EP1134414B1 - Membrane clamping avoiding deformation - Google Patents

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EP1134414B1
EP1134414B1 EP01105805A EP01105805A EP1134414B1 EP 1134414 B1 EP1134414 B1 EP 1134414B1 EP 01105805 A EP01105805 A EP 01105805A EP 01105805 A EP01105805 A EP 01105805A EP 1134414 B1 EP1134414 B1 EP 1134414B1
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diaphragm
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membrane
cover
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Eberhard Prof. Dr.-Ing. Schlücker
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04B43/02Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having plate-like flexible members, e.g. diaphragms
    • F04B43/06Pumps having fluid drive
    • F04B43/067Pumps having fluid drive the fluid being actuated directly by a piston
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05CINDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2225/00Synthetic polymers, e.g. plastics; Rubber
    • F05C2225/04PTFE [PolyTetraFluorEthylene]

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Membranpumpe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a diaphragm pump according to the preamble of claim 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.Growing environmental protection requirements combined with strict legal requirements can usually only be met in future with hermetically sealed process plants. Leak-free fluid working machines, such as pumps and compressors, are of great importance. Especially for the pumping of toxic, dangerous, annoying, sensitive, abrasive, corrosive fluids as well as for aseptic conditions diaphragm pumps are an optimal solution. The membrane as a central element fulfills the dual function as a static seal and displacer in the form of an elastic delivery chamber wall. The static diaphragm seal is the basis for the hermetic tightness of diaphragm pumps. The membrane also transmits the oscillating stroke movement of a drive to the fluid to be pumped, whereby not only the pulsating promotion, but also an interaction with the fluid masses in the piping system comes about. In membrane pumps with hydraulic diaphragm drive, the oscillating movement of a drive member via a hydraulic reservoir, which comprises a hydraulic fluid, transmitted to the membrane. The hydraulically driven diaphragm always works pressure-balanced and only has to withstand deflection stresses.
  • 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.In membrane pumping technology, PTFE (polytetrafluoroethylene) has become known for its excellent chemical resistance and good physical properties Properties developed as standard material for membranes. Conventional membrane constructions are pure PTFE membranes with rotationally symmetrical wave contour or flat contour and PTFE as a protective layer on elastomer membranes.
  • 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.The limit for the use of PTFE as diaphragm for diaphragm pumps is currently at a delivery pressure of 350 bar and a temperature of 150 ° C. The reasons for these limits are the cold flow strength and sealing pressure of the PTFE in the diaphragm clamping, which are no longer sufficient. In addition, the fact that the components between which the membranes are clamped, namely pump body and diaphragm drive housing, are deformed by the pressure change in the pump, resulting in a certain "breathing" in the clamping. This term "breathing" refers to a possibly recurring in operation of the diaphragm pump periodically decrease the contact pressure between the pump cover and the pump housing in the clamping region of the membrane. With increasing pressure and increasing size, breathing increases. However, the potential for elasticity compensation through the membrane is very limited, so that there is also a limit to pressure and size increase. Furthermore, the recurrent load change of the membrane by breathing a strong mechanical stress or dynamic cycling and leads after a certain time to fatigue of the membrane material and ultimately to a destruction of the membrane. This mechanism of action has not yet been recognized in this form.
  • 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.Especially with large diaphragm pump heads results in a particularly strong "breathing" which leads to premature fatigue of the material of the membrane, such as PTFE, in the Membraneinspannung and corresponding membrane breaks or leaks.
