EP1485619B1

EP1485619B1 - Pumpe

Info

Publication number: EP1485619B1
Application number: EP03714804A
Authority: EP
Inventors: Erich Becker; Erwin Hauser
Original assignee: KNF Neuberger GmbH
Current assignee: KNF Neuberger GmbH
Priority date: 2002-03-19
Filing date: 2003-03-12
Publication date: 2007-05-09
Anticipated expiration: 2023-03-12
Also published as: US20050112004A1; JP2005527727A; DE50307237D1; DE10212239A1; US7270048B2; TW200304986A; TW576895B; EP1485619A1; WO2003078841A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Membranpumpe mit einer oszillierenden Membran, wobei die Membranpumpe ein Pumpengehäuse mit einem Arbeitsraum und einem von diesem durch die Membran abgegrenzten Kurbelgehäuse aufweist, in dem sich ein Pumpenantrieb mit einer Antriebswelle befindet, die mittels in den Kubelgehäuse-Wandungen angeordneten Lagern gelagert ist, von denen zumindest eines in eine Durchgangsöffnung in einer Kurbelgehäuse-Wandung eingesetzt ist, und wobei die Membranpumpe eine vom Kurbelgehäuse getrennte Ansaugführung hat.
Es sind bereits verschiedene Membranpumpen bekannt, die als Verdichter- oder Vakuumpumpen dienen. Diese vorbekannten Vakuumpumpen, die eine oszillierende Membran haben, weisen ein Pumpengehäuse auf, in welchem die oszillierende Membrane einen Arbeitsraum von einem Kurbelgehäuse abgrenzt. Im Kurbelgehäuse ist ein Pumpenantrieb mit einer Antriebswelle vorgesehen, die mittels in den Kurbelgehäuse-Wandungen angeordneten Lagern gelagert ist. Um ein aus dem Kurbelgehäuse vorstehendes Wellenende mit einem Antriebsmotor zu verbinden, ist zumindest eines dieser Lager in eine in der Kurbelgehäuse-Wandung befindliche und aus dem Kurbelgehäuse führende Durchgangsöffnung eingesetzt.
Es ist bereits bekannt, die Lager solcher Pumpen als fettgeschmierte Lager auszuführen. Damit auch bei heißer Pumpe kein Fett aus den Lagern austritt und somit die Schmierung reduziert, sind die Lager dieser vorbekannten Pumpen seitlich mit Deckscheiben überdeckt. Diese Deckscheiben dichten berührungslos gegenüber dem Kugellager-Innenring ab.
Durch die Oszillationsbewegung der Membrane wird jedoch auch der Druck im Kurbelgehäuse zwangsläufig entsprechend den Pumpzyklen erhöht oder entlastet. Die dabei ein- und ausströmende Luft kann über einen von den Deckscheiben freigehaltenen Spalt durch die in die Durchgangsöffnungen eingesetzten Lager entweichen. Da der Querschnitt dieses Spalts wegen der gewünschten Dichtwirkung sehr klein ist, erhält die Luft dort eine hohe Luftgeschwindigkeit, die sich als unangenehmes Geräusch bemerkbar macht. Darüber hinaus besteht die Gefahr, dass das Lagerfett langsam aus dem Kugellager herausbefördert wird.
Solche Pumpen werden jedoch häufig in Labors oder auch in Operationssälen verwendet, wo derart störende Geräusche die Konzentration der Anwesenden erheblich beeinträchtigen können.
Aus der US-A-2 176 691 ist ein Hubkolbenkompressor bekannt, der einen oszillierenden Hubkolben aufweist. Der vorbekannte Hubkolbenkompressor weist ein Pumpengehäuse mit einem Arbeitsraum und einem von diesem durch den Hubkolben abgegrenzten Kurbelgehäuse auf, in dem ein im Ölbad befindlicher Pumpenantrieb mit einer Antriebswelle vorgesehen ist. Diese Antriebswelle ist mittels in den Kurbelgehäuse-Wandungen angeordneten Lagern gelagert. Dabei ist das Kurbelgehäuse als wannenförmiger und das Ölbad aufnehmender Gehäusekasten ausgebildet, in dem die Antriebswelle durch eine seitliche Gehäuseöffnung eingesetzt werden kann. Um den unerwünschten Austritt eines durch Verwirbelungen im Kurbelgehäuse entstehenden Öl-Luft-Gemisches zu vermeiden, ist die seitliche und zum Einsetzen der Antriebswelle vergleichsweise große Gehäuseöffnung durch einen Filtereinsatz abgedeckt.
