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Einrichtung zum Umwälzen von Gasen oder Flüssigkeiten Der Gegenstand
der Erfindung bezieht sich auf eine Verbesserung von Einrichtungen, die dem Umwälzen
von Gasen oder Flüssigkeiten dienen. Die bekannten Einrichtungen dieser Art, meist
Verdrängerpumpen genannt, enthalten ein elastisch verformbares, einen Arbeitsraum
abschließendes Mittel, auf das um eine Achse umlaufende Wälzkörper einwirken, die
den Arbeitsraum an der jeweiligen Wälzstelle unterteilen. Der Querschnitt des Arbeitsraumes
wird also während des Betriebes verändert, und zwar wird der Raum hinter dem oder
den abrollenden Wälzkörpern, also auf der Saugseite, durch die elastische Rückführung
des elastischen Mittels vergrößert, vor dem oder den abrollenden Wälzkörpern dagegen
verkleinert. Die umlaufende Welle erstreckt sich senkrecht zur Membranfläche.
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In dem Hauptpatent 948 907 wurde vorgeschlagen, die Wälzkörper, wie
bei Band- oder Schlauchpumpen an sich bekannt, unmittelbar an der Membran anliegen
zu lassen, de eine im Gehäuse vorgesehene Rinne, nachstehend Arbeitsraum genannt,
abdeckt, deren Erzeugende im wesentlichen aus. 'einem mittleren Kreisbogen
besteht,
an den sich zwei Kurvenstücke so anschließen, daß die durch die Anschlußpunkte bestimmte
gemeinsame Tangente als Wendetangente erscheint und die Wälzkörper gegen die Membran
durch ein plattenförmiges Teil gepreßt werden, das von der umlaufenden Welle angetrieben
wird.
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Die den Arbeitsraum abdeckende Membran wurde mindestens an einer Stelle
gegenüber dem Gehäuse so festgelegt, daß der Arbeitsraum an dieser Stelle unterbrochen
war. Solange noch keine Wälzkörper auf die. Membran einwirken, erstreckt sich die
an allen Stellen gleich dicke Membran also in einer senkrecht zur umlaufenden Welle
liegenden Ebene, wenn man davon absieht, daß die Membran an der Stelle, an der sie
gegenüber dem Gehäuse festgelegt ist, verformt ist. Durch diese Gestaltung des Arbeitsraumes
der Umwälzeinrichtung wurde erreicht, daß in jedem Querschnitt der Membran die gleiche
Dehnung herrscht.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die innere Arbeit in der
Membran zu verringern. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß das den Arbeitsraum
abschließende Mittel aus mindestens zwei übereinander liegend angeordneten Membranen
besteht.
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Dies hat den Vorteil, daß bei besonderer Gestaltung der den Wälzkörpern
zugewandten zweiten Membran, wenn die Einrichtung als Vakuumpumpe benutzt wird,
der Raum selbsttätig entlüftet bzw. evakuiert werden kann, in welchem die Wälzkörper
umlaufen.
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Bei Pumpen, deren- Arbeitsraum durch eine metallische Membran abgeschlossen
ist, die nur verhältnismäßig geringe Verformungen erleidet, ist es bekannt, an Stelle
der Membran mehrere metallische Folien vorzusehen. Es ist auch bekannt, den Arbeitsraum
einer Wälzpumpe dadurch zu bilden, daß man zwei Membranen aus gummielastischem Stoff
längs ihres Umfangs miteinander verbindet und jede der Membranen an scheibenartigen
Teilen festlegt, von denen der eine nach Art einer Taumelscheibe bewegt wird, wodurch
der Arbeitsraum blasebalgähnlich verändert wird.
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Der Erfindungsgedanke und weitere Merkmale der Erfindung werden in
der Beschreibung an Hand der Zeichnungen erläutert, die als Ausführungsbeispiel
eine Vakuumpumpe zeigen.