  • Aus DE-195 35 314 C1 ist eine Hochdruckmembranpumpe mit biegefreiem Membrandeckel bekannt. Der Hochdruckpumpenkopf weist eine Metallmembran auf, die im Kraftschluss eingespannt ist. Der Pumpendeckel inklusive Ventilen ist druckausgeglichen, um zu verhindern, dass Biegung auftritt. Ziel ist es, an der Membraneinspannung die Biegung und damit das partielle Abheben zu vermeiden. Es ist ein Kanal vorgesehen, der radial außerhalb des Förderraums den Hydraulikraum mit einem Spannraum verbindet, der auf der dem Förderraum zugewandten Seite des Membrandeckels vorgesehen ist. Der Pumpendeckel wird auf einer Seite mit Förderfluid beaufschlagt, auf der Gegenseite wirkt das Hydraulikfluid. Da die Membran direkt zwischen Hydraulikteilen und Membrandeckel eingespannt ist, lastet der gesamte Spanndruck zwischen Deckel und Gehäuse genau auf dem Bereich der Membraneinspannung. Die Anordnung im Bereich des Pumpendeckels ist derart gewählt, dass dieser beidseits mit gleichgroßem Druck beaufschlagt wird. Dadurch ergibt sich beim Membrandeckel die Wirkung einer so genannten steifen Platte, so dass hierdurch eine nachteilige elastische Verformung des Membrandeckels vermieden ist.From DE-195 35 314 C1 a high-pressure diaphragm pump with bending-free diaphragm cover is known. The high-pressure pump head has a metal membrane, which is clamped in the traction. The pump cover including valves is pressure compensated to prevent bending from occurring. The aim is to avoid bending and thus partial lifting at the membrane clamping. A channel is provided which connects the hydraulic space radially outside the delivery chamber with a clamping space which is provided on the side of the membrane cover facing the delivery chamber. The pump cover is acted upon on one side with conveying fluid, on the opposite side, the hydraulic fluid acts. Since the diaphragm is clamped directly between the hydraulic parts and the diaphragm cover, the entire clamping pressure between the cover and the housing rests exactly on the area of the diaphragm clamping. The arrangement in the region of the pump cover is chosen such that it is acted upon on both sides with the same amount of pressure. This results in the membrane cover the effect of a so-called rigid plate, so that in this way a disadvantageous elastic deformation of the membrane cover is avoided.
  • Aus DE-19 26 306 U ist weiterhin ein Membranverdichter oder eine Membranpumpe mit einer Metallmembran bekannt, wobei nahe der Metallmembran eine Kühlungsmöglichkeit vorgesehen ist. Es sind zwei Platten vorgesehen, zwischen denen die Membran eingespannt ist. Die Platten sind auf der Gegenseite mit ringförmigen Nuten versehen, die in Verbindung mit Ein- und Ausgangskanälen stehen, um möglichst nahe am Arbeitsraum kühlen zu können. Die Platten sind jedoch nicht druckausgeglichen, denn auf einer Seite wirkt der Betriebsdruck, während auf der anderen Seite der Druck der Kühlflüssigkeit wirkt. Dies hat den Nachteil, dass auf die beiden Platten entsprechende Kräfte einwirken, die gegebenenfalls zu einem Verbiegen und im ungünstigsten Fall zu einem Undichtwerden der Abdichtstellen führen.From DE-19 26 306 U a membrane compressor or a membrane pump with a metal membrane is also known, wherein a cooling possibility is provided near the metal membrane. There are two plates provided, between which the membrane is clamped. The plates are provided on the opposite side with annular grooves, which are in communication with input and output channels to be able to cool as close to the work space. However, the plates are not pressure balanced, because on one side of the operating pressure acts, while on the other side of the pressure of the cooling liquid acts. This has the disadvantage that act on the two plates corresponding forces, which optionally lead to a bending and in the worst case to leakage of the sealing points.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Membranpumpe der gattungsgemäßen Art zur Beseitigung der geschilderten Nachteile derart auszugestalten, dass sie auch bei höheren Förderdrücken und höherer Betriebstemperatur einsetzbar ist, wobei die Membraneinspannung möglichst atmungsfrei ausgebildet sein soll bzw. die Atmung ausgeglichen wird.The invention is therefore the object of the diaphragm pump of the generic type to eliminate the disadvantages described in such a way that it can be used even at higher delivery pressures and higher operating temperature, the membrane clamping should be designed to be as breathless as possible or breathing is compensated.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Membranpumpe der o.g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.This object is achieved by a membrane pump o.g. Art solved with the features characterized in claim 1. Advantageous embodiments of the invention are described in the further claims.
