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Die Erfindung geht aus von einer
Membranpumpe nach der Gattung des Hauptanspruchs.
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Aus dem Gebrauchsmuster
DE 9406216 U1 ist eine Membranpumpe
nach der Gattung des Anspruchs 1 bekannt. Die aus diesem Gebrauchsmuster
hervorgehende Membranpumpe weist eine von einem Kurbelantrieb betätigbare
Membran auf, die an einem äußeren Membrankreisring
an einem Pumpenkörper
eines Pumpengehäuses
befestigt ist. Neben dem äußeren Membrankreisring
weist die Membran einen Membrankern auf, der über einen elastisch verformbaren
Membranring mit dem äußeren Membrankreisring
verbunden ist. Die Membrane schließt mit einer an dem Pumpenkörper ausgebildeten
Pumpenkörperfläche einen
Pumpraum (Schöpfraum)
ein. In dem Pumpenkörper
sind ein Einlaßkanal
und ein Auslaßkanal
ausgebildet, die an einer Einlaßöffnung und
einer Auslaßöffnung in
die Pumpenkörperfläche münden. Der
Einlaßkanal
und der Auslaßkanal
sind außerhalb
des Pumpenkörpers vorzugsweise
mit Strömungsrichtungsventilen
verbunden, wodurch eine Strömungsrichtung
durch den Einlaßkanal
und den Auslaßkanal
vorgegeben ist. Bei einem Ansaughub des Kurbelantriebs wird ein Pumpmedium
durch den Einlaßkanal
in den Pumpraum befördert
und bei einem sich anschließenden
Ausstoßhub
des Kurbelantriebs wird das Pumpmedium über den Auslaßkanal aus
dem Pumpraum verdrängt.
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Nachteilig bei der aus dem Gebrauchsmuster
DE 9406216 U1 bekannten
Membranpumpe ist, daß während des
Ausstoßhubes
ein Teil des in dem Pumpraum befindlichen Pumpmediums in den Einlaßkanal zurückgedrückt bzw.
hineinkomprimiert wird. Insbesondere bei einem kompressiblen Druckmittel
verschlechtert sich daher der Wirkungsgrad der Membranpumpe erheblich.
Ein weiterer Nachteil ist, daß die
Auslaßöffnung in
Abhängigkeit
von der Hubstellung des Kurbelantriebs gedrosselt ist, wobei die Drosselung
vor Erreichen der oberen Totpunktstellung des Kurbelantriebs zunimmt,
so dass am Ende des Ausstoßhubes
das hochkomprimierte Pumpmedium zunehmend schlechter entweichen kann.
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Zusammenfassend läßt sich bei der bekannten Membranpumpe
eine dem Kompressionsverhältnis
der Membranpumpe entsprechende Pumpmediummenge nicht vollständig über die
Auslaßöffnung aus
dem Pumpraum ausstoßen.
Außerdem
eignet sich die bekannte Membranpumpe nur eingeschränkt für komprimierbare
Pumpmedium wie z.B. Gase.
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Die
DE-OS 22 12 322 und die
DE-OS 22 11 096 zeigen Membranpumpen
gemäß dem Oberbegriff
des Hauptanspruches.
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Der vorliegenden Erfindung liegt
die Aufgabe zugrunde, eine Membranpumpe vorzuschlagen, die die Nachteile
im Stand der Technik vermeidet und ein möglichst großes Verdichtungsverhältnis des
im Pumpraum befindlichen Pumpmediums erlaubt.
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Die Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Membranpumpe
mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Die erfindungsgemäße Membranpumpe ist dadurch
gekennzeichnet, dass eine Ventilplatte in einem Bereich der Einlaßöffnung des
Einlaßkanals
zur Bildung eines Richtungsventils angeordnet ist. Indem die Ventilplatte
unmittelbar an der Einlaßöffnung des Einlaßkanals
angeordnet ist kann das Totvolumen des Einlaßkanals weiter verringert werden.
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Vorteilhaft ist es, dass der Mittelpunkt
der Einlaßöffnung zumindest
annähernd
in der Drehebene der Kurbel des Kurbelantriebs liegt. Dadurch wird die
Einlaßöffnung des
Einlaßkanals
besonders frühzeitig
geschlossen.
