herausgedrückt. Für die letzten Tröpfchen, die aus der Innenkammer 37 gefördert werden sollen, mag man den Ringspalt zwischen den Flächen 1720 im Durchmesser bis zu 0,3 (oder weniger) Millimeter weit ausbilden.During the inlet stroke, the spring 1718 pressed the valve body 1716 downward, following the upper end face of the membrane 1704 , until the clamping ring 1718 came to rest on the bottom surface of the recess 1714 . The inclined surface 1721 moved so far down that a wide annular gap opened around it relative to the housing part 1 , through which the inlet fluid under its low admission pressure could fill the inner chamber 37 comfortably and without great flow resistance. The pump stroke now begins, in which the piston 52 runs upward and presses fluid into the outer chamber 35 . This fluid pushes the membrane upwards and directs it through the opening between the inclined surface 1721 and the housing 1 upwards through the prechamber 1723 and the bores 1719 into the recess 1714 and before it through the outlet valve (not shown in FIG. 3) 39 out of the inner chamber of the pump. The diaphragm presses the control body (valve) 1716 with its thick middle part 1709 upwards, until the valve body 1716 reaches its upper position at the end of the pump stroke, as in FIG. 3. All fluid is pressed out of the inner chamber 37 . For the last droplets that are to be conveyed out of the inner chamber 37 , the annular gap between the surfaces 1720 may be formed up to 0.3 (or less) millimeters in diameter.

Es ist leicht einzusehen, daß bei der Ausbildung nach Fig. 3 nicht einmal Kunststoff-Membranen durch Bohrungen oder Spalte beschädigt werden können und auch, daß die Anordnung nach dieser Figur betriebssicher funktioniert, was sie auch bisher in der Praxis, bei praktischen Testen, tut. Die Ringnuten 1711 und 1717 sind Sitze für Dichtungen, die die Fig. 3 gegen den aufsetzbaren (verschraubbaren) Ventilkopf mit den Einlaßventilen 38 und den Auslaßventil 39 abdichten können.It is easy to see that, in the embodiment according to FIG. 3, not even plastic membranes can be damaged by bores or gaps, and also that the arrangement according to this figure functions reliably, which it has also been doing in practical tests so far . The annular grooves 1711 and 1717 are seats for seals, which can seal FIG. 3 against the attachable (screwable) valve head with the inlet valves 38 and the outlet valve 39 .

In den Fig. 4 und 5 sind mehrere Membranen in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet und arbeiten auf eine gemeinsame Sammelleitung. Dadurch kann die Fördermenge der Pumpe entsprechend der Anzahl der Membranen gleicher Abmessungen vervielfacht werden.In Figs. 4 and 5, several membranes are arranged in a common housing and operate on a common manifold. As a result, the delivery rate of the pump can be multiplied according to the number of membranes of the same dimensions.

Der Kolben 52 fördert gegen die Membrane 1731. Der Kolben 1732 fördert gegen die Membrane 1730, und der Kolben 1733 fördert gegen die Membrane 1704. Die mehreren Kolben sind aus einer der Voranmeldungen des Anmelders und Erfinders bekannt. Man kann aber auch einen einzigen Kolben 52 auf alle mehreren Membranen fördern lassen. Während drei Membranen in den Figuren gezeichnet sind, ist eine andere Mehrzahl möglich. Die Figuren zeigen wieder die Ventile 1716, doch können auch Ausführungen nach der Fig. 2 in den Fig. 4 und 5 verwendet werden. Wichtig ist, daß die Innenkammern oberhalb der Membranen auf die gemeinsame Sammelleitung 1737 fördern. Einlaßventile 1734 und Auslaßventile 1736 können den betreffenden Außen und Innenkammern 35 und 37 zugeordnet sein.The piston 52 delivers against the membrane 1731 . Piston 1732 conveys against diaphragm 1730 and piston 1733 conveys against diaphragm 1704 . The multiple pistons are known from one of the applicant's and inventor's prior applications. However, it is also possible to have a single piston 52 conveyed to all the several membranes. While three membranes are drawn in the figures, another plurality is possible. The figures again show the valves 1716 , but designs according to FIG. 2 in FIGS. 4 and 5 can also be used. It is important that the inner chambers above the membranes convey onto the common manifold 1737 . Intake valves 1734 and exhaust valves 1736 can be assigned to the respective outer and inner chambers 35 and 37 .

Die Ausführungsbeispiele der Fig. 4 und 5 unterscheiden sich dadurch, daß die Membranen und die sie umgebenden Teile in Fig. 4 axial untereinander um eine gemeinsame Achse angeordnet sind. Das ist produktionstechnisch einfach. In Fig. 5 dagegen liegen die Membranen und die sie umgebenden Teile nicht alle um die gleiche Achse, sondern jeder Membrankammern-Pumpsatz hat eine eigene Achse, die radial zur der des benachbarten Pumpsatzes versetzt ist, so daß die Membranen keine senkrechten Achsen haben, sondern schräge Achsen und daß die Bodenflächen der Membranen in der Neutrallage nicht waagerecht liegen, sondern schräg, also winkelmäßig angestellt. Das geschieht in Fig. 5 dafür, daß an der obersten Stelle der betreffenden Außenkammer 35 eine automatische Entlüftung angebracht werden kann. Die automatische Entlüftung entsteht dadurch, daß an der obersten Stelle 1752 der betreffenden Außenkammer 35, an der sich die Luft sammelt, weil sie leichter als die Druckflüssigkeit ist, eine Entlüftungsbohrung 1751 angeordnet wird. Wenn jeder der Pumpsätze eine solche Entlüftungsbohrung hat, vereint man die Entlüftungsbohrungen 1751 zu einer Sammelleitung 1739, die zum automatischen Entlüftungskontrollventil nach einer der Voranmeldungen des Anmelders und Erfinders geleitet wird. In Fig. 5 sind die Bohrungen 1751 teilweise abgebrochen gezeichnet, was andeuten soll, daß sie um die betreffende Achse des betreffenden Pumpensatzes winkelmäßig zu den Kanälen 1754 verdreht angeordnet sind, damit sie nicht durch die Auslaß-Sammelleitung 1737 gehen und diese nicht berühren.The exemplary embodiments of FIGS. 4 and 5 differ in that the membranes and the parts surrounding them in FIG. 4 are arranged axially one below the other about a common axis. In terms of production technology, this is simple. In Fig. 5, however, the membranes and the surrounding parts are not all about the same axis, but each membrane chambers pump set has, so that the membranes have their own axis to that of the adjacent pumping set is radially offset no vertical axes but inclined axes and that the bottom surfaces of the membranes are not horizontal in the neutral position, but rather inclined, that is, set at an angle. This is done in Fig. 5 so that an automatic ventilation can be attached to the top of the outer chamber 35 concerned. The automatic venting arises from the fact that a venting hole 1751 is arranged at the uppermost point 1752 of the outer chamber 35 in question , where the air collects because it is lighter than the pressure fluid. If each of the pump sets has such a vent hole, the vent holes 1751 are combined into a manifold 1739 which is directed to the automatic vent control valve according to one of the applicant and inventor's prior applications. In Fig. 5, the bores 1751 drawn canceled partly, to which indicate arranged that it rotated about the respective axis of the respective pump set angularly to the channels 1754 so they do not go out and through the outlet manifold 1737 do not touch.

Der Rest der Fig. 4 und 5 betrifft vorteilhafte Maßnahmen zur fabrikationstechnischen und montagetechnischen Ausbildung. So kann man die einzelnen Pumpsätze in einer gemeinsamen Bohrung mit zylindrischer Innenfläche 1740 im Gehäuse 1 anordnen und die Pumpensätze mit darin passenden zylindrischen Außenflächen 1741 versehen. Die Kolben 1732 und 1733 kann man radial außerhalb der eigentlichen Pumpsätze innerhalb des Gehäuses 1 anordnen. Da das Gehäuse 1 sich bei sehr hohen Drucken radial ausdehnen mag, die Durchmesser der Innenflächen 1740 sich also periodisch beim hohen Druck etwas vergrößern mögen, ist es oft zweckmäßig, die einzelnen Pumpsätze an ihren axialen Enden abzudichten. Dazu werden dann die Pumpsätze und Zwischenteile mit planen Endflächen, z. B. 1755, 1756 versehen, die man planschleift und dann Dichtringsitze 1743 bis 1749 zwischen benachbarten Plattenteilen anordnet, in die plastische Dichtungen ggf. mit Stützringen eingelegt werden können. Stützringe = "Backup rings". Der Dichtringsitz 1750 dient der Aufnahme der Dichtung zwischen Teil 1 und 91, die Dichtringsitze 1742, 1711, 1712, 1729 und 1728 dienen der Abdichtung des Gehäuses 1 zum darüber angeschraubten aber nicht gezeichneten Hauptventilkopf des Aggregates, der aus anderen Patentanmeldungen des Anmelders und Erfinders bekannt ist.The rest of FIGS. 4 and 5 relate to advantageous measures for manufacturing and assembly training. Thus, the individual pump sets can be arranged in a common bore with a cylindrical inner surface 1740 in the housing 1 and the pump sets can be provided with cylindrical outer surfaces 1741 that fit therein. The pistons 1732 and 1733 can be arranged radially outside the actual pump sets inside the housing 1 . Since the housing 1 may expand radially at very high pressures, ie the diameters of the inner surfaces 1740 may periodically increase somewhat at the high pressure, it is often expedient to seal the individual pump sets at their axial ends. For this purpose, the pump sets and intermediate parts with flat end surfaces, e.g. B. 1755, 1756 , which is ground and then arranges sealing ring seats 1743 to 1749 between adjacent plate parts, in which plastic seals can be inserted with support rings if necessary. Back-up rings = "backup rings". The sealing ring seat 1750 is used to hold the seal between parts 1 and 91 , the sealing ring seats 1742, 1711, 1712, 1729 and 1728 are used to seal the housing 1 to the main valve head of the unit screwed on but not shown, which is known from other patent applications of the applicant and inventor is.