Aus der GB 600 460 A ist ein ebenfalls ölgeschmierter Kompressor bekannt, bei dem die eine Gehäuseöffnung durchsetzende Antriebswelle mittels einer Wellendichtung abgedichtet ist. Zum Druckausgleich des Kurbelgehäuses weist das Kurbelgehäuse einen zusätzlichen Strömungskanal auf. Eine mit GB 600 460 A vergleichbare Wellenabdichtung, die zum Druckausgleich des Kurbelgehäuses ebenfalls Strömungskanäle aufweist, ist auch aus der US-A-2 981 197 bekannt.
Aus der US-A-2 204 814 kennt man bereits einen Hubkolbenkompressor, in dessen wannenförmigem Kurbelgehäuse ein im Ölbad befindlicher Pumpenantrieb mit einer Antriebswelle vorgesehen ist. Die Antriebswelle ist beidseits im Kurbelgehäuse gelagert und durchsetzt das Kurbelgehäuse mit ihrem einen Wellenende. Dabei ist im Kurbelgehäuse zwischen den dieses Wellenende tragenden Wellenlagern ein Filterelement aus gepresstem Haar, Filz, Glas oder Wolle oder dergleichen vorgesehen, dass den unerwünschten Austritt des durch Verwirbelungen im Kurbelgehäuse entstehenden Öl-Luft-Gemisches verhindern soll.
Es besteht die Aufgabe, eine Membranpumpe der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die sich durch eine besonders geräuscharme Betriebsweise auszeichnet.
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht bei der Membranpumpe der eingangs erwähnten Art insbesondere darin, dass in dem zumindest einen Strömungskanal ein Strömungsdämpfer angeordnet ist, und dass wenigstens eine Entlastungsöffnung in der Kurbelgehäuse-Wandung vorgesehen ist, die ebenfalls mit einem Strömungsdämpfer abgedeckt ist.
Die erfindungsgemäße Membranpumpe weist in den Kurbelgehäuse-wandungen zumindest einen Strömungskanal auf, der einen Druckausgleich des Kurbelgehäuses während der Oszillationsbewegungen des Pumpteils bewirkt. In diesem zumindest einen Strömungskanal ist ein Strömungsdämpfer angeordnet, der die durchströmende Luftmenge in Grenzen hält. Durch den Strömungsdämpfer wird die Strömungsgeschwindigkeit im Strömungskanal so stark reduziert, dass auch das durch einen Luftstrom entstehende Geräusch stark vermindert wird. Um die durch den hohen pneumatischen Widerstand im Pumpengehäuse und die oszillierende Membrane entstehende pulsierende Druckerhöhung abzubauen, ist in der Kurbelgehäuse-Wandung wenigstens eine Entlastungsöffnung vorgesehen, die ebenfalls mit einem Strömungsdämpfer abgedeckt ist. Durch diese Entlastungsöffnung in der Kurbelgehäuse-Wandung kann ein Luftaustausch derart erfolgen, dass der Luftstrom sich kaum noch durch die in den Durchgangsöffnungen befindlichen Lager zwängen muss. Die erfindungsgemäße Membranpumpe zeichnet sich daher durch einen besonders geräuscharmen Lauf aus.
Aus der DE 201 19 407 U1 ist ein ölloser Luftkompressor bekannt, der ein Kompressorgehäuse hat, das durch einen oszillierenden Kolben in ein Kurbelwellengehäuse und einen Arbeitszylinder unterteilt ist. Am Kolben ist ein Rückschlagventil vorgesehen, wodurch die Luft von dem Kurbelwellengehäuse durch das Rückschlagventil in den Zylinder strömen kann. Um die Ansaugführung allein durch das Kurbelwellengehäuse zu bewirken, ist der Arbeitszylinder nur mit einer Luftaustrittsöffnung und einem Rückschlagventil versehen. Das Kurbelwellengehäuse ist an einer Seite mit einer Lufteintrittsöffnung versehen, die ein Luftfilter abdeckt. Eine vom Kurbelwellengehäuse unabhängige Ansaugführung weist der vorbekannte Luftkompressor nicht auf.
In Niemann, G, Maschinenelemente, Bd.1, Konstruktion und Berechnung von Verbindungen, Lagern, Wellen, Verlag Springer, Berlin, 2. Auflage 1975, S. 342, sind verschiedene gebräuchliche berührende Dichtungen dargestellt. U.a. sind dort auch Filzringdichtungen beschrieben, die den zwischen einer, eine Durchgangsöffnung durchsetzenden Welle einerseits und der die Durchgangsöffnung begrenzenden Gehäusewandung andererseits verbleibenden Spalt abdichten. Um die allein abdichtende Funktion der Filzringdichtungen ermöglichen zu können, wird dieser Spalt von vorneherein möglichst derart klein bemessen, dass Undichtigkeiten und entsprechende Strömungen weitestgehend vermieden werden.
