DE9403103U1

DE9403103U1 - Membrane für eine Membranpumpe zum Fördern eines brennbaren Fluids

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Publication number: DE9403103U1
Application number: DE9403103U
Authority: DE
Original assignee: ASF GmbH
Current assignee: ASF GmbH
Priority date: 1994-02-24
Filing date: 1994-02-24
Publication date: 1994-04-14
Anticipated expiration: 2004-02-25

Description

Membrane für eine Membranpumpe zum Fördern eines brennbaren Fluids

Die Erfindung betrifft eine Membrane nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, die für den Einsatz in einer Membranpumpe zum Fördern eines brennbaren Fluids vorgesehen ist.

Die in der Praxis bekannten Membranen sind aus Kunststoff- oder Gummimischungen hergestellt und besitzen somit die für ihre Funktion erforderliche Flexibilität und Elastizität. Da derartige Materialmischungen nicht ausreichend elektrisch leitfähig sind und sich somit im Betrieb elektrostatisch aufladen können, besteht immer die Gefahr der Entzündung des mit der Membrane geförderten brennbaren Fluids. Um diese Gefahr zu vermeiden, wird in der Praxis auf der Oberseite der Membrane ein dünnes Metallblech angebracht, das insbesondere im Walkbereich Ausnehmungen aufweist, so daß die Verformung der Membrane im Betrieb gewährleistet ist. Die Gesamtfläche der Ausnehmungen darf jedoch aufgrund entsprechender Vorschriften nicht

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größer als 50 cm sein, so daß die bekannten Membranen weder geeignet noch ausgelegt sind für höhere Pumpleistungen, die aufgrund größerer Hubwege größere Ausnehmungen im Metallblech erfordern wurden; desgleichen können die bekannten Membranen nicht mit größeren, MetalIblechabdeckungen mit einer

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Ausnehmungsflache von mehr als 50 cm erfordernden Radi al abmessungen zum Fördern brennbarer Fluide eingesetzt werden.

Es ist Aufgabe der Erfindung, Pine Membrane der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß sie auch in Membranpumpen höherer Leistungen ohne Beeinträchtigung ihrer Lebensdauer so eingesetzt werden kann, daß elektrostatische Aufladungen ohne aufwendige konstruktive Maßnahmen sicher verhindert werden.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Die elektrisch leitfähige Schicht auf der dem brennbaren Fluid zugewandten Oberseite der Membrane verhindert deren elektrostatische Aufladung durch ständige Ableitung der vorhandenen Ladungsträger über die (pumpen)gehäuseseitige Einspannung des Einspannrandbereichs. Diese Schicht

mit einer Dicke von vorzugsweise etwa 0,2 mm bis etwa 0,7 mm wird bei der 35

Herstellung der Membrane in dieser ausgebildet oder auf ihrer Oberseite als

Beschichtung aus vorzugsweise PTFE (Teflon) mit Kohlenstoff als elektrisch leitfähige Komponente aufgebracht. Dadurch entfällt der konstruktive Aufwand für die aus dem Stand der Technik bekannten Metallbleche und die daraus resultierende Beschränkung des Membraneinsatzes auf Membranen kleinerer Größe und Membranpumpen geringerer Leistung. Die Laufleistung der Membrane wird durch die vorzugsweise aus Polyamid, wie etwa Nylon 444, bestehende Gewebeeinlage im Vergleich zum Stand der Technik bei gleicher Pumpenleistung erhöht bzw. bei höherer Pumpenleistung zumindest auf dem bisherigen Niveau gehalten, so daß das durch die elektrisch leitfähige Schicht erhöhte Laufleistungs-Potential voll ausgenutzt werden kann. Das gleiche Ziel wird mit den verbleibenden Unteransprüchen verfolgt, die die Ermüdungsbeständigkeit der Membrane durch entsprechende Formgebung und durch entsprechende Einsatzbedingungen der Membrane in der Membranpumpe verbessern.

Nachstehend ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Axialschnitt einer Membrane gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung, und

Fig. 2 den in Fig. 1 mit A bezeichneten Ausschnitt in vergrößerter Darstellung.

Die in der Zeichnung dargestellte Membrane ist für den Einsatz in einer lediglich durch ein Pumpen-Antriebsteil 1 angedeuteten, allgemein bekannten Membranpumpe zum Fördern brennbarer Gase vorgesehen. Sie besteht aus einem von der Firma Freudenberg, Reicheltsheim gelieferten elastomeren Werkstoff mit der Bezeichnung 60EC0 117 659 (Äthylenoxid-Epichlorhydrinkautschuk nach ISO 1629 bzw. ASTM D 1418) mit einer Dichte von 1,48 g/cm³, einer Härte (Shore A) von 62°, einem Spannungswert bei 100 % Dehnung von 2,7 MPa, einer Zugfestigkeit von 10,5 MPa, einer Bruchdehnung von 500 % sowie einem Temperatureinsatzbereich von -40° C bis + 140° C. Anstelle des vorgenannten Werkstoffs können auch andere Elastomere, wie z.B. Nitrilkautschuk (NBR), für die Membrane verwendet werden.

