EP1384891B1 - Sicherheitsmembran für eine Membranpumpe - Google Patents

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EP1384891B1
EP1384891B1 EP03014885A EP03014885A EP1384891B1 EP 1384891 B1 EP1384891 B1 EP 1384891B1 EP 03014885 A EP03014885 A EP 03014885A EP 03014885 A EP03014885 A EP 03014885A EP 1384891 B1 EP1384891 B1 EP 1384891B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
diaphragm
membrane
layers
sensor
safety
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP03014885A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1384891A1 (de
Inventor
Alexander Bubb
Bernd Freissler
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.)
Prominent Dosiertechnik GmbH
Original Assignee
Prominent Dosiertechnik GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Prominent Dosiertechnik GmbH filed Critical Prominent Dosiertechnik GmbH
Publication of EP1384891A1 publication Critical patent/EP1384891A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1384891B1 publication Critical patent/EP1384891B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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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
    • F04B43/0081—Special features systems, control, safety measures
    • F04B43/009—Special features systems, control, safety measures leakage control; pump systems with two flexible members; between the actuating element and the pumped fluid
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a safety diaphragm for diaphragm pumps, which allows to detect a rupture of the diaphragm during operation or at a standstill.
  • the Membrane consists of at least three superimposed single membrane layers.
  • the gap between the single membrane layers is filled with a buffer liquid.
  • the middle membrane layer is provided with slots communicating via a bore with a display device stand.
  • a membrane fracture occurs in the space between the single membrane layers in addition to the buffer conveying or hydraulic fluid, which acts on the display device, so that the membrane rupture is signaled. This results in a mixture between conveying or hydraulic fluid and buffer fluid, which is especially in the promotion of aggressive Liquids should be avoided.
  • a diaphragm for a diaphragm pump having the features of the preamble of claim 1 is e.g. known from EP-A 0 460 386.
  • the object of the present invention was to provide a safety diaphragm for diaphragm pumps to provide a secure detection of breakages in the membrane, without a buffer between different membrane layers requires a simple structure, requires little maintenance, prevents mixing of delivery and hydraulic fluid, detects a membrane rupture before conveying or hydraulic fluid through the membrane can not penetrate to the outside and in any case immediately after the occurrence of a break in the membrane must be replaced, but possibly an emergency operation until the next membrane change allowed.
  • the membrane core is preferably centered in Work area of the substantially circular membrane layers arranged and fixed or positive connected with these.
  • the working area of the membrane is the section that is at Pressure and suction movement moves up or down.
  • the work area extends from the center the substantially circular membrane layers to the outside.
  • To the work area of Membrane connects to the outside a clamping area, with which the membrane of the invention is mounted in a pump.
  • the clamping region of the membrane according to the invention has in a preferred embodiment, openings passing vertically through the membrane layers for passing bolts for attaching the diaphragm and for accurate positioning on. However, openings or bores are not absolutely necessary.
  • the membrane can also be secured by clamping in the pump housing.
  • the safety membrane according to the invention consists of at least two, preferably exactly two superimposed membrane layers, these membrane layers on all edge regions where liquid or gas could penetrate between the membrane layers, against a Ingress of liquid and / or gas are tightly interconnected.
  • the superimposed arranged membrane layers are thus at least at its peripheral edge and, if available, the through holes in the clamping area and in the center of the membrane core liquid and connected in a gastight manner.
  • the other facing surfaces of the superimposed arranged membrane layers are not necessarily firmly connected. Preferably they lie together without a firm connection. Alternatively, the facing each other Areas e.g. by means of vulcanization or adhesive technology sections or selectively fixed to each other be connected. Between the membrane layers according to the invention there is atmospheric or subatmospheric pressure, so that the mutually facing inner surfaces of the membrane layers lie flat on each other in working mode.
  • the portion of the sensor area increasing the distance between the opposite Surfaces of the membrane layers pressed apart.
  • the membrane layers formed in the portion of the sensor area with a smaller material thickness than in the remaining sections of the membrane.
  • the material the membrane layers in the portion of the sensor area a higher elasticity than in the rest Sections of the membrane. Both features can also be realized simultaneously.
  • the finding A membrane fracture is carried out according to the invention by means of a sensor, the expansion or increasing the distance between the membrane layers due to the pressure increase between determines the membrane layers.
  • a sensor arranged on a deformation of the membrane layers in the portion of the sensor area responds, d. H. the extent of the membrane in the sensor area receives mechanically and forwards in the form of a signal.
  • the opposite to the sensor portion of the membrane in the sensor area on a counter surface so that the expansion of the membrane in the sensor area at a fraction of the membrane only in one Direction, namely in the direction of the sensor.
  • the safety membrane according to the invention are the superimposed arranged individual membrane layers in one piece by means of plastic molding technology, Vulcanization technology or adhesive technology as a closed and hermetically sealed dense unit formed.
  • the safety membrane according to the invention is at least the coming into contact with the medium to be contacted membrane layer coated with a resistant to the medium to be conveyed coating or film.
  • a coating with polytetrafluoroethylene (PTFE) has been found.
