DE102007057945B4

DE102007057945B4 - Mehrstufige Membran-Saugpumpe

Info

Publication number: DE102007057945B4
Application number: DE200710057945
Authority: DE
Inventors: Erich Becker; Erwin Hauser
Original assignee: KNF Neuberger GmbH
Current assignee: KNF Neuberger GmbH
Priority date: 2007-12-01
Filing date: 2007-12-01
Publication date: 2009-11-05
Anticipated expiration: 2027-12-02
Also published as: CN101883924A; DE202007018538U1; ES2364231T3; EP2227636A1; DE502008003230D1; EP2227636B1; DE102007057945A1; US20100263750A1; US8628304B2; JP5312470B2; JP2011505515A; CN101883924B; WO2009068180A1; ATE505648T1

Abstract

Mehrstufige Membran-Saugpumpe (10) mit mindestens zwei Pumpräumen (H₁, H₂, H₃), die jeweils einen, wenigstens ein Einlassventil (SV1, SV2, SV3) aufweisenden Fluideinlass und einen, zumindest ein Auslassventil (DV1, DV2, DV3) aufweisenden Fluidauslass haben, sowie mit einer, die Fluideinlässe der Pumpräume (H₁, H₂, H₃) verbindenden Saugleitung (A), wobei einander nachfolgende Pumpräume (H₁, H₂, H₃) jeweils über mindestens eine Verbindungsleitung (C1, C2) derart miteinander verbunden sind, dass die Membranpumpe (10) bei Erreichen/Überschreiten eines Differenzdruckes in der Saugleitung (A) von einem parallel arbeitenden Betrieb ihrer Pumpräume (H₁, H₂, H₃) in einen zumindest auch seriell arbeitenden Betrieb dieser Pumpräume (H₁, H₂, H₃) übergeht, und wobei im Einström- und im Ausströmbereich der mindestens einen Verbindungsleitung (C1, C2) jeweils wenigstens ein, zur nachfolgenden Pumpstufe öffnendes Rückschlagventil (RV1, RV2; RV3, RV4) zwischengeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die im Einström- und im Ausströmbereich der Verbindungsleitung(en) (C1, C2) vorgesehenen Rückschlagventile (RV1, RV2; RV3, RV4) im Vergleich zu den Einlass- und...

Description

Die Erfindung betrifft eine mehrstufige Membran-Saugpumpe mit mindestens zwei Pumpräumen, die jeweils einen, wenigstens ein Einlassventil aufweisenden Fluideinlaß und einen, zumindest ein Auslassventil aufweisenden Fluidauslaß haben, sowie mit einer, die Fluideinlässe der Pumpräume verbindenden Saugleitung, wobei einander nachfolgende Pumpräume jeweils über mindestens eine Verbindungsleitung derart miteinander verbunden sind, dass die Membranpumpe bei Erreichen/Überschreiten eines Differenzdruckes in der Saugleitung von einem parallel arbeitenden Betrieb ihrer Pumpräume in einen zumindest auch seriell arbeitenden Betrieb dieser Pumpräume übergeht, und wobei im Einström- und im Ausströmbereich der mindestens einen Verbindungsleitung wenigstens ein, zur nachfolgenden Pumpstufe öffnendes Rückschlagventil zwischengeschaltet ist.
Beim Evakuieren, zum Beispiel eines Autoklaven ist einerseits eine große Förderleistung erwünscht, andererseits ein gutes Endvakuum. Die große Förderleistung wird durch Parallelschaltung der Köpfe erreicht, das gute Endvakuum durch mehrstufigen Be trieb, also durch Serienschaltung. Bei vielen Anwendungen, vor allem im Laborbereich wird ein niedriger Enddruck erforderlich, der nur mit einer mehrstufigen Anordnung erzielt werden kann.
