EP1134414A2 - Atmungsfreie Membraneinspannung - Google Patents

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EP1134414A2
EP1134414A2 EP01105805A EP01105805A EP1134414A2 EP 1134414 A2 EP1134414 A2 EP 1134414A2 EP 01105805 A EP01105805 A EP 01105805A EP 01105805 A EP01105805 A EP 01105805A EP 1134414 A2 EP1134414 A2 EP 1134414A2
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EP
European Patent Office
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diaphragm
pump
membrane
pump according
pump cover
Prior art date
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Application number
EP01105805A
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English (en)
French (fr)
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EP1134414B1 (de
EP1134414A3 (de
Inventor
Eberhard Prof. Dr.-Ing. Schlücker
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Lewa GmbH
Original Assignee
Lewa GmbH
Lewa Herbert Ott GmbH and Co KG
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Publication date
Application filed by Lewa GmbH, Lewa Herbert Ott GmbH and Co KG filed Critical Lewa GmbH
Publication of EP1134414A2 publication Critical patent/EP1134414A2/de
Publication of EP1134414A3 publication Critical patent/EP1134414A3/de
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Publication of EP1134414B1 publication Critical patent/EP1134414B1/de
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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
    • F04B43/0009—Special features
    • F04B43/0054—Special features particularities of the flexible members
    • F04B43/0063—Special features particularities of the flexible members bell-shaped flexible members
    • 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
    • F04B43/06—Pumps having fluid drive
    • F04B43/067—Pumps having fluid drive the fluid being actuated directly by a piston
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2225/00—Synthetic polymers, e.g. plastics; Rubber
    • F05C2225/04—PTFE [PolyTetraFluorEthylene]

Definitions

  • the invention relates to a diaphragm pump according to the preamble of the claim 1.
  • the membrane as the central Element fulfills the double function as a static seal and displacer in Form of an elastic pumping chamber wall.
  • the static membrane seal is the Basis for the hermetic tightness of diaphragm pumps.
  • the membrane also transfers the oscillating stroke movement of a drive to the one to be conveyed Fluid, which not only stimulates pulsation, but also interaction comes about with the fluid masses in the piping system.
  • the oscillating movement becomes a Drive element via a hydraulic master, which comprises a hydraulic fluid, transferred to the membrane.
  • the hydraulically driven membrane works always pressure balanced and only has to endure deflection stresses.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • Usual membrane constructions are pure PTFE membranes with a rotationally symmetrical shaft contour or flat contour and PTFE as a protective layer on elastomer membranes.
  • PTFE PTFE
  • the limit for the use of PTFE as a membrane for membrane pumps is currently at a delivery pressure of 350 bar and a temperature of 150 ° C
  • the reasons for these limits are the insufficient cold flow resistance and sealing pressure of the PTFE in the membrane clamping.
  • the components between which the membranes are clamped are, namely pump body and diaphragm drive housing through which Pressure changes in the pump become deformed, resulting in some "breathing" in the fixation results.
  • This term "breathing” denotes one in the operation of the Diaphragm pump, if necessary, periodically decreasing contact pressure between the pump cover and the pump housing in the clamping area the membrane. With increasing pressure and increasing size increases breathing too.
  • the invention is therefore based on the object of a diaphragm pump of the above.
  • Art to make available which the above Disadvantages eliminated and even with higher ones Delivery pressures and higher operating temperature can be used, the membrane clamping should be as breathless as possible or breathing is balanced.
  • the diaphragm pump according to the invention are between the pump cover and Pump housing an insert part that limits the delivery space on the pump cover side and / or a pump housing side delimiting the hydraulic space Insert part provided, the membrane on its peripheral edge between the insert and the pump housing or the pump cover or is clamped between the insert parts.
  • This design has the advantage that the diaphragm pump is also suitable for high pressures, for example above 350 bar, and for higher temperatures, for example above 150 ° C, is suitable because on the one hand the pressure support and the membrane clamping are arranged separately from each other and on the other hand the two insert parts are arranged pressure-balanced so that occurring pressures between Pump cover and pump housing have no significant influence on the diaphragm clamping exercise. This achieves "breathable" membrane clamping. Furthermore, the diaphragm clamping is independent of the size of the pump head.
  • the insert part on the pump cover expediently has a first channel, which with the pump chamber formed by the pump cover insert connects a delivery channel formed in the pump cover, and a second Channel on which the delivery chamber formed by the pump cover-side insert connects with a suction channel formed in the pump cover.
  • the pump cover and pump housing have Fastening means such that the pump cover and the pump housing are connected to one another in a pressure-supported manner and at the same time the two insert parts the membrane between them are pressed against each other.