  • At least one of the other facing surfaces of the superposed membrane layers with a coating or film, preferably a PTFE layer, coated. This ensures that do not fuse the superimposed membrane layers together, stick together or otherwise firmly adhere to each other and thereby the spread of the pressure increase in the case disrupted or prevented a diaphragm rupture during operation.
  • the working area of the safety membrane according to the invention alternately moved up and down at high frequency, whereas the clamping area in a remains fixed position.
  • the transition from the clamping area to the working area where the working area is hinged to the clamping area is therefore particularly high mechanical loads exposed.
  • a connecting channel provided, extending from the transition between the work area and clamping area to the sensor area extends.
  • this channel is designed in the form of a pressure tube.
  • the pressure tube prevents the membrane layers in this section of the clamping area pressure-tight squeezed together and ensures a safe pressure propagation from the transition between clamping area and working area in the sensor area. Further preferred is when between the diaphragm layers near the transition region between clamping area and working area a cavity is formed, in which extends the one end of the pressure tube.
  • the cavity near the transition area between chucking and working area is conveniently created by that the material of the membrane layers there has a smaller material thickness than in the other sections the membrane.
  • the material thickness in this range should, however, be chosen so that sufficient mechanical stability at the transition between clamping area and working area remains guaranteed.
  • the safety membrane according to the invention from FIGS. 1 to 5 is composed of two superimposed ones arranged membrane layers 1 and 2 constructed.
  • the membrane layers 1 and 2 In plan view, the membrane layers 1 and 2 on a circular circumference. From the center of the membrane layers 1 and 2 to a distance in this embodiment corresponds to about half the radius of the membrane layers extends the work area A. This work area A is followed by the clamping area E, the extends to the peripheral edge of the membrane layers.
  • a diaphragm core 5 for the mechanical deflection of the working area of the safety diaphragm or for the suction stroke support of a hydraulically driven safety diaphragm is in the center the working area of the membrane firmly connected to the membrane layers.
  • the membrane core 5 is substantially stamp-shaped and has a substantially cylindrical guide rod with fasteners for engagement with a device for actuating the membrane core.
  • the diaphragm core 5 has a substantially circular disk-shaped Widening, which is responsible for the attachment of the membrane nucleus to the membrane layers of the material membrane layers 1 and 2 is embraced form fit.
  • a support plate 5 ' may additionally be provided a support plate 5 '.
  • a circlip 5 "keeps the support disk 5 'on the diaphragm core 5 in position.
  • Safety membrane are firmly on all edge areas against ingress of liquid and / or gas interconnected, d. H. at the peripheral edges of the circular membrane layers, at the edges of the mounting holes 3 and at the edges of the through hole for the membrane core 5.
  • the material the membrane layers 1 and 2 in the sensor region S formed with a smaller material thickness than in the remaining sections of the membrane. This ensures that the membrane layers in the portion of the sensor area S when increasing the pressure between the membrane layers 1 and 2 deform more easily due to membrane rupture in the portion of the sensor area than in FIG the remaining sections of the membrane. In this deformation, the distance between the Enlarged membrane layers in the sensor area and exerted a pressure on a corresponding sensor, which then indicates the membrane rupture. Due to the smaller material thickness of the membrane layers 1 and 2 in the sensor region S is a cavity in the sensor region between the membrane layers 10 provided. A pressure tube 11 extends from this cavity 10 in the sensor region S.
  • the pressure tube 11 ensures a safe spread of increased pressure between the membrane layers, due to a membrane rupture and the ingress of liquid or Gas between the membrane layers 1 and 2 is formed.
  • the provision of the cavity 12 in the vicinity the transition 6 ensures that the opening into this cavity 12 end of the pressure tube 11 is not closed by material of the membrane, due to the clamping of the membrane is squeezed in a pump housing in the clamping area.
  • a pressure tube It is also possible to use a fabric or a molded part with through-channels.
  • the safety membrane according to the invention is the underside of the membrane layer 2, which faces the medium, with a PTFE film coated.
  • a PTFE film coated As a result, the material of the membrane layer is protected from attack protected aggressive media.
  • the provision of this protective PTFE film 16 allows the material of the membrane layers according to the requirements of the mechanical stress Select pumps without compromising on chemical resistance to have to go.
  • the PTFE film any other chemical and / or mechanical The material resistant to the medium to be used. Examples of suitable Protective films are known to those skilled in the art.
  • the safety membrane according to the invention according to FIGS. 1 to 5 furthermore has a PTFE film 15 between the membrane layers 1 and 2.
  • This PTFE film 15 prevents the material the membrane layers z. B. due to high heat generation during operation glued together and thereby a spread of pressure between the membrane layers at a membrane breakage is prevented.
  • the membrane layer 1 in the sensor region S a further PTFE disc 13, which prevents sticking of the membrane layers in the sensor area.
  • a sensor contact surface is on the outside of the membrane layer 2 facing the sensor 14 is provided, on which a sensor with the sensor region S of the safety diaphragm is brought into contact.
  • a sensor with the sensor region S of the safety diaphragm is brought into contact.