Aus der WO 2004/088138 kennt man bereits eine Mikro-Vakuumpumpe, die zwei, durch jeweils eine oszillierende Pumpmembran begrenzte Pumpräume hat. Jeder dieser Pumpräume hat einen, ein Einlassventil aufweisenden Fluideinlaß und einen, ein Auslassventil aufweisenden Fluidauslaß, wobei eine die Fluideinlässe der Pumpräume verbindende Saugleitung und eine, die Fluidauslässe verbindende Druckleitung vorgesehen ist. Die Pumpräume sind über eine Verbindungsleitung derart miteinander verbunden, dass die vorbekannte Mikro-Vakuumpumpe bei Erreichen und Überschreiten eines festgelegten Differenzdruckes in der Saugleitung von einem parallel arbeitenden Betrieb ihrer Pumpräume in einen seriell arbeitenden Betrieb dieser Pumpräume übergeht. Sowohl im Einströmbereich als auch im Ausströmbereich der Verbindungsleitung ist jeweils ein, zur nachfolgenden Pumpstufe öffnendes Rückschlagventil zwischengeschaltet. Um den mit der Herstellung der vorbekannten Membran-Saugpumpe verbundenen Aufwand zu reduzieren, weisen die in die Verbindungsleitung zwischengeschalteten Rückschlagventile eine mit den Einlaß- und Auslassventilen der beiden Pumpräume vergleichbare Größe auf. Dementsprechend ist auch der zwischen einem der Rückschlagventile einerseits und dem benachbarten Pumpraum andererseits vorgesehene Leitungsabschnitt der Verbindungsleitung vergleichbar groß dimensioniert. Um dennoch in der Startphase eines Pumpvorganges den Fluidstrom zunächst über die parallel geschalteten Einlaß- und Auslassventile führen zu können, ist in die Verbindungsleitung eine Drossel zwischengeschaltet, die erst bei Erreichen einer entsprechenden Druckdifferenz und einer verminderten Pumpleistung ihre drosselnde Wirkung verliert.
Zu Beginn des Saugvorganges nimmt die vorbekannte Mikro-Vakuumpumpe eine parallel arbeitende Konfiguration ihrer Pumpräume an, weil die in der Verbindungsleitung vorgesehene Drossel bewirkt, dass sich das System aufgrund der noch fehlenden Behinderungen in der Luftzirkulation anfänglich leichter parallel arbeitend ausbilden kann. Sobald diese parallel arbeitende Konfiguration in den Bereich des Endvakuums kommt und die Druckdifferenz in der Saugleitung damit ein Maximum erreicht, kann das Fluid viel einfacher durch die in der Verbindungsleitung befindliche Drossel strömen, so dass es gleichzeitig auch in einen seriellen Betrieb ihrer Pumpräume konfiguriert wird, um nun ein höchstmögliches Endvakuum zu erzielen.
Nachteilig ist jedoch, dass die Rückschlagventile der vorbekannten Membranpumpe eine mit den Einlass- und Auslassventilen vergleichbare Größe aufweisen, und dass die zwischen den Rückschlagventilen vorgesehenen Leitungsabschnitte der Verbindungsleitung einen entsprechend großen lichten Leitungsquerschnitt haben, so dass sich in diesen Leitungsabschnitten ein dementsprechend großer schädlicher Raum ergibt, der sich auf das erreichbare Endvakuum der vorbekannten Membran-Saugpumpe ungünstig auswirkt und den Umschaltpunkt zwischen paralleler und serieller Betriebsweise negativ beeinflusst.
Aus der DE 1 829 277 U ist ein Pumpstand mit mehreren, zwischen einer gemeinsamen Saug- und Druckleitung angeordneten Pumpen vorbekannt, bei dem zum Umschalten von Parallel- zum Reihenbetrieb ein Rückschlagventil eingebaut ist, wobei vor dem Rückschlagventil eine zur Saugleitung einer folgenden Pumpe gehende Leitung abzweigt, in der ein Absperrorgan vorgesehen ist, das mittels eines Servomotors betätigbar ist. Bei Überschreiten eines vorbestimmten Grenzdruckes in der Druckleitung wird ein vor der Druckleitung angeordnetes Rückschlagventil geschlossen und über einen Servomotor ein Absperrorgan im Öffnungssinn betätigt, das in einer Zuleitung zur nächsten Pumpe angeordnet ist, so dass die Fördermenge um jenen Anteil kleiner wird, den die so vorgeschaltete Pumpe der nachgeschalteten in die Saugleitung zuführt. Bei dem aus DE 1 829 277 U vorbekannten Pumpstand ist daher stets ein von außen kommender Impuls notwendig, um den ein Absperrorgan öffnenden Servomotor zu betätigen und um das Umschalten aus dem Parallelbetrieb in den Reihenbetrieb zu bewirken.
