DE3414006A1 - Kolbenmembranpumpe - Google Patents

Description

DIPL.-CHEM. DR. HARALD STACH 3£14006 *

PATENTANWALT *"

ADENAUERALLEE 3O · 0-2000 HAMBURG 1 TEL. (O 4O) '24 45 22

Aktenzeichen; Neuanmeldunn.
Anmelderin: Bran & Lübbe GmbH

Ko.lbenmembranpumpe

Die Erfindung betrifft eine Kolbenmembranpumpe mit einem Gehäuse, einer darin angeordneten, .jeweils über Ventile mit einem Einlaß- und einem Auslaßkanal verbundenen Förderkammer, einem von dieser durch mindestens eine zwischen lösbar verbundenen Gehäuseteilen dichtend eingespannte Membran abgetrennten, im Betriebszustand mit Hydraulikmedium gefüllten Kolbenarbeitsraum, einem darin reziprozierend verschiebbar geführten Kolben zur Erzeuqung von das Volumen der Förderkammer verändernden Hubauslenkunqen der Membran sowie mehreren, jeweils mit einem Gehäuseteil verbundenen, sich parallel zur Spannrichtung erstreckenden Spannbolzen mit mindestens einem Gewindeabschnitt, der mit einrm Gewinde eines Spannelements unter Gegeneinanderziehen der die Membran einspannenden Gehäuseteile verschraiihbar int.

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Rei bekannten Kolbenmembrannumpen werden die die Membran 71« i schon sich dichtend ei. η r, nannenden Gehäuse*· " i 1 ρ eingeh Snqnnbolzen gegeneinander T/erspannt, wobei über Has auf die Decke 1-muttern aufgebrachte Drehmoment sowohl die EinSpannkraft der Membran, w.ie auch die den nnf das Fördermedium ausgeübten Innendruck auffanqende Kraft aufgebracht werden. Dabei lastet die gesamte Minriestschrauhenkraft der Snannholzen auf der eingespannten Membranflache und ist somit riurc'i deren höchste zulässige Flä'chenpressunn becirenzt. Mit Kunststoffen 'vie PTFE als Membrnnwerkstoff sind daher bei herkömmlichen Pumoen Betriebsdrücke oberhalb von etwa 325 bar nicht realisierbar, da auch eine Vergrößerung der Einspannfläche die Flnchenpressung der Membran nicht mehr wesentlich verkleinern kann.

Für höhere Drucke werden üblicherweise Stahlmembranen eingesetzt, die jedoch wegen ihrer größeren Empfindlichkeit nur geringe Lebensdauer erreichen. Die Abmessungen solcher Pumpen sind erheblich größer und die Ausführung als Doppelmembran aufwendig. Der Einsatz einer Lagensteuerung ist bei Stahlmembranen nicht möglich.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine KoIbenmembranpumpe der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei Betriebsdrucken von mehr als 4DD bar auch mit einer Kunststoffmembran leckagenfrei betreibbar ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Kolbenmembranpumne der eingangs genannten Art erfindungsgemäG mit den im kennzflohnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen ausgestattet.

Die Kolbenmembranpumpe nestattet den Einsatz von PTFE-Membranen bzwr ·-Doppelmembranen auch bei Betriebsdrucken von 5ΠΠ bar und darüber, ohne daß die für das Membranmaterial zulässige Flächenpressung überschritten wird. Die zur Einsparinunn der Membran benötigte Kraft und die darüberhinaus für den einsätzgemäPen Betriebsdruck benötinte Kraft können jeweils über genau bemessene Drehmomente auf die Ppannbolzen au f g e b rächt m

BAD ORiGINAL

Din die Membran zwischen Rich r i nspannendp.n Gehnijsp te j ΐ e ηρπ!(τι wesentlich starrer miteinander verbunden als bei den b"knnn^fsn Kolbenmembranpumpen, so ria^ dip Gehöunedurr-hb i ρουηη nerinnpr ist" und die Di.mens i oni.prunn rlpr Gehäuse*" pi 1 e pn tinr enhpn*"¹ kleiner ausfallen kann. Dn dnr Kra ftaussch 1 an unter Betriebsdruck kleiner als bei den bpkann ten Pumpen ist, werden die Dauerfestiqkeit der Spannbolzen und der Gehäuse teiIe vor'.ρΠ-hnft v/prorönert. Auch wird dpr Membranwprksto ff weniqpr durch Schwel1 be las tung beanspruch!., was die Standzeiten der !-'eihr-an verlänqert und die Gefahr einer Hinteri'ianderunn durch Flüssigkeit vermindert.

Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen sind in den tin tnr ansprürhpn 2 bis 4

Im folqnnrien wird Rine bevorzugte Aus führunn^rs form der Kolhnnmembranpumpe anhand der beigefügten Schnittzeichnunq einer geschnittenen Kolbenmembranpumpe weiter erläutert.

Die Kolbenmembranpumpn .1. besitzt ein dreiteiliges Gehäuse 2. Die Gehäuseteile ?a bis 2c sind durch insgesamt spchn.^pannboJ.zen 11 miteinander verbunden, von denen z«iei in der 7oiciiniinn erkennbar sind. Die Spannbnlzen 11 weisen an einem Endabschnitt ein Außengewinde lib auf, das in ein Tnnenqewinde 17a einer Sack bohr u ng 17 des einen Gnhnuseteils 2 π einnnschrau'it int und erstrecken sich von diesem narallel 7iir Spannrichhung durch Durchgangs Ii ohr u nnen 16 eines zweiten Gehäuse t e i .Is 2b hindurch. Auf dessen abgewandter Seite ist auf einen AuRengewindeabschnitt 1 1.a des anderen Endabschnitts ,ieries Spannbolzens 11 eine mit Innengewinde 14a versehene Spannmutter 14 aufqeschraubt, wobei zwischen dieser und dem Gehäuseteil ?b noch eine Unterlegscheibe IS vorgesehen ist.

Durch entsprechenrip Drehung 'dor Spannmutter 14 werden die Gnh Hu seteil R 2a, 2b geg en pin nndprge zogen. Zwischen den Geh aus p.-

IBAD

-χ -

teilen l'st ein drittes Gehäuseteil 2c vorqesehpn, das eine über Bohrungen 9b, 10b und Ventile 9a, 1.Ha mit einem F_.ini afl-.und einem. Aus! aßkanal 9, in verbundene Förderkammργ f, aufweint Zmischen dem Gehäuseteil 2c und dem Gehäuseteil 2a ist eine Doppelmembran 5 dichtend eingespannt,, die die förderkammer von einem im Betriebszustand mit Hydraulikmedium Gefüllten Kn Ibenarbeitsraum 4 trennt. Die Membran "5 »lird zwischen den Gehauseteilen 2a und 2c einqespannt, wenn die das dritte Gehäuse teil 2c einschließenden GehHuseteile 2a und 2h durch Anziehen der Spannmuttern 14 qeqeneinander nezonen werden.

Im Kolbenarbeitsraum 4 ist ein Kolben 3 reziprnzierend verschiebbar qeführt, dessen Hewequnq entsprechende Hubauslenkunqen der Membran 5 erzeugen, die das Volumen der Förderkammer verändern und so die Förder unq des Förderqutes h ρ im ir ken. Entsprechend der Auslequnq der KnIbenmembranpumpe für sehr hohe

und
Drucke sind die Förderkammer 6 der Kolbenarbeitsraum ä klein bemessen, da große Kompressionsverluste vermieden werden müssen.

