WO2017140418A1 - Membranpumpe, membran für eine membranpumpe und verfahren zum nachweis einer defekten membran einer membranpumpe - Google Patents

Membranpumpe, membran für eine membranpumpe und verfahren zum nachweis einer defekten membran einer membranpumpe Download PDF

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WO2017140418A1
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Herbert Timmer
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    • F04B43/02—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having plate-like flexible members, e.g. diaphragms

Definitions

  • Diaphragm pumps in particular double diaphragm pumps, of the type described here serve to convey fluids, preferably liquid or gaseous substances.
  • the membrane or the membranes is in a pump housing.
  • the membrane separates a pumping chamber into two areas, namely a pressure chamber and a product chamber. Both sub-chambers are associated with valves that are alternately opened and closed depending on the pressure conditions.
  • a periodic pressurization of the pressure chamber the membrane is pressed into the product chamber, so that the volume of this chamber is reduced.
  • an opposite movement of the membrane takes place, whereby the volume of the product chamber increases.
  • the volumes of the product chambers and the pressure chamber are complementary to each other.
  • an overpressure and a negative pressure are generated alternately in the product chamber, whereby the aforementioned substance is drawn into the product chamber and subsequently pushed out.
  • the membrane thus creates a pump-suction cycle, in the sub-chambers.
  • the movements of the two membranes are coordinated so that the growth of the product chamber volumes in the Change takes place. In this way, a nearly continuous promotion of the substance to be delivered can be realized.
  • the membrane In order to prevent a complete break or tear of the membrane, the membrane is changed at regular maintenance intervals. However, since the damage to the membrane is not predictable, even regular maintenance can not lead to adequate protection of the pump.
  • Pumps are known, on the membrane of which sensors are arranged, by means of which a measurement of the membrane with respect to damage is possible.
  • this electrical lines are necessary, which are beyond the edge of the membrane must be led to this.
  • this contacting of the sensor over the edge of the membrane promotes cracking and thus does not protect the pump.
  • pumps are known in which the pressure in the chambers is measured. Certain print patterns may indicate that the membrane is damaged. However, in the case of a proof of a pressure difference, the membrane is in most cases already so destroyed that a rescue of the pump can no longer be guaranteed.
  • the invention is therefore based on the object to provide a diaphragm pump or a membrane and a method with which damage to the membrane is cost-effectively and reliably detectable.
  • the invention further provides that the conductor track on the membrane, in particular in the membrane, preferably on a membrane layer or between two membrane layers, for wireless Transmission of signals is contacted with an RFID component and acts as an antenna for the RFID component.
  • the electrical conductor can thus be variously combined with the membrane. This opens up a broad field of application for a wide variety of fluid promotions.
  • signals can be transmitted wirelessly from the pump to a receiver positioned outside the pump. There are thus no further connections to or on the membrane necessary.
  • the use of a passive component is particularly advantageous, since the energy supply of the component can thus be done from the outside.
  • RFID components are a mass-produced product and are therefore very inexpensive to manufacture and easy to process.
  • the present invention further provides that the conductor track is designed as an induction loop, in particular as an induction coil or secondary coil, for the wireless transmission of signals.
  • the conductor track is designed as an induction loop, in particular as an induction coil or secondary coil, for the wireless transmission of signals.
  • the housing has at least one primary coil, which cooperates with the secondary coil of the at least one diaphragm pump, in particular by which a current flow in the secondary coil can be measured.
  • the interaction of the outer primary coil and the secondary coil makes use of the transformer principle.
  • the primary coil can either be integrated directly into the housing of the pump or be arranged outside around the housing. The use of this transformer principle is particularly easy and cheap, since only two tracks are necessary.
  • Another particularly advantageous embodiment of the present invention may provide that the at least one conductor loop on a the compressed air chamber facing surface of the membrane, preferably arranged in the membrane, in particular glued, printed or vapor-deposited, wherein the mechanical properties of the conductor with which the membrane, in particular a membrane layer is comparable, preferably having the same tensile strength, and that the conductor track on or formed in the membrane as a meandering, zigzag pattern, circles, loops, rectangles or the like.
  • the mechanical properties of the conductor track to the mechanical properties of the membrane layer, the state of the conductor track directly reflects the state of the membrane layer. That is, if there is a crack on the membrane layer, this crack also transfers to the conductor loop. Due to the thus changed characteristics of the conductor or the emitted signal can be concluded directly on a damage of the membrane.
  • an electrical characteristic of the antenna and / or the induction coil is adjustable, in particular variable, is.
  • the membrane of the invention is flexible and allows the combination with different receivers. Since the membrane is replaceable, the pump can be adapted to their specific requirements.
