DE102023114567A1

DE102023114567A1 - Membrandosierpumpe

Info

Publication number: DE102023114567A1
Application number: DE102023114567.3A
Authority: DE
Inventors: Jörg Maltry; Roland ELGETZ
Original assignee: Prominent GmbH
Current assignee: Prominent GmbH
Priority date: 2022-07-06
Filing date: 2023-06-02
Publication date: 2024-01-11
Also published as: US12529366B2; CN117365918A; US20230392591A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine hydraulisch angetriebene Membranpumpe zum Fördern eines Fluids mit einem Förderraum, einem Arbeitsraum und einer Membran, welche den Förderraum und den Arbeitsraum fluiddicht voneinander trennt, sowie mit einer Einrichtung zum Hin- und Herbewegen der Membran zwischen einer Saughubposition und einer Druckhubposition, wobei der Förderraum wenigstens einen Sauganschluss aufweist, durch welchen das zu fördernde Fluid im Saughub in den Förderraum angesaugt wird, und wenigstens einen Druckanschluss aufweist, durch welchen das zu fördernde Fluid im Druckhub aus dem Förderraum ausgestoßen wird, wobei die Membran arbeitsraumseitig mit einer Zugstange verbunden ist, welche in Richtung der Bewegung des Saughubs federnd vorgespannt ist, wenn die Membran in der Druckhubposition ist, wobei die Membranpumpe für die federnde Vorspannung der Zugstange im Arbeitsraum eine Blattfeder-Führungsscheibe aufweist, welche senkrecht zur Richtung der Bewegung des Saughubs angeordnet ist, wobei die Blattfeder-Führungsscheibe einen sich vom ihrem Umfangsrand in Richtung der Zugstange erstreckenden Randbereich aufweist, der wenigstens abschnittsweise ortsfest im Arbeitsraum festgelegt ist, und die Blattfeder-Führungsscheibe mehrere sich vom Randbereich aus bis zur Zugstange erstreckende Blattfederabschnitte aufweist, welche entfernt vom Randbereich der Blattfeder-Führungsscheibe mit der Zugstange in Eingriff oder an dieser festgelegt sind.

Description

GEGENSTAND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine hydraulisch angetriebene Membranpumpe zum Fördern eines Fluids mit einem Förderraum, einem Arbeitsraum und einer Fördermembran, welche den Förderraum und den Arbeitsraum fluiddicht voneinander trennt. Des Weiteren ist eine Einrichtung zum Hin- und Herbewegen der Membran zwischen einer Saughubposition am Ende eines Saughubs und einer Druckhubposition am Ende eines Druckhubs vorgesehen. In der Saughubposition am Ende des Saughubs ist das Volumen des Förderraums größer als in der Druckhubposition am Ende des Druckhubs.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Der Förderraum solcher Membranpumpen hat wenigstens einen Sauganschluss, durch welchen das zu fördernde Fluid im Saughub aus einer Saugleitung in den Förderraum angesaugt wird, und wenigstens einen Druckanschluss, durch welchen das zu fördernde Fluid durch eine Druckleitung im Druckhub ausgestoßen wird. Sauganschluss und Druckanschluss sind jeweils mit einem Rückschlagventil verbunden, wobei im Saughub das Rückschlagventil am Sauganschluss geöffnet und am Druckanschluss geschlossen wird und umgekehrt im Druckhub das Rückschlagventil am Sauganschluss geschlossen und am Druckanschluss geöffnet wird.
Man unterscheidet grundsätzlich zwischen hydraulisch angetriebenen Membranpumpen und magnetisch angetriebenen Membranpumpen. Sowohl bei hydraulisch angetriebenen Membranpumpen als auch bei Magnetmembranpumpen kann die Membran federnd in Richtung der Saughubposition vorgespannt sein. Dabei kann die federnde Vorspannung durch die Beschaffenheit und Anordnung der Membran selbst bewirkt werden und/oder durch eine Vorrichtung, in der Regel eine Zugstange, welche mit der Membran verbunden und arbeitsraumseitig mittels einer Feder in Richtung der Bewegung des Saughubs vorgespannt ist.
Bei hydraulisch angetriebenen Membranpumpen wird ein sich im Arbeitsraum befindliches Hydraulikfluid in der Regel mit Hilfe eines sich bewegenden Kolbens oszillierend unter Druck gesetzt, um das Hin- und Herbewegen der Membran zwischen der Saughubposition und der Druckhubposition zu bewirken. Zur Auslösung des Druckhubs wird der Fluiddruck im Arbeitsraum so weit erhöht, dass sich die Membran gegen einen Druck im Förderraum und gegen eine gegebenenfalls in Richtung der Saughubposition wirkende federnde Vorspannung der Membran bewegt, dadurch das Volumen im Förderraum verkleinert und im Förderraum befindliches Fluid über den Druckanschluss in die Druckleitung ausgestoßen wird.
Zur Auslösung des Saughubs wird der Fluiddruck im Arbeitsraum so weit reduziert, dass sich die Membran wieder in Richtung der Saughubposition bewegt. Durch die damit verbundene Vergrößerung des Förderraumvolumens nimmt auch der Druck im Förderraum ab. Unterschreitet der Druck im Förderraum einen durch den Druck in der Saugleitung (meist Umgebungsdruck) und einen am Rückschlagventil vorgegebenen Wert, öffnet das Rückschlagventil am Sauganschluss und zu förderndes Fluid wird aus der Saugleitung über den Sauganschluss in den Förderraum gesaugt.
