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EP1206641B1 - Membranpumpe - Google Patents

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Publication number
EP1206641B1
EP1206641B1 EP00949341A EP00949341A EP1206641B1 EP 1206641 B1 EP1206641 B1 EP 1206641B1 EP 00949341 A EP00949341 A EP 00949341A EP 00949341 A EP00949341 A EP 00949341A EP 1206641 B1 EP1206641 B1 EP 1206641B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
membrane
pump
working
diaphragm
additional
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP00949341A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1206641A1 (de
Inventor
Erwin Hauser
Erich Becker
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
KNF Neuberger GmbH
Original Assignee
KNF Neuberger GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by KNF Neuberger GmbH filed Critical KNF Neuberger GmbH
Publication of EP1206641A1 publication Critical patent/EP1206641A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1206641B1 publication Critical patent/EP1206641B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • F04B43/00—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members
    • F04B43/0009—Special features
    • F04B43/0081—Special features systems, control, safety measures
    • F04B43/009—Special features systems, control, safety measures leakage control; pump systems with two flexible members; between the actuating element and the pumped fluid
    • 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
    • F04B37/00—Pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B35/00
    • F04B37/10—Pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B35/00 for special use
    • F04B37/14—Pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B35/00 for special use to obtain high vacuum
    • 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 diaphragm pump with a, a delivery chamber limiting working membrane, with one on the side facing away from the pumping chamber the Working diaphragm arranged additional membrane, with one between the working membrane and the Additional membrane provided membrane space as well as with a pump drive for one same-direction oscillating movement of the working and the additional membrane, wherein the membrane space with at least one suction channel for Pressure relief of the membrane gap connected is.
  • the membrane Diaphragm pump one strives to have an optimum between To achieve rigidity and elasticity. While a high elasticity of the membrane required is as low as the membrane voltages it is possible to keep it possible at the same time also strive for a high rigidity, so that the Membrane under the membrane upper and underside occurring differential pressure load does not buckle and so the Creation space volume reduced or vice versa, the dead space volume increased.
  • crank chamber can also be used to outgass the Lead the bearing oil in the connecting rod bearing, so that the ball bearing may run dry. Since the bearing grease in the crankcase over the connecting line vacuum side in the flow can reach, there is also the risk that the fluid is contaminated.
  • this prior art reciprocating pump has a reciprocating piston, are in this prior art pump with a elastic membrane at pressure differential loads not occurring problems. Rather, this can be previously known reciprocating pump, the gap between the Lifting piston or its associated sealing sleeve on the one hand and the sealing membrane on the other hand, especially in the Start this prior art pumping device, soon as far Be evacuated that an undesirable overflow of Displacement of the reciprocating pump in the space deleted or but largely avoided and the entire Pumping device when starting therefore faster ready for use is.
  • FR-A 1 292 254 discloses a membrane compressor known, which has a working diaphragm and an additional diaphragm has, which delimit between them a membrane gap.
  • the previously known membrane compressor has a pressure channel on, the membrane gap with the pressure side of Compressor connects. With the help of the pressure channel is in Membrane gap creates a pressure that the Working membrane should support and between the Atmospheric pressure and the discharge pressure is.
  • the membrane gap over the at least one suction channel with the Suction side of the diaphragm pump pneumatically connected.
  • the membrane gap evacuated continuously, such that on the top of the working diaphragm and on the bottom the working diaphragm during the suction phase always the same Pressures prevail. Because in this phase thus no Pressure difference between membrane top and bottom of the Working diaphragm works, the working diaphragm can not work Bumping direction of the pump room and an undesirable Reduction of the pump chamber volume is avoided.
  • the larger pumping chamber volume can increase the pumping speed in the Suction phase can be increased. This has a particularly positive effect in pressure ranges or pumping ranges, which are close to the final pressure. The pressure differences only act on the additional membrane, where they are not negative Influence on the pumping speed of the diaphragm pump can have.
  • the diaphragm pump according to the invention is the first stage of a multistage, in particular a two-stage pump or Pumping system forms, the advantage can be achieved that in the ejection phase the pressure on the membrane top of the Working diaphragm only slightly increases, because in two-stage Diaphragm pumps is the transfer pressure of the first stage well below atmospheric pressure.
  • this working diaphragm can be highly elastic be designed without the mentioned “Bulging" of this membrane is to be feared.
  • the Membrane stresses clearly, which in turn a significant Increasing the membrane life brings with it.
  • the efficiency of Improve pump and a by buckling the diaphragm conditional evacuation delay is avoided.
  • the diaphragm pump according to the invention can be increased, whereby a further increase in absorbency even at can be achieved approximately the same dimensions.
  • the membrane diaphragm of the working diaphragm no Atmospheric pressure acts and the working diaphragm therefore not more noisily in the pump head at the delivery chamber strikes in the membrane pump according to the invention the Noise development significantly reduces what is especially with such diaphragm pumps, which acts as Suction pumps in medical technology should be used.
