DE3729726A1 - Membranmaschineneinheit - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet Pumpen- und Verdichterbau, insbesondere auf eine Membranmaschineneinheit.

Die Erfindung ist in Membranmaschineneinheiten mit Membranen anwendbar, deren Oberfläche im Einklemmbereich aus polymerem Material hergestellt ist, um Fluidleckagen bei Membranzerstörung zu verhindern.

Besonders effektiv ist die vorliegende Erfindung in Membranmaschineneinheiten mit Membranen aus Polymeren anwendbar, die Eigenschaften der Eigenspannungsrelaxation aufweisen, z.B. aus Thermoplasten.

Beim Betrieb der Membranmaschineneinheiten sind eventuelle Membranzerstörungen möglich. Diese Zerstörung kann dazu führen, daß das komprimierte Fluid in die Umgebung gelangt, was aus Sicherheitsgründen unzulässig ist, wenn das komprimierte Fluid giftig, toxisch, feuer­ und explosionsgefährlich oder radioaktiv ist, sowie aus wirtschaftlichen Gründen, wenn das komprimierte Fluid sehr teuer und seine Verluste unerwünscht sind.

Ein anderer Aspekt des Problems betrifft Membranmaschineneinheiten mit einem hydraulischen oder pneumatischen Antrieb. Bei diesen Maschinen kann das Treibmittel bei der Zerstörung der Membran in die Arbeitskammer mit dem Fluid eindringen. Außer den oben erwähnten führt dies zu zusätzlichen unerwünschten Folgen, die mit der Verunreinigung des komprimierten Fluids durch das Treibmittel zusammenhängen. In der pharmazeutischen, biologischen und in der Nahrungsmittelindustrie verursacht das einen wirtschaftlichen Schaden und kann in der Medizin für die Menschengesundheit gefährlich werden.

Besonders gefährlich sind in dieser Hinsicht die Membranmaschineneinheiten mit einer einzigen Membran, bei deren Zerstörung die oben erwähnten negativen Folgen mehr oder weniger unvermeidlich sind.

Die beste Lösung dieses Problems ist die Konstruktion von Membranmaschineneinheiten, die zumindest zwei Membranen aufweisen. Bei diesen Einheiten ist der Membranspalt über einen Kanal mit einem Melder für Fluidleckagen in diesem Spalt durch die zerstörte Membran hinduch verbunden. Wird eine beliebige der Membranen zerstört, die den zwischen den Membranen liegenden Spalt bilden, bewirkt der Leckmelder die rechtzeitige Erkennung dieser Störung.

Bekannt ist eine Membranmaschineneinheit (SU, A, 9 94 798), die eine Begrenzungs- und eine Steuerscheibe und drei zwischen ihnen am Umfang eingeklemmte Metallmembranen enthält. Die mittlere Membran weist radiale Schlitze auf, die mit den äußeren Membranen Kanäle bilden, welche den zwischen den Membranen liegenden Spalt mit einem Melder für Fluidleckagen in diesen Spalt durch eine beliebige äußere Membran hindurch verbinden, die beschädigt wurde.

Bei dieser Einheit werden eine rechtzeitige Erkennung der Membranbeschädigung und eine Verhinderung der damit zusammenhängenden negativen Folgen gewährleistet. Die radialen Schlitze in der mittleren Membran sind jedoch Lokalspannungskonzentratoren in den äußeren Membranen, was ihre Zerstörung beschleunigt, während die Reibung der Membranen aneinander und an der Begrenzungsscheibe zur Aktivierung dieses Prozesses beiträgt und die Zuverlässigkeit der Membranmaschine vermindert.

Bekannt ist eine Membranmaschineneinheit (US-A-36 61 060), die eine Begrenzungs- und eine Steuerscheibe enthält. Zwischen den Scheiben sind am Umfang zumindest drei Membranen eingeklemmt, die einen zwischen den Membranen liegenden Spalt bilden, der mit einem Melder für Fluidleckagen in diesen Spalt durch die äußeren Membranen hindurch verbunden ist. Die einander zugewandten Membranflächen und die den Membranen zugewandte Fläche der Begrenzungsscheibe sind dabei aus polymerem Material ausgeführt, während die mittlere Membran Schlitze aufweist, über welche der zwischen den Membranen liegende Spalt mit dem Leckmelder verbunden ist.