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Vorteilhaft ist es, dass in dem Randbereich der
Einlaßöffnung eine
umlaufende Steuerkante ausgebildet ist, an der der elastisch verformbare
Membranring die Einlaßöffnung verschließt. Dadurch
wird die Einlaßöffnung zuverlässig und
allseitig geschlossen.
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In vorteilhafter Weise verschließt der elastisch
verformbare Membranring die Einlaßöffnung bei einer Kurbeldrehstellung
des Kurbelantriebs, die bis zu 90° vor
der oberen Totpunktlage liegt. Dadurch wird ab einer maximalen Auslenkung
der Membran der Membranpumpe eine Abdichtung erreicht.
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In vorteilhafter Weise schließt der elastisch verformbare
Membranring die Einlaßöffnung bei
einer Kurbeldrehstellung des Kurbelantriebs, die 20° bis 90° vor der
oberen Totpunktlage liegt. Dadurch wird die Abdichtung der Einlaßöffnung des
Einlaßkanals
ab einer maximalen Auslenkung der Membran der Membranpumpe erreicht,
wobei bei einer verschlossenen Einlaßöffnung des Einlaßkanals
ein Teil der Kurbeldrehung zur Verfügung steht, um eine stärkere Komprimierung
des Pumpmediums zu erreichen.
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Dabei ist es besonders vorteilhaft,
dass die Mittelachse des Einlaßkanals
senkrecht zu der Pumpenkörperfläche orientiert
ist. Dadurch wird die bauliche Ausgestaltung des Richtungsventils
und das Einbringen der Ventilplatte in den Einlaßkanal vereinfacht.
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In vorteilhafter Weise ist die Auslaßöffnung des
Auslaßkanals
in einem Bereich der Pumpenkörperfläche angeordnet,
dem sich die Membrane zuletzt nähert
und der von der Membrane frühe stens bei
der oberen Totpunktstellung des Kurbelantriebs erreicht ist. Dadurch
wird erreicht, daß das
Pumpmedium aus dem Pumpraum möglichst
ungedrosselt in den Auslaßkanal
gepumpt werden kann. Außerdem wird
erreicht, daß die
Auslaßöffnung des
Auslaßkanals
nicht bereits vor dem Erreichen der oberen Totpunktstellung des
Kurbelantriebs verschlossen ist.
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Vorteilhaft ist es, daß der Mittelpunkt
der Auslaßöffnung des
Auslaßkanals
in einem inneren Bereich der Pumpenkörperfläche angeordnet ist, der dem
Membrankern der Membrane gegenüberliegt. Da
bei der Kurbelbewegung des Kurbelantriebs das Pumpmedium bedingt
durch die Bewegung des Membrankerns zuletzt aus einem über dem
Membrankern der Membran angeordneten Bereich des Pumpraums ausgepumpt
wird, ist die Auslaßöffnung des
Auslaßkanals
dadurch besonders günstig
angeordnet.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung
sind in den Zeichnungen vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 einen
axialen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Membranpumpe
in der oberen Totpunktstellung des Kurbelantriebs;
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2 das
Ausführungsbeispiel
bei einer Kurbeldrehstellung, die 50° nach der oberen Totpunktlage
liegt;
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3 das
Ausführungsbeispiel
in der unteren Totpunktlage; und
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4 das
Ausführungsbeispiel
bei einer Drehkurbelstellung des Kurbelantriebs, der 50° vor der
oberen Totpunktlage liegt.
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Beschreibung
des Ausführungsbeispiels
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1 zeigt
in einer auszugsweisen Schnittdarstellung eine erfindungsgemäße Membranpumpe 1.
Die Membranpumpe 1 kann insbesondere als Vakuumpumpe oder
als Druckpumpe zum Fördern von Pumpmedien,
z.B. Flüssigkeiten
und Gasen, eingesetzt werden. Die erfindungsgemäße Membranpumpe 1 eignet
sich jedoch auch für
andere Anwendungsfälle.