Bei der hydraulisch angetriebenen Membranpumpe resultiert eine wesentliche Kraftkomponente für das Bewegen der Membran im Saughub in Richtung der Saughubposition aus dem reduzierten Fluiddruck im Arbeitsraum und der dadurch erzeugten Druckdifferenz zwischen dem Förderraum und dem Arbeitsraum. Je niedriger der im Saughub abgesenkte Druck im Arbeitsraum ist, desto größer wird diese zur Membranbewegung beitragende Druckdifferenz. Da im Förderraum der Druck im Saughub gegenüber dem Druck im Druckhub abnimmt bzw. abnehmen muss, um das Ansaugen des Fluids aus der Saugleitung zu bewirken, und die Absenkung des Drucks im Arbeitsraum zur Erzeugung einer Druckdifferenz für das Bewegen der Membran auch begrenzt ist, hat sich eine federnde Vorspannung der Membran in Richtung der Saughubposition zur Unterstützung des Saughubs als vorteilhaft, in vielen Anwendungen auch als notwendig erwiesen, um den Saughub mit ausreichender Geschwindigkeit und auch vollständig bis zur Saughubposition zu realisieren, bevor der nächste Druckhub ausgelöst wird. Bei der hydraulisch angetriebenen Membranpumpe werden somit sowohl der Druckhub als auch der Saughub durch den Druck des Hydraulikfluids im Arbeitsraum bewirkt. Die federnde Vorspannung der Membran dient dabei nur der Unterstützung des Saughubs.
Im Gegensatz dazu wird bei magnetisch angetriebenen Membranpumpen in der Regel nur der Druckhub (alternativ nur der Saughub) durch Aktivierung eines im Arbeitsraum ortsfest festgelegten Elektromagneten ausgelöst, welcher im aktivierten (bestromten) Zustand mit einem mit der Membran verbundenen ferromagnetischen Kern wechselwirkt und diesen zusammen mit der Membran in Richtung der Druckhubposition bewegt. Für die Bewegung der Membran in die entgegengesetzte Richtung, in der Regel in Richtung der Saughubposition, ist bei üblichen Magnetmembranpumpen eine federnde Vorspannung der Membran zwingend erforderlich. Die Federkraft ist die dabei die einzige Kraftkomponente für die Bewegung der Membran in die jeweilige Richtung. Bei magnetisch angetriebenen Membranpumpen ist es auch nicht erforderlich, dass der Arbeitsraum fluiddicht ausgebildet ist.
Bei bekannten Membranpumpen, sowohl hydraulisch als auch magnetisch angetriebenen Membranpumpen, wird die federnde Vorspannung der Membran dadurch realisiert, dass arbeitsraumseitig eine mittig zur Membran und senkrecht zur Membranebene angeordnete Zugstange mit der Membran verbunden ist. Bei Membranen mit Membrankern kann die Zugstange fest mit dem Membrankern verbunden oder einstückig mit diesem ausgebildet sein. Die Zugstange ist mittels einer in der Regel als Spiralfeder ausgebildeten und koaxial um die Zugstange angeordneten Druckfeder in Richtung der Bewegung des Saughubs vorgespannt. Dabei stützt sich die Druckfeder in Richtung der Bewegung des Druckhubs an einem festen Element im Arbeitsraum ab und ist in Richtung der Bewegung des Saughubs an der Zugstange abgestützt bzw. fixiert, beispielsweise mittels einer Spannmutter, mit der eine nachträgliche Feineinstellung des Federweges und somit der Federkraft möglich ist. Dieser bei bekannten Membranpumpen übliche Aufbau erfordert aufgrund des Federaufbaus und der Charakteristika solcher Spiralfedern eine verhältnismäßig lange Zugstange und dementsprechend viel Volumen im Arbeitsraum der Membranpumpe, was eine entsprechend große Dimensionierung des Pumpengehäuses notwendig macht. Die als Spiralfeder ausgebildete Druckfeder hat jedoch den großen Vorteil, dass sich die benötigte Federcharakteristik gut auswählen und einstellen lässt und eine nachträgliche Feinjustierung möglich ist. Bei hydraulisch angetriebenen Membranpumpen wirkt sich das große Volumen im Arbeitsraum der Membranpumpe und das damit erforderliche hohe Volumen an Hydraulikfluid jedoch nachteilig auf den Wirkungsgrad der Pumpe aus. Bei magnetisch angetriebenen Membranpumpen spielt dies keine wesentliche Rolle, da kein Hydraulikfluid zum Einsatz kommt. Daher überwiegen bei der magnetisch angetriebenen Membranpumpe die Vorteile der als Spiralfeder ausgebildete Druckfeder.
Ein Problem bei hydraulisch angetriebenen Membranpumpen ist die Ansammlung von kleinen Luftblasen im Arbeitsraum während des Betriebs. Je mehr Luft sich im Arbeitsraum ansammelt, desto stärker fällt der Wirkungsgrad der hydraulisch angetriebenen Membranpumpen ab, da die Luft im Gegensatz zum Hydraulikfluid unter den hohen Drücken stark komprimiert wird, was wiederum dem schnellen Druckaufbau im Arbeitsraum im Druckhub entgegenwirkt. Die nachteiligen Auswirkungen der Ansammlung von Luft im Arbeitsraum sind umso größer je grö-ßer das Volumen im Arbeitsraum ist. Bei magnetisch angetriebenen Membranpumpen hat das Vorhandensein von Luft im Arbeitsraum hingegen keine nachteiligen Auswirkungen, da Druck- und Saughub nicht durch oszillierenden Druck mittels Hydraulikfluid bewirkt werden, sondern durch die elektromagnetische Kraft einerseits und die rückstellende Federkraft andererseits. In der Regel braucht der Arbeitsraum von magnetisch angetriebenen Membranpumpen daher auch nicht gegen das Eindringen von Luft abgedichtet zu sein.
