EP2464868B1 - Membranmaschine - Google Patents

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EP2464868B1
EP2464868B1 EP10737345.8A EP10737345A EP2464868B1 EP 2464868 B1 EP2464868 B1 EP 2464868B1 EP 10737345 A EP10737345 A EP 10737345A EP 2464868 B1 EP2464868 B1 EP 2464868B1
Authority
EP
European Patent Office
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diaphragm
hydraulic
valve
pressure
machine
Prior art date
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Active
Application number
EP10737345.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP2464868A1 (de
Inventor
Horst Fritsch
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 GmbH
Original Assignee
Prominent GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Prominent GmbH filed Critical Prominent GmbH
Publication of EP2464868A1 publication Critical patent/EP2464868A1/de
Application granted granted Critical
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B43/00—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members
    • F04B43/02—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having plate-like flexible members, e.g. diaphragms
    • F04B43/06—Pumps having fluid drive
    • F04B43/073—Pumps having fluid drive the actuating fluid being controlled by at least one valve
    • F04B43/0733—Pumps having fluid drive the actuating fluid being controlled by at least one valve with fluid-actuated pump inlet or outlet valves; with two or more pumping chambers in series

Definitions

  • the present invention relates to a multi-cylinder membrane machine with at least two hydraulically driven diaphragms comprising a drive unit for generating at least two pulsating hydraulic fluid streams for driving the membrane and a delivery unit for conveying a delivery medium having at least two delivery chambers whose volumes are changed by the movement of a respective membrane can, each pumping chamber is connected via a pressure valve with a pressure line and a suction valve with a suction line.
  • the WO 99/25999 shows a valve assembly with an inlet port and two outlet ports.
  • the valve assembly has a valve element arranged in a valve element, which can be moved between two end positions, wherein in the respective end positions in each case an outlet port is closed.
  • this object is achieved by a multi-cylinder membrane machine according to claim 1.
  • the multi-cylinder diaphragm machine according to the invention eliminates the mentioned problems or disadvantages in a simple manner by providing a clear separation between drive unit and conveyor unit and thus each of the two units can be optimized independently of each other in their structural design.
  • the two units are coupled by connecting lines which are connected to the hydraulic drive, i. the drive unit, transmitted pulsating hydraulic fluid streams transmitted to the delivery unit of the membrane machine via the membrane body.
  • This concept makes it possible to provide the components of the delivery unit, which are generally made of high-quality, expensive materials and wetted by the delivery fluid, with an extremely compact, space-saving and material-saving form.
  • the delivery unit can be designed so that no other, wetted by the fluid flow components must be removed and replace the expensive collection pipelines for a membrane change, which connect the individual membrane heads on the suction and pressure side, can be greatly reduced or even eliminated altogether.
  • the drive unit can be designed, for example, as an eccentric crank motor, which allows all the piston rods to lie in a common plane, as a result of which both the bending moment in the eccentric shaft and the bearing forces in a three-cylinder machine are reduced to one third of the values occurring in conventional row-shaped crank mechanisms. As a result, the size can be drastically reduced.
  • a further advantage of the eccentric bushing engine is that it has a very high energy efficiency and thus contributes to energy savings.
  • the inventive arrangement of the delivery unit consisting of a substantially centrally arranged membrane body and attached thereto or hydraulic bodies thereon, between which a cavity is formed, in which one of the membrane is arranged, so that the membrane, the cavity in a hydraulic space with the pulsating Hydraulic fluid flows is connected, and the delivery space divided.
  • the hydraulic body are arranged on the outside of the membrane body, so that can be accessed by disassembly of the hydraulic body of the membrane body on the membrane and this can be optionally replaced.
  • the membrane body forms a central block, wherein the membrane body is formed either in one piece or consists of several parts, which together with a connecting piece form a central block.
  • the latter variant is somewhat more expensive to produce, it has the advantage that the central block can be made of a less expensive material than the other parts of the membrane body, which come into contact with the fluid and therefore have to meet special requirements.
  • the components intended to control and monitor the membrane machine such as e.g. a pressure relief valve, a Mamaentgasungsventil, a leak relief valve or a hydraulic fluid reservoir arranged in the drive unit.