  • a method for detecting a defective membrane to achieve the above object has the measures of claim 8. Accordingly, it is provided that the membrane has an electrical conductor, by which an electromagnetic signal is generated, which changes when the membrane has a defect, said signal is transmitted wirelessly to a receiving device at least temporarily. By wireless transmission of a signal, which provides information about the condition of the membrane allows a simple and reliable method of breaking the membrane.
  • the present invention can further provide that the conductor track is contacted with an RFID component in such a way that the conductor track interacts with the RFID component as an antenna of a specific characteristic, wherein electrical, magnetic or electromagnetic signals are transmitted to the RFID component through the RFID component Receiving device to be transmitted.
  • the membrane By combining the trace with an RFID component, the membrane can be read individually. Thus, there is no likelihood of confusion with a large number of pumps to be checked. The signal emitted by the RFID component can be unambiguously assigned.
  • the signals of the printed circuit trace received by the receiving device are compared with at least one reference value for an intact membrane and a warning signal is generated at a signal deviating from this at least one reference value.
  • reference values possible deviations that can be caused by technical effects can also be taken into account.
  • the strokes of the membrane on the basis of periodically changing signal of the track to be counted. Counting the strokes can also be used to document the operation of the diaphragm or pump. If a predetermined number of strokes were counted by a corresponding receiving device, an acoustic or optical signal can be generated, which indicates a necessary maintenance.
  • FIG. 3 is a view of another embodiment of a membrane
  • Fig. 4 is a view of a further embodiment of a membrane
  • FIG. 1 An embodiment of the claimed here diaphragm pump is shown in FIG.
  • the diaphragm pump exemplified in FIG. 1 is a double-diaphragm pump 10. It should be expressly pointed out at this point that the diaphragm pump described here should not be limited to the exemplary embodiment of a double diaphragm pump 10, but rather to any conceivable embodiment of a diaphragm pump Diaphragm pump is transferable.
  • the membranes 15, 16 are connected to a piston rod, not shown, such that the compressed air chambers 26, 27 behind the membranes 16, 17 are mutually acted upon with compressed air and can be vented again afterwards.
  • the printed compressed air chambers 26, 27 press the membranes 15, 16 mutually in the direction of the housing cover 12, 13 and displace the products or medium to be conveyed from the product chambers 23, 24.
  • the respective opposite membrane 15, 16 through the piston rod in the middle pulled the pump body 14, so that the product chambers 24, 25 enlarge and a further amount of the medium is sucked.
  • the reflux of the medium when switching the chambers is prevented by suitable non-illustrated check valves.
  • the mutual control of the compressed air chambers 26, 27 takes place by a mechanical switching of the control valve 17 in each case in the end position of the membranes 15, 16th
  • the membranes 15, 16 For early membrane rupture detection for multi-layer or single-layer membranes 15, 16 in the illustrated double membrane pump 10, the membranes 15, 16 according to the invention at least one electrical conductor 28, which is arranged exclusively within an outer edge 29 of the membrane 15, 16 and no electrical contacts or has connections that leads beyond the outer edge 29 of the membrane 15, 16.
  • the membranes 15, 16 with a conductor track 28 are shown in FIGS. 2 to 5.
  • the conductor track 28 is meander-shaped, concentrically arranged on the surface 30 of the membrane 15, 16. This surface 30 faces the product chamber 24, 25 and may be covered by a further layer, not shown, or further layers.
  • the conductor track 28 is contacted in FIG. 2 with an electronic component, such as an RFID component 31.
  • the electrical conductor track 28 acts as an antenna for the RFID component 31.
  • the length and the shape of the conductor track 28 are just designed such that a specific frequency range for the RFID component 31 can be covered.
  • FIG. 3 shows a further exemplary embodiment of a membrane 15, 16 according to the invention.
  • a conductor track 28 is arranged exclusively within an outer edge 29 on a surface 30 of the membrane 15, 16.
  • an RFID component 31 is positioned at the ends of the conductor track 28, in turn.
  • the open ends of the conductor track 28 on widening, with which a certain antenna characteristics can be achieved.
  • the conductor track 28 is arranged within the outer edge 29 in a zigzag pattern. Again, in turn, two free ends of the conductor 28 are connected to an RFID component 31.
  • FIG. 5 shows a further exemplary embodiment of a membrane 15, 16 according to the invention.
  • the conductor runs 28 helical from inside to outside, wherein the conductor 28 is again according to the invention only within the outer edge 29 on the surface 30 of the membrane 15, 16 is arranged.
  • the two free ends of the conductor track 28 are in turn connected to an RFID component 31.
  • the shape of the conductor track 28 may vary.
  • the conductor 28 is merely a coil which is not connected to any other electronic component.
  • the conductor track 28 acts as a secondary coil in interaction with a primary coil, not shown, which is arranged outside the pump chambers 22, 23 on the double diaphragm pump 10.
  • a signal is generated by the movement of the secondary coil with the membrane 15, 16 in the product chamber 23, 24, which is detectable via the primary coil.

