EP0604740B1

EP0604740B1 - Membranpumpe

Info

Publication number: EP0604740B1
Application number: EP93118021A
Authority: EP
Inventors: Richard Von Der Heyde; Erich Becker; Heinz Riedlinger
Original assignee: KNF Neuberger GmbH
Current assignee: KNF Neuberger GmbH
Priority date: 1992-12-31
Filing date: 1993-11-06
Publication date: 1996-07-17
Anticipated expiration: 2013-11-06
Also published as: DE59303259D1; US5533886A; JPH06235381A; DE4244619A1; EP0604740A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Membranpumpe mit einer Membran, die an ihren Randbereichen dichtend mit dem Pumpengehäuse verbunden ist, wobei zwischen dem zentralen Bereich der Membran sowie der diesem gegenüberliegenden Pumpraumwand des Pumpengehäuses der Pumpraum liegt, in den Ein- und Auslaßkanäle hinein- bzw. herausführen, und wobei an der dem Pumpraum abgewandten Seite der Membran eine Antriebs-Angriffsstelle vorgesehen ist.
Man kennt bereits schon seit langer Zeit Membranpumpen, bei denen der Pumpraum in einer Aussparung des Pumpenkopfes untergebracht und zum Pumpenantrieb hin durch eine flache, z. B. scheibenartige Membran verschlossen ist (DE 1 184 447). Die Pumpwirkung wird durch Bewegen der Punpmembran mittels eines Pleuels bewirkt. Dieses spannt mit seinem freien Ende die Membran zwischen sich und einer zugehörigen Befestigungsscheibe abschnittsweise ein. An seinem anderen Ende ist das Pleuel auf einer Kurbelwelle exzentrisch gelagert, so daß sich beim Betrieb einer solchen Membranpumpe eine etwa senkrecht zur Hauptmittelebene der flachen Membran orientierte Hubbewegung ergibt. Solche Membranpumpen haben u.a. den Vorteil, daß vom Kurbelgehäuse aus keine Schmiermittel oder Schmiermitteldämpfe in den Pumpraum gelangen. Nachteilig ist bei diesen Membranpumpen u.a. ihre vergleichsweise unruhige Laufweise, welche durch das Hin- und Hergehen des Pleuels sowie die hin- und hergehende Bewegung des mittleren Bereiches der Membran zusammenhängen.
Man kennt auch bereits Membranpumpen, die einen ringhohlraumförmigen Arbeitsraum haben, der eine feste Außenwand sowie eine von einer Ringmembran gebildete, verformbare Innenwand hat, wobei die Ringmembran mittels eines umlaufenden Rollkolbens bewegt wird (vgl. DE-PS 2 911 609). Bei solchen Membranpumpen mit Rollkolben ist auch schon bekannt, den Sauganschluß benachbart zum Druckanschluß anzuordnen, wobei zwischen diesen beiden Anschlüssen eine Trennung des Pumpraumes mit Hilfe eines zur Ringmembran gehörenden Einspannstückes erfolgt. Solche Ringmembrane beziehungsweise die zugehörigen Pumpen sind jedoch verhältnismäßig aufwendig in der Herstellung und sie benötigen immer noch einen Kurbelantrieb. Der Rollkolben läßt keine einfache Bau- und Herstellungsweise der Membran zu, wobei die Membran bekanntermaßen ein Verschleißteil bei Membranpumpen ist. Auch ist das Austauschen der Ringmembran bei Ringmembranpumpen verhältnismäßig aufwendig. Diese haben auch einen verhältnismäßig großen Platzbedarf.
Aus der DE-OS 15 28 971 ist bereits eine Membranpumpe bekannt, deren als einseitig offene Schale ausgebildeter Pumpraum durch eine Membran abgedeckt ist, die aus einem elastischen Material besteht. Auf der dem Pumpraum abgewandten Außenseite der Membran wirkt eine gegen den schalenförmigen Pumpraum fortschreitend pressende Taumelrolle ein, die den Pumpraum in einen Druckraum und einen Saugraum unterteilt. Dabei ist zwischen dem Staugstutzen und dem Druckstutzen, die im Pumpraum münden, eine Rippe angeordnet, die an der Unterseite der Membran angeformt ist und die den Pumpraum sowie den Druckraum voneinander trennt.
Bei der vorbekannten Membranpumpe bewirkt die auf der Membran kreisförmig abwälzende Taumelrolle, daß sich der Druckraum und der Saugraum in ihrem Volumina ständig vergrößern bzw. verkleinern. Bei jedem Umlauf der Taumelrolle wird somit durch diese das durch den Saugstutzen in den Pumpraum eintretende Medium gegen den Druckstutzen gefördert, aus dem es dann unter Überdruck austritt. Da diese Taumelrolle die Membran aber nur an die den Pumpraum begrenzende Innenwand des Pumpenkopfes andrückt, nicht aber von diesem auch wieder abheben kann, besteht die Gefahr, daß die Förderleistung der vorbekannten Pumpe, insbesondere wenn sie als Flüssigkeitspumpe verwendet wird, bei Vakuum auf ein Minium zurückgeht.
Es besteht daher die Aufgabe, eine Membranpumpe mit einer bewegbaren, angetriebenen Membran zu schaffen, bei der die Nachteile der vorbekannten Membranpumpen vermieden oder weitgehend vermindert werden.