  • a pressure relief valve e.g. a pressure relief valve, a Mamaentgasungsventil, a leak relief valve or a hydraulic fluid reservoir arranged in the drive unit.
  • the conveyor unit may have an upper side, a lower side and circumferential side surfaces, wherein the hydraulic bodies are arranged on the circumferential side surfaces and that one or more collectors may then be arranged on the upper or the lower side.
  • the multi-cylinder membrane machine will be designed such that pulsating hydraulic fluid streams of the same strength are supplied to the membranes, wherein the pulsating hydraulic fluid streams are out of phase with each other to ensure that at each position of the drive piston present in the drive unit, a significant promotion takes place.
  • the delivery unit is designed as a two-stage membrane compressor and both stages have a common membrane body, wherein preferably a valve functions both as a first-stage pressure valve, and as a second-stage suction valve.
  • the drive unit above the conveyor unit i. is arranged at a geodetically higher point.
  • FIG. 1 shows an embodiment of a multi-cylinder membrane machine according to the invention consisting of a drive unit 1, a conveyor unit 2 and the hydraulic lines connecting the conveyor unit and the drive unit.
  • the conveyor unit 2 is composed of the diaphragm body 4, the hydraulic bodies 5 and the diaphragms 6 touched by the conveying fluid.
  • the hydraulic bodies 5 are attached to the outer surface of the diaphragm body 4. Both hydraulic body and membrane body each have a recess, so that there is a cavity between the membrane body and hydraulic body 5 when placed on the membrane body hydraulic body. In this cavity, the membrane 6 is introduced, which divides the cavity into two spaces 16, namely in the delivery chamber and the hydraulic space.
  • the delivery chamber is thus formed essentially by the membrane and the indentation provided in the membrane body, while the hydraulic space is formed by the indentation formed in the hydraulic body and the membrane.
  • the drive unit 1 contains the components normally integrated in the delivery unit 2, these being in the example shown a pressure relief valve 7, a Mamaentgasungsventil 8, a leak-relief valve 9 and a hydraulic fluid reservoir 10th
  • the conveyor unit can be made extremely compact.
  • this would require a special application, to integrate a part of said components in the conveyor unit, even if this would increase the size of the conveyor unit again.
  • the conveyor unit is in the FIGS. 2 and 3 once again enlarged in two sectional views shown. It can be seen that all the components in contact with the conveying fluid are arranged in a membrane body block 4.
  • the hydraulic bodies 5 are arranged on the periphery thereof so that the membranes 6 can be exchanged with little effort, ie without dismantling the fluid-wetted components.
  • suction valves 11 and pressure valves 12 are each connected by a claw 13 with the membrane body, so that the usual expensive collection piping can be omitted and the valves are also easily accessible.
  • FIG. 4 shows various embodiments of the conveyor unit in sectional views, in which the diaphragm body block 4 either in one piece (see the top 3 embodiments of the left Side of FIG. 4 ) or consisting of individual parts 14, which are combined by a connecting piece 15 into a block is executed.
  • the diaphragm body block 4 either in one piece (see the top 3 embodiments of the left Side of FIG. 4 ) or consisting of individual parts 14, which are combined by a connecting piece 15 into a block is executed.
  • the upper left embodiment is not part of the invention because it has only two membranes.
  • a center exists around which the individual hydraulic bodies 5 are arranged.
  • the hydraulic bodies are thus all in one plane.
  • FIG. 5 a construction provided for membrane compressors in which the membrane body 4 form a two-stage valve, wherein the pressure valve of the stage 1, which is formed by the first membrane body member 21, and the suction valve of the stage 2, which is formed by the second membrane body member 22 through a single valve 17 is realized.
  • the membrane body 4 form a two-stage valve, wherein the pressure valve of the stage 1, which is formed by the first membrane body member 21, and the suction valve of the stage 2, which is formed by the second membrane body member 22 through a single valve 17 is realized.
  • FIG. 6 a true to scale comparison between a conventional diaphragm pump with crank mechanism 19 (left side of the FIG. 6 ) and a membrane pump 20 according to the invention with a Exzenterkulissentriebtechnik same capacity (right side of FIG. 6 )shown.
