EP0263199A1 - Membrankompressor - Google Patents

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EP0263199A1
EP0263199A1 EP86114036A EP86114036A EP0263199A1 EP 0263199 A1 EP0263199 A1 EP 0263199A1 EP 86114036 A EP86114036 A EP 86114036A EP 86114036 A EP86114036 A EP 86114036A EP 0263199 A1 EP0263199 A1 EP 0263199A1
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EP
European Patent Office
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diaphragm
membrane
diameter
housing part
plate
Prior art date
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EP86114036A
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English (en)
French (fr)
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EP0263199B1 (de
EP0263199B2 (de
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Stephan Dipl-Wirt-Ing Brugger
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Individual
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Priority to DE8686114036T priority patent/DE3680339D1/de
Priority to DE8626979U priority patent/DE8626979U1/de
Priority to EP86114036A priority patent/EP0263199B2/de
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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
    • F04B45/00—Pumps or pumping installations having flexible working members and specially adapted for elastic fluids
    • F04B45/04—Pumps or pumping installations having flexible working members and specially adapted for elastic fluids having plate-like flexible members, e.g. diaphragms

Definitions

  • the invention relates to a membrane compressor with a compressor housing, which is composed of a lower housing part and an upper housing part.
  • a flexible membrane is firmly clamped with its edge between the lower housing part and the upper housing part.
  • the membrane is inserted between a lower membrane plate and an upper membrane plate, the membrane plates having a smaller diameter than the membrane, so that the membrane remains flexible in the area of its edge.
  • a connecting rod driven by an eccentric is connected to the diaphragm and the diaphragm plates in order to set them together in a stroke movement.
  • the diaphragm, the upper diaphragm plate and the upper housing part delimit a working area, the upper diaphragm plate reaching almost to the upper inner wall of the upper part of the housing at top dead center and an annular channel-shaped dead space remaining in the area of the edge of the diaphragm. It there is also an inlet and an outlet for the medium to be compressed, which are connected to the working space.
  • a piston chamber for receiving the diaphragm and the diaphragm plate in the bottom dead center.
  • Membrane compressors of this type are used to convey or compress liquid or gaseous media.
  • the drive power is between 1 watt and approx. 3 kw, so that such membrane compressors have a wide range of applications.
  • smaller diaphragm compressors with drive powers of up to approximately 200 watts are often used as drive or actuation units for devices in the medical field due to their simple construction. For example, they serve as pumps for inhalers.
  • the design goal of the membrane compressors currently on the market is to cover the largest possible area of application, which means that the highest possible pressure or the highest possible throughput of the flowing medium should be achieved with the available drive power.
  • Conventional diaphragm compressors therefore achieve relatively high, maximum pressures that can be generated even with low drive power. This is expressed in a pressure-volume flow characteristic curve that rises steeply to high pressure values. The maximum pressure is reached with a volume flow of zero. In practice, this corresponds to the case that the outlet of the compressor is shut off, for example by locking.
  • the pressure built up inside the work area reaches up to several times the normal operating pressure.
  • Membrane compressor and devices connected to them must be designed for these high, possible pressure values, although normally no such loads are provided at all.
  • connecting hoses and associated hose connections must be designed to be correspondingly complex in order to be able to cope with the possible maximum pressure.
  • special connection techniques such as hose clamps are necessary.
  • Such elaborate, constructive measures to protect against excess pressure are certainly to be represented when it comes to devices that are built as individual pieces or in small series. In the case of large series devices that are under strong price pressure, such additional expenses represent a considerable cost factor only for safety reasons, which can no longer be accepted.
  • a membrane compressor of the type mentioned at the beginning It is solved in that the working chamber formed in the upper housing part of the compressor housing has a larger diameter than the piston chamber in the lower housing part, in that the diameter of the lower one Membrane plate is noticeably smaller than the diameter of the piston chamber, so that an annular gap remains between the lower membrane plate and the opposite inner wall of the lower housing part, and in that the diameter of the upper membrane plate corresponds at least to that of the lower membrane plate.
  • This design of the diaphragm compressor according to the invention results in a dead space when the top dead center is reached, which is filled with compressed medium.
