DE3838141C2 - Membranpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Pumpe mit einem Pumpengehäuse und wenigstens einer Pumpenmembrane, die von einem Pleuel bewegt wird, sowie mit einem biegsamen, flachen Wandteil, das im pumpenfernen Teil des Pumpengehäuses vorgesehen ist und das mit seinem Außenrand im Pumpengehäuse und mit dem Rand eines etwa zentralen Durchbruchs am Pleuel befestigt ist.

Man kennt bereits zahlreiche Membranpumpen mit einem Pumpengehäuse 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 Anwendungszwecke gut bewährt, z. B. zum Erzeugen von Unterdruck oder als Verdichter. Jedoch weisen derartige, mit einer Pumpenmembrane ausgerüsteten Pumpen auch noch Nachteile auf, insbesondere hinsichtlich ihrer Geräuschbildung. Die Pumpenmembrane strahlt nämlich insbesondere wegen der ihr vom Pleuel aufgezwungenen Oszillationsbewegungen, aber auch wegen an der Pumpenmembrane 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 vermindern, hat man bisher den das Pleuel aufnehmenden Kurbelraum 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 Pumpenmembrane infolge der dann auftretenden Wärmeentwicklung führt.

Bei den vorerwähnten, in Reihe gebauten zweiköpfigen Pumpen besteht praktisch keine gute Durchlüftungsmöglichkeit 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 Untersuchungslaboratorien eingesetzt und dort wirkt sich in Anwesenheit von etlichen, oft hochpräzise und konzentriert arbeitenden Personen die Geräusch­ bildung 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 Geräusch­ emission von bis zu 40% gegenüber normalem Pumpenbetrieb kommen.

Aus der DE 25 02 566 A1 kennt man bereits eine insbesondere für gasförmige Medien vorgesehene Membranpumpe mit einer elastischen Pumpenmembran, die mit ihrer dem Arbeitsraum abgewandten Membranseite einen Dämpfungsraum begrenzt, welcher auf der der Pumpenmembran gegenüberliegenden Seite durch eine als biegsames, flaches Wandteil dienende Zusatz-Membran abgeschlossen ist. Dabei wird in dem Dämpfungsraum ein die Pumpenmembran rückseitig beaufschlagender Druck eingestellt, welcher gegenüber dem Einlaßdruck vermindert ist im Sinne einer Eigenschwingungsdämpfung der Pumpenmembran. Auf diese Weise soll bei der vorbekannten Membranpumpe gemäß DE 25 02 566 A1 einem höheren Gegendruck entgegengewirkt werden, welcher die Pumpenmembran zu erheblichen Schwingungen veranlassen und in kurzer Zeit zu starken Beschädigun­ gen dieser Pumpenmembran führen kann. Eine Geräuschreduzierung ist auch bei dieser vorbekannten Membranpumpe jedoch nicht vorgesehen.

Die bei der Membranpumpe gemäß DE 25 02 566 A1 vorgesehene Zusatz- Membran hat auch keine wesentliche geräuschdämmende Wirkung, da der zwischen der Pumpenmembran und der Zusatz-Membran verbleibende Luft-Zwischenraum nicht verhindern kann, daß sich auch die Zusatz- Membran entsprechend den Bewegungen der Pumpenmembran verformt.

Aus der DE 26 18 786 kennt man bereits eine Membranpumpe, bei der die Pumpenmembran durch einen ringförmigen Körper aus elastischem Material gestützt wird, der im Verlauf des Druckhubes durch die mechanische Betätigung der Pumpenmembran mitnehmbar ist. Dazu ist an der Pleuelstange zur mechanischen Betätigung der Membran eine Mitnehmerscheibe angeordnet, die im Verlauf des Druckhubes eine mit dem elastischen Körper festverbundene Anlagescheibe mitnimmt. Durch das Abstützen der Pumpenmembran sollen Beschädigungen der Membran durch einen hohen Gegendruck entgegengewirkt und größere Förderhöhen erreicht werden.