  • a particularly simple embodiment according to the invention provides that the membrane space on the at least a suction channel parallel to the delivery chamber with the Pump inlet is pneumatically connected. At this Embodiment sucks the pump on the one hand over the Pump inlet and on the other hand via the suction from the Membrane gap on.
  • a development according to the invention in contrast, provides that the pump inlet is pneumatically connected via the membrane gap and the suction channel with the delivery chamber.
  • the intake path in the pump interior runs from the pump inlet via the membrane interspace, the at least one suction channel and the inlet valve into the delivery chamber.
  • the Ansaugfilter- and / or Noise damping element made of an elastic material manufactured and on the one hand by the working membrane as well on the other hand is acted upon by the additional membrane.
  • the Ansaugfilter- and / or noise damping element the membrane gap substantially fills.
  • the suction filter in the membrane gap and / or noise damping element is with a particular associated with low manufacturing overhead when considered as a open - pored and between the working membrane and the Additional membrane arranged foam element designed is.
  • the working membrane is a dimensionally stable Associated with membrane support, which is connected to a connecting rod of the Pump drive is held and the working diaphragm on the Membrane back at least in a central area conformed supports.
  • Working membrane and the additional membrane to a double membrane are integrally connected to each other. That's it appropriate if the working membrane and the additional membrane integral with each other via a central intermediate piece are connected and if this intermediate piece at its the Pumping chamber side facing away from an undercut Mounting hole for insertion of a shape-matched and connected to a connecting rod of the pump drive Has fastening parts.
  • the conveyor chamber side Diaphragm upper side to the contour of the pump head Delivery chamber is adapted in top dead center of the pump.
  • the diaphragm pumps 101, 102, shown in FIGS. 1 to 5, 103, 104 and 105 have in contrast to a highly elastic, a delivery chamber 2 limiting Working membrane 1 also an additional membrane 3, wherein between the working diaphragm 1 and the additional diaphragm 3 Membrane space 4 is provided.
  • the in their outer Ring zones in the pump housing 5 firmly clamped membranes 1, 3 engage in their central area on the connecting rod one Pump drive on, the working diaphragm 1 and the Additional membrane 3 between a top dead center and a bottom dead center in the same direction oscillating back and forth emotional.
  • the connecting rod of the pump drive is here only the Connecting rod 6 shown.
  • Figs. 1 to 5 which is in the Pump 101, 102, 103, 104 and 105 provided diaphragm gap 4 via a suction channel 7 with the suction side connected to these diaphragm pumps.
  • Figs. 1, 3 and 5 illustrated diaphragm pumps 101, 103 and 105 of Membrane space 4 via the suction channel 7 parallel to Delivery chamber 2 pneumatically connected to the pump inlet 8.
  • the pump inlet 8 in contrast via the membrane gap 4 and the suction channel 7 with the delivery chamber 2 pneumatically connected.
  • the membrane gap 4 is continuous evacuated, such that on top of the working diaphragm 1 and on the underside of the working diaphragm 1 during the Suction phase always prevail the same pressures. Because in the Suction phase thus no pressure difference between membrane top and -unterseite the working diaphragm 1 acts, the Working diaphragm 1 not in the direction of the delivery chamber. 2 bulge and an undesirable reduction of the Creator volume is avoided. By the bigger one Pump chamber volume can increase the pumping speed in the intake phase increase.
  • Fig. 4 it is shown that in the membrane space 4 of the Diaphragm pump 104 a Ansaugfilter- and Noise damping element 9 is provided.
  • This Ansaugfilter- and noise damping element 9 is made of a elastic material, for example, from an open-pore Foam is made and on the one hand by the Working membrane 1 and on the other hand of the additional membrane 3 applied.
  • This the membrane gap 4 substantially filling intake and noise damping element 9 is ring-shaped, wherein the annular opening 10 of the the membranes 1, 3 interconnecting connecting rod 6 of the Pleuels is interspersed.
  • Ansaugfilter- and noise damping element 9 Parts can be omitted and space saved and the Diaphragm pump 104 are made particularly compact.
  • Fig. 5 it is shown that the working membrane 1 of the Membrane pump 105 a dimensionally stable membrane support 11th is assigned, which is held at the connecting rod 6 of the connecting rod. While in the single-stage diaphragm pumps 101 to 105 according to 1 to 5 of the membrane gap 4 in the suction phase is specifically used to increase the pumping chamber volume, will be in the ejection phase when the pressure on the membrane top continuously towards the atmospheric pressure increases, the diaphragm support 11 is used, which the Working diaphragm 1 of the diaphragm pump 105 on the back of the diaphragm at least in a central area form-adapted supported. As a result, the dead space volume is kept small.
  • the membranes 1, 3 in the region of a central Holding opening 12, 13 at the connecting rod 6 of the connecting rod fixed clamped. Not only the additional membrane 3, but also the Working diaphragm 1 of the pumps 101, 102, 104 and 105 is as Flat membrane designed.
  • the working diaphragm 1 of Fig. 3 shown Diaphragm pump 103 is in contrast as a molding membrane educated.