  • This dead space immediately above the clamped edge of the membrane concentrically surrounds the upper diaphragm plate and is shifted outwards compared to conventional diaphragm compressors. Because the lower diaphragm plate does not reach all the way to the inner edge of the piston space in the lower housing part, the non-stiffened edge area of the flexible diaphragm is enlarged. When the maximum possible pressure is reached, for example when the outlet is blocked, in the dead space mentioned, the membrane can move downward into the annular gap between the lower membrane plate and the edge of the lower housing part; it thus represents overpressure protection.
  • the diameter of the working space is approximately 5 to 15 percent larger than the diameter of the piston space.
  • the diameter of the lower diaphragm plate is approximately 3 to 10 percent smaller than the diameter of the piston chamber.
  • the diameter of the upper membrane plate is larger than the diameter of the lower membrane plate. This results in an increased compression ratio, so that the eccentricity of the driving eccentric can be reduced. Due to the reduced stroke, the edge areas of the membrane that are subjected to bending are less stressed, which leads to an increase in the membrane service life and also in the other moving components.
  • a circumferential groove is expediently provided in the upper housing part, which receives the edge of the membrane. In this groove, the elastic membrane is held in its intended position in the pressed state.
  • the membrane compressor shown in Fig. 1 has a compressor housing (1) which is composed of a lower housing part (2) and an upper housing part (3).
  • a circumferential groove (4) is provided in the housing upper part (3), which receives a membrane (5) made of a flexible material, for example rubber, with its edge (6).
  • the membrane (5) is held in position within the groove (4) by pressing between the lower housing part (2) and the upper housing part (3).
  • a lower membrane plate (7) or an upper membrane plate (8) lie on both sides of the membrane (5).
  • the two diaphragm plates (7, 8) are torsionally rigid, so that the interposed diaphragm (5) remains elastically deformable only in the area of its edge (6).
  • the diaphragm compressor is driven by a motor (not shown).
  • An eccentric (10) is slid onto its motor shaft (9). The eccentric rotary movement is transmitted to a connecting rod (12) via a bearing (11).
  • the free end of the connecting rod (12) is connected to the lower diaphragm plate (7), the upper diaphragm plate (8) and the interposed diaphragm (5) via an intermediate disc (13).
  • a countersunk screw (14) ensures that the diaphragm plate (7, 8) and diaphragm (5) are securely attached to the connecting rod (12).
  • a working space (15) is delimited by the uncovered areas of the membrane (5), the upper membrane plate (8) and the upper housing part (3).
  • the medium to be compressed for example gas
  • enters the working space (15) which it leaves through an outlet (17) after compression.
  • a piston chamber (18) is divided by the membrane (5) from the working chamber (15), which is essentially embedded in the lower housing part (2). At the bottom dead center, this piston chamber (18) receives the diaphragm (5) and the diaphragm plate (7, 8).
  • This dead space (19) denotes the dead space in which compressed medium remains when the upper diaphragm plate (8) comes to rest on the flat inner wall of the upper housing part (3) up to a gap of approx. 0.1 mm at the top dead center.
  • This dead space (19) has the shape of an annular channel and is located in the region of the edge (6) of the membrane (5).
  • Those delimiting lines of the lower diaphragm plate (7), the upper diaphragm plate (8) and the upper housing part (3) are shown in dashed lines, which run differently in a conventional diaphragm compressor than in the diaphragm compressor according to the invention shown here is.
  • the upper diaphragm plate has a much smaller diameter than the lower diaphragm plate (7), while according to the invention the respective diameters are the same.
  • the diameter of the working chamber 15 is larger than the diameter of the piston chamber 18; in conventional compressors, the respective diameters are approximately the same size.
  • the increase in the diameter of the upper diaphragm plate (8) and the working space (15) in the upper housing part (3) in the same direction leads to a displacement of the dead space (19) radially outwards in comparison to conventional compressors (see dashed lines). This displacement of the dead space (19) to the outside is simultaneously associated with an increase in its volume by approximately 40 percent.
  • the diameter of the lower membrane plate (7) is enlarged far into the area of the edge (6) of the membrane (5). If the pressure of the compressed medium in the dead space (19) reaches a certain critical value, the membrane (5) can move downwards into the annular gap (20) between the lower housing part (2) and the lower membrane plate (7), which automatically causes a pressure limitation .
