DE2421487A1 - Membranpumpe - Google Patents

Description

Membranpumpe
(Priorität: 24. Mai 1973, USA, Fr. 363 642)

Die Erfindung betrifft eine Membranpumpe.

Membranpumpen werden in weitem Maße zur Dosierung von fließfähigen Materialien in Prozessen verwendet. Sie dienen ferner zur Förderung korrosiver oder schmirgelnder Materialien, die durch die Membran von den beweglichen Teilen der Pumpe getrennt werden.

Ein Beispiel für eine Membranpumpe ist in der US-PS 3 551 076 beschrieben. Diese Pumpe enthält eine hydraulisch hin- und herbewegte Membran, die ihrerseits eine rohrfö'rmige Membran antreibt, durch die das Material gepumpt wird. Diese Membran besteht aus einem flexiblen Schlauch mit zylindrische Form und gleichmäßigem Durchmesser. Diese Pumpe hat jedoch keinen optimalen Wirkungsgrad. Sie h.it ferner den Nachteil, daß die Wandbeanspruchungen verhältnismäßig hoch sind und somit verhältnismäßig schnell eine Ermüdung des Materials eintritt.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Membranpumpe zu schaffen, deren Membran eine möglichst wirkungsvolle Form hat und bei der die Wandbeanspruchungen möglichst gering sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die schlauch- oder rohrförmige Membran elliptische Form hat. Die elliptische Form hat gegenüber der bekannten kreisförmigen Form verschiedene Vorteile. Sie nähert sich besser einerflachen Membran an, die die wirkungsvollste Form darstellt. Bei einer bestimmten Größe und Verdrängung wird der elliptische Schlauch weniger ausgelenkt als ein kreisförmiger. Daher werden die Wandbeanspruchungen verringert und die Lebensdauer erhöht. Ferner ist beim elliptischen Schlauch die Auslenkungsrichtung der Wand vorherbestimmt, während der kreisförmige Schlauch in Richtung der schwächsten Wandstelle ausgelenkt wird. Die Auslenkungsrichtung ist bei kreisförmigen Schläuchen also unbestimmt.

Der elliptische Schlauch wird'fast vollständig in einer Richtung nach innen ausgelenkt. Dagegen wird der kreisförmige Schlauch in einer Ebene nach innen und in der gegenüberliegenden Ebene nach außen ausgelenkt. Dies hat zur Folge, daß bei kreisförmigen Schläuchen verhältnismäßig größere Gehäuse notwendig sind, damit er die Gehäusewand nicht berühren kann. Schließlich kann sich der elliptische Schlauch verhältnismäßig leicht nach außen aufblähen, wenn er mit dem Kolben außer Tritt kommt. Der kreisförmige Schlauch widersteht dem Aufblähen unter gewissen Umständen.

Vorzugsweise hat die rohrförmige Membran kreisförmige Endquerrschnitte, durch die die Befestigung der Membran am Membrankopf erleichtert wird. Die elliptische Form hat zwar viele Vorteile, nachteilig ist jedoch, daß ein elliptisch geformter Schlauch nur schwer am Membrankopf zu befestigen und diesem gegenüber abzudichten ist. Daher ist erfindungsgemäß ein sänfter oder glatter Übergang vom elliptischen. Mittelabschnitt zu den kreisförmigen Abschnitten an beiden Enden des Schlauches vorgesehen.

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Anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung im folgenden näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 den Querschnitt einer Pumpe;

Fig. 2 die zum Teil geschnittene Draufsicht auf das Ende der Pumpe;

Fig. 3 die zum Teil geschnittene Draufsicht von oben; Fig. "4 den Querschnitt der elliptischen Schlauchmembran; Fig. 5 den Querschnitt 5-5 der Fig. 4; Fig. 6 die Draufsicht auf die Membran von oben; und Fig. 7 die Ansicht des Endes der Membran.

