DE19514316C1 - Membranpumpvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Membranpumpvorrichtung mit einer ersten Kammer für die zu pumpende Flüssigkeit, der diese über ein Einlaßventil zuführbar und über ein Auslaßventil entnehmbar ist, und einer zweiten, von der ersten durch eine bewegliche Membran getrennten Kammer für die Antriebsflüssigkeit sowie mit einem die Antriebsflüssigkeit abwechselnd unter Druck setzenden und entspannenden durch einen antreibbaren Exzenter, eine Taumelscheibe oder dgl. als Antriebsglied betätigbaren Arbeitskolben und mit einem Vorratsraum für Antriebsflüssigkeit, der an die zweite Kammer über eine mit einem Druckbegrenzungsventil versehene Leitung zum Ablaß von Antriebsflüssigkeit in den Vorratsraum bei Pumpflüssigkeitsdrosselung angeschlossen ist.

Durch die DE-C1-21 04 783 sowie die DE-A1-30 27 314 ist jeweils eine Membranpumpvorrichtung dieser Art bekannt. Diese Pumpen haben sich in der Praxis bei der Verarbeitung von nieder- bis mittelviskosen Materialien, wie z. B. Lacken und Wandfarben bewährt, höherviskose Materialien, wie beispielsweise Bauten- und Flammschutzmittel sowie Korrosionsschutzmittel, Dachbeschichtungsmateralien u. dgl., können mit einer solchen Pumpe jedoch nur unzureichend angesaugt und einer Spritzpistole zugeführt werden. Bedingt durch die hohen Drehzahlen des zugeordneten unmittelbar auf den Arbeitskolben einwirkenden Antriebsmotors und der dadurch sich ergebenden hohen Hubfrequenz von 23 bis zu 28 Hz, mit der die beispielsweise gemäß der DE-C2-30 18 687 ausgebildete Membran hierbei durch den Arbeitskolben ausgeformt wird, kann diese nämlich nur kurze Hübe von ca. 3 bis 5% des Arbeitsdurchmessers, um eine ausreichende Lebensdauer zu gewährleisten, ausführen. Eine zufriedenstellende Saug- und Förderleistung ist daher bei der Verarbeitung von hochviskosen Medien oftmals nicht gegeben, so daß auch keine einwandfreie Zerstäubung des zu verarbeitenden Mediums mittels der in die Spritzpistole eingesetzten Düse zu erreichen ist.

Aufgabe der Erfindung ist es demnach, eine Membranpumpvorrichtung der vorgenannten Gattung in der Weise auszugestalten, daß mit dieser auch hochviskose Medien gefördert und zerstäubt werden können, daß die Membran eine lange Lebensdauer aufweist und daß ein störungsfreier Betrieb der Membranpumpvorrichtung gewährleistet ist. Der dazu erforderliche Bauaufwand sowie die Herstellkosten sollen gering gehalten werden, auch sollen die einzelnen Bauteile gut zugänglich sein, um bei einem evtl. Verschleiß diese ohne Schwierigkeiten austauschen zu können. Vor allem aber sollen gegenüber der bekannten Membranpumpvorrichtung die Pumpfrequenz erheblich reduziert sowie der Hub der Membran auf ca. 10% des Arbeitsdurchmessers vergrößert werden, um ein zufriedenstellendes Ansaugen und Fördern hochviskoser Medien zu ermöglichen.

Gemäß der Erfindung wird dies bei einer Membranpumpvorrichtung der eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß die Membran, ausgehend von einem Arbeitsdurchmesser, an den sich nach außen eine verdickte Einspannzone anschließt, auf beiden Seiten eine Ringfläche, die bis auf etwa 50 bis 75% des Arbeitsdurchmessers sich nach innen erstrecken, aufweist, daß die Ringfläche auf der der zweiten Kammer zugekehrten Seite über einen Bereich von 7 bis 13% des Arbeitsdurchmessers ausgerundet ist und in eine sich konisch verjüngende Verdickung übergeht und daß die Membran auf der der ersten Kammer zugekehrten Seite anschließend an die Ringfläche mit einer in die Verdickung eingearbeiteten konkav gekrümmten umlaufenden Ausrundung versehen ist, die sich über einen Bereich von 8 bis 15% des Arbeitsdurchmessers erstreckt.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung erstreckt sich die der zweiten Kammer zugekehrte Ringfläche der Membran bis auf 70% des Arbeitsdurchmessers, die sich anschließende Ausrundung weist einen Radius auf, der 10% des Arbeitsdurchmessers beträgt, und die sich an die Ausrundung anschließende Verdickung verläuft unter einem Winkel α von 130° zur Längsachse des Schaftes der Membran geneigt, außerdem liegt der Radius der der ersten Kammer zugekehrten Ausrundung auf einem Durchmesser, der 41% des Arbeitsdurchmessers der Membran entspricht und beträgt 10% des Wertes des Arbeitsdurchmessers.