  • Fig. 2 illustrates the effects of the design changes made in the diaphragm compressor according to the invention compared to a conventional compressor.
  • the pressure P built up in the working space (15) (cf. FIG. 1) is above the volume throughput a flowing medium, which flows from the inlet (16) to the outlet (17), applied.
  • the characteristic curve K h of a conventional diaphragm compressor is drawn in, as can be seen in FIG. results. What is striking is the sharp increase in pressure P with a decrease in the flowing volume per unit of time. In the extreme case, the volume flow is equal to 0, which corresponds, for example, to the operation of the compressor with the outlet (17) closed. The pressure P rises to the maximum possible value. This pressure peak, which is possible at any time in conventional diaphragm compressors, must be taken into account; For example, special hose connections are required to connect a hose to the outlet (17). Because of the steepness of the characteristic curve K h , there is also a large scattering range SB h in the characteristic curve field. While the operating point B is shifted to a tolerable extent on a vertical parallel to the ordinate axis up or down, this spreading range has a much stronger effect with regard to the maximum pressure.
  • the diaphragm compressor according to the invention has a characteristic curve K e , which likewise passes through the same operating point B.
  • the characteristic curve K e is substantially flatter, namely almost straight.
  • the maximum pressure that can be generated by the compressor is considerably lower; the spreading range SB e to be taken into account is correspondingly narrower.
  • the same operating point B can be set with the membrane compressor according to the invention, because of the the pressure-volume flow characteristic curve K e, which runs much flatter, dangerous pressure peaks no longer occur even when the outlet (17) is completely shut off.

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Abstract

Ein Membrankompressor besitzt ein Verdichtergehäuse (1), welches aus einem Gehäuseunterteil (2) und einem Gehäuseoberteil (3) zusammengesetzt ist. Eine flexible Membran (5) ist zwischen einen unteren Membranteller (7) und einen oberen Membranteller (8) eingelegt und steht seitlich über. Mit ihrem Rand (6) ist die Membran (5) zwischen Gehäuseunterteil (2) und Gehäuseoberteil (3) fest eingespannt. Ein Pleuel (12) versetzt die Membran (5) sowie die anliegenden Membranteller (7, 8) in eine Hubbewegung. Hierdurch wird ein Medium in einem Arbeitsraum (15) verdichtet. Unterhalb der Membran (5) befindet sich ein Kolbenraum (18) im Gehäuseunterteil (2). Der Durchmesser des im Gehäuseoberteil (3) ausgebildeten Arbeitsraums (15) hat einen größeren Durchmesser als der Kolbenraum (18). Der Durchmesser des unteren Membrantellers (7) ist merklich kleiner als der Durchmesser des Kolbenraums (18). Hierdurch verbleibt ein Ringspalt (20) zwischen unterem Membranteller (7) und gegenüberliegender Innenwand des Gehäuseunterteils (2). Der Durchmesser des oberen Membrantellers (8) entspricht dabei mindestens demjenigen des unteren Membrantellers (7). Der sich im oberen Totpunkt ergebende Totraum (19) zwischen Gehäuseoberteil (3), Membran (5) und oberem Membrantel ler (8) hat die Form eines Ringkanals und ist in radialer Richtung weit nach außen in den Bereich des Randes (6) der Membran (5) vorgeschoben. Der vorgeschlagene Membrankompressor zeichnet sich durch ein verbessertes Kennlinienverhalten aus. Der Anstieg des Druckes bei Verringerung des Volumendurchsatzes verläuft wesentlich langsamer; die Schwankungsbreite des maximal im Arbeitsraum (15) erzeugbaren Druckes ist wesentlich geringer.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Membrankompressor mit einem Verdichtergehäuse, das zusammengesetzt ist aus einem Gehäuseunterteil und einem Gehäuseoberteil. Eine flexible Membran ist mit ihrem Rand zwischen Gehäuseunterteil und Gehäuseoberteil fest eingespannt. Zwecks Versteifung ist die Membran zwischen einen unteren Membranteller und einen oberen Membranteller eingelegt, wobei die Membranteller geringeren Durchmesser als die Membran aufweisen, damit diese im Bereich ihres Randes flexibel bleibt. Ein von einem Exzenter angetriebenes Pleuel ist mit der Membran und den Membrantellern verbunden, um diese gemeinsam in eine Hubbewegung zu versetzen. Membran, oberer Membranteller und Gehäuseoberteil umgrenzen einen Arbeitsraum, wobei im oberen Totpunkt der obere Membranteller bis fast an die obere Innenwand des Gehäuseoberteils heranreicht und ein ringkanalförmiger Totraum im Bereich des Randes der Membran verbleibt. Es ist ferner ein Einlaß und ein Auslaß für das zu verdichtende Medium vorgesehen, welche mit dem Arbeitsraum in Verbindung stehen. Im Gehäuseunterteil befindet sich ein Kolbenraum zur Aufnahme der Membran und der Membranteller im unteren Totpunkt.
