DE3838141A1 - Membranpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Membranpumpe entsprechend dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Man kennt bereits zahlreiche Membranpumpen mit einem Pum­ pengehäuse und einer zwischen Teilen dieses Pumpengehäuses am Rand eingespannten Pumpenmembrane, die von einem Pleuel bewegt wird (z. B. DE-OS 30 05 834). Solche Membranpumpen werden auch in Doppel-Ausführung mit zwei Pumpenteilen und z. B. einem dazwischen liegenden Elektromotor hergestellt. Solche Membranpumpen haben sich für zahlreiche Anwendungs­ zwecke gut bewährt, z. B. zum Erzeugen von Unterdruck oder als Verdichter. Jedoch weisen derartige mit einer Pump­ membrane ausgerüsteten Pumpen auch noch Nachteile auf, ins­ besondere hinsichtlich ihrer Geräuschbildung. Die Pump­ membrane strahlt nämlich insbesondere wegen der ihr vom Pleuel aufgezwungenen Oszillationsbewegungen, aber auch wegen an der Pumpmembrane selbst auftretenden Schwingungen, nicht unerhebliche Geräusche ab. Die letztgenannten Schwingungen entstehen aufgrund des während des Ansaug- und Verdichtungsvorganges auftretenden Druckwechsels beim Betrieb der Pumpe.

Um die Geräuschabstrahlung solcher Membranpumpen zu ver­ mindern, hat man bisher den das Pleuel aufnehmenden Kur­ belraum verschlossen. Dadurch lassen sich zwar die nach außen dringenden Geräusche vermindern, dafür müssen aber andere Nachteile in Kauf genommen werden. Beispielsweise verhindert ein allseitig geschlossener Kurbelraum dessen gute Kühlung, was zu einer Begrenzung des Maximaldrucks der Pumpmembrane infolge der dann auftretenden Wärmeent­ wicklung führt.

Bei den vorerwähnten, in Reihe gebauten zweiköpfigen Pumpen besteht praktisch keine gute Durchlüftungsmöglich­ keit und somit keine Kühlmöglichkeit des zwischen den Kurbelgehäusen liegenden Elektromotors.

Membranpumpen der eingangs erwähnten Art werden bereits seit langer Zeit gebaut und nicht selten z. B. in Unter­ suchungslaboratorien eingesetzt und dort wirkt sich in Anwesenheit von etlichen, oft hochpräzise und konzen­ triert arbeitenden Personen die Geräuschbildung störend aus. Das gilt insbesondere, wenn z. B. eine Membranpumpe aus dem Unterdruckbereich in den Überdruckbereich "gefahren" wird. Es kann dann zu einer Erhöhung der Geräuschemission von bis zu 40% gegenüber normalem Pumpen­ betrieb kommen.

Es besteht daher die Aufgabe, eine Membranpumpe der ein­ gangs erwähnten Art zu verbessern, daß ihre Geräuscher­ zeugung mit vergleichsweise einfachen Mitteln vermindert wird, ohne daß andere Beeinträchtigungen an einer ein- oder zweiköpfigen Pumpe in Kauf genommen werden müssen.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht bei einer Membranpumpe der eingangs erwähnten Art insbesondere darin, daß zwischen der Pumpenmembrane und dem pumpen­ membranfernen Teil des Pumpengehäuses eine Geräusch- Abschirmeinrichtung vorgesehen ist, die den pumpmembran­ fernen Teil des Pumpengehäuses gegenüber der Pumpen­ membrane schalldämpfend abschließt.

Versuche haben überraschenderweise gezeigt, daß man mit einer solchen geräuschgedämpften Membranpumpe die Ge­ räuschabstrahlung auch bei guter Kühlung des Kurbelge­ häuses nicht nur kleiner halten kann als bei vergleich­ baren Membranpumpen mit offenem Gehäuse, sondern sogar noch merkbar kleiner als bei vergleichbaren, vorbekann­ ten Pumpen mit geschlossenem Kurbelgehäuse.

