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Die Erfindung betrifft eine Membranpumpe mit einem Pumpraum, der als Hohlform in einem Pumpenkopf ausgebildet und an einer runden Hohlformöffnung von einer Arbeitsmembrane verschlossen ist, die über einen in der Arbeitsmembrane vorgesehenen zentralen Membrananker mit einer Kurbel eines Exzenterantriebs in Antriebsverbindung steht, welche in einer Kurbelebene oszilliert und die Arbeitsmembrane zwischen einem oberen und einem unteren Totpunkt bewegt.
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Übliche Membranpumpen weisen einen Pumpraum auf, der als Hohlform in einem ein- oder mehrteiligen Pumpenkopf ausgebildet ist. Dieser Pumpraum ist an einer runden Hohlformöffnung von einer Arbeitsmembrane verschlossen, die über einen in der Arbeitsmembrane vorgesehenen zentralen Membrananker mit einer Kurbel eines Exzenterantriebs in Antriebsverbindung steht. Die Kurbel zwingt der Arbeitsmembrane eine oszillierende Bewegung zwischen einem oberen und einem unteren Totpunkt auf.
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Für solche Membranpumpen, insbesondere wenn sie als Vakuumpumpen verwendet werden, ist der sogenannte schädliche Raum leistungsbestimmend, der im oberen Totpunkt im Pumpraum verbleibt. Dieser schädliche Raum entsteht durch das notwendige Spiel zwischen der Arbeitsmembrane und der dem Pumpraum umgrenzenden Wandung im Pumpenkopf und durch die Gestaltung und Lage der im Bereich des Pumpraums für die Ein- und Auslassventile erforderlichen Ventiltaschen.
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Man hat bereits Membranpumpen geschaffen, deren Arbeitsmembrane in dem dem Pumpraum zugewandten Membran-Teilbereich eine an die Hohlform des Pumpraums formangepasst gewölbte Membran-Oberfläche aufweisen. Durch diese gewölbte Formgebung der Arbeitsmembrane an ihrer dem Pumpraum zugewandten Membran-Oberfläche wird der schädliche Raum im oberen Totpunkt reduziert.
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Es besteht insbesondere die Aufgabe, eine Membranpumpe der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die sich durch eine gesteigerte Leistungsfähigkeit und insbesondere durch ein besonders hohes erreichbares Vakuum auszeichnet.
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Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht bei der Membranpumpe der eingangs erwähnten Art insbesondere darin, dass der Pumpenkopf in einem Zentralbereich des Pumpraums wenigstens eine, in Richtung zur Arbeitsmembrane vorstehende Auswölbung hat, die im Bereich des oberen Totpunkts ihre höchste Stelle aufweist und die quer zur Kurbelebene eine stärkere Steigung in Richtung zur Arbeitsmembrane hat als in der Kurbelebene.
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Die erfindungsgemäße Membranpumpe weist einen Pumpraum auf, der als Hohlform in einem Pumpenkopf ausgebildet ist. Dieser Pumpraum, in dem zumindest ein Ein- und wenigstens ein Auslassventil münden, ist an einer runden Hohlformöffnung von einer Arbeitsmembrane verschlossen, die als Hubkolben der Membranpumpe dient und über einen in der Arbeitsmembrane vorgesehenen zentralen Membrananker mit der Kurbel eines Exzenterantriebs in Antriebsverbindung steht. Die Kurbel oszilliert in einer Kurbelebene und bewegt die Arbeitsmembrane zwischen einem oberen und einem unteren Totpunkt. Um den schädlichen Raum im oberen Totpunkt möglichst gering zu halten, weist der Pumpenkopf in einem Zentralbereich des Pumpraums wenigstens eine in Richtung zur Arbeitsmembrane vorstehende Auswölbung auf, die im Bereich des oberen Totpunkts der Arbeitsmembrane ihre höchste Steigung hat und quer zur Kurbelebene eine stärkere Steigung in Richtung zur Arbeitsmembrane aufweist, als in der Kurbelebene. Während also die im Pumpenkopf vorgesehene Auswölbung an ihren, in der Kurbelebene gelegenen Flanken weniger steil ansteigt, ist diese Auswölbung an ihren, quer zur Kurbelebene angeordneten Flanken demgegenüber wesentlich steiler ausgestaltet. Durch diese Ausgestaltung verbleibt in der Kurbelebene ausreichend Spiel, damit die auch durch den Membrananker in einem Zentralbereich ausgesteifte Arbeitsmembrane eine Taumelbewegung durchführen kann, während für diese Taumelbewegung der Arbeitsmembrane quer zur Kurbelebene bereits ein geringeres Spiel ausreichend ist. Während bei den vorbekannten Membranpumpen eine gesteigerte Leistungsfähigkeit durch eine verbesserte Formgebung der Arbeitsmembrane angestrebt wurde, wird bei der erfindungsgemäßen Membranpumpe demgegenüber die verbesserte Leistungsfähigkeit vor allem durch die besondere Ausgestaltung des Pumpraums bewirkt. Die erfindungsgemäße Membranpumpe zeichnet sich durch einen geringen schädlichen Raum im oberen Totpunkt ihrer Arbeitsmembrane und insbesondere durch ein hohes erreichbares Vakuum aus.
