DE3815252A1 - Ringmembranpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Ringmembranpumpe mit einer verfahr­ baren Ringmembrane und einem darin befindlichen, um­ laufenden Rollkolben, wobei die Ringmembrane ein radial nach außen überstehendes, zwischen Pumpeneinlaß und -Auslaß im Pumpengehäuse befestigtes Einspann- oder Haltestück oder dgl. sowie gegebenenfalls wenigstens einen inneren Ringwulst aufweist.

Aus der DE-PS 29 11 609 ist eine solche Membranpumpe bereits bekannt. Bei dieser Pumpe überläuft der Rollkolben mit jeder Umdrehung einmal das Einspannstück, welches dem Rollkolben dabei einen höheren Ausweichwiderstand entgegen­ setzt als der übrige Bereich der Ringmembrane. Die material­ bedingte Eigennachgiebigkeit der Ringmembrane ist so be­ messen, daß sie sich einerseits zwar gut verformen läßt, in Umfangsrichtung jedoch eine möglichst geringe Dehnfähig­ keit hat. Diese Materialabstimmung auf den Membranbereich außerhalb des Einspannstückes hat aber zur Folge, daß bei dem Einspannstück die vorerwähnte, vergleichsweise geringe Nachgiebigkeit vorhanden ist. Insbesondere bei Betrieb der Pumpe mit höheren Drehzahlen macht sich dies durch einen "unrunden" Lauf und Vibrationen nachteilig bemerk­ bar.

Um diese Nachteile zu mildern, ist in der DE-OS 28 53 916 vorgeschlagen worden, im Bereich des Einspannstückes eine Auswölbung der Ringmembrane vorzusehen. Aber auch dadurch ergibt sich für den Rollkolben keine stoßfreie glatte Umlauffläche und außerdem ist dadurch auch die Herstellung der Ringmembrane komplizierter.

Insbesondere für das Ansaugen von gasförmigen Medien (Selbstansaugen) ist eine dichte Anlage des vom Roll­ kolben beaufschlagten Membranabschnittes an der Arbeits­ raum-Innenwand erforderlich. Dazu muß ein entsprechender Andruck der Membrane an die Innenwand erfolgen. Um dies auch bei Berücksichtigung der bei der Herstellung auf­ tretenden Maßtoleranzen zu erreichen, ist eine etwas höhere Druckbeaufschlagung und damit eine Quetschung der Membrane im allgemeinen nicht zu vermeiden. Dies ist jedoch unerwünscht, da hierdurch der angestrebte, leichte, glatte Lauf der Pumpe mit geringer Walkarbeit und entsprechend geringer Antriebsleistung sowie hoher Lebensdauer der Membrane ungünstig beeinflußt sind. Außerdem ist man aus den vorgenannten Gründen bestrebt, die Ringmembrane so dünn wie möglich zu gestalten, was aber wegen der auftretenden Quetschung nur in geringem Umfange bisher realisierbar war.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Ringmembran­ pumpe der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die bezüg­ lich ihrer Laufeigenschaften und der Lebensdauer ihrer Membrane verbessert ist. Insbesondere soll dabei ein weitgehend stoßfreier und gleichmäßiger Umlauf des Roll­ kolbens vorhanden sein und es soll bei guten Betriebsei­ genschaften auch die Verwendung dünner Ringmembranen möglich sein.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß ins­ besondere vorgeschlagen, daß das Einspann- oder Halte­ stück wenigstens eine seine elastische Nachgiebigkeit erhöhende Schwächung aufweist.

Durch diese Schwächung setzt das Einspann- oder Haltestück dem darüber hinweglaufenden Rollkolben einen reduzierten Ausweichwiderstand entgegen, wodurch insgesamt ein wesent­ lich runderer Umlauf des Rollkolbens erreicht wird. Zweckmäßigerweise ist die Schwächung des Einspann- oder Haltestückes eine Querschnittsschwächung, die vorzugs­ weise durch Ein- beziehungsweise Ausformungen gebildet ist. Die Anzahl bzw. Art und Anordnung der Ein- bzw. Aus­ formungen bestimmt dabei zusammen mit den Material­ eigenschaften die elastische Nachgiebigkeit im Bereich des Einspannstückes.