  • the delivery unit is designed significantly more compact, so that it can be used even in tight spaces.
  • the drive unit can then be arranged separately via the hydraulic lines.
  • the pulsating hydraulic fluid streams delivered by the drive unit will be the same for all pressure chambers of the membrane bodies and the work spaces will have the same volume.
  • connection of the connecting line between the conveyor unit 2 and drive unit 1 is arranged at the geodetically highest point of the hydraulic chamber 5.
  • leak-relief valves 9 arranged in the drive unit 1 are connected to the hydraulic chamber 5 of the conveyor unit 2 by means of a pipeline or a hose 18.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Mehrzylindermembranmaschine mit mindestens zwei hydraulisch angetriebenen Membranen bestehend aus einer Antriebseinheit zur Erzeugung von zumindest zwei pulsierenden Hydraulikfluidströmen zum Antrieb der Membrane und einer Fördereinheit zur Förderung eines Fördermediums mit mindestens zwei Förderräumen, deren Volumina durch die Bewegung von jeweils einer Membran verändert werden können, wobei jeder Förderraum über ein Druckventil mit einer Druckleitung und über ein Saugventil mit einer Saugleitung verbunden ist.
  • Die Bedeutung von Mehrzylinder-Membranmaschinen insbesondere von Prozessmembranpumpen und Membrankompressoren für die verfahrenstechnische Industrie hat in den letzten Jahren stark zugenommen, da die Schadstoffemissionen von Produktionsanlagen immer weiter abgesenkt werden müssen. Diese Forderung gilt für viele in der Verfahrenstechnik benötigten Pumpen und Kompressoren. Je größer deren Leistungseinheiten und je umweltbelastender die zu fördernden Fluide sind, umso schwieriger wird es, das Problem der Leckage und ihre Entsorgung in den Griff zu bekommen. In den letzten Jahren wurden deshalb intensive Anstrengungen unternommen, um die Entwicklung leckfreier Prozessmaschinen in Richtung größerer Leistungseinheiten voranzutreiben.
  • Für viele Fluide, die als Reaktionskomponenten vor allem in der chemischen Verfahrenstechnik gefördert bzw. gepumpt werden, wurden die maximal zulässigen Emissionswerte (MAK-Werte) vom Gesetzgeber inzwischen so niedrig angesetzt, dass leckfreie Maschinen zwingend notwendig geworden sind. Dies hatte zur Konsequenz, dass besonders für Hochdruckprozesse die klassische Kolbenmaschine durch Membranmaschinen ersetzt werden musste. Es werden heute aber auch für weniger gefährliche Flüssigkeiten zunehmen Membranmaschinen eingesetzt. Mit Membranmaschinen sind unter anderem folgende Vorteile verbunden:
    • Die gegenüber der Kolbenmaschine höhere Verfügbarkeit und Betriebssicherheit aufgrund der nahezu verschleißfreien Hydraulik-Kolbenabdichtung, langer Membranlebensdauer, einer leckfreien zuverlässigen Membranbruchsignalisierung und einer integrierten totalen Absicherung gegen Überdruck und Unterdruck,
    • Die niedrigen Betriebskosten infolge des geringen Wartungsaufwandes und Energiebedarfs. So hat zum Beispiel die hydraulische Membranpumpe aufgrund der äußerst geringen Reibung und Leckage ihrer in Hydrauliköl laufenden Kolbenabdichtung den höchsten energetischen Wirkungsgrad aller bekannten Pumpengattungen.
    • Diese Eigenschaften haben dazu geführt, dass bei der Investitionsplanung von Anlagen immer häufiger zugunsten von Membranmaschinen entschieden wird. Ihr höherer Kaufpreis gegenüber anderen Konstruktionen wird oft schon nach kurzer Betriebzeit durch die höhere Verfügbarkeit, d.h. durch minimale Stillstandszeiten der Anlage, und durch die günstigen Betriebskosten amortisiert.