Am der Membran 5 zugewandten Ende des KoIbenarbeitsraumes 6 ist eine axial qerinnfüqiq verschiebbar qeführte S tiitzp la tte 7 anqeordnet, die mit einem f ederqestützten Stützkörper 7a zusammenwirkt. Die Stützplatte 7 verhindert eine allzuqroße Auslenkunn der Membran 5 in Richtunq auf den Kolbenarbeitsraum 4, die zum Rruch der Membran führen könnte: übersteiqt der Druck, mit dem die Membran 5 qeqen die Stützplatte 7 zur Anlage kommt, die den Stützkörper 7a in Richtunq auf die Förderkammer 6 drännende Federkraft, so wird der Stützkörper 7a zusammen mit der Stützplatte 7 qerinqfüqiq von der Förderkammer 6 uneq> ggf. bis zur Anlaqe am Gehäuseteil 2a, verschoben.

Der Stützkörper 7a meist eine Schräqflache 7b auf, die etwa in der Länqsmitte seiner AuRenumfanqsfläche vorgesehen ist, so daß sich der Auflenumfanq des Stützkörpers 7a im Bereich der Schrnqfläche 7b in Richtunq auf die Förderkammer f>

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φ.

verringert. In Gleit beruh run π mit rler Schrän^rlnohp 7 h si" π Μ 'eine im Gehäuseteil 2a axial verschiebbar geführte Zuhaltunq flb,.die in der normalen Betriebsstellunq des Stüt7körDe rn 7a ein Nachfül !ventil Ba für Hydraul ikmedium an der Öffnung in Richtung zum Kolbenarbeitsraum 4 hin hindert. Wenn der Stützköroer 7a unter dem Druck d&r Hnmbran 5 vnn der Fn rde rknrnnr" r f> wen bewegt wird, cileitet das einwärts gewandte Ende der Zuhaltunq Rb auf der Schräqf1pche 7b in Richtunq auf den Knlbrnarbeitsraum 4 und qibt die ql η i chnerichtete Rewequnn des Wnn-tilkörpers Ra des Nachfüllventi.l r. frei, so daß etwa durch Leckaqen verlorengeganqenes Hydraulikmedium ersetzt werden kann. Das Nachfüllventil 1st mit einem nicht gezeigten Vorratsbehälter für Hydraulikmedium verbunden. Ein Entlüftungsventil 19 steht mit dem Kolbenarbeitsraum h in Verbindung und dient zur Entfernung von Luft im Hydrauliköl. Ein nicht dargestelltes Überdruckventil dient zur Absicherung des Kolbenarbeitsraumes gegen unzulässig hohen Druck.

Der Kolben 3 ist qegen das Austreten des unter sehr hohrn Drucken stehenden Hydraulikmediums durch eine nur schmmtisnh angedeutete Dichtunqsnarnitür 3a abgedichtet.

Die die Förderkammer 6 umgebenden RinqfJächen 2Da, 20b der

bei diesem Ausführungsbeispiel Gehäuseteile 2a, 2c weisenV~e.iηe radiale Breite von 3D mm auf; bei einem Durchmesser der Förderkammer von 6Π mm ergibt nich ein mittlerer Einspannunqsdurchmesser der Membran 5 von 9Π mm. Für einen tatsächlichen Betriebsdruck von 5DD bar wird die Pumpe für einen maximalen Betriebsdruck von 6ΠΠ bar ausneleqt; die für einen solchen Druck vorzusehende Mindestschraubenkraft F sowie die anzusetzenden Dimensionen der Soannbolzen 11 lassen sich nach dem AD-Merkblatt B 7 der "Arbeitsgemeinschaft Druckbehälter" berechnen, dem auch die weiteren benötiqten Anqaben entnehmbar sind.

Die anzusetzende Mindestschraubenkraft für Betriebszustand F_„ erqibt sich danach für die angeqebenen Einspannungsbemessungen und PTFE als Membranmatnria1 zu 1.Π53.5Π2Ν; die M3n-Spannbo1zen 11 weisen einen Scha^durchmesser von 23 mm auf. Pro Spann-

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bolzen 1.1 wird zur Erzielunq der Mj ndes t sehr aubenk ra ^r t F ein Drehmoment M von 721,3 Nm aufqebracht. Ohne di" or -Γ i η d υ η q s q e in ä ß e η M a ß η a h π e η e r π ii b e sich ri a h <= j eine F ι ρ r U e η pressunq ρ der Membran ^ zwischen den RinoTl "τ'ιηπ 2ⁿa, von 12A,2 N/mm , wobei die höchste zu Lass ine FIpο Kenor der? Mernbr anwe rks tof f es merklich überschritten würde.

