EP0716229A1 - Doppelmembranpumpe - Google Patents
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- EP0716229A1 EP0716229A1 EP19950118226 EP95118226A EP0716229A1 EP 0716229 A1 EP0716229 A1 EP 0716229A1 EP 19950118226 EP19950118226 EP 19950118226 EP 95118226 A EP95118226 A EP 95118226A EP 0716229 A1 EP0716229 A1 EP 0716229A1
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- diaphragm pump
- double diaphragm
- pump according
- membranes
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B43/00—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members
- F04B43/02—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having plate-like flexible members, e.g. diaphragms
- F04B43/025—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having plate-like flexible members, e.g. diaphragms two or more plate-like pumping members in parallel
- F04B43/026—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having plate-like flexible members, e.g. diaphragms two or more plate-like pumping members in parallel each plate-like pumping flexible member working in its own pumping chamber
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B9/00—Piston machines or pumps characterised by the driving or driven means to or from their working members
- F04B9/02—Piston machines or pumps characterised by the driving or driven means to or from their working members the means being mechanical
- F04B9/04—Piston machines or pumps characterised by the driving or driven means to or from their working members the means being mechanical the means being cams, eccentrics or pin-and-slot mechanisms
- F04B9/045—Piston machines or pumps characterised by the driving or driven means to or from their working members the means being mechanical the means being cams, eccentrics or pin-and-slot mechanisms the means being eccentrics
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- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T74/00—Machine element or mechanism
- Y10T74/18—Mechanical movements
- Y10T74/18056—Rotary to or from reciprocating or oscillating
- Y10T74/18248—Crank and slide
- Y10T74/18256—Slidable connections [e.g., scotch yoke]
Definitions
- the invention relates to a double-acting diaphragm pump (double diaphragm pump) according to the preamble of claim 1.
- a double diaphragm pump has become known with a piston mounted centrally in a housing with pump diaphragms attached to each of its free ends, each acting on a displacement space.
- the displacement spaces are connected to the suction port on the one hand and the pressure port on the other hand via check valves.
- a device is provided for alternately acting on the pressure chambers for the drive medium arranged on the side of the membranes opposite the displacement spaces. When compressed air is applied alternately, the membranes are moved in the same direction, the compressed air moving a membrane in the direction of the product space and displacing the pumped medium in the pressure port; the other membrane performs an intake stroke. The pumped medium is therefore displaced by compressed air and thus pumped.
- Such pumps have a number of advantages. They are safe to run dry and self-priming. A brief overload is also not critical. No shaft seals are required and no rotating parts in the product flow.
- the pump is also insensitive to solids. Impurities and solids can be conveyed in the product stream.
- the displacement pump in such a pump can also be used for shear-sensitive media.
- the invention has for its object to provide a double diaphragm pump that is simple in construction and reliable and that can be operated with high efficiency despite higher pump pressures.
- the double diaphragm pump according to the invention is provided with mechanically driven diaphragms.
- the invention provides a guide frame on which the piston rods connected to the membranes are connected on opposite sides.
- a sliding block is mounted in the guide frame and guided by means of a linear guide.
- the sliding block in turn supports the journal of a crankshaft that is connected to the drive motor. Round bars are preferably used for linear guidance.
- the crank pin is preferably mounted in the sliding block by means of a roller bearing.
- the sliding block inevitably follows the circular motion of the crank pin, but remains in the same position due to the positive guidance in the guide frame, which means that it moves in an oscillating manner along the guides.
- the guides receive an oscillating movement in the direction of the positively guided piston rods. In this way, a low-friction, yet mechanically simple transmission of the rotary movement of the drive motor to the linearly adjustable piston rods is obtained.
- the sliding block is preferably guided by means of plastic plain bearings, as is the piston rod in corresponding guide bores in the housing.
- the membranes have approximately the shape of a spherical cap. This shape ensures that no folds occur in the membrane during the membrane stroke, which otherwise can easily lead to damage after a certain operating time.
- a double diaphragm pump is created, which is also at higher back pressures due to the mechanical Forced operation works with a high degree of efficiency. It can be driven with an approximately constant characteristic curve, comparable to piston pumps, with a certain restriction being imposed by the elasticity of the membranes.
- the pump according to the invention can therefore deliver a predetermined delivery rate at a predetermined pressure. It is small and can be operated quietly.
- the housing of the pump can consist of many materials, for example aluminum, gray cast iron or stainless steel, depending on the application conditions.
- a plastic housing can also be used, for example made of polypropylene, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride or the like.
- PTFE film To protect the membranes against abrasive and aggressive media, they can be coated with PTFE film. Such a membrane has however become known from G 84 32 2045.
- the double diaphragm pump shown in FIGS. 1 and 2 has a first housing section 10, which is box-like and has a tubular extension 12 going out to one side.
- Section 10 and neck 12 are formed in one piece, for example from cast aluminum, cast iron, stainless steel or the like.