  • Auch bei der Modernisierung bestehender Anlagen werden, vor allem, wenn es um schwierig zu fördernde Komponenten geht, wie z.B. Flüssiggase, feststoffhaltige Flüssigkeiten oder chemisch aggressive Fluide, häufig ältere Kolbenmaschinen durch Membranmaschinen ersetzt, um kostspielige Stillstandszeiten sowie die Wartungs- und Reparaturkosten zu senken oder nicht mehr tolerierbare Leckagen zu beseitigen. Üblicherweise werden große Membranmaschinen als Mehrzylindermaschinen gebaut, wobei die einzelnen Membranköpfe in der Regel von oszillierend arbeitenden Kurbeltriebwerken angetrieben werden. Das Triebwerk und die einzelnen Membranköpfe bilden hierbei eine bauliche Einheit, wobei das Kurbeltriebwerk entweder in Monoblockbauweise oder Elementbauweise ausgeführt ist.
  • Der Nachteil dieses Konzeptes besteht einerseits darin, dass es nicht ausreichend flexibel an die örtlichen Bedingungen, wie z.B. den verfügbaren Platz oder das zulässige Gewicht, anpassbar ist, andererseits erfordert es teure Sammelleitungen auf der Saug- und Druckseite, um die einzelnen, voneinander entfernten Membranköpfe miteinander zu verbinden.
  • Ein weiterer Nachteil der konventionellen Bauweise ist die nur schwer zugängliche Membran im Servicefalle. Bei einem Membranwechsel oder einem Austausch der Ventile müssen die vom Förderfluid benetzten saug- und druckseitigen Rohrleitungen vom Membrankopf gelöst werden, damit die auszutauschenden Verschleißteile, wie z.B. Membrane oder Ventile, überhaupt zugänglich sind. Vor allem bei großen Hochdruck-Membranmaschinen ist dies mit einem beträchtlichen Aufwand verbunden.
  • Insgesamt betrachtet, sind die Nachteile der bekannten Konstruktionen im Wesentlichen die folgenden:
    • Großer Platzbedarf
    • Hohes Gewicht
    • Hoher Materialverbrauch
    • Unzureichende Anpassungsfähigkeit an örtliche Verhältnisse
    • Mangelnde Servicefreundlichkeit
    • Hoher Preis
    • Nicht ausgeschöpftes Potential zur Maximierung des energetischen Wirkungsgrades Beispiele solcher Mehrzylindermembranmaschinen sind in der US 2003/077190 A , DE 39 42 981 sowie der US 5,368,451 gezeigt.
  • Die WO 99/25999 zeigt eine Ventilanordnung mit einer Einlassmündung und zwei Auslassmündungen. Die Ventilanordnung weist ein in einer Ventilkammer angeordnetes Ventilelement auf, welches zwischen zwei Endstellungen bewegt werden kann, wobei in den jeweiligen Endstellungen jeweils eine Auslassmündung verschlossen ist.
  • Ausgehend von dem beschriebenen Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, eine Mehrzylindermembranmaschine bereitzustellen, die die genannten Nachteile vermeidet oder zumindest vermindert, die äußerst kompakt und damit platz- und materialsparend ist, einen hohen energetischen Wirkungsgrad hat, hohe Flexibilität in der Anpassung an die Verhältnisse am Aufstellungsort aufweist und bei der gleichzeitig gewährleistet ist, dass Montage und Demontage der einzelnen Membranen und Ventile auf einfache Weise möglich sind.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Mehrzylindermembranmaschine nach Anspruch 1 gelöst.
  • Durch die erfindungsgemäße Mehrzylindermembranmaschine werden die erwähnten Probleme bzw. Nachteile in einfacher Weise dadurch beseitigt, dass eine klare Trennung zwischen Antriebseinheit und Fördereinheit erfolgt und somit jede der beiden Einheiten unabhängig voneinander in ihrer konstruktiven Gestaltung optimiert werden kann. Gekoppelt werden die beiden Einheiten durch Verbindungsleitungen, welche die vom Hydraulikantrieb, d.h. der Antriebseinheit, erzeugten pulsierenden Hydraulikfluidströme auf die Fördereinheit der Membranmaschine über die Membrankörper übertragen.
