DE3542454A1 - Membranrotationspumpe - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Membranrotationspumpe nach der Gattung des Hauptanspruchs. Diese Pumpen sind geeignet, gasförmige oder auch flüssige Mittel zu för­ dern und weisen entsprechend einen weiten Anwendungs­ bereich auf. So werden derartige Membranrotationspum­ pen in der Medizintechnik, der Kraftfahrzeugtechnik und dem Bauwesen verwendet. Die Konstruktionen sind eben­ falls entsprechend unterschiedlich und weisen vor allem bei der Umsetzung der Drehbewegung des Rotors in die Quetschbewegung der Membran Nachteile auf.

Bei einer bekannten Membranrotationspumpe dieser Art (DAS 10 11 730) ist die Membran als Ring ausgebildet, der seitlich des nahezu einen vollen Kreis beschreiben­ den Pumpenarbeitsraums durch Ringe an das Pumpengehäuse in radialer Richtung nach außen festgespannt ist und wo­ bei zur Erzeugung des Förderhubes zu Beginn der Quetsch­ bewegung radial nach innen dieses Membranrings eine ent­ sprechend elastische Auflage vorgesehen ist mit einer An­ lauf- und einer Auslauframpe. Außerdem ist dieser Mem­ branring durch eine quer zur Drehrichtung verlaufende Leiste am Gehäuse festgespannt, um dadurch in Drehrich­ tung eine Art Zugentlastung zu erhalten. Ein wesentli­ cher Nachteil dieser bekannten Membranrotationspumpe be­ steht darin, daß die elastische Auflage, durch die der tatsächliche Quetschhub bestimmt wird, beim Pumpvorgang mit verformt werden muß und dadurch eine zusätzliche An­ triebsenergie verbraucht. Außerdem muß diese Auflage rutschsicher an der Membran befestigt sein. Nicht zu­ letzt bewirken die Rampen einen zusätzlichen Walkwider­ stand für die Quetschrollen, was sich in Pumpstößen äußert, jeweils wenn eine Quetschrolle in Aktion tritt. Das zu fördernde Medium muß über nahezu 320 Grad des ringförmigen Pumpenarbeitsraums gefördert werden, ohne daß deshalb ein fördertechnischer Vorteil erkennbar ist. Auch das Anbringen der Leiste zur drehfesten Befestigung der Membran ist mit einem erheblichen Aufwand verbunden, da die Leiste im Innenraum des Pumpengehäuses angeordnet ist. Als wesentlicher Nachteil dieser Pumpe ist zu er­ kennen, daß die Membran in Ruhelage und quer zur Dreh­ richtung gestreckt ist, um dann für den Pumpvorgang unter Ausdehnung in Querrichtung in eine den Pumpenar­ beitsraum einfassende Gehäusenut (Strömungsweg) ge­ quetscht zu werden. Um eine solche Querdehnung zu ermög­ lichen, muß die Membran entsprechend querdehnbar sein, sie kann also nicht armiert werden. Dies wiederum führt dazu, daß eine solche Pumpe nur niedere Drücke erzeugen kann und nur entsprechend eingeschränkt einsetzbar ist.

Es ist zwar bekannt (DAS 11 40 820), den Pumpenarbeits­ raum nur über einen verhältnismäßig kleinen Teil des den Rotor umgebenden Grundkreises zu führen, wobei jedoch der Pumpenarbeitsraum durch den Innenraum eines Schlau­ ches gebildet wird und die am Rotor angeordneten Quetsch­ rollen diesen Schlauch für die Förderung auf diesem Teil­ kreis ablaufend zusammenquetschen. Diese Schlauchpumpen haben allerdings den Nachteil, daß der den Pumpenarbeits­ raum begrenzende Schlauch aufgrund der Quetschung sehr elastisch sein muß, was dazu führt, daß er ebenfalls nur verhältnismäßig geringen Förderdrücken aussetzbar ist. Sobald ein derartiger Schlauch gewebeverstärkt wird, nimmt die Bruchgefahr stark zu und seine Lebensdauer entsprechend ab. Derartige Schlauchpumpen werden deshalb meist nur für einen Arbeitsdruck von maximal 2 bar ein­ gesetzt. Um besonders bei dünnen Medien einen ausrei­ chenden Druck erzeugen zu können, muß der Schlauch so zusammengequetscht werden, daß auch in den seitlichen Begrenzungen des Pumpenarbeitsraums die Schlauchinnen­ flächen aufeinanderliegen, was eine Materialfaltung mit ca. 180 Grad bewirkt, die von gewebeverstärkten Schläu­ chen nicht mehr aufnehmbar ist, ohne daß das Gewebe reißt. Außerdem muß bei dieser bekannten Pumpe der Schlauch am Gehäuse befestigt werden, um nicht von den Quetschrollen mitgezogen zu werden, was besonders bei elastischem und nicht armiertem Material problematisch ist. Grundsätzlich haben allerdings derartige Schlauch­ pumpen einen ähnlichen Anwendungsbereich wie die gattungs­ gemäße Membranrotationspumpe, beispielsweise in Herz-Lun­ gen-Maschinen oder beim Einsatz von künstlichen Nieren, da derartige Pumpen das Fördermedium schonend und stoß­ frei fördern.