  • the insert parts are expediently arranged and designed such that they strike directly against each other in a radial area around the membrane clamping.
  • the insert parts form together with the pump cover or the pump housing sealing points.
  • the membrane has a predetermined pressure force clamped between the pump cover and the pump housing in such a way that the pressure in the area of the membrane clamping below the yield point of the Membrane material is.
  • At least one elastic component is provided, which is designed in such a way that there are reductions in the pressure force occurring in the operation of the diaphragm pump in the clamping area of the membrane between the pump cover and the Pump housing compensates elastically.
  • This allows the sealing pressure acts on the membrane, set defined.
  • membranes e.g. made of PTFE particularly important because on the one hand a minimum pressure to maintain the Tightness is necessary and on the other hand limits the maximum permissible pressure is.
  • the two insert parts are opposite the pump cover and the Pump housing sealed in such a way that both sealing points on one and the same diameter are arranged. It is advantageous if the diameter of the two sealing points in relation to the diameter of the clamping point the membrane is equal to or larger to largely balanced pressure ratios to reach on both sides of the inserts. This allows a "breathable" Achieve membrane clamping and a reliable and reliable Achieve membrane seal.
  • This design has the advantage that the diaphragm pump is also suitable for high pressures, for example above 350 bar, and for higher temperatures, for example above 150 ° C, is suitable because deformations of Pump cover and pump housing, which lead to a decrease in the contact pressure lead in the clamping area, are effectively balanced. At the same time may become insufficient under certain operating conditions Cold flow resistance and sealing pressure of the membrane material are compensated.
  • the arrangement according to the invention increases the elasticity of the Membrane in the clamping area, so that the minimum pressure required for tightness in the clamping area of the membrane, even if it is deformed in the clamping area involved components is retained. That provided according to the invention elastic component is used to compensate for fluctuations in the contact pressure in the clamping area of the membrane.
  • the elastic reserves of a membrane package are increased in that the Diaphragm comprises two or more layers of material, at least one elastic Component is arranged between at least two layers.
  • the elastic Component for example, as an elastic intermediate layer or as an elastic one Intermediate ring formed.
  • the elastic component extends over the entire circumference the membrane.
  • the elastic component can be arranged on one side or on both sides of the membrane his.
  • the elastic component comprises a or several elastomer o-rings.
  • the elastic component is used as a lip seal educated.
  • the elastic component is an integral part for simple and quick assembly Part of the membrane.
  • the membrane is expediently made of PTFE or PE or alternatively of one Elastomer with a protective layer made of PTFE.
  • the diaphragm pump shown comprises a diaphragm 10, which separates a delivery chamber 12 from a hydraulic chamber 14.
  • a piston 16 As a drive a piston 16 is provided, which is in operation around a constant piston center position oscillates. The oscillating movement of the piston 16 is controlled by a Hydraulic fluid in the hydraulic chamber 14 and one possibly connected to the membrane 10 Piston 40 transferred to the membrane 10, which has a corresponding oscillates around a central position. That way Fluid sucked in via the inlet valve 18 and a suction channel 20 of the diaphragm pump and discharged via the outlet valve 22 and via a delivery channel 24.
  • the membrane 10 is between a pump cover 26 and a pump housing 28 clamped in a predetermined radial clamping area 30.
  • a pump cover-side insert part delimiting the delivery space 12 provided between the pump cover 26 and the pump housing 28 are arranged and clamp the membrane 10 in the radial clamping area 30.
  • the cover of the diaphragm pump is in one Pressure-absorbing pump cover 26 and the one that forms the membrane clamping insert part 34 on the pump cover side.
  • the housing is the Diaphragm pump in the pressure-receiving pump housing 28 and that the pump housing-side insert part 32 forming the membrane clamping.
  • the pressure is supported between the pump cover 26 and the pump housing 28 separated from the membrane clamping, so that occurring pressures no longer cause deformations or pressure fluctuations in the area of the membrane clamping 30 and thus to "breathing" in the area of the membrane clamping being able to lead.
  • the insert parts 32, 34 radially strike the membrane clamping 30 to each other, which has the advantage of a metal-metal stop around the membrane clamping 30 yields around. Together with the pump components 26, 28 the insert parts 32, 34 form two sealing points arranged radially at the same point 42 out.
  • the sealing points 42 are at least the same or a larger one Diameter arranged as the clamping point 30 of the membrane 10. Die Membrane clamping 30 is thus completely surrounded by pressure and therefore with a suitable position of the sealing point 42 relative to the membrane clamping 30 "breathless".
  • the pump cover insert 34 has a first channel 36 on which the delivery chamber formed by the pump cover insert 34 12 connects to the delivery channel 24 formed in the pump cover 26.
