DE2853916C2 - Membranpumpe mit einer Ringmembrane - Google Patents

Description

3 : 4

hafte Ausführung des Rollkolbenantriebes, sich der Rollkolben 10 ohne weiteres der Wandstärke w

Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der neuen Ringmembrane an. Das Spiel S kann in der

der Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispieles nä- Praxis von etwa 0,1 mm bis etwa 1,5 mm betragen. Auch

her beschrieben. Es zeigt, zum Teil schematisiert, in un- wenn das Spiel S praktisch Null wäre; ist trotzdem we-

lerschiedlichen Maßstäben 5 gen der Druckelastizität der Ringmembrane 9 eine dann

F i g. 1 eine Seitenansicht eines Motor-Pumpenaggre- geringe Verkippung des Rollkolbens 10 möglich. Daraus

gates mit zum Teil aufgebrochen dargestellter Pumpe, ist erkennbar, daß das Maß der möglichen Kippbewe-

Fig.2 einen Querschnitt einer Pumpe gemäß der gung des Rollkolbens 10 von der Größe des Spiels 5

SchnittlinieIHI hsFig.3, abhängt, was im Zusammenhang mit Fig.5 noch näher

F ig. 3 einen Längsschnitt einer Pumpe gemäß der io erläutert wird. .

Schnittlinie IH-III in Fig.2, Bei einem Vergleich von F i g. 2 und 4 ist die Kippbe-

F i g. 4 einen Teilquerschnitt einer Pumpe in Einbaula- wegung des Rollkolbens 10 gut erkennbar. Ist ein Spiel

ge und Sin der schematisiert dargestellten Stellung der Pumpe

Fig.5 ein Diagramm, bei dem der Anpreßdruck im 1 gemäß Fig.4 vorhanden, kippt der Rollkolben im

Dicht- bzw. Anpreßbereich der Ringmembrane in Ab- 15 Betriebszustand in eine gekippte Lage entsprechend

hängigkeit von einem Nachlaüfwinkel A aufgetragen ist F ig. 2, wobei sich bei der dort gemäß PfX gezeigten

Fig. 1 zeigt «ine an einen Antriebsmotor 2 ange- Drehrichtung des Antriebselementes, 14 ein Nachläuf-

nanschte Membranpumpe 1, nachstehend auch kurz winkel Λ zwischen einem Radius vom Mittelpunkt Min

»Pumpe 1« genannt Sie weist einen Sauganschluß 3 und die Mitte des Anpreßbereiches PR (vgl Pfeil Pf 2 in

einen Druckanschluß 4 auf. Die Pumpe 1 und ihr An- 20 F i g. 2) einerseits und einem Radius r^rdererseits ergibt,

triebsmotor 2 bilden hier ein Motor-Pumpenaggregat 5 der vom vorerA-ähnten Mittelpunkt A/ ausgeht and die

mit einem am Motor 2 vorgesehenen Befestigungsfuß Berührungsstelle Fzwischen Rollkolben 10 und Rollkol-

37. Der Innenaufbau der Pumpe ist gut aus Fig.2 bis 4 benantrieb 14 durchläuft Je größer man das Spiel 5

erkennbar. Die Pumpe hat einen ringhohlraumförmigen wählt, desto größer wird der Nachlaufwinkel A. Wegen

Arbeitsraum 6, der radial durch eine feste Arbeitsraum- 25 der bei unterschiedlichen Nachlaufwinkein A entspre-

Außenwand 7 sowie durch eine verformbare, von einer chend unterschiedlichen Angriffshebelarmen ergibt sich

Ringmembrane 9 gebildete Arbeitsraum-Innenwand 8 eine dem Nachlaufwinkel A etwa umgekehrt proportio-

begrenzt wird. Die Ringmembrane 9 wird durch einen nale Veränderung des Dcihtdruckes im Anpreßbereich

von einem Exzenterantrieb 12 bewegten Rollkolben 10 pr (vgl. Pfeil Pf2 in Fig.2). Dementsprechend ist bei

umlaufend gegen die Arbeitsraum-Außenwand 7 ge- 30 kleinem Nachlaufwinkel A der Dichtdruck P bei sonst

drückt Der Exzenterantrieb 12 ist innerhalb von dem gleichen Bedingungen größer als bei einem größeren

innen koaxial zu seinem Außenmantel 13 hohl ausgebil- Nachlaufwinkel A (vgl. F i g. 5). In F i g. 2 ist der besse-

deten Rollkolben angeordnet und weist ein im ganzen ren Übersicht wegen ein verhältnismäßig großer Nach-

mit 14 bezeichnetes Antriebselement auf. Dazu gehören laufwinkel A dargestellt In der Praxis hat sich gezeigt

eine mit einer Antriebswelle 15 (F ig. 3) verbundener 35 daß N achlauf winkel A insbesondere im Bereich von et-