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht bei der Membranpumpe der eingangs erwähnten Art darin, daß die Membran zwischen den in Arbeits-Umlaufrichtung der Membranbewegung nebeneinander liegenden Ein- und Auslaßkanälen entlang einer etwa radial vom Membranrand bis etwa zum Membran-Mittelpunkt sich erstreckenden, zwischen den Ein- und Auslaßöffnungen angeordneten, festliegenden Dichtzone dichtend mit dem ihr dort benachbarten Bereich der Pumpraumwand verbunden ist, und daß bei einer Membran-Antriebs-Angriffstelle ein Antriebsstift an der Membran befestigt und mit seinem membranfernen Ende exzentrisch gegenüber der Membran-Mittelachse gelagert und dort etwa in Form einer Kreisbewegung angetrieben ist, deren Mittelpunkt etwa auf der Membran-Mittelachse liegt, derart, daß der bewegliche Bereich der Membran sich mit einem zyklisch umlaufenden Dichtabschnitt gegen den jeweils benachbarten Abschnitt der Pumpraumwand dichtend anlegt.
Bei der erfindungsgemäßen Membranpumpe erreicht man mit verhältnismäßig einfachen Antriebsmitteln, daß der mittige Arbeitsbereich der Membran eine Pumpbewegung durch Umlaufen eines Pumpraumes bei einer etwa flachen Membran erzeugt wird. Der Arbeitsbereich der Membran macht wegen der besonderen Ausbildung des Membranantriebs eine Art zyklische Umlaufbewegung im Pumpraum. Bei einer solchen Arbeitsweise kann man nicht nur mit einer in Nähe des Pumpraumes im wesentlichen flachen Membran arbeiten, sondern die Pumpbewegung auch noch im wesentlichen unter Vermeidung von Hubbewegungen durch einen praktisch vor allem umlaufenden Hubraum erreichen. Dabei ist auch die Herstellung und gegebenenfalls das Auswechseln der Membran verhältnismäßig einfach. Die Pumpe hat einen vergleichsweisen ruhigen Lauf; die durch Hubbewegungen bei vergleichbaren Membranpumpen auftretenden Erschütterungen werden weitestgehend vermieden.
Durch die Merkmale des 2. Anspruches läßt sich in vorteilhafter Weise eine Vergrößerung des Pumpvolumens durch eine membranseitige Aussparung im Pumpengehäusekopf erzielen.
Durch die Merkmale des 3. Anspruchs erreicht man bei einer einfachen Form der Membran die gewünschte Dichtigkeit im Bereich der zwischen Ein- und Auslaß befindlichen Dichtzone.
Durch die Merkmale des 4. Anspruchs kann die Dichtigkeit der Dichtzone mechanisch ein- bzw. nachgestellt werden, ohne daß der entsprechende Bereich der Membran an dem Steg oder der angrenzenden Wandung des Gehäusekopfes z.B. durch Kleben befestigt werden muß. Es ergibt sich eine einfache Montage, insbesondere auch beim Wechseln einer Membran.
Durch die Merkmale des 5. Anspruchs läßt sich die Dichtigkeit der Dicht zone variabel und bedienungsfreundlich durch Drehen des exzentrisch gelagerten Klemmfingers um dessen Achse einstellen.
Durch die Merkmale des 6. Anspruches ergibt sich eine leichtere Herstellbarkeit der Aussparung am Pumpengehäusekopf.
Durch die Merkmale des 7. Anspruches ergibt sich durch die Kugelabschnittsflächenform der Aussparung eine Vergrößerung des Pumpraumes und somit eine Steigerung der Förderleistung der Pumpe bei einfacher Herstellbarkeit des Pumpenkopfes.
Durch die Merkmale des 8. Anspruches ergeben sich durch die Verdickung der Membran eine gute Krafteinleitung an dieser Stelle. Zudem erlaubt die radiale Verdickung des Stiftes eine gute Führung der Membran sowie eine stabile Verbindung zwischen Stift und Membran.
Durch die Merkmale des 9. und 10. Anspruches vermeidet man durch die Unterstützung der Membran daran unerwünschtes Auslenken in entsprechenden Membranbereichen.
Durch die Merkmale des 11. Anspruches läßt sich durch die Dichtkuppel der mittlere Bereich zwischen Membran und Pumpraumwand besser abdichten. Das aktive Pumpvolumen ist dadurch genauer zum Mittenbereich hin abgegrenzt und einer Fluktuation der Förderleistung wird somit entgegengewirkt.
Zusätzliche Weiterbildungen sind in weiteren Unteransprüchen aufgeführt sowie in der Beschreibung erläutert.
Nachstehend ist die Erfindung mit ihren ihr als wesentlich zugehörenden Einzelheiten anhand der Zeichnung noch näher beschrieben. Die einzelnen Merkmale können je für sich oder zu mehreren bei einer Ausführungsform der Erfindung verwirklicht sein.