  • the working membrane 1 is with the additional membrane. 3 the diaphragm pump 103 via a central intermediate piece 14 to a double membrane 15 integrally connected.
  • Fig. 3 becomes clear, has the intermediate piece 14 of the double diaphragm 15th on its side facing away from the delivery chamber 2 a undercut mounting hole in the one mating and with the connecting rod of the pump drive connected fastening part 16 is inserted.
  • the Diaphragm pumps 101, 102, 103, 104 and 105 by a high Absorbency without bulging in the intake phase this comparatively highly elastic working membrane 1 to would be afraid.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Reciprocating Pumps (AREA)
  • Diaphragms And Bellows (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft eine Membranpumpe mit einer, einen Förderraum begrenzenden Arbeitsmembran, mit einer auf der dem Förderraum abgewandten Seite der Arbeitsmembran angeordneten Zusatzmembran, mit einem zwischen der Arbeitsmembran und der Zusatzmembran vorgesehenen Membran-Zwischenraum sowie mit einem Pumpenantrieb für eine gleichsinnige oszillierende Bewegung der Arbeits- und der Zusatzmembrane, wobei der Membran-Zwischenraum mit zumindest einem Absaugkanal zur Druckentlastung des Membran-Zwischenraumes verbunden ist.
Bei der Ausgestaltung der Membran einer Membranpumpe ist man bestrebt, ein Optimum zwischen Steifigkeit und Elastizität zu erreichen. Während eine hohe Elastizität der Membrane erforderlich ist, um die Membranspannungen so niedrig wie möglich zu halten, ist demgegenüber gleichzeitig auch eine hohe Steifigkeit anzustreben, damit die Membrane unter der zwischen Membranober- und - unterseite auftretenden Differenzdruckbelastung nicht ausbeult und so das Schöpfraumvolumen verkleinert oder im umgekehrten Fall das Totraumvolumen vergrößert.
Die erwähnte Verkleinerung des Schöpfraumvolumens bei Membranvakuumpumpen erfolgt speziell im tieferen Vakuumbereich. In diesem Bereich treten große Druckdifferenzen zwischen Membranober- und -unterseite auf. Während auf die Membranunterseite in der Regel der atmosphärische Druck lastet, wirkt auf die Membranoberseite der jeweilige Evakuierungsdruck ein, wobei sich die maximale Druckdifferenz aus atmosphärischem Druck minus Enddruck der Membranpumpe ergibt.
Bei den üblichen Membranen herkömmlicher Membranpumpen, insbesondere wenn diese Membranpumpen im Bereich des Enddruckes arbeiten und auf den Membranen große Druckdifferenzen lasten, ist festzustellen, daß die seitliche elastische Zone der flexiblen Membrane durch den atmosphärischen Druck in Richtung zum Förderraum ausgebeult wird. Dieses "Ausbeulen" der Membrane führt dazu, daß das Schöpfraumvolumen entscheidend verkleinert wird, was sich negativ auf das Saugvermögen der Membranpumpen auswirkt.
Besonders ausgeprägt ist diese Formveränderung bei zwei- und mehrstufigen Membranpumpen mit tiefen Enddrücken. Bei diesen Pumpen ist die tiefere Vakuumstufe am stärksten betroffen, da hier die größten Druckdifferenzen auftreten.
Um ein Optimum zwischen der gewünschten Elastizität und der erforderlichen Steifigkeit der Membrane zu erreichen, hatte man in der Vergangenheit immer wieder mehr oder weniger gute Kompromißlösungen geschaffen, wobei sich häufig ein gutes Saugvermögen nur unter Inkaufnahme hoher Membranspannungen erreichen ließ.
Aus der DE 40 26 670 A1 kennt man bereits eine Membranpumpe, deren Ansaugseite über eine Verbindungsleitung mit dem Kurbelraum dieser Membranpumpe verbunden ist. Um die Druckdifferenz auf beiden Seiten der Arbeitsmembran zumindest verringern oder gar beseitigen zu können und um die Arbeitsmembran nicht zusätzlichen differenzdruckbedingten Belastungen auszusetzen, steht der Kurbelraum dieser vorbekannten Membranpumpe mit deren Saugseite in Verbindung.
Die aus der DE 40 26 670 A1 vorbekannte Membranpumpe hat sich in der Praxis jedoch nicht durchsetzen können, weil die Übertragung der Antriebskräfte auf die im Kurbelraum befindliche Kurbelwelle und die Verbindung dieses Kurbelraums mit der Saugseite der Pumpe eine zusätzliche Wellendichtung voraussetzt. Eine solche Wellendichtung ist jedoch mit weiteren Reibungsverlusten, höherem Verschleiß und zusätzlichem Leistungsbedarf verbunden. Ein Vakuum im Kurbelraum kann darüber hinaus auch zum Ausgasen des Lagerfetts im Pleuellager führen, so daß das Kugellager eventuell trocken läuft. Da das Lagerfett im Kurbelraum über die Verbindungsleitung vakuumseitig in den Förderstrom gelangen kann, besteht zudem die Gefahr, daß das Fördermedium verunreinigt wird.