Dfeharm 16, der an seinem freien Ende eine Rolle oder, wa 10° günstig sind.

wie in einer bevorzugten Ausführung in Fi g. 2 erkenn- Ein verhältnismäßig kleines Spiel 5 sowie ein entsprebar, ein Kugellager 17 trägt Bei dessen Umlauf gemäß chend kleiner Nachlaufwinkel A hat auch noch im BePfeil Pf 1 (F ig. 2) wird der Rollkolben 10 umlaufend an reich des oberen Totpunktes OTdes Rollkoibens 10, wo seiner Innenwand 18 beaufschlagt und die Ringmembra- 40 auch der Saug- und der Druckanschluß 3 und 4 vorgesene 9 entsprechend in einem umlaufenden Dicht- und hen iind, günstige Auswirkungen. In diesem oberen Tot-Anpreßbereich Pr, nachstehend kurz »Anpreßbereich punktbereich OT tritt nämlich eine Änderung der auf Pr« genannt, dichtend an die Arbeitsraum-Außenwand- den Rollkolben 10 einwirkende Kräfte auf, so daß dieser gedrückt Dadurch ergibt sich ein umlaufendes Verdrän- das Bestreben hat eine entsprechende Ausgleichskippgen des im Arbeitsraum 6 befindlichen Fördermediums. 45 bewegung durchzuführen. Bei vergleichsweise kleinem Dieses ist in F i g. 2 druckseitig im Druckteil 6b des Ar- Spiel bzw. kleinem Nachlaufwinkel A wird diese Kippbeitsraumes 6 punktiert und saugseitig im Saugteil 6a bewegung jedoch in engen Grenzen gehalten,
durch Kreuze gekennzeichnet. Insbesondere aus F i g. 3 sind der Längsschnitt der

Gemäß der Erfindung ist der Rollkolben 10 um die Pumpe 1 und der der Ringmembrane 9 gut erkennbar. Berührungsstelle Fmit dem Rollkolbenantrieb 14 kipp- so Die Arbeitsraum-Außenwand 7 ist im Längsschnitt gebar angeordnet (vgl. F i g. 2 und 4) und die Summe aus sehen, nach außen gewölbt Der Rollkolben-Außenmander radialen Erstreckung r 1 des Rollkolbenantriebes 14, tel 13 hat eine darauf unter Berücksichtigung der Wandder Rollkolbendicke d und der Membrandicke w ist so stärke w der Ringmembrane 9 abgestimmte Konvexbemessen, daß in ungekippter Lage (F i g. 4) des Rollkol- wölbung 13. Die Ringmembrane 9 hat in ihrem — in bens 10 ein Spiel S zwischen der Ringmembrane 9 un<i 55 Achsrichtung geseten — aktiven Umfangsbereich 22 der Arbeitsraum-Außenwand 7 entsteht. Dabei zeigt praktisch die gleiche Wandstärke w. In Fig.3 ist der Fig.4 keine Arbeitslage der Membranpumpe 1, son- Rollkolben 10 in einer gegenüber Fig.2 etwa um 90° dem nur eine Darstellung zur Erklärung der Arbeits- verdrehten Lage, wobei der dieser Lage entsprechende weise der Pumpe 1, wobei das Spiel 5 gut sichtbar wird. Membran- sowie Kollkolbenabschnitt in F i g. 2 strichli-Die Möglichkeit, daß der Rollkolben 10 um die Beruh- ω niert angedeutet ist Seitlich ihres aktiven Umfangbereirungsstelle F mit dem Rollkolbenantrieb 14 kippen ches 22 weist die Ringmembrane 9 radial orientierte, kann, einerseits und das vorerwähnte Spiel S anderer- umlaufende Seiten-Einspannflansche 25 auf. Zum im seits wirken zusammen, um die beabsichtigte Anpas- ganzen mit 33 bezeichneten Pumpengehäuse gehören sungsfähigkeit des Rollkolbens 10 an die vorliegende ein Ringkörper 34 sowie Gehäuseplatten 35, welche Membrandicke whei ausreichendem Dichtdruck im An- 55 Ausnehmungen 36 aufweisen, die zur abdichtenden Aufpreßbereich Pr zu bewirken. Wird beispielsweise eine nähme der Seiten-Einspannflansche 25 der Ringmem-Ringmembrane 9, die bei derartigen Membranpumpen brane 9 dienen. In F i g. 2 erkennt man noch, daß diese ein typisches Verschleißteil ist, ausgev/echselt, so paßt mit einem radial orientierten Einspannstück 20 im Ring-

