DE4119228A1 - Membranpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Membranpumpe mit wenigstens einer elastischen Arbeitsmembran, die an ihrem Außenrand in einem Pumpengehäuse eingespannt ist und mit diesem einen Arbeitsraum begrenzt und die über ein an ihrem Zentralbereich angreifendes Pleuel bewegbar ist, wobei auf der dem Arbeitsraum abgewandten Seite der Arbeitsmembran eine Geräuschdämpfungs-Einrichtung vorgesehen ist.

Bei derartigen Membranpumpen dient die im Pumpengehäuse all­ seitig eingespannte Arbeitsmembran als Förderelement, das mit­ tels des meist über einen Kurbeltrieb angetriebenen Pleuels oszillierend bewegbar ist. Dabei strahlt diese Arbeitsmembran während des Pumpvorganges Geräusche ab, die von den im Umfeld der Membranpumpe tätigen Personen als störend empfunden werden können. Diese Geräusche werden durch die vom Pleuel aufgezwungene Oszillation der Arbeitsmembran bewirkt; insbesondere durch den während des Ansaug- und Verdichtungsvorganges auftretenden Druckwechsel kann die Arbeitsmembran in Eigenschwingungen versetzt werden, die eine erhebliche Geräuschemission zur Folge haben.

Wird beispielsweise während des Arbeitshubes einer Membran­ pumpe in deren Arbeitsraum ein Vakuum erzeugt, so beult die zumindest in ihrem Randbereich dünnwandig ausgebildete Arbeitsmembran in den Arbeitsraum aus, da dort ein gegenüber dem die Pumpe umgebenden Atmosphärendruck niedrigerer Innen­ druck herrscht. Demgegenüber wird bei einem Verdichtungshub der Membranpumpe das Fördermedium im Arbeitsraum zumindest ge­ ringfügig über Atmosphärendruck verdichtet, so daß der dabei entstehende Überdruck die Arbeitsmembran in die entgegengesetzte Richtung zum Pleuel oder Kurbelraum hin ausbeult.

Um die mit dieser Eigenschwingung der Arbeitsmembran verbundenen und in der Umgebung der Membranpumpe wahrnehmbaren Geräusche zu reduzieren, hat man bereits eine Membranpumpe ge­ schaffen, die auf der dem Arbeitsraum abgewandten Seite der Arbeitsmembran eine Geräuschdämpfungs-Einrichtung hat (vgl. DE-OS 38 38 141). Diese Geräuschdämpfungs-Einrichtung weist eine zusätzliche, vom Pleuel durchsetzte elastische Membran auf, die die von der Arbeitsmembran ausgehenden Geräusche nach außen hin abschirmt. Da diese zusätzliche Membran unter einer Vorspannung steht, gehen von ihr zumindest geringere ge­ räuschrelevante Schwingungen aus.

Diese vorbekannte Membranpumpe hat sich in der Praxis bewährt, jedoch ist mit der zusätzlichen Membran sowie der Durchführung des Pleuels durch diese Membran ein nicht unwesentlicher Aufwand in Konstruktion und Herstellung verbunden. Insbesondere aber ist eine solche zusätzliche, als Geräuschab­ schirmung dienende Membran beispielsweise bei Formmembranpum­ pen nur schwer zu realisieren, bei denen das Pleuel in die Ar­ beitsmembran fest integriert, beispielsweise einvulkanisiert ist.