Aus der DE 43 20 963 C2 kennt man bereits eine mehrstufige Pumpeinrichtung mit einer Turbo-Molekularpumpe, der einer als Hybrid-Pumpe ausgebildete Zweifach-Verdrängerpumpe im Strömungsweg nachgeschaltet ist. Diese Hybrid-Pumpe weist mediumeintrittsseitig eine Hubkolbenpumpe auf, der eine das Fördermedium ausstoßende Membranpumpe nachgeschaltet ist. Der Zylinderraum der Hubkolbenpumpe ist gegenüber dem Kurbelraum mittels einer Dichtmembran abgeschlossen. Dabei ist der zwischen dem Hubkolben einerseits und der Dichtmembran andererseits vorgesehene Zwischenraum mit einer Absaugleitung verbunden, welche in Förderstromrichtung vor einem Saugventil der Hubkolbenpumpe mündet.
Da diese vorbekannte Hubkolbenpumpe einen Hubkolben hat, stellen sich bei dieser vorbekannten Pumpe die mit einer elastischen Membran bei Druckdifferenzbelastungen auftretenden Probleme nicht. Vielmehr kann bei dieser vorbekannten Hubkolbenpumpe der Zwischenraum zwischen dem Hubkolben beziehungsweise seiner zugehörigen Dichtmanschette einerseits und der Dichtmembran andererseits, namentlich beim Anlaufen dieser vorbekannten Pumpeinrichtung, alsbald soweit evakuiert werden, daß ein unerwünschtes Überströmen vom Hubraum der Hubkolbenpumpe in den Zwischenraum entfällt oder doch weitestgehend vermieden wird und die gesamte Pumpeinrichtung beim Anfahren daher schneller betriebsbereit ist.
Aus der DE 43 28 559 C2 kennt man bereits eine Membranpumpe der eingangs erwähnten Art, die eine Arbeitsmembran, eine Zusatzmembran sowie einen zwischen der Arbeitsmembran und der Zusatzmembran vorgesehenen Membran-Zwischenraum hat. In diesen Membran-Zwischenraum mündet ein Absaugkanal, mit dessen Hilfe es möglich ist, den Membran-Zwischenraum auf einen niedrigeren Druck zu bringen, bevor der Absaugkanal wieder verschlossen wird.
Aus der FR-A 1 292 254 ist schließlich ein Membran-Verdichter bekannt, der eine Arbeitsmembrane und eine Zusatzmembrane hat, die zwischen sich einen Membran-Zwischenraum begrenzen. Der vorbekannte Membran-Verdichter weist einen Druckkanal auf, der den Membran-Zwischenraum mit der Druckseite des Verdichters verbindet. Mit Hilfe des Druckkanals wird im Membran-Zwischenraum ein Druck erzeugt, der die Arbeitsmembrane unterstützen soll und der zwischen dem Atmosphärendruck und dem Ausstoßdruck liegt. Um den im Membran-Zwischenraum angestrebten Druck einregeln und den auf der Druckseite des verdichters anstehenden Druck entsprechend reduzieren zu können, ist in den Druckkanal eine Düse zwischengeschaltet. Auch bloß eine Druckentlastung wird bei dem aus FR-A 1 292 254 vorbekannten Verdichter nicht angestrebt.
Es besteht daher insbesondere die Aufgabe, eine mit geringem Aufwand herstellbare Membranpumpe der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die sich auch bei einer hohen Elastizität der Arbeitsmembrane durch ein hohes Saugvolumen auszeichnet und bei der unerwünschte Verunreinigungen des Fördermediums möglichst vermieden werden.
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht bei der Membranpumpe der eingangs erwähnten Art insbesondere darin, daß der Membran-Zwischenraum über den zumindest einen Absaugkanal mit der Saugseite dieser Membranpumpe pneumatisch verbunden ist.
Bei der erfindungsgemäßen Membranpumpe ist der Membran-Zwischenraum über den zumindest einen Absaugkanal mit der Saugseite der Membranpumpe pneumatisch verbunden. Somit wird der Membran-Zwischenraum fortlaufend evakuiert, derart, daß auf der Oberseite der Arbeitsmembrane und auf der Unterseite der Arbeitsmembrane während der Saugphase stets die gleichen Drücke herrschen. Da in dieser Phase somit keine Druckdifferenz zwischen Membranober- und -unterseite der Arbeitsmembrane wirkt, kann die Arbeitsmembrane nicht in Richtung des Förderraums ausbeulen und eine unerwünschte Verkleinerung des Schöpfraumvolumens wird vermieden. Durch das größere Schöpfraumvolumen kann das Saugvermögen in der Ansaugphase erhöht werden. Dies wirkt sich besonders positiv in Druckbereichen beziehungsweise Saugvermögensbereiche aus, die in der Nähe des Enddruckes liegen. Die Druckdifferenzen wirken nur auf die Zusatzmembrane, wo sie keinen negativen Einfluß auf das Saugvermögen der Membranpumpe haben können.