Eine vorteilhafte Ausbildung der erfindungsgemäßen Mem­ branpumpe besteht darin, daß die Geräuschabschirmein­ richtung ein biegsames, flaches Wandteil aufweist, das vorzugsweise mit seinem Außenrand im Pumpengehäuse und zweckmäßigerweise mit dem Rand eines etwa zentralen Durchbruchs am Pleuel, zweckmäßigerweise beim Pleuelkopf, befestigt ist derart, daß von der Geräusch-Abschirm­ einrichtung zumindest geringere geräuschrelevante Schwingungen ausgehen als von der Pumpenmembrane, vor­ zugsweise praktisch keine solche Schwingungen.

Nach einer bevorzugten Ausführung weist die Geräuschab­ schirmeinrichtung einen elastischen Abstandhalter zwischen dem Wandteil und dem Pleuelkopf oder dgl. auf. Durch diese Maßnahme werden geräuchbildende Schwingungen des flachen Wandteiles der Geräuschabschirm­ einrichtung noch weiter herabgesetzt.

Bei einer solchen Ausbildung der Membranpumpe ist es besonders vorteilhaft, wenn der Abstandhalter aus einem elastische Ring oder dgl. aus Schaumgummi od. dgl. nach­ giebigem und gleichzeitig schalldämpfendem Werkstoff besteht. Dann erfolgt auch bereits ein zusätzliches Dämpfen des von der Pumpenmembrane ausgehenden Schalles in dem elatischen Ring aus Schaumgummi oder dgl. schall­ dämpfendem Werkstoff.

Nach einer etwas abgewandelten Ausführungsform kann der elastische Abstandhalter auch im wesentlichen aus etwa senkrecht zur Ebene der Geräusch-Abschirmeinrichtung stehenden, elastischen Vorsprüngen, Rippen oder dgl. be­ stehen, die an dem vorzugsweise durch eine kreisförmige Scheibe gebildeten Wandteil angebracht sind. Gegebenenfalls kann der elastische Abstandhalter, vorzugs­ weise die elastischen Vorsprünge einstückig mit dem ela­ stischen Wandteil, insbesondere der Scheibe verbunden sein und im wesentlichen die Geräusch-Abschirmeinrichtung bilden.

Dabei ist sowohl eine durchgehend einstückige Ausbildung von elastischem Ring einschließlich seiner Vorsprünge einerseits in Verbindung mit dem flachen Wandteil als auch eine Klebeverbindung zwischen solchen Teilen möglich. Die durchgehend einstückige Ausbildung vereinfacht sowohl die Herstellung als auch die Montage. Das Verkleben eines bei­ spielsweise aus Schaumgummi bestehenden elastischen Ringes mit dem flachen Wandteil ermöglicht die Herstellung einer zusammenhängenden Geräusch-Abschirmeinrichtung aus zwei unterschiedlichen Werktoffen mit jeweils vorteilhaften Werkstoffeigenschaften und gleichzeitig eine vereinfachte Montage.

Zusätzliche Weiterbildungen der Erfindung sind in weiteren Unteransprüchen aufgeführt. Dabei stellt die Kombination, wonach das flache Wandteil der Geräusch-Abschirmeinrichtung eine Vorspannung erhält, die größer ist als die auf dieses flache Wandteil einwirkenden, von der Arbeitsmembrane aus­ gehenden Schwingungsbelastungen, eine besonders vorteil­ hafte Ausgestaltung der Erfindung dar. Bei einer derartigen Vorspannung oszilliert nämlich das flache Wandteil der Geräusch-Abschirmeinrichtung praktisch nur noch entspre­ chend der Bewegung des mit dem Wandteil verbundenen Pleuel­ abschnittes, im übrigen bleibt dieses flache Wandteil jedoch praktisch schwingungsfrei oder wenigstens nahezu schwingungsfrei und es macht somit auch keine oder nur noch geringe geräuschbildende Schwingungen mehr in Richtung des Kurbelraumes.