Es besteht daher die Aufgabe, eine in Konstruktion und Her­ stellung einfache Membranpumpe der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei der die von der Arbeitsmembran ausgehenden Geräusche bereits an der Emissionsquelle wirkungsvoll redu­ ziert oder gar unterbunden werden. Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht bei der Membranpumpe der eingangs er­ wähnten Art insbesondere darin, daß die Geräuschdämpfungs-Ein­ richtung eine, die Arbeitsmembran rückseitig beaufschlagende elastische Unterstützung aufweist, die auf ihrer der Arbeits­ membran abgewandten Seite auf einem, mit dem Pumpengehäuse verbundenen Widerlager abgestützt ist. Durch die die Arbeitsmembran auf ihrer dem Arbeitsraum abgewandten Seite beaufschlagende Unterstützung wird zumindest eine übermäßige Eigenschwingung dieser Arbeitsmembran wirkungsvoll verhindert. Wegen der Elastizität der Unterstützung setzt diese dem Pumpenantrieb nur eine geringe Gegenkraft entgegen, übt aber gleichzeitig auf die Arbeitsmembran eine ausreichende Vorspan­ nung aus, um deren druckwechselbedingtem Ausbeulen in entge­ gengesetzten Richtungen entgegenzuwirken. Die Geräuschemission wird somit unmittelbar an der Geräuschquelle, nämlich der Arbeitsmembran unterbunden oder zumindest reduziert, ohne daß eine zusätzliche Membran oder dergleichen Geräuschabschirmung notwendig wäre.

Zwar ist auch bei der oben beschriebenen, aus der DE-OS 38 38 141 vorbekannten Membranpumpe eine elastische Unterstützung vorgesehen, die die zusätzliche Membran derart vorspannt, daß die Eigenschwingungen dieser zusätzlichen Membran wirkungsvoll reduziert werden. Bei dieser vorbekannten Membranpumpe werden die von der Arbeitsmembran ausgehenden Geräusche jedoch nicht verhindert oder reduziert, vielmehr wird die ge­ räuscherzeugende Arbeitsmembran nach außen hin durch eine Ge­ räuschdämpfungs-Einrichtung abgeschirmt, die mit ihrer zusätz­ lich vorgesehenen Membran einen nicht unwesentlichen Mehrauf­ wand erfordert.

Bei der erfindungsgemäßen Membranpumpe sieht eine einfache und vorteilhafte Ausführungsform vor, daß die elastische Unterstützung als Ringscheibe ausgebildet ist, deren Ring­ öffnung das Pleuel durchsetzt. Zweckmäßig ist es, wenn diese elastische Unterstützung aus Schaumstoff, Gummi oder dergleichen elastomerem Material besteht. Dabei ist es vor­ teilhaft, wenn die elastische Unterstützung aus einem tem­ peraturbeständigen und/oder schalldämpfenden Material besteht.

Insbesondere eine aus Schaumstoff bestehende und die Arbeits­ membran rückseitig beaufschlagende Ringscheibe vermag die Ar­ beitsmembran ausreichend vorzuspannen, um geräuschbildenden Eigenschwingungen wirkungsvoll entgegenzuwirken; darüber hinaus wirkt das Schaumstoff-Material einer solchen Ringscheibe aber auch schalldämpfend und schirmt somit den den Arbeitsraum umschließenden Bereich der Membranpumpe nach außen hin ab. Um praktisch jegliches druckwechselbedingtes Ausbeulen der Arbeitsmembran in entgegengesetzte Richtungen zu verhindern und um derartige geräuscherzeugende Eigenschwingungen der Arbeitsmembran auszuschließen, ist bei einer Weiterbildung ge­ mäß der Erfindung vorgesehen, daß die elastische Unterstützung die Arbeitsmembran unter Vorspannung beaufschlagt und daß diese Vorspannung gegebenenfalls unter Berücksichtigung einer Eigenvorspannung der Arbeitsmembran gleich oder größer ist als der im Arbeitsraum herrschende maximale Überdruck.

Bei einer einfachen Ausführungsform gemäß der Erfindung ist vorgesehen, daß das Widerlager eine mit dem Pumpengehäuse ver­ bundene Flanschplatte bildet oder hat, die einen zentralen Durchtritt für die Pleuelstange aufweist. Diese auf der dem Arbeitsraum abgewandten Seite der Arbeitsmembran nach innen in den Kurbelraum ragende Flanschplatte kann eventuell auch ein­ stückig mit dem Pumpengehäuse verbunden sein.