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Es zeigt Fig. i einen Schnitt durch eine Vakuumpumpe, Fig. 2 eine
Draufsicht auf den unteren Pumpenteil nach Abnahme des Deckels, Fig. 3 einen Schnitt
nach der Linie III-III der Fig. 2, Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV der
Fig. 2, Fig. 5 eine Abwicklung nach der Linie V-V der Fig. 2, Fig. 6 einen Schnitt
nach der Linie VI-VI der Fig. 2, Fig.7 die den Arbeitsraum abdeckende Membran, Fig.
8 die auf der den Arbeitsraum abdeckenden Membran aufliegend angeordnete zweite
Membran, Fig.9 die mit den Wälzkörpern in Berührung stehende dritte Membran, Fig.
io eine vergrößerte Darstellung eines Schnittes durch zwei Membranen und die die
Membranen haltenden Ringe, Fig. i i eine Draufsicht auf die durch Ringe gehaltenen
Membranen nach Fig. io, Fig. 12- eine vergrößerte Darstellung des in den Arbeitsraum
mündenden Rückschlagventils.
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Die Vakuumpumpe besteht im wesentlichen aus dem Unterteil i und einem
Deckel 2. In dem Unterte:l i ist eine ringförmige Rinne 3, nachstehend Arbeitsraum
genannt, vorgesehen, deren Erzeugende im wesentlichen aus einem mittleren Kreisbogen
besteht, an den sich zwei Kurvenstücke so anschließen, daß die durch die Anschlußpunkte
bestimmte gemeinsame Tangente als Wendetangente erscheint.' Im Ausführungsbeispiel
sind drei Membranen 4, 5, 6 vorgesehen. Sämtliche Membranen sind topfartig so gestaltet,
daß man die Mantelfläche jeder Membran zwischen konischen Ringen festlegen kann.
Die Membranen 4 und 5 werden durch den doppelkonischen Ring 7 und die sprengringartig
gestalteten konischen Ringe 8, g gehalten, die in einer am Umfang des Unterteiles
i vorgesehenen Ausdrehung.io angeordnet sind. Die Membran 6 wird zwischen zwei Ringen
i i, 12, gehalten, die ebenfalls 'konische Gestalt aufweisen und im Deckel2
so gelagert sind, daß die Membran 6 und die Ringe 1i, 12 in der Membranebene drehbeweglich
sind. Ein Gummiring 13 ist vorgesehen, um die Membranen 4, 5 in radialer Richtung
vorzuspannen und den Deckel gegenüber dem Unterteil abzudichten.
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Bei Bandpumpen ist es bekannt, das Band so zu bemessen, daß es im
eingebauten Zustand eine innere Vorspannung aufweist, die der Einwirkung der Wälzkörper
entgegengerichtet ist. Die Membranen 4, 5 sind so vorgespannt, daß die Richtung
der Vorspannung senkrecht zur Andruckrichtung der Wälzkörper verläuft.
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Zwischen Unterteil i und Deckel 2 ist eineRingscheibe 14 angeordnet,
an der der Gummiring 13 und der Ring i i anliegen. Deckel und Gehäuse werden durch
Schrauben 15 zusammengehalten. Oberhalb der Ringe 1i, 12 ist ein die Wälzkörper
16 führender, aus zwei Teilen 17, i8 gebildeter Käfig im Deckel 2 zwischen den Ringscheiben
i9, 2o drehbar gelagert. Man kann den Käfig auch so gestalten, daß er während des
Betriebes der Pumpe angetrieben wird.