  • Derartige Membrankompressoren werden zum Fördern oder Verdichten von flüssigen oder gasförmigen Medien eingesetzt. Je nach Bauart beträgt die Antriebsleistung zwischen 1 Watt und ca. 3 kw, so daß solche Membrankompressoren ein weites Anwendungsfeld haben. Insbesondere kleinere Membrankompressoren mit Antriebsleistungen bis ungefähr 200 Watt werden aufgrund ihrer einfachen Bauweise häufig als Antriebs- oder Betätigungseinheit für Geräte im medizintechnischen Bereich eingesetzt. Beispielsweise dienen sie als Pumpen für Inhalatoren.
  • Konstruktionsziel der bisher auf dem Markt befindlichen Membrankompressoren ist die Abdeckung eines möglichst großen Einsatzbereiches, was bedeutet, daß mit der zur Verfügung stehenden Antriebsleistung ein möglichst hoher Druck oder ein möglichst hoher Durchsatz des strömenden Mediums erreicht werden soll. Herkömmliche Membrankompressoren erreichen deshalb auch bei kleinen Antriebsleistungen relativ hohe, maximal erzeugbare Drücke. Dies kommt in einer zu hohen Druckwerten hin steil ansteigenden Druck-Volumenstrom-Kennlinie zum Ausdruck. Der Maximaldruck wird dabei bei einem Volumenstrom von Null erreicht. In der Praxis entspricht dies dem Falle, daß der Auslaß des Kompressors abgesperrt wird, beispielsweise durch Zuhalten. Der innerhalb des Arbeitsraums aufgebaute Druck erreicht dabei bis zum Mehrfachen des normalen Betriebsdrucks. Membrankompressor und daran angeschlossene Vorrichtungen müssen auf diese hohen, möglichen Druckwerte ausgelegt werden, obwohl im Normalfall derartige Belastungen überhaupt nicht vorgesehen sind. Insbesondere Verbindungsschläuche und zugehörige Schlauchverbindungen müssen entsprechend aufwendig ausgeführt sein, um dem möglichen Höchstdruck gewachsen zu sein. Teilweise sind spezielle Verbindungstechniken, wie Schlauchklemmen, notwendig. In anderen Fällen ist es sogar notwendig, spezielle Sicherheitsventile einzubauen, um im Falle einer Sperrung des Auslasses Beschädigungen zu vermeiden. Derartig aufwendige, konstruktive Maßnahmen zum Schutz gegen Überdruck sind sicherlich dann zu vertreten, wenn es sich um Geräte handelt, die als Einzelstücke oder in kleinen Serien gebaut werden. Bei Großseriengeräten, die unter einem starken Preisdruck stehen, stellen solche Mehraufwendungen lediglich aus Sicherheitsgründen jedoch einen erheblichen Kostenfaktor dar, der nicht mehr in Kauf genommen werden kann.
  • Angesichts dieser Nachteile im Stand der Technik ist es Aufgabe vorliegender Erfindung, einen Membrankompressor zu schaffen, bei dem der maximal auftretende Druck automatisch und ohne Vorsehen spezieller Bauelemente auf einen unkritischen Wert begrenzt ist, ohne daß bei normalen Betriebsverhältnissen Abstriche hinsichtlich des Wirkungsgrades hingenommen werden müßten.