Bei einer anderen bekannten, mit einem Rotor arbeitenden Membranrotationspumpe (DE-PS 28 53 916) wird die ring­ förmige Membran durch einen Ring für die Quetschförde­ rung angetrieben, der über einen exzentrisch gelagerten Innenläufer betätigt wird, der einer den Pumpenarbeits­ raum begrenzenden Kreisbahn im Pumpengehäuse folgt. Ein derartiger Exzenterantrieb hat den Nachteil, besonders bei niederen Geschwindigkeiten unruhig zu laufen, wo­ bei außer der Membranbetätigung eine an sich ungünstige Massenbeschleunigung des Antriebsringes erfolgen muß.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Membranrotationspumpe mit den kenn­ zeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegen­ über den Vorteil, daß die Membran beim Quetschvorgang nicht in Querrichtung gedehnt wird und somit armiert werden kann, um auch unter hohem Druck fördern zu können. Die Membran wird beim Pumpvorgang in Querrich­ tung gesteuert und dabei auf den Boden des Pumpenarbeits­ raums gedrückt.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Ringseg­ ment des Pumpenarbeitsraums halbkreisförmig, so daß der Pumpenarbeitsraum von dem den Rotor umgebenden Kreis nur den Teil in Anspruch nimmt, der tatsächlich erfor­ derlich ist. Hierdurch werden die Förderwiderstände in einer solchen Pumpe minimiert, so daß auch die Antriebs­ energie entsprechend reduziert wird. Ein weiterer Vor­ teil besteht darin, daß aufgrund der geringeren Verlust­ wärme auch das zu fördernde Medium eine geringe Tempe­ raturerhöhung beim Fördern erfährt. Dies kann besonders dann entscheidend sein, wenn es sich um Medien des leben­ digen Körpers, wie beispielsweise Blut, handelt, oder wenn es sich um leicht verdampfbare Medien, wie beispiels­ weise in Farbstoffen, handelt.

Ein weiterer genereller Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die erfindungsgemäße Pumpe sehr geringe Walk­ verluste aufweist, obwohl die Membran armiert ausgebil­ det ist. So können mit einer solchen Pumpe Förderdrücke von mehr als 10 bar erzielt werden, so daß sie auch zur Förderung von beispielsweise Dispersionsfarben oder Har­ zen verwendet werden kann, um unter Ausnutzung des Druckes diese Stoffe im Spritzverfahren zu verarbeiten.

Je nach Bedarf kann diese erfindungsgemäße Membranrota­ tionspumpe vorteilhafterweise so viel Quetschrollen auf­ weisen, wie erforderlich sind. So kann es beispielsweise von Vorteil sein, daß die in Drehrichtung nachfolgende Quetschrolle bereits den Saugbereich des Pumpenarbeits­ raums überfahren hat, bevor die vorlaufende Quetschrolle den Ausgangsbereich des Pumpenarbeitsraums überrollt hat. Hierdurch sind in abdichtender Wirkung mindestens immer zwei Rollen im Eingriff.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen Mem­ bran und Pumpengehäuse eine den Pumpenarbeitsraum zum Pumpengehäuse hin abgrenzende elastische Einlage, bei­ spielsweise auf Gummi, vorhanden. Der Vorteil einer sol­ chen Einlage besteht einerseits darin, daß eine beson­ ders günstige Dichtung zwischen zwei elastischen Mate­ rialien, wie der Membran und dieser Einlage erzielbar ist, besonders wenn im Fördermedium körniges Material ist und andererseits, daß aufgrund der höheren Elasti­ zität eine längere Lebensdauer bei größerem Leiselauf erzielbar ist.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Pumpenarbeitsraum seitlich durch in der elastischen Ein­ lage in Drehrichtung verlaufende Wülste begrenzt, über die die Membran zur Bildung des Pumpenarbeitsraums ge­ spannt ist und die beim Quetschvorgang mindestens auf die Einlagendicke zusammenpreßbar sind, so daß dann die Membran auf dem zwischen den Wülsten gelegenen Boden des Pumpenarbeitsraums aufzuliegen kommt. Aufgrund der Elastizität dieser Wülste wird beim Pumpvorgang die ar­ mierte Membran in sich gestaucht, ohne daß dadurch die Armierung bruchgefährdet wird. Während bei dem weiter oben ausgeführten Ausführungsbeispiel die armierte Mem­ bran tunnelförmig vorgeformt sein muß, kann bei der zu­ letzt genannten Ausgestaltung der Erfindung die Membran durch die Wülste wieder in ihre den tunnelförmigen Pum­ penarbeitsraum einfassende Stellung gebracht werden.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung, der Zeich­ nung und den Ansprüchen entnehmbar.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße, nur teilweise dargestellte Membranpumpe;