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Im Deckel 2 ist die Antriebswelle 21 mittels des Radiallagers 22 gelagert
und durch einen Simmerring 23 nach außen abgedichtet. Die Abschlußscheibe 24 hält
den Simmerring und das Kugellager im Deckel :2 fest. Auf der Welle 21 ist eine Scheibe
25 axial verschiebbar so gelagert, daß sie mit der Welle 21 umläuft; die Mitnahme
erfolgt z. B. durch einen Stift 26. Die Scheibe 25 wird an der den Wälzkörpern 16
zugewandten Seite mit einem Belag 27 versehen, der den Reibungsschluß zwischen der
Scheibe 25 und den Wälzkörpern i6
verbessert. Die Scheibe z5 wird
durch die zwischen ihr und dem Drucklager 28 angeordnete Feder a9 ständig gegen
die Wälzkörper 16 gedrückt, so daß die Wälzkörper 16 die Membranen an den entsprechenden
Stellen in den Arbeitsraum 3 hineindrücken.
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Die mit den Wälzkörpern in Berührung stehende Membran 6 ist im Bereich
der Einwirkungsstellen mit einer ringförmigen Wulst 30 versehen. Die Außenkonturen
dieser Wulst 30 sind so gestaltet, daß der Krümmungsradius der den Wälzkörpern
16 zugewandten Wölbung 31 geringer ist als der Krümmungsradius der der Membran 5
zugewandten Wölbung 32.
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Während die Membran 6 lediglich am Umfang gehalten ist, sind die Membranen
4. und 5 sowohl am Umfang durch die Ringe 8, 9, io als auch im Zentrum durch die
Scheibe 33 gegenüber dem Unterteil i festgelegt. Auch zwischen der Scheibe 33 und
den Membranen 4 und 5 ist ein Gummidichtring 34 vorgesehen. Die Scheibe 33 wird
durch die eine Bohrung 35 aufweisende Schraube 36 gehalten. Die Bohrung 35 steht
mit der horizontal verlaufenden Zuleitungsbohrung 37 über die Bohrung 38 in Verbindung.
In die Bohrung 37 mündet die vertikal verlaufende Bohrung 39, die die Zuführungsleitung
an den Arbeitsraum 3 anschließt. Zwischen den Bohrungen 37, 38 ist ein Ventil 40
vorgesehen, das in einer Buchse 41 axial mit dem Spiel verschiebbar ist und eine
mit dem Ventil einstückige Membran 42 aufweist, die unter Wirkung des Unterdruckes
in der Zuführungsleitung 37 steht. Das Ventil 4o besteht aus einem gummielastischen
Kunststoff. Das der Membran abgewandte zylindrische Teil des Ventils 40 weist eine
axiale Bohrung auf, in die ein nietartig gestaltetes Teil 43 einfaßt, so daß dieses
Ende des Ventils 4o aufgeweitet ist. Das Gehäuse 41 steht über eine zu den Bohrungen
37, 38 senkrecht verlaufende Bohrung 44 mit dem Atmosphärendruck in Verbindung,
so daß in der Bohrung 38 und damit in dem Deckelinnenraum 45 atmosphärischer Druck
herrscht, wenn in der Zuführungsleitung 37 auch atmosphärischer Druck vorhanden
ist. Herrscht in der Zuführungsleitung 37 Unterdruck, dann schließt das Ventil 4o
den Raum 45 nach außen ab. Das Gehäuse 41 und das Ventil 40 werden durch ein zylindrisches
Rohr 46 im Unterteil i festgelegt, das mit dem Anschlußstutzen der Zuleitungsöffnung
einteilig gestaltet sein kann.
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Der Arbeitsraum 3 steht über die Vertikalbohrung 47 mit der Abführungsleitung
48 in Verbindung. Zwischen beiden ist ein Rückschlagventil vorgesehen, beispielsweise
eine durch eine Feder 49 belastete Kugel So.
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Zwischen den Bohrungen 39 und 47 sind die Membranen durch Haltemittel
so im Unterteil i festgelegt, daß der rinnenförmige Arbeitsraum unterbrochen wird.
Die Membran 4 wird durch ein gewölbt verformtes Haltemittel 51, das in der Nähe
der Bohrung 47 angeordnet ist, beide Membranen werden durch das etwa in gleicher
Weise verformte Haltemitte152, das in der Nähe der Bohrung 39 angeordnet ist, festgelegt.
