DE4136805A1 - Doppelmembranpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Doppelmembranpumpe mit zwei Membranen, einem in Abhängigkeit von der Membranbewegung verschiebbaren Steuerschieber sowie einem von der Mem­ branbewegung abhängigen Betätigungselement.

Eine derartige Doppelmembranpumpe ist in der deutschen Offenlegungsschrift 33 10 131 beschrieben. Bei dieser Doppelmembranpumpe sind die beiden Membranen durch eine Koppelstange miteinander verbunden und liegen die Druck­ mittelkammern im Bereich zwischen den Membranen, während die Produktkammern außerhalb liegen. Das Betätigungsele­ ment ist parallel zur Koppelstange angeordnet und besteht aus einer axial verschiebbaren, aus dem Steuerschieberge­ häuse herausragenden, koaxial im Steuerschieber angeord­ neten Stange. Diese Stange wirkt in beiden Richtungen über eine Druckfeder auf den Steuerschieber, der durch federbeaufschlagte Rastkugeln in seinen Endstellungen so lange festgehalten wird, bis die Kraft der koaxial auf der Betätigungsstange angeordneten Feder die Rastkraft übersteigt. Danach schnellt der Steuerschieber, durch Fe­ derkraft getrieben, in die entgegengesetzte Steuerstel­ lung und bewirkt das Umsteuern der Membranbewegung. Auf diese Weise wird der Steuerschieber zwischen zwei stabi­ len Endstellungen hin- und herbewegt.

Da sich bei der bekannten Doppelmembranpumpe bewegliche Saug- und Druckventile nur im Bereich der Produktkammern befinden, sonst aber nur statische Dichtungen vorhanden sind, ist sie wegen der geringen Gefahr des Entstehens von Abriebpartikeln gut für das Fördern von hochreinen Produkten wie Säuren, Laugen und Lösungsmitteln in der Halbleiterindustrie geeignet. Nachteilig ist jedoch der Strömungsverlauf, da das geförderte Produkt um den Steu­ erblock mit den Membranen, der Koppelstange und dem Steu­ erschieber herumgeführt werden muß, wodurch eine große produktberührte Oberfläche entsteht und zwischen Ein- und Auslaß vier Strömungsrichtungsänderungen notwendig sind. Des weiteren ist eine große Zahl von Dichtungen erforder­ lich. Schließlich besteht bei dieser Anordnung auch die Gefahr von Maßveränderungen bei Temperaturschwankungen. Treten dadurch Schwierigkeiten mit der Steuerung des För­ dermediums auf, muß notwendigerweise die gesamte Pumpe demontiert werden, einschließlich der produktberührten Teile.

Die Membran ist bei der bekannten Doppelmembranpumpe des weiteren durch eine einfache Ringwulst abgedichtet, die sowohl eine radiale Halterung als auch eine Dichtung ge­ währleisten soll. Dies ist unbefriedigend, da die Membran in diesem Bereich hoch beansprucht ist und der Wulst bei der Verwendung eines fließfähigen Membranwerkstoffs wie PTFE auf Dauer keine einwandfreie Halterung und Abdich­ tung gewährleistet.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Dop­ pelmembranpumpe zum Fördern hochreiner Produkte zu schaf­ fen, die eine geringstmögliche Abriebmenge gewährleistet; sie sollte zudem eine möglichst kleine produktberührte Oberfläche und keine Gleitdichtung im Bereich des Förder­ stroms aufweisen und vorzugsweise auch eine verbesserte Halterung und Abdichtung der Membran gewährleisten.

Ausgehend von dieser Aufgabenstellung wird als Lösung eine Doppelmembranpumpe mit einem Zentralgehäuse, zwei Produktkammern, zwei die Produktkammern gegen koaxiale Druckmittelkammern abdichtende Membranen, nach außen ab­ gedichtet geführten Kolbenstangen und einer vorzugsweise bügelförmigen Außenverbindung zwischen den Kolbenstangen der Membranen, vorzugsweise einer Außentraverse, und ei­ nem Steuerblock zum wechselseitigen, gesteuerten Beauf­ schlagen der Druckmittelkammern mit Fördermedium vorge­ schlagen, der mit einem durch die Membranbewegung betä­ tigten Steuerschieber versehen sein kann.