  • Dieses Konzept ermöglicht es, den im Allgemeinen aus hochwertigen, teuren Werkstoffen bestehenden, vom Förderfluid benetzten Bauteilen der Fördereinheit eine äußerst kompakte, material- und platzsparende Form zu geben.
  • Außerdem kann die Fördereinheit so gestaltet werden, dass für einen Membranwechsel keine sonstigen, vom Förderfluid benetzten Bauteile demontiert werden müssen und die teuren Sammelrohrleitungen, welche die einzelnen Membranköpfe auf der Saug- und Druckseite miteinander verbinden, stark reduziert werden oder sogar ganz entfallen können. Die Antriebseinheit kann beispielsweise als Exzenterkulissentriebwerk ausgebildet sein, welches gestattet, dass alle Kolbenstangen in einer gemeinsamen Ebene liegen, wodurch sowohl das Biegemoment in der Exzenterwelle als auch die Lagerkräfte bei einer Dreizylindermaschine auf ein Drittel der bei üblichen Kurbeltriebwerken in Reihenbauweise auftretenden Werte reduziert werden. Dadurch kann die Baugröße drastisch verringert werden.
  • Ein weiterer Vorteil des Exzenterkulissentriebwerkes ist, dass es einen sehr hohen energetischen Wirkungsgrad aufweist und damit einen Beitrag zur Energieeinsparung leistet.
  • Die erfindungsgemäße Anordnung der Fördereinheit bestehend aus einem im Wesentlichen zentral angeordneten Membrankörper und daran bzw. darauf befestigten Hydraulikkörpern, zwischen denen ein Hohlraum gebildet wird, in dem eine der Membrane angeordnet ist, so dass die Membran den Hohlraum in einen Hydraulikraum, der mit den pulsierenden Hydraulikfluidströmen verbunden ist, und den Förderraum unterteilt.
  • Mit Vorteil sind die Hydraulikkörper an der Außenseite des Membrankörpers angeordnet, so dass durch Demontage des Hydraulikkörpers von dem Membrankörper auf die Membran zugegriffen werden und diese gegebenenfalls ausgetauscht werden kann.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform bildet der Membrankörper einen zentralen Block, wobei der Membrankörper entweder einstückig ausgebildet ist oder aus mehreren Teilen besteht, die zusammen mit einem Verbindungsstück einen zentralen Block bilden. Letztere Variante ist zwar etwas aufwendiger herzustellen, hat jedoch den Vorteil, dass der zentrale Block aus einem kostengünstigeren Material hergestellt werden kann, als die anderen Teile des Membrankörpers, die mit dem Fördermedium in Kontakt treten und daher spezielle Anforderungen erfüllen müssen.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die zur Steuerung und Überwachung der Membranmaschine vorgesehenen Bauelemente, wie z.B. ein Druckbegrenzungsventil, ein Dauerentgasungsventil, ein Leckergänzungsventil oder ein Hydraulikfluidvorratsraum in der Antriebseinheit angeordnet. Je mehr dieser Bauelemente in die Antriebseinheit integriert werden, umso kompakter kann die Fördereinheit ausgestaltet werden.
  • Weiterhin ist in einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass alle Saugleitungen und alle Druckleitungen im oder am Membrankörper, vorzugsweise jeweils in einem Sammelstück, miteinander verbunden sind, so dass der Membrankörper nach außen nur mit einer Druckleitung und nur mit einer Saugleitung verbunden ist. Diese Maßnahme verringert die Kosten für die Bereitstellung der Saug- und Druckleitungen. So kann beispielsweise die Fördereinheit eine Oberseite, eine Unterseite und umlaufende Seitenflächen aufweisen, wobei die Hydraulikkörper an den umlaufenden Seitenflächen angeordnet sind und dass eine oder die mehreren Sammelstücke dann an der Ober- oder der Unterseite angeordnet sein können.