Das auf den Membran- und Scheibenflächen vorhandene polymere Material trägt dazu bei, daß die schädliche Wirkung des Verschleißes der Membranen bei ihrer Reibung aneinander und an der Begrenzungsscheibe sowie der Lokalspannungskonzentratoren in Form der Schlitze in der mittleren Membran verringert wird. Durch den Polymerüberzug wird auch die Korrosionswirkung gebremst, was besonders wichtig ist, wenn in der Membranmaschine aggressive Fluide komprimiert werden.

Allerdings weisen die polymeren Materialien Eigenschaften des Fließverhaltens und der Spannungsrelaxation im Bereich ihrer Verformung auf. In wesentlichem Maße besitzen diese Eigenschaften Thermoplaste, z.B. Polytetrafluoräthylen, welches in aggressiven Medien durch seine Inaktivität ihnen gegenüber weitgehend eingesetzt wird.

Durch diese bekannten Eigenschaften werden die Schlitze in der mittleren Membran im Laufe der Zeit mit dem polymeren Material des Überzuges der Membranen ausgefüllt, abgedichtet und somit der zwischen den Membranen liegende Spalt gegen den Leckmelder isoliert.

Der Leckmelder spricht danach bei Beschädigungen der äußeren Membranen nicht mehr an, was zu unzulässigen Folgen führen kann.

Die Zuverlässigkeit der Membranmaschineneinheit wird durch das oben ausgeführte beeinträchtigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine solche Konstruktion der Membranmaschineneinheit zu schaffen, die die Vorteile der polymeren Oberfläche der Membranen mit einer hohen Zuverlässigkeit bei der Überwachung ihrer Beschädigung erfolgreich vereinen würde.

Diese Aufgabe wurde durch Schaffung einer Membranmaschineneinheit gelöst, die eine Begrenzungs- und Steuerscheibe und zumindest zwei zwischen ihnen am Umfang eingeklemmte Membranen enthält, die einen zwischen den Membranen liegenden Spalt bilden, der mit einem Melder für Fluidleckagen in diesen Spalt durch die Membranen hindurch verbunden ist, wobei die einander zugewandten Flächen der Membranen zumindest in ihrem Einklemmbereich aus polymerem Material ausgeführt sind, bei welcher erfindungsgemäß zwischen jedem Paar der Membranen im peripheren Abschnitt ein Metalleinsatz eingebaut ist, der mit einem Ende in den Spalt zwischen den Membranen hineinragt und einen durchgehenden Kanal aufweist, über welchen der zwischen den Membranen liegende Spalt mit dem Leckmelder verbunden ist, wobei die Dicke des Einsatzes die Summendicke des polymeren Materials auf den einander zugewandten Flächen der Membranen im Einklemmbereich derselben nicht überschreitet.

Die vorgeschlagene Membranmaschineneinheit hat eine Konstruktion, bei welcher eine eventuelle Verstopfung des durchgehenden Kanals vermieden ist, der den zwischen den Membranen liegenden Kanal mit dem Melder für die Fluidleckagen in diesen Spalt bei Beschädigung der Membranen verbindet. Das hängt damit zusammen, daß der durchgehende Kanal des Einsatzes im Einklemmbereich der Membranen, wo die Membranen unbeweglich und die Spannungen in den Membranen am größten sind, die Fließeigenschaften des Polymers aber sich in vollem Maße zeigen, gegen das Gelangen des Polymers in diesen vollständig isoliert ist. Im Schwingungsbereich der Membranen sind die Spannungen wesentlich geringer, die Fließeigenschaft des Polymers fehlt, und hier ist der Kanal im Einsatz mit dem zwischen den Membranen liegenden Spalt verbunden.

Dieser Aufbau der Membranmaschine gewährleistet eine zuverlässige Verbindung des Spaltes zwischen den Membranen mit dem Leckmelder über den durchgehenden Kanal unter beliebigen Umständen.

Vorteilhaft ist, daß der Metalleinsatz in der Membranmaschineneinheit ein Paket aus drei aneinander anschließenden und miteinander verbundenen Platten darstellt, von denen die mittlere aus zwei Teilen besteht, deren Länge die Länge der beiden anderen Platten unterschreitet, wobei diese Teile in bezug aufeinander mit einem Längsspalt montiert sind, und dieser Längsspalt und die zwei anderen Platten den durchgehenden Kanal bilden.

Diese Ausbildung des Einsatzes gewährleistet die Einfachheit seiner Konstruktion.