Die Membrane ist von kreisrunder Form, einteilig ausgebildet und umfaßt

einen kreisrunden Membran-Mittel bereich 2, einen diesen konzentrisch umgebenden ringförmigen Walkbereich 3 und einen ebenfalls konzentrischen ringförmigen Einspannrandbereich 4, der sich in etwa der gleichen Radialebene E wie der Membran-Mittel bereich 2 an den Walkbereich 3 anschließt und zum Einspannen der Membrane im Gehäuse der Membranpumpe vorgesehen ist. Die Unterseite des Membran-Mittelbereichs 2 umfaßt einen ebenen, zur Radialebene E parallelen Flächenbereich 5 sowie einen konischen Flächenbereich 6, der einen kegel stumpfförmigen Abschnitt des Membran-Mittelbereichs 2 definiert und sich in Richtung des ebenen Flächenbereichs 5, mit diesem einen

Winkel von 57,5° einschließend, verjüngt. Ein konvex gekrümmtes Flächenstück 7 mit einem Radius R-, von 2,5 mm verbindet den ebenen Flächenbereich 5 mit dem konischen Flächenbereich 6. Die die Oberseite und die Unterseite des Walkbereichs 3 definierenden Flächenbereiche sind mit den Bezugszeichen 8 bzw. 9 bezeichnet. Die die Oberseite und die Unterseite des Einspannrandbereichs 4 definierenden Flächenbereiche 10 bzw. 11 erstrecken sich parallel zur Radialebene E.

Der Membran-Mittel bereich 2 ist mit einer im Axialschnitt T-förmigen und in der Draufsicht kreisrunden Ausnehmung 12 ausgebildet, die mit ihrem kleineren Durchmesser am ebenen Flächenbereich 5 ausmündet und zur Aufnahme des Pumpen-Antriebsteils 1 entsprechender Form vorgesehen ist. Das Pumpen-Antriebsteil 1 wird von der nicht gezeigten Pumpen-Antriebswelle über einen auf ihr exzentrisch gelagerten Stößel (ebenfalls nicht gezeigt) mit einem Hub von 7 mm und einer maximalen Frequenz von 3500 U/min angetrieben.

Im betriebsfertig in die Membranpumpe eingespannten Zustand stellt der Membran-Mittelbereich 2 aufgrund des Pumpen-Antriebsteils 1 eine im wesentlichen starre Einheit dar; der Einspannrandbereich 4 bildet aufgrund seiner Einspannung einen ebenfalls im wesentlichen starren Teil der Membrane. Die Hubbewegungen der Membrane im Betrieb werden durch den elastisch verformbaren Walkbereich 3 ermöglicht. Dabei ist es zur Erzielung einer möglichst hohen Lebensdauer wichtig, die bei der Hubbewegung auftretenden Spannungen möglichst gleichmäßig ohne Spannungsspitzen zu verteilen und auf diese Weise frühzeitige Ermüdungserscheinungen zu verhindern.

Zu diesem Zweck ist die Oberseite des Membran-Mittelbereichs 2 mit einer umlaufenden Vertiefung 13 bestimmter Abmessungen und bestimmter Lage versehen und die Membrane selbst so in der Membranpumpe angeordnet, daß sie sich dann im spannungsfreien Zustand (wie er in der Zeichnung dargestellt ist), befindet, wenn der Pumpen-Antriebsteil 1 zwei Millimeter vom oberen Totpunkt seines Hubs entfernt ist. Zum gleichen Zweck weist der Walkbereich 3 bestimmte Längen- und Dickenabmessungen und Übergänge zum Membran-Mittel bereich 2 und zum Einspannrandbereich 4 sowie einen Verlauf mit einer bestimmten Steigung zwischen diesen beiden Bereichen 3 und 4 auf. Zur Erhöhung der Lebensdauer weist die Membrane ferner eine Gewebeeinlage 14 auf.

Die umlaufende Vertiefung 13 ist durch einen konkav gekrümmten Flächenbereich 15 mit einem Radius R₂ von 55 mm und einen sich an diesen tangential

anschließenden und mit einer Steigung /? von 1,5° bis zu dem die Membranmitte M darstellenden Schnittpunkt der axialen Mittellinie L mit der Membran-Oberseite verlaufenden, kegelförmig ansteigenden Flächenbereich 16 gebildet. Der Abstand a zwischen dem Mittelpunkt des Kreises mit dem Radius R₂ und der axialen Mittellinie L beträgt 23,5 mm.