  • In der Regel wird die Mehrzylindermembranmaschine derart ausgestaltet sein, dass den Membranen pulsierende Hydraulikfluidströme gleicher Stärke zugeführt werden, wobei die pulsierenden Hydraulikfluidströme zueinander phasenverschoben sind, um zu gewährleisten, dass bei jeder Stellung des in der Antriebseinheit vorhandenen Antriebskolbens eine signifikante Förderung erfolgt.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Fördereinheit als zweistufiger Membrankompressor ausgebildet und beide Stufen haben einen gemeinsamen Membrankörper, wobei vorzugsweise ein Ventil sowohl als Druckventil der ersten Stufe, als auch als Saugventil der zweiten Stufe fungiert.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Antriebseinheit über der Fördereinheit, d.h. an einem geodätisch höher liegenden Punkt angeordnet ist.
  • Weiterhin ist es grundsätzlich von Vorteil, die Hydraulikkörper derart anzuordnen, dass die Hydraulikleitungen von den Hydraulikkörpern zur Antriebseinheit möglichst kurz und möglichst gleich lang sind, um die Einflüsse der Leitungen möglichst gering und gleichmäßig zu halten.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten werden deutlich anhand der folgenden Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele sowie der zugehörigen Figuren. Es zeigen:
    • Figur 1 eine Mehrzylindermembranmaschine gemäß der Erfindung,
    • Figur 2 eine Fördereinheit im Schnitt,
    • Figur 3 eine Fördereinheit in einer Ansicht von oben,
    • Figur 4 verschiedene Ausführungsformen der kompakten Fördereinheit,
    • Figur 5 ein Ausführungsbeispiel für die Fördereinheit eines zweistufigen Membrankompressors und
    • Figur 6 ein maßstabsgetreuer Größenvergleich zwischen einer konventionellen Membranpumpe und einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Membranpumpe.
  • Figur 1 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Mehrzylindermembranmaschine bestehend aus einer Antriebseinheit 1, einer Fördereinheit 2 und den die Fördereinheit und die Antriebseinheit verbindenden Hydraulikleitungen. Die Fördereinheit 2 setzt sich zusammen aus dem vom Förderfluid berührten Membrankörper 4, den Hydraulikkörpern 5 und den Membranen 6. Die Hydraulikkörper 5 sind an der Außenfläche des Membrankörpers 4 angebracht. Sowohl Hydraulikkörper als auch Membrankörper weisen jeweils eine Einbuchtung auf, so dass sich bei auf dem Membrankörper aufgesetzten Hydraulikkörper ein Hohlraum zwischen Membrankörper und Hydraulikkörper 5 ergibt. In diesem Hohlraum ist die Membran 6 eingebracht, die den Hohlraum in zwei Räume 16, nämlich in den Förderraum und den Hydraulikraum unterteilt. Der Förderraum wird somit im Wesentlichen durch die Membran und die im Membrankörper vorgesehene Einbuchtung gebildet, während der Hydraulikraum durch die im Hydraulikkörper gebildete Einbuchtung und die Membran gebildet wird. Wird nun der Druck im Hydraulikraum durch einen Druckanstieg in den Hydraulikleitungen 3 aufgrund der Funktion der Antriebseinheit 1 erhöht, wird sich die Membran 6 verbiegen, so dass der Hydraulikraum größer wird und der Förderraum kleiner wird. Das im Förderraum befindliche Fördermedium wird nun größtenteils über das Druckventil in die Druckleitung befördert. Fällt der Druck im Hydraulikraum wieder ab, so wird die Membran sich in die andere Richtung verformen, so dass der Förderraum ein größeres Volumen erhält. Aus der Saugleitung wird dann über das Saugventil weiteres Fördermedium in den Förderraum gebracht.
  • Die Antriebseinheit 1 enthält die normalerweise in der Fördereinheit 2 integrierten Bauelemente, dies sind im gezeigten Beispiel ein Druckbegrenzungsventil 7, ein Dauerentgasungsventil 8, ein Leckergänzungsventil 9 sowie ein Hydraulikfluidvorratsraum 10.
  • Dadurch kann die Fördereinheit äußerst kompakt gestaltet werden. Selbstverständlich wäre es möglich, falls dies eine spezielle Anwendung erfordern sollte, auch einen Teil der genannten Bauelemente in die Fördereinheit zu integrieren, auch wenn dies die Baugröße der Fördereinheit wieder vergrößern würde.
