DE69201774T2 - Membranpumpe, insbesondere für gashaltige Fluide. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine neuartige Membranpumpe, die ein wirksames, langlebiges und zuverlässiges Pumpen von Fluiden mit jeglicher Art von Gasgehalt ermöglicht, indem eine nachteilige abnormale Formveränderung oder eine Faltenbildung der Membran verhindert wird.
• Membranpumpen sind z.B. aus der DE-A-1 806 675; GB-A-888 379; CH-A-654 073 oder der EP-A-0 250 026 bekannt.
• In der letztgenannten Druckschrift werden die Merkmale des Oberbegriffs von Anspruch 1 beschrieben, genauer eine Einrichtung insbesondere zum Pumpen von Fluiden mit hohem Gasgehalt mittels Membranpumpen, d.h. Pumpen, bei denen eine Elastomermembran das zu pumpende Fluid vom Hydraulik-Betriebsöl trennt. Dazu werden bei den bekannten Pumpen im wesentlichen halbkugelförmige, elastische Innenmembranen verwendet, die eine sich von ihrem Rand, der an der Mittelebene durch das Pumpengehäuse befestigt ist, zu ihrer Mitte hin verringernde Dicke aufweisen und mit eingebettetem Gewebe sowie einer Reihe von konzentrisch und parallel zu der Ebene, in der die Membran am Pumpengehäuse befestigt ist, angeordneten Metallringen verstärkt sind, wobei die Ringe der Reihe von Ringen einen sich vom Rand zur Mitte der Membran verringernden Querschnitt aufweisen. Die Erfahrung hat gezeigt, daß die bekannte Membranpumpenart eine Anzahl von Nachteilen aufweist; der Hauptnachteil ist das Auftreten einer abormalen Verformung in einem kritischen Bereich der Membran in der Nähe ihrer Befestigung am Pumpengehäuse, wo aufgrund von Ermüdungserscheinungen ein Ausfall auftritt. Insgesamt wurde festgestellt, daß als Folge der sich während des Pumpvorgangs verändernden Form der Membran in dem kritischen Membranbereich eine Verformung in Gestalt von Falten auftritt, die sich über den genannten Bereich ausbreiten und ein durch kleine Defekte ausgelöstes Ermüdungsversagen verursachen; diese Defekte sind immer vorhanden und schwierig zu beseitigen, selbst wenn beim Herstellungsprozess sehr sorgfältig verfahren wird.
• Ein weiterer Nachteil der bekannten Membranpumpe besteht darin, daß die elastische Membran unmittelbar gegen die Bohrungen zur Aufnahme der Einlaß- und Auslaßventile für das zu pumpende Fluid gepreßt wird. In der Praxis wurde festgestellt, daß es unvermeidbar ist, daß die Ränder dieser Bohrungen dann brüchig werden.
• Es ist das Ziel der Erfindung, diese Nachteile dadurch zu vermeiden, daß eine Membranpumpe zum Pumpen gashaltiger Fluide bereitgestellt wird, bei der in keiner Weise Bruchstellen an der Membran auftreten.
• Die Lösung dieser Aufgabe wird in Anspruch 1 beschrieben, nach dem es besonders wichtig ist, eine elastische Membran einer kegelstumpfartigen Gestalt, anstelle einer halbkugelförmigen Gestalt, zu verwenden, die in einer unteren Pumpenkammer mit entsprechender kegelstumpfartiger Gestalt wirkt, wobei die kegelstumpfartige Membran mit ihrem Rand von größerem Durchmesser mit dem Pumpengehäuse und mit ihrem Rand von geringerem Durchmesser mit einer starren mittigen Scheibe, die an ihrem Umfang eine entsprechende kegelstumpfförmige Stützfläche für die darunterliegende elastische Membran aufweist, verbunden ist. Da die mittige Scheibe eine nicht zu vernachlässigende Masse aufweist, muß ihre Lage stets präzise durch einen senkrecht starr mit der Scheibe verbundenen Stab festgelegt sein, wobei der Stab oben durch Führungen geführt ist, die ein regelmäßiges senkrechtes Bewegen der Scheibe ohne Fluchtungsfehler, die eine unerwünschte abnormale Beanspruchung der Membran verursachen könnten, sicherstellen.