Da sich bei hydraulisch angetriebenen Membranpumpen das Eindringen von Luft in den Arbeitsraum aufgrund der oszillierenden Kolbenbewegung auf Dauer nicht gänzlich vermeiden lässt, sind bei hydraulisch angetriebenen Membranpumpen am Arbeitsraum Entlüftungsbohrungen vorgesehen, durch welche in den Arbeitsraum eingedrungene Luft wieder abgeführt wird. Eine Schwierigkeit besteht darin, die Luftbläschen innerhalb des Arbeitsraums den Entlüftungsbohrungen effizient und zielgerichtet zuzuführen, damit diese schnell abgeleitet werden können. Häufig sammeln sich die Luftbläschen an der als Spiralfeder ausgebildete Druckfeder an. Das große Volumen im Arbeitsraum und die zentrale Anordnung der Druckfeder erschweren das effiziente und zielgerichtete Ausleiten der Luftbläschen.
AUFGABE DER ERFINDUNG
Ausgehend von dem beschriebenen Stand der Technik war es daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine hydraulisch angetriebene Membranpumpe der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, welche die Nachteile des Standes der Technik überwindet und insbesondere einen verbesserten Wirkungsgrad erlaubt.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine hydraulisch angetriebene Membranpumpe zum Fördern eines Fluids mit einem Förderraum, einem Arbeitsraum und einer Fördermembran, welche den Förderraum und den Arbeitsraum fluiddicht voneinander trennt, sowie mit einer Einrichtung zum Hin- und Herbewegen der Membran zwischen einer Saughubposition und einer Druckhubposition,
wobei der Förderraum wenigstens einen Sauganschluss aufweist, durch welchen das zu fördernde Fluid im Saughub in den Förderraum angesaugt wird, und wenigstens einen Druckanschluss aufweist, durch welchen das zu fördernde Fluid im Druckhub aus dem Förderraum ausgestoßen wird,
wobei die Membran arbeitsraumseitig mit einer Zugstange verbunden ist, welche in Richtung der Bewegung des Saughubs federnd vorgespannt ist, wenn die Membran in der Druckhubposition ist,
wobei die Membranpumpe für die federnde Vorspannung der Zugstange im Arbeitsraum eine Blattfeder-Führungsscheibe aufweist, welche senkrecht zur Richtung der Bewegung des Saughubs angeordnet ist,
wobei die Blattfeder-Führungsscheibe einen sich vom ihrem Umfangsrand in Richtung der Zugstange erstreckenden Randbereich aufweist, der wenigstens abschnittsweise ortsfest im Arbeitsraum festgelegt ist, und die Blattfeder-Führungsscheibe mehrere sich vom Randbereich aus bis zur Zugstange erstreckende Blattfederabschnitte aufweist, welche entfernt vom Randbereich der Blattfeder-Führungsscheibe mit der Zugstange in Eingriff oder an dieser festgelegt sind.
Wenn hierin von einer Anordnung der Blattfeder-Führungsscheibe senkrecht zur Richtung der Bewegung des Saughubs die Rede ist, so beschreibt dies die Anordnung einer gedachten Ebene durch wenigstens drei Punkte am Umfangsrand der Blattfeder-Führungsscheibe und schließt nicht aus, dass die Blattfeder-Führungsscheibe insgesamt auch gekrümmte oder anderweitig profilierte Abschnitte aufweisen kann, soweit die hierin beschriebene Funktion der Blattfeder-Führungsscheibe gewährleistet bleibt.
Die vorliegende Erfindung hat gegenüber bekannten hydraulisch angetriebenen Membranpumpen bzw. Membrandosierpumpen wesentliche Vorteile. Die erfindungsgemäße Blattfeder-Führungsscheibe ersetzt die im Stand der Technik eingesetzte Spiralfeder für eine Vorspannung der Membran in Richtung der Bewegung des Saughubs. Gleichzeitig ist sie geeignet, die Führung der Zugstange ohne eine aufwendige Lagerung zu gewährleisten. Durch die Anordnung der Blattfeder-Führungsscheibe senkrecht zur Richtung der Bewegung des Saughubs erfordert sie wesentlich weniger Raum in Hubrichtung. Darüber hinaus kann die Zugstange wesentlich kürzer ausgelegt sein als bei bekannten Membranpumpen, sodass der Arbeitsraum mit insgesamt weniger Volumen ausgebildet sein kann. Dadurch ist eine kleinere Baugröße der Pumpe möglich. Zudem wird durch das geringere Volumen des Arbeitsraums ein höherer Wirkungsgrad der Pumpe erzielt. Die Pumpe kann in einem größeren Leistungsbereich eingesetzt werden, und es sind kleine Fördervolumina unter hohem Druck möglich. Das geringere Volumen des Arbeitsraums erlaubt zudem ein effizienteres und zielgerichtetes Entlüften der Hydraulik. Die Anordnung der erfindungsgemäßen Blattfeder-Führungsscheibe senkrecht zur Hubrichtung im Arbeitsraum verbessert die Abführung von Luftbläschen zu der oder den Entlüftungsbohrungen, die sich zwangsläufig im Betrieb der hydraulisch angetriebenen Membranpumpe im Arbeitsraum im Hydraulikfluid ansammeln.
Zweckmäßigerweise ist eine oder sind mehrere Entlüftungsbohrungen auf der der Membran abgewandten Seite der Blattfeder-Führungsscheibe in der Wand des Arbeitsraums angeordnet. Es hat sich gezeigt, dass durch diese Anordnung der Entlüftungsbohrungen in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Blattfeder-Führungsscheibe eine besonders effiziente und zielgerichtete Abführung von Luftbläschen aus dem Arbeitsraum gewährleistet. Es wird angenommen, dass die Blattfeder-Führungsscheibe bei dieser Anordnung zum Transport der Luftbläschen zu den Entlüftungsbohrungen beiträgt.