Bei der erfindungsgemäßen Doppelmembranpumpe liegen die Produktkammern im Zentralgehäuse, werden nach außen durch die Membrane abgedichtet, und die Membranen werden durch gegenüber den Produktkammern abgedichtete Druckmittelkam­ mern wechselseitig beaufschlagt. Die beiden Membranen sind über die bügelförmige Außentraverse mechanisch mit­ einander verbunden, so daß zwischen den Membranen keiner­ lei Verbindung mehr besteht, die durch das Zentralgehäuse mit den Produktkammern hindurchgeführt ist. Die Pro­ duktkammern sind direkt benachbart und nur durch eine Wand des Zentralgehäuses voneinander getrennt, die der Druckdifferenz zwischen den Produktkammern widersteht und die Unterbringung zumindest der Saug- und Druckkanäle ge­ stattet. Auf diese Weise werden kleinstmögliche pro­ duktberührte Oberflächen erreicht; zwischen Einlaß und Auslaß ergeben sich nur zwei Strömungsumlenkungen, die Anzahl der Dichtungen im produktberührten Bereich ist auf die Dichtungen der Saug- und Druckventile und die Mem­ brandichtung beschränkt, und die Steuerungsteile für das Fördermedium, insbesondere Druckluft, lassen sich ohne Demontage produktberührter Teile austauschen.

Um die bauartbedingte Pulsation des Förderstroms zu ver­ mindern, kann an die Druckseite der Druckventile ein druckbeaufschlagter Pulsationsdämpfer angeschlossen sein, der mit einer gleichartigen Membran wie die Doppelmem­ branpumpe ausgestattet sein kann. Hierdurch ergeben sich lediglich zwei produktberührte Gehäuseteile, nämlich das Zentralgehäuse und das Pulsationsdämpfergehäuse, die keine scharfen Kanten oder Toträume besitzen, in denen sich Partikel ablagern könnten.

Alle produktberührten Teile wie Zentralgehäuse, Ventile, Membranen und Pulsationsdämpfergehäuse können aus massi­ ven PTFE-TFM bestehen, während alle nicht produktberühr­ ten Teile wie Gehäusedeckel, Steuerblock, Pulsationsdämp­ fergehäusedeckel und Abschlußdeckel einschließlich der Zugankermuttern aus massiven PVDF bestehen können. Daher können säure- oder lösungsmittelhaltige Dämpfe den äuße­ ren Teilen nichts anhaben, die gesamte Doppelmembranpumpe ist korrosionsfest gegen alle Medien, mit denen in der Halbleiterindustrie gearbeitet wird.

Die nicht produktberührten Innenteile der Doppelmembran­ pumpe können aus PETP, POM, PTFE-PPS bestehen, während hochbelastete Bauteile wie Zuganker und die bügelförmige Außentraverse, aus EP-Harz 60 GF bestehen können.

Um die Membran zwischen dem Zentralgehäuse und dem Gehäu­ sedeckel einwandfrei abdichten zu können und dabei eine genaue Lagefixierung zu erreichen, was insbesondere bei Verwendung von Membranen aus massivem PTFE-PFM ohne Me­ tallkern oder Stützplatten erforderlich ist, kann die Membran an ihrem Außenumfang zwei entgegengesetzt gerich­ tete, radial versetzte Ringwülste besitzen, von denen ei­ ner als Nutwulst mit einem in die Nut eingesetzten Spann­ ring ausgebildet ist. Auf diese Weise läßt sich die pro­ duktberührte Oberfläche flach, eben und gleichförmig aus­ bilden und weist keine inneren Einbuchtungen auf, in denen sich Partikel ablagern könnten. Es ist zudem nur eine Dichtfläche zum Zentralgehäuse hin vorhanden.

Vorteilhafterweise besitzt die Nutwulst einen größeren Radius als die Ringwulst und ist die Nut axial in Rich­ tung der Ringwulst offen. In die Nut wird ein Spannring eingelegt, der vorzugsweise aus einem Elastomer hoher Shore-Härte besteht, wobei die Ringwülste vorzugsweise einen rechteckigen Querschnitt aufweisen können. Der Spannring kann eine axiale Höhe entsprechend der Tiefe der Nut in dem Nutwulst und der Höhe des Ringwulstes auf­ weisen, wobei der Ringwulst und der Spannring nebeneinan­ der in derselben Ringnut des Gehäuses angeordnet sein können.

Durch den Spannring wird die Membran ständig gegen das Zentralgehäuse gedrückt. Zwei der drei Oberflächen arbei­ ten radial; sie sind unabhängig vom Spannungsgrad der Zuganker, und eine wirkt axial für eine größtmögliche Si­ cherheit. Bei einer Demontage der Gehäusedeckel bleiben die Membranen im Zentralgehäuse fest und abdichtend sit­ zen und schützen so das geförderte Produkt.

Auf diese Weise werden die Aufgaben Lagefixierung und Ab­ dichtung getrennt, und die diese Aufgaben übernehmenden Elemente lassen sich jeweils optimal ausbilden. Die Ab­ dichtung geschieht mit dem in die Nut eingelegten Spann­ ring und die beiden großen konzentrischen Ringflächen der Membranen zum Gehäuse. Diese Ringflächen werden durch den zwischen ihnen angeordneten Spannring unabhängig von der axialen Vorspannung der Pumpe immer gleichbleibend ange­ preßt. Selbst ein axialer Spalt zwischen den Gehäuse­ teilen von bis zu einem Millimeter führt nicht zu Undich­ tigkeiten oder einem Ausreißen der Membranen. Die Wartung und Überwachung der axialen Vorspannung entfällt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeich­ nung dargestellten Ausführungsbeispiels des näheren er­ läutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Doppelmembranpumpe,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1 und

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung einer Membran mit Ringwülsten,

Fig. 4 eine andere Ausführungsform einer Membran mit Ringwülsten.