Die Membran sollte im Bereich der Ringflächen eine gleichmäßige Wandstärke von 0,5 bis 1,2 mm, vorzugsweise von 0,8 mm, aufweisen, wobei die Ringflächen der Membran plan ausgebildet oder im äußeren Bereich jeweils aus einem planen Ringteil und einem in Richtung der ersten Kammer ausgewölbten Ringteil zusammengesetzt sein kann.

Bei einer Membran mit plan ausgerichteten Ringflächen sollte deren der ersten Kammer zugekehrte Ringfläche im Ausgangszustand der eingebauten Membran in einer Ebene mit einer zwischen der der ersten Kammer zugekehrten Ausrundung vorgesehenen zentralen Planfläche der Membran verlaufen. Bei einer mit zusammengesetzten Ringteilen versehenen Membran sollte dagegen die Mitte des plan ausgebildeten Ringteils im Ausgangszustand der eingebauten Membran in einer Ebene mit der zentralen Planfläche verlaufen.

Die Verdickung kann unter einem Winkel α von 120 bis 150°, vorzugsweise 130°, zur Längsachse des Membranschaftes geneigt sich konisch verjüngend ausgebildet sein.

Ferner kann es vorteilhaft sein, die Membran mittels einer auf ein die erste Kammer begrenzendes Aufsatzstück aufschraubbares und ein die zweite Kammer begrenzendes den Arbeitskolben aufnehmendes und mit einem Träger der Membranvorrichtung fest verbundenes Einsatzstück hintergreifenden Überwurfmutter zwischen dem Aufsatzstück und dem Einsatzstück hintergreifenden Überwurfmutter zwischen dem Aufsatzstück und dem Einsatzstück in ihrem Randbereich einzuspannen.

Sehr vorteilhaft ist es des weiteren, die Membran in der zu Beginn eines Arbeitshubes des Arbeitskolbens entsprechenden Totpunktlage vorgeformt herzustellen.

Wird eine Membranpumpvorrichtung gemäß der Erfindung ausgebildet, so ist gewährleistet, daß die Membran eine große Hubbewegung ausführen kann, deren Hubfrequenz aber gegenüber den bekannten vergleichbaren Pumpen reduziert ist, so daß ohne Schwierigkeiten auch hochviskose Materialien in einer stets zufriedenstellenden Weise gefördert werden können. Die vorschlagsgemäß ausgebildete Membranpumpvorrichtung kann demnach anstelle von Kolbenpumpen vielseitig eingesetzt werden.

Des weiteren wird erreicht, daß die Bauteile der Membranpumpvorrichtung trotz Verarbeitung aggressiver Medien eine lange Lebensdauer aufweisen, die mit der Standzeit bekannter Pumpen vergleichbar ist, auch sind die einem Verschleiß unterworfenen Bauteile gut zugänglich, so daß diese im Bedarfsfall leicht und in kurzer Zeit ausgewechselt werden können. Vor allem aber wird durch die Gestaltung der aus einem auch gegen Farblösemittel resistenten Werkstoff, wie z. B. Polyamid, bestehende Membran sowie deren Herstellung in einer Endposition bewerkstelligt, daß diese eine mindestens doppelt so große Hubbewegung ausführen kann als eine vergleichbare Membran bekannter Konfiguration.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der gemäß der Erfindung ausgebildeten Membranpumpvorrichtung dargestellt, das nachfolgend im einzelnen erläutert ist. Hierbei zeigt:

Fig. 1 die Membranpumpvorrichtung in einem axialen Schnitt,

Fig. 2 die Membranpumpvorrichtung nach Fig. 1 in einem um 90° versetzten axialen Schnitt,

Fig. 3 und 4 Ausschnitte aus Fig. 1 in vergrößerten Wiedergaben,

Fig. 5 eine andersartige Anordnung der über eine Taumelscheibe auf den Arbeitskolben der Membranpumpvorrichtung nach Fig. 1 einwirkenden Antriebsmaschine und