Vorteilhaft ist, daß der Metalleinsatz in der Membranmaschineneinheit einen Briefumschlag darstellt, der aus einem Halbzeug hergestellt ist, dessen Abwicklung eine rechteckige Grundfläche enthält, an deren beiden gegenüberliegenden Seiten sich zwei rechteckige Klappen anschließen, deren jeweilige Länge die Länge der an sie anschließenden Seite der Grundfläche unterschreitet, ihre Summenbreite aber kleiner als die Breite der Grundfläche ist, wobei diese Klappen im gefalteten Zustand mit der Grundfläche in Berührung stehen und untereinander einen Spalt bilden, und sich an die dritte Seite eine dritte rechteckige Klappe anschließt, die mit der Grundfläche gleich groß ist, wobei an der Faltstelle der dritten Klappe eine Öffnung vorgesehen ist, die mit dem durchgehenden Kanal verbunden ist, der durch den Spalt, die Grundfläche der Abwicklung und die dritte rechteckige Klappe gebildet ist, und die vierte Seite der Grundfläche das Ende des Einsatzes darstellt, welches in den Spalt zwischen den Membranen hineinragt.

Diese Ausbildung des Einsatzes sorgt für die Einfachheit seiner Herstellung in Verbindung mit der Technologiegerechtheit.

Zur Erläuterung der Erfindung sind nachstehend Beipiele ihrer Ausführung mit Hinweisen auf Zeichnungen angeführt. Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Membranmaschineneinheit im Axialschnitt;

Fig. 2 die Lage eines Einsatzes im Einklemmbereich der Membranen;

Fig. 3 ein Beispiel für die Ausbildung des Metalleinsatzes aus drei Platten;

Fig. 4 ein Beispiel für die Ausbildung des Metalleinsatzes in Form eines Briefumschlages in Draufsicht;

Fig. 5 eine Abwicklung des briefumschlagförmigen Metalleinsatzes;

Fig. 6 ein Beispiel für die briefumschlagförmige Ausbildung des Metalleinsatzes in Seitenansicht.

Die Membranmaschineneinheit enthält eine Begrenzungs- und eine Steuerscheibe 1 bzw. 2 (Fig. 1) und zumindest zwei zwichen ihnen am Umfang eingeklemmte Membranen 3 und 4, die mit polymerem Material beschichtet sind und einen zwischen den Membranen liegenden Spalt 5 bilden. Der Spalt 5 zwischen den Membranen ist mit einem Melder 6 für Fluidleckagen in diesen Spalt 5 verbunden. Die einander zugewandten Flächen 7 und 8 der Membranen 3 und 4 sind in ihrem Einklemmbereich 9 mit Schichten 10 und 11 aus polymerem Material überzogen. Die Schichten 10 und 11 können sich auf die Gesamtfläche der Membranen 3 und 4 gemäß Fig. 1 ausdehnen. Die Dicke der Schichten 10 und 11 kann sich auf die ganze Dicke der Membranen 3 und 4 ausdehnen, was der Herstellung der Umfangsabschnitte der Membranen 3 und 4 im Bereich 9 vollständig aus Polymer gleichkommt. Die Membranen 3 und 4 können auch vollständig aus Polymer hergestellt sein.

Zwischen jedem Paar der Membranen 3 und 4 ist im peripheren Abschnitt im Einklemmbereich 9 der Membranen 3 und 4 ein Metalleinsatz 12 eingebaut, der mit einem Ende 13 (Fig. 1, 2) in den zwischen den Membranen liegenden Spalt 5 hineinragt. Der Einsatz 12 ist am Umfang angebracht und durch die Innenkontur 14 und die Außenkontur 15 des Einklemmbereiches 9 der Scheiben 1, 2 begrenzt.

Der Metalleinsatz 12 weist einen durchgehenden Kanal 16 auf, über welchen der zwischen den Membranen liegende Spalt 5 mit dem Leckmelder 6 mittels eines in der Begrenzungsscheibe 1 ausgebildeten zusätzlichen Kanals 17 verbunden ist. Der Kanal 17 kann auch in der Steuerscheibe 2 ausgeführt sein. Dieser Spalt 5 ist durch Rauhigkeiten auf den Oberflächen 7 und 8 der Membranen 3 und 4 gebildet.

Die Dicke des Einsatzes 12 überschreitet nicht die Summendicke der Schichten 10 und 11 polymeren Materials auf den Flächen 7 und 8 der Membranen 3 und 4, die in ihrem Einklemmbereich 9 einander zugewandt sind.