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Abstract

Membranpumpen dienen der Förderung von Fluiden. Aufgrund der Belastung der Membran der Pumpe ist die häufigste Ausfallursache von Membranpumpen ein mechanischer Defekt der Membran. Durch die extreme Belastung kann es zu einer Rissbildung in der das Medium berührenden Schicht kommen. Bekannte Lösungen zum Nachweis von Membrandefekten sind aufwendig oder teuer. Mit der Erfindung wird daher eine Membranpumpe (10) bzw. eine Membran (15, 16) sowie ein Verfahren geschaffen, mit dem eine Beschädigung der Membran (15, 16) kostengünstig und zuverlässig nachweisbar ist. Dazu ist es vorgesehen, dass die Membran (15, 16) mindestens eine elektrische Leiterbahn (28) aufweist, wobei die Leiterbahn (28) ausschließlich innerhalb eines äußeren Randes (29) der Membran (15, 16) angeordnet ist und keine elektrischen Kontakte oder Verbindungen besitzt, die über den Rand (15, 16) führen.

Description

Membranpumpe, Membran für eine Membranpumpe und Verfahren zum Nachweis einer defekten Membran einer Membranpumpe
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Membranpumpe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Membran für eine Membranpumpe gemäß dem Anspruch 7 sowie ein Verfahren zum Nachweis einer defekten Membran einer Membranpumpe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 8.
Membranpumpen, insbesondere Doppelmembranpumpen, der hier beschriebenen Art dienen der Förderung von Fluiden, vorzugsweise flüssigen oder gasförmigen Substanzen. Bei einer gattungsgemäßen Membranpumpe bzw. bei einer gattungsgemäßen Doppelmembranpumpe befindet sich die Membran bzw. die Membranen in einem Pumpengehäuse. Dabei trennt die Membran eine Pumpkammer in zwei Bereiche, nämlich in eine Druckkammer und eine Produktkammer. Beiden Teilkammern sind Ventile zugeordnet, die je nach Druckverhältnissen abwechselnd geöffnet und geschlossen sind. Durch eine periodische Druckbeaufschlagung der Druckkammer wird die Membran in die Produktkammer hineingedrückt, so dass sich das Volumen dieser Kammer verkleinert. Durch eine Verringerung des Druckes in der Druckkammer erfolgt eine gegensinnige Bewegung der Membran, wodurch das Volumen der Produktkammer zunimmt. Die Volumina der Produktkammern und der Druckkammer verhalten sich komplementär zueinander. Durch diese Variation der Volumina wird in der Produktkammer abwechselnd ein Überdruck und ein Unterdruck erzeugt, wodurch die vorbezeichnete Substanz in die Produktkammer hineingezogen und anschließend hinausgedrückt wird. Die Membran erzeugt somit einen Pumpen-Saug-Zyklus, in den Teilkammern. Bei einer Doppelmembranpumpe sind die Bewegungen der beiden Membranen derart aufeinander abgestimmt, dass das Anwachsen der Produktkammervolumina im Wechsel erfolgt. Auf diese Weise lässt sich eine nahezu kontinuierliche Förderung der zu fördernden Substanz realisieren.
Aufgrund der mechanischen Verformung der Membran, welche diese während des hydraulischen oder pneumatischen Betriebes durchführt, muss die Membran aus einem flexiblen Material hergestellt werden. Dazu eignen sich beispielsweise Elastomere wie NBR. Da derartige Membranpumpen allerdings auch in der Chemie und Lackierindustrie eingesetzt werden, haben sich spezielle Verbundmembranen aus einer Schicht Elastomer und einer weiteren Medium berührenden Schicht, z. B. aus PTFE, als besonders vorteilhaft erwiesen. Durch die Verwendung dieser Hybridstruktur kann die Lebensdauer der Membran stark vergrößert werden, da die äußere Schicht wesentlich chemiebeständiger als das Elastomer ist und nur diese Schicht in Kontakt mit dem Fördermedium tritt. Trotz der Materialwahl ist eine der häufigsten Ausfallursachen von Membranpumpen ein mechanischer Defekt der Membran, der auf Verschleißerscheinungen zurückzuführen ist. Durch die extreme Belastung kommt es zunächst zu einer Rissbildung in der das Medium berührenden Schicht. Bei einem Weiterbetrieb der Pumpe vergrößert sich der Riss und die Elastomerschicht gerät in Kontakt mit dem Fördermedium. Dies führt sodann sehr schnell zu einem Durchbruch der Membran. Durch den Bruch der Membran gelangt das Medium in Kontakt mit der Pumpe und eventuell mit der Umwelt, wodurch nicht nur die Pumpe zerstört werden kann, sondern ebenfalls zu einer erheblichen Belastung der Umwelt beiträgt. Neben der Rissbildung kann, insbesondere bei Verbundmembranen, eine Blasenbildung als Anzeichen einer weiteren Beschädigung der Membran auftreten.