Es zeigt in z.T. stärker schematisierter Darstellung:

Fig. 1: einen Teillängsschnitt einer erfindungsgemäßen Membranpumpe,
Fig. 2: eine stirnseitige Draufsicht der Membranpumpe mit Ein- und Auslaß,
Fig. 3: eine Innenansicht eines die Membranpumpe abschließenden Pumpengehäusekopfes mit einer der Membrane gegenüberliegende Aussparung eines Pumpraumes zur Vergrößerung des Pumpenvolumens in perspektivischer Darstellungsweise,
Fig. 4: eine Seitenansicht einer Membran mit Antriebsstift und einem darunter angedeuteten Klemmstück,
Fig. 5: eine Aufsicht auf die Membran entsprechend Figur 4,
Fig. 6: eine Innenansicht des Pumpengehäusekopfes,
Fig. 7: einen Längsschnitt durch den Pumpengehäusekopf nach Fig. 6,
Fig. 8: eine im Teilschnitt gehaltene Seitenansicht der Membran ähnlich der nach Fig. 4 und 5, sowie stärker schematisiert,
Fig. 9: eine Einzelheit gemäß Ausschnitt "X" aus Fig. 8 im vergrößerten Maßstab, wo eine Verbindung zwischen der Membran und dem Rand der Membran-Unterstützung im Teil-Längsschnitt dargestellt ist,
Fig. 10: einen Teil-Längsschnitt des Kopfbereiches der Membranpumpe, bei welchem ein Verbindungskopf zwischen dem Antriebsstift und dem zentralen Bereich der Membran unsymmetrisch zur Längsachse des Stiftes ausgebildet ist ähnlich der Ausführung nach Fig. 8 und entsprechend der Schnittlinie A-A in Fig. 11,
Fig. 11: eine Aufsicht auf den Verbindungskopf 4b gemäß Fig. 10 in stark vergrößertem Maßstab,
Fig. 12: einen Querschnitt durch den Oberbereich der Membranpumpe entsprechend der Schnittlinie B-B gemäß Fig. 11, bei dem analog zu Fig. 10 der unsymmetrische Verbindungsknopf 4a in der Membran 3 eingearbeitet, jedoch der besseren Übersicht halber der Klemmfinger 13 weggelassen ist,
Fig. 13: eine gegenüber den Abbildungen 10 und 12 spiegelverkehrte, jedoch der Fig. 2 angepasste Längsschnitt-Darstellung entsprechend der dortigen Schnittlinie A-C bei in Klemmstellung befindlichem Klemmfinger und umlaufendem Dichtbereich der Membran,
Fig. 14: eine Innen-Aufsicht eines Gehäusekopfes ähnlich Fig. 3 mit strichpunktiert eingezeichneter, kreisförmiger Konturlinie,
Fig. 15: einen Schnitt entlang der Konturlinie beim Gehäusekopf 5 gemäß Fig. 14,
Fig. 16: eine Innenansicht in einen Gehäusekopf ähnlich Fig 6, der jedoch eine gegenüber Fig. 15 abweichende Konturlinie aufweist,
Fig. 17: einen Schnitt durch den Gehäusekopf nach Fig. 16 entsprechend der strichpunktierten Konturlinie in Fig. 16 und
Fig. 18: den Unterstützungstopf gemäß Fig. 8 in Aufsicht bei weggelassener Membran.

Eine in Figur 1 im ganzen mit 1 bezeichnete Membranpumpe weist ein Pumpengehäuse 2 mit einer darin befindlichen Membran 3 auf, die mit einem Antriebsstift 4 verbunden ist. Das Pumpengehäuse 2 wird oben durch einen Gehäusekopf 5 abgeschlossen, der Ein- und Auslaßöffnungen 6, 7 aufweist, die in Umfangsrichtung eng beabstandet sind. Die Membran 3 ist bei ihrem Einspannrand 32 dichtend mit dem Pumpengehäuse 2 verbunden und mit ihrer Oberseite 3a dem Gehäusekopf 5 zugewandt, während ihre Unterseite 3b dem antriebsseitigen Teil der Pumpe 1 zugewandt ist. Zwischen Membran 3 und Gehäusekopf 5 befindet sich ein Pumpraum 8. Die Membran 3 ist zwischen den in Umfangs- beziehungsweise Pumpenumlaufsrichtung zwar beabstandeten, aber relativ eng nebeneinander angeordneten Einlaß- und Auslaßöffnungen 6, 7 dichtend mit dem entsprechenden Bereich des Gehäusekopfes 5 verbunden. Dieser Bereich 27 erstreckt sich dort etwa radial vom Membranrand 3c bis zum Membranmittelpunkt M (vgl. Fig. 1 und 2).
Auf ihrer dem Gehäusekopf 5 abgewandten Seite weist die Membran 3 in ihrem zentralen Bereich einen etwa wulst- oder trichterförmig verdickten Befestigungsansatz 21 auf, in die der Antriebsstift 4 eingreift und dort z.B. formschlüssig befestigt oder auch einvulkanisiert ist. Dabei weist der Antriebsstift 4 an seinem einen, der Membran 3 zugewandten Ende eine etwa z.B. tellerförmig verbreiterten Verbindungskopf 4a auf. Mit seinem anderen, der Membran 3 abgewandten Ende ist der Antriebsstift 4 über einen Lagerhalter 9 und einem Wälzlager 11 mit einer Antriebswelle 10 verbunden, die sich längs der Membranmittelachse A erstreckt. Das Lager 11 und der Lagerhalter 9 sind drehfest mit der Antriebswelle 10 verbunden, wobei eine der Membran 3 zugewandte Anlagefläche 9a des Lagerhalters 9 schräg zur Membranmittelachse A verläuft. Der Antriebsstift 4 steht etwa senkrecht zur schrägen Anlagefläche 9a und ist exzentrisch gegenüber der Mittelachse A der Membran 3 und der Antriebswelle 10 angeordnet, vorzugsweise drehbar im Kugellager 11 gelagert.