Fig. 6 und 7 unterschiedliche Ausgestaltungen der bei der Membranpumpvorrichtung nach Fig. 1 vorgesehenen Membran in vergrößerten Darstellungen.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte und mit 1 bezeichnete Membranpumpvorrichtung dient zum Fördern hochviskoser Medien und besteht im wesentlichen aus einer zwischen einem in einem Träger 11 eingesetzten Einsatzstück 12 und einem mit diesem mit Hilfe einer Überwurfmutter 15 verspannten Aufsatzstück 13 eingespannten Membran 21, die mittels eines Arbeitskolbens 24 antreibbar und durch die eine erste Kammer 22 für die zu fördernde Flüssigkeit von einer zweiten mit Antriebsflüssigkeit gefüllten Kammer 23 getrennt ist. Der ersten Kammer 22 ist ein Einlaßventil 17 vorgeschaltet und ein Auslaßventil 18 nachgeschaltet, der zweiten Kammer 23 ist dagegen ein Druckbegrenzungsventil 27 zugeordnet, das in eine in den Träger 11 eingearbeitete Leitung 26 eingesetzt ist, so daß bei Pumpflüssigkeitsdrosselung Antriebsflüssigkeit in einen in dem Träger 11 vorgesehenen Vorratsraum 25 abgeführt werden kann.

Um die Membran 21 in ihrem äußeren Randbereich gleichmäßig zwischen dem Einsatzstück 12 und dem Aufsatzstück 13 einzuspannen, ist die Überwurfmutter 15, wie dies insbesondere der Fig. 4 zu entnehmen ist, mit einem Bund 16, der das Einsatzstück 12 hintergreift, versehen und auf einem an dem Aufsatzstück 13 angearbeiteten Gewinde 14 aufgeschraubt.

Zum Antrieb des Arbeitskolbens 24, der über die Antriebsflüssigkeit auf die Membran 21 einwirkt, ist als Antriebsmaschine 31 ein Elektromotor vorgesehen, der mittels eines Riementriebes 41 mit einer in einer in das Gehäuse 11 eingearbeiteten Bohrung 19 mittels Wälzlager 34 drehbare gelagerten Welle 33 trieblich verbunden ist. Und auf der Welle 33 ist ein Exzenter 35 angeordnet, durch den der Arbeitskolben 24 oszillierend angetrieben wird. Der Riementrieb 41 besteht hierbei aus einem Zahnriemen 44, der über auf einer Abtriebswelle 32 der Antriebsmaschine 31 sowie der Welle 33 angeordneten Zahnscheiben 42 bzw. 43 geführt ist. Durch den Riementrieb 41 wird nicht nur die Drehzahl der Antriebsmaschine 31 reduziert, sondern es wird auch eine ungleichförmige Belastung der Antriebsmaschine 31 vermieden.

Der Antriebskolben 24, der durch eine Rückstellfeder 37 an den Exzenter 35 angedrückt wird, ist als einseitig geschlossener Hohlzylinder gestaltet und mit Öffnungen 28 versehen, durch die Antriebsflüssigkeit aus dem Vorratsraum 25, der durch die die Welle 33 aufnehmenden, durch eine Dichtung 20 verschlossenen Bohrung 19 gebildet ist, in die zweite Kammer 23 der Membranpumpvorrichtung 1 gelangt. Während eines Arbeitshubes werden die Öffnungen 28 durch den Träger 11 verschlossen, so daß die Verstellbewegung des Arbeitskolbens 24 über die in der Kammer 23 befindliche, als hydraulisches Gestänge wirkende Antriebsflüssigkeit auf die Membran 21 übertragen wird. An den Vorratsraum 25 ist ferner eine Vorkammer 30 angeschlossen, die durch eine, wie dies der Fig. 3 zu entnehmen ist, unten offene Trennwand 29 kommunizierend miteinander verbunden sind. Die rückgeführte Antriebsflüssigkeit wird über die Leitung 26 und das Druckbegrenzungsventil 27 in die Vorkammer 30 eingeleitet, so daß, bis die Antriebsflüssigkeit in den Vorratsraum 25 gelangt, eine Beruhigung und Abkühlung stattfindet.

Anstelle des Exzenters 35 kann auch, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist, auf der Welle 33′ eine Taumelscheibe 36 angeordnet werden, die auf den Arbeitskolben 24 einwirkt. Des weiteren ist hierbei die Antriebsmaschine 31′, die über den Riementrieb 41 mit der Welle 33′ in Triebverbindung steht, achsparallel zu dem Arbeitskolben 24 angeordnet, bei der Ausgestaltung nach den Fig. 1 und 2 ist die Antriebsmaschine 31 dagegen achssenkrecht zu dem Arbeitskolben 24 an dem Träger 11 abgestützt.