Eine vergleichbare Filzringdichtung ist in der DE 692 03 605 T2 beschrieben.
Aus der DE-PS 975 981 kennt man bereits eine Wellenabdichtung, die beidseits von einem, in einer Durchgangsöffnung befindlichen Wellenlager jeweils eine Labyrinthdichtung hat. Die Gänge der Labyrinthdichtung sind so eng bemessen, dass ohnehin nahezu kein Strömungsdurchlass möglich ist. Zusätzlich werden die Gänge der Labyrinthdichtungen zumindest bereichsweise unter einem Druck gehalten, der höher ist, als der außerhalb des Lagers herrschende Druck. Auf diese Weise können die Labyrinthdichtungen der vorbekannten Wellenabdichtung jeden Strömungsdurchlass im Bereich der Durchgangsöffnung wirkungsvoll unterbinden.
Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung gemäß der Erfindung sieht vor, dass zumindest eine, wenigstens ein Lager aufweisende Durchgangsöffnung als Strömungskanal ausgebildet ist, und dass im Bereich des zumindest einen, in die als Strömungskanal ausgestaltete Durchgangsöffnung eingesetzten Lagers ein den lichten Kanalquerschnitt abdeckender Strömungsdämpfer angeordnet ist. Bei dieser mit besonders geringem Herstellungsaufwand verbundenen Weiterbildung gemäß der Erfindung ist zumindest eine, wenigstens ein Lager aufweisende Durchgangsöffnung als Strömungskanal ausgebildet. Da auch in der den Strömungskanal bildenden Durchgangsöffnung ein Strömungsdämpfer angeordnet ist, wird die durch das Lager durchströmende Luftmenge stark verringert. Dadurch sinkt die Strömungsgeschwindigkeit in dem im Lager verbleibenden Spalt so stark, dass auch das durch den Luftstrom entstehende Geräusch stark reduziert wird.
Eine besonders einfache und vorteilhafte Ausführungsform gemäß der Erfindung sieht vor, dass der Strömungsdämpfer durch eine oder mehrere Scheiben aus offenporigem oder dergleichen gasdurchlässigem Material mit hohem pneumatischen Widerstand gebildet ist. Dabei kann der Strömungsdämpfer beispielsweise aus einer oder mehreren Scheiben aus offenporigem Schaumstoffmaterial bestehen.
Bevorzugt wird jedoch, wenn der Strömungsdämpfer durch eine oder mehrere Filz- oder Vliesscheiben gebildet ist.
Dies wird noch begünstigt, wenn der pneumatische Widerstand im Bereich der Lageröffnung(en) größer ist als der im Bereich der Entlastungsöffnung(en).
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Strömungsdämpfer beidseits des in eine Durchgangsöffnung eingesetzten Lagers vorgesehen ist.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispieles in Verbindung mit den Ansprüchen sowie der Zeichnung.
In der einzigen Figur ist eine Membranpumpe 1 dargestellt, die als Verdichter oder als Vakuumpumpe dient. Die Membranpumpe 1 hat ein Pumpengehäuse 2, in welchem ein Arbeitsraum 3 durch ein oszillierendes Pumpteil von einem Kurbelgehäuse 4 abgegrenzt ist. Als Pumpteil dient eine Membrane 5 aus elastischem Material, die an ihrem Membranumfang im Pumpengehäuse 2 eingespannt wird und die mittels eines als Pumpantrieb 6 dienenden Exzenterantriebs in Oszillationsbewegungen versetzt werden kann.
Die Membrane 5 ist hier in einem oberen Totpunkt dargestellt, in welchem sie den Arbeitsraum 3 nahezu formschlüssig ausfüllt.
Der Pumpenantrieb 6 ist mit seiner Antriebswelle 7 im Kurbelgehäuse 4 vorgesehen. Die Antriebswelle 7 ist beidseits des Exzenterantriebs 6 in Wälzlagern 8, 9 gelagert, die in den Kurbelgehäuse-Wandungen angeordnet und hier als Kugellager ausgebildet sind. Um das aus dem Kurbelgehäuse 4 vorstehende Wellenende 10 mit einem Antriebsmotor zu verbinden, ist zumindest das Lager 8 in eine in der Kurbelgehäuse-Wandung befindliche und aus dem Kurbelgehäuse 4 führende Durchgangsöffnung 11 eingesetzt.
Bei der hier dargestellten Pumpe 1 ist auch das Lager 9 auf der gegenüberliegenden Kurbelgehäuse-Wandung in eine aus dem Kurbelgehäuse 4 führende Durchgangsöffnung 11 eingesetzt.
Damit auch bei heißer Pumpe 1 kein Fett aus den fettgeschmierten Lagern 8, 9 austritt und somit die Schmierung reduziert wird, sind die Lager 8, 9 beidseits durch Deckscheiben 12 überdeckt. Diese Deckscheiben dichten berührungslos gegenüber dem Kugellager-Innenring ab.