• Damit ist sichergestellt, daß die Bruchgefahr der Membran an den Ventilbohrungen vermieden wird, dadurch, daß diese durch ihre Lage unterhalb der starren mittigen Scheibe nicht mehr mit der Membran in Kontakt kommen. Zusätzlich wird sich bei Beginn des Fluideinlasses die durch die Wirkung des Hydraulik-Betreibsöls weggezogene Membran nicht in Form einer Tasche um die Scheibe schließen, was das Auftreten der schädlichen Faltenbildung verursacht, sondern sie liegt einfach auf der kegelstumpfförmigen Stützfläche auf und behält ihre Form bei; die Verformung tritt dann ohne das Entstehen von Falten auf. Insbesondere liegt, sobald der Zugvorgang beginnt, die gesamte kegelstumpfförmige Membran an der Stützfläche an und löst sich dann langsam von dieser, wobei sich eine Wölbung in Richtung auf ihre Verbindung mit dem Pumpengehäuse einstellt, bis, wenn die Scheiben/Stab-Einheit in eine obere Bewegungsendstellung hochgezogen wird, sie allmählich an der zylindrischen Wand der oberen Pumpenkammer zur Anlage kommt.
• Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist zusätzlich eine Schutzeinrichtung für die elastische Membran vorgesehen, die verhindert, daß, auch nachdem die Scheibe ihre obere Bewegungsendstellung erreicht hat, fortlaufend Öl aus der oberen Kammer abgesaugt wird, da es immer möglich ist, daß das Einlaßumkehrsystem für das Pumpenhydrauliköl versagt, wie es tatsächlich in der Praxis vorgekommen ist, und was durch das Erzeugen einer erheblichen, durch Überdruck hervorgerufenen Druckdifferenz zwischen den beiden Kammern zum Bruch der Membran führen würde. Die Schutzeinrichtung für die elastische Membran hat die Form eines oben auf der oberen Kammer an der Mündung des Turms vorgesehenen Rings, der mit einer mit dem Stab starr verbundenen Schulterfläche zusammenwirkt, wenn der Stab seine obere Bewegungsendstellung erreicht.
• Auf diese Weise kommt die Schulterfläche in Berührung mit dem Dichtungsring, sobald die Scheibe und damit auch der Stab ihre obere Bewegungsendstellung erreichen; dies bewirkt, daß die obere Pumpenkammer abgesperrt wird und der Membran nichts geschehen kann, selbst wenn die Hydraulikölpumpe weiter ansaugen sollte.
• Im folgenden wird die Erfindung näher mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert: sie zeigen eine bevorzugte Ausführungsform als nicht-einschränkendes Beispiel, an dem technische und konstruktive Änderungen ohne Verlassen des Erfindungsbereichs möglich sind.
• In den Zeichnungen zeigen:
• Fig. 1 einen Querschnitt von vorne einer Membranpumpe gemäß der Erfindung;
• Fig. 2 und 3 Ansichten entsprechend Fig. 1, die verschiedene Betriebsstufen der erfindungsgemäßen Pumpe zeigen.
• In den Zeichnungen bezeichnen Bezugszeichen 1 und 2 jeweils die beiden nach dem Zusammenschrauben das Pumpengehäuse bildenden Gehäusehälften, in denen die elastische Membran 3 eine obere Kammer 4 für das Hydraulik-Betriebsöl begrenzt, das von einer in der Zeichnung nicht gezeigten Zuführeinrichtung dorthin mit einer in der Zeichnung ebenfalls nicht gezeigten Zuführpumpe verbracht wird, die Leitung 5 und einen mit dem oberen Teil der oberen Kammer 4 verbundenen Turm 6, wobei die Membran ferner eine untere Kammer 7 von kegelstumpfartiger Gestalt begrenzt, deren kleinere Basis 7' unten beim Einlaßventil 8 und dem Auslaßventil 9 für das zu pumpende Fluid vorgesehen ist.