  • the insert part 34 on the pump cover also has a second channel 38, which the delivery chamber 12 formed by the pump cover-side insert part 34 connects the suction channel 20 formed in the pump cover 26.
  • a corresponding recess in the area of the membrane clamping 30 for Inserting the membrane 10 is dimensioned such that only a predetermined one Part of the pressure force acting between the insert parts 32, 34 also on the Membrane 10 in membrane clamping 30 acts.
  • the metallic one requires Sealing point 42 comparatively high surface pressures, which are additionally caused by a crowned contour of the inserts 32, 34 can be supported.
  • the membrane clamping 30 when using PTFE membranes because of Flowability and deformability of the material PTFE only limited surface pressures to.
  • the "breathing" is balanced by the pressure Membrane clamping 30 largely eliminated with the aid of the inserts 32, 34. This enables pressure ranges to be developed that were previously only diaphragm pumps with metal membranes were reserved.
  • the clamping area 30 additionally includes to the membrane 10, an elastic element 46 is arranged, as an example 2 to 5 can be seen.
  • This elastic element 46 is like "breathing" in Clamping area 30 at any time and provides the necessary for the tightness Pressing safe. This means that even with high pressure and temperature loads, which about the permissible loads of known diaphragm pumps go out, a sufficient surface pressure of the membrane clamping 30th guaranteed.
  • the membrane clamping designed according to the invention thus acts as a compensation for elasticity, since in the clamping area 38 of the membrane 10, the elastic component 40 is provided.
  • the lip ring 46 is in one piece formed with the membrane 10 so that when the membrane 10 the elastic component 46 is automatically arranged in the clamping area 30 and is mounted.
  • the elastic component is an elastomer O-ring 48 formed and around the entire circumference in the clamping area 30 arranged.
  • the membrane 10 has two material layers 50, 52, between which an intermediate space 54 is formed, for example in fluid-conducting connection with a diaphragm rupture sensor, not shown stands.
  • the elastic component is in this case an intermediate ring or intermediate layer 56 formed and in the clamping area 30 between the material layers 50, 52 of the Membrane 10 arranged.
  • the membrane 10 is, so to speak "floating" stored.
  • the diaphragm rupture sensor is the intermediate ring or the intermediate layer 56 designed as a fabric.
  • the diaphragm rupture sensor registers the liquid entering the gap 54 through the membrane rupture, which penetrates through the tissue gaps to the membrane rupture sensor.
  • 44 designates the center of the membrane 10, which at the same time is to be regarded as an axis of rotational symmetry.
  • the elastic component can be used to achieve the desired elasticity compensation 46 also in the form of at least one or more axially effective profile rings be trained.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Membranpumpe mit einem Pumpendeckel (26), einem Pumpengehäuse (28) und einer zwischen diesen angeordneten hydraulisch angetriebenen Membran (10), welche einen Hydraulikraum (14) von einem Förderraum (12) abgrenzt und an einem umlaufenden Rand (30) eingespannt ist. Hierbei sind zwischen Pumpendeckel (26) und Pumpengehäuse (28) ein pumpendeckelseitiges Einsatzteil (34), welches den Förderraum (12) begrenzt, und/oder ein pumpengehäuseseitiges Einsatzteil (32) vorgesehen, welches den Hydraulikraum (14) begrenzt, wobei die Membran (10) an ihrem umlaufenden Rand (30) zwischen dem Einsatzteil (34 bzw. 32) und dem Pumpengehäuse (28) bzw. dem Pumpendeckel (26) oder zwischen den Einsatzteilen (32, 34) eingespannt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Membranpumpe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Wachsende Umweltschutzforderungen verbunden mit strengen Gesetzesauflagen können künftig meist nur mit hermetisch dichten Prozeßanlagen erfüllt werden. Leckfreie Fluidarbeitsmaschinen, wie beispielsweise Pumpen und Verdichter, sind dabei von großer Bedeutung. Besonders für die Förderung toxischer, gefährlicher, belästigender, empfindlicher, abrasiver, korrosiver Fluide sowie für aseptische Bedingungen sind Membranpumpen eine optimale Lösung. Die Membran als zentrales Element erfüllt die Doppelfunktion als statische Dichtung und Verdränger in Form einer elastischen Förderraumwand. Die statische Membrandichtung ist die Grundlage für die hermetische Dichtheit von Membranpumpen. Die Membran überträgt ferner die oszillierende Hubbewegung eines Antriebs auf das zu fördernde Fluid, wodurch nicht nur die pulsierende Förderung, sondern auch eine Interaktion mit den Fluidmassen im Rohrleitungssystem zustande kommt. Bei Membranpumpen mit hydraulischem Membranantrieb wird die oszillierende Bewegung eines Antriebsorgans über eine Hydraulikvorlage, welche ein Hydraulikfluid umfaßt, auf die Membran übertragen. Die hydraulisch angetriebene Membran arbeitet stets druckausgeglichen und muß nur Auslenkungsbeanspruchungen ertragen.
