EP3519696B1 - Pumpenmembran - Google Patents

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EP3519696B1
EP3519696B1 EP17772683.3A EP17772683A EP3519696B1 EP 3519696 B1 EP3519696 B1 EP 3519696B1 EP 17772683 A EP17772683 A EP 17772683A EP 3519696 B1 EP3519696 B1 EP 3519696B1
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EP
European Patent Office
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pump
rubber
fluid
membrane according
pump membrane
Prior art date
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EP17772683.3A
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EP3519696A1 (de
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Maria del Mar DIEZ DIAZ
Rudolf Randler
Raphael KÄLIN
Norbert Haberland
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Daetwyler Schweiz AG
Original Assignee
Daetwyler Schweiz AG
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B43/00—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members
    • F04B43/0009—Special features
    • F04B43/0054—Special features particularities of the flexible members
    • 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
    • F04B15/00—Pumps adapted to handle specific fluids, e.g. by selection of specific materials for pumps or pump parts
    • F04B15/02—Pumps adapted to handle specific fluids, e.g. by selection of specific materials for pumps or pump parts the fluids being viscous or non-homogeneous
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2225/00—Synthetic polymers, e.g. plastics; Rubber
    • F05C2225/02—Rubber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2225/00—Synthetic polymers, e.g. plastics; Rubber
    • F05C2225/06—Polyamides, e.g. NYLON
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2225/00—Synthetic polymers, e.g. plastics; Rubber
    • F05C2225/08—Thermoplastics

Definitions

  • the invention relates to a pump membrane, in particular a metering pump membrane, for a membrane pump for conveying a fluid.
  • a diaphragm pump for conveying fluids has as an essential element a pump diaphragm which comprises a circular functional area and a peripheral clamping edge surrounding the functional area. It is attached to the diaphragm pump with the clamping edge.
  • the drive of the pump is separated from the fluid in the pump chamber by the pump membrane.
  • the circular functional area of the pump diaphragm is deflected or deflected in the operating state either hydraulically, pneumatically, mechanically or electromagnetically, essentially along a longitudinal axis running through the center of the functional area. driven.
  • Mechanically driven pump diaphragms typically have a flexible diaphragm body made of rubber and a solid core partially embedded therein with a connection device for the drive.
  • the fixed core is driven by an electric motor via a connecting rod and an eccentric.
  • the pumping action is then achieved or respectively by the periodic deflection of the pump membrane. of the circular functional area of the pump diaphragm essentially along the longitudinal axis of the pump diaphragm running through the center of the functional area, that is, the deflection is not exactly axial, but the pump diaphragm also experiences a lateral or lateral movement depending on the geometric configuration of the driving components. tumbling deflection.
  • the solid core is made of metal or plastic and provided with an adhesion promoter, which forms a more or less solid connection layer between the core and the rubber of the membrane body.
  • Such pump membranes are used, inter alia, in metering pumps, for example for dialysis machines, in which a specific, constant volume of fluid has to be conveyed in each pump cycle. More similar examples of pump diaphragms are out EP1479910 , DE19829084 , DE29612117 , DE102010009670 and DE10050274 .
  • the pump diaphragm for a diaphragm pump for conveying a fluid comprises a solid core with a connection device for a drive rod of the diaphragm pump and a plate-shaped, elastic diaphragm body made of rubber with a peripheral clamping edge.
  • the solid core is at least partially embedded in the membrane body.
  • the solid core is made of a thermoplastic material and forms covalent bonds with the elastic membrane body made of rubber without any adhesion promoter.
  • thermoplastic plastic and the rubber are selected in such a way that they enter into or form a direct, adhesive-free chemical plastic-rubber bond at their boundary layer to one another during the production of the pump diaphragm.
  • Plastic and rubber are covalently linked to one another at the boundary layer. In this way, there is no connection layer between the core and the membrane body that is susceptible to weakening or destruction.
  • the core is first made of plastic and then the rubber is vulcanized directly onto the core.
  • the rubber is vulcanized, the covalent bonds are also formed at the interface between the plastic and the rubber.