  • Bei einer Membranpumpe der o.g. Art ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Membran an ihrem umlaufenden Rand zwischen dem Einsatzteil und dem Pumpengehäuse bzw. dem Pumpendeckel oder zwischen den Einsatzteilen derart eingespannt ist, dass die Druckabstützung und die Membraneinspannung voneinander getrennt angeordnet sind und die Pressung im Bereich der Membraneinspannung unterhalb der Fließgrenze des Membranwerkstoffes liegt, dass das Einsatzteil/die Einsatzteile zusammen mit dem Pumpendeckel bzw. dem Pumpengehäuse Dichtstellen ausbildet/ausbilden, deren Durchmesser in Relation zum Durchmesser der Einspannstelle gleich oder größer ist, und dass zwischen dem Einsatzteil /den Einsatzteilen und dem Pumpendeckel bzw. dem Pumpengehäuse Kanäle oder Freidrehungen derart angeordnet sind, dass sich der Druck bis zu den Dichtstellen ausbreitet.In a diaphragm pump of o.g. It is inventively provided that the membrane is clamped at its peripheral edge between the insert part and the pump housing or the pump cover or between the insert parts such that the pressure support and the membrane clamping are arranged separately from each other and the pressure in the membrane clamping below the The flow limit of the membrane material is that the insert / inserts forms together with the pump cover or the pump housing sealing points / whose diameter is equal to or greater in relation to the diameter of the clamping point, and that between the insert / the insert parts and the pump cover or the pump housing channels or free spins are arranged such that the pressure spreads to the sealing points.
  • Dies 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.This 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, since on the one hand the pressure support and the membrane clamping are arranged separately from each other and on the other hand arranged the two insert parts pressure balanced are so that occurring pressures between pump cover and pump housing exert no significant effect on the membrane clamping. This achieves a "breathable" Membraneinspannung. Furthermore, the membrane clamping is independent of the size of the pump head.
  • 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.Expediently, the pump-lid-side insert part has a first channel, which connects the pumping chamber-side insert part formed pumping chamber with a conveyor channel formed in the pump outlet, and a second channel, which connects the pump compartment formed on the insert side pumping chamber formed with a suction channel formed in the pump cover.
  • 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.In a preferred embodiment, the pump cover and the pump housing fastening means such that the pump cover and the pump housing are pressure-supported connected to each other and at the same time the two insert parts, the membrane between them are pressed together clamping.
  • 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.Advantageously, the insert parts are arranged and designed such that they abut directly against one another in a radial region around the membrane clamping. In this case, the insert parts form sealing points together with the pump cover or the pump housing. Preferably, channels or free rotations are arranged between the insert parts and the pump cover or the pump housing such that the pressure spreads to the sealing points.
  • 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 a particularly advantageous manner, the membrane is clamped with a predetermined pressure between the pump cover and pump housing such that the pressure in the membrane clamping is below the yield point of the membrane material.
  • 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.In a preferred embodiment of the invention, at least one elastic component is additionally provided in the clamping region, which is designed such that it elastically compensates for reductions in the pressure force occurring in the clamping region of the membrane between the pump cover and the pump housing during operation of the diaphragm pump. As a result, the sealing pressure acting on the membrane can be set defined. This is for 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, the maximum allowable pressure is limited.
  • 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.At the same time the two insert parts are sealed relative to the pump cover or the pump housing in such a way that both sealing points are arranged on one and the same diameter. It is advantageous if the diameter of the two sealing points in relation to the diameter of the clamping of the membrane is equal to or greater to achieve largely balanced pressure conditions on both sides of the inserts. This can be a "breathless" Achieve membrane clamping and achieve a reliable and reliable diaphragm seal.
  • 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.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, as occurring in this area deformations of the pump cover and pump housing, resulting in a decrease of Anpreßdrukkes in the clamping area would be effectively balanced. At the same time a possibly no longer sufficient cold flow resistance and sealing pressure of the diaphragm material is compensated under certain operating conditions. In other words, the arrangement according to the invention increases the elasticity of the membrane in the clamping region, so that the minimum pressure required for the tightness in the clamping region of the membrane is maintained even during deformation of the components involved in the clamping region. The elastic component provided according to the invention serves to compensate for fluctuations in the contact pressure in the clamping region of the membrane.
  • 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.The elasticity reserves of a membrane package are increased by the fact that the membrane comprises two or more layers of material, wherein at least one elastic member is arranged between at least two layers. Here, the elastic member is formed for example as an elastic intermediate layer or as an elastic intermediate ring.
  • Um eine fluidleitende Verbindung zwischen dem Innenraum zwischen zwei Werkstofflagen der Membran und einem Membranbruchsensor sicherzustellen, ist das elastische Bauteil vorteilhafterweise als Gewebe ausgebildet. In order to ensure a fluid-conducting connection between the inner space between two material layers of the membrane and a membrane rupture sensor, the elastic member is advantageously formed as a fabric.
  • Zum Ausgleich von Materialdeformierungen über den gesamten Einspannbereich in Umfangsrichtung erstreckt sich das elastische Bauteil über den gesamten Umfang der Membran. To compensate for material deformations over the entire clamping area in the circumferential direction, the elastic member extends over the entire circumference of the membrane.