- flanges 14, 16 are formed, the weak spherical Wall sections 18, 20 are connected to the end faces of the housing section 10.
- Circular membrane housing sections 22 and 24 are assigned to the flanges 14, 16 and are screwed to the flanges 14, 16.
- Membranes 26 and 28 are clamped between these parts and have an O-ring-shaped cross section on the circumference, as shown at 30 and 32, respectively. They sit in corresponding annular grooves of flange 14, 16 or housing section 22, 24, so that the membranes 26, 28 are held securely.
- the membranes 26, 28 are made of a suitable elastomer and can be coated with PTFE towards the displacement space 34 or 36. They are also reinforced with fabric inserts. The membranes 26, 28 have an approximately spherical cap shape. Therefore, they do not wrinkle during their stroke.
- the membranes 26, 28 divide the interior of the membrane housing sections 22, 24 into a displacement space 34, 36 and an equalization space 38 and 40, respectively.
- the displacement spaces 34, 36 are connected to one another via corresponding line sections 42, 44 and ball check valves 46, 48 Suction nozzle 50 connected. They are also connected to a pressure port 60 via ball check valves 52, 54 and line sections 56, 58.
- the compensation spaces 38, 40 are connected to one another via a connecting line 62.
- An approximately rectangular guide frame 64 is arranged in the housing section 10, on which piston rods 66, 68 are attached at opposite ends.
- the piston rods extend through slide bearings 70, 72 of the housing section 10, which are lined with plastic bushings 74, 75.
- the piston rods 66, 68 are connected to the membrane 26 and 28, respectively.
- a plate 76 or 78 screwed to the piston rod 66, 68 is vulcanized into the central section of the membrane 26, 28.
- a disk 80 or 82 which is rounded on the circumference, sits between a shoulder of the piston rod 66, 68 and the membrane section, as a result of which the membrane section in question is securely clamped.
- two round rods 84, 86 are spaced apart in parallel. They consist of a suitable material that is manufactured and available in bars.
- the guide rods 84, 86 extend through guide bores in a sliding block 88.
- the guide bores are lined with plastic bushings 90 and 92, respectively.
- crankshaft 94 is rotatably mounted in the shoulder 12 by means of roller bearings 91, 93.
- the crankshaft 94 is connected via a clutch 96 to an output shaft 98 of an electric motor 100, not shown in detail.
- a pin 102 of the crankshaft 94 is mounted in a central bore of the sliding block 88 by means of a roller bearing 104.
- the housing section 10 is closed off at the end face of the crankshaft 94 by a plate 106 which can be removed.
- the displacement space 34 has maximum volume.
- the membrane 26 abuts approximately on the housing section 18, but does not touch it. Touch should be avoided as far as possible since it can damage the membrane.
- the membrane 28, however, has reached the dead center of its pressure stroke.
Landscapes
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Abstract
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf eine doppelt wirkende Membranpumpe (Doppelmembranpumpe) nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
- Aus der DE 32 06 242 ist eine Doppelmembranpumpe bekanntgeworden 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 verbunden. Ferner ist eine Einrichtung vorgesehen zur wechselweisen Beaufschlagung der auf der zu den Verdrängungsräumen gegenüberliegenden Seite der Membranen angeordneten Druckkammern für das Antriebsmedium. Bei wechselweiser Beaufschlagung mit Druckluft werden die Membranen gleichsinnig bewegt, wobei die Druckluft eine Membran in Richtung Produktraum bewegt und das Fördermedium in den Druckstutzen verdrängt; die andere Membran führt einen Ansaughub aus. Das Fördermedium wird mithin durch Druckluft verdrängt und damit gefördert.
- Derartige Pumpen haben etliche Vorteile. Sie sind trockenlaufsicher und selbstansaugend. Auch eine kurzzeitige Überbelastung ist unkritisch. Es sind keine Wellenabdichtungen erforderlich und keine rotierenden Teile im Produktstrom. Darüber hinaus ist die Pumpe feststoffunempfindlich. Verunreinigungen und Feststoffe können im Produktstrom mitgefördert werden. Im übrigen ist die Verdrängerförderung 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 Luft 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 bekanntgeworden, die Membran mechanisch anzutreiben. Eine Kolbenstange ist mit einem Kreuzkopf verbunden, der seinerseits an eine Pleuelstange angelenkt ist. Der mechanische Aufwand 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 Doppelmembranpumpe zu schaffen, die einfach aufgebaut und betriebssicher 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 gegenüberliegenden Seiten die mit den Membranen verbundenen Kolbenstangen verbunden sind. Im Führungsrahmen ist ein Kulissenstein gelagert und mittels einer Linearführung geführt. Der Kulissenstein lagert seinerseits den Zapfen einer Kurbelwelle, 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 zwangsläufig die kreisende Bewegung des Kurbelzapfens mit, bleibt jedoch aufgrund der Zwangsführung im Führungsrahmen in der gleichen Lage orientiert, wodurch er sich oszillierend entlang den Führungen bewegt. Die Führungen erhalten dadurch eine oszillierende Bewegung in Richtung der zwangsgeführten Kolbenstangen. Auf diese Weise wird eine reibungsarme, gleichwohl mechanisch einfache Übertragung der Drehbewegung des Antriebsmotors auf die linear verstellbaren Kolbenstangen erhalten. Der Kulissenstein wird vorzugsweise 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 Betriebszeit zu Schäden führen können.