Die Längsachse 24 des Antriebstiftes 4 verläuft schräg zur Mittelachse, wobei der Kopf 4a des Antriebstiftes 4 der Membran-Mittelachse A, die mit der Mittelachse A1 der Antriebswelle 10 koaxial verläuft, zugewandt ist. Wegen dieser Verkippung des Antriebstiftes 4 relativ zur Mittelachse A bzw. A1 hat ein entsprechender Randbereich des Verbindungskopfes 4a einen kleineren Abstand zur Unterseite des Gehäusekopfes 5 als der auf der diametral entgegengesetzten Seite der Mittelebene befindliche Randbereich des Verbindungskopfes 4a aufweist. Im Pumpbetrieb, d.h. bei rotierender Antriebswelle 10, vollführt der Antriebsstift 4 um die Mittelachse A eine Art zyklische Taumelbewegung. Dabei wird der etwa mittige Bereich 28 der Membran 3 durch den entsprechenden nach oben weisenden Randbereich des Verbindungskopfes 4a dichtend gegen den zentralen Bereich der Unterseite des Gehäusekopfes 5 gedrückt. Andererseits wird der jeweilige Membranbereich, der an den abwärtsgeneigten Randbereich des Verbindungskopfes 4a angrenzt, im Takt der Umlaufbewegung des Antriebstiftes 4a zyklisch umlaufend um die Mittelachse A bzw. Al bewegt. Dabei wird die Membran 3 - zusammen mit ihrem etwa zentralen, verdickten Befestigungsansatz 21 - exzentrisch zur Mittelachse A-A1 ebenfalls zyklisch umlaufend entgegen dem Gehäusekopf 5 ausgelenkt, wobei die Membran 3 elastisch verformt wird. Die Antriebswelle 10 gehört zu einem im Motorgehäuse 26 untergebrachten Elektromotor E.
Zwischen den am Gehäusekopf 5 vorgesehenen, in Umfangsrichtung beabstandeten Einlaß- und Auslaß-Öffnungen 6, 7, wird ein dort angrenzender Bereich der Membran 3 durch einen an der Membran-unterseite 3b angreifenden Klemmfinger 13a dichtend gegen den dortigen Bereich des Gehäusekopfes 5 gedrückt. Der Klemmfinger 13a erstreckt sich etwa radial in Richtung des Membranmittelpunktes M. Ein zugehöriges Klemmstück 13 ist in der seitlichen Wandung 2a des Pumpengehäuses 2 exzentrisch gelagert und von außen über eine Welle 26 bedienbar.
Da sich die Klemmwirkung des Klemmfingers 13 etwa radial vom entsprechenden Randbereich der Membran 3 bis etwa zum Membran-mittelpunkt M erstreckt, bildet der dichtend an dem Gehäusekopf 5 zwischen Einlaß 6 und Auslaß 7 angeordnete Membranbereich dort eine Dichtzone 27 (Fig. 1 und 2), die in Fig. 2 strichliniert dargestellt ist. Dort ist auch gut erkennbar, daß bei zyklisch umlaufender, etwa blasenförmiger Auslenkung der Membran 3 der von dem Klemmfinger 13a beaufschlagte Bereich der Membran 3 davon ausgenommen bleibt. Somit definiert die Dichtzone 27 der Membran 3 eine Art Totpunkt der Membranpumpe 1 in bezug auf den Pumpraum 8.
Fig.2 zeigt die rechts und links der Dichtzone 27 beabstandeten Mündungen der Ein- und Auslaß-Öffnungen 6, 7 im Gehäusekopf 5. Zur Vergrößerung des Pumpvolumens weist die der Membran 3 zugewandte Seite des Gehäusekopfes 5, wie Fig.3 zeigt, eine bereichweise Aussparung oder Ausformung 18a auf. Davon ausgenommen ist dort ein Trennsteg 12, der sich zwischen Ein- und Auslaßöffnung 6,7 etwa radial vom Randbereich des Gehäusekopfes 5 bis etwa zu seiner Mitte erstreckt und als Widerlager für die Dichtzone 27 einer pumpraumseitig etwa ebenen Membran 3 dient.
Wie in Fig.4 und 5 zu erkennen ist, kann die Membran 3 in einer gegenüber der in Fig.l abgewandelten Ausführungsform in ihrem zentralen Bereich 28, der dem Gehäusekopf 5 zugewandt ist, eine Dichtkuppel 17 aufweisen. Diese wird in Gebrauchsstellung von dem rotierenden Antriebsstift 4 gegen den angrenzenden, etwa mittigen Bereich der Unterseite des Gehäusekopfes 5 gedrückt. So wird dort die Abdichtung erhöht.
Anstelle des Trennsteges 12 kann eine kreisförmige, ansonsten an ihrer dem Pumpraum 8 zugewandten Seite etwa flache Membran 3 vorzugsweise eine etwa radial von der zentralen Dichtkuppel 17 zum Außenrand verlaufende stegartige Dichtwulst 14 aufweisen. Durch den an der Membranunterseite 3b angeordneten Klemmfinger 13 wird die Dichtwulst 14 gegen den zwischen Ein- und Auslaß-Öffnung 6, 7 befindlichen Dichtbereich 27 (Fig. 2) des Gehäusekopfes 5 angedrückt, wodurch dieser Bereich besser abgedichtet wird. Der Pumpraum 8 ist dann sehr einfach geformt und leicht herstellbar (vgl. Fig. 6 und 7).
Eine zu dieser Ausführungsform der Membran 3 passende Aussparung 18 des Gehäusekopfes 5 ist in Fig. 6 und 7 dargestellt. Dabei ist die Aussparung 18 als Kugelabschnittfläche bzw. kalottenförmig ausgebildet und dient der Vergrößerung des Pumpraumes 8 und damit der Steigerung der Pumpförderleistung.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist die Membran 3 (Fig.8) auf ihrer dem Pumpraum 8 abgewandten Seite eine Unterstützung 16 auf, die im Querschnitt etwa topfförmig ausgebildet ist, wobei der Topfboden der Unterstützung 16 am Antriebsstift 4 etwa im Bereich des zentral verdickten Befestigungsansatzes 21 befestigt ist. Ein etwa radial verlaufender Stützrand 16a der Unterstützung 16 ist in die Ebene der unverformten Membranunterseite 3b abgekröpft und untergreift den angrenzenden Bereich der Membranunterseite 3b. Diese Unterstützung 16 wirkt einem unerwünscht starken Durchbiegen des jeweiligen Membranbereiches entgegen. Im Bereich des Klemmfingers 13 weist die Unterstützung 16 eine etwa radial verlaufende Aussparung 19 auf, so daß der Klemmfinger 13a und die Unterstützung 16 nicht kollidieren.