Nach einem vorteilhaften Vorschlag gemäß der Erfindung ist je­ doch vorgesehen, daß das Widerlager als etwa ringnapfförmiger Ringflansch ausgebildet ist, daß die Arbeitsmembran vorzugs­ weise zwischen dem Ringflansch und einem Gehäusedeckel des Pumpengehäuses eingespannt ist und daß der Ringflansch eine Flanschplatte als Auflage für die elastische Unterstützung hat.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Membranpumpe als Formmembranpumpe ausgebildet ist, da insbesondere eine erfin­ dungsgemäß ausgebildete Formmembranpumpe einfach und mit ge­ ringem Aufwand hergestellt und geräuscharm betrieben werden kann, ohne daß eine zusätzliche Geräuschabschirmung notwendig wäre.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgen den Beschreibung eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispieles in Verbindung mit den Ansprüchen und der Zeichnung. Die einzelnen Merkmale können je für sich oder zu mehreren bei einer Ausführungsform der Erfindung verwirklicht sein.

Es zeigt in schematisierter Darstellung:

Fig. 1 eine Formmembranpumpe in einem Längsschnitt, deren mit einer Arbeitsmembran verbundenes Pleuel sich im Verdichtungshub befindet, und

Fig. 2 die Formmembran aus Fig. 1, wobei sich das Pleuel hier jedoch im Abwärtshub befindet.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Formmembranpumpe 1, die hier als Gaspumpe ausgebildet ist. Die Formmembranpumpe 1 hat ein Pumpengehäuse 2, das im wesentlichen aus einem Gehäusedeckel 3 sowie einem Kurbelgehäuse 4 besteht. Als Förderelement weist die Membranpumpe 1 eine Form- oder Arbeitsmembran 5 auf, die an ihrem Außenrand 6 allseitig fest im Pumpengehäuse 2 eingespannt ist. Die Formmembran 5 und das Pumpengehäuse 2 begrenzen einen Arbeitsraum 7, in den ein Einlaßkanal 8 sowie ein Auslaßkanal 9 münden. Die Arbeitsmembran 5 ist über ein an ihr angreifendes Pleuel 10 oszillierend bewegbar, das mit dem verdickten Zentralbereich 11 der Arbeitsmembran 5 fest verbunden und vorzugsweise in diesem (11) einvulkanisiert ist. Das Pleuel 10 ist seinerseits über ein an seinem der Arbeitsmembran 5 abgewandten Endbereich angreifenden Kurbeltrieb 12 bewegbar, der sich hier entgegen dem Uhrzeigersinn in Pfeilrichtung Pf 1 um die mit 13 gekennzeichnete Achse dreht. Durch die exzentrische Lagerung des Pleuels 10 am Kurbeltrieb 12 wird dieses (10) in oszillierende Auf- und Abwärtsbewegungen versetzt.

Die den Arbeitsraum begrenzende Pumpenraumwand 14 des Gehäuse­ deckels 3 ist kalotten- oder hohlkugelabschnittförmig ausgebildet; an diese Ausformung der Pumpenraumwand 14 ist der Zentralbereich 11 der Arbeitsmembran 5 formangepaßt. Da auch die äußere, demgegenüber dünnwandige Ringzone 15 der Arbeitsmembran eine zum Arbeitsraum 7 hin gewölbte Formgebung aufweist, kann sich die Arbeitsmembran 5 im oberen Totpunkt der Pleuelbewegung nahezu formschlüssig an die gegenüberliegende Pumpenraumwand 14 anlegen.