Da die erfindungsgemäße Membranpumpe die erste Stufe einer mehrstufigen, insbesondere einer zweistufigen Pumpe oder Pumpanlage bildet, kann der Vorteil erreicht werden, daß in der Ausstoßphase der Druck auf der Membranoberseite der Arbeitsmembrane nur geringfügig steigt, denn bei zweistufigen Membranpumpen liegt der Übergabedruck der ersten Stufe deutlich unter dem Atmosphärendruck.
Da auf die Arbeitsmembrane der erfindungsgemäßen Membranpumpe kein Differenzdruck lastet, kann diese Arbeitsmembrane hochelastisch ausgestaltet werden, ohne daß das erwähnte "Ausbeulen" dieser Membrane zu befürchten ist. Durch die elastischere Auslegung der Arbeitsmembrane sinken die Membranspannungen deutlich, was wiederum eine deutliche Erhöhung der Membranlebensdauer mit sich bringt. Darüber hinaus lassen sich die bei der Walkarbeit der Arbeitsmembrane auftretenden Schubspannungen reduzieren, der Wirkungsgrad der Pumpe verbessern und ein durch Ausbeulen der Membrane bedingte Evakuierungsverzögerung wird vermieden.
Mit Hilfe einer elastischeren Arbeitsmembrane kann auch der Membranhub der erfindungsgemäßen Membranpumpe erhöht werden, wodurch eine nochmalige Saugvermögenserhöhung selbst bei annähernd gleichen Abmessungen erreicht werden kann. Da auf die Membranunterseite der Arbeitsmembrane kein Atmosphärendruck einwirkt und die Arbeitsmembrane daher nicht mehr geräuschvoll im Pumpenkopf am Förderraum anschlägt, wird bei der erfindungsgemäßen Membranpumpe die Geräuschentwicklung erheblich reduziert, was sich insbesondere bei solchen Membranpumpen auswirkt, die als Saugpumpen in der Medizintechnik eingesetzt werden sollen.
Da bei der erfindungsgemäßen Membranpumpe nur der zwischen Arbeitsmembran und Zusatzmembran vorgesehene Membran-Zwischenraum und nicht auch der Kurbelraum mit der Saugseite der Pumpe verbunden ist, und da bei der erfindungsgemäßen Membranpumpe der Kurbelraum auch weiterhin beispielsweise unter Atmosphärendruck stehen kann, ist eine besondere Wellendichtung im Bereich der Kurbelwelle nicht erforderlich. Da darüber hinaus ein Eindringen von Lagerfett in den Förderstrom nicht zu erwarten ist, werden unerwünschte Verunreinigungen des Fördermediums mit Sicherheit vermieden.
Eine besonders einfache Ausführungsform gemäß der Erfindung sieht vor, daß der Membran-Zwischenraum über den zumindest einen Absaugkanal parallel zum Förderraum mit dem Pumpeneinlaß pneumatisch verbunden ist. Bei dieser Ausführungsform saugt die Pumpe einerseits über den Pumpeneinlaß und andererseits über den Absaugkanal aus dem Membran-Zwischenraum an.
Eine Weiterbildung gemäß der Erfindung sieht demgegenüber vor, daß der Pumpeneinlaß über den Membran-Zwischenraum und den Absaugkanal mit dem Förderraum pneumatisch verbunden ist.
Bei dieser weiterbildenden Ausführungsform gemäß der Erfindung verläuft der Ansaugweg im Pumpeninneren vom Pumpeneinlaß über den Membran-Zwischenraum, den zumindest einen Absaugkanal und das Einlaßventil in den Förderraum.
Dabei besteht ein weiterer Vorschlag gemäß der Erfindung von eigener schutzwürdiger Bedeutung darin, daß im Membran-Zwischenraum zumindest ein Ansaugfilter- und/oder Geräuschdämpfungselement vorgesehen ist. Eine solche Membranpumpe, bei welcher das Ansaugfilter- und/oder Geräuschdämpfungselement im Membran-Zwischenraum angeordnet ist, kann besonders kompakt ausgestaltet werden.
Um einem unerwünschten Flattern der Membranen und einer Geräuschentwicklung zusätzlich entgegenzuwirken, ist es vorteilhaft, wenn das Ansaugfilter- und/oder Geräuschdämpfungselement aus einem elastischen Material hergestellt und einerseits von der Arbeitsmembran sowie andererseits von der Zusatzmembran beaufschlagt ist.
Dabei sieht eine besonders vorteilhafte Ausführungsform gemäß der Erfindung vor, daß das Ansaugfilter- und/oder Geräuschdämpfungselement den Membran-Zwischenraum im wesentlichen ausfüllt.
Das im Membran-Zwischenraum vorgesehene Ansaugfilter- und/oder Geräuschdämpfungselement ist mit einem besonders geringen Herstellungsaufwand verbunden, wenn es als ein offenporiges und zwischen der Arbeitsmembran und der Zusatzmembran angeordnetes Schaumstoffelement ausgestaltet ist.