  • the material bulges lower diaphragm layer 2 together with the sensor contact surface 14 to the outside and actuates the Sensor.
  • the opposite portion of the membrane layer 1 in the sensor region S at the at illustrated embodiment, no sensor is provided, preferably located on a fixed counter surface at. This ensures that the entire extent of the membrane layers in the sensor region S completely in the direction of the arranged on the lower membrane layer 2 sensor extends.
  • FIG. 6 shows a broken view of the membrane according to the invention from FIGS to 5 in a pump housing 19 with a sensor 20 for detecting an expansion of Membrane layers in sensor area S in the event of a diaphragm rupture.
  • the safety membrane according to the invention still be used for a certain period of time in an "emergency operation" as the respective unbroken membrane layer a passage of fluid or hydraulic fluid prevented by the entire membrane.
  • the safety membrane according to the invention ensures that a membrane rupture is detected before liquid passes through the membrane and either the fluid or an optionally provided hydraulic fluid can contaminate.
  • the safety membrane according to the invention can with regard to their Shape and external dimensions are made as conventional membranes, so that It can be used without much extra effort in existing pump housing. It is only on the pump housing an additional hole for the insertion of a sensor provided.
  • the safety membrane according to the invention also requires a considerably lower Maintenance as a known safety diaphragm to indicate a diaphragm rupture.

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sicherheitsmembran für Membranpumpen, die es erlaubt, einen Bruch der Membran während des Betriebes oder im Stillstand festzustellen.
Es sind Kolbenmembranpumpen mit hydraulisch ausgelenkten Membranen bekannt, bei denen die Membran aus wenigstens drei aufeinanderliegenden Einzelmembranlagen besteht. Der Zwischenraum zwischen den Einzelmembranlagen ist mit einer Pufferflüssigkeit gefüllt. Die mittlere Membranlage ist mit Schlitzen versehen, die über eine Bohrung mit einer Anzeigevorrichtung in Verbindung stehen. Bei einem Membranbruch tritt in den Zwischenraum zwischen den Einzelmembranlagen zusätzlich zum Puffer Förder- oder Hydraulikflüssigkeit ein, die auf die Anzeigevorrichtung einwirkt, so daß der Membranbruch signalisiert wird. Dabei kommt es zu einer Vermischung zwischen Förder- bzw. Hydraulikflüssigkeit und Pufferflüssigkeit, was insbesondere bei der Förderung von aggressiven Flüssigkeiten vermieden werden soll.
Bei anderen bekannten Membranpumpen, insbesondere bei mechanisch ausgelenkten Membranpumpen, führt eine Druckleitung von einem Zwischenraum zwischen verschiedenen Einzelmembranen aus dem Pumpengehäuse nach außen zu einer Anzeigevorrichtung. Diese Druckleitungen sind insbesondere außerhalb des Pumpengehäuses sehr anfällig gegen Abknicken oder Quetschen, wodurch sie im Laufe der Zeit undicht werden. Bei diesen bekannten Membranpumpen wird nicht eine Membran selbst bezüglich eines Membranbruches überwacht, sondern der Raum zwischen verschiedenen Einzelmembranen, die zwar miteinander gekoppelt ansonsten jedoch voneinander getrennt sind und keine hermetisch dichte Einheit darstellen.
Eine Membran für eine Membranpumpe mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 ist z.B. aus der EP-A 0 460 386 bekannt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand nun darin, eine Sicherheitsmembran für Membranpumpen bereitzustellen, die ein sicheres Feststellen von Bruchstellen in der Membran erlaubt, ohne einen Puffer zwischen verschiedenen Membranlagen auskommt, einen einfachen Aufbau aufweist, geringen Wartungsaufwand erfordert, eine Vermischung von Förder- und Hydraulikflüssigkeit verhindert, einen Membranbruch feststellt, bevor Förder- bzw. Hydraulikflüssigkeit durch die Membran nach außen dringen kann und nach Auftreten eines Bruchs in der Membran nicht in jedem Fall sofort ausgewechselt werden muß, sondern gegebenenfalls einen Notbetrieb bis zum nächsten Membranwechsel erlaubt.
Diese Aufgabe wird durch eine Sicherheitsmembran für eine Membranpumpe gelöst mit wenigstens zwei übereinanderliegend angeordneten Membranlagen mit im wesentlichen kreisförmigem Umfang, wobei
  • die Membran vom äußeren Umfang aus in Richtung der Mitte einen in Umfangsrichtung verlaufenden Einspannbereich (E) für die Befestigung der Membran in einer Pumpe und einen sich daran anschließenden Arbeitsbereich (A) aufweist,
  • die Membranlagen derart miteinander verbunden sind, daß sie gegen ein Eindringen von Flüssigkeit und/oder Gas zwischen die Membranlagen dicht sind,
  • in einem Abschnitt des Einspannbereiches (E) der Membran ein Sensorbereich (S) vorgesehen ist,
  • zwischen den Membranlagen atmosphärischer oder unteratmosphärischer Druck herrscht,
  • die Membranlagen in dem Abschnitt des Sensorbereiches (S) so ausgebildet sind, daß sie sich bei Erhöhung des Drucks zwischen den Membranlagen in dem Abschnitt des Sensorbereiches unter Vergrößerung des Abstandes zwischen den Membranlagen leichter deformieren als in den übrigen Abschnitten der Membran.