Auch bei der Membranpumpe gemäß DE 26 18 786 A1 wirkt der elastische Körper nicht als Geräusch-Abschirmeinrichtung, sondern führt im Gegenteil durch das taktweise mechanische Anschlagen der an der Pleuelstange befestigten Mitnehmerscheibe einerseits auf der mit dem elastischen Körper verbundenen Anlagescheibe andererseits zu einer höheren Geräuschentwicklung.

Es besteht daher die Aufgabe, eine Membranpumpe der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei der einer Geräuscherzeugung mit vergleichsweise einfachen Mitteln entgegengewirkt wird, ohne das 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 in den Merkmalen von Anspruch 1.

Der elastische Abstandhalter der erfindungsgemäßen Membranpumpe hält das Wandteil auf Abstand zu der kurbelraumseitigen Unterseite des Pleuelkopfes. Das Wandteil oszilliert somit passend zur Pleuelbewegung, jedoch nahezu eigenschwingungsfrei. Da das Wandteil der erfindungsgemäßen Membranpumpe gegenüber dem Kurbelraum keine Geräuschquelle darstellt, wird eine Geräuschemission nach außen weitgehend verhindert.

Versuche haben überraschenderweise gezeigt, daß man mit einer solchen geräuschgedämpften Membranpumpe die Geräuschabstrahlung auch bei guter Kühlung des Kurbelgehäuses nicht nur kleiner halten kann, als bei vergleichbaren Membranpumpen mit offenem Gehäuse, sondern sogar noch merkbar kleiner als bei vergleichbaren, vorbekannten Pumpen mit geschlossenem Kurbelgehäuse.

Vorteilhaft ist es, wenn der elastische Abstandhalter, vorzugsweise die elastischen Vorsprünge, einstückig mit dem elastischen Wandteil, insbesondere der Scheibe, verbunden ist beziehungsweise sind und im wesentlichen die Geräusch-Abschirmeinrichtung bilden. Die durchgehend einstückige Ausbildung vereinfacht sowohl die Herstellung als auch die Montage. Möglich ist aber auch, den elastischen Abstandhalter mit dem flachen Wandteil zu verkleben. Ein solches Verkleben ermöglicht die Herstellung einer zu­ sammenhängenden Geräusch-Abschirmeinrichtung aus zwei unter­ schiedlichen Werkstoffen mit jeweils vorteilhaften Werkstoffeigen­ schaften und gleichzeitig eine vereinfachte Montage.

Eine vorteilhafte Ausführungsform gemäß der Erfindung sieht vor, daß das flache Wandteil der Geräusch-Abschirmeinrichtung mit Vorspannung im Pumpengehäuse beziehungsweise beim Pleuel eingespannt ist, derart, daß die Vorspannung des Wandteiles größer ist als die auf dieses Wandteil einwirkenden, von der Arbeitsmembrane ausgehenden Schwingungsbelastungen. Bei einer derartigen Vorspannung oszilliert nämlich das flache Wandteil der Geräusch-Abschirmein­ richtung praktisch nur noch entsprechend der Bewegung des mit dem Wandteil verbundenen Pleuelabschnittes, 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.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn die am Wandteil der Abschirmein­ richtung angeordneten elastischen Vorsprünge, Rippen oder dergleichen zur Erzeugung einer Vorspannung an dem Wandteil oder dergleichen in entspannter Lage eine größere Höhe haben, als der Abstand zwischen der Oberseite von dem Wandteil und der Unterseite des Pleuelkopfes beträgt.