  • the rubber can be a peroxidically crosslinked rubber, in particular peroxidically crosslinked ethylene-propylene-diene rubber (EPDM).
  • EPDM peroxidically crosslinked ethylene-propylene-diene rubber
  • the plastic can be a polyamide 612 or a polyphenylene ether, in particular poly-2,6-dimethyl-1,4-phenylene ether.
  • plastic-rubber-material pairings are: polyamide 612 (such as, for example, marketed under the trade name Vestamid DX 9325 "ISO 1874-1 PA612, MH, 14-100, GF40" by Evonik Industries AG) or polyphenylene ether, in particular poly-2 , 6-dimethyl-1,4-phenylene ether (such as, for example, marketed under the trade name Vestoran 1900 GF20 by Evonik Industries AG) together with a peroxidically crosslinked ethylene-propylene-diene rubber (EPDM).
  • polyamide 612 such as, for example, marketed under the trade name Vestamid DX 9325 "ISO 1874-1 PA612, MH, 14-100, GF40” by Evonik Industries AG
  • polyphenylene ether in particular poly-2 , 6-dimethyl-1,4-phenylene ether (such as, for example, marketed under the trade name Vestoran 1900 GF20 by Evonik Industries AG) together with a peroxidically crosslinked
  • the rubber can be a silicone rubber or fluorosilicone rubber (MVQ / FMQV) and the plastic can be a polybutylene terephthalate (PBT).
  • MVQ / FMQV fluorosilicone rubber
  • PBT polybutylene terephthalate
  • the core can also have a shape that is optimized for mechanical anchoring, as will be explained below. Both the characteristics of the chemical as well as the mechanical anchoring can also be regarded as independent inventions, which solve the same task of improved functionality and longevity.
  • the solid core can comprise a plate-shaped anchoring plate with a plurality of through openings.
  • the through openings are generally arranged in a ring around the longitudinal axis of the pump membrane.
  • a particularly good mechanical anchoring of the membrane body on the core can be achieved in that the passage openings, viewed from the side facing away from the fluid in the direction of the side facing the fluid, each have at least one narrowing of the Have cross-section. This means that when the drive is pulled, the force is better transferred from the core to the membrane body.
  • the constriction can be designed as a circumferential shoulder or flange and is usually applied approximately in the middle of the through opening.
  • the circumferential shoulder or flange can have interruptions so that the constriction is formed by a plurality of longitudinal ribs.
  • the constriction can also be formed by a conical through opening.
  • the anchoring plate can be at least partially embedded in the membrane body, whereby it is always completely covered by the membrane body on the fluid side. On the side facing away from the fluid, it can be partially exposed, i.e. not be completely covered by the membrane body.
  • the solid core can comprise a plate-shaped anchoring plate which, on the side facing away from the fluid, has an annular groove in which a plurality of through openings are arranged. In the case of the pump diaphragm, this groove and the passage openings are completely filled by the diaphragm body. This means that when the drive is pulled, the force is better transferred from the core to the membrane body.
  • a radially outer wall of the groove can have a smaller height than a radially inner wall, so that a peripheral edge of the anchoring plate is completely surrounded by the membrane body.
  • the annular groove can be combined with the above-described annularly arranged through openings with a constriction.
  • the core can have a pin, on whose end facing away from the fluid the connection device is arranged.
  • the pin can have a central blind hole on the side facing the fluid, which is filled by the membrane body.
  • connection device can be a threaded metallic insert. This can be molded directly with the core. Alternatively, the connection device can also be formed in one piece with the core.
  • Fig. 1 shows a perspective view of a pump diaphragm 1 for a diaphragm pump, in particular a metering diaphragm pump, for conveying a fluid.
  • Fig. 2 shows a sectional view through the pump membrane from Fig. 1 .
  • the pump diaphragm 1 comprises a plate-shaped, elastic diaphragm body 2 made of rubber with a circular functional area 8 and a peripheral clamping edge 6 that encircles a longitudinal axis A of the pump diaphragm 1.
  • the pump membrane 1 is held in a sealing manner with the clamping edge 6 in a pump housing to delimit a pump chamber in which the fluid to be pumped flows.