In der Membranpumpentechnik hat sich PTFE (Polytetrafluorethylen) wegen seiner hervorragenden chemischen Beständigkeit und der guten physikalischen Eigenschaften zum Standardmaterial für Membranen entwickelt. Übliche Membrankonstruktionen sind reine PTFE-Membranen mit rotationssymmetrischer Wellenkontur oder flacher Kontur sowie PTFE als Schutzschicht auf Elastomermembranen.
Die Grenze für die Verwendung von PTFE als Membran für Membranpumpen liegt derzeit bei einem Förderdruck von 350 bar und einer Temperatur von 150° C. Die Gründe für diese Grenzen sind die darüber hinaus nicht mehr ausreichende Kaltflußfestigkeit und Dichtpressung des PTFE in der Membraneinspannung. Hinzu kommt noch die Tatsache, daß die Bauteile, zwischen denen die Membranen eingespannt sind, nämlich Pumpenkörper und Membranantriebsgehäuse, durch den Druckwechsel in der Pumpe deformiert werden, woraus ein gewisses "Atmen" in der Einspannung resultiert. Dieser Begriff "Atmen" bezeichnet eine im Betrieb der Membranpumpe ggf. periodisch immer wiederkehrende Abnahme des Anpreßdruckes zwischen dem Pumpendeckel und dem Pumpengehäuse im Einspannbereich der Membran. Mit zunehmendem Druck und zunehmender Baugröße nimmt das Atmen zu. Das Potential zum Elastizitätsausgleich durch die Membran ist jedoch sehr beschränkt, so daß dadurch ebenfalls eine Grenze für Druck und Baugrößensteigerung gegeben ist. Ferner ist der immer wiederkehrende Belastungswechsel der Membran durch das Atmen eine starke mechanische Belastung bzw. dynamische Wechselbeanspruchung und führt nach entsprechender Zeit zu einer Ermüdung des Membranwerkstoffes und letztlich zu einer Zerstörung der Membran. Dieser Wirkmechanismus ist bisher in dieser Form noch nicht erkannt worden.
Insbesondere bei großen Membranpumpenköpfen ergibt sich ein besonders starkes "Atmen" was zu frühzeitiger Ermüdung des Werkstoffes der Membran, beispielsweise PTFE, in der Membraneinspannung und zu entsprechenden Membranbrüchen bzw. Undichtigkeiten führt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Membranpumpe der o.g. Art zur Verfügung zu stellen, welche die o.g. Nachteile beseitigt und auch bei höheren Förderdrücken und höherer Betriebstemperatur einsetzbar ist, wobei die Membraneinspannung möglichst atmungsfrei ausgebildet sein soll bzw. die Atmung ausgeglichen wird.
Diese Aufgabe wird durch die Erfindung mit den im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen.
Bei der erfindungsgemäßen Membranpumpe sind zwischen Pumpendeckel und Pumpengehäuse ein den Förderraum begrenzendes pumpendeckelseitiges Einsatzteil und/oder ein den Hydraulikraum begrenzendes pumpengehäuseseitiges Einsatzteil vorgesehen, wobei die Membran an ihrem umlaufenden Rand zwischen dem Einsatzteil und dem Pumpengehäuse bzw. dem Pumpendeckel oder zwischen den Einsatzteilen eingespannt ist.
Diese Ausbildung hat den Vorteil, daß die Membranpumpe auch für hohe Drücke, beispielsweise oberhalb 350 bar, und für höhere Temperaturen, beispielsweise über 150° C, geeignet ist, da einerseits die Druckabstützung und die Membraneinspannung voneinander getrennt angeordnet sind und andererseits die beiden Einsatzteile druckausgeglichen angeordnet sind, so daß auftretende Drücke zwischen Pumpendeckel und Pumpengehäuse keinen wesentlichen Einfluß auf die Membraneinspannung ausüben. Dies erzielt eine "atmungsfreie" Membraneinspannung. Ferner ist die Membraneinspannung unabhängig von der Größe des Pumpenkopfes.
Zweckmäßigerweise weist das pumpendeckelseitige Einsatzteil einen ersten Kanal, welcher den vom pumpendeckelseitigen Einsatzteil gebildeten Förderraum mit einem im Pumpendeckel ausgebildeten Förderkanal verbindet, sowie einen zweiten Kanal auf, welcher den vom pumpendeckelseitigen Einsatzteil gebildeten Förderraum mit einem im Pumpendeckel ausgebildeten Saugkanal verbindet.