  • Das elastische Bauteil kann einseitig oder beidseits der Membran angeordnet sein. The elastic component may be arranged on one side or on both sides of the membrane.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt das elastische Bauteil ein oder mehrere Elastomer-O-Ringe. Alternativ ist das elastische Bauteil als Lippendichtung ausgebildet. In a preferred embodiment, the elastic member comprises one or more elastomer O-rings. Alternatively, the elastic member is formed as a lip seal.
  • Für eine einfache und schnelle Montage ist das elastische Bauteil ein integrales Teil der Membran. For easy and quick assembly, the elastic member is an integral part of the membrane.
  • Zweckmäßigerweise ist die Membran aus PTFE oder PE oder alternativ aus einem Elastomer mit einer Schutzschicht aus PTFE hergestellt. Conveniently, the membrane is made of PTFE or PE or alternatively of an elastomer with a protective layer of PTFE.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in
  • Fig. 1 Fig. 1
    eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Membranpumpe in schematischer Schnittansicht. a preferred embodiment of a diaphragm pump according to the invention in a schematic sectional view.
    Fig. 2 Fig. 2
    jeweils geschnitten im Detail eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen vorgesehenen elastischen Bauteils, each cut in detail a first embodiment of an elastic component provided according to the invention,
    Fig. 3 Fig. 3
    eine zweite Ausführungsform des elastischen Bauteils, a second embodiment of the elastic component,
    Fig. 4 Fig. 4
    eine dritte Ausführungsform des elastischen Bauteils und a third embodiment of the elastic component and
    Fig. 5 Fig. 5
    eine vierte Ausführungsform des elastischen Bauteils. a fourth embodiment of the elastic component.
    The invention will be explained in more detail below with reference to the drawing. The invention will be explained in more detail below with reference to the drawing. This shows in This shows in
    Fig. 1 Fig. 1
    a preferred embodiment of a diaphragm pump according to the invention in a schematic sectional view. a preferred embodiment of a diaphragm pump according to the invention in a schematic sectional view.
    Fig. 2 Fig. 2
    each cut in detail a first embodiment of a proposed elastic component according to the invention, each cut in detail a first embodiment of a proposed elastic component according to the invention,
    Fig. 3 Fig. 3
    a second embodiment of the elastic member, a second embodiment of the elastic member,
    Fig. 4 Fig. 4
    a third embodiment of the elastic member and a third embodiment of the elastic member and
    Fig. 5 Fig. 5
    a fourth embodiment of the elastic member. a fourth embodiment of the elastic member.
  • 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.As can be seen from FIG. 1, the illustrated diaphragm pump comprises a membrane 10 which separates a delivery chamber 12 from a hydraulic chamber 14. As a drive, a piston 16 is provided, which oscillates in operation by a constant piston center position. The oscillating movement of the piston 16 is transmitted via a hydraulic fluid in the hydraulic chamber 14 and a possibly connected to the membrane 10 piston 40 to the membrane 10, which performs a corresponding oscillating movement about a central position around. In this way, fluid is sucked in via the inlet valve 18 and a suction channel 20 of the diaphragm pump and discharged again via the outlet valve 22 and via a delivery channel 24.
  • 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.The diaphragm 10 is clamped between a pump cover 26 and a pump housing 28 in a predetermined radial clamping area 30. For this purpose, a pump housing-side insert part 32 delimiting the hydraulic chamber 14 and a pump cover-side insert part 34 delimiting the delivery chamber 12 are provided, which are arranged between the pump cover 26 and the pump housing 28 and clamp the membrane 10 in the radial clamping region 30. In other words, the cover of the diaphragm pump is subdivided into the pressure-receiving pump cover 26 and the pump-lid-side insert part 34 forming the membrane clamping. Further, the housing of the diaphragm pump is divided into the pressure-receiving pump housing 28 and the membrane clamping voltage forming the pump housing side insert part 32. As a result, the pressure support between the pump cover 26 and pump housing 28 is separated from the Membraneinspannung so that occurring pressures no longer can lead to deformations or pressure fluctuations in the membrane 30 and thus to a "breathing" in the membrane clamping.