Die in den Fig.■1 bis 3 gezeigte Membranpumpe enthält einen hin- und herbeweglichen Kolben 10, der durch einen nichtgezeigten Motor angetrieben wird. Eine flache Haupt-Scheibenmembran 12 wird hydraulisch zwischen Auflageblöcken 14 und 16 ausgebogen. Die Auflageblöcke 14 und 16 begrenzen die Bewegungsstrecke der Membran. Die flache Scheibenmembran 12 ist so klein wie möglich und erlaubt andererseits die maximal erforderliche Verschiebung, ohne daß sie bei der Dehnung übermäßigen Beanspruchungen ausgesetzt wird. Das Profil der Auflageblöcke 14 und 16 muß eine etwas größere Verschiebung erlauben, als'der Kolben erreichen kann, so daß die Pumpe während des Betriebs nicht entlastet werden kann.

Die Treib- oder Steuerflüssigkeit verbindet den Kolben 10 mit der einen Seite der flachen Membran 12. Die Treibflüssigkeit wird durch ein nichtgezeigtes Öl-Nachfüllventil ergänzt. Während der Neufüllung werden ein Sicherheitsventil 18 und ein Entlüftungsventil. 20 benötigt.

Beim Auslaßhub begrenzt und trägt der Auflageblock 16 die flache Membran 12, so daß sie nicht überdehnt werden und reißen kann. Übersteigt der Auslaßdruck den zulässigen Druck des Systems, so öffnet das Sicherheitsventil 18 zum Schutz der Bauteile der Pumpe.

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Beim Saughub begrenzt und trägt der Auflageblock 14 die flache Kembran 12, so daS sie nicht überdehnt werden und reißen kann. Übersteigt der Unterdruck den am Öl-iTachfüllventil eingestellten Druck, so öffnet dieses und das Öl kann in die Yerschiebungskammer eintreten, so daß Ölverluste, beispielsweise an der Kolbendichtung oder am Entlüftungsventil ersetzt werden.

Eine rohr- oder schlauchf örmige Membran 22 ist im Membrankopfgehäuse 24 befestigt, das eine die Schlauchmembran 22 umschließende Zwischenkammer bildet. Zum Füllen und nachfüllen der Zwischenkammer mit Treibflüssigkeit, die mit der zu fördernden Flüssigkeit kompatibel ist, dienen ein Füllstopfen 26 und ein Ablaßstopfen 28. Als Zwischen-Treibflüssigkeit eignen sich Wasser oder andere mit der zu pumpenden Flüssigkeit kompatible Flüssigkeiten.

Die flexible Schlauchmembran bildet für das zu pumpende Material einen Kanal. Das Material tritt durch einen Einlaß 30 ein und verläßt die Pumpe durch einen Auslaß 32. Am Einlaß und Auslaß sind Kugel-Rückschlagventile 34 bzw. 36 angeordnet, die die Material— strömung durch die Schlauchmembran nur in einer Richtung zulassen.

Die Schlauchmeiabran 22 ist in den Fig. 4 bis 7 im einzelnen gezeigt. Sie enthält einen elliptischen Mittelabschnitt 38 und kreisförmige Endabschnitte 40 und 42. Der Mittelabschnitt und die Endabschnitte, sind jeweils durch glatte Übergangsbereiehe 44 und 46 miteinander verbunden.

Die Pumpe arbeitet folgendermaßen. Zunächst werden die Membranen 12 und 22 synchronisiert, so daß die Schlauchmembran 22 vollständig entspannt ist, wenn die Scheibenmembran 12 am Auflageblock 14 anliegt. Dies erlaubt die Ausnutzung der vollen Ausbiegung beider Membranen bei minimaler Beanspruchung der Schlauchmembran- 22. Dabei besteht keine Gefahr, daß sie in der Stellung des vollen Hubs zusammenfällt .