Beim Zusammenbau der Membranmaschineneinheit wird der Einsatz 12 zwischen den Membranen 3 und 4 angeordnet und dann durch Anlegen einer gegensinnigen Kraft an den Scheiben 1 und 2 die Membranen 3 und 4 zusammen mit dem Einsatz 12 zwischen den Scheiben 1 und 2 eingeklemmt. Beim Eindringen des Metalleinsatzes 12 in die Schichten 10 und 11 polymeren Materials verformt er dabei die Flächen 7 und 8, und die Membranen 3 und 4 mit den Scheiben 1 und 2 bilden eine Arbeits- und eine Antriebskammer 18 bzw. 19.

Da der durchgehende Kanal 16 innerhalb des Metalleinsatzes 12 ausgebildet ist, wird er durch das verformte polymere Material nicht verstopft. Dadurch wird eine sichere Verbindung des zwischen den Membranen liegenden Spaltes 5 mit dem Leckmelder 6 über den durchgehenden Kanal 16 und den Kanal 17 gewährleistet. Würde die Dicke des Einsatzes 12 die Summendicke der Schichten 10 und 11 polymeren Materials überschreiten, würde bei der Montage der Einsatz 12 zwischen den Membranen 3 und 4 zerquetscht und die Membranen 3 und 4 würden beschädigt.

Der Metalleinsatz 12 (Fig. 3) stellt ein Paket aus drei aneinander anschließenden und miteinander verbundenen Platten dar, von denen die mittlere aus zwei Teilen 20 und 21 besteht. Die Länge dieser Teile 20 und 21 unterschreitet die Länge der beiden anderen Platten 22 und 23. Diese Teile 20 und 21 sind in bezug aufeinander mit einem Längsspalt 24 montiert. Die Platten 22 und 23 und die Teile 20 und 21 der mittleren Platte sind z.B. durch Schweißen, Klebstoff usw. miteinander verbunden und bilden den durchgehenden Kanal 16 (Fig. 2).

Der einfache Aufbau des Einsatzes 12 gewährleistet seine hohe Zuverlässigkeit.

Der Metalleinsatz 12 (Fig. 4) kann auch in Form eines Briefumschlages ausgebildet werden, der aus einem Halbstückzeug hergestellt ist, dessen Abwicklung (Fig. 5) eine Grundfläche 25 enthält. An die beiden gegenüberliegenden Seiten der Grundfläche 25 schließen sich zwei rechteckige Klappen 26 und 27 an, deren jeweilige Länge die Länge der an sie anschließenden Seite der Grundfläche 25 unterschreitet, während ihre Summenbreite kleiner ist als die Breite der Grundfläche 25. Diese Klappen 26 und 27 stehen dabei im gefalteten Zustand mit der Grundfläche 25 in Berührung und bilden untereinander einen Spalt 28 (Fig. 5), während sich an die dritte Seite der Grundfläche 25 (Fig. 5) eine dritte rechteckige Klappe 29 anschließt, die mit der Grundfläche 25 gleich groß ist. An der Faltstelle 30 der dritten Klappe 29 ist dabei eine Öffnung 31 vorgesehen, die mit dem durchgehenden Kanal 16 (Fig. 4) der durch den Spalt 28 (Fig. 5), die Grundfläche der Abwicklung 25 und die dritte rechteckige Klappe 29 gebildet ist, in Verbindung steht, während die vierte Seite 32 der Grundfläche 25 das Ende des Einsatzes 12 darstellt, welches in den zwischen den Membranen liegenden Spalt 5 hineinragt.

Der briefumschlagförmige Einsatz 12 kann mit Lamellen 33 und 34 (Fig. 6) versehen werden, die senkreht zur Grundfläche 25 (Fig. 5) nach entgegengesetzten Seiten abgebogen werden. Durch diese sich an den Zylinderflächen der Membranen 3 und 4 abstützenden Lamellen 33 und 34 wird die Radialverschiebung des Einsatzes 12 in bezug auf die Membranen 3 und 4 während des Zusammenbaus der Membranmaschineneinheit verhindert.