Versuche haben überraschenderweise folgendes ergeben: Bei entsprechender Vorspannung des flachen Wandteiles durch die Vorsprünge, Rippen oder dergleichen des elastischen Abstandhalters kann sogar eine Steigerung der Schallemission praktisch völlig unterbunden werden, die sich beim Betrieb einer Membranpumpe ergibt, die aus dem Unterdruckbereich heraus in den Überdruckbereich hinein arbeitet. Zum Beispiel sind bei einem Ansaugdruck von 0,5 bar absolut und einem Ausstoß-Überdruck von 3 bar absolut die Druckwechselbelastungen während eines Hubes derart groß, daß sich eine Erhöhung der Geräuschemission von bis zu 40% gegenüber normalem Betrieb ergeben kann. Der durch diese Betriebsweise bei normalen, bisher bekannten Membranpumpen ausgelöste Anstieg der Schallemission kann bei entsprechender Vorspannung des flachen Wandteils praktisch völlig unterbunden 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 Kühlluftführung durch das Kurbelgehäuse und den elektrischen Antriebsmotor des Pumpen-Motoraggregates auch bei zweiköpfigen Reihenpumpen möglich. Insbesondere bei entsprechender Vorspannung des flachen Wandteiles der Geräuschabschirmeinrichtung tritt praktisch keine Änderung der von der Motorpumpenmembrane ausgehenden Schallemissionen innerhalb unterschiedlicher Betriebsbereiche auf, z. B. beim Erzeugen unterschiedlicher Unter- und/oder Überdrücke.

Zusätzliche Weiterbildungen der Erfindung sind in weiteren Unteransprüchen aufgeführt.

Nachstehend ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles 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 die Geräusch-Abschirmeinrichtung der Membranpumpe aus Fig. 1 in einer Schnittansicht mit angedeutetem Pleuelkopf,

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

Fig. 4 eine etwas schematisierte Seitenansicht einer Mem­ branpumpe 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 Einspannplatte 4 sowie einer Kopfplatte 5 besteht. Zwischen der Einspannplatte 4 und der Kopfplatte 5 ist eine Pumpenmembrane 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 verbunden, welcher seinerseits an einem Pleuel 11 angebracht ist, welches die von einem Kurbelgehäuse 12 kommende Hubbewegung auf den Pleuelkopf und die Pumpenmembrane überträgt.

Erfindungsgemäß ist nun zwischen der Pumpenmembrane 6 und dem pumpenmembranfernen 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 13 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.

Wie aus den Fig. 1 und 2 deutlich wird, ist unterhalb des Pleuelkopfes 10, dem Kurbelraum 14 zugewandt, ein membranartiges biegsames Wandteil 15 vorgesehen. Das Wandteil 15 ist auf seiner dem Pleuelkopf 10 zugewandten Seite mit einem Abstandhalter 18 einstückig verbunden, der durch rippenförmige und etwa radial verlaufende elastische Vorsprünge 23 gebildet ist. Diese Vorsprünge 23 liegen an der formangepaßten Unterseite 17a unter Vorspannung an, so daß das als Dämpfungsmembran wirkende Wandteil 15 praktisch nicht von den Schwingungen der Pumpenmembrane 6 angeregt werden kann. Somit ist sichergestellt, daß das Wandteil 15 zwar die Hubbewegung des Pleuels 11 mitmacht, andererseits aber keine Eigenschwingungen durchführt. 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 weitgehend verhindert.

Zusätzlich kann zusätzlich zu den Abstandhalter-Vorsprüngen 23 kann ein gegebenenfalls als Formteil ausgebildetes Einsatzteil aus Schaumgummi oder dergleichen vorgesehen sein, um ergänzend zu der Schwingungsdämpfung des Wandteiles 15 auch noch eine Schalldämpfung zu bewirken.

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 17a abstützenden Hülse 22 eingespannt ist.

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 Pleuel-Unterseite 17a so bemessen, daß der Zwischenraum zwischen Unterseite 17a 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 Überdruckbereich Druckwechselbela­ stungen an der Membrane auftreten, die eine Erhöhung der Geräuschemission von bis zu 40% gegenüber einem Normalbetrieb ergeben. Bei Einsatz der erfindungsgemäßen Geräusch-Abschirmein­ richtung 13a konnte dieser Anstieg der Schallemission völlig unterbunden werden.