In einer bevorzugten Ausführungsform weisen Pumpendeckel und Pumpengehäuse Befestigungsmittel derart auf, daß der Pumpendeckel und das Pumpengehäuse druckabgestützt miteinander verbunden sind und gleichzeitig die beiden Einsatzteile die Membran zwischen sich einspannend aneinander gedrückt sind.
Zweckmäßigerweise sind die Einsatzteile derart angeordnet und ausgebildet, daß sie in einem radialen Bereich um die Membraneinspannung direkt aneinander anschlagen. Hierbei bilden die Einsatzteile zusammen mit dem Pumpendeckel bzw. dem Pumpengehäuse Dichtstellen aus. Bevorzugt sind zwischen den Einsatzteilen und dem Pumpendeckel bzw. dem Pumpengehäuse Kanäle oder Freidrehungen derart angeordnet, daß sich der Druck bis zu den Dichtstellen ausbreitet.
In besonders vorteilhafter Weise ist die Membran mit einer vorbestimmten Andruckkraft zwischen Pumpendeckel und Pumpengehäuse derart eingespannt, daß die Pressung im Bereich der Membraneinspannung unterhalb der Fließgrenze des Membranwerkstoffes liegt.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist im Einspannbereich zusätzlich wenigstens ein elastisches Bauteil vorgesehen, welches derart ausgebildet ist, daß es im Betrieb der Membranpumpe auftretende Verringerungen der Andruckkraft im Einspannbereich der Membran zwischen dem Pumpendeckel und dem Pumpengehäuse elastisch ausgleicht. Dadurch läßt sich die Dichtpressung, die auf die Membran wirkt, definiert einstellen. Dies ist für Membranen z.B. aus PTFE besonders wichtig, da einerseits eine Mindestpressung zur Aufrechterhaltung der Dichtheit notwendig ist und andererseits die maximal zulässige Pressung begrenzt ist.
Gleichzeitig sind die beiden Einsatzteile gegenüber dem Pumpendeckel bzw. dem Pumpengehäuse in der Weise abgedichtet, daß beide Dichtstellen auf ein und demselben Durchmesser angeordnet sind. Dabei ist von Vorteil, wenn der Durchmesser der beiden Dichtstellen in Relation zum Durchmesser der Einspannstelle der Membran gleich oder größer ist, um weitgehend ausgeglichene Druckverhältnisse auf beiden Seiten der Einsatzstücke zu erreichen. Damit läßt sich eine "atmungsfreie" Membraneinspannung erreichen und eine zuverlässige und funktionssichere Membrandichtung erzielen.
Diese Ausbildung hat den Vorteil, daß die Membranpumpe auch für hohe Drücke, beispielsweise oberhalb 350 bar, und für höhere Temperaturen, beispielsweise über 150° C, geeignet ist, da in diesem Bereich auftretende Deformierungen von Pumpendeckel und Pumpengehäuse, welche zu einer Abnahme des Anpreßdrukkes im Einspannbereich führen würden, wirksam ausgeglichen sind. Gleichzeitig wird eine bei bestimmten Betriebsbedingungen evtl. nicht mehr ausreichende Kaltflußfestigkeit und Dichtpressung des Membranwerkstoffes kompensiert. Mit anderen Worten erhöht die erfindungsgemäße Anordnung die Elastizität der Membran im Einspannbereich, so daß die für die Dichtheit erforderliche Mindestpressung im Einspannbereich der Membran auch bei Verformung der im Einspannbereich beteiligten Bauteile erhalten bleibt. Das erfindungsgemäß vorgesehen elastische Bauteil dient der Kompensation von Schwankungen des Anpreßdruckes im Einspannbereich der Membran.
Die Elastizitätsreserven eines Membranpaketes werden dadurch erhöht, daß die Membran zwei oder mehr Werkstofflagen umfaßt, wobei wenigstens ein elastisches Bauteil zwischen wenigstens zwei Lagen angeordnet ist. Hierbei ist das elastische Bauteil beispielsweise als elastische Zwischenlage oder als elastischer Zwischenring ausgebildet.
Um eine fluidleitende Verbindung zwischen dem Innenraum zwischen zwei Werkstofflagen der Membran und einem Membranbruchsensor sicherzustellen, ist das elastische Bauteil vorteilhafterweise als Gewebe ausgebildet.
Zum Ausgleich von Materialdeformierungen über den gesamten Einspannbereich in Umfangsrichtung erstreckt sich das elastische Bauteil über den gesamten Umfang der Membran.
