DESC016021MA - - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 4. August 1954 Bekanntgemacht am 8. Dezember 1955

DEUTSCHES PATENTAMT

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.

In der Hauptpatentanmeldung Sch 13963 I a/27 c wurde vorgeschlagen, die Wälzkörper, wie bei Band- oder Schlauchpumpen an sich bekannt, unmittelbar an der Membran anliegen zu lassen, die eine im Gehäuse vorgesehene Rinne, nachstehend Arbeitsraum genannt, abdeckt, deren Erzeugende im wesentlichen aus einem mittleren Kreisbogen

509 598/134

Sch 160211al27 c

besieht, an den sich zwei Kurvenstücke so anschließen, dall die durch die Anschlußpunkte bestimmte gemeinsame Tangente als Wendetangente erscheint und die Wälzkörper gegen die Membran durch ein platlenfönniges Teil gepreßt werden, das von der umlaufenden Welle angetrieben wird.

I)ie den Arbeitsraum abdeckende Membran wurde mindestens an einer Stelle gegenüber dem (lehäiise 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 l'.bene, wenn man davon absieht, daß die Membrau an der Stelle, an der sie gegenüber dem Gehäuse festgelegt ist, verformt ist. Durch diese Gestaltung des Arbeitsraumes der Umwälzeinrichtuug wurde erreicht, daß in jedem Querschnitt der Membran die gleiche Dehnung herrscht.

Der HiTindung liegt die Aufgabe zugrunde, die innere Arbeit in der Membran zu verringern. Dies wird crfmdungsgemäß dadurch erreicht, daß das den Arbeitsraum abschließende Mittel aus mindestens zwei übereinander liegend angeordneten Membranen bestellt.

I )ies hat den Vorteil, da 1.1 bei besonderer Gestaltung der den Wälzkörpern zugewandten zweiten Membran, wenn die Hinrichtung als Vakuumpumpe benutzt wird, der Kaum selbsttätig entlüftet bzw. evakuiert werden kann, in welchem die Wälzkörper umlaufen.

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. Hs ist auch bekannt, den Arbeitsraum einer Wälzpumpe dadurch zu bilden, daß man zwei Membranen aus gummielaslischem 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.

Der HiTindungsgedanke und weitere Merkmale der HiTindung werden in der Beschreibung an I land der Zeichnungen erläutert, die als Ausführungsbeispiel eine Vakuumpumpe zeigen.

F.s zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Vakuumpumpe,

Fig. 2 eine Draufsicht auf den unteren Pumpenteil nach Abnahme des Deckels,

Fig. ι, einen Schnitt nach der Linie ΙΙΙ-ΤΓΙ der l'ig. 2/

Fig.-I einen Schnitt nach der Linie IV-IV der

¹V²-

Fig. 5 eine Abwicklung nach der Linie V-V der

Fig. 2,

Fig. f> einen Schnitt nach der Linie VH-VI der Fig. 2,

Fjg. 7 die den Arbeitsraum abdeckende Membran,

Fig. 8 die auf der den Arbeitsraum abdeckenden Membran aufliegend angeordnete zweite Membran.

Fig. 9 die mit den Wälzkörperii in Berührung stehende dritte Membran,

Fig. 10 eine vergrößerte Darstellung eines Schnittes durch zwei Membranen und die die Membranen haltenden Ringe,

Fig. 11 eine Draufsicht auf die durch Ringe gehaltenen Membranen nach Fig. 10,

Fig. 12 eine vergrößerte Darstellung des in den Arbeitsraum mündenden Rückschlagventils.

Die \⁷akuumpumpe besteht im wesentlichen aus dem Unterteil 1 und einem Deckel 2. In dem Unterteil ι 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, 9 gehalten, die in einer am Umfang des Unterteiles 1 vorgesehenen Ausdrehung 10 angeordnet sind. Die Membran 6 wird zwischen zwei Ringen 11, 12 gehalten, die ebenfalls konische Gestalt aufweisen und im Deckel 2 so gelagert sind, daß die Membran 6 und die Ringe 11, 12 in der Membranebene drehbeweglich sind. Ein Gummiring rß ist vorgesehen, um die Membranen 4, 5 in radialer Richtung vorzuspannen und den Deckel gegenüber dem Unterteil abzudichten.

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.

Zwischen Unterteil 1 und Deckel 2 ist eine Ringscheibe 14 angeordnet, an der der Gummiring 13 und der Ring n anliegen. Deckel und Gehäuse werden durch Schrauben 15 zusammengehalten. Oberhalb der Ringe 11, 12 ist ein die Wälzkörper 16 führender, aus zwei Teilen 17, 18 gebildeter Käfig im Deckel 2 zwischen den Ringscheiben 19,20 drehbar gelagert. Man kann den Käfig auch so gestalten, daß er während des Betriebes der Pumpe angetrieben wird.