Die Membran 21, die in Fig. 6 vergrößert dargestellt ist, weist einen Ringbereich 51 auf, an den sich auf der Außenseite eine verdickte Einspannzone 54 anschließt, die zwischen dem Einsatzstück 12 und dem Aufsatzstück 13 eingespannt wird. An den Ringbereich 51, der in einer in das Aufsatzstück 13 eingearbeiteten Freisparung 13′ aufgenommen wird und auf beiden Seiten jeweils eine plane Ringfläche 52 bzw. 53 aufweist, schließt sich auf der der ersten Kammer 22 zugekehrten Seite eine umlaufende Ausrundung 58 an, die konkav gekrümmt ausgebildet und in eine Verdickung 55 eingearbeitet ist. Der Zwischenraum zwischen der Ausrundung 58 ist im Ausgangszustand der eingebauten Membran 21 als in der Ebene der Ringfläche 52 angeordnete zentrische Planfläche 59 gestaltet. Auf der der zweiten Kammer 23 zugekehrten Seite geht die Ringfläche 53 in eine Ausrundung 57 und diese in die Verdickung 55 über, die als Schaft 56 ausläuft. Auf die Membran 21 wirkt über den Schaft 56 eine Rückstellfeder 60 ein, die an dem Einsatzstück 12 abgestützt ist. Die Membran 21 wird somit durch die Kraft der Rückstellfeder 60 sowie den bei einem Saughub aufgebauten Unterdruck stets in die Ausgangslage zurückgeführt.

Bei der Membran 21′ nach Fig. 7 ist der Ringbereich 51 aus einem planen Ringteil 51a und einem sich an diesem anschließenden in Richtung der ersten Kammer 22 ausgewölbten Ringteil 51b zusammengesetzt, außerdem ist die Planfläche 59′ im Ausgangszustand der eingebauten Membran 21′ auf die Mitte des Ringteils 51a zurückgesetzt, die Membran 21′ kann dadurch eine größere Hubbewegung als die Membran 21 ausführen.

Die einzelnen Teile der Membran 21 werden bevorzugt wie folgt bemessen:
Ausgehend von einem Arbeitsdurchmesser d₁, der dem größten Durchmesser des Ringbereiches 51 der Membran 21 entspricht, sollte der Innendurchmesser des Ringbereiches 51 etwa 50 bis 75% des Arbeitsdurchmessers d₁ betragen. An den Ringbereich 51 schließen sich die Ausrundung 57, die einen Radius r₁ aufweisen sollte, der 7 bis 15% des Arbeitsdurchmessers d₁ beträgen sollte, und die Ausrundung 58 an, die einen Radius r₂ aufweisen sollte, der 8 bis 15% des Arbeitsdurchmessers d₁ beträgt. Der Radius r₂ schließt sich hierbei über einen Radius r₁′, der dem Radius r₁ zuzüglich der Materialstärke des Ringbereichs 51 entspricht, an. Des weiteren sollte der Radius r₂ auf einem Durchmesser d₂ angeordnet sein, der 29 bis 43% des Arbeitsdurchmessers d₁ entspricht. Ferner sollte die Verdickung 55 unter einem Winkel α von 120 bis 150° geneigt zur Längsachse des Schaftes 56 sich konisch verjüngend verlaufen.

Die Membran 21 bzw. 21′ ist in der zu Beginn eines Arbeitshubes des Arbeitskolbens 24 entsprechenden Totpunktlage, die in Fig. 4 dargestellt ist, vorgeformt hergestellt, so daß ein großer Hub gegeben ist. Auch hochviskose Medien können somit bei langer Lebensdauer der Membran 21 bzw. 21′ durch diese über das Einlaßventil 17 in die erste Kammer 22 eingesaugt und bei geschlossenem Einlaßventil 17 über das Auslaßventil 18 einer Spritzpistole oder einem anderen Gerät zugeführt werden.

Claims (11)

