DE4119228C2 - Membranpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Membranpumpe nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Eine derartige Membranpumpe ist bereits aus DE-OS 22 11 096 bekannt. Die im Pumpengehäuse dieser Pumpe umfangsseitig eingespannte Arbeitsmembran dient als Förderelement, das mittels eines über einen Kurbeltrieb angetriebenen Pleuels oszillierend bewegbar ist. Diese Membranpumpen haben sich vor allem deshalb in der Praxis bewährt, da die in der oberen Totpunktstellung an die benachbarte Pumpraumwand angepaßte Membran-Oberseite in Verbindung mit dem formstabilen Zentralbereich einen besonders kleinen Totraum ermöglicht. Nachteilig ist bei diesen vorbekannten Pumpen jedoch, daß die der Arbeitsmembran vom Pleuel aufgezwungene Oszillation eine gewisse Geräuschentwicklung verursacht, die von den im Umfeld der Membranpumpe tätigen Personen als störend empfunden werden kann.

Insbesondere durch den während des Ansaug- und Verdichtungsvorganges auftretenden Druckwechsel kann die Arbeitsmembran in Eigenschwingungen versetzt werden, die eine erhebliche Geräuschemission zur Folge haben.

Wird beispielsweise während des Arbeitshubes einer Membranpumpe in deren Arbeitsraum ein Vakuum erzeugt, so beult die zumindest in ihrem Randbereich dünnwandig ausgebildete Arbeitsmembran in den Arbeitsraum aus, da dort ein gegenüber dem die Pumpe umgebenden Atmosphärendruck niedrigerer Innendruck herrscht. Demgegenüber wird bei einem Verdichtungshub der Membranpumpe das Fördermedium im Arbeitsraum zumindest geringfügig über Atmosphärendruck verdichtet, so daß der dabei entstehende Überdruck die Arbeitsmembran in die entgegengesetzte Richtung zum Pleuel oder Kurbelraum hin ausbeult.

Um die mit dieser Eigenschwingung der Arbeitsmembran verbundenen und in der Umgebung der Membranpumpe wahrnehmbaren Geräusche zu reduzieren, hat man bereits eine Membranpumpe geschaffen, die auf der dem Arbeitsraum abgewandten Seite der Arbeitsmembran eine Geräuschdämpfungs-Einrichtung hat (vgl. DE-OS 38 38 141). Diese Geräuschdämpfungs-Einrichtung weist eine zusätzliche, vom Pleuel durchsetzte elastische Membran auf, die die von der Arbeitsmembran ausgehenden Geräusche nach außen hin abschirmt. Da diese zusätzliche Membran unter einer Vorspannung steht, gehen von ihr zumindest geringere geräuschrelevante Schwingungen aus.

Diese vorbekannte Membranpumpe hat sich in der Praxis bewährt, jedoch ist mit der zusätzlichen Membran sowie der Durchführung des Pleuels durch diese Membran ein nicht unwesentlicher Aufwand in Konstruktion und Herstellung verbunden. Insbesondere aber ist eine solche zusätzliche, als Geräuschabschirmung dienende Membran beispielsweise bei Formmembranpumpen nur schwer zu realisieren, bei denen das Pleuel in die Arbeitsmembran fest integriert, beispielsweise einvulkanisiert ist.

Aus DE-OS 26 18 786 kennt man auch bereits eine Membranpumpe, bei der an der dem Pumpraum abgewandten Seite der Membran zur Unterstützung der Membran ein elastischer Körper vorgesehen ist, der im Verlauf des Druckhubes mittels einer mit dem Pleuel verbundene Mitnehmerscheibe mitnehmbar ist. Nachteilig ist dabei jedoch, daß die bei jedem Arbeitshub an dem elastischen Körper anschlagende Mitnehmerscheibe eine zusätzliche Geräuschbildung verursacht.

Es besteht daher die Aufgabe, die von der Arbeitsmembran ausgehenden Geräusche auf konstruktiv verhältnismäßig einfache und robuste Art zu verhindern oder weitestgehend zu vermindern, wobei aber die gute Formanpassung der Membran- Oberseite an die Pumpraumwand zur Vermeidung von schädlichem Totraum erhalten und eine Geräuschbildung durch eine neuzuschaffende Geräusch-Dämpfungseinrichtung weitgehend vermieden werden soll.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß in den Merkmalen des Anspruches 1.