Es besteht daher insbesondere die Aufgabe, eine mehrstufige Membran-Saugpumpe der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die im Vergleich zum vorbekannten Stand der Technik die Erzeugung eines möglichst hohen Endvakuums in möglichst kurzer Zeit erlaubt, wobei eine Annäherung an den optimalen Umschaltpunkt angestrebt wird.
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht insbesondere darin, dass die im Einström- und im Ausströmbereich der Verbindungsleitung(en) vorgesehenen Rückschlagventile im Vergleich zu den Einlass- und Auslassventilen der Pumpräume kleiner ausgebildet sind, dass diesen Rückschlagventilen jeweils ein zum benachbarten Pumpraum hin offener Leitungsabschnitt der Verbindungsleitung mit einem im Vergleich zu den Einlass- und Auslassventilen kleineren lichten Leitungsquerschnitt zugeordnet ist, und dass der den Wechsel zur seriellen Betriebsweise auslösende Druckbereich des Differenzdruckes durch Festlegen eines Ventilköper-Durchmessers und/oder Abstimmen der Masse von Ventil- oder Sperrkörpern der Rückschlagventile vorwählbar oder festlegbar ist.
Die erfindungsgemäße Membranpumpe weist in der zumindest einen, ihre Pumpräume miteinander verbindenden Verbindungsleitung sowohl einström- als auch ausströmseitig Rückschlagven tile auf, die im Vergleich zu den Einlass- und Auslassventilen dieser Pumpräume wesentlich kleiner dimensioniert sind. Da der bewegliche Ventilkörper dieser Rückschlagventile somit auch geringere bewegliche Massen aufweisen und dementsprechend schneller reagieren kann, wird eine Annäherung an den optimalen Umschaltpunkt zwischen paralleler und serieller Betriebsweise wesentlich begünstigt. Da die Verbindungsleitung erst im Bereich des optimalen Umschaltpunktes wirksam wird, und da die Verbindungsleitungen in dieser Pumpphase nur vergleichsweise geringe Fördermengen zu bewältigen haben, kann der lichte Querschnitt der Verbindungsleitungen im Vergleich zur Saug- und zur Druckleitung vergleichsweise klein ausgeführt werden. Das gestattet auch, die in der zumindest einen Verbindungsleitung vorgesehenen Rückschlagventile mit einem im Vergleich zu den Saug- und Druckventilen sehr geringen Durchflussquerschnitt und entsprechend geringem Durchmesser auszuführen. Somit können die Rückschlagventile aufgrund der geringen Masse ihres beweglichen Ventil- oder Sperrkörpers beim Schließen der Saug- und Druckventile schnell reagieren und verhindern dadurch, dass die erfindungsgemäße Membranpumpe in einem Übergangsbereich der Druckdifferenzen nicht oder nur ungenügend fördert. Da den Rückschlagventilen jeweils ein zum benachbarten Pumpraum führender Leitungsabschnitt zugeordnet ist, der im Vergleich zu den Einlass- und Auslassventilen einen wesentlichen kleineren lichten Leitungsquerschnitt hat, kann der zwischen einem Rückschlagventil einerseits und dem benachbarten Pumpraum andererseits verbleibende schädliche Raum derart gering gehalten werden, dass auch die Erzeugung eines sehr niedrigen Endvakuums möglich ist. Die erfindungsgemäße Membranpumpe erlaubt daher mit vergleichsweise einfachen technischen Mitteln die Erzeugung eines möglichst geringen Endvakuums in möglichst kurzer Zeit. Um die Reaktionszeit der in den Verbindungsleitungen vorgesehenen Rückschlagventile zu optimieren, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der den Wechsel zur seriellen Betriebsweise auslösende Druckbereich des Differenzdruckes durch Festlegen des Ventilkörper-Durchmessers und/oder Abstimmen der Masse der Ventil- oder Sperrkörper der Rückschlagventile vorwählbar oder festlegbar ist.
Dabei wird eine Ausführungsform bevorzugt, bei der den Rückschlagventilen jeweils ein mit dem benachbarten Pumpraum verbundener Leitungsabschnitt des Verbindungskanals zugeordnet ist, der im Vergleich zu den Einlass- und Auslassventilen derart dimensioniert ist, dass diese Leitungsabschnitte einen demgegenüber kleineren schädlichen Raum bilden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Rückschlagventile derart dimensioniert und/oder ausgelegt sind, dass in der Startphase eines Pumpvorgangs die Einlass- und die Auslassventile arbeiten und die Rückschlagventile in einer nachfolgenden Phase des Pumpvorgangs, vorzugsweise etwa im optimalen Umschaltpunkt, aktiviert werden.