In den Fig. 4 und 5 ist noch gezeigt, daß insbesondere aus produktionstechnischen Gründen die Oberteile mit den Oberwänden oberhalb der Pumpkammer(n) 35, 37 und unterhalb der Pumpkammer(n) 35 und 37 aus mehreren Platten, zum Beispiel 1754 bis 1758 hergestellt sein können.In Figs. 4 and 5 is also shown that, in particular for production reasons, the upper parts with the upper walls above the pumping chamber (s) 35, 37 and below the pumping chamber (s) 35 and 37 of a plurality of plates, made for example from 1754 to 1758 could be.

Die Erfindung ist bisher für das allgemeine Verständnis beschrieben worden, doch wird sie noch genauer bestimmt durch die Patentansprüche. Die Patentansprüche bilden daher einen Teil der Beschreibung der Erfindung. Zum Verständnis einiger Teile der Erfindung ist daher der Fig. 4 eine Vergrößerung eines Teiles der Fig. 4 zugefügt und in ihr sind solche Bezugszeichen eingetragen, die in den Patentansprüchen ihre Beschreibung und ihre Definition finden.The invention has so far been described for general understanding, but it is determined more precisely by the claims. The claims therefore form part of the description of the invention. Therefore, to understand some parts of the invention, an enlargement of part of FIG. 4 FIG. 4 added, and in it such reference characters are entered, which are used in the claims, description, and definition.

Mit der bisherigen Beschreibung ist die Patentanmeldung an sich beendet, denn es ist leicht einzusehen, daß die Fig. 2 und 3 die Betriebssicherheit von Membranpumpen erhöhen und die Fig. 4 und 5 deren Fördermenge und somit deren Leistung erhöhen.The patent application itself has ended with the description so far, because it is easy to see that FIGS. 2 and 3 increase the operational safety of diaphragm pumps and FIGS. 4 and 5 increase their delivery rate and thus their output.

Doch liegt der Erfindung ja außerdem die Aufgabe zugrunde, die Lebensdauer und Fördermenge der Membranen selber, nach Möglichkeit zu erhöhen. Ob solche Erhöhung möglich ist, darüber kann man alle möglichen bejahenden und verneinenden Behauptungen aufstellen, denn das ist mit bisher Bekanntem nicht nachprüfbar.But the invention is also based on the task, the service life and increase the delivery rate of the membranes themselves, if possible. All possible affirmative statements can be made as to whether such an increase is possible and make negative claims, because that's with so far Known not verifiable.

Daher wird, beginnend mit der übernächsten Seite, der Versuch unternommen, in einer Analyse der technischen Grundlagen zu überprüfen, ob die Membranen der Erfindung höhere Fördermenge bei gleichen Abmessungen bringen und ob sie höhere Lebensdauer dadurch zulassen, daß ihre inneren Spannungen im Material geringer gehalten werden. Dabei sind alle technisch- mathematischen Überlegungen natürlich Hypothesen des Erfinders, für deren Richtigkeit ohne Kontrollen durch Hochschulprofessoren, falls die es besser können, keine Haftung für Richtigkeit übernommen wird.Therefore, starting with the next but one page, the attempt will be made undertaken to check in an analysis of the technical basics whether the membranes of the invention higher delivery rate with the same dimensions bring and whether they allow longer life by the fact that their inner Tensions in the material can be kept low. All are technically mathematical considerations of course hypotheses of the inventor, for their Accuracy without controls by university professors in case the better can assume no liability for correctness.

Zu erwähnen ist noch, daß die Membranen der Erfindung mit scharfkantigen Grenzen zwischen den Membranteilen 1707 bis 1710 dargestellt sind und die Stirnflächen mit geraden Linien, also Konen, während in der Praxis Abrunden ausgeführt werden können und meistens ausgeführt sind. Die scharf kantige Darstellung ist in den Figuren gewählt worden, um die mathematischen Überlegungen klar darstellen zu können und um die Teile klar zu begrenzen. Auch die konischen Stirnflächen sind in der Praxis durch mehrere Kugelteilflächen ausgebildet, die in kommenden Zusatzanmeldungen beschrieben werden mögen, aber zum Teil in Fig. 8 und 9 beschrieben sind.It should also be mentioned that the membranes of the invention are shown with sharp-edged boundaries between the membrane parts 1707 to 1710 and the end faces with straight lines, that is to say cones, while in practice rounding can be carried out and is usually carried out. The sharp-edged representation has been chosen in the figures in order to be able to clearly represent the mathematical considerations and to clearly delimit the parts. In practice, the conical end faces are also formed by a plurality of spherical partial surfaces, which may be described in upcoming additional applications, but are partially described in FIGS. 8 and 9.

Die Patentansprüche sind mit Bezugszeichen versehen und dadurch Teil der Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Erfindung. Derjenige Teil der Beschreibung der Ausführungsbeispiele, der in den Patentansprüchen vorhanden ist, wird daher hier nicht mehr wiederholt.The claims are provided with reference numerals and thereby Part of the description of the embodiments of the invention. The one Part of the description of the exemplary embodiments, which in the claims is therefore not repeated here.

Die Erfindung ist "Membrane" benannt worden, doch ist die Membrane in einem Aggregat, zum Beispiel einer Pumpe mit einer Membrane angewendet. Insofern hätte die Erfindung eigentlich "Pumpe mit einer Membrane" benannt werden sollen. Da innerhalb der Pumpe im Rahmen dieser gegenwärtigen Erfindung außer der Formgebung der Stirnflächen der Oberteile und Unterteile oberhalb und unterhalb der Membrane und der Anordnung des Kontrollkörpers im Oberteil oberhalb der Membrane keine Teile der Pumpe verändert sind, alle Anordnungen innerhalb der Pumpe zum Zwecke der Benutzung der Membrane nach der Erfindung getroffen sind und in der unmittelbaren Nachbarschaft der Membrane liegen, wurde die Erfindung im Titel mit "Membrane" bezeichnet, wobei aber verstanden sein soll, daß dieser Titel diejenigen Teile innerhalb des Aggregats, in dem die Membrane angeordnet ist und die in der Nachbarschaft der Membrane für die Verwendung der Membrane der Erfindung ausgeführt oder angeordnet sind, mit unter den Begriff "Membrane" des Titels der Erfindung fallen sollen. The invention has been named "membrane", but it is the membrane applied in an aggregate, for example a pump with a diaphragm. In this respect, the invention would actually have "pump with a membrane" should be named. Because within the pump under this current Invention other than the shaping of the end faces of the upper parts and lower parts above and below the membrane and the arrangement of the control body no parts of the pump have been changed in the upper part above the diaphragm, all arrangements within the pump for the purpose of using the membrane are taken according to the invention and in the immediate vicinity the membrane, the invention was called "membrane" in the title, but it should be understood that this title contains those parts within of the unit in which the membrane is arranged and which in the Neighborhood of the membrane for use with the membrane of the invention are executed or arranged with the term "membrane" of the title the invention should fall.

Analysis of the technical foundations of the invention

In den Figuren zeigt die Position 1700 die Achse der Membrane und des betreffenden Pumpsatzes. Diese Achse geht durch die Mitte der Membrane und ist daher deren Mittellinie.In the figures, position 1700 shows the axis of the membrane and the pump set in question. This axis goes through the middle of the membrane and is therefore the center line.

Wenn man die Fig. 1 bis 3 als im Maßstab 2/1 gezeichnet ansieht, erhält man den Außendurchmesser der Einspannung mit 66 Millimetern und den hubwirksamen Außendurchmesser mit 2 mal R = 60 mm. Wenn das Maß "r" dann gleich 14 mm ist, das Maß "R" = 30 mm ist, dann wird das Maß "C" = 20,99 mm nach der Gleichung:If one considers FIGS. 1 to 3 as drawn in scale 2/1, one obtains the outer diameter of the clamping with 66 millimeters and the lifting effective outer diameter with 2 times R = 60 mm. If the dimension "r" is then 14 mm, the dimension "R" = 30 mm, then the dimension "C" = 20.99 mm according to the equation:

C = (R-r)/ln(R/r) (1)
C = (Rr) / ln (R / r) (1)

Mit diesen Werten soll in die folgende Berechnung gegangen werden und der Maximalhub in einer Richtung aus der Neutrallage der Membrane heraus soll "f" = 2 mm sein.These values should be used in the following calculation and the maximum stroke in one direction out of the neutral position of the membrane should be "f" = 2 mm.