Um auch einem Ausbeulen der elastischen Arbeitsmembrane in der Ausstoßphase entgegenzuwirken, wenn der Druck auf der Membranoberseite kontinuierlich in Richtung Atmosphärendruck steigt, sieht eine bevorzugte Ausführungsform gemäß der Erfindung vor, daß der Arbeitsmembran eine formstabile Membran-Abstützung zugeordnet ist, die an einem Pleuel des Pumpenantriebes gehalten ist und die Arbeitsmembran auf der Membran-Rückseite zumindest in einem Zentralbereich formangepaßt abstützt.
Nach einem weiteren Vorschlag gemäß der Erfindung von eigener schutzwürdiger Bedeutung ist vorgesehen, daß die Arbeitsmembran und die Zusatzmembran zu einer Doppelmembran einstückig miteinander verbunden sind. Dabei ist es zweckmäßig, wenn die Arbeitsmembran und die Zusatzmembran über ein zentrales Zwischenstück einstückig miteinander verbunden sind und wenn dieses Zwischenstück an seiner dem Förderraum abgewandten Seite eine hinterschnittene Befestigungsöffnung zum Einsetzen eines formangepassten und mit einem Pleuel des Pumpenantriebes verbundenen Befestigungsteiles aufweist.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Arbeitsmembrane als Formmembrane ausgestaltet ist, deren förderraumseitige Membranoberseite an die vom Pumpenkopf vorgegebene Kontur des Förderraums im oberen Totpunkt der Pumpe formangepaßt ist.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung erfindungsgemäßer Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Ansprüchen und der Zeichnung. Die einzelnen Merkmale können je für sich oder zu mehreren bei einer Ausführungsform gemäß der Erfindung verwirklicht sein.
Es zeigt:
Fig. 1
eine Membranpumpe mit einer Arbeitsmembran, einer Zusatzmembran sowie einem zwischen diesen Membranen vorgesehenen Membran-Zwischenraum, wobei der Membran-Zwischenraum über einen Absaugkanal parallel zum Förderraum mit dem Pumpeneinlaß verbunden ist,
Fig. 2
eine Membranpumpe, ähnlich der aus Fig. 1, wobei der Förderraum über den Absaugkanal und den Membran-Zwischenraum mit dem Pumpeneinlaß pneumatisch verbunden ist,
Fig. 3
eine Membranpumpe, ähnlich der aus Fig. 1, wobei die Arbeitsmembran und die Zusatzmembran zu einer Doppelmembrane einstückig verbunden sind,
Fig. 4
die Membranpumpe aus Fig. 2, wobei ein Ansaugfilter- und Geräuschdämpfungselement aus offenporigem Schaumstoff vorgesehen ist, welches den Membran-Zwischenraum im wesentlichen ausfüllt und beidseits von den Membranen beaufschlagt wird,
Fig. 5
eine Membranpumpe, ähnlich der aus Fig. 1, wobei der Arbeitsmembrane eine formstabile Membran-Abstützung zugeordnet ist, welche die Arbeitsmembrane in der Ausstoßphase abstützt,
Fig. 6
eine zum Stand der Technik zählende Membranpumpe mit einer Flachmembrane, die unter der während der Ansaugphase einwirkenden Differenzdruckbelastung ausbeult, und
Fig. 7
eine ebenfalls zum Stand der Technik zählende Membranpumpe, deren Formmembrane wie in Fig. 6 in gleicher Weise ausbeult.
Bei den bisher bekannten Membranpumpen ist man bestrebt, ein Optimum zwischen Steifigkeit und Elastizität zu erreichen. Eine hohe Elastizität der Membrane ist vonnöten, damit die Membranspannungen so niedrig wie möglich gehalten werden. Speziell im hohen Vakuumbereich treten große Druckdifferenzen zwischen Membranober- und -unterseite auf. Während auf die Membranoberseite der jeweilige Evakuierungs-Prozeßdruck lastet, wirkt auf die Membranunterseite in der Regel der atmosphärische Druck. Wie in den Fig. 6 und 7 dargestellt ist, die herkömmliche Membranpumpen 106, 107 mit Flachmembrane (vgl. Fig. 6) und mit Formmembrane (vgl. Fig. 7) zeigen, wird die seitliche, besonders elastische Ringzone dieser Arbeitsmembranen 1 durch den atmosphärischen Druck während der Ansaugphase in Richtung zum Förderraum 2 ausgebeult. Durch dieses "Ausbeulen" wird das Schöpfraumvolumen verkleinert und damit das Saugvermögen dieser Pumpen 106, 107 reduziert.