körper 34 festgelegt ist, welches dort auch den Saugteil 6a vom Druckteil Sb des Arbeitsraumes 6 trennt.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Membranpumpe 1 besteht darin, daß die Form ihrer Membrane 9 so gewählt ist, daß sie in nahezu allen Drehlagen des s Rollkolbens 10 weitgehend spannungsfrei ist. Das bedeutet, daß die Membrane 9 bzw. der Abschnitt ihres Anpreßbereiches Pr der Bewegung des Rollkolbens 10 folgen kann, ohne daß praktisch erhebliche Spannungen in Umfangsrichtung der Ringmembrane 9 auftreten (vgl. dazu auch die Darstellung der Ringmembrane 9 in F i g. 2 und 3). Durch den symmetrischen Aufbau der Pumpe I kann diese ohne besondere Maßnahme in ihrer Drehrichtung und damit auch in ihrer Förderrichtung umgeschaltet werden, wozu lediglich die Drehrichtung des Motors 2 geändert ;:u werden braucht

In der Praxis hat sich herausgestellt, daß die Pumpe 1, z. B. mit einer Förderleistung von ci'A-a 1 bis 100 Liier/ min gut in einem Drehzahlbereich von etwa 500 bis 4000 Umdrehungen/min, vorzugsweise einem Drehzahlbereich von 1000 bis 1800 Umdrehungen/min arbeitet Für gasförmige Fördermedien, z. B. bei Förderleistungen von etwa 5 bis 250 l/min kann ein Drehzahlbereich von etwa 500 bis 4000 Umdrehungen/min, vorzugsweise 3000 bis 3600 Umdrehungen zweckmäßigerweise vorgesehen sein.

Wegen der Konvexwölbung 13 des Rollkolbens 10 (F i g. 3) ist bei dem fest im Pumpengehäuse 33 eingespannten Einspannstück 20 der Ringmembrane 9 eine Auswölbung 24 vorgesehen, die in F i g. 2 strichpunktiert angedeutet ist

in F i g. 5 sind in einem Diagramm auf der Abszisse der Nachlaufwinkel A (vgL F i g. 2) und auf der Ordinate der Anpreßdruck PaIs Variable rein qualitativ aufgetragen. Dabei soll der Anpreßdmck P die im Anpreßbe- reich Pr wirksam werdenden Dichtkräfte repräsentieren. Der nicht näher untersuchte Übergangsbereich bei sehr kleinem Nachlaufwinkel A (& h. auch: sehr kleinem Spiel S) ist strichliniert gezeichnet, während die von einem bestimmten Nachlaufwinkel Ax entstehenden Verhältnisse schematisch und qualitativ durch die durchgezogene Kurve in F i g. 5 dargestellt sind.

Aus F i g. 2 ist noch folgende vorteilhafte Arbeitsweise der Pumpe 1 erkennbar: Das Kippen des Rollkolbens 10 in die in F i g. 2 gezeigte Nachlaufstellung mit dem Nachlaufwinkel A ergibt sich seinerseits durch die Antriebs- bzw. Drehrichtung des Exzenterantriebes 12 und andererseits auch durch die Druckverhältnisse im saugseitigen (6a) und druckseitigen Teil (6b) des Arbeitsraumes 6. Dadurch *;-rd der Dichtdruck im Anpreßbereich Pr mit beeinflußt Unter sonst gleichen Verhältnissen wächst die Dichtkraft im Anpreßbereich Pr mit der Druckdifferenz zwischen dem saugseitigen Arbeitsraum 6a und dem druckseitigen Arbeitsraum 6b. Somit begünstigt die Pumpe 1 ohne bauliche Veränderung eine An- passung der Abdichtung im Anpreßbereich Pr an ihre jeweiligen Betriebsverhältnisse. Bei kleineren Druckdifferenzen zwischen ihrer Saug- und Druckseite ergibt sich in der Regel ein etwas verminderter Dichtdruck, während bei größeren Druckdifferenzen zwischen der Saug- und der Druckseite auch ein höherer Dichtdruck wirksam wird.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