Senkrecht zur Hubrichtung ist die erfindungsgemäße Blattfeder-Führungsscheibe vorzugsweise nicht größer als der Außendurchmesser der Membran, so dass durch die erfindungsgemäße Blattfeder-Führungsscheibe die Abmessungen des Pumpenkopfs in dieser Dimension senkrecht zur Hubrichtung nicht nachteilig beeinflusst werden.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Blattfeder-Führungsscheibe ist, dass die bei bekannten Membranpumpen erforderliche und konstruktiv aufwendige Lagerung der Zugstange entfallen kann. Durch die Anordnung der Blattfeder-Führungsscheibe und den Eingriff oder die Festlegung der Blattfederabschnitte an der Zugstange kann die Zugstange ohne zusätzliches Lager zentriert und in Richtung der Bewegung des Saughubs vorgespannt und geführt werden. Im Druckhub wird die Membran in Richtung der Druckhubposition bewegt, wobei sie die Zugstange mitnimmt und diese wiederum die mit der Zugstange in Eingriff befindlichen oder daran festgelegten Enden der Blattfederabschnitte der Blattfeder-Führungsscheibe mitführt und in Richtung der Bewegung des Saughubs vorspannt. Durch den Wegfall der aufwendigen Lagerung benötigt die Pumpe auch weniger Öl zum Schmieren der Lagerung und der darin geführten Zugstange.
Die erfindungsgemäße hydraulisch angetriebene Membranpumpe erlaubt zudem eine günstigere Herstellung, da bei bekannten hydraulisch angetriebenen Membranpumpen erforderliche Bauteile entfallen, wie solche für die Lagerung der Zugstange, oder Bauteile kleiner bzw. kürzer ausgebildet sein können und daher weniger Materialaufwand erfordern, wie beispielsweise die Zugstange. Durch den erfindungsgemäßen Aufbau der Membranpumpe entfällt nicht nur die aufwendige Lagerung der Zugstange, sondern die Membranpumpe ist insgesamt auch weniger fehler- und ausfallanfällig.
Zweckmäßigerweise ist die Membran der erfindungsgemäßen Membranpumpe mit im Wesentlichen kreisförmigem Umfang ausgebildet und die Zugstange erstreckt sich koaxial zu der durch den Mittelpunkt der Membran und senkrecht zu dieser verlaufenden Achse im Arbeitsraum.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Blattfeder-Führungsscheibe kreisscheibenförmig ausgebildet und die Blattfederabschnitte erstrecken sich vom Randbereich in radialer Richtung zur Zugstange hin und sind mit ihren vom Randbereich in radialer Richtung entfernten Enden mit der Zugstange in Eingriff oder an dieser festgelegt. Beispiele dieser besonders bevorzugten Ausführungsform sind in den anhängenden 5 und 6 gezeigt. Die sich vom Randbereich der Blattfeder-Führungsscheibe aus radial nach Innen zur Zugstange hin erstreckenden Blattfederabschnitte sind durch Ausnehmungen definiert bzw. begrenzt und voneinander getrennt, welche sich zwischen den Blattfederabschnitten ebenfalls vom Randbereich der Blattfeder-Führungsscheibe zwischen den Blattfederabschnitten zur Zugstange hin erstrecken. Die Form der sich in radialer Richtung zur Zugstange hin ersteckenden Blattfederabschnitte bzw. der Ausnehmungen ist variierbar und erlaubt durch Anpassung ihrer Form eine nahezu uneingeschränkte Festlegung der Eigenschaften der Blattfeder-Führungsscheiben hinsichtlich der Federcharakteristika an unterschiedliche räumliche Vorgaben und an das Material der Blattfeder-Führungsscheibe.
Der besondere Vorteil dieser Ausführungsform der erfindungsgemäßen Blattfeder-Führungsscheibe ist, dass sie eine besonders effiziente und zielgerichtete Abführung von Luftbläschen aus dem Arbeitsraum gewährleistet. Es wird angenommen, dass Luftbläschen besonders effizient an den sich radial erstreckenden Blattfederabschnitten und Ausnehmungen transportiert und den Entlüftungsbohrungen zugeführt werden können.
Die Anzahl der sich radial vom Randbereich aus zur Zugstange hin erstreckenden Blattfederabschnitte ist grundsätzlich nicht beschränkt und nach den Anforderungen an die Federcharakteristika zu wählen. Es hat sich jedoch insbesondere für eine gute Zentrierung und Führung der Zugstange als vorteilhaft erwiesen, wenn die Blattfeder-Führungsscheibe 4 bis 13 oder 5 bis 11 oder 6 bis 9 sich vom Randbereich aus zur Zugstange hin erstreckende Blattfederabschnitte aufweist.
In alternativen Ausführungsformen der Erfindung ist die Blattfeder-Führungsscheibe ebenfalls kreisscheibenförmig ausgebildet, jedoch können sich die Blattfederabschnitte vom Randbereich aus auch auf einer gebogenen, gekrümmten oder spiralförmigen Bahn zur Zugstange hin erstecken und sind mit ihren vom Randbereich entfernten Enden mit der Zugstange in Eingriff oder an dieser festgelegt. Auch durch diese Ausführungsform wird ein geringes Volumen im Arbeitsraum möglich, allerdings wurde bei diesen Ausführungsformen ein nicht so überragender Transport von Luftbläschen zu den Entlüftungsbohrungen wie bei der Ausführungsform mit sich radial vom Randbereich aus zur Zugstange hin erstreckenden Blattfederabschnitten beobachtet.
