DE4314968C2 - Membran für eine Pumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Membran für eine Membran­ pumpe, insbesondere eine Doppelmembranpumpe zum Fördern hochreiner Produkte, mit am Umfang angeordneten, radial versetzten Ringwülsten, wovon einer als Nutwulst ausge­ bildet ist und einem in die Nut eingesetzten Spannring nach Patent 41 43 371.

Bei dieser Membran läßt sich die produktberührte Oberflä­ che flach, eben und gleichförmig ausbilden und weist keine inneren Einbuchtungen auf, in denen sich Partikel ablagern könnten. Es ist zudem nur eine Dichtfläche zum Zentralgehäuse hin vorhanden. Die Membran läßt sich da­ durch zwischen dem Zentralgehäuse und dem Gehäusedeckel einwandfrei abdichten und wird dabei genau lagefixiert, was insbesondere bei. Verwendung von Membranen aus massi­ vem PTFE-PFM ohne Metallkern oder Stützplatten erforder­ lich ist. Durch den Spannring wird die Membran ständig gegen das Zentralgehäuse gedrückt. Zwei der drei Oberflä­ chen arbeiten radial; sie sind unabhängig vom Spannungs­ grad der Zuganker, und eine Oberfläche wirkt axial für eine größtmögliche Sicherheit. Bei einer Demontage der Gehäusedeckel bleiben die Membranen im Zentralgehäuse fest und abdichtend sitzen und schützen so das geförderte Produkt.

Auf diese Weise sind die Funktionen Lagefixierung und Ab­ dichtung voneinander getrennt, und die diese Funktionen übernehmenden Elemente lassen sich jeweils optimal aus­ bilden. Die Abdichtung geschieht mit dem in die Nut ein­ gelegten Spannring und den 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 angepreßt. Selbst ein axialer Spalt zwischen den Gehäuseteilen von bis zu einem Millimeter führt nicht zu Undichtigkeiten oder einem Ausreißen der Membran. Eine Wartung und Überwachung der axialen Vorspannung entfällt.

Die Membran gemäß der Hauptanmeldung weist somit eine Reihe von Vor­ teilen auf, die sie sehr geeignet für die Verwendung in einer Doppelmem­ branpumpe zum Fördern hochreiner Produkte macht. Da indessen die aus Gründen der Korrosionsbeständigkeit aus Fluorthermoplasten der PTFE- Familie bestehenden Gehäusebauteile zu einer Deformation unter Last nei­ gen, kann die konstante Vorspannung durch den Membranspannring aus Elastomer hoher Shorehärte im Betrieb nachlassen und auch bei längeren Stillstandszeiten der Pumpe zu Undichtigkeiten führen, weil die umgeben­ den Bauteile ausweichen und damit die ursprünglich vorgegebene Vorspan­ nung verringert wird. Des weiteren ist durch die erforderliche starke Vor­ spannung des Membranspannrings die Montage der Pumpe erschwert.

Vorrichtungen zur Verbesserung der Abdichtung zwischen Membran und Gehäusekörper sowie die Verwendung aufgewölbter Oberflächen zur Fixie­ rung von Membranen sind aus der US-Patentschrift 4 887 516 und aus der deutschen Offenlegungsschrift 1 503 390 bekannt. Die US-Patentschrift 4 887 516 beschreibt eine für den Membrankolben einer Zugbremse konzi­ pierte Vorrichtung, bei der der Rückfederungseffekt der durch das Druck­ medium ausgebeulten Membran verstärkt und so die Empfindlichkeit der Bremse erhöht wird. Diese verstärkte Rückfederung wird durch eine koni­ sche Oberfläche auf einem der oberen oder unteren Befestigungselemente erzielt, zwischen die die Membran eingeklemmt wird. Dabei sind die koni­ schen Oberflächen so angeordnet, daß sie die Verformung der Membran und infolge dessen die Rückfederung als wesentliches Element der Kolben­ bewegung erhöhen.

Das in der deutschen Offenlegungsschrift 1 503 390 für eine hydraulische Membranpumpe vorgeschlagene System dient dem entgegengesetzten Zweck: Es soll die Verformung der unter Druck stehenden Membran ver­ mindern, die Abdichtung verbessern und die Membran vor Beschädigung durch hohen Druck schützen. Hierzu wird eine Vorrichtung verwendet, die die Membran in ihrem Zentrum entgegen der durch das Druckmedium erzeugten Verformung abzieht. Zum Erzielen dieses Effektes können z. B. Federelemente verwendet werden. Die verbesserte Abdichtung und vermin­ derte Verformung der Membran soll u. a. verhindern, daß zwischen der Membran und der Wandung des Arbeitsraums Blasen eingeschlossen wer­ den.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine stets gleichbleibende Dicht­ kraft auch bei sich durch Kaltfluß der Gehäuseteile ergebenden Maßverän­ derungen zu erreichen.