65

Claims (4)

-,-.;'.-..■- Bekannt ist zwar auch bereits eine Schlauchpumpe Patentansprüche:' . mit einem Stützglied, welches eine im wesentlichen . - kreiszylüidrisehe Innenwand aufweist, an der der

1. Membranpumpe mit einem ringhohlraumfönni- Schlauch dieser Schlauchpumpe schleifenförmig entgen Arbeitsraum, der radial durch eine feste Außen- 5 langgefShrt ist und auf dem im Inneren der Schlauchwand sowie eine von einer Ringmembrane gebilde- schleife ein Quetschkörper umläuft (DE-OS 21 28487). ten, verformbaren Innenwand begrenzt ist, wobei Bei einer solchen Schlauchpumpe wird jedoch der Arein sich radial innerhalb der Ringmembrane befindli- beitsraum -nicht einerseits durch eine feststehende Aucher Rollkolben diese in einem umlaufenden Dicht- Benwand und andererseits durch eine Ringmeinbrane und Anpreßbereich gegen die Arbeitsraum-Außen- 10 gebildet, sondern durch einen im Querschnitt durchgewand drückt und ein Antrieb diese Rollkolben an- henden Schlauch. Dessen Hohlraum kann aber an der greift, dadurch gekennzeichnet, daß der Stelle, wo Anpreßkräfte wirken, für gewöhnlich gar Rollkolben (10) um die Berührungsstelle (F) mit dem nicht vollständig abdichten. Deshalb sind die mit Rollkolbenantrieb (14) kippen kann und daß die Schlauchpumpen zu erreichende Dichtigkeit und damit Summe aus der radialen Erstreckung (r\) des Roll- 15 deren Saug- bzw. Ansaugfähigkeit begrenzt Außerdem kolbenantriebes (14), der Rollkolbendicke (d) und ist die Walkbelastung bei Schlauchpumpen bekannterder Membrandicke fivj so bemessen ist, daß in unge- maßen außergewöhnlich groß, weswegen ein schneller kippter Lage (Fig. 4) des Rollkolbens (10) ein Spiel Verschleiß des Schlauches eintritt

(S) zwischen der Ringmembrane (9) und der Arbeits- Ferner kennt man auch bereits eine Rollkolbenpum-

raum-AußeJJvand (7) entsteht 20 pe mit einem etwa sichelförmigen Arbeitsraum, der

2. Membranpumpe nach Anspruch I, dadurch ge- durch eine Arbeitsraum-Außenwand, einen Trennschiekennzeichnet, daß das Spiel (S) etwa 0,1 mm bis ber sowie einen Rollkolben begrenzt und unterteilt ist, I^ mm beträgt wobei innen am Rollkolben ein Exzenterantrieb an-

3. Membranpumpe nach Anspruch 1 oder 2, da- greift, der eine kippbar gelagerte Rolle aufweist; dabei durch gekennzeichnet, daß die Membranform so ge- 25 wird der Rollkolben im Betriebszustand mittels Dichtwählt ist daß sie in nahezu aller? Drehlagen des Roll- Stellkräften in einem umlaufenden Dichtbereich gegen kolbens (10) weitgehend spannungsfrei ist die Arbeitsraum-mißenwand gedruckt (FR-PS

4. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 12 56 125). Bei dieser Rollkolbenpumpe fehlt es jedoch bis 3, mit einem hohlzylindrischen Rollkolben und an einer Ringmembrane, die in einem umlaufenden einem Exzenterantrieb dafür, der einen Dreharm 30 Dicht- bzw. Anpreßbereich gegen die Arbeitsraum-Auaufweist, dadurch gekennzeichnet, daß am freien En- ßenwand gedrückt wird; statt dessen unterteilt dort ein de des Dreharmes (16) eine Rc¹Je oder ein Kugella- Trennschieber den Ansaug- vom Druckraum des Arger (17) vorgesehen ist, das an die Innenwand (18) beitsraumes. Auch ist dort außer einer zur Drehachse in des Rollkolbens (10) angreift einem festen Radialabstand angeordneten Rolle noch

35 eine weitere, verschwenkbare Rolle vorgesehen, die

über eine federbelastete Schlinge mit einem Antriebsflansch verbunden ist. Daraus ergeben sich nicht nur ein vergrößerter Fertigungsaufwansi, höhere Störanfällig-

Die Erfindung betrifft eine Membranpumpe entspre- keit und die Gefahr einer verschlechterten Arbeitsweise

chend dem Oberbegriff des ersten Anspruches. 40 der Rollkolbenpumpe beim Ermüden der Feder. Es fehlt

Membranpumpen der vorerwähnten Art haben vor auch der bezüglich seiner Querschnitts-Erstreckung geallem den Vorteil einer nahezu kontinuierlichen Förde - schlossene, von Arbeitsraum-Außenwand und Ringrung bei vollständiger Trennung zwischen dem An- membrane gebildete Arbeitsraum,
triebsmechanismus einerseits und den das Fördermedi- Es besteht daher die Aufgabe, eine gattungsgemäße um führenden Pumpenteilen andererseits. Ein Übertre- 45 Membranpumpe dahingehend zu verbessern, daß die ten von Schmiermittel, Schmiermitteldämpfen od. dgl. Beanspruchung der Ringmembrane verringert wird, ohaus dem Antriebsbereich in den Förderbereich wird ne daß die Abdichtung im Anpreßbereich nachteilig bedementsprechend vermieden. Bekannte Membranpum- einflußt wird.

pen haben jedoch auch noch erhebliche Nachteile. So ist Diese Aufgabe wird bei einer Membranpumpe der z. B. durch die GB-PS 5 62 409 eine Membranpumpe der 50 eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß durch die im eingangs erwähnten Art bekanntgeworden, deren Roll- Kennzeichnungsteil des ersten Anspruches aufgeführkolben starr exzentrisch geführt ist, wobei in der radia- ten Merkmale gelöst. Durch das vorgesehene Spiel kann len Verlängerung der jeweils radial äußeren Stelle des der Rollkolben um seine Berührungssteile mit dem RoIl-Rollkolbenantriebes ein Formschluß zwischen dem kolbenantrieb kippen und sich an die Dicke der Ring-Rollkolbenantrieb, dem Rollkolben, der Membrane so- 55 membrane anpassen, ohne daß die Dichtwirkung der wie der Arbeitsraum-Außenwand herrscht. Dadurch Ringmembrane im Anpreßbereich praktisch beeinwird einerseits der zur Abdichtung der Ringmembrane trächtigt wird.

zwischen dem saugseitigen und druckseitigen Arbeits- Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteranraum erforderliche Druck aufgebracht, gleichzeitig eine Sprüchen aufgeführt. Praktische Versuche haben geim Betrieb dauernd auftretende, erhebliche Walkarbeit eo zeigt, daß die Wahl des Spiels im Bereich von etwa an der Ringmembrane durchgeführt. Da derartige 0,1 mm bis 1,5 mm besonders vorteilhaft ist. Kann die Membranen aus elastischen Formteilen bestehen, die Ringmembrane in nahezu allen Drehlagen des Rollkolnur mit verhältnismäßig großen Fertigungstoleranzen bens weitgehend spannungsfrei sein, wird dadurch ihre hergestellt werden können, ferner, weil diese Ringmem- Belastung zusätzlich herabgesetzt; außerdem werden branen ein des öfteren auszutauschendes Verschleißteil 65 von der Ringmembrane stammende Kräfte, welche der darstellen, ist bei dieser vorbekannten Membranpumpe erwünschten Kippbewegung des Rollkolbens entgegendie Walkarbeit besonders nachteilig und führt zu einem wirken könnten, weitestgehend vermieden. Die Merkfrühzeitigen Verschleiß der Ringmembrane. male des 4. Anspruches zeigen eine mechanisch vorteil-