Um einen vollständigen Bruch oder Riss der Membran zu verhindern, wird in regelmäßigen Wartungsintervallen die Membran gewechselt. Da die Beschädigung der Membran allerdings nicht vorhersehbar ist, kann auch eine regelmäßige Wartung nicht zu einem ausreichenden Schutz der Pumpe führen.
Es sind Pumpen bekannt, auf deren Membran Sensoren angeordnet sind, durch die eine Messung der Membran bzgl. einer Beschädigung möglich ist. Allerdings sind hierfür elektrische Leitungen notwendig, die über den Rand der Membran auf diese geführt werden müssen. Diese Kontaktierung des Sensors über den Rand der Membran fördert jedoch die Rissbildung und dient somit nicht dem Schutz der Pumpe. Außerdem sind Pumpen bekannt, bei denen der Druck in den Kammern gemessen wird. Bestimmte Druckmuster können darauf hinweisen, dass die Membran beschädigt ist. Allerdings ist bei einem Nachweis eines Druckunterschiedes die Membran in den meisten Fällen bereits derart zerstört, dass eine Rettung der Pumpe nicht mehr garantiert werden kann.
Weitere Lösungen sehen es vor, in die Membran eine Wheatstonesche- Messbrücke zu integrieren. Die Integration einer derartigen Messbrücke in der Membran ist allerdings kostenaufwendig und daher ebenfalls weniger vorteilhaft. Somit besteht ein wesentlicher Nachteil aller bekannten Membran- Brucherkennungen darin, dass diese zur Messung eines Bruchs elektrisch kontaktiert werden müssen und diese Kontaktierung mit hohen Kosten verbunden ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Membranpumpe bzw. eine Membran sowie ein Verfahren zu schaffen, mit dem eine Beschädigung der Membran kostengünstig und zuverlässig nachweisbar ist.
Eine Membranpumpe zur Lösung dieser Aufgabe weist die Merkmale des Anspruchs 1 auf. Demnach ist es vorgesehen, dass die Membran mindestens eine elektrische Leiterbahn aufweist, wobei die Leiterbahn ausschließlich innerhalb eines äußeren Randes der Membran angeordnet ist und keine elektrischen Kontakte oder Verbindungen besitzt, die über den Rand führen. Dadurch, dass die Leiterbahn ausschließlich innerhalb des Randes der Membran angeordnet ist, ist die mechanische Beanspruchung der Leiterbahn sehr gering. Des Weiteren gestaltet sich diese Positionierung der Leiterbahn in einem Inneren Bereich der Membran als einfach realisierbar und günstig herstellbar.
Bevorzugt sieht es die Erfindung weiter vor, dass die Leiterbahn auf der Membran, insbesondere in der Membran, vorzugsweise auf einer Membranschicht oder zwischen zwei Membranschichten, zur drahtlosen Übertragung von Signalen mit einem RFID-Bauteil kontaktiert ist und als Antenne für das RFID-Bauteil wirkt. Je nach Art der Membran und Anforderungen bzgl. der Anwendung kann die elektrische Leiterbahn somit verschiedenartig mit der Membran kombiniert werden. Dies eröffnet ein breites Anwendungsfeld für verschiedenste Fluidförderungen. Durch die Kopplung der Leiterbahnen mit einem RFID-Bauteil lassen sich Signale drahtlos aus der Pumpe an einem außen an der Pumpe positionierten Empfänger übertragen. Es sind somit keine weiteren Anschlüsse an der bzw. auf die Membran notwendig. Insbesondere die Verwendung eines passiven Bauteils gestaltet sich als besonders vorteilhaft, da die Energieversorgung des Bauteils somit von außen erfolgen kann. RFID- Bauteile stellen ein Massenprodukt dar und sind daher sehr günstig in der Herstellung sowie einfach in der Verarbeitung.
Insbesondere sieht es die vorliegende Erfindung weiter vor, dass die Leiterbahn als Induktionsschleife, insbesondere als Induktionsspule oder Sekundärspule, zur drahtlosen Übertragung von Signalen ausgebildet ist. Durch die alternierende Hubbwegung der Membran und somit der Sekundärspule kann ein elektromagnetisches Signal erzeugt werden, das abhängig ist von der Art der elektrischen Leiterbahn. Bei einer Veränderung dieser Leiterbahn, sprich bei einer Zerstörung dieser Leiterbahn, ändert sich das durch die Sekundärspule erzeugte Signal zwangsläufig. Somit stellt das durch die Leiterbahn erzeugte Signal ein direktes Maß für den Zustand der Membran dar.