  • 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.The insert members 32, 34 radially abut the membrane restraint 30 against each other, providing the advantage of a metal-to-metal abutment about the membrane restraint 30. Together with the pump components 26, 28 form the inserts 32, 34 two radially arranged at the same point sealing points 42. The sealing points 42 are arranged at least on the same or a larger diameter than the clamping point 30 of the membrane 10. The Membraneinspannung 30 is thus completely surrounded by pressure and therefore at a suitable position of the sealing point 42 relative to Membraneinspannung 30 "breathable". The pump-lid-side insert part 34 has a first channel 36, which connects the pump chamber formed by the pump-side insert part 34 conveying space 12 formed in the pump cover 26 conveying channel 24. The pump-lid-side insert part 34 further has a second channel 38, which connects the pumping chamber-side insert part 34 formed pumping chamber 12 formed in the pump cover 26 suction passage 20.
  • 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.A corresponding recess in the region of the membrane clamping 30 for inserting the membrane 10 is dimensioned such that only a predetermined part of the pressing force acting between the insert parts 32, 34 also acts on the membrane 10 in the membrane clamping 30. Thus, the described embodiment achieves a spatial separation of pressure support and membrane clamping and thus also the membrane seal, whereby each competing, partially conflicting requirements at the different locations can be better met. Thus, the metallic sealing point 42 requires comparatively high surface pressures, which can be additionally supported by a convex contour of the inserts 32, 34. In contrast, the Membraneinspannung 30 when using PTFE membranes because of the flowability and deformability of the material PTFE only limited surface pressures. At the same time, the "breathing" is largely eliminated by the pressure-compensated Membraneinspannung 30 using the inserts 32, 34. As a result, pressure ranges can be opened, which were previously reserved only membrane pumps with metal membranes.
  • 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.In the clamping region 30, in a preferred development of the invention, an elastic element 46 is arranged in addition to the membrane 10, as can be seen by way of example from FIGS. 2 to 5. This elastic element 46 compensates for "breathing" in the clamping area 30 at any time and ensures the pressure required for the tightness. As a result, a sufficient surface pressure of the membrane clamping 30 is ensured even at high pressure and temperature loads, which go beyond the allowable loads of known diaphragm pumps.
  • Die erfindungsgemäß ausgebildete Membraneinspannung wirkt somit als Elastizitätsausgleich, da im Einspannbereich 38 der Membran 10 das elastische Bauteil 40 vorgesehen ist. The membrane clamping formed according to the invention thus acts as a balance of elasticity, since the elastic component 40 is provided in the clamping region 38 of the membrane 10.
  • 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. In the first embodiment shown in Fig. 2, the elastic member is formed as a lip ring 46 which is arranged on one side or, as shown in Fig. 2, on both sides of the membrane 10 in the clamping area 30.
  • 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.In the modified embodiment according to FIG. 3, the lip ring 46 is integrally formed with the membrane 10, so that with insertion of the membrane 10, the elastic component 46 is automatically arranged and mounted in the clamping region 30.
  • 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.In the further embodiment according to FIG. 4, the elastic component is designed as an elastomer O-ring 48 and arranged around the entire circumference in the clamping region 30.
  • 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 the embodiment according to FIG. 5, the membrane 10 has two material layers 50, 52, between which a gap 54 is formed which, for example, is in fluid-conducting connection with a membrane rupture sensor (not illustrated). The elastic member is in this case formed as an intermediate ring or intermediate layer 56 and arranged in the clamping region 30 between the material layers 50, 52 of the membrane 10. In this way, the membrane 10 is stored so to speak "floating". As a result, the elastic reserve of the membrane package 50, 52 is increased, and the required minimum pressure in the clamping is maintained even in case of component deformations occurring. In order to ensure the fluid-conducting connection between the intermediate space 54 and an optionally existing membrane rupture sensor, the intermediate ring or the intermediate layer 56 is formed as a fabric. The membrane rupture sensor then registers the liquid entering the interspace 54 through the membrane rupture, which penetrates through the tissue gaps as far as the membrane rupture sensor.
  • In den Fig. 2 - 5 bezeichnet jeweils 44 die Mitte der Membran 10, welche gleichzeitig als Rotationssymmetrieachse anzusehen ist. In FIGS. 2 to 5, 44 designate the center of the membrane 10, which at the same time is to be regarded as a rotational symmetry axis.
  • Zum Erzielen des erwünschten Elastizitätsausgleichs kann das elastische Bauteil 46 auch in Form von wenigstens einem oder mehreren axial wirksamen Profilringen ausgebildet sein. To achieve the desired elasticity compensation, the elastic member 46 may be formed in the form of at least one or more axially effective profile rings.