Durch die die Arbeitsmembran auf ihrer dem Arbeitsraum abgewandten Seite beaufschlagende Dämpfungs-Einrichtung wird zumindest eine übermäßige Eigenschwingung dieser Arbeitsmembran wirkungsvoll verhindert. Wegen der Elastizität der Dämpfungs-Einrichtung setzt diese dem Pumpantrieb nur eine geringe Gegenkraft entgegen, übt aber gleichzeitig auf die Arbeitsmembran eine ausreichende Vorspannung aus, um deren druckwechselbedingtem Ausbeulen in entgegengesetzten Richtungen entgegenzuwirken. Die Geräuschemission wird somit unmittelbar an der Geräuschquelle, nämlich der Arbeitsmembran unterbunden oder zumindest reduziert, ohne daß eine zusätzliche Membran oder dergleichen Geräuschabschirmung notwendig wäre.

Zwar ist auch bei der oben beschriebenen, aus der DE-OS 38 38 141 vorbekannten Membranpumpe eine elastische Unterstützung vorgesehen, die die zusätzliche Membran derart vorspannt, daß die Eigenschwingungen dieser zusätzlichen Membran wirkungsvoll reduziert werden. Bei dieser vorbekannten Membranpumpe werden die von der Arbeitsmembran ausgehenden Geräusche jedoch nicht verhindert oder reduziert, vielmehr wird die geräuscherzeugende Arbeitsmembran nach außen hin durch eine Geräuschdämpfungs-Einrichtung abgeschirmt, die mit ihrer zusätzlich vorgesehenen Membran einen nicht unwesentlichen Mehraufwand erfordert.

Um praktisch jegliches druckwechselbedingtes Ausbeulen der Arbeitsmembran in entgegengesetzte Richtungen zu verhindern und um derartige geräuscherzeugende Eigenschwingungen der Arbeitsmembran auszuschließen, ist bei einer Weiterentwicklung gemäß der Erfindung vorgesehen, daß die von der Dämpfungs- Einrichtung auf die Membran-Ringzone aufgebrachte Vorspannung so gewählt ist, daß diese Vorspannung ggf. unter Berücksichtigung einer Eigenvorspannung der Arbeitsmembran, gleich oder größer ist als der im Arbeitsraum herrschende maximale Überdruck.

Bei einer einfachen Ausführungsform gemäß der Erfindung ist vorgesehen, daß zentrale Durchtritte (Ringöffnungen) bei der Dämpfungs-Einrichtung sowie beim Widerlager auf den zentralen Durchtritt für die Pleuelstange abgestimmt sind. Die durch die Dämpfungs-Einrichtung gebildete elastische Unterstützung kann dann als Ringscheibe ausgebildet sein, deren Ringöffnung das Pleuel durchsetzt.

Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, daß die Dämpfungs- Einrichtung aus temperaturbeständigem Material, vorzugsweise aus Schaumstoff, Gummi oder dergleichen temperaturbeständigen und schalldämpfenden Material besteht. Insbesondere eine aus Schaumstoff bestehende und die Arbeitsmembran rückseitig beaufschlagende Ringscheibe vermag die Arbeitsmembran ausreichend vorzuspannen, um geräuschbildenden Eigenschwingungen wirkungsvoll entgegenzuwirken; darüberhinaus wirkt das Schaumstoff-Material einer solchen Ringscheibe aber auch schalldämpfend und schirmt somit den den Arbeitsraum umschließenden Bereich der Membranpumpe nach außen hin ab.

Nachstehend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit seinen erfindungswesentlichen Einzelheiten anhand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigt in schematisierter Darstellung:

Fig. 1 eine Formmembranpumpe in einem Längsschnitt, deren mit einer Arbeitsmembran verbundenes Pleuel sich im Verdichtungshub befindet, und