Din Komponente der M indestnehrauhenkraft F_r„ , dip nur Innendruck F. au f zu fann r<· hat, wi rd er f i ηΗιιηητπΕί¹""¹¹ unn dpr> fitütze 1 emnnten 13 qetranen, die zwischen den äußeren R^häusereilen 2a, 2b angeordnet sind, so daß die Membran 5 zwischen den Rinqflachen 2Π?ι, 2Hb nur mit der Komonnen^ F der Mindestschraubenkraft F belastet wird, die zur 'Orν er Γormunn ,.irnd Einspann ti nq der Membran 5 benötiqt wird.

Die Du rnhcianq sboh r unqe n 16 Hn s Cehäiise te i 1 π 2 b »feilen jeweils einen mit einem Tnnonqewi nde 12 versehenen, in Du rch^iease r weiteren Abschnitt .16 a auf. Die S tu tze .1 em en te sind als jeweils einen 7. uqeordneten Spannholzon 11. umschließende St ü t 7 hü Ls en 13 ausgebildet und weisen ein in Has Tnnenqnwinrie 1? einschraubbares Außenqewinde 13a auf. Das andere Gehäuseteil. 2a weist jeweils einem Stützelement 13 qeqenüber1ieqenri eine zur Spannrichtunq rechtwinklig verlaufende Stützfläche IR auf, qeqen die das Stützelement 13 durch Auswärtsverschrauben an-LRobar ist. Jede Stützhülse 13 weist wen ins te ns zwei in Umfanqsrichtunq beabstandete ebene Flä'chensenmente auf, die ζ υ "i Ansetzen eines Werkzeuqes zum Verdrehen der Stützhülsen .13 di enen.

neim Zusammenbau der KnI henmembranpumne werden di e Γ5 tut zhül sen 13 jeweils so weit in die S tutzqewjnde L? ρinneschraubt, daß ihr anderer Endahsehnitt von der Stützfläche IR hinreichend beanstande t ist. Nach fn Iq end !"erden die Spannnut tern IΛ der npannbo 1 zen 11 so weit onqpzoqen, daß die zur \'nr ve r f ο rmunn und Einspnnnunq der Membran benötiqte Kraft F zwisrhen den Rinqflächen 2Da, 2Hb auf rl i e Membran ^r> wirkt und diese neaen

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Verziehen und Leckagen sichert. Re.i dem dargestellten Au erfuhr ungsbeispiel ergibt sich hierfür eine Flnchenpressung p' von 79,19 N/mm", die durch Anziehen der Snannnu t t.pr η 1& mit Rin^pi" Drehmoment unn Λ^ϊ^η NJrn erreicht wirf'.

Mach f nl.qr>nd werden die Snannhiilsnn 13 in ,Aiissnhrauhr i cht un<i oen.e η "ihr¹ r' dem S tützgew i ndn 12 verdreht und Η»"!ρπρρ sich dabei in Richtung auf das Gehäuseteil 2a, bis sie jeweils an einer Stützfläche IB kraftschlüssln zur Anlage gekommen * sind. Da die äuBeren Gehäuseteile 2a, 2b jetzt durch die Anlage der Stützhülsen 13 nn den Stützflächen IR sowie durch den Gewindpeingriff ihrer Aufengewinde IRa nit den 5 tut 7gern in den 12 an einer weiteren Bewegung aufeinanderzu Gehindert sind, kann nunmehr das gesamte, für die Mindestschraubenkraft im Betriebszustand F _ _ b e η η t i π t e Drehmoment von 7 2 I, ^c> Nm auf die Spannmuttern .14 aufgebracht werden, ohne dan der Druck auf die Membran S zwischen rinn R ing flächen 2Hn, ?^b weiter steigt. Somit ist die Vorverformungskraft F unabhännig von der insgesamt henötinten Mindestschraubenkraft F__R auf die Einspannfläche der Membran 5 aufbringbar.