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 2T 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 fler den Wälzkörpern 16 zugewandten Seite mit einem Belag 2j versehen, der den Reibungsschluß zwischen der Scheibe 25 und den Wälzkörpern 16

598/134

Sch 16021 IaI 27 c

verbessert. Die Scheibe 25 wird durch die zwischen ihr und dem Drucklager 28 angeordnete Feder 29 ständig gegen die Wälzkörper 16 gedrückt, so daß die Wälzkörper 16 die Membranen an den entsprechenden Stellen in den Arbeitsraum 3 hineindrücken. .

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.

Während die Membran 6 lediglich am Umfang gehalten ist, sind die Membranen 4 und 5 sowohl am Umfang durch die Ringe 8, 9, 10 als auch im Zentrum durch die Scheibe 33 gegenüber dem Unterteil 1 festgelegt. Auch zwischen der Scheibe

zo 33 und den Membranen 4 ^cund 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 einsitückige Membran 42 aufweist, die unter Wirkung des Unterdruckes in der Zuführungsleitung 37 steht. Das Ventil 40 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 40 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 40 den Raum 45 nach außen ab. Das Gehäuse 41 und das Ventil 40 werden durch ein zylindrisches Rohr 46 im Unterteil ι festgelegt, das mit dem Anschlußstutzen der Zuleitungsöffnung einteilig gestaltet sein kann. ·

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 50.

Zwischen den Bohrungen 39 und 47 sind die Membranen durch Haltemittel so im Unterteil 1 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 Haltemittel 52, das in der Nähe der Bohrung 39 angeordnet ist, festgelegt. Das Unterteil ι weist an den Stellen, an denen die Haltemittel 51, 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.56 werden die Haltemittel und die Membranen in die Nuten 53, 54 hineingezogen.

Zwischen den Haltemitteln 51, 52 ist'ein Rückschlagventil 57 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.

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 60 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 1 festgelegt. Wird der Raum zwischen den Membranen 4, 5 entlüftet, dann bewegt sich lediglich die Membran im Bereich des Loches 58.

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.

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 erzeugenden Uniterdruokes geregelt werden kann.

Die Pumpe nach dem Ausführungsbeispiel arbeitet wie folgt: Es sei angenommen, daß samtliehe 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

509598/134

Sch 16021 Ia/27 c

Wälzkörper \G auf der Membran 6 ah und drücken die Membranen .], 5, 6 dabei an wechselnden Stellen in den Arbeitsraum 3 hinein.

Oberrollt einer der Wälzkörper die Bohrung 39, so entsteht im Arbeitsraum hinter dem Wälzkörper (lurch die elastische Rückfederung der drei Membranen Unterdruck. Oberrollt der nächste Wälzkör] »τ die Bohrung 39, so wird der im Arbeitsraum gebildete Unterdruckraum abgeschlossen und das in ihm befindliche (iasquantum zwischen den beiden Wälzkörpern weitertransportiert, bis der erste dieser beiden Wälzkörper über die Bohrung 47 liinwegrollt, so daß der Unterdruckraum jetzt mit der Abführungsleitmig 4(S in Verbindung steht.

I )er zweite Wälzkörper verdichtet jetzt das zwischen den beiden Wälzkörpeni im Arbeitsraum vorhandene Medium und drückt dieses über die Leitung .|X und das Rückschlagventil 50 nach außen, weil die Membran 4 durch das Haltemittel 51 in acn Arbeitsraum liineinverformt und dieser dadurch abgeschlossen ist. Solange der erzeugte Unterdruck· ein bestimmtes Maß nicht überschreitet, löst sich die Membran im Bereich der Öffnung 30 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 zwischen den Membranen 4 und 5 ein Raum, der etwa durch das I laltemittel 52 einerseits und einen der Wälzkörper if> andererseits begrenzt wird, welcher um so größer wird, je größer die Druckdifferenz ist, d. h. um so mehr sich die Membran 4 der Arbeitsraumwand anschmiegt. Hierdurch verringert sieh mit zunehmender Vergrößerung des Raumes zwischen den Membranen 4 und 5 ^(nc Förderleistung.