Die elastische, insbesondere radiale Nachgiebigkeit der Ringmembrane im Bereich des Einspannstückes ist dabei zweckmäßigerweise so bemessen, daß diese bei der Beaufschlagung mit dem Rollkolben etwa der elastischen Nachgiebigkeit in ihrem übrigen Umfangsbereich entspricht. Beim Umlauf des Rollkolbens ergibt sich somit in jeder Rollkolbenstellung ein etwa gleicher Ausweichwiderstand der Ringmembrane und damit praktisch ein etwa stoßfreier Umlauf.

Dazu trägt nach einer Weiterbildung der Erfindung auch bei, daß die Ringmembrane in unverformtem Zustand eine durchgehend kreisförmige Innenseite aufweist. Darüber hinaus ist eine solche Ringmembrane auch wesent­ lich einfacher herstellbar.

Zur Verbesserung der Laufeigenschaften und der Lebensdauer der Ringmembranpumpe ist bei einer solchen, mit einer in der Ringmembrane befindlichen Ringwulst sowie einer in dem Rollkolben vorgesehenen Ringnut dafür nach einer Weiterbildung der Erfindung, für die selbständiger Schutz beansprucht wird, vorgesehen, daß der kleinste Abstand zwischen dem Ringnut-Grund des Rollkolbens und der Innenwand des Pumpen-Arbeitsraumes etwas kleiner ist als die Dicke der Ringmembrane mit Ringwulst.

Dadurch wird erreicht, daß die Membrane zumindest im Bereich ihrer Ringwulst dicht an das Pumpengehäuse angedrückt wird, so daß auch für das Ansaugen von gas­ förmigen Medien die erforderliche Abdichtung vorhanden ist. Gleichzeitig wird hierbei die sonst notwendige Pressung im übrigen Membranbereich vermieden. Dies wiederum ermöglicht die Verwendung von sehr dünnen Membranen, die hinsichtlich der Laufeigenschaften er­ heblich günstiger sind.

Etwa vergleichbar mit den Maßnahmen beim Einspannstück ist auch bei der Ringwulst vorgesehen, daß diese eine oder mehrere Einformungen oder dgl. zur Bildung eines Materialverdrängungsraumes und/oder zur Erhöhung der insbesondere radialen, elastischen Nachgiebigkeit auf­ weist. Dadurch können im Plusbereich liegende Her­ stellungstoleranzen im Bereich des Ringwulstes abge­ fangen werden, ohne daß damit der übrige Membranbereich belastet werden muß.

Zusätzliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Unteransprüchen aufgeführt. Nachstehend ist die Erfindung mit ihren wesentlichen Einzelheiten anhand der Zeichnungen noch näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 einen Querschnitt einer Ringmembranpumpe,

Fig. 2 einen Längsschnitt einer Ringmembranpumpe,

Fig. 3 eine zum Teil im Schnitt gehaltene Seitenan­ sicht einer Ringmembrane,

Fig. 4 eine gegenüber Fig. 3 um 90° verdrehte Ansicht einer zum Teil im Schnitt gehaltenen Ringmem­ brane und

Fig. 5 eine Querschnittsdarstellung einer Ringmembranpumpe ähnlich Fig. 1, hier jedoch mit dem Rollkolben in einer von Ein- und Auslaß abgewandten Stellung.

Eine in den Fig. 1, 2 und 5 im Schnitt gezeigte Ring­ membranpumpe 1 weist in einem Pumpengehäuse 2 einen Pumpen­ raum 3 mit darin befindlicher Ringmembrane 4 auf. Inner­ halb dieser Ringmembrane 4 ist ein umlaufender Rollkolben 5 angeordnet, der von einem Exzenterantrieb 6 (Fig. 2) angetrieben wird. Dieser Exzenterantrieb 6 weist einen Exzenterzapfen 7 mit darauf gelagertem Wälzlager 8 auf, welches die Innenseite 9 des Rollkolbens 5 beaufschlagt und diesen in eine umlaufende Abwälzbewegung versetzt.

Die Ringmembrane 4 weist einen ringförmigen Teil 11 und seitlich sich daran anschließende Seitenflansche 10 auf, wie dies gut in den Fig. 2 bis 4 erkennbar ist. Weiterhin ist ein Einspann- oder Haltestück 12 vorge­ sehen, welches in Arbeitsstellung der Pumpe zwischen Pumpeneinlaß 13 und Pumpenauslaß 14 gelagert ist. Im Bereich des Einspann- oder Haltestückes 12 sind die beiden Seitenflansche 10 laschenartig nach außen er­ weitert.