Bei Membranpumpen unterscheidet man zwischen mechanisch ausgelenkten und hydraulisch ausgelenkten Membranfördereinheiten. Zur Förderung einer Flüssigkeit mittels einer Membranpumpe wird ein Hubvolumen aufgrund der Hubbewegung eines Arbeitsbereiches der Membran an die zu fördernde Flüssigkeit weitergegeben. Bei mechanisch ausgelenkten Membranen wird der Arbeitsbereich der Membran mittels eines Membrankerns senkrecht zur Membranfläche ausgelenkt. Durch die Auslenkung der Membran mittels des Membrankerns werden abwechselnd Druck- und Saugbewegungen durchgeführt (Druckhub und Saughub). Bei einer hydraulisch ausgelenkten Membran werden Druck- und Saughub durch einen hydraulischen Über- bzw. Unterdruck einer Hydraulikflüssigkeit auf den Arbeitsbereich der Membran ausgeübt. Der integrierte Membrankern unterstützt mittels einer Rückstellfeder den Saughub.
Bei der erfindungsgemäßen Sicherheitsmembran ist der Membrankern vorzugsweise zentriert im Arbeitsbereich der im wesentlichen kreisförmigen Membranlagen angeordnet und fest bzw. formschlüssig mit diesen verbunden. Der Arbeitsbereich der Membran ist der Abschnitt, der sich bei Druck- und Saugbewegung auf- bzw. abwärts bewegt. Der Arbeitsbereich erstreckt sich vom Zentrum der im wesentlichen kreisförmigen Membranlagen nach außen. An den Arbeitsbereich der Membran schließt sich nach außen ein Einspannbereich an, mit dem die erfindungsgemäße Membran in einer Pumpe befestigt wird. Der Einspannbereich der erfindungsgemäßen Membran weist bei einer bevorzugten Ausführungsform senkrecht durch die Membranlagen hindurchgehende Öffnungen für ein Hindurchführen von Bolzen zur Befestigung der Membran und zur genauen Positionierung auf. Öffnungen bzw. Bohrungen sind jedoch nicht zwingend erforderlich. Die Membran kann auch durch Einklemmen im Pumpengehäuse befestigt werden.
Die erfindungsgemäße Sicherheitsmembran besteht aus wenigstens zwei, vorzugsweise genau zwei übereinanderliegend angeordneten Membranlagen, wobei diese Membranlagen an allen Kantenbereichen, an denen Flüssigkeit oder Gas zwischen die Membranlagen eindringen könnte, gegen ein Eindringen von Flüssigkeit und/oder Gas dicht miteinander verbunden sind. Die übereinanderliegend angeordneten Membranlagen sind somit wenigstens an ihrer Umfangskante und, soweit vorhanden, den Durchgangsöffnungen im Einspannbereich sowie im Zentrum am Membrankern flüssigkeitsund gasdicht miteinander verbunden. Die übrigen einander zugewandten Flächen der übereinanderliegend angeordneten Membranlagen sind nicht notwendigerweise fest miteinander verbunden. Vorzugsweise liegen sie ohne feste Verbindung aufeinander. Alternativ können die einander zugewandten Flächen z.B. mittels Vulkanisations- oder Klebetechnik abschnittsweise oder punktuell fest miteinander verbunden sein. Zwischen den Membranlagen herrscht erfindungsgemäß atmosphärischer oder unteratmosphärischer Druck, so daß die einander zugewandten Innenflächen der Membranlagen im Arbeitsbetrieb flächig aufeinander liegen.