Wie aus den Fig. 1 und 2 gut erkennbar ist, weist die Mem­ branpumpe eine Geräuschdämpfungs-Einrichtung 16 auf, die mit einer elastischen Unterstützung 17 die Arbeitsmembran 5 rück­ seitig beaufschlagt. Die Unterstützung 17 ist als Ringscheibe ausgebildet, deren Ringöffnung 18 das Pleuel 10 durchsetzt und die aus einem temperaturbeständigen und schalldämpfenden Mate­ rial, vorzugsweise aus einem entsprechenden Schaumstoff-Mate­ rial, besteht. Die Unterstützung 17 ist auf einer in den Kur­ belraum 19 nach innen ragenden, ebenfalls ringförmigen Flanschplatte 20 eines Widerlagers 21 abgestützt, das mit dem Pumpengehäuse 2 verbunden ist. Dieses Widerlager 21 ist als etwa ringnapfförmiger Ringflansch 22 ausgebildet, der mit einem äußeren Flanschring 23 zwischen Gehäusedeckel 3 und Kurbelgehäuse 4 angeordnet und mit diesen (3, 4) über eine Schraubverbindung 24 verbunden ist. Zwischen dem Flanschring 23 des Ringflansches 22 und dem Gehäusedeckel 3 des Pumpengehäuses 2 ist die Arbeitsmembran 5 an ihrem äußeren Rand allseitig eingespannt. Auf der dem Arbeitsraum 7 abgewandten Seite des Ringflansches 22 ist die Flanschplatte 20 als Auflage für die elastische Unterstützung vorgesehen.

Die elastische Unterstützung 17 ist in ihrer Elastizität auf die Eigenvorspannung der Arbeitsmembran 5 und auf die im Ar­ beitsraum 7 herrschenden Druckverhältnisse abgestimmt. Dabei beaufschlagt die elastische Unterstützung 17 die Arbeitsmem­ bran 5 unter einer Vorspannung, die unter Berücksichtigung ei­ ner Eigenvorspannung der Arbeitsmembran 5 gleich oder größer ist als der im Arbeitsraum 7 herrschende maximale Überdruck.

Bei der in Fig. 1 dargestellten, dem Verdichtungshub entspre­ chenden Aufwärtsbewegung des Pleuels 10 wird das im Arbeits­ raum 7 befindliche gasförmige Fördermedium zumindest über At­ mosphärendruck verdichtet, um das im Auslaßkanal 9 angeordnete Ventil 25 überwinden zu können. Dieser im Arbeitsraum 7 herr­ schende Überdruck übt auf die dünnwandige Ringzone 15 der Ar­ beitsmembran 5 eine zum Kurbeltrieb 12 gerichtete Gegenkraft aus. Bei der in Fig. 2 dargestellten Abwärtsbewegung des Pleuels 10 wird im Arbeitsraum ein Unterdruck erzeugt, so daß das gasförmige Fördermedium über das im Einlaßkanal 5 vorgese­ hene Ventil 26 in den Arbeitsraum 7 einströmen kann. Dabei übt der im Kurbelraum 19 stets etwa vorherrschende Atmosphären­ druck wiederum eine auf die Ringzone 15 einwirkende Gegenkraft aus, die nun zum Arbeitsraum 7 gerichtet ist.

Bei vorbekannten Membranpumpen erzeugen diese auf die Arbeits­ membran 5 einwirkenden Gegenkräfte ein druckwechselabhängiges Ausbeulen in entgegengesetzten Richtungen und somit eine Eigenschwingung der Arbeitsmembran 5, die sich durch eine erhebliche Geräuschemission bemerkbar macht. Bei der hier dargestellten Membranpumpe 1 wirkt die Unterstützung 17 einer solchen Eigenschwingung der Arbeitsmembran 5 entgegen, da sie - wie die Fig. 1 und 2 zeigen -, unabhängig von den im Arbeitsraum herrschenden Druckverhältnissen und unabhängig von einer Auf- oder Abwärtsbewegung des Pleuels, stets nur eine gleichbleibende, in Richtung zum Arbeitsraum hin gewölbte Formgebung der elastischen Arbeitsmembran 5 in deren dünnwandiger Ringzone 15 zuläßt.