  • the clamping edge 6 is T-shaped in cross section. Other shapes are also possible.
  • the pump membrane 1 further comprises a solid core 3 which is at least partially embedded in the membrane body 2 and on the fluid side, i.e. towards the pump chamber, is completely covered by the membrane body 2.
  • the core 3 On the side facing away from the fluid, the core 3 has a connection device 4 which can be effectively connected to the drive of the diaphragm pump for deflecting the pump diaphragm 1 along the longitudinal axis A.
  • the core 3 is made in one piece from a thermoplastic material, which forms covalent bonds with the elastic membrane body 2 made of rubber without any adhesion promoter.
  • the thermoplastic material can be a polyamide 612 or a polyphenylene ether, in particular poly-2,6-dimethyl-1,4-phenylene ether, which has covalent bonds with peroxidically crosslinked rubber, preferably peroxidically crosslinked ethylene-propylene-diene rubber (EPDM) comes in.
  • EPDM peroxidically crosslinked ethylene-propylene-diene rubber
  • a silicone rubber or fluorosilicone rubber (MVQ / FMQV) can be used as the rubber and a polybutylene terephthalate (PBT) as the plastic.
  • PBT polybutylene terephthalate
  • the core 3 comprises an anchoring plate 5, which is at least partially covered by the membrane body 2 on the side facing away from the fluid.
  • the core 3 further comprises a pin 7, and the connection device 4 is not arranged directly in the anchoring plate 5, but rather on the end of the pin 7 facing away from the fluid.
  • connection device 4 is a separate part, e.g. in the form of a threaded insert, fixed in the core.
  • the core 7 can also be polygonal at the end facing away from the fluid, so that it can be screwed tightly to a drive rod with a fork wrench.
  • the pump membrane 1 can be produced by injection molding, for example by a two-component injection molding process, in which first the solid core 3 and then the membrane body 2 are injected will.
  • a metallic connection device 4 for example in the form of a threaded insert, can be overmolded directly with the core material.
  • FIGS. 3 and 4 show a perspective exploded view of the side facing away from the fluid, respectively. the side of the solid core 3 facing the fluid.
  • FIG. 5 FIG. 11 shows a perspective partial sectional view of the pump membrane 1 from FIG Figs. 1 and 2 with the core Figures 3 and 4 .
  • the anchoring plate 5 has an inner ring made up of several inner through-openings 51 arranged around the longitudinal axis A. As in Fig. 2 and in Fig. 5 It can be seen that the inner through-openings 51 for mechanical anchoring of the core 3 in the membrane body 2 each have a circumferential shoulder so that they are narrowed on the fluid side.
  • the anchoring plate 5 also has a circumferential groove 52 on the side facing away from the fluid, in which an outer ring made of several outer through openings 53 is arranged.
  • the outer wall 54 of the groove 52 has a low height than the inner wall 55 of the groove 52, so that in the finished pump membrane 1, the membrane body 2 encloses the peripheral edge of the anchoring plate 5 with its outer wall 54 and the groove 52 together with the outer through-openings 53 are completely filled.
  • the core 3 has a central opening 31 on the fluid side which, together with the connection device, forms a blind hole.
  • this blind hole is also filled with the rubber of the diaphragm body 2.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Reciprocating Pumps (AREA)

Description

    Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft eine Pumpenmembran, insbesondere Dosierpumpenmembran, für eine Membranpumpe zur Förderung eines Fluides.
    • Technischer Hintergrund
  • Eine Membranpumpe zur Förderung von Fluiden weist als wesentliches Element eine Pumpenmembran auf, welche einen kreisförmigen Funktionsbereich und einen den Funktionsbereich umgebenden peripheren Einspannrand umfasst. Mit dem Einspannrand ist sie in der Membranpumpe befestigt. Dabei ist der Antrieb der Pumpe durch die Pumpenmembran vom Fluid in der Pumpenkammer getrennt. Zur Förderung des Fluids wird der kreisförmiger Funktionsbereich der Pumpenmembran im Betriebszustand entweder hydraulisch, pneumatisch, mechanisch oder elektromagnetisch im Wesentlichen entlang einer durch das Zentrum des Funktionsbereichs verlaufenden Längsachse ausgelenkt resp. angetrieben.