Versuche haben überraschenderweise folgendes ergeben: Bei entsprechender Vorspannung des flachen Wandteiles durch den elastischen Ring kann sogar eine Steigerung der Schallemission praktisch völlig unterbunden werden die sich beim Betrieb einer Membranpumpe ergibt, die aus dem Unter­ druckbereich heraus in den Überdruckbereich hinein arbeitet. Z. B sind bei einem Ansaugdruck von 0,5 bar absolut und einem Aus­ stoß-Überdruck von 3 bar absolut die Druckwechselbelas­ tungen während eines Hubes derart groß, daß sich eine Er­ höhung der Geräuschemission von bis zu 40% gegenüber normalem Betrieb ergeben kann. Der durch diese Betriebs­ weise bei normalen, bisher bekannten Membranpumpen ausge­ löste Anstieg der Schallemission kann bei entsprechender Vorspannung des flachen Wandteils praktisch völlig unter­ bunden werden.

Dementsprechend ergeben sich bei der erfindungsgemäßen Pumpe insbesondere folgende Vorteile:

Es ist ohne Erhöhung und sogar bei Verminderung der Schallemission eine Kühlung im Kurbelgehäuse möglich und das bedeutet eine längere Lebensdauer der Pumpenmembrane und der Kugellager. Außerdem ist eine geradlinige Kühl­ luftführung durch das Kurbelgehäuse und den elektrischen Antriebsmotor des Pumpen-Motoraggregates auch bei zwei­ köpfigen Reihenpumpen möglich. Insbesondere bei ent­ sprechender Vorspannung des flachen Wandteiles der Ge­ räuschabschirmeinrichtung tritt praktisch keine Änderung der von der Pumpmembrane ausgehenden Schallemissionen innerhalb unterschiedlicher Betriebsbereiche auf, z. B. beim Erzeugen unterschiedlicher Unter- und/oder Über­ drücke.

Nachstehend ist die Erfindung anhand eines Ausführungs­ beispiels mit den erfindungswesentlichen Einzelheiten in Verbindung mit der Zeichnung noch näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise im Schnitt gehaltene Seitenansicht einer Membranpumpe;

Fig. 2 eine Schnittansicht einer Geräusch-Abschirmein­ richtung mit angedeutetem Pleuelkopf,

Fig. 3 eine Aufsicht der in Fig. 2 gezeigten Geräusch- Abschirmeinrichtung und

Fig. 4 eine etwas schematisierte Seitenansicht einer Membranpumpe in Doppel-Ausführung.

Eine in Fig. 1 gezeigte Pumpe 1 ist als Membranpumpe ausgebildet. Sie weist ein Pumpengehäuse 2 auf, das im wesentlichen aus einem Kurbelgehäuse 3, einer Einspann­ platte 4 sowie einer Kopfplatte 5 besteht. Zwischen der Einspannplatte 4 und der Kopfplatte 5 ist eine Pumpen­ membrane 6 an ihrem Außenrand eingespannt.

In den von der Kopfplatte 4 und der Pumpenmembrane 6 abgegrenzten Arbeitsraum 7 münden Ein- und Auslaßkanäle 8 und 9.

Die Pumpenmembrane 6 ist mit einem Pleuelkopf 10 ver­ bunden, welcher seinerseits an einem Pleuel 11 ange­ bracht ist, welches die von einem Kurbelantrieb 12 kommende Hubbewegung auf den Pleuelkopf und die Pumpen­ membrane überträgt.

Erfindungsgemäß ist nun zwischen der Pumpenmembrane 6 und dem pumpenmembranenfernen Teil des Pumpengehäuses 2 eine Geräusch-Abschirmeinrichtung 13 vorgesehen. Diese Abschirmeinrichtung 13 schirmt den pumpenfernen Teil des Pumpengehäuses gegenüber der Pumpenmembrane 6 schalldämpfend ab. Durch diese Abschirmeinrichtung werden von der Pumpenmembrane 6 ausgehende Geräusche gedämpft und vom Kurbelraum 14 ferngehalten. Somit wird auch bei vorgesehenen Kühlmaßnahmen des Kurbelraumes 14 eine Geräuschemission nach außen verhindert. Die Kühlung wiederum ermöglicht eine längere Lebensdauer von Membrane und Lagern.