In entspannter Lage ist der ringförmige Teil 11 der Ringmembrane 4 im wesentlichen kreisrund. Durch Beauf­ schlagung mit dem Rollkolben 5 erfolgt eine Auslenkung der Ringmembrane 4 und eine etwa birnenförmige Ver­ formung (vgl. Fig. 1 und 5) . Die Membrane ist dabei so ausgebildet, daß sie sich zwar gut in ihrer Querschnitts- Umrißform (z. B. Fig. 1 u. 5) verformen läßt, in Umfangs­ richtung jedoch eine nur geringe Dehnfähigkeit hat. Dazu trägt auch bei, daß innenseitig der Ringmembrane 4 ein stegartiger, umlaufender Ringwulst 15 vorgesehen ist.

Während des Betriebes überläuft der Rollkolben 5 pro Umdrehung einmal den Bereich des Haltestückes 12, wobei in diesem Bereich durch die dort vorhandene, höhere Materialansammlung bisher eine Stoßbeaufschlagung des Rollkolbens 5 erfolgte, woraus ein unrunder Lauf und Vibrationen resultierten.

Erfindungsgemäß sind nun zur Verbesserung der Laufeigen­ schaften im Bereich des Einspann- oder Haltestückes 12 und auch im Bereich des ringförmigen Teiles 11 der Ring­ membrane 4 besondere Maßnahmen vorgesehen. Im Bereich des Einspann- oder Haltestückes 12 bestehen diese Maß­ nahmen insbesondere darin, daß die elastische Nach­ giebigkeit des Haltestückes 12 insbesondere in radialer Richtung erhöht wurde. In den Zeichnungen ist gut er­ kennbar, daß dies durch eine besondere Ein- bzw. Aus­ formung des Einspann- oder Haltestückes 12 erreicht wird.

Zur Erzielung dieser erhöhten, radialen Nachgiebigkeit ist das Einspann- oder Haltestück 12 im gezeigten Aus­ führungsbeispiel im Querschnitt etwa S- oder Z-förmig mit seitlichen, randoffenen Ausnehmungen 16, 17 versehen. Diese beiden Ausnehmungen weisen in entgegengesetzte Richtungen, wobei im Ausführungsbeispiel die Ausnehmung 16 dem Auslaß und die Ausnehmung 17 dem Einlaß zugewandt sind.

Die restliche Wandungsdicke des Haltestückes 12 und auch die Größe der Ausnehmungen 16, 17 sind insbesondere so bemessen, daß die elastische Nachgiebigkeit der Ring­ membrane 4 im Bereich des Einspann- oder Haltestückes 12 etwa der elastischen Nachgiebigkeit der Ringmembrane in ihrem übrigen Umfangsbereich entspricht oder zumindest weitgehend dieser Nachgiebigkeit entspricht. Dadurch wird über den gesamten Umlauf des Rollkolbens diesem ein praktisch gleichbleibender Ausweichwiderstand entgegen­ gesetzt. Daraus resultiert ein besonders runder und vibrationsarmer Lauf der Pumpe.

Außer der gezeigten Formgebung des Einspann- oder Halte­ stückes 12 können auch andere Schwächungs-Maßnahmen vorgesehen sein, die zu dem vorgenannten Effekt führen. Beispielsweise können auch seitlich offene oder ge­ schlossene Hohlräume vorgesehen sein.

Das Einspann- oder Haltestück 12 ist in eine Ausnehmung 18 des Pumpengehäuses 2 eingesetzt, an die sich radial nach innen eine Erweiterung 19 anschließt. In diese Er­ weiterung 19 münden von entgegengesetzten Seiten und etwa tangential bezogen auf den Pumpenraum 3 ein Pumpen­ einlaßkanal 13 a und ein Pumpenauslaßkanal 14 a. Durch die Erweiterung 19 ist einerseits Freiraum für die Feder­ bewegungen des Haltestückes 12 vorhanden und andererseits bildet diese, durch das Haltestück 12 aufgeteilte Er­ weiterung 19 gleichzeitig auch auf der einen Seite eine Einlaßverbindung und auf der anderen Seite eine Auslaß­ verbindung zwischen Pumpenraum 3 und den Kanälen 13 a und 14 a. In Fig. 1 befindet sich der Rollkolben 5 zwischen Ein- und Auslaß, wobei die Erweiterung 19 durch die Ringmembrane 4 geschlossen und das Haltestück 12 "eingefedert" ist.