Das Unterteil i weist an den Stellen, an denen die Haltemittel 5 i, 52 angeordnet
sind, Nuten 53, 54 auf, deren Tiefe so bemessen ist, daß die dem Deckel zugewandten
Flächen 55 der Haltemittel in der gleichen gewölbten Ebene verlaufen, wie die im
Unterteil liegenden Flächen des Arbeitsraumes. Mittels der Schrauben 56 werden die
Haltemittel Mittels der Schrauben-5,6 werden, die Haltemittel und die Membranen
in d-ie Nuten 53, 54 hineingezogen.
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Zwischen den Haltemitteln 51, 52 ist ein Rückschlagventi157 so angeordnet,
daß der zwischen den Membranen 4 und 5 sich bei auftretenden Druckdifferenzen bildende
Raum mit dem Atmosphärendruck selbsttätig verbunden wird, wenn der Druck in diesem
Raum größer ist als der Atmosphärendruck. Das Rückschlagventil kann so; wie in der
Zeichnung dargestellt, gestaltet und angeordnet sein, aber auch so vorgesehen werden,
daß es am Umfang der Membranen 4, 5 angeordnet ist, oder eine am Umfang der Membranen
4, 5 zwischen diesen mündende Öffnung abschließt bzw. freigibt.
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Im Ausführungsbeispiel weist die Membran 4 ein Loch 58 auf, durch
welches der Ventilkörper 57 hindurchgesteckt wird. Der Durchmesser des Loches 58
ist etwas größer gewählt als der Durchmesser des Ventils in seinem kleinsten zylindrischen
Bereich. Die Membran wird an dieser Stelle durch einen um einen Stützring 59 gelegten
Gummiring 6o abgestützt. Im Ventilkörper 57 sind eine oder mehrere Bohrungen 61
vorgesehen, durch die der im Raum zwischen den Membranen 4 und 5 vorhandene überdruck
nach außen entweichen kann. Das Rückschlagventil 57 ist mittels der Mutter 62 im
Unterteil i festgelegt. Wird der Raum zwischen den Membranen 4, 5 entlüftet, dann
bewegt sich lediglich die Membran im Bereich des Loches 58.
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Die Membran 4 weist außer dem Loch 58 noch ein Zentralloch 63 und
mehrere zum Hindurchstecken der Schrauben 56 dienende Löcher 64 auf. Die Membran
5 weist außer einem zentralen Loch 65. mehrere den Löchern 64 entsprechende Löcher
66 und noch ein oder mehrere Löcher 67 auf, durch die der zwischen den Membranen
4, 5 sich bei Druckdifferenzen bildende Raum mit dem Raum zwsichen den Membranen
5 und 6 bzw. dem Raum 45 in Verbindung steht, da auch die Membran 6 Löcher 68, 69
aufweist.
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Im Deckel 2 kann zusätzlich ein Hahn 70 vorgesehen sein, der
zur Belüftung des Raumes 45 dient, so daß durch entsprechende Betätigung des Hahnes
die Höhe des mittels der Vakuumpumpe zu erzeugendem Unterdruckes geregelt werden
kann.
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Die Pumpe nach dem Ausführungsbeispiel arbeitet wie folgt: Es sei
angenommen, daß sämtliche innerhalb der Pumpe vorhandenen Räume unter Atmosphärendruck
stehen und die Zuleitungsbohrung 37 an ein zu evakuierendes Gefäß angeschlossen
ist. Durch die Drehung der Welle 21 im Sinne des Pfeiles 71 läuft auch die Scheibe
25 in gleichem Drehsinn um. Dadurch wälzen sich die
Wälzkörper 16
auf der Membran 6 ab und drücken die Membranen 4, 5, 6 dabei an wechselnden Stellen
in den Arbeitsraum 3 hinein.
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Überrollt einer der Wälzkörper die Bohrung 39, so entsteht im Arbeitsraum
hinter dem Wälzkörper durch die elastische Rückfederung der drei Membranen Unterdruck.
