DE4443778A1 - Doppelmembranpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine doppelt wirkende Mem­ branpumpe (Doppelmembranpumpe) nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der DE 32 06 242 ist eine Doppelmembranpumpe bekannt­ geworden mit einem zentrisch in einem Gehäuse gelagerten Kolben mit an jedem seiner freien Enden befestigten, je einen Verdrängungsraum beaufschlagten Pumpenmembran. Die Verdrängungsräume sind mit dem Saugstutzen einerseits und dem Druckstutzen andererseits über Rückschlagventile ver­ bunden. Ferner ist eine Einrichtung vorgesehen zur wech­ selweisen Beaufschlagung der auf der zu den Verdrängungs­ räumen gegenüberliegenden Seite der Membranen angeordneten Druckkammern für das Antriebsmedium. Bei wechselweiser Beaufschlagung mit Druckluft werden die Membranen gleich­ sinnig bewegt, wobei die Druckluft eine Membran in Rich­ tung Produktraum bewegt und das Fördermedium in den Druck­ stutzen verdrängt; die andere Membran führt einen Ansaug­ hub aus. Das Fördermedium wird mithin durch Druckluft verdrängt und damit gefördert.

Derartige Pumpen haben etliche Vorteile. Sie sind trocken­ laufsicher und selbstansaugend. Auch eine kurzzeitige Überbelastung ist unkritisch. Es sind keine Wellenabdich­ tungen erforderlich und keine rotierenden Teile im Produkt­ strom. Darüber hinaus ist die Pumpe feststoffunempfindlich. Verunreinigungen und Feststoffe können im Produktstrom mitgefördert werden. Im übrigen ist die Verdrängerförde­ rung bei einer derartigen Pumpe auch für scherempfindliche Medien einsetzbar. Nachteilig ist hingegen, daß vor allen Dingen bei höheren Pumpendrücken, zum Beispiel bis zu 6 bar, wegen der Kompressibilität der ruft eine erhebliche Kompressorleistung zur Verfügung gestellt werden muß. Bei höheren Drücken sind daher derartige Membranpumpen nicht mehr wirtschaftlich einsetzbar.

Aus der Firmenschrift "Membranpumpen Typ Wiking M" der Firma Abel GmbH & Co. Pumpen und Maschinenbau ist bekannt­ geworden, die Membran mechanisch anzutreiben. Eine Kolben­ stange ist mit einem Kreuzkopf verbunden, der seinerseits an eine Pleuelstange angelenkt ist. Der mechanische Auf­ wand ist bei einer derartigen Pumpe jedoch erheblich. Außerdem erzeugt eine Einfachmembranpumpe eine stärkere Pulsation und fördert bei gleicher Drehzahl des Antriebs nur 50% des Volumens wie eine Doppelmembranpumpe.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Doppelmem­ branpumpe zu schaffen, die einfach aufgebaut und betriebs­ sicher arbeitet und die trotz höherer Pumpendrücke mit einem hohen Wirkungsgrad betrieben werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Doppelmembranpumpe ist mit mechanisch angetriebenen Membranen versehen. Für die Übertragung der Drehbewegung in die oszillierende der Membranen sieht die Erfindung einen Führungsrahmen vor, an den an gegenüber­ liegenden Seiten die mit den Membranen verbundenen Kolben­ stangen verbunden sind. Im Führungsrahmen ist ein Kulis­ senstein gelagert und mittels einer Linearführung geführt. Der Kulissenstein lagert seinerseits den Zapfen einer Kur­ belwelle, die mit dem Antriebsmotor verbunden ist. Für die lineare Führung werden vorzugsweise Rundstäbe verwendet.

Der Kurbelzapfen ist vorzugsweise mittel eines Wälzlagers im Kulissenstein gelagert. Der Kulissenstein macht zwangs­ läufig die kreisende Bewegung des Kurbelzapfens mit, bleibt jedoch aufgrund der Zwangsführung im Führungsrahmen in der gleichen Lage orientiert, wodurch er sich oszillie­ rend entlang den Führungen bewegt. Die Führungen erhalten dadurch eine oszillierende Bewegung in Richtung der zwangs­ geführten Kolbenstangen. Auf diese Weise wird eine rei­ bungsarme, gleichwohl mechanisch einfache Übertragung der Drehbewegung des Antriebsmotors auf die linear verstell­ baren Kolbenstangen erhalten. Der Kulissenstein wird vor­ zugsweise mittels Kunststoffgleitlagern geführt, ebenso wie die Kolbenstange in entsprechenden Führungsbohrungen des Gehäuses.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung haben die Membranen etwa die Form einer Kugelkappe. Diese Form stellt sicher, daß während des Membranhubes keine Falten in der Membran entstehen, welche sonst leicht nach einer gewissen Be­ triebszeit zu Schäden führen können.