In Fig. 4 ist die Längsachse des Antriebsstiftes 4 ist mit 24 bezeichnet. Ihre Verlängerung schneidet die Mittelachse A der Membran 3 im Bereich der Pumpraumwand 5a. Durch eine solche Anordnung bleibt der Membranmittelpunkt M (Fig. 5) vergleichsweise bewegungsarm, wenn der Antriebsstift 4 entsprechend der Drehbewegung der Antriebswelle verschwenkt wird.
Wie gut aus Fig. 8 erkennbar, liegt bei der unausgelenkten Membran 3 die Längsachse 24 des Antriebsstiftes 4 in der Verlängerung der Membran-Mittelachse A. Während sich bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 der Klemmfinger 13 vom Rand der seitlichen Wandung 2a des Pumpengehäuses aus nur bis etwa zur Hälfte der radialen Erstreckung der Membran 3 erstreckt und dort die radiale Erstreckung des Verbindungskopfes 4a des Antriebsstiftes 4 dessen Durchmesser nur wenig überragt, ist bei der Ausführung nach Fig. 8 der Klemmfinger 13a bis nahe an die Mittelachse A der Membran 3 herangeführt. Bei der Ausführung nach Fig. 8 hat dann auch der Verbindungskopf 4a' eine größere radiale Erstreckung und führt bedarfsweise auch zu einer größeren Aussteifung des zentralen Bereiches 28 der Membran 3. Damit nun bei der Umlaufbewegung des Antriebsstiftes 4, wie sie in Verbindung mit Fig. 1 erwähnt und in zwei unterschiedlichen Positionen in Fig. 10, 12 u. 13 schematisch dargestellt ist, nicht dazu führt, daß ein radial sich vergleichsweise weit erstreckender Verbindungskopf 4a' mit dem Klemmfinger 13a kollidiert bzw. es dort zu unerwünscht großen Pressungen von entsprechenden Membranbereichen kommt, ist der Verbindungskopf 4a unsymmetrisch ausgebildet, wie er in Fig. 8, 10 bis 13 in stark vergrößertem Maße dargestellt ist. Dementsprechend weist dieser Verbindungskopf 4a' eine etwa V-förmige Aussparung 44 im Bereich des Klemmfingers 13a auf, der in Fig. 11 nur strichpunktiert angedeutet ist. Wenn der Verbindungskopf 4a' sich - wie im Betriebszustand - innerhalb der Membran 3 befindet und der Antriebsstift die Lage gemäß Fig. 1, 10 oder 13 einnimmt, zeigt der Schnitt gemäß Fig. 10 durch den Gehäusekopf 5, die Membran 3 und den oberen Teil des Pumpengehäuses 2 gemäß der Schnittlinie A-A in Fig. 11, daß sich der gemäß Fig. 11 ausgebildete Verbindungskopf 4a' und der Klemmfinger 13a nicht behindern. Aus Fig. 12, die einem Schnitt B-B entsprechend der gleichnamigen Schnittlinie in Fig. 11 entspricht, ist gezeigt, daß in der zur Zeichenebene von Fig. 10 senkrechten Ebene der Verbindungskopf 4a' nach Fig. 11 in der in Fig. 12 gezeigten Querebene seine Andrückbewegung bezüglich der Membran 3, die dort gegen die Pumpraumwand 5a gedrückt wird, ausübt.
Fig. 13 zeigt einen Schnitt durch den Pumpenkopf 5 und das Oberteil des Pumpengehäuses 2 nebst Membran 3 und Antriebsstift 4 nebst zugehörigem Verbindungskopf 4a', wobei der Verbindungskopf 4a' und der Klemmfinger 13a gegenüber der Abbildung nach Fig. 12 spiegelverkehrt, aber passend zu Fig. 2 dargestellt sind, daß die Membran 3 - im Betrieb im umlaufenden Zustand des Antriebsstiftes 4 - im Bereich des Dichtabschnitts 31 (Fig. 2) sowohl bei stehender Dichtzone 27 als auch beim umlaufenden Dichtabschnitt 31 gegen die Pumpraumwand 18 des Gehäusekopfes 5 angedrückt ist.
Aus Fig. 9 ist in Verbindung mit Fig. 8 zu entnehmen, daß die Membran 3 mit ihrer Unterstützung 16 in einer Zugverbindung 41 steht. Diese wird insbesondere dadurch realisiert, daß am Stützrand 16a der Membranunterstützung 16 Halteöffnungen 42 und an der Membran-Unterseite 3b auf diese Halteöffnungen 42 abgestimmte Einraststifte 43 vorgesehen sind. Diese sind im Querschnitt pfeilartig ausgebildet und haben Widerlagerflächen 43a, mit denen sie sich an eine Anschlagfläche 38 der Halteöffnungen 42 anlegen können. Da die Membran 3 elastisch ist, kann man die Einraststifte 43 nach dem Druckknopfprinzip in die Halteöffnungen 42 hineindrücken, so daß sie dort fest-rasten. Anstelle von im Querschnitt runden Halteöffnungen 42, wie in Fig. 9 dargestellt, können solche Öffnungen beispielsweise auch als im Querschnitt analoge, in Umfangsrichtung sich segmentartig erstreckende Halteöffnungen ausgebildet sein. Dann wird man anstelle von Einrast-Stiften 43 analog profilierte und gekrümmte Einrastsegmente bei der Membran 3 vorsehen. Die Unterstützung 16 sorgt bei der Membrane 3 der Membranpumpe 1 dafür, daß die Membran 3 nicht in unerwünschter Weise zu stark in Richtung vom Gehäusekopf 5 weg in Richtung auf das Motorgehäuse 26 ausgelenkt und dementsprechend überbeansprucht wird. Stellt man dann noch eine Zugverbindung 41 entsprechend der Ausbildung nach Fig. 9 zwischen dem Unterstützungsrand 16a der Membran 3 her, kann die Unterstützung in Verbindung mit den Zugverbindungen 11 dafür sorgen, daß zum Beispiel, wenn die Membranpumpe 1 zur Vakuumerzeugung oder Ansaugen eingesetzt wird, den Membran 3 auch entsprechend der topfartigen Unterstützung 16 von der Pumpraumwand 5a entfernt wird. Da die topfförmige Unterstützung 16 wiederum vom Antriebsstift 4 der Membran 3 ihren Bewegungsablauf erhält, ergibt sich für den aktiven Bereich der Membran 3 eine im wesentlichen vorgegebene zyklische Bewegung, insbesondere auch dort, wo die Membran 3 den Pumpraum 8 "öffnen", d.h., vergrößern soll.