Die Doppelmembranpumpe besitzt ein Zentralgehäuse, in dem Saugventile 2, Druckventile 3 und ein Sauganschluß 4 an­ geordnet sind. Des weiteren sind im Zentralgehäuse 1 ko­ axiale Produktkammern 6 angeordnet, die mit den Saugven­ tilen 2 und den Druckventilen 3 in Verbindung stehen. Jede Produktkammer 6 wird durch eine Membran 7 abge­ schlossen, die zu einem mit dem Zentralgehäuse 1 ver­ schraubten Gehäuse 12 eine Druckmittelkammer 8 bildet.

Am äußeren Umfang der Membran sind Ringwülste 9, 10 ange­ ordnet, die radial zueinander versetzt sind. Der Ring­ wulst 9 liegt in einer entsprechenden Ringnut des Gehäu­ sedeckels 12, während der Ringwulst 10 in einer entspre­ chenden Ringnut im Zentralgehäuse 1 angeordnet ist und eine umlaufende, axial zur Ringwulst 9 hin gerichtete of­ fene Nut aufweist, in die ein Spannring 11 aus einem Ela­ stomer hoher Shore-Härte eingelegt ist. Die Gehäusedeckel 12 sind gegen das Zentralgehäuse 1 mittels Zugankern 23 und Muttern 24 verspannt. In den zentralen mittleren Be­ reich der Membran 7 ist eine Kolbenstange 13 einge­ schraubt, die mittels einer Buchse 14 in einer Führung 15 des Gehäusedeckels 12 geführt und mittels einer Dichtung 16 abgedichtet ist. Die koaxialen Kolbenstangen 13 der benachbarten koaxialen Membranen 7 sind über eine bügel­ förmige Außentraverse 17 formschlüssig miteinander ver­ bunden. In der gezeichneten Stellung liegt die Membran 7 am Gehäusedeckel 12 an, so daß sich die Kolbenstange 13 mit der Außentraverse 17 in der äußersten rechten Stel­ lung befindet. Über die Außentraverse 17 wird die nicht dargestellte linke Membrane ebenfalls nach rechts bewegt und füllt praktisch die Produktkammer 6 aus.

Wird die Druckmittelkammer 8 über den Druckluftkanal 22 mit Druckluft beaufschlagt, wird das in der Produktkammer 6 befindliche Produkt verdrängt und gefördert, während die sich nunmehr vergrößernde linke Produktkammer an­ saugt.

Die oszillierende Pumpbewegung der Membranen 7 wird mit­ tels eines in einem Steuerblock 19 angeordneten Steuer­ schiebers 20 wechselweise gesteuert. Dieser Steuerschie­ ber 20 wird mittels einer Betätigungsstange 21, die über einen Betätigungszapfen 18 mit der Außentraverse 17 in Verbindung steht, von der Bewegung der Membranen 7 ge­ steuert. Der Steuerblock 19 mit dem Steuerschieber 20 kann, wie in der deutschen Patentanmeldung P 41 06 180.2- 15 beschrieben, gestaltet sein.

Die Funktionsweise der Doppelmembranpumpe ist somit die­ selbe wie die der eingangs erwähnten bekannten Membran­ pumpe und braucht daher hier nicht im einzelnen erläutert zu werden.

Seitlich am Zentralgehäuse 1 ist ein Pulsationsdämpferge­ häuse 25 angeschraubt und gegenüber den Druckventilen 3 mittels Dichtungen 26 abgedichtet. Im Pulsationsdämpfer­ gehäuse 25 befindet sich eine Druckkammer 27, die durch eine Membran 28 abgeschlossen ist. Diese Membran 28 ist wie die Membran 7 ausgebildet und in der gleichen Weise durch Ringwülste 9, 10 zwischen dem Pulsationsdämpferge­ häuse 25 und einem Pulsationsdämpfergehäusedeckel 30 ein­ gespannt und abgedichtet.

Ein Druckluftanschluß 31 führt zur Druckmittelkammer 29.

Eine Kolbenstange 32, die über Dichtungen 33 in dem Pul­ sationsdämpfergehäusedeckel 30 geführt ist, dient dazu, die Membran 28 zu führen, wenn sie sich zum Ausgleich der Fördermengenschwankungen unter der Wirkung der über den Anschluß 31 zugeführten Druckluft bewegt. Der Pulsations­ dämpfergehäusedeckel 30 und das Pulsationsdämpfergehäuse 25 sind mit dem Zentralgehäuse 1 über Zuganker 36 mittels abgedichteter Hutmuttern 37 verbunden.

