JP3964136B2 - ダイヤフラムポンプ - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、弾性材料製のダイヤフラムを備えたダイヤフラムポンプであって、ダイヤフラムが補強される中央領域に、上死点位置と下死点位置との間でダイヤフラムを変位させる連接棒の連接棒ヘッドを受容するための受容室を有しており、さらにダイヤフラムが外側において、緊締縁部でポンプケーシングに保持されている形式のものに関する。
【０００２】
実験によって次のことが、すなわちこのようなダイヤフラムポンプのダイヤフラムは、多くの場合埋め込まれている連接棒ヘッドの縁部領域において、高圧用にダイヤフラムを使用した場合、驚くほど短時間の後に、ダイヤフラム上側面における亀裂によって損傷してしまう、ということが判明した。
米国特許第５６３４３９１号明細書には、ダイヤフラムポンプのために適した、弾性材料製のダイヤフラムが開示されている。このダイヤフラムは比較的厚い中央部分と、この中央部分に外側に向かって続く薄いフレキシブルな外側部分とを有している。大きな圧力において使用するためには、このダイヤフラムはダイヤフラム支持なしには適していない。
【０００３】
本発明の課題は、冒頭に述べた形式のダイヤフラムポンプを改良して、ダイヤフラムが、高い圧力負荷時にもかつ場合によっては例えば４５００ｒｐｍの高回転数時にも、長時間にわたって損傷なしに働くことができるようにすることである。また必要とあらば高い搬送能力が得られることも望まれている。
【０００４】
この課題を解決するために本発明の構成では、ダイヤフラムの、ポンプ室に向けられた上側面に、連接棒ヘッドの輪郭によって又はダイヤフラム上側面近傍の連接棒ヘッド部分の輪郭によって、半径方向において取り囲まれたダイヤフラムの中央領域に隣接して、少なくとも半径方向外側に向かって、ほぼ周方向において環状の少なくとも１つのリブが設けられているようにした。
【０００５】
ドイツ連邦共和国特許第１９６３１０８１号明細書に基づいて公知のダイヤフラムでは、ダイヤフラムが片側に溝を有していて、これによってダイヤフラム材料の圧縮を十分に補償もしくは相殺することができるようになっており、この場合溝の最深ポイントには、ダイヤフラムの他方の側に弱い湾曲部が対向して位置している。このような処置によって材料の圧縮はダイヤフラムの変位時に一方の方向において部分的に確かに減じられる又は回避されることできるが、しかしながら全体としてダイヤフラムは弱化されてしまう。それというのは、比較的深く形成された溝によって惹起される材料の弱化は、他方の側における弱い湾曲部によっては補償もしくは相殺され得ないからである。
【０００６】
米国特許第４２３８９９２号明細書には、背面側にリブを備えたダイヤフラムが開示されている。このダイヤフラムは、液体又は空気を用いて圧力駆動されるポンプのために設けられている。
【０００７】
比較的剛性の材料の使用時にこのようなダイヤフラムの耐用寿命を改善するためには、圧力駆動される側にリブが設けられている。
【０００８】
本発明では、少なくとも１つの環状のリブが補強リブとして所望のように、ダイヤフラムの前側面において次のような箇所に、すなわち連接棒ヘッドからダイヤフラムに導入される力が、連接棒ヘッドから半径方向で接続するダイヤフラムのリング領域に移行する箇所に、配置されている。周方向におけるリブの経過によってこの力伝達領域、つまり比較的大きな屈曲もしくは負荷が生じる領域において、フレキシビリティを維持しながら圧力に対する、かつ最終的には亀裂形成に対するダイヤフラムの高い強度が得られる。実験によれば、高い圧力負荷や高回転数のような困難な条件下においても、少なくとも所定領域に補強リブを有していないダイヤフラムに比べて、ダイヤフラムの長い耐用寿命が得られた。
【０００９】
本発明の特に有利な構成では、ダイヤフラムの中央領域に隣接して半径方向外側に向かって、半径方向において互いに間隔をおいて位置する複数のリブが設けられている。このように構成されていると、連接棒ヘッドと、半径方向外側に向かって隣接するダイヤフラムリング領域との間における、ダイヤフラムの特に臨界的な移行部の周辺領域もまた、安定化させられる。さらに、ダイヤフラムの変位が等しい場合にはより高い吐出能力が得られる。