Fig. 2 einen Schnitt entlang Linie A-B in Fig. 1 und

Fig. 3-Fig. 6 vier verschiedene Varianten der Pumpen­ arbeitsraumbegrenzung im Querschnitt entspre­ chend Fig. 2.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Wie in Fig. 1 dargestellt, ist auf einer Welle 1 ein Ro­ tor 2 drehschlüssig angeordnet, auf welchem über Achsen 3 Quetschrollen 4 gelagert sind. Mit 5 ist ein Teil des Pumpengehäuses dargestellt, auf dessen innerer Laufbahn eine Gummieinlage 6 aufliegt, über der radial zum Rotor 2 hin eine Membran 7 angeordnet ist. Diese Membran ist einschließlich der Gummieinlage 6 durch Leisten 8 an das Gehäuse 5 gespannt.

Im Gehäuse 5 sowie auch in der Gummieinlage 6 ist eine Einlaßöffnung 9 und eine Auslaßöffnung 10 eines zwischen Gummieinlage 6 und Membran 7 angeordneten Pumpenarbeits­ raums 11 vorgesehen. Sobald die Welle in Pfeilrichtung verdreht wird, überrollen die Quetschrollen 4 die Mem­ bram 7 und treffen sie auf der Gummieinlage 6, so daß jeweils vor der im Eingriff stehenden Quetschrolle 4 innerhalb des Pumpenarbeitsraums 11 ein Fördervorgang von der Einlaßöffnung 9 in Richtung Auslaßöffnung 10 er­ folgt. In üblicher Weise wird zuerst im Pumpenarbeits­ raum 11 befindliche Luft oder Gase herausgeschoben, wo­ bei aufgrund der elastischen Rückstellung der Membran 7 in die dargestellte Lage das Medium über die Einlaß­ öffnung 9 nachgesogen wird.

Wie aus dem Schnitt in Fig. 2 ersichtlich ist, wird der Pumpenarbeitsraum 11 durch die Wölbung der Membran 7 gebildet, wobei diese Membran 7 auch hier seitlich durch die Leisten 8 festgespannt ist. Der eingeschlossene Win­ kel zwischen der Wölbungstangente der Membran 7 und der Gummieinlage 6 beträgt hier etwa 25 Grad, so daß die Ma­ terialverformung der Membran 7 beim Pumpen verhältnis­ mäßig gering ist. Hierdurch ist es möglich, diese Mem­ bran zu armieren, beispielsweise durch eine Gewebeein­ lage, so daß ein verhältnismäßig hoher Pumpendruck er­ zeugt werden kann, ohne daß die Membran gefährdet ist. Um eine ausreichende Schmierung zu erhalten, und damit einen günstigen Wirkungsgrad der Pumpe, kann das Ge­ häuse mit Öl gefüllt sein, so daß der Rotor 2 und die Quetschrollen 3 in diesem Öl laufen.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Variante ist die Gummi­ einlage 6 mit in Längsrichtung des Pumpenarbeitsraums 11 verlaufenden Wülsten 12 versehen, wobei unter diesen Wül­ sten 12 zum Gehäuse 5 hin Kanäle 13 entstehen. Auch hier ist die Membran 7 und die Gummieinlage 6 durch Leisten 8 am Gehäuse 5 festgespannt. Natürlich kann statt einer derartigen mechanischen Festspannung die Gummieinlage 6 auch auf das Gehäuse aufvulkanisiert sein, was grund­ sätzlich auch für die Seitenstreifen der Membran 7 und in Bezug zur Gummieinlage 6 hin gilt. Beim Pumpvorgang werden die Wülste 12 mit zusammengepreßt.