Dann bildet die Bodenfläche der Membrane der Fig. 1 (die nicht als Konus, sondern als Kugelteilbögen gebildet gezeichnet, was man aber kaum sieht), den Winkel " d " mit den Werten /R = tg ϕ(2/30) = 0,06666 = 3,815 Grad. Die Länge der Schräglinie ist dann r/cos 3,81 Grad = 30,066593 mm. Wenn die Membrane der Fig. 1 nach oben voll durchgedrückt ist, erfährt sie also eine radiale Verlängerung pro halbem Durchmesser (Radius) von 30 auf 30,066593 mm, kurzum eine radiale Verlängerung um 0,066595 mm. Bei radialer Verlängerung oder Verkürzung erfolgt eine peripheriale Verlängerung oder Verkürzung vom Durchmesser mal pi = 2R mal pi. Die innere Spannung wird dabei am größten, wo der peripheriale Umfang am kleinsten ist, in Fig. 1 also in der Achse. In der Mittellinie 1700 ist die Umfangslänge 0, also wird die Spannung unendlich groß, weil 0,066593/0 unendlich groß wird. Damit kann man also nicht rechnen, nur schließen, daß die Membrane bereits bei kleiner Durchbiegung in der Mitte zerreißen muß. Um einen praktischen Zahlenwert zu bekommen, soll daher die Spannung beim Radius = 1 mm berechnet werden. Den Umfang braucht man nicht auszurechnen, weil aus RER-Berichten (RER = Forschungsberichte des Rotationsmotoren-Forschungsinstituts "Rotary Engine Kenkyusho" des Erfinders in Japan, in denen die dem RER folgenden ersten zwei Ziffern die Jahreszahl nach europäischer Zeitrechnung geben, also 87 = das Jahr 1987 nennen und die beiden weiteren der vier Ziffern die Nummernfolge innerhalb des betreffenden Jahres bestimmen.) bekannt ist, daß Umfang und Radius sich in den Berechnungen so eliminieren, daß man einfach durch den Radius teilen kann. Then the bottom surface of the membrane of FIG. 1 (which is drawn not as a cone, but as spherical part arcs, which is hardly visible) forms the angle " d " with the values / R = tg ϕ (2/30) = 0, 06666 = 3.815 degrees. The length of the oblique line is then r / cos 3.81 degrees = 30.066593 mm. If the membrane of FIG. 1 is fully pressed upwards, it will experience a radial extension per half diameter (radius) from 30 to 30.066593 mm, in short a radial extension of 0.066595 mm. In the case of radial elongation or shortening, there is a peripheral elongation or shortening of the diameter times pi = 2 R times pi. The internal stress is greatest where the peripheral circumference is smallest, ie in the axis in FIG. 1. In the center line 1700 the circumferential length is 0, so the tension becomes infinitely large because 0.066593 / 0 becomes infinitely large. So you can not count on it, just conclude that the membrane has to tear in the middle even with a small deflection. In order to get a practical numerical value, the tension at the radius = 1 mm should be calculated. The scope does not need to be calculated, because from RER reports (RER = research reports from the inventor's Rotary Engine Research Institute "Rotary Engine Kenkyusho"), in which the first two digits following the RER give the year according to European time, so 87 = that Call 1987 and the other two of the four digits determine the number sequence within the year in question.) It is known that the scope and radius are eliminated in the calculations so that one can simply divide by the radius.

Die Spannung im Abstand "r" von der Achse wird dann nach dem Hookschen Gesetz: Längenänderung mal Elastizitätsmodul geteilt durch den Radius, also:The tension at distance "r" from the axis is then calculated according to Hook's law: length change times modulus of elasticity divided by the radius, ie:

Die Längenänderung war bei 30 mm = 0,066593 mm und wird bei 29 mm (Abstand von der Achse = 1 mm) 0,066593 × 29/30 = 0,064373. Diese Längenänderung ist mit dem Elastizitätsmodul für Edelstahl der Membrane = 21000 zu multiplizieren und das Produkt durch den Radius 1 zu dividieren. So erhält man die innere Spannung in der Membrane der bekannten Technik nach Fig. 1 bei 1 mm Radius von der Achse mit 0,064373 × 21000/1 = 1351,833 Kilogramm pro Quadratmillimeter. Da der Edelstahl höchstens einige hundert kg per Quadratmillimeter zuläßt und für Dauerbetrieb nur um 60 bis 80 kg pro Quadratmillimeter Spannung zuläßt, folgt, daß die Membrane der bekannten Technik nach Fig. 1 bei 2 mm Hub bereits nach wenigen Hüben in der Mitte zerreißen muß, wenn sie aus nichtrostendem Edelstahl hergestellt ist. In Wirklichkeit reißt sie aus einem weiteren Grunde noch schneller, nämlich aus dem Grunde, daß bei nicht unendlich dünnen Membranen die Spannungen in den Außenfasern noch höher werden. Die Spannungen in den Außenfasern sollen aber in dieser Untersuchung unberücksichtigt bleiben, da man sie in den RER-Berichten erfahren kann und da außerdem sowieso in dieser Anmeldung vorausgesetzt wird, daß die Membranen dünn genug gehalten werden, bei Edelstahl zum Beispiel um 0,2 mm Dicke, jedenfalls aber meistens um unter 0,5 mm Dicke.The change in length was at 30 mm = 0.066593 mm and becomes at 29 mm (distance from the axis = 1 mm) 0.066593 × 29/30 = 0.064373. This change in length must be multiplied by the elastic modulus for stainless steel of the membrane = 21000 and the product divided by the radius 1. The internal stress in the membrane of the known technology according to FIG. 1 is thus obtained with a 1 mm radius from the axis with 0.064373 × 21000/1 = 1351.833 kilograms per square millimeter. Since the stainless steel allows a maximum of a few hundred kg per square millimeter and only allows tension of around 60 to 80 kg per square millimeter for continuous operation, it follows that the membrane of the known technology according to FIG. 1 with a 2 mm stroke must tear in the middle after only a few strokes, if it is made of stainless steel. In reality, it breaks even faster for another reason, namely the reason that the tension in the outer fibers becomes even higher with membranes that are not infinitely thin. The stresses in the outer fibers should not be taken into account in this investigation, since they can be found in the RER reports and since the application assumes that the membranes are kept thin enough, for example by 0.2 mm for stainless steel Thickness, but usually less than 0.5 mm thick.

Wie verhält sich das nun in der Membrane der Erfindung nach den Fig. 2 bis 5?How does that behave in the membrane of the invention according to FIGS. 2 to 5?

Da das Mittelstück 1709 dick gehalten ist, soll angenommen werden, daß es sich radial nicht ausdehnt. Da das Außenteil 1707 fest eingeklemmt ist, kann es sich radial nicht ändern. Das Übergangsteil 1710 soll ebenfalls noch als unveränderlich angesehen werden, wie das Mittelstück 1709. Dann findet eine radiale Änderung lediglich im Hubteil 1708 zwischen den Radien "r" und "R" statt. Die Radialdifferenz ist in diesem Beispiel 30 mm - 14 mm = 16 mm. Der Hub ist wieder 2 mm. Also erhält man den Winkel "ϕ" mit tg ϕ = 2/16 = 0,125 = 7,125 Grad. O je, ist das aber ein viel größerer Winkel als in Fig. 1, wieviel schneller wird die Membrane der Fig. 3 daher wohl brechen müssen?Since the center piece 1709 is kept thick, it should be assumed that it does not expand radially. Since the outer part 1707 is firmly clamped, it cannot change radially. The transition part 1710 should also be regarded as unchangeable, like the middle piece 1709 . Then a radial change only takes place in the stroke part 1708 between the radii "r" and "R" . The radial difference in this example is 30 mm - 14 mm = 16 mm. The stroke is again 2 mm. So you get the angle " ϕ " with tg ϕ = 2/16 = 0.125 = 7.125 degrees. Oh, is that a much larger angle than in Fig. 1, how much faster will the membrane of Fig. 3 have to break?

Rechnen wie nach. Die Längenänderung ist: 16/cos ϕ = 16,1245 - 16 = 0,1245 mm. mal Elastizitätsmodul = 21000 gibt 2618,82 geteilt durch den Radius "r" = 14, gibt 186,77 kg pro Quadratmillimeter. Die Membrane der Erfindung zerreißt also erst viel später als die der bekannten Technik nach Fig. 1, denn ihre Spannung ist bei 14 mm Radius etwa 1352/187 = etwa 7,23mal geringer als die Spannung der bekannten Membrane der Technik bei etwa 3 Prozent Abstand des Radius von der Achse.Do the math. The change in length is: 16 / cos ϕ = 16.1245 - 16 = 0.1245 mm. times modulus of elasticity = 21000 gives 2618.82 divided by the radius "r" = 14, gives 186.77 kg per square millimeter. The membrane of the invention tears much later than that of the known technology according to FIG. 1, because its tension at 14 mm radius is approximately 1352/187 = approximately 7.23 times less than the tension of the known membrane of the technology at a distance of approximately 3 percent the radius from the axis.

Das ist aber eine Überraschung.What a surprise.