Die in den Fig. 1 bis 5 dargestellten Membranpumpen 101, 102, 103, 104 und 105 weisen demgegenüber neben einer hochelastischen, einen Förderraum 2 begrenzenden Arbeitsmembran 1 auch eine Zusatzmembrane 3 auf, wobei zwischen der Arbeitsmembrane 1 und der Zusatzmembrane 3 ein Membran-Zwischenraum 4 vorgesehen ist. Die in ihren äußeren Ringzonen im Pumpengehäuse 5 fest eingespannten Membranen 1, 3 greifen in ihrem Zentralbereich an dem Pleuel eines Pumpenantriebes an, der die Arbeitsmembrane 1 und die Zusatzmembrane 3 zwischen einem oberen Totpunkt und einem unteren Totpunkt gleichsinnig oszillierend hin und her bewegt. Von dem Pleuel des Pumpenantriebes ist hier nur der Pleuelkopf 6 dargestellt.
Wie aus den Fig. 1 bis 5 deutlich wird, ist der bei den Pumpen 101, 102, 103, 104 und 105 vorgesehene Membran-Zwischenraum 4 über einen Absaugkanal 7 mit der Saugseite dieser Membranpumpen verbunden. Dazu ist bei den in den Fig. 1, 3 und 5 dargestellten Membranpumpen 101, 103 und 105 der Membran-Zwischenraum 4 über den Absaugkanal 7 parallel zum Förderraum 2 mit dem Pumpeneinlaß 8 pneumatisch verbunden.
Bei den Membranpumpen 102 und 104 gemäß den Fig. 2 und 4 ist der Pumpeneinlaß 8 demgegenüber über den Membran-Zwischenraum 4 und den Absaugkanal 7 mit dem Förderraum 2 pneumatisch verbunden.
Da bei den hier dargestellten Membranpumpen 101, 102, 103, 104 und 105 der Membran-Zwischenraum 4 über zumindest einen Absaugkanal 7 mit der Saugseite der Membranpumpen pneumatisch verbunden ist, wird der Membran-Zwischenraum 4 fortlaufend evakuiert, derart, daß auf der Oberseite der Arbeitsmembrane 1 und auf der Unterseite der Arbeitsmembrane 1 während der Saugphase stets die gleichen Drücke herrschen. Da in der Ansaugphase somit keine Druckdifferenz zwischen Membranober- und -unterseite der Arbeitsmembrane 1 wirkt, kann die Arbeitsmembrane 1 nicht in Richtung des Förderraumes 2 ausbeulen und eine unerwünschte Verkleinerung des Schöpfraumvolumens wird vermieden. Durch das größere Schöpfraumvolumen kann das Saugvermögen in der Ansaugphase erhöht werden. Dies wirkt sich besonders in Druckbereichen beziehungsweise Saugvermögensbereichen aus, die in der Nähe des Enddruckes liegen. Die Druckdifferenzen wirken nur auf die Zusatzmembrane 3, wo sie keinen negativen Einfluß auf das Saugvermögen der Membranpumpe 101, 102, 103, 104 bzw. 105 haben können. Da auf die Arbeitsmembrane 1 der Membranpumpen 101 bis 105 kein Differenzdruck lastet, kann diese Arbeitsmembrane 1 hochelastisch ausgestaltet werden, ohne daß das erwähnte "Ausbeulen" dieser Membrane 1 zu befürchten ist.
In Fig. 4 ist dargestellt, daß im Membran-Zwischenraum 4 der Membranpumpe 104 ein Ansaugfilter- und Geräuschdämpfungselement 9 vorgesehen ist. Dieses Ansaugfilter- und Geräuschdämpfungselement 9 ist aus einem elastischen Material, beispielsweise aus einem offenporigen Schaumstoff hergestellt und wird einerseits von der Arbeitsmembran 1 und andererseits von der Zusatzmembrane 3 beaufschlagt. Das den Membran-Zwischenraum 4 im wesentlichen ausfüllende Ansaugfilter- und Geräuschdämpfungselement 9 ist ringförmig ausgebildet, wobei dessen Ringöffnung 10 von dem die Membranen 1, 3 miteinander verbindenden Pleuelkopf 6 des Pleuels durchsetzt wird. Durch das im Membran-Zwischenraum 4 vorgesehene Ansaugfilter- und Geräuschdämpfungselement 9 können Teile entfallen sowie Platz eingespart und die Membranpumpe 104 besonders kompakt ausgestaltet werden.
In Fig. 5 ist dargestellt, daß der Arbeitsmembran 1 der Membranpumpe 105 eine formstabile Membran-Abstützung 11 zugeordnet ist, die am Pleuelkopf 6 des Pleuels gehalten ist. Während bei den einstufigen Membranpumpen 101 bis 105 gemäß den Fig. 1 bis 5 der Membran-Zwischenraum 4 in der Saugphase gezielt genutzt wird, um das Schöpfraumvolumen zu vergrößern, wird in der Ausstoßphase, wenn der Druck auf der MembranOberseite kontinuierlich in Richtung zum Atmosphärendruck ansteigt, die Membranabstützung 11 eingesetzt, welche die Arbeitsmembran 1 der Membranpumpe 105 auf der Membran-Rückseite zumindest in einem Zentralbereich formangepaßt abstützt. Dadurch wird das Totraumvolumen kleingehalten.