Zweckmäßigerweise weist die Blattfeder-Führungsscheibe mittig, d. h. um ihren Mittelpunkt herum, eine Durchbrechung auf, vorzugsweise eine kreisscheibenförmige oder polygonale Durchbrechung, welche von den freien Enden der Blattfederabschnitte der Blattfeder-Führungsscheibe begrenzt wird und durch welche die Zugstange hindurchgeführt ist. Wenn davon die Rede ist, dass die freien Enden der Blattfederabschnitte der Blattfeder-Führungsscheibe die Durchbrechung begrenzen, so bedeutet dies nicht zwingend, dass die Enden der Blattfederabschnitte den gesamten Umfang der Durchbrechung definieren, sondern dass sie zumindest an einem Rand der Durchbrechung enden. Die freien Enden der Blattfederabschnitte können auch in Richtung der Durchbrechung bzw. des Mittelpunkts der Blattfeder-Führungsscheibe gekrümmt verlaufen, beispielsweise konvex gekrümmt, sodass die Durchbrechung zwar im Wesentlichen kreisscheibenförmig oder polygonal ausgebildet ist, jedoch mit Ausnehmungen, die sich von der Kreisscheibenform oder polygonalen Form ausgehend radial auswärts erstrecken.
Vom Randbereich der Blattfeder-Führungsscheibe erstrecken sich mehrere Blattfederabschnitte nach Innen bis zur Zugstange und sind mit dieser in Eingriff oder in Anlage. Daher weist die Zugstange zweckmäßigerweise eine oder mehrere Ausnehmungen oder Anlageflächen für einen Eingriff oder eine Anlage mit den Blattfederabschnitten der Blattfeder-Führungsscheibe auf.
Zweckmäßigerweise weist die Zugstange einen Abschnitt, vorzugsweise einen zylindrischen Abschnitt auf, der durch die mittige Durchbrechung in der Blattfeder-Führungsscheibe hindurchgeführt ist. In einer Ausführungsform schließt sich an diesen Abschnitt der Zugstange auf der der Membran abgewandten Seite der Blattfeder-Führungsscheibe eine sich radial auswärts erstreckende Erweiterung an mit einer Anlagefläche für eine membranseitige Anlage der dem Randbereich gegenüberliegenden freien Enden jedes der Blattfederabschnitte. Im Druckhub der Membranpumpe, wenn sich die Membran in Richtung der Druckhubposition bewegt, nimmt sie die fest mit der Membran verbundene Zugstange und die damit in Eingriff oder Anlage befindlichen freien Enden der Blattfederabschnitte mit, wobei die Blattfederabschnitte in Richtung der Membran gebogen werden und eine federnde Vorspannung der Membran bzw. der Zugstange in Saughubrichtung bewirkt wird.
Zweckmäßigerweise ist die Anlagefläche bzw. sind die Anlageflächen an der Zugstange und die daran anliegenden freien Enden jedes der Blattfederabschnitte so ausgebildet, aufeinander abgestimmt und angeordnet, dass die anliegenden Enden der Blattfederabschnitte bei der Bewegung der Zugstange im Saug- und Druckhub an der Anlagefläche entlanggleiten können, ohne dabei außer Eingriff mit der Zugstange zu kommen, da sich die Erstreckung der Blattfederabschnitte in radialer Richtung vom Randbereich aus beim Verbiegen der Blattfederabschnitte in Hubrichtung verändert. Beispielsweise ist bei einer durchgehend ebenen Blattfeder-Führungsscheibe die radiale Erstreckung der Blattfederabschnitte am größten, wenn die Blattfederabschnitte gerade verlaufen, d. h. im nicht vorgespannten Zustand, während sich die freien Enden der Blattfederabschnitte beim Verbiegen zum Erreichen der Vorspannung von der Mittelachse der Zugstange entfernen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Blattfeder-Führungsscheibe aus Federstahl hergestellt. Alternative geeignete Materialien sind jedoch von der Erfindung umfasst.
FIGUREN
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung einer erfindungsgemäßen Ausführungsform und der dazugehörigen Figuren deutlich. In den Figuren sind gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

1 zeigt in der oberen Darstellung eine aufgebrochene Ansicht von der Seite und in der unteren Darstellung eine aufgebrochene Ansicht von oben einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen hydraulischen Membrandosierpumpe mit der Membran in Saughubposition.
2 zeigt eine vergrößerte Darstellung des in 1 in der oberen Darstellung unterbrochen umrahmten Ausschnitts.
3 zeigt in der oberen Darstellung eine aufgebrochene Ansicht von der Seite und in der unteren Darstellung eine aufgebrochene Ansicht von oben einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen hydraulischen Membrandosierpumpe gemäß 1 mit der Membran in Druckhubposition.
4 zeigt eine vergrößerte Darstellung des in 3 in der oberen Darstellung unterbrochen umrahmten Ausschnitts.
5 zeigt eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Blattfeder-Führungsscheibe, wie sie in der erfindungsgemäßen hydraulischen Membrandosierpumpe gemäß 1 eingesetzt ist.
6 zeigt eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Blattfeder-Führungsscheibe, wie sie in der erfindungsgemäßen hydraulischen Membrandosierpumpe einsetzbar ist.

Die 1 und 3 zeigen jeweils in der oberen Darstellung eine aufgebrochene Ansicht von der Seite und in der unteren Darstellung eine aufgebrochene Ansicht von oben einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen hydraulisch angetriebenen Membranpumpe 1 zum Fördern eines Fluids (Membrandosierpumpe) mit der Membran in Saughubposition (1) bzw. in Druckhubposition (3), und die 2 und 4 zeigen jeweils vergrößerte Darstellungen der in 1 bzw. 3 unterbrochen umrahmten Ausschnitte. Die Membranpumpe 1 weist einen Förderraum 2 und einen Arbeitsraum 3 sowie einer Membran 4 (Fördermembran) aus einem flexiblen Material auf, welche in der Draufsicht im Wesentlichen kreisscheibenförmig ausgebildet ist und an ihrem Umfangsrand im Gehäuse des Pumpenkopfs derart festgeklemmt ist, dass sie die Kavitäten des Förderraums 2 und des Arbeitsraums 3 fluiddicht voneinander trennt.