• Ebenso hat die elastische Membran 3 eine kegelstumpfartige Gestalt entsprechend der Gestalt der unteren Kammer 7 und verdickte Ränder 10 und 11, die jeweils in entsprechende Vertiefungen in dem Pumpengehäuse 1, 2 bzw. in einer starren mittigen Scheibe 12 eingreifen. Der Rand 10 mit größerem Durchmesser der elastischen Membran 3 ist genauer gesagt mit dem Pumpengehäuse 1, 2, und der Rand 11 mit kleinerem Durchmesser der Membran mit der starren Scheibe 12 verbunden.
• Die starre mittige Scheibe 12 weist an ihrem Umfang ebenfalls eine kegelstumpfartige Fläche 13 auf, die zur Unterstützung der darunterliegenden elastischen Membran 3 dient, und sie ist mit einem senkrechten Führungsstab 14 starr verbunden, der seinerseits oben durch im Turm 6 gehaltene senkrechte Führungen 15 geführt ist, wobei der Turm eine Höhe aufweist, die es dem Stab 14 erlaubt, sich während der Gesamtbewegung der Platte 12 senkrecht zu bewegen.
• Schließlich ist ein Dichtungsring 17 oben an der oberen Kammer 4, bei der Mündung 16 des Turms 6, für ein Zusammenwirken mit einer mit dem Stab 14 starr verbundenen Schulterfläche 18 vorgesehen.
• Fig. 2 und 3 zeigen deutlich, wie sich die Membran 3 im Verlauf ihres fortschreitenden Ablösens von der kegelstumpfartigen Stützfläche 13 wölbt und wie, wenn die Membran ihre obere Bewegungsendstellung erreicht hat (sh. Fig.3), die Verbindung zwischen der Leitung 5 und der oberen Kammer 4 durch die vom Ring 17 und der Schulterfläche 18 gebildete Schutzeinrichtung unterbrochen wird.

Claims (1)

1. 2. Membranpumpe für gashaltige Fluide, mit einem Pumpengehäuse (1), das innen durch eine elastische Membran (3) unterteilt ist, in eine untere Kammer (7), die mit einem Einlaßventil (8) und einem Auslaßventil (9) für das zu pumpende Fluid versehen ist, und eine obere Kammer (4) für das Hydraulik-Betriebsöl, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Kammer eine kegelstumpfartige Form mit der kleineren Basis unten hatl wobei diese Form der Form der elastischen Membran (3) entspricht, deren Rand mit größerem Durchmesser (10) mit dem Pumpengehäuse (1) verbunden ist, während ihr Rand (11) mit kleinerem Durchmesser mit einer starren mittigen Scheibe (12) verbunden ist, die an ihrem Umfang eine entsprechende kegelstumpfförmige Stützfläche (13) für die darunterliegende elastische Membran aufweist, wobei die Scheibe (12) starr mit einem senkrechten Stab (14) ausgebildet ist, der oben durch senkrechte Führungen (15) geführt ist, die in einem Turm (6) gehalten sind, der mit dem oberen Ende der oberen Pumpenkammer (4) verbunden ist und eine Kammer von solcher Höhe bildet, daß der Stab (14) sich in ihr während der ganzen Bewegung der Platte senkrecht bewegen kann, wobei die Turmkammer hydraulisch mit einer Zuführeinrichtung verbunden ist, die das hydraulische Betriebsöl der oberen Kammer zuführt.

   2. Membranpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Dichtungsring (17) am oberen Ende der oberen Pumpenkammer (4) an der Mündung des Turmes (6) vorgesehen ist, um mit einer Schulterfläche (18), die mit dem Stab (14) starr ausgebildet ist, zusammenzuwirken, wenn der letztere seine obere Bewegungsendstellung erreicht.