Eine andere Art der Befestigung der Membran 11 am Ge­ häuse 5 ist in Fig. 4 dargestellt. Bei dem ebenfalls ringförmigen und im Schnitt gezeigten Gehäuseabschnitt 5 ist die Membran 7 über dessen Stirnseiten gezogen. Die Gummieinlage 6 wird dadurch völlig eingeschlossen. Ohne die Nachteile der scharfen Faltung, wie bei Schlauch­ pumpen, wird durch die Art der Befestigung der Membran 7 nur ein verhältnismäßig kleiner Arbeitswinkel beansprucht, der in jedem Fall jedoch kleiner als 90 Grad ist.

Bei der in Fig. 5 dargestellten Variante wird der Pum­ penarbeitsraum 11 außer durch die Wölbung der Membran 7 auch durch eine Ausnehmung in der Gummieinlage 6 gebil­ det. Hierdurch wird bei nur geringfügig größerer Membran­ belastung ein wesentlich größerer Pumpenarbeitsraum er­ zielt.

Bei der in Fig. 6 dargestellten Variante sind durch die Membran 7 zwei Pumpenarbeitsräume 11 parallel nebenein­ ander gebildet, die vorzugsweise durch eine, entspre­ chend breit ausgebildete, Quetschrolle erfaßt werden.

Ohne die Erfindung zu verlassen ist es auch möglich, die Pumpe ohne eine derartige Gummieinlage zu betreiben und beispielsweise den Pumpenarbeitsraum mit Membrane auf der konvexen Seite des Pumpengehäuses 5 anzuordnen, wobei dann als Quetschrollenträger beispielsweise ein außen umlaufender und das Gehäuse 5 einschließender Ring die­ nen könnte.

Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

Claims (11)

1. Membranrotationspumpe mit

• a) einem in radialer Richtung wirkende Quetschrollen zur Betätigung einer radial nachgiebigen Membran aufweisenden Rotor;
• b) einem ringsegmentförmigen zwischen Membran und ei­ nem Pumpengehäuse vorhandenen einen Ein- und einen Ausgang aufweisenden Pumpenarbeitsraum und
• c) einem die Membran seitlich des Pumpenarbeitsraums am Pumpengehäuse festspannenden und entgegen der in Drehrichtung vorhandenen Walkkraft wirkenden Befestigungsmittel gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
• d) die Membran (7) weist eine mindestens quer zur Dreh­ richtung verlaufende Armierung auf und
• e) die Membran (7) ist in ungequetschter Lage als den Pumpenarbeitsraum (11) begrenzender Tunnel aus­ bildet.

2. Membranrotationspumpe nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Pumpenarbeitsraum (11) mindestens eine Tiefe von der Tunnelinnenhöhe der Membran (7) aufweist.

3. Membranrotationspumpe, dadurch gekennzeichnet, daß das Befestigungsmittel (8) der Membran (7) gegen quer zur Drehrichtung verlaufende Schubkräfte fixiert ist.

4. Membranrotationspumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ringseg­ ment des Pumpenarbeitsraums (11) etwa halbkreisförmig ist.

5. Membranrotationspumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (2) mindestens drei Quetschrollen (4) aufweist.

6. Membranrotationspumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Befesti­ gungsmittel (8) der Membran (7) seitlich des Pumpen­ arbeitsraums (11) angeordnete Leisten (8) insbeson­ dere eines Innengehäuses dienen.

7. Membranrotationspumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpengehäuse (5) ringförmig ausgebildet ist und die Membran (7) an den axialen Stirnseiten dieses Ringes befestigt ist.

8. Membranrotationspumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Membran (7) und dem Pumpengehäuse (5) eine den Pum­ penarbeitsraum (11) zum Pumpengehäuse (5) hin abgren­ zende elastische Einlage (6), insbesondere aus Gummi, vorhanden ist.

9. Membranrotationspumpe nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die elastische Einlage (6) und die Mem­ bran (7) einen Arbeitswinkel von kleiner als 90 Grad einschließen.

10. Membranrotationspumpe nach Anspruch 8 oder 9, da­ durch gekennzeichnet, daß der Pumpenarbeitsraum (11) seitlich durch in der elastischen Einlage (6) in Dreh­ richtung verlaufende Wülste (12) begrenzt ist, über die die Membran (7) zur Bildung des Pumpenarbeitsraums (11) gespannt ist und die beim Quetschvorgang minde­ stens auf die Einlagendicke zusammenpreßbar sind.

11. Membranrotationspumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Pum­ penarbeitsräume (11) parallel nebeneinander vorhanden sind, die gemeinsam von jeweils einer Quetschrolle betätigbar sind (Fig. 6).