Weiter kann es erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass das Gehäuse mindestens eine Primärspule aufweist, die mit der Sekundärspule der mindestens einen Membranpumpe zusammenwirkt, insbesondere durch die ein Stromfluss in der Sekundärspule messbar ist. Beim Zusammenwirken der äußeren Primärspule und der Sekundärspule wird das Transformatorprinzip ausgenutzt. Die Primärspule kann entweder direkt in das Gehäuse der Pumpe integriert sein oder außen um das Gehäuse angeordnet sein. Die Verwendung dieses Transformatorprinzips gestaltet sich als besonders einfach und günstig, da lediglich zwei Leiterbahnen notwendig sind.
Ein weiteres besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann es vorsehen, dass die mindestens eine Leiterschleife auf einer der Druckluftkammer zugewandten Oberfläche der Membran, vorzugsweise in der Membran angeordnet, insbesondere geklebt, gedruckt oder aufgedampft, ist, wobei die mechanischen Eigenschaften der Leiterbahn mit denen der Membran, insbesondere eine Membranschicht vergleichbar ist, vorzugsweise die gleiche Reißfestigkeit aufweist, und dass die Leiterbahn auf oder in der Membran als Mäander-, Zickzackmuster, Kreise, Schleifen, Rechtecke oder dergleichen ausgebildet ist. Je nach Form der Membran und Anforderung an die Anwendung kann somit ein entsprechendes Muster für die Leiterbahn gewählt werden. Durch ein Angleichen der mechanischen Eigenschaften der Leiterbahn an die mechanischen Eigenschaften der Membranschicht spiegelt der Zustand der Leiterbahn den Zustand der Membranschicht direkt wieder. Das heißt, wenn auf der Membranschicht ein Riss zu verzeichnen ist, so überträgt sich dieser Riss ebenfalls auf die Leiterschleife. Durch die dadurch veränderte Charakteristik der Leiterbahn bzw. des ausgesandten Signals kann direkt auf eine Beschädigung der Membran geschlossen werden.
Es kann weiter vorgesehen sein, dass durch Wahl der Form und der Länge der mindestens einen Leiterbahn eine elektrische Charakteristik der Antenne und/oder der Induktionsspule einstellbar, insbesondere veränderbar, ist. Dadurch ist die erfindungsgemäße Membran flexibel einsetzbar und ermöglicht die Kombination mit verschiedenen Empfangsgeräten. Da die Membran auswechselbar ist, kann die Pumpe an ihre spezifischen Anforderungen angepasst werden. Eine Membran für eine Membranpumpe zur Lösung der oben genannten Aufgabe weist gemäß Anspruch 7 eines oder mehrere der Merkmale der Ansprüche 1 bis 6 auf.
Ein Verfahren zum Nachweis einer defekten Membran zur Lösung der oben genannten Aufgabe weist die Maßnahmen des Anspruchs 8 auf. Demnach ist es vorgesehen, dass die Membran eine elektrische Leiterbahn aufweist, durch die ein elektromagnetisches Signal erzeugt wird, welches sich ändert, wenn die Membran einen Defekt aufweist, wobei dieses Signal drahtlos an eine Empfangseinrichtung wenigstens zeitweise übertragen wird. Durch die drahtlose Übertragung eines Signals, welches Aussagen über den Zustand der Membran zulässt, wird ein einfaches und zuverlässiges Verfahren zur Brucherkennung der Membran geschaffen.
Bevorzugt kann es die vorliegende Erfindung weiter vorsehen, dass durch eine Primärspule, die in der Pumpe angeordnet ist, in der Leiterbahn ein elektrischer Strom induziert wird, der durch die periodische Bewegung der Membran seine Polarität ändert und die dadurch erzeugten, für die Leiterbahn charakterisierenden elektromagnetischen Signale als Indikator für den Zustand der Membran von der Empfangseinrichtung gemessen werden. Durch die Ausnutzung dieses Transformatorprinzips ist der notwendige technische Aufwand für die Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahren minimal und somit sehr günstig in der Herstellung.
Insbesondere kann es die vorliegende Erfindung weiter vorsehen, dass die Leiterbahn mit einem RFID-Bauteil so kontaktiert wird, dass die Leiterbahn als Antenne einer bestimmten Charakteristik mit dem RFID-Bauteil zusammenwirkt, wobei durch das RFID-Bauteil elektrische, magnetische oder elektromagnetische Signale an die Empfangseinrichtung übertragen werden. Durch die Kombination der Leiterbahn mit einem RFID-Bauteil lässt sich die Membran individuell auslesen. Somit entsteht bei einer Vielzahl von zu überprüfenden Pumpen keine Verwechslungsgefahr. Das von dem RFID-Bauteil ausgesandte Signal ist eindeutig zuordbar.