Das elastische Bauteil kann einseitig oder beidseits der Membran angeordnet sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt das elastische Bauteil ein oder mehrere Elastomer-O-Ringe. Alternativ ist das elastische Bauteil als Lippendichtung ausgebildet.
Für eine einfache und schnelle Montage ist das elastische Bauteil ein integrales Teil der Membran.
Zweckmäßigerweise ist die Membran aus PTFE oder PE oder alternativ aus einem Elastomer mit einer Schutzschicht aus PTFE hergestellt.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in
Fig. 1
eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Membranpumpe in schematischer Schnittansicht.
Fig. 2
jeweils geschnitten im Detail eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen vorgesehenen elastischen Bauteils,
Fig. 3
eine zweite Ausführungsform des elastischen Bauteils,
Fig. 4
eine dritte Ausführungsform des elastischen Bauteils und
Fig. 5
eine vierte Ausführungsform des elastischen Bauteils.
Wie aus der Fig. 1 ersichtlich, umfaßt die dargestellte Membranpumpe eine Membran 10, welche einen Förderraum 12 von einem Hydraulikraum 14 trennt. Als Antrieb ist ein Kolben 16 vorgesehen, welcher im Betrieb um eine konstante Kolbenmittellage oszilliert. Die oszillierende Bewegung des Kolbens 16 wird über eine Hydraulikflüssigkeit im Hydraulikraum 14 und einen mit der Membran 10 ggf. verbundenen Kolben 40 auf die Membran 10 übertragen, welche eine entsprechende oszillierende Bewegung um eine Mittellage herum ausführt. Auf diese Weise wird über das Einlaßventil 18 und einen Saugkanal 20 der Membranpumpe Fluid angesaugt und über das Auslaßventil 22 und über einen Förderkanal 24 wieder abgegeben.
Die Membran 10 ist zwischen einem Pumpendeckel 26 und einem Pumpengehäuse 28 in einem vorbestimmten radialen Einspannbereich 30 eingespannt. Hierzu ist ein den Hydraulikraum 14 begrenzendes pumpengehäuseseitiges Einsatzteil 32 und ein den Förderraum 12 begrenzendes pumpendeckelseitiges Einsatzteil 34 vorgesehen, welche zwischen dem Pumpendeckel 26 und dem Pumpengehäuse 28 angeordnet sind und die Membran 10 im radialen Einspannbereich 30 einspannen. Mit anderen Worten ist der Deckel der Membranpumpe in den einen Druck aufnehmenden Pumpendeckel 26 und das die Membraneinspannung ausbildende pumpendeckelseitige Einsatzteil 34 unterteilt. Ferner ist das Gehäuse der Membranpumpe in das einen Druck aufnehmende Pumpengehäuse 28 und das die Membraneinspannung ausbildende pumpengehäuseseitige Einsatzteil 32 unterteilt. Hierdurch ist die Druckabstützung zwischen Pumpendeckel 26 und Pumpengehäuse 28 von der Membraneinspannung getrennt, so daß auftretende Drükke nicht mehr zu Verformungen bzw. Druckschwankungen im Bereich der Membraneinspannung 30 und somit zu einem "Atmen" im Bereich der Membraneinspannung führen können.
Die Einsatzteile 32, 34 schlagen radial die Membraneinspannung 30 umgebend aneinander an, was den Vorteil eines Metall-Metall-Anschlages um die Membraneinspannung 30 herum erbringt. Zusammen mit den Pumpenbauteilen 26, 28 bilden die Einsatzteile 32, 34 zwei radial an gleicher Stelle angeordnete Dichtstellen 42 aus. Die Dichtstellen 42 sind zumindest auf dem gleichen oder einem größeren Durchmesser angeordnet als die Einspannstelle 30 der Membran 10. Die Membraneinspannung 30 ist somit vollumfänglich von Druck umgeben und daher bei geeigneter Lage der Dichtstelle 42 relativ zur Membraneinspannung 30 "atmungsfrei". Das pumpendeckelseitige Einsatzteil 34 weist einen ersten Kanal 36 auf, welcher den vom pumpendeckelseitigen Einsatzteil 34 gebildeten Förderraum 12 mit dem im Pumpendeckel 26 ausgebildeten Förderkanal 24 verbindet. Das pumpendeckelseitige Einsatzteil 34 weist ferner einen zweiten Kanal 38 auf, welcher den vom pumpendeckelseitigen Einsatzteil 34 gebildeten Förderraum 12 mit dem im Pumpendeckel 26 ausgebildeten Saugkanal 20 verbindet.