  • Bei der Lösung dieser Aufgabe wird ausgegangen von einem Membrankompressor der eingangs erwähnten Art; gelöst wird sie dadurch, daß der im Gehäuseoberteil des Verdichtergehäuses ausgebildete Arbeitsraum einen größeren Durchmesser aufweist als der Kolbenraum im Gehäuseunterteil, daß der Durchmesser des unteren Membrantellers merklich kleiner ist als der Durchmesser des Kolbenraums, so daß ein Ringspalt zwischen unterem Membranteller und gegenüberliegender Innenwand des Gehäuseunterteils verbleibt, und dadurch, daß der Durchmesser des oberen Membrantellers mindestens demjenigen des unteren Membrantellers entspricht. Durch diese konstruktive Auslegung des erfindungsgemäßen Membrankompressors ergibt sich bei Erreichen des oberen Totpunkts ein Totraum, welcher mit verdichtetem Medium ausgefüllt ist. Dieser Totraum unmittelbar über dem eingespannten Rand der Membran umgibt den oberen Membranteller konzentrisch und ist gegenüber herkömmlichen Membrankompressoren nach außen verschoben. Dadurch, daß der untere Membranteller nicht ganz bis an den inneren Rand des Kolbenraums im unteren Gehäuseteil heranreicht, ist der nichtversteifte Randbereich der flexiblen Membran vergrößert. Bei Erreichen des maximal möglichen Druckes, beispielsweise bei Sperrung des Auslasses, im erwähnten Totraum kann die Membran nach unten in den Ringspalt zwischen unterem Membranteller und Rand des Gehäuseunterteils ausweichen; sie stellt somit einen Überdruckschutz dar. Zusammen mit der weit nach außen verschobenen Lage des vergrößerten Totraums ergibt sich eine wesentlich verflachte Druck-Volumenstrom-Kennlinie des erfindungsgemäß ausgestalteten Membrankompressors. Bei unverändert günstigem Betriebsverhalten bei normalen Betriebsdrücken steigt der im Arbeitsraum erzeugte Druck bei Verringerung des Volumendurchsatzes wesentlich langsamer an, als dies bei herkömmlichen Kompressoren der Fall ist. Der Maximaldruck, der überhaupt erreicht werden kann, ist erheblich herabgesetzt. Bei einer unabsichtlichen Sperrung des Auslasses werden so gefährliche Druckspitzen vermieden; der Membrankompressor zeichnet sich durch eine selbsttätige Druckbegrenzung aus.
  • Spezielle Bauteile zur Druckbegrenzung können entfallen. Ein weiterer Vorteil des vorgeschlagenen Membrankompressors liegt darin, daß der Streubereich der Druck-Volumenstrom-Kennlinien eingeengt ist. Ohne konstruktiven Mehraufwand ergibt sich dadurch eine höhere Fertigungsqualität unter Einhaltung vorgegebener Parameter hinsichtlich des Druck-Volumenstrom-Verhaltens. Mit der Erfindung wurde somit ein Membrankompressor mit einer automatischen Druckbegrenzung geschaffen, welcher besondere Sicherheitsmaßnahmen gegen Überdruck entbehrlich macht. Die gestellte Aufgabe ist gelöst.
  • Bei einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Membrankompressors ist der Durchmesser des Arbeitsraums ungefähr 5 bis 15 Prozent größer als der Durchmesser des Kolbenraums. Der Durchmesser des unteren Membrantellers ist ungefähr 3 bis 10 Prozent kleiner als der Durchmesser des Kolbenraums gewählt. Eine solche Dimensionierung ergibt ein besonders günstiges Druck-Volumen-Verhalten des Membrankompressors, mit nur mäßigem Druckanstieg bei Verringerung des Volumendurchsatzes.
  • In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist der Durchmesser des oberen Membrantellers größer als der Durchmesser des unteren Membrantellers. Hierdurch ergibt sich ein erhöhtes Verdichtungsverhältnis, so daß die Exzentrizität des antreibenden Exzenters verringert werden kann. Aufgrund des verringerten Hubes werden die auf Biegung beanspruchten Randbereiche der Membran weniger belastet, was zu einer Erhöhung der Membranlebensdauer sowie auch der übrigen bewegten Bauteile führt.