Fig. 5 zeigt eine gegenüber Fig. 1 um 180° weiterge­ drehte Rollkolbenstellung, wo sich das Haltestück 12 in maximal "ausgefederter" Lage befindet. Die Ring­ membrane 4 ist hierbei von der Erweiterung 19 abge­ hoben, so daß der Einlaß und der Auslaß Verbindung zu dem Pumpenraum 3 haben. Durch die besondere Ausbildung und Mitverwendung der Erweiterung 19 als Ein- und Aus­ laßkanalabschnitt liegen die Ein- und Auslaßstellen des Pumpenraumes 3 sehr nahe beieinander, so daß sich unter anderem auch ein hoher volumetrischer Wirkungs­ grad ergibt.

Zur Verbesserung der Laufeigenschaften der Pumpe sind auch im übrigen Bereich der Ringmembrane 4, insbesondere bei deren ringförmigen Teil 11, entsprechende Maßnahmen vorgesehen. Wie bereits vorerwähnt, weist die Ringmem­ brane 4 innenseitig und im Ausführungsbeispiel mittig eine umlaufende Ringwulst 15 auf. Diese Ringwulst 15 greift in eine Ringnut 20 des Rollkolbens 5 in dem Bereich ein, wo der Rollkolben die Ringmembrane 4 beaufschlagt.

Um nun einen genügenden Andruck der Membrane an die Pumpenrauminnenwand zu erreichen, andererseits aber um die Membrane vor unnötiger Quetschung zu bewahren, ist der kleinste Abstand a (vgl. Fig. 2) zwischen dem Grund 21 der Rollkolben-Ringnut 20 und der direkt benachbarten lnnenwand des Pumpenraumes etwas kleiner bemessen als die Dicke der Ringmembrane zusammen mit der Ringwulst 15. Somit wird in diesem Bereich für eine genügende Druckübertragung zwischen Rollkolben und Membrane gesorgt, die zu einem dichten Anliegen der Membrane am Pumpeninnenraum 3 führt. Dadurch ist man in der Lage, die axial neben dem Ringwulst 15 liegenden Membran­ bereiche weniger druckzubeaufschlagen, was durch ent­ sprechende Dimensionierung der Abstände zwischen Roll­ kolben und Pumpenrauminnenwand bzw. durch eine etwas geringere Dicke der Ringmembranbereiche erreicht werden kann.

Die Haupt-Druckübertragung zwischen Rollkoben 5 und Ringmembrane 4 erfolgt somit im vergleichsweise schmalen Mittelbereich bei der Ringwulst 15, durch die eine unnötige Flächenpressung der daneben liegenden Membran­ bereiche vermieden werden kann. Da diese seitlichen Bereiche infolgedessen auch weniger gewalkt werden, lassen sich nun auch Ringmembranen 4 mit wesentlich geringerer Dicke herstellen, was wiederum eine geringere Antriebsleistung erfordert.

Um im Haupt-Druckbereich bei der Ringwulst 15 kontrol­ lierte Druckverhältnisse zu erreichen, ist dieser Bereich so ausgebildet, daß einerseits zwar eine sichere Anlage der Ringmembrane erreicht wird, andererseits aber eine unnötig hohe Druckbelastung auch hier vermieden wird. Dazu kann als eine Maßnahme vorgesehen sein, daß die axiale Breite der Ringwulst 15 etwas schmaler ist als die lichte Breite der Rollkolben-Ringnut 20 (vgl. Fig. 2). Dadurch wird die Membrane sicher zur Anlage geführt und im Verlauf einer weiteren Druckbelastung ist dann seitlich in der Ringnut 20 genügend Platz für eine seitliche Materialverdrängung.

Vergleichbar mit den Einformungen bei dem Einspann- oder Haltestück 12 kann auch bei der Ringwulst 15 eine entsprechende Ausbildung vorgesehen sein. Beispielsweise können in den Seitenflanken der Ringwulst 15 vorzugsweise umlaufende Einformungen 22 vorgesehen sein, wie dies in Fig. 2 strichliniert angedeutet ist. Auch dadurch ist eine Erhöhung der radialen, elastischen Nachgiebigkeit vorhanden und gleichzeitig auch ein Materialverdrängungs­ raum.

Sind in der Ringwulst 15 Einformungen (z. B. 22) vor­ handen, so kann die Breite der Ringwulst 15 paßgenau zu der Rollkolben-Ringnut 20 vorgesehen sein.