Eine Ausführungsform der Geräusch-Abschirmeinrichtung 13 ist in Fig. 1 gezeigt. Dabei ist unterhalb des Pleuel­ kopfes 10, dem Kurbelraum 14 zugewandt, ein membranartiges, biegsames Wandteil 15 vorgesehen, welches durch einen elastischen Ring 16 auf Abstand zu der kurbelraumseitigen Unterseite 17 des Pleuelkopfes 10 gehalten wird. Der elastische Ring 16 bildet dabei einen Abstandhalter 18. Der elastische Ring 16 ist so bemessen, daß das eine ge­ räuschabschirmende bewirkende Wandteil 15 soweit vorgespannt ist, daß diese Vorspannung größer ist als auf das Wandteil 15 einwirkende Druckwechselbelastungen, die von der Pumpen­ membrane 6 ausgehen. Das Wandteil 15 oszilliert damit, passend zur Pleuelbewegung, jedoch nahezu eigenschwingungsfrei und stellt somit gegenüber dem Kurbelraum 14 keine Geräuschquelle dar. Dementsprechend wird eine Geräuschemission nach außen weit­ gehend verhindert.

Im Ausführungbeispiel nach Fig. 1 besteht der elastische Ring vorzugsweise aus Schaumgummi oder dgl., wodurch in erwünschter Weise einerseits die Nachgiebigkeit für die Vorspannung des Wandteiles 15 und gleichzeitig auch eine schalldämpfende Wirkung erreicht wird.

Das membranartige Wandteil 15 ist mit seinem Außenrand 19 zwischen dem Kurbelgehäuse 3 und der Einspannplatte 4 eingespannt. Das Wandteil 15 weist einen zentralen Durchbruch 20 auf, der von dem Pleuel 11 durchragt wird. In diesem Bereich ist auch erkennbar, daß der innere Rand des Wandteiles 15 bei dem Durchbruch 20 auf einem Pleuelabsatz 21 aufliegt und von der anderen Seite her durch eine sich an der Pleuelkopf-Unterseite 17 abstützenden Hülse 22 eingespannt ist.

Die radiale Erstreckung des elastischen Ringes 16 kann über die des Pleuelkopfes vorstehen und, wie strichliniert angedeutet, auch bis etwa an die Innenwand der Einspann­ platte 4 herangehen. Dadurch ist auch durch dieses geräuschdämpfende Teil ein sich praktisch über den ge­ samten lichten Querschnitt erstreckendes Dämpfungsteil und Abschirmteil vorhanden. Der Außendurchmesser des Pleuelkopfes ist hierbei mit d und der des elastischen Ringes mit D bezeichnet.

Die Fig. 2 und 3 zeigen eine abgewandelte Ausführungs­ form einer Geräusch-Abschirmeinrichtung 13 a, bei der der Abstandhalter 18 auf der dem Pleuelkopf 10 zugewandten Seite des Wandteiles 15 einstückig mit diesem verbunden ist. Der Abstandhalter 18 ist hier durch rippenförmige und etwa radial verlaufende elastische Vorsprünge 23 gebildet. Diese Vorsprünge 23 liegen an der formange­ paßten Unterseite 17 a unter Vorspannung an, so daß auch hier die Membrane praktisch nicht von den Schwingungen der Pumpenmembrane 6 angeregt werden kann. Somit ist auch hier sichergestellt, daß die Dämpfungsmembrane 14 zwar die Hubbewegung des Pleuels 11 mitmacht, andererseits aber keine Eigenschwingungen durchführt. Gegebenenfalls kann auch bei der Ausführungsform nach Fig. 2 und 3 zusätzlich zu den Abstandhalter-Vorsprüngen 23 ein gegebenenfalls als Formteil ausgebildetes Einsatz­ teil aus Schaumgummi oder dgl. vorgesehen sein, um zu­ sätzlich zu der Schwingungsdämpfung des Wandteiles 15 auch noch eine Schalldämpfung zu bewirken.