Fig. 2 die Formmembran aus Fig. 1, wobei sich das Pleuel hier jedoch im Abwärtshub befindet.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Formmembranpumpe 1, die hier als Gaspumpe ausgebildet ist. Die Formmembranpumpe 1 hat ein Pumpengehäuse 2, das im wesentlichen aus einem Gehäusedeckel 3 sowie einem Kurbelgehäuse 4 besteht. Als Förderelement weist die Membranpumpe 1 eine Form- oder Arbeitsmembran 5 auf, die an ihrem Außenrand 6 allseitig fest im Pumpengehäuse 2 eingespannt ist. Die Formmembran 5 und das Pumpengehäuse 2 begrenzen einen Arbeitsraum 7, in den ein Einlaßkanal 8 sowie ein Auslaßkanal 9 münden. Die Arbeitsmembran 5 ist über ein an ihr angreifendes Pleuel 10 oszillierend bewegbar, das mit dem verdickten Zentralbereich 11 der Arbeitsmembran 5 fest verbunden und vorzugsweise in diesem (11) einvulkanisiert ist. Das Pleuel 10 ist seinerseits über ein an seinem der Arbeitsmembran 5 abgewandten Endbereich angreifenden Kurbeltrieb 12 bewegbar, der sich hier entgegen dem Uhrzeigersinn in Pfeilrichtung Pf 1 um die mit 13 gekennzeichnete Achse dreht. Durch die exzentrische Lagerung des Pleuels 10 am Kurbeltrieb 12 wird dieses (10) in oszillierende Auf- und Abwärtsbewegungen versetzt.

Die den Arbeitsraum begrenzende Pumpenraumwand 14 des Gehäuse­ deckels 3 ist kalotten- oder hohlkugelabschnittförmig ausgebildet; an diese Ausformung der Pumpenraumwand 14 ist der Zentralbereich 11 der Arbeitsmembran 5 formangepaßt. Da auch die äußere, demgegenüber dünnwandige Ringzone 15 der Arbeitsmembran eine zum Arbeitsraum 7 hin gewölbte Formgebung aufweist, kann sich die Arbeitsmembran 5 im oberen Totpunkt der Pleuelbewegung nahezu formschlüssig an die gegenüberliegende Pumpenraumwand 14 anlegen.

Wie aus den Fig. 1 und 2 gut erkennbar ist, weist die Mem­ branpumpe eine Geräuschdämpfungs-Einrichtung 16 auf, die mit einer elastischen Unterstützung 17 die Arbeitsmembran 5 rück­ seitig beaufschlagt. Die Unterstützung 17 ist als Ringscheibe ausgebildet, deren Ringöffnung 18 das Pleuel 10 durchsetzt und die aus einem temperaturbeständigen und schalldämpfenden Mate­ rial, vorzugsweise aus einem entsprechenden Schaumstoff-Mate­ rial, besteht. Die Unterstützung 17 ist auf einer in den Kur­ belraum 19 nach innen ragenden, ebenfalls ringförmigen Flanschplatte 20 eines Widerlagers 21 abgestützt, das mit dem Pumpengehäuse 2 verbunden ist. Dieses Widerlager 21 ist als etwa ringnapfförmiger Ringflansch 22 ausgebildet, der mit einem äußeren Flanschring 23 zwischen Gehäusedeckel 3 und Kurbelgehäuse 4 angeordnet und mit diesen (3, 4) über eine Schraubverbindung 24 verbunden ist. Zwischen dem Flanschring 23 des Ringflansches 22 und dem Gehäusedeckel 3 des Pumpengehäuses 2 ist die Arbeitsmembran 5 an ihrem äußeren Rand allseitig eingespannt. Auf der dem Arbeitsraum 7 abgewandten Seite des Ringflansches 22 ist die Flanschplatte 20 als Auflage für die elastische Unterstützung vorgesehen.

Die elastische Unterstützung 17 ist in ihrer Elastizität auf die Eigenvorspannung der Arbeitsmembran 5 und auf die im Ar­ beitsraum 7 herrschenden Druckverhältnisse abgestimmt. Dabei beaufschlagt die elastische Unterstützung 17 die Arbeitsmem­ bran 5 unter einer Vorspannung, die unter Berücksichtigung ei­ ner Eigenvorspannung der Arbeitsmembran 5 gleich oder größer ist als der im Arbeitsraum 7 herrschende maximale Überdruck.

Bei der in Fig. 1 dargestellten, dem Verdichtungshub entspre­ chenden Aufwärtsbewegung des Pleuels 10 wird das im Arbeits­ raum 7 befindliche gasförmige Fördermedium zumindest über At­ mosphärendruck verdichtet, um das im Auslaßkanal 9 angeordnete Ventil 25 überwinden zu können. Dieser im Arbeitsraum 7 herr­ schende Überdruck übt auf die dünnwandige Ringzone 15 der Ar­ beitsmembran 5 eine zum Kurbeltrieb 12 gerichtete Gegenkraft aus. Bei der in Fig. 2 dargestellten Abwärtsbewegung des Pleuels 10 wird im Arbeitsraum ein Unterdruck erzeugt, so daß das gasförmige Fördermedium über das im Einlaßkanal 8 vorgese­ hene Ventil 26 in den Arbeitsraum 7 einströmen kann. Dabei übt der im Kurbelraum 19 stets etwa vorherrschende Atmosphären­ druck wiederum eine auf die Ringzone 15 einwirkende Gegenkraft aus, die nun zum Arbeitsraum 7 gerichtet ist.