Die vorbeschriebene dichte Anlage der Ringmembrane am Pumpeninnenraum bei gleichzeitig geringer Quetsch- oder Druckbelastung hat den wesentlichen Vorteil, daß einer­ seits eine sichere Ansaugung auch bei niederviskosen Medien, insbesondere aber auch bei Luft, sichergestellt ist und daß andererseits aber auch nur geringe Material­ belastungen der Ringmembrane 4 während des Betriebes auftreten. Unter anderem ist dadurch die Verwendung sehr dünner Ringmembranen möglich. Wegen der für solche Membranen geringeren, notwendigen Verformungsenergie läßt sich dadurch auch die notwendige Antriebsleistung reduzieren. Außerdem tritt eine geringere Erwärmung auf.

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

Claims (16)

1. Ringmembranpumpe mit einer verformbaren Ringmembrane und einem darin befindlichen, umlaufenden Rollkolben, wobei die Ringmembrane ein radial nach außen überstehendes, zwischen Pumpeneinlaß und Pumpenauslaß im Pumpenge­ häuse befestigtes Einspann- oder Haltestück oder dgl. sowie gegebenenfalls wenigstens einen inneren Ringwulst aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Einspann- oder Haltestück (12) wenigstens eine seine elastische Nachgiebigkeit erhöhende Schwächung auf­ weist.

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwächung des Einspann- oder Haltestückes (12) eine Querschnittsschwächung ist, die vorzugsweise durch Ein- bzw. Ausformungen gebildet ist.

3. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein- bzw. Ausformungen Ausnehmungen, z. B. axial orientierte Querlöcher sind.

4. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein- bzw. Ausformungen durch wenigstens eine seitlich ihrer axialen Erstreckung einseitig randoffene, vorzugsweise axial orientierte Ausnehmung (16, 17) gebildet ist.

5. Pumpe nach einem oder mehreren der vorstehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in den einer­ seits der Ansaugseite und andererseits der Auslaß­ seite zugewandten Seiten des Einspann- oder Halte­ stückes lageversetzte, insbesondere in radialer Richtung versetzte Ausnehmungen (16, 17) vorgesehen sind.

6. Pumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Einspann- oder Haltestück (12) im Querschnitt etwa S- oder zick-zack­ förmig ausgebildet ist.

7. Pumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische, ins­ besondere radiale Nachgiebigkeit der Ringmembrane (4) im Bereich des Einspann- oder Haltestückes (12) bei Beaufschlagung mit dem Rollkolben etwa der elastischen Nachgiebigkeit der Ringmembrane in ihrem übrigen Umfangsbereich entspricht.

8. Pumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Einspannstück einen oder mehrere Hohlräume aufweist.

9. Pumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Einspann- oder Halte­ stück (12) bereichsweise aus Material mit gegenüber den übrigen Bereichen größerer elastischer Nachgiebig­ keit besteht.

10. Pumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Einspann- oder Halte­ stück wenigstens einen geschlossenen Hohlraum aufweist, der mit Gas und/oder Flüssigkeit oder dgl. gefüllt ist.

11. Pumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Einspann- oder Haltestück im Pumpengehäuse (2) eine Ausnehmung (18) mit einer radial innenliegenden, über den Umriß in etwa tangentialer Richtung des Einspannstückes hinaus­ gehenden und zum Arbeitsraum (3) hin offenen Erweiterung (19) vorgesehen ist, in die von der einen Seite der Einlaßkanal (13 a) und von der anderen Seite der Aus­ laßkanal (14 a) münden.

12. Pumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringmembrane (4) in unverformtem Zustand eine durchgehend kreisförmige lnnenseite aufweist.

13. Ringmembranpumpe mit einer in der Ringmembrane befind­ lichen Ringwulst sowie mit einer in dem Rollkolben vorgesehenen Ringnut dafür, insbesondere nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der kleinste Abstand (a) zwischen dem Ringnut-Grund (21) des Rollkolbens (5) und der lnnen­ wand des Pumpen-Arbeitsraumes etwas kleiner ist als die Dicke der Ringmembrane mit Ringwulst.

14. Pumpe nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringwulst (15) eine oder mehrere Einformungen (22) oder dgl. zur Bildung eines Materialverdrängungs­ raumes und/oder zur Erhöhung der insbesondere radialen, elastischen Nachgiebigkeit aufweist.

15. Pumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringmembrane (4) in ihren seitlich neben der Ringwulst (15) befindlichen Bereichen eine Dicke hat, die gleich oder kleiner ist als der kleinste lichte Abstand zwischen Roll­ kolben-Außenseite und der Arbeitsrauminnenwand.

16. Pumpe nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Rollkolben-Ringnut etwas größer ist als die Breite des Ringwulstes (15).