Untersuche man nun weiter, indem man wisse, daß sich die Spannungen beim Radius "C" die Waage halten. Beim Radius "C" also reißt die eine Spannung nach rechts der Mitte zu und die andere nach links dem radialen Außenende zu. Beide Spannungen sind bei "C" gleich groß, aber entgegengesetzt gerichtet. Werden diese Spannungen höher als die, die das Material der Membrane erträgt, dann wird die Membrane bei "C" in Kreisform auseinander gerissen. Wie hoch sind nun diese entgegengesetzt gerichteten Spannungen beim Balancefaser Radius "C"?Now investigate further knowing that the stresses at radius "C" balance each other. At radius "C" one tension pulls to the right of the center and the other pulls to the left towards the radial outer end. Both voltages are the same at "C", but directed in opposite directions. If these tensions become higher than those that the material of the membrane can withstand, the membrane is torn apart at "C" in a circular shape. How high are these oppositely directed tensions with the balance fiber radius "C" ?

Die Längenänderung radial nach außen ist (30-20,99)/cos ϕ minus (30-22,99) und die Längenänderung radial nach innen wäre: (20,99-14) geteilt durch cos ϕ minus (20,99-14). Die Spannungen sind dann wieder Längenänderung mal Elastizitätsmodul geteilt durch die Radiendifferenz. Man erhält:The change in length radially outward is (30-20.99) / cos ϕ minus (30-22.99) and the change in length radially inward would be: (20.99-14) divided by cos ϕ minus (20.99-14 ). The stresses are then length change times modulus of elasticity divided by the radius difference. You get:

Man sieht aus dieser Rechnung einmal, daß die radial nach außen und die radial nach innen gerichteten Spannungen, die die Membrane der Erfindung beim Radius "C" zerreißen wollen, in beiden Richtungen gleich groß sind. Zum anderen sieht man aber auch, daß die Spannungen beim Radius "C" der erfindungsgemäßen Membrane etwa 8mal geringer sind als beim Radius 1 der Membrane der bekannten Technik, wenn die Außendurchmesser und die Dicken der Hubteile der Membrane gleich sind. Während die Membrane der bekannten Technik nach wenigen Hüben in den obigen Beispielen reißen muß, liegt die Maximalspannung bei der Membrane der Erfindung beim Radius "C" noch innerhalb der Spannungen, die die Membrane für eine ganze Anzahl von Hüben erträgt. Daß das noch nicht für unendliche Lebensdauer ausreicht, folgt bald.One can see from this calculation that the radially outward and the radially inward stresses that the membrane of the invention wants to tear at radius "C" are the same in both directions. On the other hand, it can also be seen that the stresses at radius "C" of the diaphragm according to the invention are approximately 8 times lower than at radius 1 of the diaphragm of the known technology, if the outer diameter and the thickness of the lifting parts of the diaphragm are the same. While the membrane of the known technology has to tear after a few strokes in the examples above, the maximum stress in the membrane of the invention at radius "C" is still within the stresses which the membrane can withstand for a whole number of strokes. It soon follows that this is not enough for an infinite lifetime.

Bisher wurden aber nur die radialen Längsänderungen betrachtet, so, als wäre eine unendlich lange Platte eingespannt und gebogen worden. Bei der kreisrunden Form müssen aber die Tangentialspannungen mit berücksichtigt werden. Wir haben zu befürchten, daß diese größer als die rein radialen sein könnten. Daher teilen wie die Längsänderungen im folgenden durch den Neutralradius "C" und erhalten:So far, however, only the radial changes in length have been considered, as if an infinitely long plate had been clamped and bent. With the circular shape, however, the tangential stresses must also be taken into account. We fear that these could be larger than the purely radial ones. Therefore we divide the longitudinal changes in the following by the neutral radius "C" and get:

Die Tangentialspannungen = Umfangsspannungen sind also geringer als die Radialspannungen, was auch kein Wunder ist, weil es ja der Trick der Erfindung war, die maximalen Spannungen in der Membrane von radial innen nach radial weiter außen zu verlagern, um die Membrane der bekannten Technik der Fig. 1 zu verbessern.The tangential stresses = circumferential stresses are therefore lower than the radial stresses, which is also not surprising, since it was the trick of the invention to shift the maximum stresses in the membrane from radially inside to radially further outwards in order to move the membrane of the known technique of FIG to improve.. 1

Es soll nun noch mal überprüft werden, ob man einfach mit dem Radius statt dem Umfang rechnen darf.Now it should be checked again whether you can simply calculate with the radius instead of the circumference.

Man erhält die Umfangslängenänderung beim Radius "C" zu: (0,12459/20,99) 2 × 20,99 × π = 0,782 und hat durch die Ursprungslänge 20,99 · 2 · π = 131,88 zu teilen und das Ergebnis mit dem Elastizitätsmodul zu multiplizieren.The circumferential length change at radius "C" is obtained as: (0.12459 / 20.99) 2 × 20.99 × π = 0.782 and the original length has to be divided by 20.99 · 2 · π = 131.88 and the result multiply by the modulus of elasticity.

Das bringt:That brings:

Oder, mal anders gerechnet, indem man die Umfänge nach den Durchbiegungen der Hubteile radial innerhalb und außerhalb des Radius "C" benutzt:Or, calculated differently, by using the circumferences after the deflection of the lifting parts radially inside and outside the radius "C" :

Radius Außenteil nach Durchbiegung:30-9,01/cos ϕ = 20,9193 mm. Radius Innenteil nach Durchbiegung:14+6,99/cos ϕ = 21,0444 mm.Radius outer part after deflection: 30-9.01 / cos ϕ = 20.9193 mm. Radius inner part after deflection: 14 + 6.99 / cos ϕ = 21.0444 mm.

Umfangslängenänderung Außenteil: (20,9193-20,99) × 2 × π = 0,443 mm.
Umfangslängenänderung Innenteil: (21,0444-20,99) × 2 × π = 0,339 mm.
Circumferential length change outer part: (20.9193-20.99) × 2 × π = 0.443 mm.
Circumference length change inner part: (21.0444-20.99) × 2 × π = 0.339 mm.

Umfangslängenänderungen addiert, mit Elastizitätsmodul multipliziert und durch die Ursprungslänge geteilt, gibt die Umfangsspannung sigma zuChanges in circumferential length added, multiplied by modulus of elasticity and divided by the original length, the circumferential stress sigma admits

σ = 0,43+0,339 = 0,782 × 21000/131,88 = 124,52 kg/mm². σ = 0.43 + 0.339 = 0.782 × 21000 / 131.88 = 124.52 kg / mm².

Also gleiches Ergebnis.So the same result.

Zur weiteren Kontrolle sei angenommen, daß die durch Zerreißen gefährdete Querschnittsfläche beim Radius "r" liegen könne. Um das vorläufig und ohne Verbindlichkeit für die Richtigkeit der Erörterung untersuchen zu können, wende man sich der Eickmannschen Formel für die Berechnung von Spannungen in konischen Ringelementen zu. Sie lautet:For further control, it is assumed that the cross-sectional area at risk of tearing can be at radius "r" . In order to be able to investigate this provisionally and without obligation for the correctness of the discussion, one turns to the Eickmann formula for the calculation of stresses in conical ring elements. It is:

Diese Formel hat Eickmann aus dem Hookschen Gesetz heraus aufgebaut. Die runde Klammer gibt einen neutralen Faktor, der sich aus dem Neigungswinkel " ϕ " ergibt, und ist eine Eliminierung der mehrfachen Benutzung der Radiendifferenz die oben so oft verwendet wurden. Eickmann built this formula out of Hook's law. The parenthesis is a neutral factor which results from the inclination angle "φ", and an elimination of the multiple use of the difference in radius that were so often used above.

Läßt man das Minuszeichen, das dann dabei herauskommt, unberücksichtigt, dann kann man die Daten in der runden Klammer noch vereinfachen zu: ((cos ϕ-1)/1). Der Faktor "t × sin d/2" berücksichtigt die Dicke des Elements oder der Membrane und gibt die Spannung in der Außenfaser. " Δ R" ist die jeweilige Radiendifferenz. "0,91" ist die Querkontraktion für Edelstahl = "1-ν²" und " ρ " soll sagen, daß der jeweils richtige Radius eingesetzt werden soll. Diese Eickmann-Formel ist nicht ganz so genau, wie die Formeln zur Berechnung von Tellerfedern nach Almen und Laszlo. Sie weicht aber in den bisher nachgerechneten Fällen meistens nur um weniger als 1 Prozent von den Ergebnissen nach den Berechnungen mit den Formeln von Almen und Laszlo ab. Da das eine Prozent selten eine wichtige Rolle spielt, ist diese Eickmann-Formel für die Praxis praktischer als die umfangreichen Formeln von Almen und Laszlo mit ihren 12 Hilfsgleichungen. Außerdem kann man mit der obigen Eickmann-Formel alle Arten von Elementen, Ring-Elementen einschließlich Ringnasen-Elementen, berechnen, während die genaueren Almen- und Laszlo-Formeln nur für gleichmäßig dicke Tellerfedern gelten.If you ignore the minus sign that comes out, you can simplify the data in the parentheses to: ((cos ϕ -1) / 1). The factor "t × sin d / 2" takes into account the thickness of the element or membrane and gives the tension in the outer fiber. " Δ R" is the respective radius difference. "0.91" is the transverse contraction for stainless steel = "1- ν ²" and " ρ " is to say that the correct radius should be used. This Eickmann formula is not quite as precise as the formulas for calculating disc springs according to Almen and Laszlo. In the cases recalculated so far, however, it usually deviates by less than 1 percent from the results according to the calculations with the formulas of Almen and Laszlo. Since one percent rarely plays an important role, this Eickmann formula is more practical in practice than the extensive formulas of Almen and Laszlo with their 12 auxiliary equations. You can also use the above Eickmann formula to calculate all types of elements, ring elements including ring nose elements, while the more precise Almen and Laszlo formulas only apply to uniformly thick disc springs.