Bei vorbekannten Membranpumpen erzeugen diese auf die Arbeits­ membran 5 einwirkenden Gegenkräfte ein druckwechselabhängiges Ausbeulen in entgegengesetzten Richtungen und somit eine Eigenschwingung der Arbeitsmembran 5, die sich durch eine erhebliche Geräuschemission bemerkbar macht. Bei der hier dargestellten Membranpumpe 1 wirkt die Unterstützung 17 einer solchen Eigenschwingung der Arbeitsmembran 5 entgegen, da sie - wie die Fig. 1 und 2 zeigen -, unabhängig von den im Arbeitsraum herrschenden Druckverhältnissen und unabhängig von einer Auf- oder Abwärtsbewegung des Pleuels, stets nur eine gleichbleibende, in Richtung zum Arbeitsraum hin gewölbte Formgebung der elastischen Arbeitsmembran 5 in deren dünnwandiger Ringzone 15 zuläßt.

Da somit einer Geräuscherzeugung der Arbeitsmembran 5 wirkungsvoll entgegengewirkt wird, kann in soweit auf eine zu­ sätzliche Geräuschabschirmung verzichtet werden. Auch bei einem, beispielsweise zur besseren Kühlung freiliegenden Kur­ beltrieb 12 oder einem offenen Kurbelgehäuse 4 sind von der Arbeitsmembran 5 praktisch keine störenden Geräusche wahrnehmbar.

Erwähnt sei noch, daß die hier dargestellte Geräuschdämpfungs- Einrichtung 16 mit ihrer elastischen Unterstützung 17 auch bei anderen Membranpumpen, beispielsweise bei Doppelpumpen vorge­ sehen werden kann, bei denen der Antriebsmotor etwa zwischen den Kurbelgehäusen der entsprechenden Kurbeltriebe angeordnet ist. Besonders vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Membranpumpe als Vakuumpumpe oder als Verdichter für geringe Überdrücke einsetzbar.

Claims (4)

1. Membranpumpe (1), deren Arbeitsraum (7) von einer kalottenförmigen Pumpraumwand (14) und einer an ihrem Außenrand im Pumpengehäuse (2) eingespannten, elastischen Arbeitsmembrane (5) gebildet ist, die einen mit dem pumpraumseitigen Ende eines Pleuels (10) in Verbindung stehenden Zentralbereich (11) sowie eine sich daran radial nach Außen anschließende, gegenüber dem Zentralbereich dünnwandige Ringzone (15) hat, wobei die der Pumpraumwand (14) zugewandte Membranoberseite in der oberen Totpunktstellung der Pumpraumwand (14) formangepaßt ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf der dem Arbeitsraum (7) abgewandten Seite der Membran (5) eine als Geräuschdämpfung ausgebildete, ringförmig die Membran- Ringzone (15) untergreifende Dämpfungs-Einrichtung (16) vorgesehen ist, die sich auf ihrer der Membran (5) abgewandten Seite auf ein mit dem Pumpengehäuse (2) verbundenes Widerlager (21) abstützt, und daß die Elastizität der Dämpfungs-Einrichtung (16) auf die Eigenvorspannung der Membran (5) und die im Arbeitsraum (7) herrschenden Druckverhältnisse abgestimmt ist.

2. Membranpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Dämpfungs-Einrichtung (16) auf die Membran- Ringzone (15) aufgebrachte Vorspannung so gewählt ist, daß diese Vorspannung, gegebenenfalls unter Berücksichtigung einer Eigenvorspannung der Arbeitsmembran (5), gleich oder größer ist als der im Arbeitsraum (7) herrschende maximale Überdruck.

3. Membranpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zentrale Durchtritte (Ringöffnungen 18) bei der Dämpfungs-Einrichtung (16) sowie beim Widerlager (21) auf den zentralen Durchtritt für die Pleuelstange abgestimmt sind.

4. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Dämpfungs-Einrichtung (16) aus temperaturbeständigem Material, vorzugsweise aus Schaumstoff, Gummi oder dergleichen temperaturbeständigen und schalldämpfenden Material besteht.