Um die Strömungsverluste in der Saug- und Druckleitung bei anfangs hoher Förderleistung möglichst gering zu halten, ist es vorteilhaft, wenn die Saugleitung und/oder die Druckleitung im Vergleich zur zumindest einen Verbindungsleitung einen größeren lichten Leitungsquerschnitt hat.
Aufgrund des geringen Förderstroms der durch die Verbindungsleitung strömt, ist es aus Platzgründen ebenfalls vorteilhaft, deren Leitungsquerschnitt kleiner auszuführen.
Dabei ist es auch möglich, dass die Auslassventile gegebenenfalls unter Zwischenschaltung zumindest eines Geräuschdämpfers zur Atmosphäre hin offen ausgebildet sind. Bei einer solchen Ausführungsform wird eine die Auslassventile verbindende Druckleitung vermieden.
Damit die zum Schalten der Ventile erforderlichen, möglichst hohen Differenzdrücke entstehen, ist es zweckmäßig, wenn die, nachfolgenden Pumpstufen zugeordneten Membranen hinsichtlich ihrer Ansaug- und Ausstoßbewegungen versetzt zueinander getaktet sind.
Dabei sieht eine bevorzugte Ausführungsform gemäß der Erfindung vor, dass die, nachfolgenden Pumpstufen zugeordneten Membranen hinsichtlich ihrer Ansaug- oder Ausstoßbewegungen um 180° versetzt zueinander getaktet sind.
Der schädliche Raum zwischen den Pumpstufen lässt sich noch zusätzlich reduzieren, wenn in jede Verbindungsleitung zwei Rückschlagventile zwischengeschaltet sind, von denen eines einströmseitig und das andere ausströmseitig angeordnet ist.
Die erfindungsgemäße Membranpumpe ist nicht auf eine zweistufige Ausführung begrenzt, sondern kann auch mehr als zwei Pumpstufen aufweisen und insbesondere dreistufig oder sonst wie mehrstufig ausgestaltet sein. Dabei ist es vorteilhaft, wenn in der ersten und der letzten Pumpstufe jeweils zumindest ein Einlaß-, ein Auslaß- und ein Rückschlagventil mündet und/oder wenn in den verbleibenden beziehungsweise mittleren Pumpstufen jeweils wenigstens ein Einlaß-, ein Auslaß- und zwei Rückschlagventile münden.
Weitere Ausführungsformen gemäß der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie der Zeichnung. Nachstehend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele noch näher beschrieben.
Es zeigt:
1 die schematisch dargestellte Konfiguration einer mehrstufigen Membran-Saugpumpe, die mehrere Pumpräume hat, welche von einer anfänglich parallel arbeitenden Betriebsweise praktisch automatisch in eine seriell arbeitende Betriebsweise umsetzbar sind,
2 eine ebenfalls in einer schematischen Darstellung gezeigte Membran-Saugpumpe, die hier jedoch vierstufig ausgebildet ist,
3 die in Abhängigkeit des erreichten Endvakuums dargestellte Förderleistung beziehungsweise das Saugvermögen einer der in den 1 und 2 gezeigten mehrstufigen Membran-Saugpumpen im Vergleich zu einer einköpfigen Membranpumpe, und
4 die erste Pumpstufe der in den 1 oder 2 dargestellten mehrköpfigen Membran-Saugpumpen in einem Längsschnitt im Bereich eines im Fluidauslaß vorgesehenen Druckventils und eines in einer Verbindungsleitung angeordneten Rückschlagventils.