Außerdem kann es erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die durch die Empfangseinrichtung empfangenen Signale der Leiterbahn mit mindestens einem Referenzwert für eine intakte Membran verglichen werden und bei einem von diesem mindestens einen Referenzwert abweichende Signal ein Warnsignal erzeugt wird. Durch die Verwendung von Referenzwerten können auch mögliche Abweichungen, die durch technische Effekte hervorgerufen werden können, einkalkuliert werden. Durch Speichern der empfangenen Signale lässt sich der Betrieb der Membran überwachen bzw. dokumentieren, was insbesondere für Wartungszwecke und Garantieansprüche vorteilhaft ist.
Außerdem kann es vorgesehen sein, dass zur Bestimmung eines Lebenszyklus der mindestens einen Membran die Hübe der Membran anhand des sich periodisch ändernden Signals der Leiterbahn gezählt werden. Auch das Zählen der Hübe kann der Dokumentation des Betriebs der Membran bzw. der Pumpe dienen. Wurde durch eine entsprechende Empfangseinrichtung eine vorbestimmte Anzahl von Hüben gezählt, kann ein akustisches oder optisches Signal erzeugt werden, das auf eine notwendige Wartung hinweist.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
Fig. 1 eine Schnittdarstellung durch eine Doppelmembranpumpe,
Fig. 2 eine Sicht auf eine Membran,
Fig. 3 eine Sicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Membran,
Fig. 4 eine Sicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Membran, und
Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Membran.
Ein Ausführungsbeispiel der hier beanspruchten Membranpumpe ist in der Fig. 1 dargestellt. Bei der in Fig. 1 beispielhaft dargestellten Membranpumpe handelt es sich um eine Doppelmembranpumpe 10. An dieser Stelle sei jedoch ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die hier beschriebene Membranpumpe nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel einer Doppelmembranpumpe 10 eingeschränkt sein soll, sondern vielmehr auf jede denkbare Ausführungsform einer Membranpumpe übertragbar ist.
Die in Fig. 1 dargestellte Doppelmembranpumpe 10 weist im Wesentlichen ein Gehäuse 11 , mit einem zwischen zwei Gehäusedeckeln 12, 13 angeordneten Pumpenkorpus 14 auf. Des Weiteren weist die Doppelmembranpumpe 10 als wesentliche Elemente zwei Membranen 15, 16 auf. Im Pumpenkorpus 14 ist des Weiteren eine Steuereinheit bzw. ein Steuerventil 17 angeordnet. Die Membranen 15, 16 weisen jeweils einen peripheren Ringwulst 18, 19 auf, welche durch die Schraubverbindungen der Gehäusedeckel 12, 13 mit dem mittigen Pumpenkorpus 14 in einem Einspannbereich 20, 21 zusammengedrückt und dort gehalten sind.
Als Materialien für die Membranen 15, 16 kommen vorzugsweise Verbundstoffe, wie beispielsweise NBR zum Einsatz. Der Werkstoff NBR übernimmt die Funktion eines elastischen Grundmaterials, auf welches - zur Medienseite - eine chemisch beständige, dünne PTFE-Folie aufkaschiert sein kann.
Die Gehäusedeckel 12, 13 bilden zusammen mit dem Pumpenkorpus 14 zwei Pumpenkammem 22, 23 aus, welche jeweils durch die Membranen 15, 16 in eine Produktkammer 24, 25 und eine Druckluftkammer 26, 27 mit wechselnden Volumina geteilt sind. Die Membranen 15, 16 sind mit einer nicht dargestellten Kolbenstange derart verbunden, dass die Druckluftkammern 26, 27 hinter den Membranen 16, 17 wechselseitig mit Druckluft beaufschlagbar sind und im Anschluss wieder entlüftet werden können. Die bedruckten Druckluftkammern 26, 27 drücken die Membranen 15, 16 wechselseitig in Richtung Gehäusedeckel 12, 13 und verdrängen das zu fördernde Produkte bzw. Medium aus den Produktkammern 23, 24. Gleichzeitig wird die jeweils gegenüberliegende Membran 15, 16 durch die Kolbenstange in die Mitte des Pumpenkorpus 14 gezogen, so dass sich die Produktkammern 24, 25 vergrößern und eine weitere Menge des Mediums eingesaugt wird. Der Rückfluss des Mediums beim Umschalten der Kammern wird durch geeignete, nicht gezeigte Rückschlagventile verhindert. Die wechselseitige Ansteuerung der Druckluftkammern 26, 27 erfolgt dabei durch eine mechanische Umschaltung des Steuerventils 17 jeweils in der Endstellung der Membranen 15, 16.
Für eine frühzeitige Membranbrucherkennung für mehr- oder einlagige Membranen 15, 16 in der dargestellten Doppelmembranpumpe 10 weisen die Membranen 15, 16 erfindungsgemäß wenigstens eine elektrische Leiterbahn 28 auf, die ausschließlich innerhalb eines äußeren Randes 29 der Membran 15, 16 angeordnet ist und keine elektrischen Kontakte oder Verbindungen besitzt, die über den äußeren Rand 29 der Membran 15, 16 hinausführt. Ausführungsbeispiele einer derartigen Membran 15, 16 mit einer Leiterbahn 28 sind in den Fig. 2 bis 5 dargestellt.