In Fig. 4 ist schematisch noch eine Doppelpumpe 1a mit zwei Köpfen 24 gezeigt, wobei der Antriebsmotor 25 zwischen den Kurbelgehäusen liegt. Bei dem bisherigen Aufbau solcher Doppelpumpen 1a war wegen der sonst erfolgenden Geräuschemission keine Durchlüftungsmöglich­ keit und somit auch keine Kühlmöglichkeit des Antriebsmotors 25 vorhanden. Bei Einsatz der Geräusch-Abschirmeinrichtung 13a bei den einzelnen Pumpen wird eine Geräuschemission in die jeweiligen Kurbelgehäuse weitgehend unterbunden, so daß jetzt eine durch die Pfeile Pf1 angedeutete, praktisch geradlinige 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 Pumpenmembranen 6 und den Lagern möglich.

Erwähnt sei noch, daß das Wandteil 15 der Geräusch-Abschirmein­ richtung 13 etwa tellerförmig vorgeformt beziehungsweise ausgewölbt sein kann, wie dies 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 Steifigkeit entgegensetzen. Die tellerförmige Vorformung reduziert diese der Pleuel-Aus­ lenkbewegung entgegengesetzten Widerstands-Kräfte, da die "Steifigkeit" des Wandteiles in Seiten-Auslenkrichtung wesentlich geringer ist. Entsprechend reduziert sich dadurch der Leistungs­ bedarf für den Antrieb der Pumpe.

Die Vorformung kann gleichzeitig durch die vorgesehene Vorspannung 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 diesem Wandteil 15 eine überschüssige Materialerstreckung vorgesehen.

Claims (6)

1. Pumpe mit einem Pumpengehäuse (2) und wenigstens einer Pumpenmembrane (6), die von einem Pleuel (11) bewegt wird,
mit einem biegsamen, flachen Wandteil (15), das im pumpenfer­ nen Teil des Pumpengehäuses (2) vorgesehen ist und das (15) mit seinem Außenrand (19) im Pumpengehäuse (2) und mit dem Rand eines etwa zentralen Durchbruchs (20) am Pleuel (11) befestigt ist,
mit einer Geräusch-Abschirmeinrichtung (13a), die den pumpenfernen Teil des Pumpengehäuses (2) gegenüber der Pumpenmembrane (6) derart schalldämpfend abschließt, daß von der Geräusch-Abschirmeinrichtung (13a) zumindest geringere geräuschrelevante Schwingungen ausgehen, als von der Pumpenmembrane (6),
wobei die Geräusch-Abschirmeinrichtung (13a) dazu zwischen ihrem Wandteil (15) und dem Pleuelkopf (10) oder dergleichen Pleuelteil einen elastischen Abstandhalter (18) aufweist, welcher (18) das Wandteil (15) auf Abstand zu der kurbelraum­ seitigen Unterseite (17a) des Pleuelkopfes (10) hält,
und wobei der elastische Abstandhalter (18) im wesentlichen aus etwa senkrecht zur Ebene der Geräusch-Abschirmeinrichtung (13a) vorstehenden elastischen Vorsprüngen (23), Rippen oder dergleichen besteht, die an dem Wandteil (15) angebracht sind.

2. Membranpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Wandteil (15) durch eine kreisringförmige Scheibe gebildet ist.

3. Membranpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der elastische Abstandhalter (18), vorzugsweise die elastischen Vorsprünge (23), einstückig mit dem elastischen Wandteil (15), insbesondere der Scheibe, verbunden ist beziehungsweise sind und im wesentlichen die Geräusch- Abschirmeinrichtung (13a) bilden.

4. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das flache Wandteil (15) der Geräusch- Abschirmeinrichtung (13a) 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.

5. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die am Wandteil (15) der Abschirmein­ richtung (13a) angeordneten elastischen Vorsprünge (23), Rippen oder dergleichen zur Erzeugung einer Vorspannung an dem Wandteil (15) in entspannter Lage eine größere Höhe haben, als der Abstand zwischen der Oberseite von dem Wandteil (15) und der Unterseite (17a) des Pleuelkopfes (10) beträgt.

6. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Wandteil (15) der Geräusch-Abschirm­ einrichtung (13) etwa in radialer Richtung eine überschüssige Materialerstreckung hat, vorzugsweise zumindest in Einbaulage etwa tellerförmig, zweckmäßigerweise zum Kurbelraum (14) hin ausgeformt ist.