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Die Membranpumpe 1 weist
einen Pumpenkörper 2 auf,
der mit einem Gehäuseelement 3 verbunden
ist. Der Pumpenkörper 2 weist
einen Einlaßkanal 4 auf,
der in diesem Ausführungsbeispiel
durch gestufte Bohrungen 5a, 5b, 5c und
eine Schrägbohrung 6 ausgebildet
ist. Eine Mittelachse 7 der Schrägbohrung 6 des Einlaßkanals 4 ist
dabei senkrecht zu einer an dem Pumpenkörper 2 ausgebildeten
Pumpenkörperfläche 8 orientiert.
Der Einlaßkanal 4 mündet an
einer Einlaßöffnung 9 in
die Pumpenkörperfläche 8,
wobei eine Ventilplatte 10 in einen Bereich der Einlaßöffnung 9 des
Einlaßkanals 4 zur
Bildung eines Richtungsventils angeordnet ist. Dabei stützt sich
die Ventilplatte 10 an einer in der Schrägbohrung 6 des Pumpenkörpers 2 ausgebildeten
umlaufenden Kante 11 ab.
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In dem Pumpenkörper 2 ist an einem
Gewinde 15 ein Auslaßelement 16 eingeschraubt,
das gestufte Bohrungen 18a bis 18d aufweist, die
zusammen mit einer Auslaßaussparung 19 einen
Auslaßkanal 17 bilden.
Der Auslaßkanal 17 mündet in
einer Auslaßöffnung 20 in
die Pumpenkörperfläche 8.
Zwischen der Auslaßaussparung 19 und
der Bohrung 18d ist mittels einer Ventilplatte 21 ein
Richtungsventil gebildet.
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Die Membrane weist einen Membrankern 25, einen
elastisch verformbaren Membranring 26 und einen äußeren Membrankreisring 27 auf,
wobei die Membrane 24 an dem äußeren Membrankreisring 27 zwischen
dem Pumpenkörper 2 und
dem Gehäuseelement 3 befestigt
ist. In dem Membrankern 25 der Membrane 24 ist
ein Formkern 28 einvulkanisiert, der einen tellerförmigen Abschnitt 29 und
einen zylinderförmigen
Abschnitt 30 aufweist. Über
eine Verbindungseinrichtung 31 ist der zylinderförmige Abschnitt 30 des
Formkerns 28 mit einer Kurbel 31 eines Kurbelantriebs 32 verbunden.
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In dem Randbereich der Einlaßöffnung 9 ist eine
umlaufende Steuerkante 35 ausgebildet, an der der elastisch
verformbare Membranring 26 die Einlaßöffnung 9 verschließt. Der
Mittelpunkt der Einlaßöffnung 9 liegt
in diesem Ausführungsbeispiel
in der Drehebene der Kurbel 31 des Kurbelantriebs 32,
wobei die Drehebene mit der Schnittebene der 1 übereinstimmt.
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In den 2 bis 4 ist das Ausführungsbeispiel
der Membranpumpe aus 1 bei
unterschiedlichen Kurbeldrehstellungen des Kurbelantriebs dargestellt.
Durch die fortlaufende Betrachtung der 1 bis 4 läßt sich
dadurch ein Eindruck von dem Bewegungsablauf der Membranpumpe 1 gewinnen. Dabei
ist in 1 die Kurbeldrehstellung
der Membranpumpe in einem oberen Totpunkt, in 2 50° nach
dem oberen Totpunkt, in 3 im
unteren Totpunkt und in 5 50° vor einem
oberen Totpunkt dargestellt. Da in den 2 bis 4 die
dargestellten Elemente mit den Elementen aus 1 übereinstimmen,
wird auf eine wiederholende Beschreibung verzichtet.
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In 2 ist
die Kurbeldrehstellung des Kurbelantriebs 32 nach einer
Drehung des Kurbelantriebs 32 in einer Drehrichtung 36 um
50° dargestellt. Dadurch
wird die Achse 37 des Membrankerns 25 gegenüber der
Achse 39 der konkaven Pumpenkörperfläche 8 verkippt. Dadurch
hebt sich der Membrankern 25 zunächst auf der Seite der Einlaßöffnung 9 von
der Pumpenkörperfläche 8 ab,
wobei er im Bereich der Auslaßöffnung 20 zunächst in
Kontakt mit der Pumpenkörperfläche 8 bleibt.