Bei einer Verletzung einer der übereinanderliegend angeordneten Membranlagen während des Betriebes dringt Förder- oder Hydraulikflüssigkeit in den Zwischenraum zwischen den aufeinanderliegenden Membranlagen ein, wodurch sich der Druck innerhalb dieses Zwischenraums von atmosphärischem bzw. unteratmosphärischem Druck erhöht bis auf den Druck in der Förder- bzw. Hydraulikflüssigkeit. Weil die übereinanderliegend angeordneten Membranlagen nicht vollflächig fest miteinander verbunden sind, kann sich der Druck bzw. eindringende Flüssigkeit zwischen den Membranlagen bis hin zu dem Sensorbereich der erfindungsgemäßen Membran ausbreiten. Der Abschnitt des Sensorbereiches der erfindungsgemäßen Membran ist so ausgebildet, daß die Membranlagen in diesem Abschnitt dem erhöhten Druck weniger Widerstand entgegensetzen und sich leichter deformieren als die Membranlagen in den übrigen Abschnitten der Membran. Bei einem Membranbruch und einer damit einhergehenden Druckerhöhung zwischen den Membranlagen wird der Abschnitt des Sensorbereiches unter Vergrößerung des Abstandes zwischen den einander gegenüberliegenden Flächen der Membranlagen auseinandergedrückt. Um dies zu verwirklichen, sind bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sicherheitsmembran die Membranlagen in dem Abschnitt des Sensorbereiches mit einer geringeren Materialdicke ausgebildet als in den übrigen Abschnitten der Membran. Bei einer alternativen Ausführungsform weist das Material der Membranlagen in dem Abschnitt des Sensorbereiches eine höhere Elastizität auf als in den übrigen Abschnitten der Membran. Beide Merkmale können auch gleichzeitig realisiert sein. Die Feststellung eines Membranbruchs erfolgt erfindungsgemäß mittels eines Sensors, der die Aufweitung bzw. Vergrößerung des Abstandes zwischen den Membranlagen aufgrund der Druckerhöhung zwischen den Membranlagen feststellt. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist hierfür auf einer Seite außerhalb der übereinanderliegend angeordneten Membranlagen an dem Sensorbereich ein Sensor angeordnet, welcher auf eine Deformation der Membranlagen in dem Abschnitt des Sensorbereiches anspricht, d. h. die Ausdehnung der Membran im Sensorbereich mechanisch aufnimmt und in Form eines Signals weiterleitet. Zweckmäßigerweise liegt der dem Sensor gegenüberliegende Abschnitt der Membran im Sensorbereich an einer Gegenfläche an, so daß die Ausdehnung der Membran im Sensorbereich bei einem Bruch der Membran nur in einer Richtung, nämlich in Richtung des Sensors erfolgt.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sicherheitsmembran sind die übereinanderliegend angeordneten einzelnen Membranlagen einstückig mittels Kunststoffformtechnik, Vulkanisationstechnik oder Klebetechnik als abgeschlossene und in sich hermetisch dichte Einheit ausgebildet.
Bei einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sicherheitsmembran ist wenigstens die mit dem zu fördernden Medium in Berührung kommende Membranlage mit einer gegenüber dem zu fördernden Medium beständigen Beschichtung oder Folie überzogen. Als besonders vorteilhaft hat sich eine Beschichtung mit Polytetrafluorethylen (PTFE) erwiesen.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist wenigstens eine der einander zugewandten Flächen der übereinanderliegend angeordneten Membranlagen mit einer Beschichtung oder Folie, vorzugsweise einer PTFE-Schicht, überzogen. Hierdurch wird gewährleistet, daß die übereinanderliegend angeordneten Membranlagen nicht miteinander verschmelzen, verkleben oder anderweitig fest aneinander haften und dadurch die Ausbreitung der Druckerhöhung im Falle eines Membranbruchs im Betrieb gestört oder verhindert würde.
Während des Pumpbetriebs wird der Arbeitsbereich der erfindungsgemäßen Sicherheitsmembran mit hoher Frequenz abwechselnd auf- und abwärts bewegt, wogegen der Einspannbereich in einer festen Position verbleibt. Der Übergang vom Einspannbereich zum Arbeitsbereich, an dem der Arbeitsbereich an dem Einspannbereich angelenkt ist, ist daher besonders hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt. Der Sensorbereich, in dem das Material der Membranlagen bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung eine geringere Materialdicke aufweist, erstreckt sich daher zweckmäßigerweise nicht bis direkt an den Übergang zwischen Einspannbereich und Arbeitsbereich der Membran. Eine Schwächung des Materials in diesem Übergangsbereich hätte einen schnelleren Verschleiß der Membran und einen häufigeren Austausch zur Folge. Um dennoch eine sichere Ausbreitung eines erhöhten Drucks aufgrund eines Membranbruchs zu gewährleisten, ist daher bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sicherheitsmembran ein Verbindungskanal vorgesehen, der sich vom Übergang zwischen Arbeitsbereich und Einspannbereich zum Sensorbereich erstreckt. Besonders bevorzugt ist dieser Kanal in Form eines Druckrohres ausgebildet. Das Druckrohr verhindert, daß die Membranlagen in diesem Abschnitt des Einspannbereichs druckdicht zusammengequetscht werden und gewährleistet eine sichere Druckausbreitung vom Übergang zwischen Einspannbereich und Arbeitsbereich in den Sensorbereich. Weiterhin bevorzugt ist es, wenn zwischen den Membranlagen in der Nähe des Übergangsbereichs zwischen Einspannbereich und Arbeitsbereich ein Hohlraum ausgebildet ist, in den sich das eine Ende des Druckrohres erstreckt. Hierdurch wird gewährleistet, daß die Öffnung des Druckrohrs nicht von dem Material der im Einspannbereich zusammengedrückten Membranlagen verschlossen wird und so eine Ausbreitung des Drucks bei Membranbruch verhindert wird. Der Hohlraum in der Nähe des Übergangsbereichs zwischen Einspannbereich und Arbeitsbereich wird zweckmäßigerweise dadurch geschaffen, daß das Material der Membranlagen dort eine geringere Materialdicke aufweist als in den übrigen Abschnitten der Membran. Die Materialdicke in diesem Bereich sollte jedoch so gewählt werden, daß eine ausreichende mechanische Stabilität am Übergang zwischen Einspannbereich und Arbeitsbereich gewährleistet bleibt.