- Mit der Erfindung ist eine Doppelmembranpumpe geschaffen, die auch bei höheren Gegendrücken aufgrund der mechanischen Zwangsführung mit einem hohen Wirkungsgrad arbeitet. Sie kann mit annähernd konstanter Kennlinie gefahren werden, 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 fördern. Sie baut klein und kann geräuscharm betrieben werden.
- Das Gehäuse der Pumpe kann aus vielen Materialien bestehen, beispielswiese Aluminium, Grauguß oder Edelstahl, je nach den Einsatzverhältnissen. Es kann auch ein Kunststoffgehäuse verwendet werden, beispielsweise aus Polypropylen, 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 Figuren 1 und 2 dargestellte Doppelmembranpumpe weist einen ersten Gehäuseabschnitt 10 auf, der kastenartig ist und einen zu einer Seite abgehenden rohrartigen Ansatz 12 aufweist. Abschnitt 10 und Ansatz 12 sind einteilig 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 Gehäuseabschnitts 10 verbunden sind. Den Flanschen 14, 16 sind kreisförmige Membrangehäuseabschnitte 22 bzw. 24 zugeordnet, die mit den Flanschen 14, 16 verschraubt sind. Zwischen 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 entsprechenden 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 Kugelkappenform. 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 Ausgleichsräume 38, 40 sind über eine Verbindungsleitung 62 miteinander verbunden.
- Im Gehäuseabschnitt 10 ist ein annähernd rechteckiger Führungsrahmen 64 angeordnet, an dem an gegenüberliegenden Enden Kolbenstangen 66, 68 angebracht sind. Die Kolbenstangen erstrecken sich durch Gleitlager 70, 72 des Gehäuseabschnitts 10, die mit Kunststoffbuchsen 74, 75 ausgekleidet 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 einvulkanisiert. Ferner sitzt eine Scheibe 80 bzw. 82, die am Umfang gerundet ist, zwischen einem Absatz der Kolbenstange 66, 68 und dem Membranabschnitt, wodurch der betreffende Membranabschnitt sicher eingespannt ist.
- Im Führungsrahmen 64 sind parallel beabstandet zwei Rundstäbe 84, 86 befestigt. Sie bestehen aus einem geeigneten Material, das stangenweise gefertigt und erhältlich ist. Die Führungsstäbe 84, 86 erstrecken sich durch Führungsbohrungen 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 Abtriebswelle 98 eines nicht näher dargestellten Elektromotors 100 in Antriebsverbindung. Ein Zapfen 102 der Kurbelwelle 94 ist mittels eines Wälzlagers 104 in einer mittigen 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 Kulissenstein 98 zwangsläufig mitgenommen. Er führt eine kreisende Bewegung aus, bleibt jedoch durch die Zwangsführung auf den Führungsstäben 84, 86 in der Lage orientiert. Der Führungsrahmen 84 ist seinerseits durch die Kolbenstangen 66, 68 zwangsgeführt. Dadurch wird die Drehbewegung der Kurbelwelle 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 Kurbelarms bestimmt. Soll der Hub verändert werden, ist eine andere Kurbelwelle 94 einzusetzen.
- Am Ende des Saughubs in Fig. 1 links hat der Verdrängungsraum 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 derartiger Druckaufnehmer kann an die Verbindungsleitung 62 angeschlossen sein.
Claims (9)
- Doppelmembranpumpe, bei der die im Verdrängungsraum angeordneten flexiblen Membranen mit einer Kolbenstange verbunden und mechanisch gekoppelt sind, wobei die Verdrängungsräume mit dem Saugstutzen einerseits und dem Druckstutzen andererseits über Rückschlagventile verbunden 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 mindestens eine lineare Führung (84, 86) aufweist für einen Kulissenstein (88), der seinerseits drehbar den Lagerzapfen (102) einer Kurbelwelle (94) lagert.
- Doppelmembranpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lineare Führung von Rundstäben (84, 86) gebildet ist und der Kulissenstein (88) entsprechende Führungsbohrungen (90, 92) aufweist.
- Doppelmembranpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsbohrungen im Kulissenstein (88) mit Kunststoffbuchsen (90., 92) ausgekleidet sind.
- Doppelmembranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstangen (66, 68) in Kunststoffgleitbuchsen (74) des Gehäuses (10) gleitend und dichtend gelagert sind.
- 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.
- Doppelmembranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranen (26, 28) in etwa als Kugelkappen vorgeformt sind.
- 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 Kolbenstange (66, 68) angeordnete Scheibe (80, 82) festgelegt ist.
- 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.
- 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.
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