Da somit einer Geräuscherzeugung der Arbeitsmembran 5 wirkungsvoll entgegengewirkt wird, kann in soweit auf eine zu­ sätzliche Geräuschabschirmung verzichtet werden. Auch bei einem, beispielsweise zur besseren Kühlung freiliegenden Kur­ beltrieb 12 oder einem offenen Kurbelgehäuse 4 sind von der Arbeitsmembran 5 praktisch keine störenden Geräusche wahrnehmbar.

Erwähnt sei noch, daß die hier dargestellte Geräuschdämpfungs- Einrichtung 16 mit ihrer elastischen Unterstützung 17 auch bei anderen Membranpumpen, beispielsweise bei Doppelpumpen vorge­ sehen werden kann, bei denen der Antriebsmotor etwa zwischen den Kurbelgehäusen der entsprechenden Kurbeltriebe angeordnet ist. Besonders vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Membranpumpe als Vakuumpumpe oder als Verdichter für geringe Überdrücke einsetzbar.

Claims (10)

1. Membranpumpe mit wenigstens einer elastischen Arbeitsmem­ bran, die an ihrem Außenrand in einem Pumpengehäuse einge­ spannt ist und mit diesem einen Arbeitsraum begrenzt und die über ein an ihrem Zentralbereich angreifendes Pleuel bewegbar ist, wobei auf der dem Arbeitsraum abgewandten Seite der Arbeitsmembran eine Geräuschdämpfungs- Einrichtung vorgesehen ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Geräuschdämpfungs-Einrichtung (16) eine, die Arbeitsmembran (5) rückseitig beaufschlagende elastische Unterstützung (17) aufweist, die auf ihrer der Arbeitsmembran (5) abgewandten Seite auf einem, mit dem Pumpengehäuse (2) verbundenen Widerlager (21) abgestützt ist.

2. Membranpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Unterstützung (17) als Ringscheibe ausge­ bildet ist, deren Ringöffnung (18) das Pleuel (10) durch­ setzt.

3. Membranpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die elastische Unterstützung (17) aus Schaum­ stoff, Gummi oder dergleichen elastomerem Material be­ steht.

4. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die elastische Unterstützung (17) aus einem temperaturbeständigen und/oder schalldämpfenden Ma­ terial besteht.

5. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Elastizität der elastischen Unter­ stützung (17) auf die Eigenvorspannung der Arbeitsmembran (5) und/oder auf die im Arbeitsraum (7) herrschenden Druckverhältnisse abgestimmt ist.

6. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die elastische Unterstützung (17) die Arbeitsmembran (5) unter Vorspannung beaufschlagt und daß diese Vorspannung gegebenenfalls unter Berücksichtigung einer Eigenvorspannung der Arbeitsmembran (5) gleich oder größer ist als der im Arbeitsraum (7) herrschende maximale Überdruck.

7. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Widerlager (21) eine mit dem Pumpen­ gehäuse verbundene Flanschplatte (20) bildet oder hat, die einen zentralen Durchtritt für die Pleuelstange aufweist.

8. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Widerlager (21) als etwa ringnapf­ förmiger Ringflansch (22) ausgebildet ist, daß die Ar­ beitsmembran (5) vorzugsweise zwischen dem Ringflansch (22) und einem Gehäusedeckel (3) des Pumpengehäuses (2) eingespannt ist und daß der Ringflansch (22) eine Flansch­ platte (20) als Auflage für die elastische Unterstützung (17) hat.

9. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Pleuel (10) über einen Kurbeltrieb (12) bewegbar ist, der vorzugsweise in einem Kurbelgehäuse (4) des Pumpengehäuses (2) angeordnet ist.

10. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Membranpumpe als Formmembranpumpe (1) ausgebildet ist.