Betrachtet man nun Fig. 6, so findet man, daß die Spannung bei "C" der Fig. 1 bis 5 nach obiger Formel (3) in einfacher Weise berechnen kann. Da vorläufig die Dicke "t" der Membrane unberücksichtigt bleibt, läßt man einfach den Faktor "t sin ϕ/2" weg.Referring now to FIG. 6, one finds that the voltage at "C" of FIG. 1 can be calculated according to the above formula (3) in a simple manner to 5. Since the thickness "t" of the membrane is currently not taken into account, the factor "t sin ϕ / 2" is simply omitted.

Die Formel (3) gilt aber unter der Voraussetzung, daß das sich konisch formende Hubteil radial frei, also uneingespannt ist. In der Praxis der Membranpumpen ist die Membrane aber am radial äußeren Umfange fest eingespannt, also radial unnachgiebig und die Membrane der gegenwärtigen Erfindung ist ihrer Dicke im Mittelstück wegen radial innerhalb des Radius "r" auch radial unnachgiebig. Daher werden nach Fig. 6 Reißkräfte in radialer Richtung auftreten, die in Fig. 6 mit "KR, KC und Kr" bezeichnet sind. K bedeutet darin Kraft und der folgende Buchstabe zeigt, bei welchem Radius die betreffende Kraft auftritt. Die Kräfte entsprechen der Spannung mal dem Querschnitt der Membrane bei dem betreffenden Radius. Die jeweiligen Querschnitte sind in Fig. 6 mit "A" bezeichnet, wobei der folgende Buchstabe jeweils den Radius angibt, bei dem der Querschnitt liegt. Der Querschnitt ist jeweils: t (Dicke) mal 2 × Radius × pi. Mit Kraft = Spannung mal Querschnitt erhält man folgende Gleichungen, wenn man davon ausgeht, daß die errechenbare Kraft im Neutralradius "C" jeweils gleich zu der in dem betreffenden anderen zu berechnenden Radius ist:However, formula (3) applies provided that the conically shaped lifting part is radially free, that is to say unclamped. In the practice of diaphragm pumps, however, the diaphragm is firmly clamped on the radially outer circumference, that is to say radially unyielding, and the diaphragm of the present invention is also radially unyielding in the middle because of its thickness radially within radius "r" . Therefore, according to FIG. 6, tearing forces will occur in the radial direction, which are designated “KR, KC and Kr” in FIG. 6. K means force and the following letter shows the radius at which the force in question occurs. The forces correspond to the tension times the cross-section of the membrane at the radius in question. The respective cross sections are designated by "A" in FIG. 6, the following letter each indicating the radius at which the cross section lies. The cross section is: t (thickness) times 2 × radius × pi. With force = tension times cross section, the following equations are obtained if it is assumed that the calculable force in neutral radius "C" is equal to that in the other radius in question:

K = σ A (4) K = σ A (4)

mit:With:

A _r = 2r π t; A _c = 2C π t; A _r = 2R π t;
K _r = σ _r A _r ; K _c = σ _c A _c ; K _R = σ _R A _R ; A _r = 2 r π t; A _c = 2 C π t; A _r = 2 R π t;
K _r = σ _r A _r ; K _c = σ _c A _c ; K _R = σ _R A _R ;

und:and:

K _c = K _R = K _r ; K _c = K _R = K _r ;

also:so:

s _c 2C π t = σ _R 2R π t = σ _r 2r π t (5) s _c 2 C π t = σ _R 2 R π t = σ _r 2 r π t (5)

worin die Faktoren 2 × t × "pi" eliminieren, weil sie überall auftreten und die Gleichung (5) vereinfacht zu:wherein the factors eliminate 2 × t × “pi” because they occur everywhere and the equation (5) simplifies to:

σ _c C = σ _R R = σ _r r (6)
σ _c C = σ _R R = σ _r r (6)

Darin ist " σ C" bereits nach dem Voraufgegangenen bereits berechenbar und wir hatten erhalten:In it " σ C" can already be calculated after the previous one and we had received:

σ _c = 163,43 kg/mm². σ _c = 163.43 kg / mm².

Daraus erhält man "Kc" nach obigen Überlegungen zu:From this you get "Kc" based on the above considerations:

K _c = 163,43 × 20,99 = 3430,4, K _c = 163.43 × 20.99 = 3430.4,

und kann die Spannungen dann für die anderen Radien erhalten, indem man die Gleichungen umformt zu:and can then get the stresses for the other radii by transformed the equations into:

σ _R = C σ _c /R und σ _r = C σ _c /r (7)
σ _R = C σ _c / R and σ _r = C σ _c / r (7)

So erhält man folgende Spannungen im Beispiel der Membranen der Fig. 2 bis 5:The following voltages are obtained in the example of the membranes of FIGS. 2 to 5:

σ _R = 3430,4/30 = 114,35 kg/mm² und σ _r = 3430,4/14 = 245 kg/mm². σ _R = 3430.4 / 30 = 114.35 kg / mm² and σ _r = 3430.4 / 14 = 245 kg / mm².

Da es hier zunächst um reine Vergleichsberechnungen geht, kann man Gleichung (3) für die Vergleiche bei Vernachlässigung des herauskommenden "-" auf folgende einfachste Form bringen:Since this is initially just a matter of comparative calculations, one makes equation (3) for the comparisons when neglecting the coming out Bring "-" to the simplest form:

die aber nur für die jetzigen Vergleichsrechnungen für die Membrane der Erfindung mit der bekannten Technik nach Fig. 1 gilt.which, however, only applies to the current comparative calculations for the membrane of the invention with the known technology according to FIG. 1.

Die obige Berechnung brachte das Ergebnis, daß der zum Reißen neigende Querschnitt beim Radius "r" liegt und folglich die Membrane der Erfindung so bemessen werden muß, daß ihre Spannung beim Innenradius "r" nicht zu hoch wird. Das gilt vorläufig für die jetzige Zeit, bis später genauere Berechnungsmethoden gefunden sein mögen. Jedenfalls zeigt die Vergleichsrechnung, daß die Membrane der Erfindung erheblich geringere Maximal spannungen hat als die der bekannten Technik und folglich ihre Lebensdauer und ihre Hublänge größer als die der bekannten Technik nach Fig. 1 sind. The above calculation gave the result that the cross-section tending to tear is at radius "r" and consequently the diaphragm of the invention must be dimensioned so that its tension does not become too high at the inner radius "r" . This applies for the time being until more precise calculation methods may be found later. In any case, the comparison calculation shows that the membrane of the invention has considerably lower maximum voltages than that of the known technology and consequently its service life and its stroke length are greater than that of the known technology according to FIG. 1.

Als weiteres Beispiel soll eine Membrane berechnet werden, die der der Vortechnik der Fig. 1 sehr nahe kommt, aber trotzdem nach dem Prinzip der Erfindung ausgebildet ist. Ihr Innenradius sei daher nur 4 mm.As a further example, a membrane is to be calculated that comes very close to that of the prior art of FIG. 1, but is nevertheless designed according to the principle of the invention. Their inner radius is therefore only 4 mm.

Dann erhält man nach obigen Formeln folgende Verhältnisse:Then the following relationships are obtained using the formulas above:

Die Membrane ist demnach wieder um so höher belastet und bricht um so früher, je kleiner der Innenradius "r" ist. Demnach müßte man den Innenradius "r" möglichst groß machen, zum Beispiel:Accordingly, the membrane is subjected to a higher load and breaks the earlier, the smaller the inner radius "r" . Accordingly, one would have to make the inner radius "r" as large as possible, for example:

Diese Membrane mit großem Innenradius "r" ist also viel geringer belastet, als die mit dem kleinen Innenradius "r", was wieder deutlich für den Wert der Membrane nach der gegenwärtigen Erfindung spricht.This membrane with a large inner radius "r" is therefore loaded much less than that with a small inner radius "r" , which again clearly speaks for the value of the membrane according to the present invention.

In der Praxis ist dem, den Innendurchmesser "r" groß zu machen, eine Grenze gesetzt, weil die Membrane ja nicht unendlich dünn ist, sondern eine Dicke "t" hat. Daher ist noch die Dicke "t" zu berücksichtigen, und zwar ist der Posten "t sin d/2" aus Gleichung (3) hinzuzuaddieren. Für die letztere berechnete Membrane mit Innenradius r = 25 mm und einer Dicke von 0,4 mm erhielte man dann die zusätzliche Spannung in den Außenfasern mit:In practice there is a limit to making the inside diameter "r" large, because the membrane is not infinitely thin, but has a thickness "t" . The thickness "t" must therefore also be taken into account, and the item "t sin d / 2" from equation (3) must be added. For the latter calculated membrane with an inner radius r = 25 mm and a thickness of 0.4 mm, the additional tension in the outer fibers would then be:

Ist die Membrane dick, zum Beispiel 2 mm dick, dann wird die Zusatzspannung in der Außenfaser bereits sehr hoch, zum Beispiel obiges Ergebnis 62,39 kg pro Quadratmillimeter mal 2/0,4 = 312 kg pro Quadratmillimeter. Die Metallmembrane muß also sehr dünn gehalten werden.If the membrane is thick, for example 2 mm thick, then the additional tension becomes already very high in the outer fiber, for example the result above 62.39 kg per square millimeter by 2 / 0.4 = 312 kg per square millimeter. The Metal membrane must therefore be kept very thin.