Gemäß dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel einer Membran 15, 16 ist die Leiterbahn 28 mäanderförmig, konzentrisch auf der Oberfläche 30 der Membran 15, 16 angeordnet. Diese Oberfläche 30 ist der Produktkammer 24, 25 zugewandt und kann durch eine nicht dargestellte weitere Schicht oder weitere Schichten abgedeckt sein. Die Leiterbahn 28 ist in Fig. 2 mit einem elektronischen Bauteil, wie beispielsweise einem RFID-Bauteil 31 kontaktiert. In dieser Konstellation wirkt die elektrische Leiterbahn 28 als Antenne für das RFID- Bauteil 31. Dabei sind die Länge und die Form der Leiterbahn 28 gerade derart ausgelegt, dass ein bestimmter Frequenzbereich für das RFID-Bauteil 31 abgedeckt werden kann. In der Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Membran 15, 16 dargestellt. Auch hier ist eine Leiterbahn 28 ausschließlich innerhalb eines äußeren Randes 29 auf einer Oberfläche 30 der Membran 15, 16 angeordnet. An den Enden der Leiterbahn 28 ist wiederrum ein RFID-Bauteil 31 positioniert. Hier weisen die offenen Enden der Leiterbahn 28 Verbreiterungen auf, mit denen eine bestimmte Antennencharakteristik erzielt werden kann.
Bei dem in der Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Membran 15, 16 ist die Leiterbahn 28 innerhalb des äußeren Randes 29 in einem Zickzackmuster angeordnet. Auch hier sind wiederrum zwei freie Enden der Leiterbahn 28 mit einem RFID-Bauteil 31 verbunden.
In der Fig. 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Membran 15, 16 dargestellt. Hier läuft die Leiterbahn 28 schneckenartig von innen nach außen, wobei die Leiterbahn 28 wieder erfindungsgemäß ausschließlich innerhalb des äußeren Randes 29 auf der Oberfläche 30 der Membran 15, 16 angeordnet ist. Die beiden freien Enden der Leiterbahn 28 sind wiederrum mit einem RFID-Bauteil 31 verbunden.
Neben den hier dargestellten Ausführungsbeispielen für eine Membran 15, 16, insbesondere für eine Leiterbahn 28, ist eine Vielzahl weiterer Geometrien denkbar. Je nach Anforderung an das zu sendende bzw. empfangene Signal oder an das RFID-Bauteil 31 , kann die Form der Leiterbahn 28 variieren.
Die Leiterbahn 28 ist derart in die Membran 15, 16 integriert, dass bei einer Beschädigung der Membran 15, 16 auch die Leiterbahn 28 beschädigt wird. Das kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die elektrische Leiterbahn 28 in die Oberfläche 30 durch Aufdampfen, Drucken oder dergleichen integriert wird. Zum Schutz der Leiterbahn 28 und des RFID-Bauteils 31 kann die Oberfläche 30 der Membran 15, 16 eine Schutzschicht aufweisen, die zumindest zeitweise gegen das zu fördernde Medium resistent ist.
Ein weiteres nicht dargestelltes Ausführungsbeispiel der Erfindung kann es vorsehen, dass die Leiterbahn 28 lediglich eine Spule darstellt, die mit keinem weiteren elektronischen Bauteil verbunden ist. In diesem Fall wirkt die Leiterbahn 28 als Sekundärspule in Wechselwirkung mit einer nicht dargestellten Primärspule, die außerhalb der Pumpenkammern 22, 23 an der Doppelmembranpumpe 10 angeordnet ist. Hier wird durch die Bewegung der Sekundärspule mit der Membran 15, 16 in der Produktkammer 23, 24 ein Signal erzeugt, welches über die Primärspule detektierbar ist.
Sowohl durch das ein RFID-Bauteil 31 aufweisende Ausführungsbeispiel einer Membran als auch das Ausführungsbeispiel, dass sich dem Transformatorprinzip bedient, lassen sich die Lebenszyklen der Membranen 15, 16 bestimmen. Dabei wird die periodische Veränderung des Signals detektiert oder durch das RFID- Bauteil 31 ein entsprechendes Signal zum Zählen generiert und ausgesandt.