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Der schädliche Raum lässt sich besonders dann minimieren, wenn die Membrane als Formmembrane ausgebildet ist, die auf ihrer dem Pumpraum zugewandten Membranseite eine in entlastetem Zustand konvexe Formgebung hat. Durch diese konvexe Formgebung der Arbeitsmembrane auf ihrer dem Pumpraum zugewandten Membranseite füllt die Arbeitsmembrane im oberen Totpunkt den Pumpraum wesentlich besser aus, so dass der schädliche Raum noch zusätzlich vermindert werden kann.
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In der erfindungsgemäßen Membranpumpe kann als Membrananker jegliche Ausgestaltung der Arbeitsmembrane dienen, die geeignet ist, die Antriebskräfte des Exzenterantriebs von der Kurbel auf die Arbeitsmembrane zu übertragen. Eine bevorzugte Ausführungsform gemäß der Erfindung sieht jedoch vor, dass die Arbeitsmembrane eine Schicht aus formnachgiebigem Material hat, an der oder in der in einem Zentralbereich der Arbeitsmembrane ein formstabiler und vorzugsweise tellerförmiger Membrananker vorgesehen ist und dass ein umlaufender außenliegender Randbereich der Arbeitsmembrane als Einspannzone ausgebildet ist, die zur Abdichtung des Pumpraums zwischen dem Pumpkopf einerseits und dem Pumpengehäuse andererseits eingespannt ist.
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Eine bevorzugte Weiterbildung gemäß der Erfindung sieht vor, dass die in Richtung zur Arbeitsmembrane vorstehende Auswölbung eine sich vorzugsweise linienförmig erstreckende Hauptkamm hat, der quer und insbesondere rechtwinklig zur Kurbelebene angeordnet ist.
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Damit die als Materialzugabe am Pumpenkopf vorstehende Auswölbung nicht die Schwenkbewegung der Membrane im oberen Totpunkt behindert, ist es vorteilhaft, wenn der Durchmesser der Auswölbung im Vergleich zum Durchmesser der Membrane und insbesondere im Vergleich zum Durchmesser des in der Arbeitsmembrane vorgesehenen Membranankers kleiner ist.
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Weiterbildungen gemäß der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles in Verbindung mit den Ansprüchen sowie der Beschreibung. Nachstehend wird die Erfindung anhand des bevorzugten Ausführungsbeispieles noch näher beschrieben.
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Es zeigt:
- 1 eine Membranpumpe in einem schematischen Längsschnitt durch ihren, einen Pumpraum umgrenzenden Pumpenkopf, die den Pumpraum zu einem Kurbelraum hin verschließende, hier in entlastetem Zustand gezeigte und in ihrem unteren Totpunkt befindliche Arbeitsmembrane sowie die die Arbeitsmembrane mit einem Exzenterantrieb verbindende Kurbel, wobei der Längsschnitt durch die das Einlassventil und das Auslassventil schneidende Kurbelebene des Exzenterantriebs geführt ist,
- 2 den Pumpenkopf der in 1 gezeigten Membranpumpe in einer Draufsicht auf ihren Pumpraum,
- 3 den Pumpenkopf in einem Längsschnitt durch Schnittebene III-III in 2,
- 4 die hier ebenfalls in einem Längsschnitt gemäß 1 gezeigte Membranpumpe in einer Zwischenstellung ihres Exzenterantriebs während eines Ansaughubes der Arbeitsmembrane,
- 5 die ebenfalls längsgeschnittene Membranpumpe aus den 1 bis 4 in einer anderen Zwischenstellung ihres Exzenterantriebs während eines Ausstoßhubes der Arbeitsmembrane,
- 6 die Membranpumpe aus den 1 bis 5 in einer Zwischenstellung ihres Exzenterantriebs bei leicht nach hinten gekippter Arbeitsmembrane, und
- 7 die Membranpumpe aus den 1 bis 6 in einer Zwischenstellung ihres Exzenterantriebs bei leicht nach vorne gekippter Arbeitsmembrane.
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In 1 ist eine Membranpumpe 1 im Bereich ihres längsgeschnittenen Pumpenkopfes dargestellt. Die Membranpumpe 1 weist einen Pumpraum 3 auf, der als Hohlform in dem in 2 und 3 näher dargestellten Pumpenkopf 2 ausgebildet ist. Der Pumpraum 3 ist an einer runden Hohlformöffnung von einer Arbeitsmembrane 4 verschlossen, die über einen in der Arbeitsmembrane 4 vorgesehenen zentralen Membrananker 5 mit einer Kurbel 6 eines Exzenterantriebs in Antriebsverbindung steht, welche Kurbel 6 in einer Kurbelebene oszilliert und die Arbeitsmembrane 4 zwischen einem, dem Pumpenkopf 2 zumindest angenäherten oberen Totpunkt und einem unteren Totpunkt oszilliert.