Weitere Vorteile, Merkmale und Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Sicherheitsmembran werden nun anhand der nachfolgenden Ausführungsbeispiele und der dazugehörigen Figuren beschrieben.
Figur 1
zeigt einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Sicherheitsmembran entlang der Linie C-C aus Figur 4.
Figur 2
ist eine vergrößerte Darstellung des Sicherheitsbereichs der Membran aus Figur 1.
Figur 3
zeigt einen Querschnitt der erfindungsgemäßen Sicherheitsmembran entlang der Linie D-D aus Figur 4.
Figur 4
zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Sicherheitsmembran aus Figuren 1 bis 3 von unten.
Figur 5
zeigt eine Explosionsdarstellung der erfindungsgemäßen Sicherheitsmembran der Figuren 1 bis 4.
Figur 6
zeigt eine schematische Darstellung eines Sensors für die erfindungsgemäße Sicherheitsmembran im Querschnitt.
Die erfindungsgemäße Sicherheitsmembran aus Figuren 1 bis 5 ist aus zwei übereinanderliegend angeordneten Membranlagen 1 und 2 aufgebaut. In der Draufsicht weisen die Membranlagen 1 und 2 einen kreisförmigen Umfang auf. Vom Zentrum der Membranlagen 1 und 2 bis zu einem Abstand, der bei dieser Ausführungsform etwa dem halben Radius der Membranlagen entspricht, erstreckt sich der Arbeitsbereich A. An diesen Arbeitsbereich A schließt sich der Einspannbereich E an, der sich bis zur Umfangskante der Membranlagen erstreckt.
Ein Membrankern 5 für die mechanische Auslenkung des Arbeitsbereichs der Sicherheitsmembran bzw. für die Saughubunterstützung einer hydraulisch angetriebenen Sicherheitsmembran ist im Zentrum des Arbeitsbereichs der Membran fest mit den Membranlagen verbunden. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Membrankern 5 im wesentlichen stempelförmig und weist einen im wesentlichen zylindrischen Führungsstab mit Befestigungselementen für den Eingriff mit einer Vorrichtung zur Betätigung des Membrankerns auf. An dem mit den Membranlagen verbundenen Ende des im wesentlichen zylindrischen Stabes weist der Membrankern 5 eine im wesentlichen kreisscheibenförmige Verbreiterung auf, die für die Befestigung des Membrankerns an den Membranlagen von dem Material den Membranlagen 1 und 2 formschlüssig umgriffen wird. Für eine Absicherung bzw. Unterstützung der Verbindung zwischen den Membranlagen 1 und 2 im Kernbereich, die im Falle eines Membranbruchs und infolge der auftretenden Druckerhöhung zwischen den Membranlagen stark auf Zug belastet wird, kann zusätzlich eine Stützscheibe 5' vorgesehen sein. Ein Sicherungsring 5" hält die Stützscheibe 5' an dem Membrankern 5 in ihrer Position.
Im Einspannbereich E weisen die Membranlagen 6 Befestigungsbohrungen 3 auf, die für einen Durchtritt entsprechender Befestigungsbolzen zur Befestigung der Membran in einem Pumpengehäuse vorgesehen sind.
Die Membranlagen der in den Figuren 1 bis 5 dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sicherheitsmembran sind an allen Kantenbereichen fest gegen ein Eindringen von Flüssigkeit und/oder Gas miteinander verbunden, d. h. an den Umfangskanten der kreisförmigen Membranlagen, an den Kanten der Befestigungsbohrungen 3 und an den Kanten der Durchgangsöffnung für den Membrankern 5.
Die Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sicherheitsmembran gemäß den Figuren 1 bis 5 weist einen Sensorbereich S im Einspannbereich E auf. Es ist jedoch klar, daß die erfindungsgemäße Sicherheitsmembran auch zwei oder mehr solcher Sensorbereiche umfassen kann. Die Draufsicht auf Figur 4 zeigt, daß der Sensorbereich S bei der dargestellten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sicherheitsmembran ein im wesentlichen kreisförmiger Bereich im Einspannbereich der Membran ist. Der Sensorbereich S kann in der Draufsicht jedoch auch andere Formen aufweisen, wie eine ovale oder mehreckige Form.