I )a 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 (iasmenge zwischen den Membranen 4, 5 weiterbewegt, die nicht über die Bohrungen 47, .|S abgeführt werden kann, sondern zwischen den Membranen 4, 5 verbleibt, bis der die (iasmenge führende Zwischenraum zwischen den Membranen 4, 5 vor dem 1 laltemittel 52 steht. Diese verdichtete (iasmenge kann dann durch das Rückschlagventil $J entweichen.

Nach mehrmaligem Umlaufen der Wälzkörper ist dann auch der Raum 45 evakuiert. Da dann, wenn in der Zuführleitung 37 und im Raum 45 etwa gleiche Drücke herrschen, die Membran 4 nicht mehr an der Arbeitsraumwaiid anliegt, bleibt die I'TinU'inienge ständig gleich.

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.

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.

Die Membranen können auch in anderer Weise als in den Zeichnungen dargestellt, gestaltet werden.

Claims (14)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Einrichtung zum Umwälzen von Gasen oder Flüssigkeiten unter Verwendung von gegen ein elastisch verformbares, einen Arbeitsraum abschließendes Mittel wirkende Wälzkörper, die zwangläufig um eine Achse umlaufen und den Arbeitsraum an der jeweiligen Stelle unterteilen, nach Patentanmeldung Sch 13963 I a/27 c vorzugsweise Vakuumpumpe, dadurch gekennzeichnet, daß das den Arbeitsraum abschließende Mittel aus mindestens zwei übereinanderliegend angeordneten Membranen (4, 5, 6) besteht.

2. Einrichtung nach Anspruch τ, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Wälzkörpern (16) unmittelbar beeinflußte Membran (6) im Bereich des Arbeitsraumes (3), in dem die Wälzkörper einwirken, dicker ist als an den anderen .Stellen.

3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Wälzkörpeni unmittelbar beeinflußte Membran (6) im Bereich der Wälzkörpereinwirkung sowohl an der den Wälzkörpern zugewandten, als auch an der diesen abgewandten Seite, im Querschnitt gesehen, etwa kreisbogenförmig gewölbt ist.

4. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius der den Wälzkörpern abgewandten Wölbungen (32) größer ist als der Krümmungsradius der mit den Wälzkörpern in Berührung stehenden Wölbung (31).

5. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Membranen (4, 5, 6) radial vorgespannt ist.

6. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Wälzkörpern unmittelbar anliegende Membran (6) unabhängig von den anderen Membranen festgelegt ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die unabhängig von den andereu Membranen festgelegte Membran (6) derart gehalten ist, daß sie und ihre Einspannmittel (11, 12) gegenüber dem Gehäuse (1, 2) verdrehbar sind.

8. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den

59H/1M

Sch 160211 a/27 c

Membranen (4, 5, 6) vorhandenen Räume mit Förderleitungen für andere Medien in Verbindung stehen.

9. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Unterteilung des Pumpenarbeitsraumes zwischen den Zu- und Abflußöffnungen (39, 47) mindestens zwei Haltemittel (51, 52) mit Abstand voneinander vorgesehen sind, von denen das eine (51) nur die dem Arbeitsraum zugewandte Membran (4) in den Arbeitsraum hineinzieht, während das andere Haltemittel (52) die den Arbeitsraum unmittelbar abdeckende (4) und mindestens eine weitere Membran (5) in den Arbeitsraum hineinzieht.

10. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7 und 9 für Vakuumpumpen, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnungen (67) in der Membran (5), die auf der den Arbeitsraum (3) abdeckenden Membran (4) aufliegt, außerhalb des durch die Membranhaltemittel (51, 52) bestimmten Bereiches, und zwar im Bereich der Mündung (39) der Ansaugleitung (37) in den Arbeitsraum (3) vorgesehen sind.

11. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7, 9 und io, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den Membranen (4, 5, 6) vorhandenen Räume mit dem Atmosphärendruck verbindbar sind.

12. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7, 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen der den Arbeitsraum abdeckenden Membran (4) und der nächsten Membran (5) bei Druckdifferenzen sich bildende Raum über ein Rückschlagventil (57) an den Atmosphärendruck angeschlossen ist und das Rückschlagventil so gestaltet ist, daß es sich öffnet, wenn der Druck im Membranzwischenraum größer ist als der Atmosphärendruck.

13. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7, 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Arbeitsraum (3) abgewandte Raum (45) über ein Ventil (70) mit dem Atmosphärendruck verbindbar ist.

14. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranen (4, 5, 6) am Umfang topfartig gestaltet¹ sind und die Wände zwischen konischen Ringen (7, 8, 9; 11, 12) eingespannt sind, von denen die inneren (8, 9, 12) sprengringartig gestaltet sind.

Angezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 644944, 900531.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

I 509 598/134 11.55