Nachdem man das Wesentliche aus obigen Vergleichen erkannt hat, kann man in Zukunft genauer rechnen, indem man die Formel (3) im vollem Umfang benutzt. Sie hat außerdem den Vorteil, daß man direkt sieht, was den größeren Einfluß hat, die radiale Längenveränderung oder die Dicke der Membrane. After recognizing the essentials from the comparisons above, you can one can calculate more accurately in the future by using formula (3) in full used. It also has the advantage that you can see directly what the has greater influence, the radial change in length or the thickness of the Membrane.

Nimmt man an, daß die obigen, vermutlich groß vereinfachten und ebenso vermutlich nicht voll richtigen oder auch mit Fehlern behafteten Überlegungen grob etwa richtig sind, dann wäre anzunehmen, daß dann, wenn die Membrane der Erfindung in Pumphub nahe zu ihrer oberen Endlage gedrückt ist, aber mit ihrer oberen Stirnfläche die untere Stirnfläche der Oberwand der Pumpkammer 37 noch nicht ganz erreicht hat, die größte innere Spannung innerhalb der Membrane im Querschnitt beim Innenradius "r" auftreten würde. Dann aber kann man die obigen Formeln zu einer einzigen zusammenfassen, die dann wie folgt lauten und die maximale Spannung innerhalb der Membrane bei diesen Voraussetzungen direkt geben würde. Sie könnte lauten:Assuming that the above considerations, which are presumably greatly simplified and which are likewise probably not entirely correct or which are also subject to errors, are roughly correct, then it would be assumed that if the diaphragm of the invention in pump stroke is pressed close to its upper end position, but with its upper end face has not yet completely reached the lower end face of the upper wall of the pump chamber 37 , the greatest internal stress within the membrane would occur in cross section at the inner radius "r" . But then you can summarize the above formulas into one, which would then be as follows and would give the maximum tension within the membrane directly under these conditions. It could read:

Darin ist die Berechnung des Neutralradius "C" in die Gleichung hereingebracht worden und der Wert "0,91" für Stahl und die meisten Metalle, der bisher unter dem Bruchstrich stand, wurde so umgeformt, daß er nicht mehr unter dem Bruchstrich steht.The calculation of the neutral radius "C" has been included in the equation and the value "0.91" for steel and most metals, which was previously under the fraction line, has been transformed so that it is no longer under the fraction line.

In der Praxis ist die Pumpkammer aber so geformt, daß die Membrane mit ihrer oberen Stirnfläche an der unteren Stirnfläche der oberen Wand der Pumpkammer anliegt. Dann können sich die Spannungen ändern und evtl. auch verringern, insbesondere dann, wenn die Membrane der Erfindung Bogenformen nach der Fig. 9D erhält und die genannten Stirnflächen diese Formen bilden.In practice, however, the pumping chamber is shaped such that the upper face of the diaphragm lies against the lower face of the upper wall of the pumping chamber. Then the tensions can change and possibly also decrease, in particular if the membrane of the invention is given arc shapes according to FIG. 9D and the end faces mentioned form these shapes.

Es sei noch einmal darauf hingewiesen, daß die obigen Annahmen bisher nur vorläufige Hypothesen des Erfinders sind, die der weiteren Nachprüfung, Berichtigung oder Ergänzung im Laufe der Zeit unterworfen werden mögen.It should be pointed out again that the The above assumptions are only preliminary hypotheses by the inventor that further review, correction or addition over time may be subjected.

Die verschiedenen Membranen mit unterschiedlichen Abmessungen und aus unterschiedlichen Materialien laufen zur Zeit in den Testständen.The different membranes with different dimensions and made of different materials are currently running in the test stands.

Von weiterem Interesse ist nun die Frage, ob die Membrane der Erfindung tatsächlich auch noch aus anderen Gründen, zum Beispiel aus Gründen der geometrischen Formgebung, größere Fördermengen liefert, als die Membrane der bekannten Technik nach Fig. 1 oder 9D.Of further interest is the question of whether the membrane of the invention actually delivers larger delivery quantities than the membrane of the known technology according to FIG. 1 or 9D for other reasons, for example for reasons of geometric shape.

Dazu sieht man in Fig. 1 die gerade Linie "B" für die konisch durch gedrückte Membrane der bekannten Technik. Für den Vergleich muß man hier bei der konischen Durchbiegung bleiben. Die Fördermenge unter dem konischen Ringelement ist nach Eickmannschen Patentanmeldungen:For this purpose can be seen in Fig. 1, the straight line "B" for the conically pressed through membranes of the prior art. For the comparison you have to stick to the conical deflection. According to Eickmann's patent applications, the delivery rate under the conical ring element is:

Daraus erhält man die Fördermenge der Membrane der bekannten Technik nach Fig. 1 zu:From this, the delivery rate of the membrane of the known technology according to FIG. 1 is obtained:

und die der Membrane der Erfindung nach Fig. 2 bis 5 zu:and that of the membrane of the invention according to FIGS. 2 to 5:

Die Fördermenge der Membrane der Erfindung ist also im berechnetem Beispiel 3175/1885 = etwa 1,68mal größer als die der Membrane der Fig. 1 der bekannten Technik, wenn man den Einrichtungshub zugrundelegt. Läßt man die Membrane aber, wie in den Figuren, in beiden axialen Richtungen gleiche Hübe machen, dann ist die Fördermenge der Membrane der Erfindung nach obigem Beispiel 3,36mal größer als die der Membrane der bekannten Technik nach der Fig. 1 beim Einweghub.The delivery rate of the membrane of the invention is thus in the calculated example 3175/1885 = approximately 1.68 times larger than that of the membrane of FIG. 1 of the known technology, if one takes the device stroke as a basis. However, if the membrane is made to have the same strokes in both axial directions, as in the figures, then the delivery rate of the membrane of the invention according to the above example is 3.36 times greater than that of the membrane of the known technology according to FIG. 1 during the one-way stroke.

In Fig. 6 ist ein Segment einer Membrane der Erfindung links der Achse 1700 mit Segmentbegrenzungswinkel "alpha" gezeichnet, so daß man es schräg von oben sieht. Unten findet man wieder die Radien r, C und R im Abstand von der Achse, in der der Radius "null" ist. Der Anstellwinkel " d " ist wieder eingezeichnet und so ist die Dicke "t". Der Querschnitt durch die Membrane beim Radius R ist dann 2R π t und mit "AR" bezeichnet. Der Wert 2π ergibt sich darin daraus, daß das Segment den Sektor "alpha" durch 360° bildet und das ganze Element 360° hat. Da der Umfang-Durchmesser man π ist und der Durchmesser 2R ist, folgt Umfang = 2r π und das multipliziert mit der Dicke "t", um den Querschnitt zu erhalten. Entsprechend erhält man die Querschnitte AC und Ar mit AC = 2C π t und 2r π t. Gezeigt ist in der Figur, daß die die Membrane zerreißende Kraft "KC" im Querschnitt "AC" in beiden Richtungen wirkt und die Spannungen bei Radius "C" sind bereits oben berechnet worden. Die Kraft ist dann jeweils Spannung mal Querschnitt, also "sigma" mal "A". Die Pfeile zeigen auch, daß die die Membrane im Querschnitt "AR" zerreißen wollende Kraft "KR" radial nach innen gerichtet ist, während die die Membrane im Querschnitt "Ar" zerreißen wollende Kraft "Kr" radial nach außen gerichtet ist.In FIG. 6, a segment of a membrane of the invention is drawn to the left of the axis 1700 segment boundary angle "alpha" so that it is seen obliquely from above. At the bottom there are again the radii r, C and R at a distance from the axis in which the radius is "zero". The angle of attack " d " is drawn again and so is the thickness "t" . The cross-section through the membrane at radius R is then 2 R π t and is labeled "AR" . The value 2π results from the fact that the segment forms the sector "alpha" through 360 ° and has the entire element 360 °. Since the circumference diameter is π and the diameter is 2 R , the circumference = 2 r π follows and this multiplied by the thickness "t" in order to obtain the cross section. Correspondingly, the cross sections AC and Ar with AC = 2 C π t and 2 r π t are obtained . It is shown in the figure that the force "KC" tearing the membrane acts in cross-section "AC" in both directions and the stresses at radius "C" have already been calculated above. The force is then tension times cross section, ie "sigma" times "A" . The arrows also show that the membrane in cross-section "AR" tear ending force "KR" is directed radially inward, while the membrane in cross-section "Ar" tear ending force "Kr" is directed radially outward.