Wie aus der Zeichnung deutlich wird, ist im Bereich der in die Durchgangsöffnungen 11 der Kurbelgehäuse-Wandungen eingesetzten Lager 8, 9 ein die Lageröffnung abdeckender Strömungsdämpfer angeordnet. Dieser Strömungsdämpfer wird hier durch Scheiben 13 aus Vlies, Filz oder dergleichen gasdurchlässigem Material mit hohem pneumatischem Widerstand gebildet, die beidseits der Lager vorgesehen sind.
Durch diesen Strömungsdämpfer wird die durch die Lager und insbesondere die durch den zwischen Innen- und Außenring der Lager verbleibenden Spalt durchströmende Luftmenge stark verringert. Dadurch sinkt die Strömungsgeschwindigkeit im Lagerspalt so stark, dass auch das durch den Luftstrom entstehende Geräusch stark reduziert wird. Die hier dargestellte Pumpe 1 zeichnet sich daher durch einen besonders geräuscharmen Lauf aus.
Um die durch den hohen pneumatischen Widerstand im Pumpengehäuse und das oszillierende Pumpteil 5 entstehende pulsierende Druckerhöhung abzubauen, ist zusätzlich eine Entlastungsöffnung 14, 14' vorgesehen, die hier durch einen Strömungsdämpfer abgedeckt ist. Auch der der Entlastungsöffnung 14, 14' zugeordnete Strömungsdämpfer ist aus mehreren gasdurchlässigen Scheiben 15 mit hohem pneumatischem Widerstand, insbesondere aus mehreren Vlies- oder Filzscheiben, gebildet. Die Entlastungsöffnung 14, 14' ist so dimensioniert, dass der Widerstand im Bereich der Lageröffnungen der Lager 8, 9 größer ist als der im Bereich der Entlastungsöffnung 14, 14', Zusätzlich oder stattdessen können auch die Scheiben 15 so gewählt werden, daß deren pneumatischer Widerstand kleiner ist als der Widerstand im Bereich der Lager 8, 9. Auf diese Weise wird vermieden, dass der Druckausgleich zwischen Kurbelgehäuse 4 und Atmosphäre auch nur zum Teil über die Lager 8, 9 erfolgt; gleichzeitig wird sichergestellt, dass das zur Lagerschmierung benötigte Fett nicht nach außen fließen kann.
Die hier dargestellte Pumpe zeichnet sich durch eine besonders geräuscharme Betriebsweise aus.

Claims

Membranpumpe (1) mit einer oszillierenden Membran, wobei die Membranpumpe ein Pumpengehäuse (2) mit einem Arbeitsraum (3) und einem von diesem durch die Membran abgegrenzten Kurbelgehäuse (4) aufweist, in dem sich ein Pumpenantrieb (6) mit einer Antriebswelle (7) befindet, die in den Kurbelgehäuse-Wandungen angeordneten Lagern (8, 9) gelagert ist, von denen zumindest eines in eine Durchgangsöffnung (11) in einer Kurbelgehäuse-Wandung eingesetzt ist, und wobei die Membranpumpe eine vom Kurbelgehäuse getrennte Ansaugführung hat, und wobei in den Kurbelgehäuse-Wandungen zumindest ein Strömungskanal zum Druckausgleich des Kurbelgehäuses während der Oszillationsbewegungen der Membrane vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass in dem zumindest einen Strömungskanal ein Strömungsdämpfer angeordnet ist und dass wenigstens eine Entlastungsöffnung (14, 14') in der Kurbelgehäuse-Wandung vorgesehen ist, die ebenfalls mit einem Strömungsdämpfer (15) abgedeckt ist.
Membranpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine, wenigstens ein Lager aufweisende Durchgangsöffnung (11) als Strömungskanal ausgebildet und dass im Bereich des zumindest einen, in die als Strömungskanal ausgestaltete Durchgangsöffnung (11) eingesetzten Lagers (8, 9) ein den lichten Kanalquerschnitt abdeckender Strömungsdämpfer angeordnet ist.
Membranpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsdämpfer durch eine oder mehrere Scheiben (13) aus offenporigem oder dergleichen gasdurchlässigem Material mit hohem pneumatischen Widerstand gebildet ist.
Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsdämpfer durch eine oder mehrere Filz- und/oder Vliesscheiben (13) gebildet ist.
Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der pneumatische Widerstand im Bereich der Lageröffnung(en) größer ist als der im Bereich der Entlastungsöffnung(en) (14, 14').
Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsdämpfer beidseits des in eine Durchgangsöffnung (11) eingesetzten Lagers vorgesehen ist.