Claims (18)

  1. Diaphragm pump having a pump cover (26), a pump body (28) and a hydraulically driven diaphragm (10) arranged between these latter, which diaphragm (10) divides a hydraulic chamber (14) from a pumping chamber (12) and is clamped in at a surrounding edge (30), there being provided between the pump cover (26) and the pump body (28) an insert (34) on the side on which the pump cover is situated which bounds the pumping chamber (12) and/or an insert (32) on the side on which the pump body is situated which bounds the hydraulic chamber (14), and the diaphragm (10) being clamped in at its surrounding edge (30) between the insert (34 or 32) and, in the respective cases, the pump body (28) or the pump cover (26), or between the inserts (32, 34), in such a way that the bracing against pressure and the clamping-in of the diaphragm are located at points which are separate from one another and the pressure in the region (30) where the diaphragm is clamped in is below the yield point of the material of the diaphragm,
    - in that the insert (32 or 34)/the inserts (32, 34), together with the pump cover (26) or/and the pump body (28), forms/form sealing points (42) whose diameter is equal to or greater than the diameter of the clamping-in point (30), and
    - in that passages or recesses are arranged between the insert (32 or 34)/the inserts (32, 34) and the pump cover (26) or/and the pump body (28) in such a way that the pressure spreads to the sealing points (42).
  2. Diaphragm pump according to claim 1, characterised in that the insert (34) on the side on which the pump cover is situated has a first passage (36) which connects the pumping chamber (12) formed by the insert (34) on the side on which the pump cover is situated to a pumping passage (24) which is formed in the pump cover (26).
  3. Diaphragm pump according to either of the foregoing claims, characterised in that the insert (34) on the side on which the pump cover is situated has a second passage (38) which connects the pumping chamber (12) formed by the insert (34) on the side on which the pump cover is situated to a suction passage (20) which is formed in the pump cover (26).
  4. Diaphragm pump according to one of the foregoing claims, characterised in that the pump cover (26) and the pump body (28) have fastening means such that the pump cover (26) and the pump body (28) are connected together in such as way as to be braced against pressure and at the same time the insert (34) on the side on which the pump cover is situated and the insert (32) on the side on which the pump body is situated are pressed together to clamp the diaphragm (10) in between them.
  5. Diaphragm pump according to one of the foregoing claims, characterised in that the inserts (32, 34) are so formed and arranged that they butt directly against one another in a radial region around the clamping-in (30) of the diaphragm.
  6. Diaphragm pump according to one of the foregoing claims, characterised in that the two sealing points (42) are arranged at the same diameter.
  7. Diaphragm pump according to one of the foregoing claims, characterised in that there is provided in addition, in the region (30) of the clamping-in, at least one elastic component (46, 48, 56) which is so formed that it compensates elastically for reductions in the applying force which occur, when the diaphragm pump is operating, in the region (30) in which the diaphragm (10) is clamped in between the pump cover (26) and the pump body (28).
  8. Diaphragm pump according to one of the foregoing claims, characterised in that the diaphragm (10) comprises at least two layers of material (50, 52), at least one elastic component (56) being arranged between at least two layers (50, 52).
  9. Diaphragm pump according to claim 8, characterised in that the elastic component is in the form of an elastic interlayer.
  10. Diaphragm pump according to claim 8, characterised in that the elastic component is in the form of an elastic intermediate ring (56).
  11. Diaphragm pump according to one of claims 8 to 10, characterised in that the elastic component is in the form of a fabric.
  12. Diaphragm pump according to one of claims 7 to 11, characterised in that the elastic component (46, 48, 56) extends around the entire circumference of the diaphragm (10) in the circumferential direction.
  13. Diaphragm pump according to claim 7, characterised in that the elastic component (46, 48) is arranged on one or both sides of the diaphragm (10).
  14. Diaphragm pump according to claim 7, characterised in that the elastic component comprises one or more elastomeric O-rings (48).
  15. Diaphragm pump according to claim 7, characterised in that the elastic component is in the form of a lip seal (46)
  16. Diaphragm pump according to claim 7, characterised in that the elastic component (48) is in the form of an integral part of the diaphragm (10).
  17. Diaphragm pump according to one of the foregoing claims, characterised in that the diaphragm (10) is made of PTFE or PE.
  18. Diaphragm pump according to one of the foregoing claims, characterised in that the diaphragm (10) is made of an elastomer having a protective layer of PTFE.
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