  • Mechanisch angetriebene Pumpenmembranen weisen typischerweise einen flexiblen Membrankörper aus Kautschuk und einen teilweise darin eingebetteten festen Kern mit einer Anschlusseinrichtung für den Antrieb auf. Der feste Kern ist in den meisten Fällen über eine Pleuelstange und einen Exzenter von einem Elektromotor angetrieben. Die Pumpwirkung wird dann durch die periodisch Auslenkung der Pumpenmembran erzielt resp. des kreisförmigen Funktionsbereichs der Pumpenmembran im Wesentlichen entlang der durch das Zentrum des Funktionsbereichs verlaufenden Längsachse der Pumpenmembran, d.h. die Auslenkung ist nicht exakt axial, sondern die Pumpenmembran erfährt je nach geometrischer Ausgestaltung der antreibenden Komponenten in der Regel auch eine seitliche resp. taumelnde Auslenkung.
  • Bei den bekannten, mechanisch angetriebenen Pumpenmembranen, z.B. aus US2011311379 , ist der feste Kern aus Metall oder Kunststoff gefertigt und mit einem Haftvermittler versehen, welcher eine mehr oder weniger feste Verbindungsschicht zwischen dem Kern und dem Kautschuk des Membrankörper ausbildet. Derartige Pumpenmembranen werden unter anderem in Dosierpumpen z.B. für Dialysegeräte verwendet, bei welchen in jedem Pumpzyklus ein bestimmtes, gleichbleibendes Fluidvolumen gefördert werden muss. Weitere ähnliche Beispiele für Pumpenmembranen sind aus EP1479910 , DE19829084 , DE29612117 , DE102010009670 und DE10050274 .
  • Es hat sich nun bei Versuchen durch die Anmelderin gezeigt, dass beispielsweise bei Pumpenmembranen, die in Dialysegeräten verwendet werden, die geförderten Medien, z.B. auch bei der Reinigung der Pumpe verwendete Desinfektionsmittel, mit der Zeit durch den Kautschuk bis in die Grenzschicht zwischen Kern und Membrankörper diffundieren können und dabei die Verbindungsschicht langsam zerstören und somit die Verbindung zwischen Kern und Membrankörper über die Zeit schwächen. Dies führt dann zu zunehmenden Ungenauigkeiten des Pumpvolumens, weil der Kern nicht mehr fest im Membrankörper verankert ist und beim Zurückziehen des Kern der flexible Membrankörper nicht mehr gleichmässig und vollständig zurückbeweget wird. Die fortschreitende Zerstörung der Verbindung zwischen Kern und Membrankörper führt schliesslich bis zum kompletten Versagen der Pumpenmembran resp. zum Verlust der Pumpleistung.
  • Dasselbe Problem besteht auch bei Membranpumpen zur Förderung von aggressiven Fluiden, wie beispielsweise Lösungsmittel oder lösungsmittelenthaltende Fluide. Auch beim Pumpenmembranen die mit sehr relativ hohen Frequenzen von 50 Hz oder mehr betrieben werden, kann die starke Belastung zu einer zunehmenden Zerstörung der Verbindung zwischen Kern und Membrankörper führen.
  • Aus EP1892414 ist eine Lösung bekannt, bei welcher die Pumpenmembran fluidseitig mit einer als Permeationsbarriere ausgebildeten Sperrschicht versehen ist. Eine solche Pumpenmembran weist jedoch einen wesentlich komplexeren Aufbau auf und ist entsprechen kostspielig in der Herstellung.
    • Darstellung der Erfindung
  • Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Pumpenmembran anzugeben, bei welcher eine Schwächung oder Zerstörung der Verbindung zwischen Kern und Membrankörper verhindert oder zumindest stark verzögert ist, und so eine zeitabhängige Veränderung des Fördervolumens nicht auftritt oder zumindest stark verzögert ist.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Pumpenmembran mit den Merkmalen des Anspruch 1 gelöst.