  • Zweckmäßigerweise ist im Gehäuseoberteil eine umlaufende Nut vorgesehen, welche den Rand der Membran aufnimmt. In dieser Nut wird die elastische Membran in gepreßtem Zustand in ihrer vorgesehenen Lage gehalten.
  • Ein Ausführungsbe ispiel des erfindungsgemäßen Membrankompressors wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1 einen Membrankompressor gemäß der Erfindung, in einem Längsschnitt durch das Verdichtergehäuse, in vergrößertem Maßstab; und
    • Fig. 2 das Kennlinienverhalten des Membrankompressors von Fig. 1 im Vergleich zu herkömmlichen Kompressoren, in einem Druck-Volumenstrom-Diagramm.
  • Der in Fig. 1 dargestellte Membrankompressor besitzt ein Verdichtergehäuse (1), das aus einem Gehäuseunterteil (2) und einem Gehäuseoberteil (3) zusammengesetzt ist. Im Gehäuseoberteil (3) ist eine ringsumlaufende Nut (4) vorgesehen, welche eine Membran (5) aus einem flexiblen Material, beispielsweise Gummi, mit ihrem Rand (6) aufnimmt. Die Membran (5) wird durch Pressung zwischen dem Gehäuseunterteil (2) und dem Gehäuseoberteil (3) in ihrer Lage innerhalb der Nut (4) festgehalten. Zu beiden Seiten der Membran (5) liegen ein unterer Membranteller (7) bzw. ein oberer Membranteller (8) an. Die beiden Membranteller (7, 8) sind verwindungssteif, so daß die zwischengelegte Membran (5) lediglich im Bereich ihres Randes (6) elastisch verformbar bleibt.
  • Der Membrankompressor wird von einem (nichtdargestellten) Motor angetrieben. Auf dessen Motorwelle (9) ist ein Exzenter (10) aufgeschoben. Die exzentrische Drehbewegung wird über ein Lager (11) auf ein Pleuel (12) übertragen.
  • Über eine Zwischenscheibe (13) ist das freie Ende des Pleuels (12) mit dem unteren Membranteller (7), dem oberen Membranteller (8) sowie der zwischengelegten Membran (5) verbunden. Eine Senkkopfschraube (14) sorgt für eine sichere Befestigung der Membranteller (7, 8) und der Membran (5) am Pleuel (12). Bei Drehung der Motorwelle (9) wird der mittlere Bereich der Membran (5) mit den beidseitig anliegenden Membrantellern (7, 8) kolbenartig in eine nahezu senkrechte Hubbewegung versetzt.
  • Von den nichtabgedeckten Bereichen der Membran (5), dem oberen Membranteller (8) und dem Gehäuseoberteil (3) wird ein Arbeitsraum (15) umgrenzt. Über einen Einlaß (16) gelangt das zu verdichtende Medium, beispielsweise Gas, in den Arbeitsraum (15), welchen es durch einen Auslaß (17) nach erfolgter Verdichtung wieder verläßt. Ein Kolbenraum (18) ist durch die Membran (5) vom Arbeitsraum (15) abgeteilt, welcher im wesentlichen im Gehäuseunterteil (2) eingelassen ist. Im unteren Totpunkt nimmt dieser Kolbenraum (18) die Membran (5) und die Membranteller (7, 8) auf.