Um die vorbeschriebene Vorspannung des Wandteiles 15 zu erzielen, ist die Lage der Einspannstellen des Wandteiles 15 einerseits am Außenrand 19 und andererseits beim Pleuel 11 relativ zu der Pleuelunterseite 17 bzw. 17 a so bemessen, daß der Zwischenraum zwischen Unterseite 17 bzw. 17 a und entspanntem Wandteil 15 kleiner ist als die Dicke des Abstandhalters 18 beträgt.

In Versuchen hat sich gezeigt, daß beim Betrieb einer Membranpumpe aus dem Unterdruckbereich in den Überdruck­ bereich Druckwechselbelastungen an der Membrane auftreten, die eine Erhöhung der Geräuschemission von bis zu 40% gegenüber einem Normalbetrieb ergeben. Bei Einsatz der erfindungsgemäßen Geräusch-Abschirmeinrichtung 13 oder 13 a konnte dieser Anstieg der Schallemission praktisch völlig unterbunden werden.

In Fig. 4 ist schematisch noch eine Doppelpumpe 1 a mit zwei Köpfen 24 gezeigt, wobei der Antriebsmotor 25 zwischen den Kurbelgehäusen 3 liegt. Bei dem bisherigen Aufbau solcher Doppelpumpen 1 a war wegen der sonst erfolgenden Geräuschemission keine Durchlüftungsmöglichkeit und somit auch keine Kühlmöglichkeit des Antriebsmotors 25 vorhanden. Bei Einsatz der Geräusch-Abschirmeinrichtung 13 bzw. 13 a bei den einzelnen Pumpen wird eine Geräuschemission in die jeweiligen Kurbelgehäuse weitgehend unterbunden, so daß jetzt eine durch die Pfeile Pf 1 angedeutete, praktisch gradlinige Kühlluftführung durch die Kurbelgehäuse 3 und den Motor auch bei solchen Reihenpumpen möglich ist. Durch die Kühlmöglichkeit sowohl bei den Einfach- als auch bei den Mehrfachausführungen von solchen Pumpen ist eine längere Lebensdauer insbesondere auch von den Pumpen­ membranen 6 und den Lagern möglich.

Erwähnt sei noch, daß das Wandteil 15 der Geräusch-Abschirm­ einrichtung 13 etwa tellerförmig vorgeformt bzw. ausge­ wölbt sein kann, wie dies in Fig. 1, insbesondere aber in Fig. 2 erkennbar ist. Durch diese Vorformung ergeben sich bei den auftretenden Querbewegungen durch die Pleuel- Kippbewegung, definierte Verformungsverhältnisse. Würde man ein ebenes Wandteil in Seitenrichtung auslenken, würde dieses der Auslenkbewegung eine wesentlich größere Steifig­ keit entgegensetzen. Die tellerförmige Vorformung reduziert diese der Pleuel-Auslenkbewegung entgegengesetzten Wider­ stands-Kräfte, da die "Steifigkeit" des Wandteiles in Seiten-Auslenkrichtung wesentlich geringer ist.

Entsprechend reduziert sich dadurch der Leistungsbedarf für den Antrieb der Pumpe.

Die Vorformung kann gleichzeitig durch die vorgesehene Vor­ spannung erreicht werden, so daß das Wandteil vor dem Einbau eine ebene Platte bilden kann, welche dann in Einbaulage entsprechend vorgeformt und vorgespannt wird. In radialer Richtung ist bei dieser Platte 15 eine überschüssige Materialerstreckung vorgesehen.