Bei den Membranpumpen 101, 102, 104 und 105 gemäß den Fig. 1, 2, 4 und 5 sind die Membranen 1, 3 im Bereich einer zentralen Halteöffnung 12, 13 am Pleuelkopf 6 des Pleuels fest eingespannt. Nicht nur die Zusatzmembran 3, sondern auch die Arbeitsmembran 1 der Pumpen 101, 102, 104 und 105 ist als Flachmembran ausgestaltet.
Die Arbeitsmembran 1 der in Fig. 3 dargestellten Membranpumpe 103 ist demgegenüber als Formmembran ausgebildet. Die Arbeitsmembran 1 ist mit der Zusatzmembran 3 der Membranpumpe 103 über ein zentrales Zwischenstück 14 zu einer Doppelmembran 15 einstückig verbunden. Wie aus Fig. 3 deutlich wird, hat das Zwischenstück 14 der Doppelmembran 15 an seiner dem Förderraum 2 abgewandten Seite eine hinterschnittene Befestigungsöffnung, in die ein formangepasstes und mit dem Pleuel des Pumpenantriebes verbundenes Befestigungsteil 16 eingesetzt ist. Trotz der hohen Elastizität ihrer Arbeitsmembrane 1 zeichnen sich die Membranpumpen 101, 102, 103, 104 und 105 durch ein hohes Saugvermögen aus, ohne daß in der Ansaugphase ein Ausbeulen dieser vergleichsweise hochelastischen Arbeitsmembrane 1 zu befürchten wäre.

Claims (11)

  1. Membran-Vakuumpumpe (101, 102, 103, 104, 105) mit einer, einen Förderraum (2) begrenzenden Arbeitsmembrane (1), mit einer auf der dem Förderraum (2) abgewandten Seite der Arbeitsmembran (1) angeordneten Zusatzmembran (3), mit einem zwischen der Arbeitsmembran (1) und der Zusatzmembran (3) vorgesehenen Membran-Zwischenraum (4) sowie mit einem Pumpantrieb für eine gleichsinnige oszillierende Bewegung der Arbeits- und der Zusatzmembrane (1, 3), wobei die Membranpumpe die erste Stufe einer mehrstufigen Pumpe oder Pumpanlage bildet und wobei der Membran-Zwischenraum (4) zur Evakuierung und Angleichung der Druckverhältnisse im Membran-Zwischenraum (4) einerseits und im Förderraum (2) andererseits über zumindest einen Absaugkanal mit der Saugseite dieser Membran-Vakuumpumpe verbunden ist und wobei die Arbeitsmembrane (1) in den oberen und unteren Totpunkten ihrer Oszillationsbewegung gedehnt wird.
  2. Membranpumpe (101, 103, 105) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Membran-Zwischenraum (2) über den zumindest einen Absaugkanal (7) parallel zum Förderraum (2) mit dem Pumpeneinlaß (8) pneumatisch verbunden ist.
  3. Membranpumpe (102, 104) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpeneinlaß (8) über den Membran-Zwischenraum (4) und den Absaugkanal (79) mit dem Förderraum (2) pneumatisch verbunden ist.
  4. Membranpumpe (104) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Membran-Zwischenraum (4) zumindest ein Ansaugfilter und/oder Geräuschdämpfungselement (9) vorgesehen ist.
  5. Membranpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ansaugfilter- und/oder Geräuschdämpfungselement (9) aus einem elastischen Material hergestellt und einerseits von der Arbeitsmembrane (1) sowie andererseits von der Zusatzmembrane (3) beaufschlagt ist.
  6. Membranpumpe nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ansaugfilter- und/oder Geräuschdämpfungselement den Membran-Zwischenraum (4) im wesentlichen ausfüllt.
  7. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ansaugfilter- und/oder Geräuschdämpfungselement (9) als ein offenporiges und zwischen der Arbeitsmembran (1) und der Zusatzmembran (3) angeordnetes Schaumstoffelement ausgestaltet ist.
  8. Membranpumpe (105) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsmembran (1) eine formstabile Membran-Abstützung (11) zugeordnet ist, die an einem Pleuel des Pumpenantriebes gehalten ist und die Arbeitsmembran (1) auf der Membran-Rückseite zumindest in einem Zentralbereich formangepaßt abstützt.
  9. Membranpumpe (103) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsmembran (1) und die Zusatzmembran (3) zu einer Doppelmembran (15) einstückig miteinander verbunden sind.
  10. Membranpumpe (103) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsmembran (1) und die Zusatzmembran (3) über ein zentrales Zwischenstück (11) einstückig miteinander verbunden sind und daß dieses Zwischenstück (11) an seiner dem Förderraum (2) abgewandten Seite eine hinterschnittene Befestigungsöffnung zum Einsetzen eines formangepassten und mit einem Pleuel des Pumpantriebes verbundenen Befestigungsteiles (16) aufweist.
  11. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsmembrane (1) als Formmembrane ausgestaltet ist.
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