1. Membranpumpvorrichtung (1) mit einer ersten Kammer (22) für die zu pumpende Flüssigkeit, der diese über ein Einlaßventil (17) zuführbar und über ein Auslaßventil (18) entnehmbar ist, und einer zweiten, von der ersten durch eine bewegliche Membran getrennten Kammer (23) für die Antriebsflüssigkeit sowie mit einem die Antriebsflüssigkeit abwechselnd unter Druck setzenden und entspannenden durch einen antreibbaren Exzenter (35), einer Taumelscheibe (36), oder dgl. als Antriebsglied betätigbaren Arbeitskolben (24) und mit einem Vorratsraum (25) für Antriebsflüssigkeit, der an die zweite Kammer (23) über eine mit einem Druckbegrenzungsventil (27) versehene Leitung (26) zum Ablaß von Antriebsflüssigkeit in den Vorratsraum (25) bei Pumpflüssigkeitsdrosselung angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (21), ausgehend von einem Arbeitsdurchmesser (d₁), an den sich nach außen eine verdickte Einspannzone (54) anschließt auf beiden Seiten eine Ringfläche (52, 53), die bis auf etwa 50 bis 75% des Arbeitsdurchmessers (d₁) sich nach innen erstrecken, aufweist, daß die Ringfläche (53) auf der der zweiten Kammer (23) zugekehrten Seite über einen Bereich von 7 bis 13% des Arbeitsdurchmessers (d₁) ausgerundet ist und in eine sich konisch verjüngende Verdickung (55) übergeht, und daß die Membran (21) auf der der ersten Kammer (22) zugekehrten Seite anschließend an die Ringfläche (52) mit einer in die Verdickung (55) eingearbeiteten konkav gekrümmten umlaufenden Ausrundung (58) versehen ist, die sich über einen Bereich von 8 bis 15% des Arbeitsdurchmessers (d₁) erstreckt.

2. Membranpumpvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die der zweiten Kammer (23) zugekehrte Ringfläche (53) der Membran (21) sich bis auf 70% des Arbeitsdurchmesers (d₁) erstreckt, daß die sich anschließende Ausrundung (57) einen Radius (r₁) aufweist, der 10% des Arbeitsdurchmessers (d₁) beträgt, und daß die sich an die Ausrundung (57) anschließende Verdickung (55) unter einem Winkel α von 130° zur Längsachse des Schaftes (56) der Membran (21) geneigt verläuft.

3. Membranpumpvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius (r₂) der der ersten Kammer (22) zugekehrten Ausrundung (58) auf einem Durchmesser (d₂), der 41% des Arbeitsdurchmessers (d₁) der Membran (21) entspricht, liegt und 10% des Wertes des Arbeitsdurchmessers (d₁) beträgt.

4. Membranpumpvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (21) im Bereich der Ringflächen (52, 53) eine gleichmäßige Wandstärke von 0,5 bis 1,2 mm, vorzugsweise von 0,8 mm, aufweist.

5. Membranpumpvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringflächen (52, 53, 52′, 53′) der Membran (21, 21′) plan ausgebildet oder im äußeren Bereich jeweils aus einem planen Ringteil (51a) und einem in Richtung der ersten Kammer (22) ausgewölbten Ringteil (51b) zusammengesetzt sind.

6. Membranpumpvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Membran (21) mit plan ausgerichteten Ringflächen (52, 53) deren der ersten Kammer (22) zugekehrte Ringfläche (52) im Ausgangszustand der eingebauten Membran (21) in einer Ebene mit einer zwischen der der ersten Kammer (22) zugekehrten Ausrundung (58) vorgesehenen zentralen Planfläche (59) der Membran (21) verläuft.

7. Membranpumpvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer mit zusammengesetzten Ringteilen (51a, 51b) versehenen Membran (21′) die Mitte des plan ausgebildeten Ringteils (51a) im Ausgangszustand der eingebauten Membran (21) in einer Ebene mit einer zwischen der der ersten Kammer (22) zugekehrten Ausrundung (58) vorgesehenen zentralen Planfläche (59′) verläuft.

8. Membranpumpvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdickung (55) unter einem Winkel α von 120 bis 150°, vorzugsweise von 130°, zur Längsachse des Membranschaftes (56) geneigt sich konisch verjüngend ausgebildet ist.

9. Membranpumpvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (21) mittels eines auf ein die erste Kammer (22) begrenzendes Aufsatzstück (13) aufschraubbares und ein die zweite Kammer (23) begrenzendes den Arbeitskolben (24) aufnehmendes und mit einem Träger (11) der Membranvorrichtung (1) fest verbundenes Einsatzstück (12) hintergreifenden Überwurfmutter (15) zwischen dem Aufsatzstück (13) und dem Einsatzstück (12) in ihrem Randbereich eingespannt ist.

10. Membranpumpvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufsatzstück (13) mit einer umlaufenden konkav gekrümmt ausgebildeten Freisparung (13′) zur Aufnahme der den Ringbereich (51) sowie teilweise oder ganz der sich an diesen anschließenden Ausrundung (58) bildenden Teile der Membran (21) versehen ist.

11. Membranpumpvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (21) in der der zu Beginn eines Arbeitshubes des Arbeitskolbens (24) entsprechenden Totpunktlage vorgeformt hergestellt ist.