In Fig. 13 erkennt man neben der mit dem Verbindungskopf 4a des Antriebsstiftes 4 in Verbindung stehenden Membran 3, welche bei der Membranpumpe 1 die Arbeitsmembran darstellt, noch eine zusätzliche Membrane 39. Sie ist etwas unterhalb, d.h. näher dem Antrieb für die Membran 3 liegenden Raum angeordnet und hat eine radiale Ausdehnung, die so dimensioniert ist, daß sie im Pumpbetrieb weniger den elastischen Verformungen ausgesetzt ist als die als Arbeitsmembran dienende den Pumpraum 8 verschließende Membran 3. Die zusätzliche Membran 39 dient als Sicherheitsmembran. Weil sie geringeren Verformungen ausgesetzt ist, hat sie in aller Regel eine längere Lebensdauer als die Arbeitsmembran 3 und ist gerade dann noch funktionstüchtig, wenn die Arbeitsmembran 3 z.B. zu Bruch geht. Die Sicherheitsmembran 39 verhindert dann, daß das Fördermedium in den Antriebsbereich hineingelangt oder dort aus der Membranpumpe 1 austritt.
Fig. 14 zeigt eine Innen-Aufsicht auf einen Gehäusekopf 5 ähnlich dem gemäß Fig. 3, wobei in Fig. 14 eine Konturlinie eingezeichnet ist. Schneidet man den Gehäusekopf 5 nach Fig. 14 entlang dieser Konturlinie KL, erhält man den Konturlinienschnitt gemäß Fig. 15. Man erkennt, daß von dem Trennsteg 12 aus die Aussparung 18 des Gehäusekopfes 5 in der etwas geschwungenen Art abfällt, wie in Fig. 3 beim Steg 12 angedeutet. In seinem mittleren Bereich verläuft dann entlang der Konturlinie KL die Aussparung 18a flach, im Flächenbereich z.B. kugelausschnittförmig ähnlich Fig. 7 und 6.
Die Aussparung 18 im Gehäusekopf 5 muß weder im Randbereich kreisförmig sein noch einen Steg 12 aufweisen noch im Mittelbereich eben sein. Aus Fig. 16 erkennt man eine mehr elyptische Umrißform der Aussparung 18. Bei Fig. 16 ist auch wiederum eine Konturlinie KL strichliniert eingezeichnet. Fig. 17 zeigt den Verlauf der "Tiefe" der Lage des Bodens der Aussparung 18, gemessen entlang der Konturlinie KL, wobei entsprechend dem Uhr-Zifferblatt-Schema die Einzelsegmente der Konturlinie aus Fig. 15 u. Fig. 17 sich in den Fig. 14 bzw. 16 wiederfinden. Man erkennt an einem Vergleich der Fig. 14 bis 17, daß man die Form der Aussparung den jeweils günstigen Bedingungen für die Membran-Bewegung anpassen kann. Zum Vergleich wird noch auf den Verlauf der Aussparung 18 in den Fig. 6 u. 7 verwiesen.
Fig. 18 zeigt eine Aufsicht auf die topfförmige Unterstützung 16. Man erkennt dort den Stützrand 16a und innerhalb dessen eine Aussparung 19, die im Bereich des Klemmfingers 3a liegt und dort eine zu starke Werkstoff-Pressung verhindert. Mittig in der topfförmigen Unterstützung 16 ist eine Durchgangsbohrung 60 zur Aufnahme des Antriebsstiftes 4.
Die Verbindung zwischen einer Membran 3 einerseits und der topfförmigen Unterstützung 16 andererseits (Fig. 9) und/oder die Abdichtung zwischen der Membran einerseits und dem Gehäusekopf 5 andererseits bzw. dessen Trennsteg 12 (Fig. 3) kann nicht nur durch eine mechanische Verbindung wie die Zugverbindung 41 bei Fig. 9 oder das Klemmstück 13 bei Fig. 1 erfolgen. Gegebenenfalls kann die Verbindung auch durch Verkleben bewirkt werden, wenn z.B. das Fördermedium und die übrigen Betriebsbedingungen dies erlauben. Bevorzugt sind jedoch die formschlüssigen, mechanischen Verbindungen, wie sie beispielsweise in Fig. 9 u. 8 vorgesehen sind.