  • Mit 19 ist der Totraum bezeichnet, in welchem verdichtetes Medium zurückbleibt, wenn im oberen Totpunkt der obere Membranteller (8) bis auf einen Spalt von ca. 0,1 mm an die ebene Innenwand des Gehäuseoberteils (3)zu liegen kommt. Dieser Totraum (19) hat die Form eines Ringkanals und befindet sich im Bereich des Randes (6) der Membran (5). Gestrichelt eingezeichnet sind diejenigen Begrenzungslinien des unteren Membrantellers (7), des oberen Membrantellers (8) sowie des Gehäuseoberteils (3), welche bei einem herkömmlichen Membrankompressor unterschiedlich verlaufen, als dies bei dem hier gezeigten, erfindungsgemäßen Membrankompressor der Fall ist. Es wird deutlich, daß bei einem herkömmlichen Membrankompressor der obere Membranteller einen wesentlich geringeren Durchmesser aufweist als der untere Membranteller (7), während erfindungsgemäß die jeweiligen Durchmesser gleich sind. Ebenso ist der Durchmesser des Arbeitsraumes 15 größer als der Durchmesser des Kolbenraums 18; bei herkömmlichen Kompressoren sind die jeweiligen Durchmesser etwa gleich groß. Die gleichsinnige Vergrößerung der Durchmesser des oberen Membrantellers (8) sowie des Arbeitsraums (15) im Gehäuseoberteil (3) führt zu einer Verschiebung des Totraums (19) radial nach außen im Vergleich zu herkömmlichen Kompressoren (vgl. gestrichelte Linien). Diese Verschiebung des Totraums (19) nach außen ist gleichzeitig verbunden mit einer Vergrößerung dessen Volumens um ungefähr 40 Prozent. Dagegen ist der Durchmesser des unteren Me mbrantellers (7) bis weit in den Bereich des Randes (6) der Membran (5) hinein vergrößert. Erreicht der Druck des verdichteten Mediums im Totraum (19) einen bestimmten kritischen Wert, so kann die Membran (5) nach unten in den Ringspalt (20) zwischen Gehäuseunterteil (2) und unterem Membranteller (7) ausweichen, wodurch automatisch eine Druckbegrenzung bewirkt wird.
  • Fig. 2 verdeutlicht die Auswirkungen der beim erfindunsgemäßen Membrankompressor vorgenommenen konstruktiven Änderungen im Vergleich zu einem herkömmlichen Kompressor. Im Diagramm ist der im Arbeitsraum (15) (vgl. Fig. 1) aufgebaute Druck P über dem Volumendurchsatz
    Figure imgb0001
    eines strömenden Mediums, welches vom Einlaß (16) zum Auslaß (17) strömt, aufgetragen.
  • Ausgehend von einem Betriebspunkt B, der den normalen Betriebszustand repräsentiert, ist die Kennlinie K heines herkömmlichen Membrankompressors eingezeichnet, wie er sich aus Fig. 1 unter der Beachtung der gestrichelt eingezeichneten Begrenzungslinien für die Membranteller (7, 8) sowie des Gehäuseoberteils (3) ergibt. Auffällig ist der starke Anstieg des Druckes P bei Verringerung des strömenden Volumens pro Zeiteinheit. Im Extremfall ist der Volumenstrom
    Figure imgb0002
    gleich 0, was beispielsweise dem Betrieb des Kompressors mit zugehaltenen Auslaß (17) entspricht. Dabei steigt der Druck P auf den maximal möglichen Wert an. Diese jederzeit mögliche Druckspitze bei herkömmlichen Membrankompressoren muß berücksichtigt werden; es sind beispielsweise besondere Schlauchverbindungen zum Anschluß eines Schlauches an den Auslaß (17) erforderlich. Aufgrund der Steilheit der Kennlinie K h ergibt sich ferner ein großer Streubereich SB h im Kennlinienfeld. Während der Betriebspunkt B in noch tolerierbarem Maße auf einer Senkrechten parallel zur Ordinatenachse nach oben bzw. unten verschoben wird, wirkt sich dieser Streubereich bezüglich des Maximaldruckes wesentlich stärker aus.
  • Der erfindungsgemäße Membrankompressor besitzt hingegen eine Kennlinie K e, welche ebenfalls durch denselben Betriebspunkt B geht. Gegenüber der Kennlinie K hverläuft die Kennlinie K e jedoch wesentlich flacher, nämlich nahezu gerade. Bei Verringerung des Volumenstroms
    Figure imgb0003
    steigt der Druck P wesentlich geringfügiger an als bei Befahren der Kennlinie K h. Der vom Kompressor maximal erzeugbare Druck ist wesentlich geringer; entsprechend schmaler ist der zu berücksichtigende Streubereich SB e. Obwohl mit dem erfindungsgemäßen Membrankompressor der gleiche Betriebspunkt B einstellbar ist, können wegen der wesentlich flacher verlaufenden Druck-Volumenstrom-Kennlinie K e gefährliche Druckspitzen auch dann nicht mehr auftreten, wenn der Auslaß (17) vollständig abgesperrt ist.