In 1 ist eine mehrstufige Membran-Saugpumpe 10 dargestellt. Die Membran-Saugpumpe 10 hat zumindest zwei, hier insbesondere drei Pumpräume H₁, H₂ und H₃. Die Pumpräume H₁, H₂ und H₃ haben jeweils einen, wenigstens ein Einlassventil SV1, SV2 bzw. SV3 aufweisenden Fluideinlaß und einen, zumindest ein Auslassventil DV1, DV2 bzw. DV3 aufweisenden Fluidauslaß. Die Membran-Saugpumpe 10 hat eine, die Fluideinlässe der Pumpräume H₁, H₂ und H₃ verbindende Saugleitung A und eine, die Fluidauslässe verbindende Druckleitung B. Dabei sind einander nachfolgende Pumpräume H₁, H₂ und H₃ jeweils über mindestens eine Verbindungsleitung C1 bzw. C2 derart miteinander verbunden, dass die Membran-Saugpumpe 1 bei Erreichen und insbesondere bei Überschreiten eines Differenzdruckes in der Saugleitung A von einem parallel arbeitenden Betrieb ihrer Pumpräume H₁, H₂ und H₃ in einen seriell arbeitenden Betrieb dieser Pumpräume H₁, H₂ und H₃ übergeht.
In 1 ist angedeutet, dass die, jeweils einander nachfolgende Pumpräume miteinander verbindenden Verbindungsleitungen C1 und C2 einen im Vergleich zu der Saugleitung A und der Druckleitung B kleineren lichten Leitungsquerschnitt aufweisen. Darüber hinaus wird aus 1 deutlich, dass in die mindestens eine Verbindungsleitung C1, C2 wenigstens ein, zur nachfolgenden Pumpstufe H₁, H₂ und H₃ öffnendes Rückschlagventil zwischengeschaltet ist. Bei der in 1 dargestellten Pumpenausführung sind in jede Verbindungsleitung C1 und C2 jeweils zwei Rückschlagventile RV1, RV2 bzw. RV3, RV4 zwischengeschaltet, von denen eines einströmseitig und das andere ausströmseitig angeordnet ist. Die in 1 dargestellte Membran-Saugpumpe 10 weist in ihrer zumindest einen, nachfolgende Pumpstufen H₁, H₂ und H₃ miteinander verbindenden Verbindungsleitung C1, C2 wenigstens ein Rückschlagventil RV1, RV2 bzw. RV3, RV4 auf. Somit wird ein schädlicher Raum allenfalls auf den bis zum Rückschlagventil verbleibenden Teilbereich der Verbindungsleitung C1 bzw. C2 begrenzt. Da das zumindest eine Rückschlagventil RV1, RV2 bzw. RV3, RV4 eine Drossel in der Verbindungsleitung C1 bzw. C2 entbehrlich macht, wird einer unerwünschten leistungsmindernden Kondensatbildung beim Fördern feuchter Dämpfe entgegengewirkt. Da die Verbindungsleitungen C1 und C2 erst im Bereich des Endvakuums wirksam werden und da die Verbindungsleitungen C1 und C2 in dieser Pumpphase nur vergleichsweise geringe Fördermengen zu bewältigen haben, kann der lichte Querschnitt dieser Verbindungsleitungen C1 und C2 im Vergleich zur Saugleitung A und zur Druckleitung B vergleichsweise klein ausgeführt werden. Das gestattet auch, die in der Verbindungsleitung C1 bzw. C2 vorgesehenen Rückschlagventile RV1, RV2 bzw. RV3, RV4 mit einem im Vergleich zu den Saugventilen SV1, SV2, SV3 und Druckventilen DV1, DV2, DV3 sehr geringen Durchflussquerschnitt und entsprechend geringem Durchmesser auszuführen. Somit kann das zumindest eine Rückschlagventil aufgrund der geringen Masse seines beweglichen Ventil- oder Sperrkörpers beim Schließen der Saug- und Druckventile schnell reagieren und verhindert dadurch, dass die Membranpumpe 1 in einem Übergangsbereich der Druckdifferenzen nicht oder ungenügend fördert. Die Membranpumpe 10 erlaubt daher mit vergleichsweise einfachen technischen Mitteln die Erzeugung eines möglichst hohen Endvakuums in möglichst kurzer Zeit.