【００１０】
亀裂形成のおそれもしくは一般的な損傷のおそれは、連接棒ヘッド輪郭の近傍における臨界的な移行領域に対する間隔が大きくなるに連れて減少するので、本発明の別の有利な構成では、半径方向において互いに間隔をおいて位置する複数のリブが設けられている場合、中央領域近傍の領域における間隔が、半径方向でさらに外側に位置する領域における間隔よりも小さくなっている。
【００１１】
本発明のさらに別の有利な構成は、その他の従属項に記載されている。
【００１２】
次に図面を参照しながら本発明の実施例を説明する。
【００１３】
図１は、連接棒ヘッドを備えた、弛緩状態で示されたダイヤフラムを示す横断面図であり、
図２は、図１に示されたダイヤフラムを上から見た平面図であり、
図３は、連接棒ヘッドを備えたダイヤフラムの片側半部を示す横断面図である。
【００１４】
図１に示されたダイヤフラム１は、図示されていないダイヤフラムポンプの一部であり、ダイヤフラム１は外縁部側の緊締縁部２で、ポンプヘッドとクランクケーシングとの間において緊締されている。ダイヤフラム１はその肉厚の中央領域３に、連接棒ヘッド５のための受容室４を有している。図示の実施例において連接棒ヘッド５は、互いに異なる直径を有していて軸方向で互いに幾分間隔をおいて位置している２つの部分５ａ，５ｂを有しており、両部分５ａ，５ｂはスロート区分６によって互いに結合されている。背側に連接棒ヘッド５はさらにねじ山付管片７を有しており、このねじ山付管片７には連接棒が接続可能である。
【００１５】
連接棒ヘッドは部分５ｂと、部分的に部分５ａにおいても、ダイヤフラムの肉厚の中央領域３に汎用の形式で埋め込まれている。連接棒ヘッド５の、ダイヤフラムに係合する領域の図示の形状の代わりに、別の形に成形された部分を設けることも可能である。連接棒ヘッド５を介して、連接棒によって伝達される行程運動が導入され、この場合連接棒はクランク駆動時に、重畳された行程・旋回運動を実施する。ポンプ運動時にダイヤフラムの、ポンプ室に向けられた上側面８が圧力負荷され、この際に連接棒からダイヤフラムに連接棒ヘッド５を介して圧力が伝達される。この力伝達時における主負荷はこの場合、連接棒ヘッド５の輪郭の縁部領域において行われ、実験において次のことが、すなわちこの場合特に、ダイヤフラム上側面８において、該ダイヤフラム上側面に向けられた連接棒ヘッド又はその一部の半径の周囲に沿って亀裂が生じる、ということが分かった。図示の実施例では、直径を段付けされた両連接棒ヘッド部分５ａ，５ｂによる伝達領域は、半径方向において幾分広幅であり、その結果これによって力の導入及び伝達は広幅区分において行われることになる。
【００１６】
直径の小さな連接棒ヘッド部分５ｂを基準にして、この連接棒ヘッド部分５ｂの、ダイヤフラム上側面８に向かっての投影延長において、外方に向かって隣接して臨界的な力伝達領域が存在しており、少なくともそこには周方向において環状のリブ９が設けられている。ダイヤフラム上側面８においてリング状に配置されたこれらのリブ９によって、フレキシビリティを維持しながら圧力に対するダイヤフラムのより高い強度が得られる。特に、連接棒ヘッド５からダイヤフラムの中央領域３に移行する力はより良好に吸収される。これによって圧力に対するダイヤフラムの耐用寿命を著しく改善することができる。同時にダイヤフラムの変位が同じ場合及び特に、例えば図２に示されているように、複数のリブ９を備えたダイヤフラムの構成では、より高い搬送能力が得られる。リブ９はさらに、ポンプ室に向けられていて圧力負荷される表面におけるダイヤフラムの伸長能力を改善し、これによってダイヤフラムの変位が同じ場合には、ダイヤフラム表面におけるストレスが小さくなり、つまりダイヤフラムの大きな変位が可能になる。
【００１７】
図３には、行程運動と上側の圧力負荷とによって変形されたダイヤフラム１が半分示されている。この図３から分かるように、実質的にほぼ連接棒ヘッド部分５ｂの上方に向かっての投影延長上に第１のリブ９が配置されている。さらに付言すると、中央領域３にもリブ９を配置することが可能であり、これらのリブ９はこの領域において、特に積層されたダイヤフラムでは、過剰延伸ひいてはこの領域における損傷を阻止するように働く。