    • Verzeichnis der Bezugsziffern
    • 1 Verdichtergehäuse
    • 2 Gehäuseunterteil (von 1)
    • 3 Gehäuseoberteil (von 1)
    • 4 Nut (in 3) 
    • 5 Membran
    • 6 Rand (von 5)
    • 7 unterer Membranteller
    • 8 oberer Membranteller 
    • 9 Motorwelle
    • 10 Exzenter
    • 11 Lager
    • 12 Pleuel
    • 13 Zwischenscheibe
    • 14 Senkkopfschraube 
    • 15 Arbeitsraum
    • 16 Einlaß (in 15)
    • 17 Auslaß (von 15)
    • 18 Kolbenraum
    • 19 Totraum (zwischen 3, 5 und 8)
    • 20 Ringspalt (zwischen 2 und 7) 
    • K h Kennlinie (herkömmlich)
    • K e Kennlinie (erfindungsgemäß)
    • B Betriebspunkt
    • SB e, SB h Streubereich
      (der Kennlinien K h bzw. K e) 

Claims (5)

1. Membrankompressor, mit
- einem Verdichtergehäuse (1), das zusammengesetzt ist aus einem G ehäuseunterteil (2) und einem Gehäuseoberteil (3),
- einer flexiblen Membran (5), die mit ihrem Rand (6) zwischen Gehäuseunterteil (2) und Gehäuseoberteil (3) fest eingespannt ist,
- einem unteren Membranteller (7) und einem oberen Membranteller (8), zwischen die die Membran (5) zwecks Versteifung eingelegt ist, wobei die Membranteller (7, 8) geringeren Durchmessers als die Membran (5) aufweisen, damit diese im Bereich ihres Randes (6) flexibel bleibt,
- einem von einem Exzenter (10) angetriebenen Pleuel (12), das mit der Membran (5) und den Membrantellern (7, 8) verbunden ist, um diese gemeinsam in eine Hubbewegung zu versetzen,
- einem Arbeitsraum (15), der von der Membran (5), dem oberen Membranteller (8) und dem Gehäuseoberteil (3) umgrenzt wird, wobei im oberen Totpunkt der obere Membranteller (8) bis fast an die obere Innenwand des Gehäuseoberteils (3) heranreicht und ein ringkanalförmiger Totraum (19) im Bereich des Randes (6) der Membran (5) verbleibt,
- einem Einlaß (16) und einem Auslaß (17) für das zu verdichtende Medium, welche mit dem Arbeitsraum (15) in Verbindung stehen, und
- einem Kolbenraum (18) im Gehäuseunterteil (2) zur Aufnahme der Membran (5) und der Membranteller (7, 8) im unteren Totpunkt,
dadurch gekennzeichnet, daß
- der im Gehäuseoberteil (3) ausgebildete Arbeitsraum (15) einen größeren Durchmesser aufweist als der Kolbenraum (18) im Gehäuseunterteil (2),
- der Durchmesser des unteren Membrantellers (7) merklich kleiner ist als der Durchmesser des Kolbenraums (18), so daß ein Ringspalt (20) zwischen dem unteren Membranteller (7) und der gegenüberliegenden Innenwand des Gehäuseunterteils (2) verbleibt, und
- der Durchmesser des oberen Membrantellers (8) mindestens demjenigen des unteren Membrantellers (7) entspricht.
2. Membrankompressor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser (15) ungefähr 5 bis 15 Prozent größer ist als der Durchmesser des Kolbenraums (18).
3. Membrankompressor nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des unteren Membrantellers (7) ungefähr 3 bis 10 Prozent kleiner ist als der Durchmesser des Kolbenraums (18).
4. Membrankompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des oberen Membrantellers (8) größer ist als der Durchmesser des unteren Membrantellers (7).
5. Membrankompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuseoberteil (3) eine umlaufende Nut (4) vorgesehen ist, welche den Rand (6) der Membran (5) aufnimmt.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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FR392356A (fr) * 1908-07-16 1908-11-25 Martin Falk Perfectionnements apportés aux pompes à vide à membrane
FR744350A (de) * 1933-04-14
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DE8626979U1 (de) * 1986-10-10 1986-11-20 Brugger, Stephan, Dipl.-Wirtsch.-Ing.(FH), 8137 Berg Membrankompressor

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