  • Die Pumpenmembran für eine Membranpumpe zur Förderung eines Fluides umfasst einen festen Kern mit einer Anschlusseinrichtung für eine Antriebsstange der Membranpumpe und einen tellerförmigen, elastischen Membrankörper aus Kautschuk mit einem peripheren Einspannrand. Der feste Kern ist wenigstens teilweise im Membrankörper eingebettet. Weiter ist der feste Kern aus einem thermoplastischen Kunststoff gefertigt und bildet haftvermittlerfrei mit dem elastischen Membrankörper aus Kautschuk kovalente Bindungen aus.
  • D.h. der thermoplastische Kunststoff und der Kautschuk sind derart gewählt, dass sie bei der Herstellung der Pumpenmembran an deren Grenzschicht zueinander eine direkte, haftvermittlerfreie chemische Kunststoff-Kautschuk-Bindung eingehen resp. Kunststoff und Kautschuk an der Grenzschicht kovalent miteinander vernetzt sind. Eine für Schwächung oder Zerstörung anfällige Verbindungsschicht zwischen Kern und Membrankörper ist auf diese Weise nicht vorhanden.
  • Zu Herstellung einer solchen Pumpenmembran wird erst der Kern aus Kunststoff gefertigt und anschliessend der Kautschuk direkt am Kern ausvulkanisiert. Bei der Vulkanisierung des Kautschuks entstehen auch an der Grenzschicht zwischen Kunststoff und Kautschuk die kovalenten Bindungen. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • In einigen Ausführungsformen kann der Kautschuk ein peroxidisch vernetzter Kautschuk sein, insbesondere peroxidisch vernetzter Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM).
  • In einigen Ausführungsformen kann der Kunststoff ein Polyamid 612 oder ein Polyphenylenether, insbesondere Poly-2,6-dimethyl-1,4-phenylenether, sein.
  • Besonders geeignete Kunststoff-Kautschuk-Material-Paarungen sind: Polyamid 612 (wie z.B. unter dem Handelsnamen Vestamid DX 9325 "ISO 1874-1 PA612, MH, 14-100, GF40" von Evonik Industries AG vermarktet) oder Polyphenylenether, insbesondere Poly-2,6-dimethyl-1,4-phenylenether (wie z.B. unter dem Handelsnamen Vestoran 1900 GF20 von Evonik Industries AG vermarktet) zusammen mit einem peroxidisch vernetzten Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM).
  • In einigen Ausführungsformen kann der Kautschuk eine Silikonkautschuk oder Fluor-Silikonkautschuk (MVQ/FMQV) und der Kunststoff ein Polybutylenterephthalat (PBT) sein.
  • Neben der verbesserten chemischen Verankerung des Kerns innerhalb des Membrankörpers kann auch der Kern eine für eine mechanische Verankerung optimierte Form aufweisen, wie im Folgenden erläutert wird. Sowohl die Merkmale der chemischen wie auch der mechanischen Verankerung können auch als eigenständige Erfindungen betrachten werden, welche die gleiche Aufgabe der verbesserten Funktionalität und Langlebigkeit lösen. Die Kombination der chemischen Verankerung mit der im Folgenden dargestellten mechanischen Verankerung zeigen jedoch einen synergistischen Effekt indem durch die Merkmale der mechanischen Verankerung die Gesamtfläche der Grenzschicht zwischen Kern und Membrankörper wesentlich vergrössert ist.
  • In einigen Ausführungsformen kann der feste Kern eine tellerförmige Verankerungsplatte mit mehreren Durchgangsöffnungen umfassen. Die Durchgangsöffnungen sind in der Regel ringförmig um die Längsachse der Pumpenmembran angeordnet. Eine besonders gute mechanische Verankerung des Membrankörpers am Kern kann erreicht werden, indem die Durchgangsöffnungen von der fluidabgewandten Seite in Richtung der fluidzugewandten Seite gesehen jeweils mindestens eine Verengung des Querschnitts aufweisen. Dadurch wird bei einer Zugbewegung des Antriebs die Kraft vom Kern besser auf den Membrankörper übertragen.