In diesem Ausführungsbeispiel
ist die Einlaßöffnung 9 des
Einlaßkanals 4 bei
der in 2 dargestellten
Kurbeldrehstellung von dem elastisch verformbaren Membranring 26 der
Membrane 24 verschlossen. Der Membranring 26 und/oder
die Pumpenkörperfläche 8 können auch
so ausgebildet sein, daß die
Einlaßöffnung 9 des
Einlaßkanals 4 bei
der in 2 gezeigten Drehkurbelstellung
des Kurbelantriebs 32 bereits geöffnet ist. Im allgemeinen ist
bei einer Drehkurbelstellung des Kurbelantriebs 32, die
90° nach
der oberen Totpunktstellung liegt, die Einlaßöffnung 9 des Einlaßkanals 4 geöffnet. Die
Membrane 24 hebt sich durch die Drehkurbelbewegung des
Kurbelantriebs 32 von der Pumpenkörperfläche 8 ab, wodurch
sich ein zwischen der Membrane 24 und der Pumpenkörperfläche 8 gebildeter
Pumpraum 38 vergrößert und
ab der Öffnung
der Einlaßöffnung 9 des
Einlaßkanals 4 ein Pumpmedium
aus dem Einlaßkanal 4 durch
die Einlaßöffnung 9 in
den Pumpraum 38 eingesaugt wird. Beim Einsaugen des Pumpmediums
aus dem Einlaßkanal 4 in
den Pumpraum 38 strömt
das Pumpmedium durch das durch die Ventilplatte 10 gebildete Richtungsventil.
Ebenso ist in dem Auslaßkanal 17 durch
die Ventilplatte 21 ein Richtungsventil gebildet, so daß ein auf
der der Auslaßöffnung 20 abgewandten
Seite der Dichtplatte 21 vorhandenes Pumpmedium beim Ansaughub
des Kurbelantriebs 32 nicht in den Pumpraum 38 zurückfließt.
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In 3 ist
die Membranpumpe 1 bei einer unteren Totpunktstellung des
Kurbelantriebs 32 dargestellt. Gegenüber der oberen Totpunktstellung
in 1 hat der Kurbelantrieb 32 der
Membranpumpe 1 eine Drehung in Drehrichtung 36 von
180° vollzogen.
In dieser Stellung ist ein zumindest annähernd maximales Volumen des
Pumpraums 38 gegeben. Die Membran 24 liegt daher
nur im Bereich des äußeren Membrankreisrings 27,
an dem sie mit dem Pumpenkörper 2 und
dem Gehäuseelement 3 verbunden
ist, an. Dadurch sind die Einlaßöffnung 9 des Einlaßkanals 4 und
die Auslaßöffnung 20 des
Auslaßkanals 17 vollständig geöffnet.
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An die in 3 gezeigte Kurbeldrehstellung der Membranpumpe 1 schließt sich
ein Ausstoßhub der
Membran 24 an, wodurch das Pumpmedium in dem Pumpraum 38 komprimiert
und über
die Auslaßöffnung 20 des
Auslaßkanals 17 aus
der Membranpumpe 1 ausgestoßen wird. Dabei wird durch
die Ventilplatte 10 er reicht, daß das Pumpmedium aus dem Pumpraum 38 nicht
in den Einlaßkanal 4 zurückfließt.