  • Die Fördereinheit ist in den Figuren 2 und 3 noch einmal vergrößert in zwei Schnittansichten dargestellt. Man erkennt, dass alle vom Förderfluid berührten Bauteile in einem Membrankörperblock 4 angeordnet sind. Die Hydraulikkörper 5 sind an dessen Peripherie so angeordnet, dass die Membranen 6 mit geringem Aufwand, d.h. ohne Demontage der fluidberührten Bauteile, ausgetauscht werden können.
  • Die Saugventile 11 und Druckventile 12 sind jeweils durch ein Sammelstück 13 mit dem Membrankörper verbunden, so dass die üblichen teueren Sammelrohrleitungen entfallen können und die Ventile zudem leicht zugänglich sind.
  • Figur 4 zeigt verschiedene Ausgestaltungen der Fördereinheit in Schnittansichten, bei denen der Membrankörperblock 4 entweder einstückig (siehe die obersten 3 Ausführungsformen der linken Seite der Figur 4) oder bestehend aus Einzelteilen 14, die durch ein Verbindungsstück 15 zu einem Block zusammengefasst sind, ausgeführt ist. Dabei ist die in Figur 4 links oben dargestellte Ausführungsform nicht Teil der Erfindung, da sie nur zwei Membrane aufweist.
  • Bei all diesen Ausführungsformen existiert ein Zentrum, um das die einzelnen Hydraulikkörper 5 angeordnet sind. Die Hydraulikkörper liegen somit alle in einer Ebene.
  • Als weitere Ausführungsvariante ist in Figur 5 eine für Membrankompressoren vorgesehene Konstruktion gezeigt, bei der die Membrankörper 4 ein zweistufiges Ventil bilden, wobei das Druckventil der Stufe 1, die durch das erste Membrankörperelement 21 gebildet wird, und das Saugventil der Stufe 2, die durch das zweite Membrankörperelement 22 gebildet wird, durch ein einziges Ventil 17 verwirklicht wird. Dadurch lassen sich im Gegensatz zu üblichen Konstruktionen eine besonders kompakte, material- und gewichtsparende Bauweise und minimale schädliche Räume im Förderraum des Membrankörpers 4 realisieren.
  • Um die Vorzüge der Erfindung deutlich zu machen, ist in Figur 6 ein maßstabsgetreuer Vergleich zwischen einer konventionellen Membranpumpe mit Kurbeltriebwerk 19 (linke Seite der Figur 6) und einer erfindungsgemäßen Membranpumpe 20 mit einem Exzenterkulissentriebwerk gleicher Förderleistung (rechte Seite der Figur 6)gezeigt. Man erkennt deutlich, dass die Fördereinheit deutlich kompakter ausgebildet ist, so dass sie auch bei engem Platzbedarf verwendet werden kann. Die Antriebseinheit kann dann über die Hydraulikleitungen getrennt angeordnet werden.
  • In der Regel werden die von der Antriebseinheit gelieferten, pulsierenden Hydraulikfluidströme für alle Druckräume der Membrankörper gleich sein und die Arbeitsräume werden das gleiche Volumen aufweisen.
  • Dennoch kann es für bestimmte Anwendungsfälle von Vorteil sein, wenn die Schöpfräume ungleiche Volumen aufweisen und mit Hydraulikfluidströmen unterschiedlicher Stärke beaufschlagt werden.
  • Weiterhin ist es von Vorteil, wenn der Anschluss der Verbindungsleitung zwischen Fördereinheit 2 und Antriebseinheit 1 an der geodätisch höchsten Stelle des Hydraulikraums 5 angeordnet ist.