Die Membranpumpe 10 weist in den, die Pumpräume H₁, H₂ und H₃ miteinander verbindenden Verbindungsleitungen C1 und C2 sowohl einström- als auch ausströmseitig Rückschlagventile RV1, RV2 bzw. RV3, RV4 auf, die im Vergleich zu den Einlaß- und Auslassventilen SV1, SV2, SV3 und DV1, DV2, DV3 dieser Pumpräume wesentlich kleiner dimensioniert sind. Da der bewegli che Ventilkörper dieser Rückschlagventile RV1, RV2, RV3 und RV4 somit auch geringere bewegliche Massen aufweisen und dementsprechend schneller reagieren kann, wird eine Annäherung an den optimalen Umschaltpunkt zwischen paralleler und serieller Betriebsweise wesentlich begünstigt. Zudem ist den Rückschlagventilen jeweils ein zum benachbarten Pumpraum H₁, H₂ bzw. H₃ führender Leitungsabschnitt zugeordnet, der im Vergleich zu den Einlaß- und Auslassventilen einen wesentlich kleineren lichten Leitungsquerschnitt hat. Dadurch kann der zwischen den Pumpräumen H₁, H₂ und H₃ und einem der Rückschlagventile RV1, RV2, RV3 bzw. RV4 verbleibende schädliche Raum derart gering gehalten werden, dass auch die Erzeugung eines vergleichsweise niedrigen Endvakuums möglich ist.
Bei der Parallelschaltung saugen die Köpfe gemeinsam über die Leitung A an und stoßen gemeinsam über die Leitung B aus. Bei Erreichen des Endvakuumbereiches bei einstufiger Verdichtung ergeben sich Druckdifferenzen zwischen B-DV1, B-DV2, R-SV2, A-SV3. Dadurch arbeiten die Ventile DV1, DV2, SV2 und SV3 als Rückschlagventile und schließen den Durchfluss. Die Köpfe sind dadurch in Serie geschaltet. Der Gasfluss erfolgt jetzt über: A-SV1-RV1-C1-RV2-RV3-C2-RV4-DV3-B.
Aus einem Vergleich der 1 und 2 wird deutlich, dass die Membran-Saugpumpe nicht nur zwei- oder dreistufig ausgebildet sein –, sondern auch mehr als drei Pumpstufen haben kann. In 2 ist eine vierstufige Membran-Saugpumpe mit vier Pumpräumen H₁, H₂, H₃ und H₄ dargestellt. Auch die Pumpräume H₁, H₂, H₃, H₄ der in 2 gezeigten Membran-Saugpumpe 10 haben jeweils einen, wenigstens ein Einlassventil SV1, SV2, SV3 bzw. SV4 aufweisenden Fluideinlaß und einen, zumindest ein Auslassventil DV1, DV2, DV3 bzw. DV4 aufweisenden Fluidauslaß. Während der Fluideinlaß der Pumpräume H₁, H₂, H₃, H₄ über eine Saugleitung A verbunden ist, sind die Fluidauslässe der Pumpköpfe H₁, H₂, H₃, H₄ gegenüber der Atmosphäre offen ausgebildet, so dass auf eine die Fluidauslässe verbindende Druckleitung B verzichtet werden kann. Dabei ist es zweckmäßig, wenn die Fluidauslässe der Pumpköpfe H₁, H₂, H₃, H₄ jeweils über einen Geräuschdämpfer G geführt werden. Die einander nachfolgenden Pumpräume H₁, H₂, H₃, H₄ sind jeweils über eine Verbindungsleitung C1, C2, C3 miteinander derart verbunden, dass die Membran-Saugpumpe 10 in 2 bei Erreichen und insbesondere bei Überschreiten eines Differenzdruckes in der Saugleitung von einem parallel arbeitenden Betrieb ihrer Pumpräume H₁, H₂, H₃, H₄ in einen seriell arbeitenden Betrieb dieser Pumpräume H₁, H₂, H₃, H₄ übergeht. Dabei sind in die, einander nachfolgende Pumpräume H₁, H₂, H₃, H₄ miteinander verbindenden Verbindungsleitungen C1, C2, C3 sowohl einlassseitig als auch auslassseitig jeweils ein Rückschlagventil RV1, RV2, RV3, RV4, RV5, RV6 zwischengeschaltet.
In 2 ist durch gestrichelte Linien dargestellt, dass die Membran-Saugpumpe 10 auch mehr als vier Pumpräume H₁, H₂, H₃, H₄, H₅ aufweisen kann.
In 3 ist die Förderleistung beziehungsweise das Saugvermögen der in den 1 und 2 dargestellten Membran-Saugpumpe 10 in Abhängigkeit vom erreichten Vakuum dargestellt. Während die durchgezogene Linie das im erreichbaren Endvakuum begrenzte Saugvermögen einer einköpfigen Pumpe zeigt, ist durch eine strich-punktierte Linie angedeutet, dass parallelverschaltete Pumpräume sich demgegenüber zwar nicht im erreichbaren Endvakuum, sondern vielmehr in der Förderleistung unterscheiden. Sofern die Pumpräume einer mehrköpfigen Membran-Saugpumpe in Reihe geschaltet sind, ist das Saugvermögen mit einer einköpfigen Membranpumpe vergleichbar, jedoch können die in Reihe geschalteten Pumpräume ein wesentlich tieferes Endvakuum erreichen (vgl. gestrichelte Linie in 3).