Eine entsprechende Ausnehmung im Bereich der Membraneinspannung 30 zum Einsetzen der Membran 10 ist derart dimensioniert, dass nur ein vorbestimmter Teil der zwischen den Einsatzteilen 32, 34 wirkenden Andruckkraft auch auf die Membran 10 in der Membraneinspannung 30 wirkt. Somit erzielt die beschriebene Ausführungsform eine räumliche Trennung von Druckabstützung und Membraneinspannung und damit auch der Membranabdichtung, wodurch die jeweils miteinander konkurrierenden, teilweise gegensätzlichen Anforderungen an den verschiedenen Orten besser erfüllt werden können. So erfordert die metallische Dichtstelle 42 vergleichsweise hohe Flächenpressungen, die zusätzlich durch eine ballige Kontur der Einsatzstücke 32, 34 unterstützt werden können. Dagegen läßt die Membraneinspannung 30 bei Verwendung von PTFE-Membranen wegen der Fließfähigkeit und Verformbarkeit des Werkstoffes PTFE nur begrenzte Flächenpressungen zu. Gleichzeitig wird das "Atmen" durch die druckausgeglichene Membraneinspannung 30 mit Hilfe der Einsatzstücke 32, 34 weitgehend eliminiert. Dadurch lassen sich Druckbereiche erschließen, die bislang nur Membranpumpen mit Metallmembranen vorbehalten waren.
Im Einspannbereich 30 ist in einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung zusätzlich zur Membran 10 ein elastisches Element 46 angeordnet, wie beispielhaft aus Fig. 2 bis 5 ersichtlich. Dieses elastische Element 46 gleicht ein "Atmen" im Einspannbereich 30 zu jedem Zeitpunkt aus und stellt die für die Dichtheit erforderliche Pressung sicher. Dadurch ist auch bei hohen Druck- und Temperaturbelastungen, welche über die zulässigen Belastungen bekannter Membranpumpen hinausgehen, eine ausreichende Flächenpressung der Membraneinspannung 30 gewährleistet.
Die erfindungsgemäß ausgebildete Membraneinspannung wirkt somit als Elastizitätsausgleich, da im Einspannbereich 38 der Membran 10 das elastische Bauteil 40 vorgesehen ist.
Bei der in Fig. 2 dargestellten ersten Ausführungsform ist das elastische Bauteil als Lippenring 46 ausgebildet, der einseitig oder, wie in Fig. 2 dargestellt, beidseitig der Membran 10 im Einspannbereich 30 angeordnet ist.
Bei der abgewandelten Ausführungsform gemäß Fig. 3 ist der Lippenring 46 einstückig mit der Membran 10 ausgebildet, so daß mit Einsetzen der Membran 10 automatisch das elastische Bauteil 46 im Einspannbereich 30 angeordnet und montiert ist.
Bei der weiteren Ausführungsform gemäß Fig. 4 ist das elastische Bauteil als Elastomer-O-Ring 48 ausgebildet und um den gesamten Umfang herum im Einspannbereich 30 angeordnet.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5 weist die Membran 10 zwei Werkstofflagen 50, 52 auf, zwischen denen ein Zwischenraum 54 gebildet ist, der beispielsweise in fluidleitender Verbindung mit einem nicht dargestellten Membranbruchsensor steht. Das elastische Bauteil ist hierbei als Zwischenring oder Zwischenlage 56 ausgebildet und im Einspannbereich 30 zwischen den Werkstofflagen 50, 52 der Membran 10 angeordnet. Auf diese Weise ist die Membran 10 sozusagen "schwimmend" gelagert. Dadurch wird die Elastizitätsreserve des Membranpaketes 50, 52 gesteigert, und die erforderliche Mindestpressung in der Einspannung bleibt auch bei eventuell auftretenden Bauteilverformungen erhalten. Um die fluidleitende Verbindung zwischen dem Zwischenraum 54 und einem ggf. vorhandenen Membranbruchsensor sicherzustellen, ist der Zwischenring bzw. die Zwischenlage 56 als Gewebe ausgebildet. Der Membranbruchsensor registriert dann die durch den Membranbruch in den Zwischenraum 54 eintretende Flüssigkeit, welche durch die Gewebelücken hindurch bis zum Membranbruchsensor vordringt.
In den Fig. 2 - 5 bezeichnet jeweils 44 die Mitte der Membran 10, welche gleichzeitig als Rotationssymmetrieachse anzusehen ist.
Zum Erzielen des erwünschten Elastizitätsausgleichs kann das elastische Bauteil 46 auch in Form von wenigstens einem oder mehreren axial wirksamen Profilringen ausgebildet sein.