  • Die Verengung kann als umlaufender Absatz oder Flansch ausgebildet sein und setzt in der Regel etwa mittig in der Durchgangsöffnung an. Der umlaufende Absatz oder Flansch kann Unterbrechungen aufweisen, so dass die Verengung durch mehrere Längsrippen ausgebildet ist. Die Verengung kann auch durch eine konische Durchgangsöffnung ausgebildet sein.
  • Die Verankerungsplatte kann wenigstens teilweise im Membrankörper eingebettet sein, wobei sie fluidseitig immer vollständig vom Membrankörper überdeckt ist. An der fluidabgewandten Seite kann sie teilweise freiliegend sein, d.h. nicht vollständig vom Membrankörper überdeckt sein.
  • In einigen Ausführungsformen kann der feste Kern eine tellerförmige Verankerungsplatte umfassen, die an der fluidabgewandten Seite eine ringförmige Nut aufweist, in welcher mehrere Durchgangsöffnungen angeordnet sind. Diese Nut und die Durchgangöffnungen sind bei der Pumpenmembran vollständig vom Membrankörper ausgefüllt. Dadurch wird bei einer Zugbewegung des Antriebs die Kraft vom Kern besser auf den Membrankörper übertragen.
  • Weiter kann eine radial äussere Wand der Nut eine geringere Höhe aufweisen als eine radial innere Wand, so dass ein peripherer Rand der Verankerungsplatte vollständig vom Membrankörper umgeben ist.
  • Die ringförmige Nut kann mit den oben beschriebenen ringförmig angeordneten Durchgangsöffnungen mit Verengung kombiniert sein.
  • In einigen Ausführungsformen kann der Kern einen Zapfen aufweisen, an dessen fluidabgewandten Ende die Anschlusseinrichtung angeordnet ist. Der Zapfen kann an der fluidzugewandten Seite ein zentrales Sackloch aufweisen, welches durch den Membrankörper ausgefüllt ist.
  • In einigen Ausführungsformen kann die Anschlusseinrichtung ein metallischer Gewindeeinsatz sein. Dieser kann direkt mit dem Kern umspritzt sein. Alternativ kann die Anschlusseinrichtung auch einstückig mit dem Kern ausgebildet sein.
    • Kurze Erläuterung zu den Figuren
  • Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der(n) Zeichnung(en) näher erläutert werden. Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine perspektivische Ansicht auf die fluidabgewandten Seite einer Pumpenmembran mit festem Kern und elastischem Membrankörper;
    Fig. 2
    eine Schnittdarstellung der Pumpenmembran;
    Fig. 3
    eine perspektivische Ansicht auf die fluidabgewandte Seite eines festen Kerns der Pumpenmembran;
    Fig. 4
    eine perspektivische Ansicht auf die fluidzugewandte Seite des festen Kern; und
    Fig. 5
    eine perspektivische teilweise Schnittdarstellung der Pumpenmembran.
    Wege zur Ausführung der Erfindung
  • Fig. 1 zeigt perspektivische Ansicht einer Pumpenmembran 1 für eine Membranpumpe, insbesondere eine Dosiermembranpumpe, zur Förderung eines Fluides. Fig. 2 zeigt eine Schnittdarstellung durch die Pumpenmembran aus Fig. 1. Die Pumpenmembran 1 umfasst einen tellerförmigen, elastischen Membrankörper 2 aus Kautschuk mit einem kreisförmigen Funktionsbereich 8 und einem peripheren, eine Längsachse A der Pumpenmembran 1 umlaufenden Einspannrand 6. Die Längsachse A verläuft durch das Zentrum des kreisförmigen Funktionsbereichs 8 und parallel zur Auslenkrichtung der Pumenpenmembran1. Die Pumpenmembran 1 ist im eingebauten Zustand mit dem Einspannrand 6 in einem Pumpengehäuse zur Abgrenzung eines Pumpraums, in welchem das zu pumpende Fluid fliesst, dichtend gehalten. In der gezeigten Ausführungsform ist der Einspannrand 6 im Querschnitt T-förmig ausgestaltet. Andere Formen sind auch möglich.