Überrollt der nächste Wälzkörper die Bohrung 39, so wird der im Arbeitsraum gebildete
Unterdruckraum abgeschlossen und das in ihm befindliche Gasquantum zwischen den
beiden Wälzkörpern weitertransportiert, bis der erste dieser beiden Wälzkörper über
die Bohrung 47 hinwegrollt, so daß der Unterdruckraum jetzt mit der Abführungsleitung
48 in Verbindung steht. Der zweite Wälzkörper verdichtet jetzt das zwischen den
beiden Wälzkörpern im Arbeitsraum vorhandene Medium und drückt dieses über die Leitung
48 und das Rückschlagventil 5o nach außen, weil die Membran 4 durch das Haltemittel
5 i in den Arbeitsraum hineinverformt und dieser dadurch abgeschlossen ist. Solange
der erzeugte Unterdruck ein bestimmtes Maß nicht überschreitet, löst sich die Membran
im Bereich der Öffnung 39 von der Arbeitsraumwandung wieder ab, liegt also dann,
wenn sie durch Wälzkörper nicht beeinflußt wird, noch in einer zu den anderen Membranebenen
parallelen Ebene. Mit zunehmendem Unterdruck im Arbeitsraum bildet sich zwi-5ehen
den Membranen 4 und 5 ein Raum, der etwa durch das Haltemittel 52 einerseits und
einen der Wälzkörper 16 andererseits begrenzt wird, welcher um so größer wird, je
größer die Druckdifferenz ist, d. h. um so mehr sich die Membran 4 der Arbeitsr_
aumwand anschmiegt. Hierdurch verringert sich mit zunehmender Vergrößerung des Raumes
zwischen den Membranen 4 und 5 die Förderleistung. .
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Da die Wälzkörper nun ständig umlaufen, wird zwischen je zwei aufeinanderfolgenden
Wälzkörpern, da in der Membran 5 eine oder zwei Öffnungen im Bereich der Bohrung
39 vorgesehen sind, eine bestimmte Gasmenge zwischen den Membranen 4, 5 weiterbewegt,
die nicht über die Bohrungen 47, 48 abgeführt werden kann, sondern zwischen den
Membranen 4, 5 verbleibt, bis der die Gasmenge führende Zwischenraum zwischen den
Membranen 4, 5 vor dem Haltemittel 52 steht. Diese verdichtete Gasmenge kann dann
durch das Rückschlagventil57 entweichen.
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-Nach mehrmaligem Umlaufen: der Wälzkörper ist dann auch der Raum
45 evakuiert. Da dann, wenn in der Zufuhrleitung 37 und im Raum 45 etwa gleiche
Drücke herrschen, die Membran 4 nicht mehr an der Arbeitsraumwand anliegt, bleibt
die Fördermenge ständig gleich.
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Die Lagerung der mit den Wälzkörpern in Berührung kommenden Membran,
unabhängig von der Lagerung der anderen Membranen, hat den Vorteil, daß diese Membran
durch die auf sie einwirkenden Wälzkörper nicht übermäßig gedehnt, also nicht überbeansprucht
werden kann.
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Die Aufteilung des elastisch verformbaren, den Arbeitsraum abschließenden
Mittels in mehrere Membranen hat nicht nur den Vorteil der Verringerung der inneren
Arbeit, dem dieses Mittel unterworfen ist, sondern den weiteren, für Vakuumpumpen
wichtigen Vorteil, daß die Membranen auch das Gehäuse der Pumpe evakuieren, bzw.
wenn es sich um eine Einrichtung zum Umwälzen von Gasen oder Flüssigkeiten handelt,
die unter Druck gesetzt werden sollen, verschiedenartige Gase oder Flüssigkeiten
gleichzeitig gefördert werden können.
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Die Membranen können auch in anderer Weise als in den Zeichnungen
dargestellt, gestaltet werden.