Die oben benutzte Gleichung, Gleichung (1), gilt mit Sicherheit nur für die radial außen und innen frei bewegliche Tellerfeder. Sie bei der Berechnung der Membrane zu benutzen, ist also zunächst noch eine vorläufige Annahme, deren Richtigkeit oder Unrichtigkeit später noch weiter untersucht werden mag. Man sieht aus der Fig. 6 direkt, daß der Querschnitt bei "r" wesentlich kleiner ist als der bei "R", so daß der Querschnitt bei "r" weniger Kraft "Kr" tragen kann als Kraft "KR" im Querschnitt "AR". Man sieht aus der Fig. 6 ebenfalls bildlich, daß die Kraft Kr um so kleiner werden muß, je kleiner der Radius "r" wird. Folglich muß die Membrane der bekannten Technik der Fig. 1 früher brechen und die Membrane der Erfindung nach Fig. 2 bis 6 muß länger halten. Man könnte die Querschnitte KR und Kr gleich machen, indem man die Membrane gleichmäßig zunehmend dicker von radial außen nach radial innen ausbildet, so daß die kürzere Umfangslänge bei "r" durch ein dickeres "t" ausgeglichen würde. Dann aber entstehen höhere Außenspannungen, wie inzwischen aus der Gleichung (9) dieser Patentanmeldung bekannt wird.The equation used above, equation (1), certainly only applies to the plate spring that is free to move radially outside and inside. To use them in the calculation of the membrane is therefore still a preliminary assumption, the correctness or inaccuracy of which may be examined further later. It can be seen directly from FIG. 6 that the cross section at "r" is substantially smaller than that at "R" , so that the cross section at "r" can carry less force "Kr" than force "KR" in cross section "AR " . It can also be seen from FIG. 6 that the force Kr has to become smaller the smaller the radius "r" becomes. Consequently, the membrane of the prior art of Fig. 1 must break earlier and the membrane of the invention of Figs. 2 to 6 must last longer. The cross sections KR and Kr could be made the same by making the membrane increasingly thicker from radially outside to radially inside so that the shorter circumferential length at "r" would be compensated for by a thicker "t" . But then higher external voltages arise, as is now known from equation (9) of this patent application.

Es wird im übrigen, auch in der bekannten Technik, angestrebt, die scharfen Formen der Membrane durch Bögen zu ersetzen oder abzurunden. Dann aber mochte man ebenfalls die Spannungen und die Fördermenge gerne kennen, um die Membrane im voraus auf ihre Leistung hin zu berechnen und nicht viele Jahre mit teuren Versuchen zu verbringen. Folglich wird man die Hütte, das Lüger-Lexikon, die Klettsche Formelsammlung oder ähnliche Fachbücher zur Hand nehmen, um Berechnungsformeln zu suchen. Tatsächlich findet man auch Berechnungsformeln für Kreisabschnitte.Incidentally, also in the known technology, strived to replace the sharp shapes of the membrane with arches or to round off. But then you also liked the tensions and the output like to know in order to calculate the performance of the membrane in advance and not spend many years trying expensive things. Hence one becomes the hut, the Lüger lexicon, the Velcro formula collection or similar Use specialist books to search for calculation formulas. Indeed there are also calculation formulas for sections of a circle.

Fig. 7 zeigt daher einen Auszug aus dem Taschenbuch Hütte, in der lediglich der Winkel in Fig. 7 mit alpha bezeichnet ist, weil der in der Hütte benutzte in dieser Anmeldung bereits eine andere Bedeutung hat. Zu der Fig. 7 findet man in der Hütte eine umfangreiche Tafel und die folgenden Formeln: FIG. 7 therefore shows an extract from the paperback hut, in which only the angle in FIG. 7 is designated with alpha, because the one used in the hut already has a different meaning in this application. . To Fig 7 can be found in the cabin an extensive panel and the following formulas:

Mit diesen wunderschönen Formeln, die im allgemeinen sehr praktisch sein mögen, kann man aber bei der Berechnung der gebogenen Membrane nichts anfangen. Denn man will den Winkel "alpha" (der Hütte) wissen, den Radius r (der Hütte) wissen und vor allem den Winkel " ϕ" der Fig. 6 wissen. Dieses aber sind bei der Membrane alles unbekannte Werte, die man ja errechnen will, also noch nicht hat. Wie immer man auch versucht, die Hütte-Formeln umzuwandeln, oder andere Formeln aus den genannten anderen Literaturwerken mit zu benutzen, bleiben doch immer zwei Unbekannte über, so daß man nicht zügig rechnen und die gesuchten Werte für die Membrane nicht finden kann. With these wonderful formulas, which may be very practical in general, you cannot do anything when calculating the curved membrane. Because you want to know the angle "alpha" (the hut), the radius r (the hut) and above all the angle " ϕ " of FIG. 6. But these are all unknown values for the membrane, which you want to calculate, so you don't have them yet. However one tries to convert the hut formulas, or to use other formulas from the other literature mentioned, there are always two unknowns, so that one cannot calculate quickly and cannot find the desired values for the membrane.

Man kann bei diesen Bemühungen schnell Wochen verbrauchen und Hunderte von Blättern mit Versuchen beschreiben, ohne zum Ziel zu kommen.These efforts can quickly consume weeks and hundreds describe sheets with experiments without reaching their goal.

Hier schafft wieder ein RER-Bericht Abhilfe, in dem Eickmann die Fig. 8 mit den dazu später zu erörternden Formeln entwickelt hat. Man sieht darin links der Achse 1700 einen Teil eines Membranbogen-Querschnitts als gebogene Linie mit dem Radius "Q" gezeichnet. Der Trick, den Eickmann hier anwendete, ist der, daß der Winkel " μ/2" halbiert wurde. Dabei erhält man nämlich ein strichliert gezeichnetes Dreieck R, f, das dem mit vollen Linien gezeichneten Dreieck R, f in der Figur entspricht. In dem genannten RER-Bericht wird diese Tatsache benutzt, um alle Werte der Fig. 8 rechnerisch zu entwickeln, so daß man sie so benutzen kann, daß die Berechnungen aller Werte der Bogenmembrane leicht möglich wird. Als Endergebnis der Untersuchung im genannten RER-Bericht kommt heraus, daß der Winkel " d " der Fig. 1 bis 6 einem Viertel des Winkels " μ " der Hütte-Figur nach Fig. 7 entspricht. Im folgenden werden aus dem genannten RER-Bericht die Berechnungsformeln für alle Teile der Figur übernommen. Sie sind:A RER report again helps here, in which Eickmann developed Fig. 8 with the formulas to be discussed later. On the left of axis 1700 you can see part of a membrane cross-section drawn as a curved line with the radius "Q" . The trick Eickmann used here is that the angle " μ / 2" has been halved. This gives a triangle R, f drawn with a broken line , which corresponds to the triangle R, f drawn with full lines in the figure. In the aforementioned RER report, this fact is used to develop all the values in FIG. 8 mathematically so that they can be used in such a way that the calculations of all the values of the arch membrane are easily possible. The end result of the investigation in the RER report mentioned is that the angle " d " of FIGS. 1 to 6 corresponds to a quarter of the angle " μ " of the hut figure according to FIG. 7. In the following, the calculation formulas for all parts of the figure are adopted from the RER report mentioned. You are:

Die wichtigsten Ergebnisse der Untersuchung nach der Fig. 8 sind also die bisher unbekannt gewesenen Formeln (11) und (12), aufgrund derer man nun alle Bögen aller Membranen berechnen kann.The most important results of the investigation according to FIG. 8 are therefore the formulas (11) and (12), which have hitherto been unknown, on the basis of which it is now possible to calculate all arches of all membranes.

Fig. 9 zeigt schematisch die Grundfiguren der in dieser Schrift besprochenen Membranen. Und zwar zeigt Fig. 9A die konusförmig durchgedrückte Membrane der bekannten Technik der Fig. 1. Fig. 9B zeigt die radial außen konusförmig durchgebogene, radial innen plane Membrane der Fig. 2 bis 6 der Erfindung. Fig. 9C zeigt die bogenförmig abgerundete Membrane der bekannten Technik mit den Bogenradien "Rb" und Fig. 9D zeigt radial außen entgegengesetzt bogenförmig abgerundete Membrane der Erfindung mit den Bogenradien "Rbb". Dargestellt ist in Fig. 9 jeweils der Querschnitt einer halben, unendlich dünnen Membrane links der Achse 0 = 1700. Fig. 9 shows schematically the basic figures of the membranes discussed in this document. Namely, Fig. 9A shows the cone-shaped diaphragm pressed through the known technique of Fig. 1. Fig. 9B shows the radially outer cone-shaped by curved radially inner plane membrane of FIG. 2 to 6 of the invention. Fig. 9C shows the arc-shaped rounded membrane of the known technology with the arc radii "Rb" and Fig. 9D shows radially outwardly opposite arc-shaped membrane of the invention with the arc radii "Rbb" . The cross-section of a half, infinitely thin membrane to the left of the axis 0 = 1700 is shown in FIG. 9.

Die gerade durchgedrückte Membrane der bekannten Technik nach Fig. 9A hat dann nach Gleichung (9) die Fördermenge:The membrane which has just been pushed through according to the known technology according to FIG. 9A then has the delivery rate according to equation (9):

Die gerade durchgedrückte Membrane der Erfindung nach Fig. 9B hat nach Gleichung (9) die Fördermenge:The membrane which has just been pushed through according to the invention according to FIG. 9B has the delivery rate according to equation (9):

Die Fördermenge der gebogen durchgedrückten Membrane der bekannten Technik nach Fig. 9C hat die folgende Fördermenge:The delivery rate of the bent diaphragm of the known technology according to FIG. 9C has the following delivery rate:

Und die Fördermenge der gebogen durchgedrückten Membrane nach der Erfindung nach Fig. 9D ist:And the delivery rate of the bent membrane pressed according to the invention according to FIG. 9D is:

mit:With:

in Gleichung (15) und:in equation (15) and:

in Gleichung (16).in equation (16).