  • Weiter umfasst die Pumpenmembran 1 einen festen Kern 3, welcher wenigstens teilweise im Membrankörper 2 eingebettet und fluidseitig, d.h. zum Pumpraum hin, vollständig durch den Membrankörper 2 überdeckt ist. An der fluidabgewandten Seite weist der Kern 3 eine Anschlusseinrichtung 4 auf, welche mit dem Antrieb der Membranpumpe zur Auslenkung Pumpenmembran 1 entlang der Längsachse A wirkverbindbar ist.
  • Zur chemischen Verankerung des Kerns 3 im Membrankörper 2 ist der Kern 3 einstückig aus einem thermoplastischen Kunststoff gefertigt, welcher haftvermittlerfrei mit dem elastischen Membrankörper 2 aus Kautschuk kovalente Bindungen ausbildet. Der thermoplastische Kunststoff kann ein Polyamid 612 oder ein Polyphenylenether, insbesondere Poly-2,6-dimethyl-1,4-phenylenether, sein, welches mit peroxidisch vernetztem Kautschuk, vorzugsweise peroxidisch vernetzter Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM), kovalente Bindungen eingeht. Die kovalenten Bindungen entstehen während der Vulkanisierung des Kautschuks.
  • Alternativ kann als Kautschuk ein Silikonkautschuk oder Fluor-Silikonkautschuk (MVQ/FMQV) und als Kunststoff ein Polybutylenterephthalat (PBT) verwendet werden.
  • Zur mechanischen Verankerung umfasst der Kern 3 eine Verankerungsplatte 5, welche an der fluidabgewandten Seite wenigstens teilweise vom Membrankörper 2 überdeckt ist. In der gezeigten Ausführungsform umfasst der Kern 3 weiter einen Zapfen 7, und die Anschlusseinrichtung 4 ist nicht direkt in der Verankerungsplatte 5 angeordnet sondern am fluidabgewandten Ende des Zapfens 7.
  • Weiter ist in der gezeigten Ausführungsform die Anschlusseinrichtung 4 als separates Teil, z.B. in der Form eines Gewindeeinsatzes, im Kern fixiert. Der Kern 7 kann am fluidabgewandten Ende zudem mehrkantig ausgebildet sein, so dass er mit einem Gabelschüssel an einer Antriebstange festschraubbar ist.
  • Die Pumpenmembran 1 kann spritzgusstechnisch hergestellt sein, beispielsweise durch ein Zwei-Komponenten-Spritzgussverfahren, bei welchem erst der feste Kern 3und anschliessend der Membrankörper 2 gespritzt werden. Dabei kann eine metallische Anschlusseinrichtung 4, z.B. in Form eines Gewindeeinsatzes, direkt mit dem Kernmaterial umspritzt sein.
  • Fig. 3 und Fig. 4 zeigen eine perspektivische Explosionsdarstellung auf die fluidabgewandte Seite resp. die fluidzugewandte Seite des festen Kerns 3. Fig. 5 zeigt eine perspektivische teilweise Schnittdarstellung der Pumpenmembran 1 aus Fig. 1 und 2 mit dem Kern aus Fig. 3 und 4. Die Verankerungsplatte 5 weist einen inneren Ring aus mehreren um die Längsachse A angeordneten inneren Durchgangsöffnungen 51 auf. Wie in Fig. 2 und in Fig. 5 erkennbar weisen die inneren Durchgangsöffnungen 51 zur mechanischen Verankerung des Kerns 3 im Membrankörper 2 jeweils einen umlaufenden Absatz auf, so dass sie fluidseitig verengt sind. Die inneren Durchgangsöffnungen 51 der Verankerungsplatte 5 sind bei der fertigen Pumpenmembran 1 vollständig mit dem Kautschuk des Membrankörpers ausgefühlt. Als zusätzliche mechanische Verankerung weist die Verankerungsplatte 5 weiter auf der fluidabgewandten Seite eine umlaufende Nut 52 auf, in welcher ein äusserer Ring aus mehreren äusseren Durchgangsöffnungen 53 angeordnet ist. Zudem wiest in der gezeigten Ausführungsform die äussere Wand 54 der Nut 52 eine geringer Höhe die innere Wand 55 der Nut 52 auf, so dass bei der fertigen Pumpenmembran 1 der Membrankörper 2 den peripheren Rand der Verankerungsplatte 5 mit dessen äusseren Wand 54 umschliesst und die Nut 52 zusammen mit den äusseren Durchgangsöffnungen 53 vollständig ausfüllt.