In der Mitte der flexiblen Membran 4 ist eine Öffnung vorgesehen, durch die sich ein Membrankern 5 vom Förderraum 2 in den Arbeitsraum 3 erstreckt und die Ränder der Öffnung in der Membran 4 fluiddicht einklemmt. Ein Abschnitt des Membrankerns 5 erstreckt sich im Arbeitsraum in Hubrichtung der Membran koaxial zu der durch den Mittelpunkt der Membran und senkrecht zu dieser verlaufenden Achse. An diesem Abschnitt des Membrankerns 5 ist in dieser Ausführungsform die Zugstange 6 festgelegt und erstreckt sich ebenfalls in Hubrichtung der Membran.
Der Förderraum 2 der Membranpumpe 1 weist wenigstens einen Sauganschluss 7 auf, durch welchen das zu fördernde Fluid im Saughub aus einer Saugleitung in den Förderraum angesaugt wird, und wenigstens einen Druckanschluss 8, durch welchen das zu fördernde Fluid durch eine Druckleitung im Druckhub ausgestoßen wird. Sauganschluss und Druckanschluss sind jeweils mit einem Rückschlagventil verbunden, wobei im Saughub das Rückschlagventil am Sauganschluss geöffnet und am Druckanschluss geschlossen wird und umgekehrt im Druckhub das Rückschlagventil am Sauganschluss geschlossen und am Druckanschluss geöffnet wird.
Im Arbeitsraum 3 befindet sich ein Hydraulikfluid, welches durch einen Hydraulikanschluss zu- und nachgeführt werden kann und welches für den Saug- und Druckhub der Membran mit Hilfe des hin- und herbewegbaren Kolbens 10 oszillierend unter Druck gesetzt wird, um das Hin- und Herbewegen der Membran zwischen der Saughubposition und der Druckhubposition zu bewirken. Zur Auslösung des Druckhubs wird der Kolben 10 aus der in den 1 und 2 gezeigten Position, bei der sich die Membran 4 in der Saughubposition befindet, dem Arbeitsraum 3 zugeführt und dadurch der Fluidduck im Arbeitsraum 3 so weit erhöht, dass sich die Membran gegen einen Druck im Förderraum 2 und gegen eine in Richtung der Saughubposition wirkende federnde Vorspannung der Membran 4 bewegt, bis die Membran 4 die Druckhubposition erreicht hat. Die 3 und 4 zeigen die Position des dem Arbeitsraum 3 zugeführten Kolbens 10, wenn sich die Membran 4 die Druckhubposition befindet. Im Druckhub wird das Volumen im Förderraum 2 verkleinert, wodurch im Förderraum 2 befindliches Fluid über den Druckanschluss 8 in die Druckleitung ausgestoßen wird.
Im Arbeitsraum 3 der Membranpumpe 1 ist eine erfindungsgemäße Blattfeder-Führungsscheibe 12 im Wesentlichen senkrecht zur Richtung der Bewegung des Saughubs angeordnet. Die Blattfeder-Führungsscheibe 12 ist in dieser Ausführungsform kreisscheibenförmig ausgebildet, wie es in den 5 bis 8 gezeigt ist, wobei in der Ausführungsform gemäß 1 bis 4 eine Blattfeder-Führungsscheibe 12 gemäß 5 vorgesehen und im Querschnitt durch den Mittelpunkt und durch einen der Blattfederabschnitte 13 dargestellt ist. Die Blattfeder-Führungsscheibe 12 ist in dieser Ausführungsform im entspannten Zustand durchgehend eben (flach) ausgebildet. Auf der der Membran 4 abgewandten Seite der Blattfeder-Führungsscheibe 12 ist in der Wand des Arbeitsraums eine Entlüftungsbohrung 9 für die Abführung von Luftbläschen aus dem Arbeitsraum angeordnet.
Die Blattfeder-Führungsscheibe 12 weist einen sich vom ihrem Umfangsrand in Richtung der Zugstange 6 erstreckenden Randbereich 14 auf, in welchem keine Ausnehmungen 15 vorgesehen sind. Zur Festlegung der Blattfeder-Führungsscheibe 12 im Arbeitsraum ist der Randbereich 14 in der vorliegenden Ausführungsform zwischen einer Fläche an der Stützscheibe 11 und einer entsprechenden Gegenfläche festgeklemmt, wobei andere Festlegungen ebenfalls möglich sind und im Können des Fachmanns liegen.
Vom Randbereich 14 der Blattfeder-Führungsscheibe 12 erstrecken sich mehrere Blattfederabschnitte 13 radial nach Innen bis zur Zugstange und sind mit dieser in Eingriff. In der in den 1 bis 4 gezeigten Ausführungsform weist die Zugstange einen zylindrischen Abschnitt 6' auf, der durch eine kreisscheibenförmige Durchbrechung 16, wie sie in 5 gezeigt ist, hindurchgeführt ist. Auf der der Membran 4 abgewandten Seite der Blattfeder-Führungsscheibe 12 ist an der Zugstange 6 eine sich radial auswärts erstreckende Erweiterung vorgesehen mit einer Anlagefläche 6" für einen Eingriff den dem Randbereich 14 gegenüberliegenden freien Enden jedes der Blattfederabschnitte 13 durch membranseitige Anlage. Im Druckhub wird die Membran 4 in Richtung der Druckhubposition bewegt, nimmt dabei die fest mit der Membran verbundene Zugstange 6 und die damit in Eingriff befindlichen freien Enden der Blattfederabschnitte 13 mit unter Erzeugung einer federnden Vorspannung in Saughubrichtung zur Unterstützung des Saughubs.