Bei der dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sicherheitsmembran ist das Material der Membranlagen 1 und 2 im Sensorbereich S mit einer geringeren Materialdicke ausgebildet als in den übrigen Abschnitten der Membran. Hierdurch wird gewährleistet, daß sich die Membranlagen in dem Abschnitt des Sensorbereiches S bei Erhöhung des Drucks zwischen den Membranlagen 1 und 2 aufgrund eines Membranbruchs in dem Abschnitt des Sensorbereichs leichter deformieren als in den übrigen Abschnitten der Membran. Bei dieser Deformation wird der Abstand zwischen den Membranlagen im Sensorbereich vergrößert und ein Druck auf einen entsprechenden Sensor ausgeübt, der dann den Membranbruch anzeigt. Aufgrund der geringeren Materialdicke der Membranlagen 1 und 2 im Sensorbereich S ist in dem Sensorbereich zwischen den Membranlagen ein Hohlraum 10 vorgesehen. Ein Druckrohr 11 erstreckt sich von diesem Hohlraum 10 im Sensorbereich S durch einen Abschnitt des Einspannbereichs mit größerer Materialdicke bis zu einem weiteren Hohlraum 12, der in der Nähe des Übergangs 6 zwischen Einspannbereich E und Arbeitsbereich A ausgebildet ist. Das Druckrohr 11 gewährleistet eine sichere Ausbreitung von erhöhtem Druck zwischen den Membranlagen, der aufgrund eines Membranbruchs und dem Eindringen von Flüssigkeit oder Gas zwischen den Membranlagen 1 und 2 entsteht. Das Vorsehen des Hohlraums 12 in der Nähe des Übergangs 6 gewährleistet, daß das in diesen Hohlraum 12 mündende Ende des Druckrohres 11 nicht von Material der Membran verschlossen wird, das aufgrund des Einspannens der Membran in einem Pumpengehäuse im Einspannbereich zusammengequetscht wird. Anstelle eines Druckrohres kann auch eine Gewebe oder ein Formteil mit Durchtrittskanälen verwendet werden.
Mit Ausnahme der oben beschriebenen fest miteinander verbundenen Kantenbereiche liegen die Membranlagen 1 und 2 ohne feste Verbindung aufeinander. Zwischen den Membranlagen 1 und 2 herrscht atmosphärischer oder unteratmosphärischer Druck, um die Membranlagen unter normalen Arbeitsbedingungen, d. h. wenn kein Membranbruch vorliegt, in engem Kontakt zueinander zu halten.
Bei der bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sicherheitsmembran gemäß den Figuren 1 bis 5 ist die Unterseite der Membranlage 2, die dem Fördermedium zugewandt ist, mit einer PTFE-Folie überzogen. Hierdurch wird das Material der Membranlage vor einem Angriff durch aggressive Fördermedien geschützt. Das Vorsehen dieser schützenden PTFE-Folie 16 erlaubt es, das Material der Membranlagen nach den Anforderungen der mechanischen Beanspruchung beim Pumpen auszuwählen, ohne hierbei einen Kompromiß hinsichtlich der chemischen Beständigkeit eingehen zu müssen. Anstelle der PTFE-Folie kann auch jedes andere chemisch und/oder mechanisch dem Fördermedium widerstehende Material eingesetzt werden. Beispiele für geeignete Schutzfolien sind dem Fachmann auf dem Gebiet bekannt.
Die erfindungsgemäße Sicherheitsmembran gemäß den Figuren 1 bis 5 weist weiterhin eine PTFE-Folie 15 zwischen den Membranlagen 1 und 2 auf. Diese PTFE-Folie 15 verhindert, daß das Material der Membranlagen z. B. aufgrund von starker Wärmeentwicklung während des Arbeitsbetriebs miteinander verklebt und dadurch eine Ausbreitung von Druck zwischen den Membranlagen bei einem Membranbruch verhindert wird. Des weiteren weist die Membranlage 1 im Sensorbereich S eine weitere PTFE-Scheibe 13 auf, die ein Verkleben der Membranlagen im Sensorbereich verhindert.
Im Sensorbereich S ist auf der Außenseite der dem Sensor zugewandten Membranlage 2 eine Sensorkontaktfläche 14 vorgesehen, an welcher ein Sensor mit dem Sensorbereich S der Sicherheitsmembran in Berührung gebracht wird. Bei einem Membranbruch und einer Ausdehnung bzw. Erhöhung des Abstands zwischen den Membranlagen im Sensorbereich S wölbt sich das Material der unteren Membranlage 2 zusammen mit der Sensorkontaktfläche 14 nach außen und betätigt den Sensor. Der gegenüberliegende Abschnitt der Membranlage 1 im Sensorbereich S, an dem bei der dargestellten Ausführungsform kein Sensor vorgesehen ist, liegt vorzugsweise an einer festen Gegenfläche an. Hierdurch wird gewährleistet, daß sich die gesamte Ausdehnung der Membranlagen im Sensorbereich S vollständig in Richtung des an der unteren Membranlage 2 angeordneten Sensors erstreckt.
Figur 6 zeigt eine abgebrochene Darstellung der erfindungsgemäßen Membran aus den Figuren 1 bis 5 in einem Pumpengehäuse 19 mit einem Sensor 20 für das Erfassen einer Ausdehnung der Membranlagen im Sensorbereich S im Falle eines Membranbruchs.