  • Weiter weist der Kern 3 eine fluidseitig eine zentrale Öffnung 31 auf, welche zusammen mit der Anschlusseinrichtung eine Sackloch ausbildet. In der fertigen Pumpenmembran 1 ist dieses Sackloch ebenfalls mit dem Kautschuk des Membrankörpers 2 ausgefüllt. Die beschrieben Strukturen des Kern 2 (Durchgangsöffnungen, Nut, Sackloch) führen alle zu einer Vergrösserung der Verbindungsfläche zwischen Kern 3 und Membrankörper 2, was insbesondere bei der voran beschriebenen chemischen Verankerung zu einer wesentlich dauerhafteren und stärkeren Befestigung des Kerns 3 im Membrankörper 2 führt.
    • Bezeichnungsliste
    • 1
    Pumpenmembran
    2
    Membrankörper
    3
    Kern
    4
    Anschlusseinrichtung
    5
    Verankerungsplatte
    6
    Einspannrand
    7
    Zapfen
    8
    Funktionsbereich
    31
    zentrale Öffnung / zentrales Sackloch
    51
    innere Durchgangsöffnungen
    52
    umlaufende Nut
    53
    äussere Durchgangsöffnungen
    54
    äussere Wand
    55
    innere Wand
    A
    Längsachse

Claims (9)

  1. Pumpenmembran (1) für eine Membranpumpe zur Förderung eines Fluides umfassend einen festen Kern (3) mit einer Anschlusseinrichtung (4) für eine Antriebsstange der Membranpumpe und einen tellerförmigen, elastischen Membrankörper (2) aus Kautschuk mit einem peripheren Einspannrand (6), wobei der feste Kern (3) wenigstens teilweise im Membrankörper (2) eingebettet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der feste Kern (3) aus einem thermoplastischem Kunststoff gefertigt ist und haftvermittlerfrei mit dem elastischen Membrankörper (2) aus Kautschuk kovalente Bindungen ausbildet.
  2. Pumpenmembran nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kautschuk ein peroxidisch vernetzter Kautschuk ist, insbesondere peroxidisch vernetzter Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM).
  3. Pumpenmembran nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff ein Polyamid 612 oder ein Polyphenylenether, insbesondere Poly-2,6-dimethyl-1,4-phenylenether, ist.
  4. Pumpenmembran nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kautschuk ein Silikonkautschuk oder Fluor-Silikonkautschuk (MVQ/FMQV) und der Kunststoff ein Polybutylenterephthalat (PBT) ist.
  5. Pumpenmembran nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der feste Kern (3) eine tellerförmige Verankerungsplatte (5) umfasst, wobei die Verankerungsplatte (5) mehreren ringförmig um die Längsachse (A) der Pumpenmembran (1) angeordnete Durchgangsöffnungen (51) aufweist, die von einer fluidabgewandten Seite in Richtung einer fluidzugewandten Seite gesehen jeweils eine Verengung des Querschnitts aufweisen.
  6. Pumpenmembran nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der feste Kern (3) eine tellerförmige Verankerungsplatte (5) umfasst, wobei die Verankerungsplatte (5) an einer fluidabgewandten Seite eine ringförmige Nut (52) aufweist und in der Nut (52) mehrere Durchgangsöffnungen (53) angeordnet sind.
  7. Pumpenmembran nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der feste Kern (3) einen Zapfen (7) aufweist, der an einem fluidabgewandten Ende die Anschlusseinrichtung (4) angeordnet ist.
  8. Pumpenmembran nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Zapfen (6) an der fluidzugewandten Seite ein zentrales Sackloch (31) aufweist.
  9. Pumpenmembran nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlusseinrichtung (4) ein metallischer Gewindeeinsatz ist.
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