Über die bügelförmige Außentraverse 17 sind Abschlußdeckel 38 gesetzt, und dem Steuerblock 19 wird Druckluft als Fördermedium über einen Druckluftanschluß 34 zugeführt.

Die erfindungsgemäße Doppelmembranpumpe läßt sich völlig metallfrei gestalten, so daß das Entstehen von Metallio­ nen sicher vermieden wird und damit eine Gefährdung von Mikrobauelementen der Elektroindustrie ausgeschlossen ist.

Die produktberührten Bauteile, wie das Zentralgehäuse 1, die Ventile 2, 3, die Membranen 7, 28 und das Pulsations­ dämpfergehäuse 25, bestehen aus massivem PTFE-TFM, während alle äußeren, nicht produktberührten Teile, wie Gehäuse­ deckel 12, Steuerblock 19, Pulsationsdämpfergehäusedeckel 30, Abschlußdeckel 38, aus massivem PVDF gefertigt sind. Die inneren, nicht produktberührten Teile bestehen aus PETP, POM oder PTFE-PPS, während alle hochbelasteten Bau­ teile wie Zuganker 23, 36, Kolbenstangen 13, 32 und die Außentraverse 17 aus EP-Harz GF bestehen.

Die erfindungsgemäß gestalteten Membranen 7, 28 lassen sich in jeder Doppelmembranpumpe mit entsprechend gestal­ teten Nuten zur Aufnahme der Ringwülste verwenden.

Bei der in Fig. 4 dargestellten Membran 7 ist nur der Spannring 11a verändert. Seine axiale Höhe ist gleich der Summe der Tiefe der Nut im Nutwulst 10 und der Ringwulst 9. Die Nut im Gehäuse 12 nimmt dementsprechend den Ring­ wulst 9 und den Spannring 11a nebeneinanderliegend auf, wodurch sowohl produktkammerseitig als auch druckmedium­ seitig eine rein radiale Abdichtung gegeben ist.

Claims (13)

1. Doppelmembranpumpe mit

• - einem Zentralgehäuse (1),
• - zwei Produktkammern (6)
• - zwei die Produktkammern gegen Druckmittelkammern (8) abdichtenden Membranen (7),
• - nach außen abgedichtet geführten Kolbenstangen (13),
• - einer Außenverbindung (17) zwischen den Kolben­ stangen und
• - einem Steuerblock (19) zum wechselseitigen, ge­ steuerten Beaufschlagen der Druckmittelkammern mit Fördermedium.

2. Doppelmembranpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Produktkammern im Zentralgehäuse (1) angeordnet sind.

3. Doppelmembranpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an die Druckseite von Druckventi­ len (3) ein druckbeaufschlagter Pulsationsdämpfer (25, 27, 28, 29, 30, 31) angeschlossen ist.

4. Doppelmembranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß alle produktberührten Teile aus massivem PTFE-TFM bestehen.

5. Doppelmembranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß alle äußeren, nicht pro­ duktberührten Teile aus massivem PVDF bestehen.

6. Doppelmembranpumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß alle inneren, nicht produktberührten Teile aus PETP, POM oder PTFE-PPS und alle hochbelasteten Bauteile aus EP-Harz GF bestehen.

7. Doppelmembranpumpe, insbesondere nach einem oder meh­ reren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (7, 28) an ihrem Außenumfang zwei entgegengesetzt gerichtete radial versetzte Ringwül­ ste (9, 20) besitzt, von denen einer als Nutwulst mit einem in die Nut eingesetzten Spannring (11) ausge­ bildet ist.

8. Doppelmembranpumpe nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ringwülste (9, 10) mit unterschied­ lichen radialen Abständen angeordnet sind.

9. Doppelmembranpumpe nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Nutwulst (10) einen größeren Radius als der Ringwulst (9) besitzt und die Nut axial in Richtung des Ringwulstes offen ist.

10. Doppelmembranpumpe nach einem oder mehreren der An­ sprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringwülste (9, 10) einen rechteckigen Querschnitt be­ sitzen.

11. Doppelmembranpumpe nach einem oder mehreren der An­ sprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannring (11) aus einem Elastomer hoher Shore-Härte besteht.

12. Doppelmembranpumpe nach einem oder mehreren der An­ sprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannring (11a) eine axiale Höhe entsprechend der Tiefe der Nut in dem Nutwulst (10) und der Höhe des Ringwulstes (9) aufweist.

13. Doppelmembranpumpe nach Anspruch 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Ringwulst (9) und der Spannring (11a) nebeneinander in derselben Ringnut des Gehäuses (12) angeordnet sind.