Bei einem Membran-Gesamtdurchmesser b von 95 mm weist der Walkbereich 3 eine gleichmäßige Dicke c von 1,8 mm auf und verläuft vom Einspannrandbereich 4 mit einer Steigung &Iacgr;&Ggr; von 18° zur Radialebene E bis zum Membran-Mittel bereich 2. Die Oberseite 8 des Walkbereichs 3 ist über ein konkav gekrümmtes Flächenstück 17 mit einem Radius R₃ von 4 mm mit dem Einspannrandbereich 4 und über ein konvex gekrümmtes Flächenstück 18 mit einem Radius R- von 12 mm mit dem Membran-Mittelbereich 2 verbunden. Letzteres Flächenstück 18 geht tangential in den konkav gekrümmten Flächenbereich 15 mit dem Radius Rp über. An der Unterseite 9 erfolgt die Verbindung des Walkbereichs 3 mit dem Einspannrandbereich 4 über ein konvex gekrümmtes Flächenstück 19 mit einem Radius R₅ von 4 mm und mit dem Membran-Mittelbereich 2 über ein konkav gekrümmtes Flächenstück 20 mit einem Radius R_ß von etwa 3 mm bis etwa 10 mm, vorzugsweise 4 mm. An letzteres Flächenstück 20 schließt sich der konische Flächenbereich 6 an.

Die Gewebeeinlage 14 erstreckt sich über die Gesamtfläche der Membrane im

_#1 Abstand von 0,6 mm von deren Oberseite 8, 10, 15 bis 18. Die Gewebeeinlage 14 ist ein Polyamidgewebe aus Nylon 444 mit multifilem Garn, dessen Feinheit 470 dtex beträgt. Sie weist Leinwand-Bindung mit 130 Kett- und 130 Schußfäden/10 cm auf. Die Reißfestigkeit und die Reißdehnung der Kettfaden betragen 33 N/mm bzw. 27 %; die entsprechenden Werte,für die Schußfäden

sind 36 N/mm bzw. 31 %. Die Gewebeeinlage 14 weist ein Flächengewicht von

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135 g/m und eine Dicke von 0,35 mm auf.

Auf der gesamten, aus den Flächenbereichen bzw. -stücken 8,10, 15 bis 18 bestehenden Oberseite der Membrane ist eine 0,3 mm dicke ununterbrochene Beschichtung (nicht dargestellt) aus elektrisch leitfähigem PTFE (Teflon)

mit einem Oberflächenwiderstand von weniger als 10 0hm mittels eines in der Praxis bekannten Verfahrens aufgebracht. Bei der Herstellung eingemischter Ruß verleiht dem PTFE-Material die elektrische Leitfähigkeit, die eine elektrostatische Aufladung der Membrane im Betrieb verhindert.

Die Abstände d, e, f und g der Mittelpunkte der Kreise mit den Radien R,, R₃ R. und R_c von der die Radialebene E senkrecht schneidenden axialen Mittellinie L der Membrane betragen 24,5 mm, 42,35 mm, 31,35 mm bzw. 43,6 mm.

Der Kreis, der die Schnittlinie von gedachten Verlängerungen des konischen Flächenbereichs 6 des Membran-Mittelbereichs 2 und der Unterseite 9 des Walkbereichs 3 definiert, weist einen Durchmesser h von 61,6 mm auf.

Der Einspannrandbereich 4 weist eine Dicke k von 2,3 mm auf. Die Abstände m und &eegr; zwischen der Oberseite 10 des Einspannrandbereichs 4 und dem konvex gekrümmten Flächenstück 18 der Oberseite sowie dem ebenen Flächenbereich 5 der Unterseite des Membran-Mittelbereichs 2 betragen 2,7 bzw. 5,6 mm. Die Gesamtdicke &rgr; der Membrane, gemessen an deren dicksten Stelle entlang der Mittellinie L, beträgt 8,5 mm. Das konvex gekrümmte Flächenstück 18 der Oberseite des Membran-Mittelbereichs 2 liegt mit einem Abstand r von 0,2 mm unterhalb der dicksten Stelle der Membrane. Die größte Tiefe r der Vertiefung 13 beträgt 0,6 mm. Die kreisförmige Schnittlinie mit dem Durchmesser h liegt mit einem Abstand t von 1,7 mm oberhalb der Oberseite 10 des Einspannrandbereichs 4.