Mit der Erfindung ist eine Doppelmembranpumpe geschaffen, die auch bei höheren Gegendrücken aufgrund der mechani­ schen Zwangsführung mit einem hohen Wirkungsgrad arbeitet. Sie kann mit annähernd konstanter Kennlinie gefahren wer­ den, vergleichbar den Kolbenpumpen, wobei eine gewisse Einschränkung durch die Elastizität der Membranen gemacht werden muß. Die erfindungsgemäße Pumpe kann mithin eine vorgegebene Fördermenge bei einem vorgegebenen Druck för­ dern. Sie baut klein und kann geräuscharm betrieben werden.

Das Gehäuse der Pumpe kann aus vielen Materialien beste­ hen, beispielsweise Aluminium, Grauguß oder Edelstahl, je nach den Einsatzverhältnissen. Es kann auch ein Kunst­ stoffgehäuse verwendet werden, beispielsweise aus Polypro­ pylen, Polytetrafluorethylen, Polyvinylidenfluorid oder dergleichen. Um die Membranen gegen abrasive und gegen aggressive Medien zu schützen, kann eine Beschichtung mit PTFE-Folie vorgenommen werden. Eine derartige Membran ist jedoch aus dem G 84 32 2045 bekanntgeworden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch eine Doppelmembranpumpe nach der Erfindung

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch die Darstellung nach Fig. 1 entlang der Linie 2-2.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Doppelmembranpumpe weist einen ersten Gehäuseabschnitt 10 auf, der kastenar­ tig ist und einen zu einer Seite abgehenden rohrartigen Ansatz 12 aufweist. Abschnitt 10 und Ansatz 12 sind ein­ teilig geformt, beispielsweise aus Aluminiumguß, Grauguß, Edelstahl oder dergleichen. Mit dem Gehäuseabschnitt 10 sind Flansche 14, 16 geformt, die über schwachkugelige Wandabschnitte 18, 20 mit den Stirnseiten des Gehäuseab­ schnitts 10 verbunden sind. Den Flanschen 14, 16 sind kreisförmige Membrangehäuseabschnitte 22 bzw. 24 zugeord­ net, die mit den Flanschen 14, 16 verschraubt sind. Zwi­ schen diesen Teilen sind Membranen 26 bzw. 28 eingespannt, die am Umfang einen O-ringförmigen Querschnitt aufweisen, wie bei 30 bzw. 32 dargestellt. Sie sitzen in entsprechen­ den Ringnuten von Flansch 14, 16 bzw. Gehäuseabschnitt 22, 24, so daß die Membranen 26, 28 sicher gehalten sind.

Die Membranen 26, 28 sind aus einem geeigneten Elastomer und können zum Verdrängungsraum 34 bzw. 36 hin mit PTFE beschichtet sein. Außerdem sind sie durch Gewebeeinlagen verstärkt. Die Membranen 26, 28 haben annähernd Kugelkap­ penform. Sie werfen daher bei ihrem Hub keine Falten auf.

Wie schon erwähnt, unterteilen die Membranen 26, 28 den Innenraum der Membrangehäuseabschnitte 22, 24 in einen Verdrängungsraum 34, 36 und einen Ausgleichsraum 38 bzw. 40. Die Verdrängungsräume 34, 36 sind über entsprechende Leitungsabschnitte 42, 44 und Kugelrückschlagventile 46, 48 mit einem Saugstutzen 50 verbunden. Sie sind außerdem über Kugelrückschlagventile 52, 54 und Leitungsabschnitte 56, 58 mit einem Druckstutzen 60 verbunden. Die Ausgleichs­ räume 38, 40 sind über eine Verbindungsleitung 62 mitein­ ander verbunden.

Im Gehäuseabschnitt 10 ist ein annähernd rechteckiger Füh­ rungsrahmen 64 angeordnet, an dem an gegenüberliegenden Enden Kolbenstangen 66, 68 angebracht sind. Die Kolben­ stangen erstrecken sich durch Gleitlager 70, 72 des Ge­ häuseabschnitts 10, die mit Kunststoffbuchsen 74, 75 aus­ gekleidet sind. An den Enden sind die Kolbenstangen 66, 68 mit der Membran 26 bzw. 28 verbunden. Zu diesem Zweck ist ein mit der Kolbenstange 66, 68 verschraubter Teller 76 bzw. 78 in den mittleren Abschnitt der Membran 26, 28 ein­ vulkanisiert. Ferner sitzt eine Scheibe 80 bzw. 82, die am Umfang gerundet ist, zwischen einem Absatz der Kolben­ stange 66, 68 und dem Membranabschnitt, wodurch der be­ treffende Membranabschnitt sicher eingespannt ist.

Im Führungsrahmen 64 sind parallel beabstandet zwei Rund­ stäbe 84, 86 befestigt. Sie bestehen aus einem geeigneten Material, das stangenweise gefertigt und erhältlich ist. Die Führungsstäbe 84, 86 erstrecken sich durch Führungs­ bohrungen eines Kulissensteins 88. Die Führungsbohrungen sind mit Kunststoffbuchsen 90 bzw. 92 ausgekleidet.