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Um den schädlichen Raum im oberen Totpunkt möglichst gering zu halten, weist der Pumpenkopf 2 in einem Zentralbereich des Pumpraums 3 wenigstens eine, in Richtung zur Arbeitsmembrane 4 vorstehende Auswölbung 8 auf, die im Bereich des oberen Totpunkts der Arbeitsmembrane 4 ihre höchste Stelle und somit ihren Hauptkamm 7 hat und quer zur Kurbelebene eine stärkere Steigung in Richtung zur Arbeitsmembrane 4 hat, als in der Kurbelebene. Während also die im Pumpenkopf 2 vorgesehene Auswölbung 8 an ihren in der Kurbelebene gelegenen Flanken 9, 10 weniger steil ansteigt, ist diese Auswölbung 8 an ihren quer zur Kurbelebene angeordneten Flanken 11, 12 demgegenüber wesentlich steiler ausgestaltet. Durch diese Ausgestaltung verbleibt in der Kurbelebene ausreichend Spiel, damit die auch durch den Membrananker 5 in einem Zentralbereich ausgesteifte Arbeitsmembrane 4 eine Taumelbewegung durchführen kann, während für diese Taumelbewegung der Arbeitsmembrane 4 quer zur Kurbelebene bereits ein geringeres Spiel ausreichend ist. Die hier dargestellte Membranpumpe 1 zeichnet sich durch einen geringen schädlichen Raum im oberen Totpunkt ihrer Arbeitsmembrane 4 und insbesondere durch ein hohes erreichbares Vakuum aus.
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Wie insbesondere in den 1 und 4 bis 6 erkennbar ist, ist die Arbeitsmembrane 4 hier als Formmembrane ausgebildet, die auf ihrer dem Pumpraum 3 zugewandten Membranseite eine im entlasteten Zustand konvexe Formgebung hat. Dabei weist die Arbeitsmembrane 4 insbesondere auf ihrer dem Pumpraum 3 zugewandten Membranoberseite eine Schicht aus formnachgiebigem Material auf. In dieses formnachgiebige Material der Arbeitsmembrane 4 ist in einem Zentralbereich der formstabile und hier tellerförmig ausgebildete Membrananker 5 eingeformt. Die Arbeitsmembrane 4 hat einen umlaufenden außenliegenden Randbereich, der als Einspannzone 13 der Arbeitsmembrane 4 ausgebildet ist. Mit dieser Einspannzone 13 ist die Arbeitsmembrane 4 zwischen dem Pumpenkopf 2 und einem hier nicht weiter dargestellten Pumpengehäuse dicht eingespannt. Die zwischen der Einspannzone 13 der Arbeitsmembrane 4 und ihrem, durch den Membrananker 5 ausgesteiften Zentralbereich weist die Arbeitsmembrane 4 eine Ringzone 14 auf, die aufgrund des formnachgiebigen Materials der Arbeitsmembrane 4 formelastisch ist und die Hubbewegungen der Arbeitsmembrane 4 mitmacht.
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In den 4 und 5 ist erkennbar, dass die Kurbelebene, in der sich die Kurbel 6 des Exzenterantriebs oszillierend hin- und herbewegt, das Einlassventil 15 und das Auslassventil 16 der Membranpumpe 1 schneidet. Die am Pumpenkopf 2 als Materialanhäufung ausgestaltete Auswölbung 8 bildet einen linienförmigen Hauptkamm 7 aus, der quer zur Kurbelebene und vorzugsweise rechtwinklig dazu angeordnet ist. Aus einem Vergleich der 2 und 4 bis 7 wird deutlich, dass der Durchmesser der als Materialanhäufung am Pumpenkopf 2 vorgesehenen Auswölbung 8 im Vergleich zum Durchmesser des Membranankers 5 kleiner ist. Da die am Pumpenkopf 2 als Auswölbung 8 dienende Materialanhäufung kleiner als der Durchmesser des Membranankers 5 ist, wird die Schwenk- oder Kippbewegung der Membrane 4 im Bereich des oberen Totpunkts nicht behindert.
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Die hier dargestellte Membranpumpe 1 zeichnet sich durch einen geringen schädlichen Raum im oberen Totpunkt ihrer Arbeitsmembrane 4 und insbesondere durch ein besonders hohes erreichbares Vakuum aus.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Membranpumpe
- 2
- Pumpenkopf
- 3
- Pumpraum
- 4
- Arbeitsmembrane
- 5
- Membrananker
- 6
- Kurbel
- 7
- Hauptkamm
- 8
- Auswölbung
- 9
- (in der Kurbelebene gelegene) Flanke
- 10
- (in der Kurbelebene gelegene) Flanke
- 11
- (quer zur Kurbelebene angeordnete) Flanke
- 12
- (quer zur Kurbelebene angeordnete) Flanke
- 13
- Einspannzone
- 14
- Ringzone
- 15
- Einlassventil
- 16
- Auslassventil