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

Claims (11)

1. Pumpe mit einem Pumpengehäuse und wenigstens einer Pumpen­ membrane, die von einem Pleuel bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Pumpenmembrane (6) und dem pumpenmembranfernen Teil des Pumpengehäuses (2) eine Geräusch-Abschirmeinrichtung (13, 13 a) vor­ gesehen ist, die den pumpenfernen Teile des Pumpenge­ häuses gegenüber der Pumpenmembrane (6) schalldämpfend abschließt.

2. Membranpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Geräusch-Abschirmeinrichtung (13, 13 a) ein biegsames, flaches Wandteil (15) aufweist, das vorzugs­ weise mit seinem Außenrand (19) im Pumpengehäuse und zweckmäßigerweise mit dem Rand eines etwa zentralen Durchbruches (20) am Pleuel (11) derart befestigt ist, daß von der Geräusch-Abschirmeinrichtung zumindest geringere geräuschrelevante Schwingungen ausgehen als von der Pumpenmembrane (6).

3. Membranpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Geräusch-Abschirmeinrichtung (13, 13 a) einen elastischen Abstandhalter (18) zwischen dem Wandteil (15) und dem Pleuelkopf (10) oder dgl. Pleuel­ teil aufweist.

4. Membranpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstandhalter (18) aus einem elastischen Ring (16) aus Schaumgummi oder dgl. nachgiebigem und vor­ zugsweise gleichzeitig schalldämpfenden Werkstoff be­ steht.

5. Membranpumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der elastische Abstandhalter (18) im wesentlichen aus etwa senkrecht zur Ebene der Geräusch-Abschirmeinrichtung (13 a) stehenden, elastischen Vorsprüngen (23), Rippen oder dgl. besteht, die an dem vorzugsweise durch eine kreisringförmige Scheibe gebildeten Wandteil (15) an­ gebracht sind.

6. Membranpumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der elastische Abstandhalter (18), vorzugsweise die elastischen Vor­ sprünge (23) einstückig mit dem elastischen Wandteil (15), insbesondere der Scheibe verbunden ist bzw. sind und im wesentlichen die Geräusch-Abschirmein­ richtung (13 a) bilden.

7. Membranpumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das flache Wand­ teil (15) der Geräusch-Abschirmeinrichtung (13, 13 a) mit Vorspannung im Pumpengehäuse (2) bzw. beim Pleuel (11) eingespannt ist derart, daß die Vorspannung des Wandteiles (15) größer ist als die auf dieses Wandteil einwirkenden, von der Arbeitsmembrane (6) ausgehenden Schwingungsbelastungen.

8. Membranpumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die am Wandteil (15) der Abschirmeinrichtung (13, 13 a) angeordneten elastischen Abstandhalter (18) zur Erzeugung einer Vorspannung an dem Wandteil (15) oder dgl. in ent­ spannter Lage eine größere Höhe haben als der Abstand zwischen der Oberseite von dem Wandteil (15) und der Unterseite (17, 17 a) des Pleuelkopfes (10) beträgt.

9. Membranpumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlagefläche des elastischen Ringes oder dgl. Abstandhalter (18) sich nahezu bis an den äußeren Einspannbereich (19) des Wandteiles (15) erstreckt und vorzugsweise dort dämpfend anliegt oder damit gegebenenfalls verbunden ist.

10. Membranpumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Pleuelkopf (10) für die dem Wandteil (15) der Geräusch-Abschirm­ einrichtung (13) abgewandten Seite des elastischen Ringes (16) oder dgl. als Abstützung und Einspannfläche dient, wobei vorzugsweise der Durchmesser (D) der dem Wandteil (15) benachbarten Fläche des elastischen Ringes (16) etwas größer ist als der Durchmesser (d) der Einklemmfläche (17) des Pleuelkopfes (10).

11. Membranpumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Wandteil (15) der Geräusch-Abschirmeinrichtung (13) etwa in radialer Richtung eine überschüssige Materialerstreckung hat, vorzugweise zumindest in Einbaulage etwa tellerförmig, zweckmäßigerweise zum Kurbelraum (14) hin, ausgeformt ist.