Claims (22)

  1. Membranpumpe mit einem Pumpendeckel (26), einem Pumpengehäuse (28) und einer zwischen diesen angeordneten hydraulisch angetriebenen Membran (10), welche einen Hydraulikraum (14) von einem Förderraum (12) abgrenzt und an einem umlaufenden Rand (30) eingespannt ist,
    dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Pumpendeckel (26) und Pumpengehäuse (28) ein pumpendeckelseitiges Einsatzteil (34), welches den Förderraum (12) begrenzt, und/oder ein pumpengehäuseseitiges Einsatzteil (32) vorgesehen sind, welches den Hydraulikraum (14) begrenzt, wobei die Membran (10) an ihrem umlaufenden Rand (30) zwischen dem Einsatzteil (34 bzw. 32) und dem Pumpengehäuse (28) bzw. dem Pumpendeckel (26) oder zwischen den Einsatzteilen (32, 34) eingespannt ist.
  2. Membranpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das pumpendeckelseitige Einsatzteil (34) einen ersten Kanal (36) aufweist, welcher den vom pumpendeckelseitigen Einsatzteil (34) gebildeten Förderraum (12) mit einem im Pumpendeckel (26) ausgebildeten Förderkanal (24) verbindet.
  3. Membranpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das pumpendeckelseitige Einsatzteil (34) einen zweiten Kanal (38) aufweist, welcher den vom pumpendeckelseitigen Einsatzteil (34) gebildeten Förderraum (12) mit einem im Pumpendeckel (26) ausgebildeten Saugkanal (20) verbindet.
  4. Membranpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpendeckel (26) und das Pumpengehäuse (28) Befestigungsmittel derart aufweisen, daß der Pumpendeckel (26) und das Pumpengehäuse (28) druckabgestützt miteinander verbunden sind und gleichzeitig das pumpendeckelseitige Einsatzteil (34) sowie das pumpengehäuseseitige Einsatzteil (32) die Membran (10) zwischen sich einspannend aneinander gedrückt sind.
  5. Membranpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einsatzteile (32, 34) derart angeordnet und ausgebildet sind, daß sie in einem radialen Bereich um die Membraneinspannung (30) direkt aneinander anschlagen.
  6. Membranpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einsatzteile (32, 34) zusammen mit dem Pumpendeckel (26) bzw. dem Pumpengehäuse (28) Dichtstellen (42) ausbilden.
  7. Membranpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Dichtstellen (42) auf demselben Durchmesser angeordnet sind.
  8. Membranpumpe nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Dichtstellen (42) in Relation zum Durchmesser der Einspannstelle (30) gleich oder größer ist.
  9. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Einsatzteilen (32, 34) und dem Pumpendeckel (26) bzw. dem Pumpengehäuse (28) Kanäle oder Freidrehungen derart angeordnet sind, daß sich der Druck bis zu den Dichtstellen (42) ausbreitet.
  10. Membranpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (10) mit einer vorbestimmten Andruckkraft zwischen Pumpendeckel (24) und Pumpengehäuse (28) derart eingespannt ist, daß die Pressung im Bereich der Membraneinspannung (30) unterhalb der Fließgrenze des Membranwerkstoffes liegt.
  11. Membranpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Einspannbereich (30) zusätzlich wenigstens ein elastisches Bauteil (46; 48; 56) vorgesehen ist, welches derart ausgebildet ist, daß es im Betrieb der Membranpumpe auftretende Verringerungen der Andruckkraft im Einspannbereich (30) der Membran (10) zwischen dem Pumpendeckel (26) und dem Pumpengehäuse (28) elastisch ausgleicht.
  12. Membranpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (10) zwei oder mehr Werkstofflagen (50, 52) umfaßt, wobei wenigstens ein elastisches Bauteil (56) zwischen wenigstens zwei Lagen (50, 52) angeordnet ist.
  13. Membranpumpe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Bauteil als elastische Zwischenlage ausgebildet ist.
  14. Membranpumpe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Bauteil als elastischer Zwischenring (56) ausgebildet ist.
  15. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Bauteil als Gewebe ausgebildet ist.
  16. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß sich das elastische Bauteil (46; 48; 56) in Umfangsrichtung über den gesamten Umfang der Membran (10) erstreckt.
  17. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Bauteil (46; 48; 56) einseitig oder beidseitig der Membran (10) angeordnet ist.
  18. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Bauteil ein oder mehrere Elastomer-O-Ringe (48) umfaßt.
  19. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Bauteil als Lippendichtung (46) ausgebildet ist.
  20. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Bauteil (48) als integrales Teil der Membran (10) ausgebildet ist.
  21. Membranpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (10) aus PTFE oder PE hergestellt ist.
  22. Membranpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (10) aus einem Elastomer mit einer Schutzschicht aus PTFE hergestellt ist.
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