Der briefumschlagförmige Aufbau des Einsatzes 12 erfordert keinen zusätzlichen Arbeitsgang zur gegenseitigen Verbindung seiner Elemente, ist fertigungsgerecht und besitzt eine hohe Zuverlässigkeit. Beim Betrieb der Membranmaschine kommen Beschädigungen der Membranen 3 und 4 vor, die durch ihren Verschleiß oder unvorhergesehenes Eindringen fester Einschlüsse in die Arbeits- und die Antriebskammer 18 und 19 hervorgerufen sind. Ist das der Fall, gelangt das komprimierte Fluid aus der Arbeitskammer 18 oder die Treibflüssigkeit aus der Antriebskammer 19 durch eine als Folge der Beschädigung entstandene Öffnung in der Membran 3 oder 4 in den Spalt 5 zwischen den Membranen. Die Treibflüssigkeit oder das Fluid breitet sich weiter im Spalt 5 aus und dringt in den durchgehenden Kanal 16 des Einsatzes 12 und den zusätzlichen Kanal 17 und weiter in den Leckmelder 6 ein. Der Leckmelder 6 kann z.B. im elektrischen Kreis des Antriebsmotors der Membranmaschine sowie im elektrischen Kreis zur akustischen und optischen Signalisierung in einem Netzwerk zur automatischen Steuerung der Membranmaschine geschaltet sein.

In diesem Fall bewirkt das Ansprechen des Leckmelders 6, wenn das komprimierte Fluid oder die Treibflüssigkeit in diesen eingedrungen ist, das Abschalten des Antriebsmotors, das Stillegen der Membranmaschine und das Erscheinen eines akustischen und eines optischen Störungssignals am Bedienungspult der Maschine. Dadurch werden die Zerstörung der anderen Membran und die damit zusammenhängenden unerwünschten Folgen vermieden.

Claims (3)

1. Membranmaschineneinheit, die eine Begrenzungs- und eine Steuerscheibe (1, 2) und zumindest zwei zwischen ihnen am Umfang eingeklemmte Membranen (3, 4) enthält, einen zwischen den Membranen liegenden Spalt (5) bilden, der mit einem Melder (6) für Fluidleckagen in diesen Spalt durch die Membranen (3, 4) hindurch verbunden ist, wobei die einander zugewandten Flächen (7, 8) der Membranen (3, 4) zumindest in ihrem Einklemmbereich (9) aus polymerem Material ausgeführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen jedem Paar der Membranen (3, 4) im peripheren Abschnitt ein Metalleinsatz (12) eingebaut ist, der mit einem Ende (13) in den Spalt (5) zwischen den Membranen hineinragt und einen durchgehenden Kanal (16) aufweist, über welchen der zwischen den Membranen liegende Spalt (5) mit dem Leckmelder (6) verbunden ist, wobei die Dicke des Einsatzes (12) die Summendicke des polymeren Materials auf den einander zugewandten Flächen (7, 8) der Membranen (3, 4) im Einklemmbereich derselben nicht überschreitet.

2. Membranmaschineneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Metalleinsatz (12) ein Paket aus drei aneinander anschließenden und miteinander verbundenen Platten darstellt, von denen die mittlere aus zwei Teilen (20, 21) besteht, deren Länge die Länge der beiden anderen Platten (22, 23) unterschreitet, wobei diese Teile in bezug aufeinander mit einem Längsspalt (24) montiert sind, der zusammen mit den anderen Platten (22, 23) den durchgehenden Kanal (16) bildet.

3. Membranmaschineneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Metalleinsatz (12) einen Briefumschlag darstellt, der aus einem Halbzeug hergestellt ist, dessen Abwicklung eine rechteckige Grundfläche (25) enthält, an deren beiden gegenüberliegenden Seiten sich zwei rechteckige Klappen (26, 27) anschließen, deren jeweilige Länge die Länge der an sie anschließenden Seite der Grundfläche (25) unterschreitet, ihre Summenbreite aber kleiner als die Breite der Grundfläche (25) ist, wobei diese Klappen (26, 27) im gefalteten Zustand mit der Grundfläche (25) in Berührung stehen und untereinander einen Spalt (28) bilden, und sich an die dritte Seite eine dritte rechteckige Klappe (29) anschließt, die mit der Grundfläche (25) gleich groß ist, wobei an der Faltstelle (30) der dritten Klappe (29) eine Öffnung (31) vorgesehen ist, die mit dem durchgehenden Kanal (16), der durch den Spalt (28), die Grundfläche (25) der Abwicklung und die dritte rechteckige Klappe (29) gebildet ist, in Verbindung steht, und die vierte Seite (32) der Grundfläche (25) das Ende (13) des Einsatzes (12) darstellt, welches in den zwischen den Membranen liegenden Spalt (5) hineinragt.