Der Einspannbereich E der erfindungsgemäßen Membran ist fest in dem Pumpengehäuse 19 zwischen Gehäuseteilen 19' und 19" eingespannt. Das Pumpengehäuse 19 weist in dem Abschnitt, in dem bei eingebauter Membran der Sensorbereich S angeordnet ist, im Gehäuseteil 19" einen kegelförmigen Ausdehnungshohlraum 18 auf. An dem Gehäuseteil 19" ist ein Sensor 20 angeordnet. Ein Betätigungskolben 21 des Sensors 20 erstreckt sind durch eine Bohrung des Gehäuseteils 19" in den Ausdehnungshohlraum 18 und liegt an der Sensorkontaktfläche 14 im Sensorbereich der Sicherheitsmembran an. Auf der gegenüberliegenden Seite der Membran weist das Gehäuseteil 19' des Pumpengehäuses 19 eine feste Gegenfläche 17 auf, die eine Ausdehnung des Sensorbereiches in Richtung des Gehäuseteils 19' verhindert. Eine Ausdehnung der Membranlagen im Falle eines Membranbruchs und einer Druckerhöhung zwischen den Membranlagen 1 und 2 im Sensorbereich S erfolgt somit ausschließlich in Richtung des Sensors in den hierfür vorgesehenen Ausdehnungshohlraum 18 unter Ausübung eines Drucks auf den Betätigungskolben 21. Dabei wird der Betätigungskolben 21 in Richtung des Sensors bewegt und betätigt dabei einen Schalter 22, der wiederum mit einer Anzeigevorrichtung (nicht dargestellt) für das Anzeigen eines Membranbruchs verbunden ist.
Unabhängig davon, ob ein Bruch der Membranlage 2 auf Seiten des Fördermediums oder der Membranlage 1 auf der gegenüberliegenden Seite erfolgt, kann die erfindungsgemäße Sicherheitsmembran noch für einen gewissen Zeitraum in einem "Notbetrieb" weiter verwendet werden, da die jeweils nicht gebrochene Membranlage ein Hindurchtreten von Fördermedium oder Hydraulikflüssigkeit durch die gesamte Membran hindurch verhindert. Die erfindungsgemäße Sicherheitsmembran gewährleistet, daß ein Membranbruch festgestellt wird, bevor Flüssigkeit durch die Membran hindurchtreten und entweder das Fördermedium oder eine gegebenenfalls vorgesehene Hydraulikflüssigkeit verunreinigen kann. Die erfindungsgemäße Sicherheitsmembran kann hinsichtlich ihrer Formgebung und äußeren Abmessungen wie herkömmliche Membranen hergestellt werden, so daß sie ohne großen Mehraufwand in vorhandene Pumpengehäuse eingesetzt werden kann. Es ist lediglich am Pumpengehäuse eine zusätzliche Bohrung für das Einsetzen eines Sensors vorzusehen. Die erfindungsgemäße Sicherheitsmembran erfordert auch einen erheblich geringeren Wartungsaufwand als bekannte Sicherheitsmembrane, die einen Membranbruch anzeigen sollen.

Claims (7)

  1. Sicherheitsmembran für eine Membranpumpe mit wenigstens zwei übereinanderliegend angeordneten Membranlagen (1, 2) mit im wesentlichen kreisförmigem Umfang, wobei
    die Membran vom äußeren Umfang aus in Richtung der Mitte einen in Umfangsrichtung verlaufenden Einspannbereich (E) für die Befestigung der Membran in einer Pumpe und einen sich daran anschließenden Arbeitsbereich (A) aufweist,
    die Membranlagen (1, 2) derart miteinander verbunden sind, dass sie gegen ein Eindringen von Flüssigkeit und/oder Gas zwischen die Membranlagen dicht sind, dadurch gekennzeichnet dass
    in einem Abschnitt des Einspannbereiches (E) der Membran ein Sensorbereich (S) vorgesehen ist,
    zwischen den Membranlagen (1, 2) atmosphärischer oder unteratmosphärischer Druck herrscht,
    die Membranlagen (1, 2) in dem Abschnitt des Sensorbereiches (S) so ausgebildet sind, dass sie sich bei Erhöhung des Drucks zwischen den Membranlagen (1, 2) in dem Abschnitt des Sensorbereiches (S) unter Vergrößerung des Abstandes zwischen den Membranlagen leichter deformieren als in den übrigen Abschnitten der Membran.
  2. Sicherheitsmembran nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Sensorbereich (S) der Membran ein Sensor angeordnet ist, welcher auf eine Deformation der Membranlagen (1, 2) in dem Abschnitt des Sensorbereiches (S) anspricht.
  3. Sicherheitsmembran nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Membranlagen (1, 2) in dem Abschnitt des Sensorbereiches (S) eine geringere Materialdicke aufweisen als in den übrigen Abschnitten der Membran.
  4. Sicherheitsmembran nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Membranlagen (1, 2) in dem Abschnitt des Sensorbereiches (S) eine höhere Elastizität aufweisen als in den übrigen Abschnitten der Membran.
  5. Sicherheitsmembran nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die einander zugewandten Innenflächen der Membranlagen (1, 2) in dem Abschnitt des Sensorbereiches (S) unter Ausbildung eines Hohlraumes einen Abstand zueinander aufweisen.
  6. Sicherheitsmembran nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran im Zentrum des Arbeitsbereichs einen Membrankern (5) aufweist, mit dem die Membranlagen (1, 2) vorzugsweise formschlüssig dicht verbunden sind.
  7. Sicherheitsmembran nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass am Membrankern weiterhin eine Stützscheibe (5') vorgesehen ist.
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