Ausgehend von dieser Aufgabenstellung wird bei einer Membran der ein­ gangs erwähnten Art vorgeschlagen, daß erfindungsgemäß die Nut des Nutwulsts mit einem Druckmedium in Verbindung steht. Auf diese Weise ist die Belastung der beiden radialen Dichtflächen des Nutwulsts im Nutgrund konzentriert, so daß die Abdichtung weitgehend im vollen Material erfolgt. Da der Spannring nicht mehr radial vorspannend wirken muß, kann er aus einem Elastomer normaler Härte von ca. 60° Shore bestehen und braucht lediglich einen leichten axialen Überstand zu besitzen, um die erforderliche Initialdichtwirkung für das Druckmedium sicherzustellen.

Vorzugsweise handelt es sich bei dem Druckmedium um die Antriebsdruckluft der Membranpumpe, die ohnehin stets zur Verfügung steht.

Um das Druckmedium in den Bereich des Nutgrundes der Nut des Nutwulsts zu leiten, kann der Spannring axiale Druck­ mediumdurchlässe aufweisen.

Vorzugsweise erstreckt sich der Spannring axial in die Nut der Nutwulst und entgegengesetzt in eine Nut in einem Pumpengehäusedeckel, wobei der Spannring im deckelseiti­ gen Bereich eine Ringnut und davon ausgehende, zur Nut der Nutwulst reichende Bohrungen aufweisen und der deckelseitige Bereich des Spannrings den benachbarten Wulst der Membran mit einem radialen Vorsprung übergrei­ fen kann. Durch die deckelseitige Ringnut im Spannring, die ständig mit Druckluft beaufschlagt ist, wird auch bei einer etwaigen axialen Spaltbildung zwischen Pumpenge­ häuse und Gehäusedeckel im Betrieb der Pumpe, z. B. durch Wärmedehnungen, eine ständige und zuverlässige Dichtung gewährleistet, da sich die ringförmigen Wandungen der Ringnut im Spannring nach Art einer ringförmigen Lippen­ dichtung durch die Druckluftbeaufschlagung radial gegen die entsprechenden Flächen der Nut im Gehäusedeckel le­ gen.

Vorzugsweise ist der in die Nut reichende Bereich des Spannrings etwas verkürzt, so daß sich zwischen dem in die Nut des Nutwulst reichende Bereich des Spannrings und dem Nutgrund ein Freiraum ergibt, in den vorzugsweise die Wand des Nutgrundes des Nutwulsts konvex bzw. dachförmig aufgewölbt ist. Auf diese Weise ergibt sich bei einer Be­ aufschlagung mit Druckluft eine Vergrößerung der Dicht­ kraft in radialer Richtung und wird somit die Dichtwirkung verbessert. Um den Druck im Bereich des Spannrings auch bei kurzfristigen Unterbrechungen der An­ triebsdruckluft für die Pumpe aufrechtzuerhalten, kann in der Druckmediumzuleitung wenigstens ein Rückschlagventil angeordnet sein, das vorzugsweise als Kegelrückschlagven­ til aus einem Elastomer besteht und mit einem Kreuz­ schlitz im Kegelteil versehen ist.

Die durch die axiale Vorspannung auf die axiale Fläche der Membran im Bereich der Membranwülste aufgebrachte Kraft bewirkt ein Abdichten gegen das Fördermedium im Pumpenraum und einen entsprechenden Druckabbau bis zur Nutwulst mit den beiden radial gerichteten Dichtflächen und der konvex gewölbten axialen Dichtfläche. Der deckel­ seitige Bereich des Spannrings in Verbindung mit dem hiervon übergriffenen Ringwulst ergeben eine zusätzliche sekundäre Dichtung gegen evtl. noch durch die drei vorge­ schalteten Dichtflächen austretendes Fördermedium. Auch diese Flächen werden durch die axiale Vorspannung und die Druckluft gegen das Gehäuse gedrückt.