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Mit zunehmenden Ausstoßhub nähert sich die
Membrane 24 der Pumpenkörperfläche B. In 4 ist eine Drehkurbelstellung
des Kurbelantriebs 32 dargestellt, die 50° vor der
in 1 dargestellten oberen
Totpunktstellung des Drehkurbelantriebs 32 liegt. Dabei
ist die Achse 37 gegenüber
der Achse 39 der Pumpenkörperfläche 8 gekippt, wobei
die Verkippung entgegengesetzt zu der Verkippung in 2 erfolgt. Dadurch nähert sich die Membrane 24 zunächst der
Einlaßöffnung 9 des
Einlaßkanals 4,
wobei in der dargestellten Drehwinkelstellung des Kurbelantriebs 32 die
Einlaßöffnung 9 bereits
von dem elastisch verformbaren Membranring 26 verschlossen
ist. Außerdem
ist der Pumpraum 38 von der Einlaßöffnung zur Auslaßöffnung 20 des
Auslaßkanals 17 sich
verbreiternd ausgebildet, so daß sich
das Pumpmedium aus dem Pumpraum 38 bei der weiteren Drehbewegung des
Kurbelantriebs 32 vorzugsweise im Bereich der Auslaßöffnung 20 des
Auslaßkanals 17 sammelt,
wodurch ein vollständiges
Auspumpen des Pumpmediums aus dem Pumpraum 38 in den Auslaßkanal 17 erfolgt.
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Durch das frühzeitige Schließen der
Einlaßöffnung 9 des
Einlaßkanals 4 mit
dem Membranring 26 wird erreicht, daß ein im Einlaßkanal 4 sich
an dem Pumpraum 38 anschließendes Totvolumen verschlossen
wird, so daß ein
im Einlaßkanal 4 vorhandenes
Pumpmedium durch den weiteren Ausstoßhub des Kurbelantriebs nicht
weiter komprimiert wird und der Ausstoßhub vollständig zur Komprimierung des über den
Auslaßkanal 17 auszupumpenden
Pumpmediums verwendet werden kann. Besonders vorteilhaft ist es
dabei, wenn die Ventilplatte 10 in dem Einlaßkanal 4 nahe
an der Einlaßöffnung 9 positioniert ist,
da dadurch bereits vor Verschließen der Einlaßöffnung 9 mit
dem Membranring 26 das Totvolumen verringert ist. Die Auslaßöffnung 20 des
Auslaßkanals 17 ist
in diesem Ausführungsbeispiel
in einem Bereich der Pumpenkörperfläche 8 angeordnet, dem sich
die Membran 24 zuletzt nähert und der von der Membran 24 frühestens
bei der oberen Totpunktstellung des Kurbelantriebs 32 erreicht
ist. Dadurch wird erreicht, daß die
Auslaßöffnung 20 erst
nach dem erfolgten Ausstoßhub
des Kurbelantriebs 32 verschlossen werden kann. Damit die
Auslaßöffnung 20 nicht teilweise
von dem Membranring 26 der Membrane 24 verschlossen
ist und somit ein Pumpmediumstrom des Pumpmediums beim Auspumpen
in die Auslaßöffnung 17 nicht
zusätzlich
gedrosselt wird ist es besonders vorteilhaft, daß der Mittelpunkt der Auslaßöffnung 20 des
Auslaßkanals 17 in
einem inneren Bereich der Pumpenkörperfläche 8 angeordnet ist,
der dem Membrankern 25 der Membrane 24 gegenüberliegt.
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Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel
beschränkt.
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- 1
- Membranpumpe
- 2
- Pumpenkörper
- 3
- Gehäuseelement
- 4
- Einlaßkanal
- 5
- Bohrung
- 6
- Schrägbohrung
- 7
- Mittelachse
- 8
- Pumpenkörperfläche
- 9
- Einlaßöffnung
- 10
- Ventilplatte
- 11
- Umlaufende
Kante
- 15
- Gewinde
- 16
- Auslaßelement
- 17
- Auslaßkanal
- 18
- Bohrung
- 19
- Auslaßaussparung
- 20
- Auslaßöffnung
- 21
- Ventilplatte
- 24
- Membrane
- 25
- Membrankern
- 26
- Membranring
- 27
- Äußerer Membrankreisring
- 28
- Formkern
- 29
- Tellerförmiger Abschnitt
- 30
- Zylinderförmiger Abschnitt
- 32
- Kurbelantrieb
- 33
- Verbindungseinrichtung
- 35
- Steuerkante
- 36
- Drehrichtung
- 37
- Achse
- 38
- Pumpraum
- 39
- Achse