Nach diesen vorläufigen Formeln durchgerechnete Beispiele brachten bisher folgende Ergebnisse:Examples calculated according to these preliminary formulas have brought the following results so far:

Bei 30 mm "R"; 15 mm "r" und 3 mm "f" At 30 mm "R"; 15 mm "r" and 3 mm "f"

hat die Membrane der Fig. 9A der bekannten Technik den Winkel " ϕ " = 5,71 Grad und sie fördert beim Einweghub 2,82743 Kubikzentimeter.the membrane of FIG. 9A, the known technique has the angle "φ" = 5.71 degrees, and it promotes at Einweghub 2.82743 cubic centimeter.

Die Membrane der Erfindung nach Fig. 9B hat demgegenüber den Winkel " ϕ " = 11,31 Grad und sie fördert beim Einweghub 4,94801 Kubikzentimeter.In contrast, the membrane of the invention according to FIG. 9B has the angle “ ϕ ” = 11.31 degrees and it promotes 4.94801 cubic centimeters during the one-way stroke.

Die gebogen durchgedrückte Membrane der bekannten Technik nach Fig. 9C hat den Winkel " ϕ " = 5,71 Grad und sie fördert 3,18086 Kubikzentimeter. Alle Förderungen beim Einweghub.The bent, pressed membrane of the known technology according to FIG. 9C has the angle " ϕ " = 5.71 degrees and it conveys 3.18086 cubic centimeters. All subsidies for one-way lifting.

Und die gebogen durchgedrückte Membrane der Erfindung nach Fig. 9D hat den Winkel " ϕ " = 11,31 Grad und sie fördert 5,03607 Kubikzentimeter beim Einweghub.And the bent push membrane of the invention of Fig. 9D has the angle " ϕ " = 11.31 degrees and it promotes 5.03607 cubic centimeters in the one-way stroke.

Die Membrane der Fig. 9B der Erfindung fördert also beim Einweghub 4,94801/2,87243 = das 1,565fache der Membrane der Fig. 9A der bekannten Technik.The membrane of FIG. 9B of the invention thus delivers 4.94801 / 2.87243 on the one-way stroke = 1.565 times the membrane of FIG. 9A of the known technology.

Die Membrane der Fig. 9C der bekannten Technik fördert beim Einweghub das 3,18086/2,82743- = das 1,125fache der Membrane der Fig. 1A der bekannten Technik
und die Membrane der Fig. 9D der Erfindung fördert beim Einweghub das 5,03607/2,82743- = das 1,7811fache der Membrane der bekannten Technik der Fig. 1A.The membrane of FIG. 9C of the known technology promotes 3.18086 / 2.82743- = 1.125 times the membrane of FIG. 1A of the known technology during the one-way stroke
and the membrane of Fig. 9D of the invention conveys 5.03607 / 2.82743- = 1.7811 times the membrane of the prior art technique of Fig. 1A on a one-way stroke.

Die beste Membrane der Erfindung nach dem durchgerechneten Beispiel schafft also das 1,7811fache der Membrane der bekannten Technik der Fig. 9A an Fördermenge, abgesehen davon, daß sie wesentlich geringere innere Spannungen hat und daher eine längere Lebensdauer erwarten läßt.The best membrane of the invention according to the calculated example thus achieves 1.7811 times the membrane of the known technology of FIG. 9A in terms of delivery volume, apart from the fact that it has significantly lower internal stresses and therefore a longer service life can be expected.

In den einschlägigen RER-Berichten sind die wichtigen Grundlagen in die Taschenrechner Casio 602 P einprogrammiert, einschließlich der Berechnung der Außenfaserspannungen. So kann man für jede entsprechende Dicke der betreffenden Membrane den günstigsten Innenradius "r" erhalten.The relevant basics are programmed into the Casio 602 P pocket calculator in the relevant RER reports, including the calculation of the external fiber tensions. So you can get the most favorable inner radius "r" for each corresponding thickness of the membrane in question.

Claims

1. High-pressure diaphragm for a pump, in which the circular plate diaphragm is axially deformable in a pump chamber with a top and bottom wall, the chamber below the diaphragm is provided with a pressure fluid supply and above the diaphragm with inlet and outlet valves, and the diaphragm below At both ends of the diaphragm, periodically changing pressures are axially deformed, at least with their radially central part, separating the pressure fluids from both ends of the diaphragm and thus being switched on in the pumping stroke process according to the main patent, characterized in that the diaphragm ( 104 ) has a thinner radially outer one Part ( 1708 ) forms, while a radially inner, thicker middle part ( 1709 ) is arranged, the thickness of which exceeds the thickness of said radially outer part.

2. Unit according to claim 1 and characterized in that between the central part ( 1709 ) and said outer part ( 1708 ) is arranged a radially inwardly thickening transition part ( 1710 ).

3. Unit according to claim 2 and characterized in that the membrane upper and lower end faces ( 1766, 1767 ) formation and the upper and lower walls ( 1, 1768 ) of the pumping chamber ( 35, 37 ) form end faces ( 1513, 1514 ) correspond to the end faces ( 1766, 1767 ) of the diaphragm ( 104 ) deformed after the stroke.

4. Unit according to claim 3 and characterized in that said end faces ( 1513, 1514 ) of said walls ( 1, 1768 ) in the axial projections of said outer part ( 1708 ) of said membrane ( 104 ) arc shapes "Rbb" ( Fig. 9D) with radii above and below the membrane around the axis ( 1700 ) of said membrane ( 104 ).

5. Unit according to claim 1 and characterized in that in the wall ( 1 ) of the chamber ( 37 ) above the membrane ( 104 ) a recess ( 1714, 1715 ) is formed in which a cross-sectional control body movable therein along its axis ( 1700 ) ( 1716 ) is arranged.

6. Unit according to claim 5 and characterized in that said control body ( 1716 ) forms a front part ( 1770 ) and a back part ( 1771 ), between which the middle part ( 1772 ) with its outer guide surface ( 1724 ) on a guide surface ( 1715 ) of said chamber wall ( 1 ) is guided and the front part forms a taper in diameter ( 1721 ).

7. Unit according to claim 6 and characterized in that a stopper ( 1725 ) is arranged on said rear part of the control body ( 1716 ), which runs against a stroke limiting surface ( 1761 ), limits the stroke of the control body ( 1716 ).

8. Unit according to claim 7 and characterized in that the control body ( 1716 ) is provided with a rear end face ( 1769 ) which is associated with a run-up wall ( 1762 ) on said top cover ( 1 ) so that the run-up of said rear face ( 1769 ) limits the stroke of the control body ( 1716 ) in the other stroke direction to said run-up wall ( 1762 ).

9. Unit according to claim 8 and characterized in that said control body is exposed to its stroke movement under fluid pressure on both sides of its axial ends and said taper ( 1721 ) in the front stroke position of the control body has a wide fluid inlet and outlet cross section ( 1763 ) between the top wall ( 1 ) and the control body ( 1716 ), while the control body with its front part ( 1770 ) forms the above-mentioned cross section ( 1763 ) in the rear stroke position of the control body.

10. Unit according to claim 9 and characterized in that the front part ( 1770 ) of the control body ( 1716 ) forms a short cylindrical surface ( 1765 ) which in the rear stroke position of the control body within a likewise axially short cylindrical surface ( 1764 ) of the upper wall ( 1 ) and a narrow diameter tolerance ( 1772 ) is formed between the two surfaces mentioned ( 1764 and 1765 ), which does not exceed the diameter difference of 0.3 millimeters when using membranes made of plastics.

11. Unit according to claim 10 and characterized in that said diameter difference (tolerance) ( 1772 ) is dimensioned so closely, for example, as above, below 0.3 mm that even a thin membrane is not in the annular gap of the diameter -Difference can be squeezed in and consequently the thicker middle part ( 1709 ) of the membrane ( 104 ) is replaced by a thin middle part ( 1709 ) which does not exceed the thickness of the thinner, radial outer part ( 1709 ) of the membrane ( 104 ), so that the Membrane is designed as a disk of the same thickness because the narrowness of the diameter difference mentioned ( 1772 ) also guarantees operational reliability against damage to the membrane, even for the flat circular plate shape of the membrane.

12. Unit according to at least one of the claims or characterized in that a plurality of pump chamber parts ( 35, 37 ) axially or axially and radially offset from one another, are arranged in a common housing ( 1 ), between the respectively adjacent chamber parts 35 and 37 (inner chambers and outer chambers ) axially pushable membranes ( 1704 ) are arranged, each of the outer chambers 35 is assigned a fluid pressure supply ( 1759, 52, 1732, 1733 ), each of the inner chambers 37 is assigned a pressure fluid drain 1760, 1754 , said chambers if the pump wall parts are multi-walled, are sealed by seals 1743 to 1749 between wall parts 1754 to 1758 , if necessary different pistons 52, 1732, 1733 are arranged to promote the individual outer chambers 35 and, if necessary, individual inlet and / or outlet valves 1734, 1736 the individual Chambers 35 and / or 37 are assigned or the axes of the membranes and their assignments n are arranged obliquely at an angle relative to the axis of the common chamber in the common housing 1 .