Da die radiale und die axiale Vorspannung durch den Spannring erheblich verringert ist, ergibt sich eine we­ sentlich vereinfachte Montage der Pumpe. Dennoch ist die Dichtwirkung durch die Vielzahl der hintereinander ge­ schalteten druckbeaufschlagten Dichtflächen verbessert. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß nur beim Be­ trieb der Pumpe Druckkräfte im Bereich der Membrandich­ tung auftreten, während bei längeren Stillstandszeiten die Gehäusebauteile unbelastet sind und daher keine De­ formation unter Last eintreten kann.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeich­ nung dargestellten Ausführungsbeispiels des näheren er­ läutert. In der Zeichnung ist eine vergrößerte, aus­ schnittsweise Darstellung einer Membran mit druckmittelbeaufschlagten Ringwülsten dargestellt.

Am äußeren Umfang einer Membran 7 sind Ringwülsten 9, 10 angeordnet, die radial zueinander versetzt sind. Der Ringwulst 9 liegt in einer Ringnut eines Gehäusedeckels 12, die auch zur Aufnahme eines deckelseitigen Bereichs 16 eines Spannrings 11 dient. Der Ringwulst 10 ist in ei­ ner entsprechenden Ringnut in einem Zentralgehäuse 1 an­ geordnet und weist eine umlaufende axiale, zum Spannring 11 hin gerichtete offene Nut auf. In diese Nut ragt der gehäuseseitige Bereich 15 des Spannrings 11, der so be­ messen ist, daß gegenüber einer dachförmig aufgewölbten Wand 14 des Nutgrundes ein Freiraum 13 verbleibt.

Im Spannring 11 sind Axialbohrungen 18 angeordnet, die eine Verbindung zwischen dem Freiraum und einer Ringnut 19 im deckelseitigen Bereich 16 des Spannrings 11 her­ stellen. Die Ringnut 19 läßt sich mit einem Druckmedium, vorzugsweise der Antriebsdruckluft, über eine Axialboh­ rung 20 beaufschlagen. In dieser Axialbohrung 20 ist ein Kegelrückschlagventil 21 aus einem Elastomer mit einem Kreuzschlitz in einem kegeligen Dichtteil 22 angeordnet, so daß im Ringraum 19 und im Freiraum 13 auch dann jeden­ falls für eine gewisse Zeit der Dichtdruck aufrechterhal­ ten bleibt, wenn die Zufuhr von Antriebsdruckluft unter­ brochen wird. Durch die Membran 7 werden eine ge­ häuseseitige Produktkammer 6 und eine deckelseitige Druckmittelkammer 8 voneinander abgeteilt, die durch den druckmittelbeaufschlagten Randbereich der Membran 7 si­ cher gegeneinander und nach außen abgedichtet sind, ohne daß es erforderlich ist, auf das Gehäuse 1 und den Deckel 12 hohe axiale Vorspannungen aufzubringen.

Claims (10)

1. Membran für eine Pumpe, insbesondere eine Doppelmem­ branpumpe zum Fördern hochreiner Produkte, mit am Um­ fang angeordneten, radial versetzten Ringwülsten, wo­ von einer als Nutwulst ausgebildet ist und einem in die Nut eingesetzten Spannring nach Patent 41 43 371, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut des Nutwulsts (10) mit einem Druckmedium in Verbin­ dung steht.

2. Membran nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Druckmedium die Antriebsdruckluft der Membran­ pumpe dient.

3. Membran nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Spannring (11) axiale Druckmediumdurch­ lässe (18) aufweist.

4. Membran nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Spannring (11) axial in die Nut der Nutwulst (10) und entgegengesetzt in eine Nut in einem Pumpen­ gehäusedeckel (12) erstreckt.

5. Membran nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannring (11) im deckelseitigen Bereich (16) eine Ringnut (19) und davon ausgehende, zur Nut der Nutwulst reichende Bohrungen (18) aufweist.

6. Membran nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeich­ net, daß der deckelseitige Bereich (16) des Spann­ rings den benachbarten Wulst (9) der Membran (7) mit einem radialen Vorsprung (17) übergreift.

7. Membran nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sich zwischen dem in die Nut des Nutwulsts (10) reichenden Bereich (15) des Spannrings (11) und dem Nutgrund ein Freiraum (13) befindet.

8. Membran nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand (14) des Nutgrunds des Nutwulsts, (10) in Richtung zum Freiraum (13) konvex bzw. dachförmig aufgewölbt ist.

9. Membran nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Druckmediumzu­ leitung wenigstens ein Rückschlagventil (21) angeord­ net ist.

10. Membran nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch ein Ke­ gelrückschlagventil (21) aus einem Elastomer mit ei­ nem Kreuzschlitz im Kegelteil (22).