Wie aus Fig. 2 zu erkennen, ist mittels Wälzlagern 91, 93 eine Kurbelwelle 94 im Ansatz 12 drehbar gelagert. Die Kurbelwelle 94 steht über eine Kupplung 96 mit einer Ab­ triebswelle 98 eines nicht näher dargestellten Elektromo­ tors 100 in Antriebsverbindung. Ein Zapfen 102 der Kurbel­ welle 94 ist mittels eines Wälzlagers 104 in einer mitti­ gen Durchbohrung des Kulissensteins 88 gelagert.

Der besseren Zugänglichkeit wegen ist der Gehäuseabschnitt 10 an der Stirnseite der Kurbelwelle 94 durch eine Platte 106 abgeschlossen, die entfernt werden kann.

Wird die Kurbelwelle 94 angetrieben, wird der Kulissen­ stein 98 zwangsläufig mitgenommen. Er führt eine kreisende Bewegung aus, bleibt jedoch durch die Zwangsführung auf den Führungsstäben 84, 86 in der Lage orientiert. Der Füh­ rungsrahmen 84 ist seinerseits durch die Kolbenstangen 66, 68 zwangsgeführt. Dadurch wird die Drehbewegung der Kurbel­ welle 94 in eine osizillierende Bewegung der Kolbenstangen 66, 68 umgewandelt. Der Hub der Kolbenstangen 66, 68 und damit der Membranen 26, 28 ist durch die Länge des Kurbel­ arms bestimmt. Soll der Hub verändert werden, ist eine andere Kurbelwelle 94 einzusetzen.

Am Ende des Saughubs in Fig. 1 links hat der Verdrängungs­ raum 34 maximales Volumen. Die Membran 26 liegt annähernd am Gehäuseabschnitt 18 an, berührt ihn indessen nicht. Eine Berührung muß nach Möglichkeit vermieden werden, da sie zur Beschädigung der Membran führen kann. Die Membran 28 hingegen hat den Totpunkt ihres Druckhubes erreicht.

Mit einem geeigneten Sensor, z. B. einem Druckaufnehmer, kann die dem Verdrängungsraum 34, 36 abgewandte Seite der Membranen 26, 28 überwacht werden, um ein Loch oder einen Bruch der Membranen rechtzeitig festzustellen. Ein derar­ tiger Druckaufnehmer kann an die Verbindungsleitung 62 an­ geschlossen sein.

Claims (9)

1. Doppelmembranpumpe, bei der die im Verdrängungsraum an­ geordneten flexiblen Membranen mit einer Kolbenstange verbunden und mechanisch gekoppelt sind, wobei die Ver­ drängungsräume mit dem Saugstutzen einerseits und dem Druckstutzen andererseits über Rückschlagventile ver­ bunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß jede Membran (26, 28) mit einer Kolbenstange (66, 68) verbunden ist, die koaxial verlaufend an gegenüberliegenden Seiten an einem Führungsrahmen (64) angebracht sind, der minde­ stens eine lineare Führung (84, 86) aufweist für einen Kulissenstein (88), der seinerseits drehbar den Lager­ zapfen (102) einer Kurbelwelle (94) lagert.

2. Doppelmembranpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die lineare Führung von Rundstäben (84, 86) gebildet ist und der Kulissenstein (88) entsprechende Führungsbohrungen (90, 92) aufweist.

3. Doppelmembranpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Führungsbohrungen im Kulissen­ stein (88) mit Kunststoffbuchsen (90, 92) ausgekleidet sind.

4. Doppelmembranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstangen (66, 68) in Kunststoffgleitbuchsen (74) des Gehäuses (10) glei­ tend und dichtend gelagert sind.

5. Doppelmembranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerrahmen (64) in einem geschlossenen Gehäuseabschnitt (10) angeordnet ist, der einen seitlichen Ansatz (14) aufweist, in dem Lager (90, 92) für die Kurbelwelle (94) angeordnet sind.

6. Doppelmembranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranen (26, 28) in etwa als Kugelkappen vorgeformt sind.

7. Doppelmembranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit der Kolbenstange (66, 68) verbundener Teller (76, 78) in die Membranen (26, 28) einvulkanisiert ist und die Membranen (26, 28) zwischen dem Teller (76, 78) und einer auf der Kolben­ stange (66, 68) angeordnete Scheibe (80, 82) festgelegt ist.

8. Doppelmembranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Verdrängungsraum (34, 36) abgewandte Seite der Membranen (26, 28) über eine Verbindungsleitung (62) verbunden sind.

9. Doppelmembranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Verdrängungsraum (34, 36) abgewandte Seite der Membranen über einen Druckaufnehmer oder einen sonstigen Detektor überwacht wird.