Die in den 1 und 2 dargestellten Membranpumpen folgen nun in der Startphase eines Pumpvorganges dem Kurvenverlauf parallel verschalteter Membranköpfe (strich-punktierte Linie) um im optimalen Umschaltpunkt OS, der durch Auslegung der Ventilgrößen und Ventilmassen der Rückschlagventile angesteuert werden kann, in den Kurvenverlauf einer in Reihe geschalteten Membran-Saugpumpe überzugehen. Dabei zeichnen sich die in den 1 und 2 dargestellten Membran-Saugpumpen 10 dadurch aus, dass sie in kürzester Zeit ein geringst mögliches Endvakuum erreichen.
In 4 ist die erste Pumpstufe H₁ einer mit 1 oder 2 vergleichbaren mehrköpfigen Membran-Saugpumpe dargestellt. während der außerhalb der Schnittebene angeordnete Fluideinlaß nicht gezeigt ist, sind das in den Fluidauslaß zwischengeschaltete Auslassventil DV1 und das in der Verbindungsleitung C1 vorgesehene Rückschlagventil RV1 gut zu erkennen. Aus einem Vergleich der Ventile DV1 und RV1 wird deutlich, dass das hier im Einströmbereich der Verbindungsleitung C1 vorgesehene Rückschlagventil RV1 im Vergleich zu den Einlass- und Auslassventilen der Pumpräume kleiner ausgebildet ist, und dass diesem Rückschlagventil RV1 ein zum benachbarten Pumpraum H₁ hin offener Leitungsabschnitt L_a der Verbindungsleitung C1 mit einem im Vergleich zu den Einlass- und Auslassventilen kleineren lichten Leitungsquerschnitt zugeordnet ist. Da die Verbindungsleitung C1 erst im Bereich des optimalen Umschaltpunktes wirksam wird, und da die Verbindungsleitung C1 in dieser Pumpphase nur vergleichsweise geringe Fördermengen zu bewältigen hat, kann der lichte Querschnitt dieser Verbindungsleitung C1 im Vergleich zur Saug- und zur Druckleitung vergleichsweise klein ausgeführt werden. Das gestattet auch, u. a. das in der Verbindungsleitung C1 vorge sehene Rückschlagventil RV1 mit einem im Vergleich zu den Saug- und Druckventilen sehr geringen Durchflussquerschnitt und entsprechend geringem Durchmesser auszuführen. Damit kann aber auch das Rückschlagventil RV1 aufgrund der geringen Masse seines scheibenförmigen Ventil- oder Sperrkörpers beim Schließen der Saug- und Druckventile schnell reagieren. Da der Leitungsabschnitt L_a im Vergleich zu den Ein- und Auslassventilen einen wesentlich kleineren lichten Leitungsquerschnitt hat, kann der zwischen dem Rückschlagventil RV1 einerseits und dem benachbarten Pumpraum H₁ verbleibende schädliche Raum derart gering gehalten werden, dass auch die Erzeugung eines sehr niedrigen Endvakuums möglich ist. Während der zum benachbarten Pumpraum H₁ führende Leitungsabschnitt L_a einen vergleichsweise kleinen lichten Leitungsquerschnitt hat, kann der zwischen den Rückschlagventilen RV1 und RV2 vorgesehene Leitungsabschnitt L_b gegebenenfalls auch einen größeren Leitungsquerschnitt haben.
In dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel weisen die Leitungsabschnitte L_a und L_b vergleichbare lichte Leitungsquerschnitte auf.