Claims

ANSPRÜCHE

1. Membrane für eine Membranpumpe zum Fördern eines brennbaren Fluids, mit einem Membran-Mittel bereich (2), der stufenlos über einen radial nach außen abfallenden Walkbereich (3) mit einem etwa in der Radi al ebene (E) der Membrane liegenden Einspannrandbereich (4) verbunden ist und dessen Unterseite (5,6) einen ebenen, zur Radialebene (E) parallelen Flächenbereich (5) und einen sich von diesem aus konisch erweiternden Flächenbereich (6) umfaßt, an den sich über ein konkav gekrümmtes Flächenstück . (20) die Unterseite (9) des Walkbereichs (3) anschließt, und mit einer im Membran-Mittel bereich (2) ausgebildeten, an dessen ebenen Flächenbereich (5) ausmündenden Ausnehmung (12) zur Aufnahme eines Pumpen-Antriebsteils (D,

gekennzeichnet durch

eine elektrisch leitfähige Schicht mit einem Oberflächenwiderstand von weniger als etwa 10 Ohm, die auf der gesamten Oberseite (8, 10, 15 bis 18) der Membrane ausgebildet ist, und durch eine Gewebeeinlage (14) in der Membrane, die sich zumindest über die radiale Querschnittsfläche des Walkbereichs (3) sowie angrenzender Abschnitte des Membran-Mittelbereichs (2) und des Einspannrandbereichs (4) erstreckt.

2. Membrane nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

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D-800*4 München

Büroadresse: ·**· Sonnenstraße 33··· D-S0331 MünchMi

telefax fO.89)£5024135 '.

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Postbank München, Kto. 195 75-803 (BLZ 700100 80) EPA-Kto. 28 000 206

daß die elektrisch leitfähige Schicht eine Beschichtung aus PTFE ist. 1

3. Membrane nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,

daß die elektrisch leitfähige Schicht eine Dicke von etwa 0,2 bis etwa ° 0,7 mm aufweist.

4. Membrane nach wenigstens einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet,

daß Kohlenstoff die elektrisch leitfähige Komponente der elektrisch ¹^ leitfähigen Schicht ist.

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5. Membrane nach wenigstens einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet,

daß sich die Gewebeeinlage (14) über die gesamte radiale Querschnittsfläche der Membrane erstreckt.

6. Membrane nach wenigstens einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet,

daß die Gewebeeinlage (14) mit einem Abstand (1) von etwa der halben Dicke der Membrane, gemessen an deren dünnsten Stelle, von der Membran-Oberseite (8, 10, 15 bis 18) angeordnet ist.

7. Membrane nach wenigstens einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet,

daß die Gewebeeinlage (14) mit einem Abstand (1) von etwa einem Drittel der Dicke der Membrane, gemessen an deren dünnsten Stelle, von der Membran-Oberseite (8, 10, 15 bis 18) angeordnet ist.

8. Membrane nach wenigstens einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet,

daß die Gewebeeinlage (14) aus Polyamid besteht.

9. Membrane nach wenigstens einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet,

daß in der Oberseite des Membran-Mittelbereichs (2) eine Vertiefung (13)

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ausgebildet ist, die eine größte Tiefe von mehr als etwa 0,4 mm aufweist und sich mit einem konkav gekrümmten Flächenbereich (15) an ein zur Oberseite (8) des Walkbereichs (3) überleitendes, konvex gekrümmtes

Flächenstück (18) anschließt.
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10. Membrane nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Vertiefung (13) durch den konkav gekrümmten Flächenbereich (15) und einen sich an diesen anschließenden und bis zur Membranmitte (M) ansteigenden kegelförmigen Flächenbereich (16) der Oberseite des Membran-Mittelbereichs (2) definiert ist.

11. Membrane nach wenigstens einem vorhergehenden Anspruch,

dadurch gekennzeichnet, daß der Walkbereich (3) ein Gefälle mit einem Winkel ( TT ) von etwa 12° bis etwa 24° und eine im wesentlichen gleichmäßige Dicke (c) von etwa 15 % bis etwa 45 % des Hubs der Membrane aufweist.

12. Membrane nach wenigstens einem vorhergehenden Anspruch,
dadurch gekennzeichnet,

daß das konvex gekrümmte Flächenstück (18) mit einem Abstand (r) unterhalb des Membran-Mittelpunktes (M) liegt.

13. Membranpumpe mit einer Membrane nach wenigstens einem vorhergehenden Anspruch,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Membrane in einer Hubstellung des Pumpen-Antriebsteils (1) näher zum oberen als zum unteren Totpunkt spannungsfrei ist.

14. Membranpumpe nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Hubstellung des Pumpen-Antriebsteils (1), in der die Membrane spannungsfrei ist, um etwa das 0,3-fache des Gesamthubs vom oberen

Totpunkt entfernt ist.
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