Zweckmäßigerweise sind die Anlagefläche 6" an der Zugstange 6 und die daran anliegenden freien Enden jedes der Blattfederabschnitte 13 so ausgebildet, aufeinander abgestimmt und angeordnet, dass die anliegenden Enden der Blattfederabschnitte 13 bei der Bewegung der Zugstange 6 im Saug- und Druckhub an der Anlagefläche 6" entlanggleiten können, ohne dabei außer Eingriff mit der Zugstange 6 zu kommen, da sich die Erstreckung der Blattfederabschnitte 13 in radialer Richtung vom Randbereich 14 aus beim Verbiegen der Blattfederabschnitte 13 in Hubrichtung verändert, wie oben beschrieben.
Alternativ können die freien Enden der Blattfederabschnitte 13 der Blattfeder-Führungsscheibe 12 auch stirnseitig der Zugstange 6 mit dieser in Eingriff oder an dieser festgelegt sein, ohne dass die Zugstange 6 abschnittsweise durch die Blattfeder-Führungsscheibe hindurchgeführt ist, wobei ein Ausgleich der Erstreckung der Blattfederabschnitte 13 in radialer Richtung beim Verbiegen der Blattfederabschnitte 13 vorzusehen ist.
Die 5 und 6 zeigen zwei Ausführungsformen erfindungsgemäß geeigneter Blattfeder-Führungsscheiben 12 in der Draufsicht. Einander entsprechende Abschnitte und Elemente der dargestellten Blattfeder-Führungsscheiben sind mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet, auch wenn sie unterschiedlich ausgeformt sein können.
Die in den 5 und 6 gezeigten Blattfeder-Führungsscheiben 12 sind zweckmäßigerweise aus Federstahl hergestellt und kreisscheibenförmig ausgebildet. Sie weisen um ihren Mittelpunkt herum eine kreisscheibenförmige Durchbrechung 16 für das Hindurchführen der Zugstange 6 auf. Es versteht sich, dass die Durchbrechung 16 in der Mitte der Blattfeder-Führungsscheibe 12 auch eine andere Form haben kann, beispielsweise polygonal, wie dreieckig, viereckig oder mehreckig oder auch oval etc. Zweckmäßigerweise, aber nicht zwingend, ist die Form der Durchbrechung 16 der Querschnittsform des durch die Durchbrechung hindurchgeführten Abschnitts der Zugstange 6 angepasst.
Die erfindungsgemäßen Blattfeder-Führungsscheiben 12 der 5 und 6 weisen von ihrem Umfangsrand ausgehend einen Randbereich 14 auf, der für die Festlegung der Blattfeder-Führungsscheiben 12 im Arbeitsraum der Membranpumpe vorgesehen und dimensioniert ist, wobei die Festlegung im Arbeitsraum vorzugsweise durch Klemmen zwischen zwei Klemmflächen erfolgt. Es sind jedoch auch andere Festlegungen möglich und von der vorliegenden Erfindung umfasst, wie eine Festlegung durch Kleben, Schweißen, Verschrauben, Nieten etc. oder Kombinationen davon.
Vom Randbereich 14 der Blattfeder-Führungsscheiben 12 der 5 und 6 erstrecken sich mehrere Blattfederabschnitte 13 in radialer Richtung zur Mitte der Zugstange hin bis zur Durchbrechung 16. Ausgehend vom Randbereich 14 sind die Blattfederabschnitte 13 durch Ausnehmungen 15 begrenzt und voneinander getrennt. Die Form der sich radial erstreckenden Blattfederabschnitte 13 bzw. Ausnehmungen 15 ist in weiten Grenzen variierbar und erlaubt eine nahezu uneingeschränkte Anpassung der Eigenschaften der Blattfeder-Führungsscheiben 12 hinsichtlich der Federcharakteristika an unterschiedliche räumliche Vorgaben und an das Material der Blattfeder-Führungsscheibe. In der Ausführung der Blattfeder-Führungsscheibe 12 gemäß 5 sind die Ausnehmungen als schmale Schlitze ausgebildet und die sich radial vom Randbereich 14 erstreckenden Blattfederabschnitte 13 haben eine zur Mitte hin schmaler werdende Dreiecksform. Bei der Ausführung gemäß 6 sind die Ausnehmungen 15 am Randbereich 14 der Blattfeder-Führungsscheibe 12 breiter und verjüngen sich zur Mitte der Blattfeder-Führungsscheibe 12 hin.
Für Zwecke der ursprünglichen Offenbarung wird darauf hingewiesen, dass sämtliche Merkmale, wie sie sich aus der vorliegenden Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen für einen Fachmann erschließen, auch wenn sie konkret nur im Zusammenhang mit bestimmten weiteren Merkmalen beschrieben wurden, sowohl einzeln als auch in beliebigen Zusammenstellungen mit anderen der hier offenbarten Merkmale oder Merkmalsgruppen kombinierbar sind, soweit es nicht ausdrücklich ausgeschlossen wurde oder technische Gegebenheiten derartige Kombinationen unmöglich oder sinnlos machen. Auf die umfassende, explizite Darstellung sämtlicher denkbarer Merkmalskombinationen wird hier nur der Kürze und der Lesbarkeit der Beschreibung wegen verzichtet.