Aus Fig. 1 ist gut erkennbar, daß das Klemmstück 13 mittels einer damit verbundenen Welle 26 exzentrisch zur Klemmfinger-Längsachse in der seitlichen Wandung 2a des Pumpengehäuses gelagert ist. Dementsprechend kann man durch Verdrehen der nach außen aus dem Pumpengehäuse 2 herausragenden Welle 26 die Klemmkraft zwischen dem Klemmfinger 13, dem Gehäusekopf 5 sowie der dazwischenliegenden Dichtzone 27 der Membrane 3 passend einstellen.
Gewöhnlich ist es zweckmäßig, daß die mit dem Fördermedium in Verbindung kommenden Oberflächen der Membranpumpe 1 diesem Fördermedium gegenüber chemisch neutral sind. Bekanntermaßen kann man dementsprechend die dem Fördermedium zugewandte Seite 3a der Membran 3 mit einer chemisch inerten Schicht 70 , wie sie beispielsweise abschnittweise in Fig. 10 angedeutet ist, versehen. Eine solche chemisch inerte Schicht 70 kann zum Beispiel aus PTFE (Polytetrafluorethylen) bestehen. Nicht selten bildet man bei chemisch aggresiven Fördermedien auch den Gehäusekopf 5 aus gegen das Fördermedium widerstandsfähigem Edelstahl aus. Der Gehäusekopf 5 kann auch an den mit dem aggresiven Fördermedium in Verbindung kommenden Seiten mit entsprechend widerstandsfähigen Überzügen versehen sein, z.B. mit PTFE, wie dies ebenfalls in einem kurzen Abschnitt beispielsweise in Fig. 10 beim dortigen Pumpraum 8 angedeutet ist. Im Bedarfsfall kann man auch den gesamten den Pumpraum 8 enthaltenden Gehäusekopf 5 massiv aus einem solchen chemisch inertem Werkstoff herstellen. Gelegentlich kann die Membran 3 erheblichen Zugbelastungen ausgesetzt sein. Dann ist es vorteilhaft, wenn sie eine Verstärkungseinlage, z.B. eine Gewebeeinlage 36 enthält, wie dies strichpunktiert in Fig. 12 angedeutet ist.
Beim Arbeiten der Membranpumpe entwickelt sich Wärme, so daß man u.U. insbesondere am Gehäusekopf 5 Wärmeabfuhrmittel vorsehen kann. Dies kann z.B. eine Flüssigkeitskühlung sein. Bevorzugt ist es wegen der einfachen Ausführbarkeit, am Gehäusekopf 5 Kühlrippen vorzusehen.
Die Aussparung 19 bei der topfförmigen Unterstützung verhindert auch, daß es bei der zur Membran 3 gehörenden Wulst in entsprechender Kipplage der Unterstützung 16 zu einer unerwünscht starken Pressung im Bereich dieser Wulst 14 kommen kann.
Eine bevorzugte Ausführungsform des Gehäusekopfes 5 mit einer kugelkalotten-ähnlichen Form des Pumpraumes 8 ist in den Fig. 6 u. 7 gezeigt. Man kann jedoch auch davon abweichende Formen wählen, wie sie in den Fig. 14 bis 17 gezeigt und in diesem Zusammenhang beschrieben worden sind.
Versuche haben gezeigt, daß das erfindugnsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Membranpumpe 1 bzw. die zugehörigen Pumpen 1 mit verhältnismäßig hoher Drehzahl laufen können, z.B. mit 3.000 U/min. Dies entspricht auch der Drehzahl eines normalen Drehstrommotors, so daß ein Untersetzungsgetriebe oder dergleichen zusätzliche Maßnahmen vermieden werden können. Bisher bekannte, vergleichbare peristaltische Pumpen, also solche mit umlaufend gequetschtem Schlauch mit vergleichbarer Leistung haben einen wesentlich größeren Herstellungsaufwand als die erfindungsgemäße Membranpumpe 1. Außerdem besteht bei solchen peristaltischen Pumpen mit umlaufend gequetschtem Schlauch die Gefahr eines verhältnismäßig hohen Verschleißes bei stark zusammengequetschtem Schlauch. Sieht man von einer starken Schlauch-Quetschung ab, erhält man z.B. kein hohes Vakuum.

Claims

Membranpumpe mit einer Membran (3), die (3) an ihren Randbereichen (3c) dichtend mit dem Pumpengehäuse (2, 5) verbunden ist, wobei zwischen dem zentralen Bereich (28) der Membran sowie der diesem (28) gegenüberliegenden Pumpraumwand (5a) des Pumpengehäuses (2) der Pumpraum (8) liegt, in den Ein- und Auslaßkanäle (6, 7) hinein- bzw. herausführen, und wobei an der dem Pumpraum (8) abgewandten Seite der Membran (3) eine Antriebs-Angriffstelle (4a) vorgesehen ist, wobei die Membran (3) zwischen den in Arbeits-Umlaufrichtung der Membranbewegungnebeneinander liegenden Ein- und Auslaßkanälen (6,7) entlang einer etwa radial vom Membranrand (3c) bis etwa zum Membran-Mittelpunkt (M) sich erstreckenden, zwischen den Ein- und Auslaßöffnungen (6,7) angeordneten, festliegenden Dichtzone (27) dichtend mit dem ihr dort benachbarten Bereich der Pumpraumwand (5a) verbunden ist, und wobei bei einer Membran-Antriebs-Angriffsstelle (4a) ein Antriebsstift (4) an der Membran (3) befestigt und mit seinem membranfernen Ende exzentrisch gegenüber der Membran-Mittelachse (A) gelagert und dort etwa in Form einer Kreisbewegung angetrieben ist, deren Mittelpunkt etwa auf der Membran-Mittelachse (A) liegt, derart, daß der bewegliche Bereich der Membran (3) sich mit einem zyklisch umlaufenden Dichtabschnitt (31) gegen den jeweils benachbarten Abschnitt der Pumpraumwand (5a) dichtend anlegt.
Membranpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil des Pumpenraumes (8) von einer der Membran (3) gegenüberliegenden Aussparung (18) im Pumpengehäuse (2), vorzugsweise im Pumpengehäusekopf (5) liegenden Aussparung, gebildet ist.
Membranpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpen-Gehäusekopf (5) im wesentlichen als flache Scheibe ausgebildet ist, die membranseitig die den Pumpenraum (8) bildende Aussparung (18) sowie einen von ihrem Einspannrand (32) ausgehenden und sich radial bis etwa zum Membran-Mittelpunkt (M) erstreckenden Trennsteg (12) aufweist, der vorzugsweise etwa mittig zwischen einer Einlaß- und einer Auslaßöffnung (6,7) der Membranpumpe (1) liegt und daß dieser Trennsteg (12) als Widerlager für die festliegende Dichtzone (27) der Membran (3) dient.
Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an der dem Pumpraum (8) abgewandten Seite der Membran (3) im Bereich von deren festliegender Dichtzone (27) ein Klemmstück (13) vorgesehen ist, insbesondere ein spannbares Klemmstück (13), mittels dessen die Membran-Oberseite im Bereich ihrer festliegenden Dichtzone (27) gegen die Pumpraumwand (5a) oder dem daraus vorstehenden Steg (12) andrückbar ist.
Membranpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Klemmstück (13) für die festliegende Dichtzone (27) einen exzentrisch gelagerten, zweckmäßigerweise radial in Richtung der Membran-Mittelachse (A) weisenden Klemmfinger (13a) aufweist, der exzentrisch im Pumpengehäuse (2) gelagert und vorzugsweise dort von außen bedienbar ist.
Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpraum (8) im wesentlichen drehsymetrisch bezüglich der Pumpen-Mittelachse (A1) ausgebildet ist und daß die Membran (3) im Bereich zwischen Einlaß- und Auslaßöffnung (6,7) eine zum Pumpraum (8) vorstehende und an dessen Querschnittsform angepaßte Dichtwulst (14) aufweist, die mittels des Klemmfingers (13a) oder dergleichen (13) gegen die Pumpraumwand (5a) des PumpenGehäusekopfes (5) andrückbar ist, wobei sich dort die festliegende Dichtzone (27) ergibt.
Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Pumpraum (8) gehörende Aussparung (18) etwa die Form einer Kugelkalotte (33) aufweist.
Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der in die Membran (3) eingreifende Antriebsstift (4) in einem radial verdickten Befestigungsansatz (21) der Membran (3) untergebracht und vorzugsweise wenigstens abschnittweise radial verdickt ausgebildet, ggfs. einvulkanisiert ist.
Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (3) in ihrem Arbeitsbereich auf ihrer dem Pumpraum (8) abgewandten Seite eine Unterstützung (16) aufweist.
Membranpumpe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterstützung (16) von einem vorzugsweise beim Antriebsstift (4) befestigten, im Querschnitt etwa topfförmigen Unterstützung (16) mit in die Ebene der Membran-Unterseite (3a) gegebenenfalls abgekröpften Stützrand (16a) ausgebildet ist, wobei der Stützrand (16a) im Bereich der festliegenden Dichtzone (27) der Membran (3) eine Aussparung (19) aufweist, die mindestens Platz für das Klemmstück (13) läßt, gegebenenfalls Platz für eine berührungsfreie Bewegung des Stützrandes (16a) im Bereich der festliegenden Dichtzone (27) der Membran (3).
Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (3) auf ihrer dem Pumpraum (8) zugewandten Seite eine aus der Membran-Oberseite herausragende Dichtkuppel (17) aufweist.
Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Verlängerung der Längsachse des Antriebsstiftes (4) die Membranmittelachse (A) im Bereich der Pumpraumwand (5a) schneidet.
Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Fördermedium zugewandte Seite der Membran (3) eine chemisch inerte Schicht (70), z.B. aus PTFE aufweist.
Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäusekopf (5) aus gegen das Fördermedium widerstandsfähigem Edelstahl besteht oder mit entsprechend widerstandsfähigen Überzügen wenigstens im Bereich des Pumpraumes (8) versehen ist, z.B. mit PTFE.
Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der den Pumpraum (8) enthaltende Gehäusekopf (5) massiv aus chemisch inertem Werkstoff, z.B. PTFE hergestellt ist.
Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Membran (3) eine Verstärkungseinlage, z.B. eine Gewebeeinlage (36), enthält.
Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der den Pumpraum (8) benachbarte oder mitumfassende Gehäusekopf (5) Wärmeabfuhrmittel aufweist, z.B. Kühlrippen (37).
Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß sie außer der den Pumpraum (8) abschließenden (Arbeits-)Membran (3) noch eine Sicherheitsmembran (39) aufweist, welche insbesondere in ihrer radialen Ausdehnung so dimensioniert ist, daß sie in Pump-Betrieb weniger elastischen Verformungen ausgesetzt ist als die Arbeitsmembrane (3).
Membranpumpe nach einem der Ansprüche 9 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (3) mit der Membran-Unterstützung (16) in wenigstens einer Zugverbindung (41) steht.
Membranpumpe nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß am Stützrand (16a) der Membran-Unterstützung (16) Halteöffnungen (42) und an der Membran-Unterseite (3b) darauf abgestimmte Einraststifte (43) oder dergleichen mit Widerlagerflächen (43a) vorgesehen sind.
Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungskopf (4a) des Antriebsstiftes (4) unsymetrisch ausgebildet ist und im Bereich des Klemmfingers (13a) eine vorzugsweise V-förmige Aussparung hat.