Eine dem geschilderten Ausführunqsbeispiel entsprechende Kolbenmembranpumpe mit PTFE-Doppelmembran lief übr>r innn Stunden hei einem Retriebsdruck von ^ Π Π bar ohne Membranbeschädin'inn nr!nr Leckagen.

Für geeinnete Einsatz gebiet ρ kann die Koibenmenhrnnnurnpn natürlich auch mit einer Stahlmembran ausgestattet werden, wobei sich qegenüber herkömmlichen Pumpen hauptsächlich die starrere Refestigunq der Gehäuseteile aneinander vorteilhaft auswirkt.

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Claims (4)

DIPL.-CHEM. DR. HARALD STACH 3A1A006 PATENTANWALT ADENAUERALLEE 3O · D-2OOO HAMBURG 1 TEL. CO 4O) "24 45 22 Aktenzeichen: Neuanmeldung Anmelderin: Bran & Lübbe GmbH PATENTANSPRÜCHE

1) Kolbenmembranpumpe, mit einem Gehäuse (2), einer darin angeordneten, jeweils über Ventile (9a,10a) mit einem EinlaG- und einem Auslaßkanal (9,10) verbundenen Förderkammer (6), einem von dieser durch mindestens eine zwischen lösbar verbundenen Gehäuseteilen (2a,2b) dichtend eingespannte Membran (5) abgetrennten, im Betriebszustand mit Hydraulikmedium gefüllten Kolbenarbeitsraum (4), einem darin reziprozierend verschiebbar geführten Kolben (3) zur Erzeugung von das Volumen der Förderkammer (6) verändernden Hubauslenkungen der Membran (5) sowie mehreren jeweils mit einem Gehäuseteil (2a bzw. 2b) verbundenen, sich parallel zur Spannrichtung erstreckenden Spannbolzen (11) mit mindestens einem Gewindeabschnitt (lla), der mit einem Gewinde (14a) eines Spannelements (14) unter Gegeneinanderziehen der die Membran (5) einspannenden Gehäuseteile (2a,2b) verschraubbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß

a) an mindestens einem Gehäuseteil (2a bzw. 2b) mindestens ein Stützgewinde (12) mit zur Spannrichtung paralleler Mittelachse vorgesehen ist, f

b) jedem Stützgewinde (12) ein mit diesem verschraubbare9 ν

Stützelement (13) zugeordnet ist, das im Einbauzustand

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in Richtung zum anderen Gehäuseteil (2b bzw. 2a) _ "~ vorsteht und

c) das andere Gehäuseteil (2b bzw. 2a) jeweils dem Stützelement (13) gegenüberliegend eine zur Spannrichtung rechtwinklig verkaufende Stützfläche (18) aufweist, gegen die'das Stützelement (13) durch •Auswartsverschrauben anlegbar ist.

2) Kolbenmembranpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stützelement als einen zugeordneten Spannbolzen (11) umschließende Stützhülse (13) ausgebildet ist.

3) Kolbenmembranpumpe nach Anspruch 2, bei welcher die Spannbolzen (11) jeweils mit einem Außengewinde (lib) in ein Innengewinde (17a) einer Bohrung (17) des einen Gehäuseteils (2a) eingeschraubt sind, sich durch Durchgangsbohrunqen (16) des anderen Gehäuseteils (2b) erstrecken und auf dessen abgewandter Seite mit einer Spnnnmutter (14) verschraubt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgangsbohrungen (16) jeweils einen mit einem Innengewinde (12) versehenen im Durchmesser weiteren Abschnitt (16a) aufweisen und die Stützhülsen (13) jeweils mit einem Außengewinde (13a) in das Innengewinde (12) einschraubbar sind.

4) Kolbenmembranpumpe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Stützhülse (13) wenigstens zwei in Umfangsrichtung beabstandete ebene Flächensegmente aufweist.