Während die Erfindung im Detail in den Zeichnungen und der vorangehenden Beschreibung dargestellt und beschrieben wurde, erfolgt diese Darstellungsbeschreibung lediglich beispielhaft und ist nicht als Beschränkung des Schutzbereichs gedacht, so wie er durch die Ansprüche definiert wird. Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt.
Abwandlungen der offenbarten Ausführungsformen sind für den Fachmann aus den Zeichnungen, der Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen offensichtlich. In den Ansprüchen schließt das Wort „aufweisen“ nicht andere Elemente aus, und der unbestimmte Artikel „eine“ oder „ein“ schließt eine Mehrzahl nicht aus. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Merkmale in unterschiedlichen Ansprüchen beansprucht sind, schließt ihre Kombination nicht aus.
BEZUGSZEICHENLISTE

1: Membranpumpe
2: Förderraum
3: Arbeitsraum
4: Membran
5: Membrankern
6: Zugstange
6': zylindrischer Abschnitt der Zugstange
6": Anlagefläche für Blattfederabschnitte der Blattfeder-Führungsscheibe
7: Sauganschluss
8: Druckanschluss
9: Entlüftungsbohrung
10: Kolben
11: Stützscheibe
12: Blattfeder-Führungsscheibe
13: Blattfederabschnitt
14: Randbereich der Blattfeder-Führungsscheibe
15: Ausnehmungen zwischen Blattfederabschnitten
16: Durchbrechung um Mittelpunkt der Blattfeder-Führungsscheibe

Claims

Hydraulisch angetriebene Membranpumpe (1) zum Fördern eines Fluids mit einem Förderraum (2), einem Arbeitsraum (3) und einer Membran (4), welche den Förderraum (2) und den Arbeitsraum (3) fluiddicht voneinander trennt, sowie mit einer Einrichtung zum Hin- und Herbewegen der Membran zwischen einer Saughubposition und einer Druckhubposition, wobei der Förderraum (2) wenigstens einen Sauganschluss (7) aufweist, durch welchen das zu fördernde Fluid im Saughub in den Förderraum (2) angesaugt wird, und wenigstens einen Druckanschluss (8) aufweist, durch welchen das zu fördernde Fluid im Druckhub aus dem Förderraum (2) ausgestoßen wird, wobei die Membran (4) arbeitsraumseitig mit einer Zugstange (6) verbunden ist, welche in Richtung der Bewegung des Saughubs federnd vorgespannt ist, wenn die Membran (4) in der Druckhubposition ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Membranpumpe (1) für die federnde Vorspannung der Zugstange (6) im Arbeitsraum (3) eine Blattfeder-Führungsscheibe (12) aufweist, welche senkrecht zur Richtung der Bewegung des Saughubs angeordnet ist, wobei die Blattfeder-Führungsscheibe (12) einen sich vom ihrem Umfangsrand in Richtung der Zugstange erstreckenden Randbereich (14) aufweist, der wenigstens abschnittsweise ortsfest im Arbeitsraum (3) festgelegt ist, und die Blattfeder-Führungsscheibe (12) mehrere sich vom Randbereich aus bis zur Zugstange (6) erstreckende Blattfederabschnitte (13) aufweist, welche entfernt vom Randbereich der Blattfeder-Führungsscheibe (12) mit der Zugstange (6) in Eingriff oder an dieser festgelegt sind.
Hydraulisch angetriebene Membranpumpe nach Anspruch 1, wobei die Membran (4) mit im Wesentlichen kreisförmigem Umfang ausgebildet ist und sich die Zugstange (6) koaxial zu der durch den Mittelpunkt der Membran und senkrecht zu dieser verlaufenden Achse im Arbeitsraum (3) erstreckt.
Hydraulisch angetriebene Membranpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Blattfeder-Führungsscheibe (12) kreisscheibenförmig ausgebildet ist und sich die Blattfederabschnitte (13) vom Randbereich in radialer Richtung zur Zugstange (6) hin erstrecken und mit ihren vom Randbereich in radialer Richtung entfernten Enden mit der Zugstange (6) in Eingriff oder an dieser festgelegt sind.
Hydraulisch angetriebene Membranpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zugstange (6) weiterhin eine oder mehrere Ausnehmungen oder Anlageflächen (6") für einen Eingriff oder eine Anlage mit den Blattfederabschnitten (13) der Blattfeder-Führungsscheibe (12) aufweist.
Hydraulisch angetriebene Membranpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Blattfeder-Führungsscheibe (12) um ihren Mittelpunkt herum eine Durchbrechung (16) aufweist, vorzugsweise eine kreisscheibenförmige oder polygonale Durchbrechung, welche von den Blattfederabschnitten (13) der Blattfeder-Führungsscheibe (12) begrenzt wird und durch welche die Zugstange (4) hindurchgeführt ist.
Hydraulisch angetriebene Membranpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Blattfeder-Führungsscheibe (12) 4 bis 13 oder 5 bis 11 oder 6 bis 9 sich vom Randbereich aus zur Zugstange hin erstreckende Blattfederabschnitte (13) aufweist.
Hydraulisch angetriebene Membranpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigsten eine Entlüftungsbohrung (9) auf der der Membran abgewandten Seite der Blattfeder-Führungsscheibe in der Wand des Arbeitsraums ausgebildet ist.
Hydraulisch angetriebene Membranpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen den Blattfederabschnitten (13) der Blattfeder-Führungsscheibe (12) Ausnehmungen (15) vorgesehen sind, welche sich vom Randbereich der Blattfeder-Führungsscheibe (12) zwischen den Blattfederabschnitten (13) zur Zugstange (6) hin erstrecken.
Hydraulisch angetriebene Membranpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Blattfeder-Führungsscheibe (12) aus Federstahl hergestellt ist.