***** Bezugszeichenliste
10 Doppelmembranpumpe
11 Gehäuse
12 Gehäusedeckel
13 Gehäusedeckel
14 Pumpenkorpus
15 Membran
16 Membran
17 Steuerventil
18 Ringwulst
19 Ringwulst
20 Einspannbereich
21 Einspannbereich
22 Pumpenkammer
23 Pumpenkammer
24 Produktkammer
25 Produktkammer
26 Druckluftventil
27 Druckluftventil
28 Leiterbahn
29 äußerer Rand
30 Oberfläche
31 RFID-Bauteil

Claims

Patentansprüche
1. Membranpumpe, insbesondere Doppelmembranpumpe (10), zur Förderung von flüssigen oder gasförmigen Substanzen mit einem Gehäuse (1 1 ), welches mindestens eine Ein- und Auslassöffnung sowie mindestens eine Produktkammer (24, 25) und mindestens eine Druckluftkammer (26, 27) aufweist, die jeweils durch eine Membran (15, 16) voneinander getrennt sind, wobei durch Bewegung der mindestens einen Membran (15, 16) die Volumina der mindestens einen Produktkammer (24, 25) und der mindestens einen Druckluftkammer (26, 27) komplementär zueinander veränderbar sind und mit einem Antrieb für eine periodische Bewegung der mindestens einen Membran (15, 16), dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (15, 16) mindestens eine elektrische Leiterbahn (28) aufweist, wobei die Leiterbahn (28) ausschließlich innerhalb eines äußeren Randes (29) der Membran (15, 16) angeordnet ist und keine elektrischen Kontakte oder Verbindungen besitzt, die über den Rand (15, 16) führen.
2. Membranpumpe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahn (28) auf der Membran (15, 16), insbesondere in der Membran (15, 16), vorzugsweise auf einer Membranschicht oder zwischen zwei Membranschichten, zur drahtlosen Übertragung von Signalen mit einem RFID- Bauteil (31 ) kontaktiert ist und als Antenne für das RFID-Bauteil (31 ) wirkt.
3. Membranpumpe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahn (28) als Induktionsschleife, insbesondere als Induktionsspule oder Sekundärspule, zur drahtlosen Übertragung von Signalen ausgebildet ist.
4. Membranpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1 1 ) mindestens eine Primärspule aufweist, die mit der Sekundärspule der mindestens einen Membran (15, 16) zusammenwirkt, insbesondere durch die ein Stromfluss in der Sekundärspule messbar ist.
5. Membranpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Leiterbahn (28) auf einer der Produktkammer (24, 25) zugewandten Oberfläche (30) der Membran (15, 16), vorzugsweise in der Membran (15, 16), angeordnet, insbesondere geklebt, gedruckt oder aufgedampft, ist, wobei die mechanischen Eigenschaften der Leiterbahn (28) mit denen der Membran (15, 16), insbesondere einer Membranschicht vergleichbar ist, vorzugsweise die gleiche Reißfestigkeit aufweist, und dass die Leiterbahn (28) auf oder in der Membran (15, 16) als Mäander, Zik-Zak-Muster, Kreise, Schleifen, Rechtecke oder dergleichen ausgebildet ist.
6. Membranpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch Wahl der Form und der Länge der mindestens einen Leiterbahn (28) eine elektrische Charakteristik der Antenne und/oder der Induktionsspule einstellbar, insbesondere veränderbar, ist.
7. Membran (15, 16) für eine Membranpumpe, insbesondere für eine Doppelmembranpumpe (10), gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6.
8. Verfahren zum Nachweis einer defekten Membran (15, 16) einer Membranpumpe, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (15, 16) eine elektrische Leiterbahn (28) aufweist, durch die ein elektromagnetisches Signal erzeugt wird, welches sich ändert, wenn die Membran (15, 16) einen Defekt aufweist, wobei dieses Signal drahtlos an eine Empfangseinrichtung wenigstens zeitweise übertragen wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Primärspule, die in der Pumpe angeordnet ist, in der Leiterbahn (28) ein elektrischer Strom induziert wird, der durch die periodische Bewegung der Membran (15, 16) seine Polarität ändert und die dadurch erzeugten, für die Leiterbahn (28) charakterisierenden elektromagnetischen Signale als Indikator für den Zustand der Membran (15, 16) von der Empfangseinrichtung gemessen werden.
10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahn (28) mit einem RFID-Bauteil (31 ) so kontaktiert wird, dass die Leiterbahn (28) als Antenne einer bestimmten Charakteristik mit dem RFID- Bauteil (31) zusammenwirkt, wobei durch das RFID-Bauteil (31 ) elektrische, magnetische oder elektromagnetische Signale an die Empfangseinrichtung übertragen werden.
1 1. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Empfangseinrichtung empfangenen Signale der Leiterbahn (28) mit mindestens einem Referenzwert für eine intakte Membran (15, 16) verglichen werden und bei einem von diesem mindestens einen Referenzwert abweichenden Signal ein Warnsignal erzeugt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung eines Lebenszyklus der mindestens einen Membran (15, 16) die Hübe der Membran (15, 16) anhand des sich periodisch ändernden Signals der Leiterbahn (28) gezählt werden.
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