【００１８】
実施例ではダイヤフラム上側面８のアクティブな領域全体にわたって分配されて周方向において環状のリブ９が設けられている。この場合隣り合うリブ相互の間隔は、ほぼ等しい。そしてこれらのリブは互いに同心的に配置されていて、真円形の経過を有している。しかしながらまた、リブが卵形又は楕円形の経過を有することも可能である。この場合には、楕円の短軸が、連接棒が行程・旋回運動を実施する平面である連接棒運動平面に位置するように方向付けられていると有利である。このようになっていると、さらに効果的に、連接棒運動平面における運動経過によって影響される、ダイヤフラムの負荷もしくはダイヤフラムの過負荷を阻止するような作用が得られる。
【００１９】
ダイヤフラムの下側面１０は有利には滑らかに形成されており、その結果この側から材料の弱化もしくは減衰が生じることはない。
【００２０】
リブ９の横断面は実施例ではほぼ半円形に丸く設けられており、かつリブからそれぞれ隣接するダイヤフラム表面への移行部もまた同様に丸く形成されている。これによって良好な力の伝達が達成され、このような形状付与にはまた次のような利点がある。すなわちこのように構成されていると、ダイヤフラムを例えばＰＴＦＥによって表面被覆する場合に、このＰＴＦＥは全面的に、ひいてはダイヤフラム表面とリブとの間の移行領域においても固着結合を生ぜしめる。
【００２１】
ダイヤフラムを補強するために、ダイヤフラムは上側面８と連接棒ヘッド５の、該上側面８に向けられた端部との間に、例えばネットの形の補強挿入体を有することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 連接棒ヘッドを備えた、弛緩状態で示されたダイヤフラムを示す横断面図である。
【図２】 図１に示されたダイヤフラムを上から見た平面図である。
【図３】 連接棒ヘッドを備えたダイヤフラムの片側半部を示す横断面図である。

Claims (7)

1. 弾性材料製のダイヤフラム（１）を備えたダイヤフラムポンプであって、ダイヤフラム（１）が補強される中央領域（３）に、上死点位置と下死点位置との間でダイヤフラムを変位させる連接棒の連接棒ヘッド（５）を受容するための受容室（４）を有しており、さらにダイヤフラム（１）が外側において、緊締縁部（２）でポンプケーシングに保持されている形式のものにおいて、ダイヤフラムの、ポンプ室に向けられた上側面（８）に、連接棒ヘッド（５）の輪郭によって又はダイヤフラム上側面近傍の連接棒ヘッド部分（５ｂ）の輪郭によって、半径方向において取り囲まれたダイヤフラムの中央領域（３）に隣接して、少なくとも半径方向外側に向かって、ほぼ周方向において環状の複数のリブ（９）が設けられており、これらのリブ（９）が、半径方向において互いに間隔をおいて位置していて、中央領域近傍の領域における間隔が、半径方向でさらに外側に位置する領域における間隔よりも小さいことを特徴とするダイヤフラムポンプ。
2. リブ（９）が互いに同心的に配置されていて、有利には真円形の形状を有している、請求項１記載のダイヤフラムポンプ。
3. リブ（９）が卵形又は楕円形の形状を有していて、その短軸は、連接棒が行程・旋回運動を実施する平面に位置している、請求項１記載のダイヤフラムポンプ。
4. ダイヤフラムの下側面（１０）が滑らかに形成されている、請求項１から３までのいずれか１項記載のダイヤフラムポンプ。
5. リブ（９）の横断面が円形であるか又は丸く形成されていて、リブから隣接するダイヤフラム表面への移行部が、有利には丸く形成されて設けられている、請求項１から４までのいずれか１項記載のダイヤフラムポンプ。
6. ダイヤフラムがゴム又はゴム弾性的な材料から成っていて、場合によってはＰＴＦＥの表面被覆層が設けられている、請求項１から５までのいずれか１項記載のダイヤフラムポンプ。
7. ダイヤフラムがその上側面（８）と、該上側面に向けられた連接棒ヘッド（５）の端部との間に、有利にはネットの形の補強挿入体を有している、請求項１から６までのいずれか１項記載のダイヤフラムポンプ。

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