  • Weiterhin kann es von Vorteil sein, wenn die in der Antriebseinheit 1 angeordneten Leckergänzungsventile 9 mittels einer Rohrleitung oder einem Schlauch 18 mit dem Hydraulikraum 5 der Fördereinheit 2 verbunden sind.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Antriebseinheit
    2
    Fördereinheit
    3
    Hydraulikleitung
    4
    Membrankörper
    5
    Hydraulikkörper
    6
    Membran
    7
    Druckbegrenzungsventil
    8
    Dauerentgasungsventil
    9
    Leckergänzungsventil
    10
    Hydraulikfluidvorratsraum
    11
    Saugventil
    12
    Druckventil
    13
    Sammelstück
    14
    Einzelteile
    15
    Verbindungsstück
    16
    Räume
    17
    Ventil
    18
    Schlauch
    19
    Kurbeltriebwerk
    20
    Membranpumpe
    21
    erstes Membrankörperelement
    22
    zweites Membrankörperelement
    23
    Saugventil der ersten Stufe
    24
    Druckventil der zweiten Stufe

Claims (8)

  1. Mehrzylinder-Membranmaschine mit mindestens drei hydraulisch angetriebenen Membranen (6) bestehend aus:
    einer Antriebseinheit (1) zur Erzeugung von zumindest drei pulsierenden Hydraulikfluidströmen zum Antrieb der Membrane (6) und einer Fördereinheit (2) zur Förderung eines Fördermediums mit mindestens drei Förderräumen, deren Volumina durch die Bewegung von jeweils einer Membran (6) verändert werden können, wobei jeder Förderraum über ein Druckventil (12) mit einer Druckleitung und über ein Saugventil (11) mit einer Saugleitung verbunden ist, wobei die Fördereinheit (2) aus einem Membrankörper (4), in welchem die Druck- und die Saugleitung angeordnet sind und mindestens drei Hydraulikkörpern (5) besteht, wobei jeder Hydraulikkörper (5) mit der Antriebseinheit (1) verbunden ist, wobei zwischen jedem Hydraulikkörper (5) und dem Membrankörper (4) ein Hohlraum gebildet wird, in dem eine der Membrane (6) angeordnet ist, so dass durch Erzeugen der pulsierenden Hydraulikfluidströme die Membrane (6) innerhalb der Hohlräume bewegt werden und ein Fördermedium periodisch von der Saugleitung in die Druckleitung überführt wird.
  2. Mehrzylinder-Membranmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulikkörper (5) an der Außenseite des Membrankörpers (4) angeordnet sind, so dass durch Demontage des Hydraulikkörpers (5) von dem Membrankörper (4) auf die Membran (6) zugegriffen und diese gegebenenfalls ausgetauscht werden kann.
  3. Mehrzylinder-Membranmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Membrankörper (4) einen zentralen Block bildet, wobei der Membrankörper (4) entweder einstückig ausgebildet ist oder aus mehreren Teilen (14) besteht, die zusammen mit einem Verbindungsstück einen zentralen Block bilden.
  4. Mehrzylinder-Membranmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Steuerung und Überwachung der Membranmaschine vorgesehenen Bauelemente, wie z. B. ein Druckbegrenzungsventil (7), ein Dauerentgasungsventil (8), ein Leckergänzungsventil (9) oder ein Hydraulikfluidvorratsraum (10) in der Antriebseinheit (1) angeordnet sind.
  5. Mehrzylinder-Membranmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass alle Saugleitungen und alle Druckleitungen im oder am Membrankörper (4), vorzugsweise jeweils in einem Sammelstück (13), miteinander verbunden sind, so dass der Membrankörper (4) nach außen nur mit einer Druckleitung und nur mit einer Saugleitung verbunden ist.
  6. Mehrzylinder-Membranmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (1) derart ausgestaltet ist, dass den Membranen (6) pulsierende Hydraulikfluidströme unterschiedlicher Stärke zugeführt werden.
  7. Mehrzylinder-Membranmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinheit (2) als 2-stufiger Membrankompressor ausgebildet ist und beide Stufen einen gemeinsamen Membrankörper haben, wobei vorzugsweise ein Ventil sowohl als Druckventil (24) der ersten Stufe als auch als Saugventil (23) der zweiten Stufe dient.
  8. Mehrzylinder-Membranmaschine nach einem der Ansprüche.1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinheit (2) eine Oberseite, eine Unterseite und umlaufende Seitenflächen aufweist und die Hydraulikkörper (5) an den umlaufenden Seitenflächen angeordnet sind, wobei vorzugsweise die Antriebseinheit (1) über der Fördereinheit (2) angeordnet ist.
EP10737345.8A 2009-08-11 2010-08-03 Membranmaschine Active EP2464868B1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

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