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Die Treibflüssigkeit in der vom Membrankopfgehäuse 24 umschlossenen Zwischenkainmer wirkt als hydraulische Kupplung zwischen der Scheibenmembran 12 und der Schlauchmembran 22. Beim Auslaß- oder Arbeijbshub der Pumpe drückt der Kolben 10 die flache Membran 12 nach außen. Hierdurch wiederum wird die Schlauchmembran 22 nach innen ausgebogen, so daß sich ihr Querschnitt verringert. Beim Saughub ist die Verschiebungsrichtung umgekehrt, so daß die Schlauchmembran 22 in ihre normale entspannte Form zurückkehrt. Arbeiten beide Membranen nach richtiger Füllung synchron zueinander, so biegen sich die breiten Wände der Schlauchmembran aus ihrem entspannten Zustand nur nach innen. Wegen der elliptischen Form der Membran 22 kehrt sie mit Sicherheit in die entspannte elliptische Form zurück.

Die Prozeßflüssigkeit strömt durch die Schlauchmembran 22 vertikal nach oben. Mit Hilfe der Kugel-Rückschlagventile 34 und 36 kann die Flüssigkeit bei jedem Kolbenhub ebenso wie bei einer normalen Membranpumpe gepumpt werden.

Die.Schlauchmembran 22 kann aus einem beliebigen elastomeren Material bestehen, das gegenüber derzu pumpenden Flüssigkeit beständig ist und eine hohe Biegefestigkeit aufweist. Derartige Materialien sind unter anderem Nitrilbutadien, chlorosulfoniertes Polyäthylen und Fluorelastomere. Die flache Membran 12 besteht aus geformtem Urethan oder einem ähnlichen, ebenso zähen, festen und biegefestem Material. Dies ist ein elastomeres Material, das sich wählend der Verdrängung dehnt. Daher kann die Membran 12 an ihren Kanten starr eingespannt werden. Bei anderen bekannten Verdrängungspumpen wird für die Häuptmembran ein flexibles, jedoch starreres Material verwendet, das mit dem zu pumpenden Fluid chemisch kompatibel ist. Deswegen müssen flache Membranen mit größerem Durchmesser verwendet werden, wobei dieses Material während des Biegens kaltfließt. Die erfindungsgemäße elastomere Scheibenmembran ist kleiner, biegsamer und hat bessere Dichtungseigenschaften, wobei kein Kaltfließen eintritt.

Patentansprüche 409885/0348

Claims (1)

1. PATEgTAUSPRtTCHE

   .) Membranpumpe, gekennzeichnet durch, einen hin- und her beweglichen Kolben (10), durch eine Hauptmembran (12), durch eine Verdrängungskammer, die mit einer den Kolben mit einer Seite der Hauptmembran kuppelnden Treibflüssigkeit gefüllt ist, durch einen eine Zwischenkammer begrenzenden Membrankopf (24), der mit Treibflüssigkeit gefüllt ist, die die andere Seite der Hauptmembran mit der Zwischenkammer kuppelt, und durch eine flexible, in der Zwischenkammer angeordnete Schlauchmembran (22)* die für zu pumpendes Material einen Kanal durch die Zwischenkammer bildet, wobei ein Mittelabschnitt (38) der Schlauchmembran im unverformten Zustand einen elliptischen Querschnitt aufweist und bei einer durch den Kolben über die Treibflüssigkeit aufgebrachten Kraft nach innen verformt wird und mit Sicherheit in die unverformte elliptische Form zurückkehrt.

   2. Membranpumpe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Schlauchmembran zwei Endabschnitte (40, 42) mit kreisförmigem Querschnitt aufweist, die die Befestigung der Membran am Membrankopf (24) erleichtern.

   J. Membranpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptmembran (12) flach ist und aus einem während der Verdrängung dehnbaren Material besteht.

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   4. Membranpumpe nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine starre Dichtung für die Kanten der flachen Membran

   - (12).

   5. Membranpumpe nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch VentileiTirichtungen (34, 36) zur Begrenzung des zu pumpenden Materials durch die Schlauchmembran (22) auf eine vorherbestimmte Strömungsrichtung.

   6. Membranpumpe nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Auflageblöcke (14, 16), diarch die die Haüptmembran (12) bei den Hüben des Kolbens (10) gehalten wird.

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