Claims

Mehrstufige Membran-Saugpumpe (10) mit mindestens zwei Pumpräumen (H₁, H₂, H₃), die jeweils einen, wenigstens ein Einlassventil (SV1, SV2, SV3) aufweisenden Fluideinlass und einen, zumindest ein Auslassventil (DV1, DV2, DV3) aufweisenden Fluidauslass haben, sowie mit einer, die Fluideinlässe der Pumpräume (H₁, H₂, H₃) verbindenden Saugleitung (A), wobei einander nachfolgende Pumpräume (H₁, H₂, H₃) jeweils über mindestens eine Verbindungsleitung (C1, C2) derart miteinander verbunden sind, dass die Membranpumpe (10) bei Erreichen/Überschreiten eines Differenzdruckes in der Saugleitung (A) von einem parallel arbeitenden Betrieb ihrer Pumpräume (H₁, H₂, H₃) in einen zumindest auch seriell arbeitenden Betrieb dieser Pumpräume (H₁, H₂, H₃) übergeht, und wobei im Einström- und im Ausströmbereich der mindestens einen Verbindungsleitung (C1, C2) jeweils wenigstens ein, zur nachfolgenden Pumpstufe öffnendes Rückschlagventil (RV1, RV2; RV3, RV4) zwischengeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die im Einström- und im Ausströmbereich der Verbindungsleitung(en) (C1, C2) vorgesehenen Rückschlagventile (RV1, RV2; RV3, RV4) im Vergleich zu den Einlass- und Auslassventilen (SV1, SV2, SV3; DV1, DV2, DV3) der Pumpräume (H₁, H₂, H₃) kleiner ausgebildet sind, dass diesen Rückschlagventilen (RV1, RV2; RV3, RV4) jeweils ein zum benachbarten Pumpraum hin offener Leitungsabschnitt der Verbindungsleitung mit einem im Vergleich zu den Einlass- und Auslassventilen kleineren lichten Leitungsquerschnitt zugeordnet ist, und dass der den Wechsel zur seriellen Betriebsweise auslösende Druckbereich des Differenzdruckes durch Festlegen eines Ventilkörper-Durchmessers und/oder Abstimmen der Masse von Ventil- oder Sperrkörpern der Rückschlagventile (RV1, RV2; RV3, RV4) vorwählbar oder festlegbar ist.
Membran-Saugpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückschlagventile (RV1, RV2; RV3, RV4) derart dimensioniert und/oder ausgelegt sind, dass in der Startphase eines Pumpvorgangs die Einlass- und die Auslassventile (SV1, SV2, SV3; DV1, DV2, DV3) arbeiten und die Rückschlagventile (RV1, RV2; RV3, RV4) in der nachfolgenden Phase des Pumpvorgangs, vorzugsweise etwa im optimalen Umschaltpunkt, aktiviert werden.
Membran-Saugpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass den Rückschlagventilen (RV1, RV2; RV3, RV4) jeweils ein mit dem benachbarten Pumpraum (H₁, H₂, H₃) verbundener Leitungsabschnitt der Verbindungsleitung (C1, C2) zugeordnet ist, der im Vergleich zu den Einlass- und Auslassventilen (SV1, SV2, SV3; DV1, DV2, DV3) derart dimensioniert ist, dass diese Leitungsabschnitte einen demgegenüber kleineren schädlichen Raum bilden.
Membran-Saugpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Saugleitung und/oder die Druckleitung im Vergleich zur zumindest einen Verbindungsleitung (C1, C2) einen größeren lichten Leitungsquerschnitt hat.
Membran-Saugpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassventile (DV1, DV2, DV3) gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines Geräuschdämpfers zur Atmosphäre hin offen ausgebildet sind.
Membran-Saugpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückschlagventile (RV1, RV2; RV3, RV4) jeweils eine Ventilscheibe als Ventil- oder Sperrkörper aufweisen.
Membran-Saugpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die, nachfolgenden Pumpstufen zugeordneten Membranen hinsichtlich ihrer Ansaug- und Ausstoßbewegungen versetzt zueinander getaktet sind.
Membran-Saugpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die nachfolgenden Pumpstufen zugeordneten Membranen hinsichtlich ihrer Ansaug- und Ausstoßbewegungen um 180° versetzt zueinander getaktet sind.
Membran-Saugpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten und der letzten Pumpstufe der Membran-Saugpumpe jeweils zumindest ein Einlass- (SV1, SV3), ein Auslass- (DV1, DV3) und ein Rückschlagventil (RV1, RV4) mündet und/oder dass in den verbleibenden beziehungsweise mittleren Pumpstufen jeweils zumindest ein Einlass- (SV2), ein Auslass- (DV2) und zwei Rückschlagventile (RV2, RV3) münden.