DE4007932A1 - Membranpumpe mit einer formmembrane - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Membranpumpe mit einer Formmembrane entsprechend dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Membranpumpen mit Formmembranen, die in ihrem Zentralbereich verdickt sind, konzentrisch um diesen herum einen dünnen, elastischen Membran-Randbereich haben und mit ihrem Außenrand am Pumpengehäuse eingespannt sowie mittels z. B. eines einer­ seits exzentrisch gelagerten, andererseits im Zentralbereich der Membrane angreifenden Pleuels in eine obere und eine untere Membran-Totpunktstellung bewegt werden, sind bekannt. Bei solchen Membranpumpen ist die der Formmembrane zugewandte Wandung des Pumpraumes in ihrem zentralen Bereich etwa kugel­ förmig ausgebildet und die Membrane in ihrem zugehörigen Zen­ tralbereich bezüglich ihrer Oberseite geometrisch an diesen kugeligen Pumpraumbereich angepaßt, so daß die Membrane sich mit ihrer Oberseite in der oberen Totpunktlage zumindest in ihrem Zentralbereich wenigstens nahezu vollständig an die Wan­ dung des Pumpraumes anschmiegt. Dadurch kann der bei jedem Ar­ beitshub auftretende Totraum solcher Pumpen verhältnismäßig kleingehalten werden. Sie werden deshalb auch als Vakuumpumpen herangezogen.

Derartige Pumpen haben jedoch noch erhebliche Nachteile. So kann man mit ihnen kein sehr hohes Vakuum erzeugen. Ein Grund dafür ist, daß der dünne, elastische Randbereich der Formmem­ brane, der sich beim Ausschub-Hub zuletzt der Pumpraumwand nähert, verhältnismäßig leicht in Richtung des Kurbegehäuses ausbiegen kann. Dadurch wird der schädliche Raum der Membran­ pumpe beim Ausschub-Hub noch verhältnismäßig groß. In aller Regel kann man mit derartigen vorbekannten Pumpen nur ein Vakuum in der Größenordnung von 75 Torr realisieren.

Um diesen Übelstand zu verbessern, hat man auch bereits eine Membranpumpe der eingangs erwähnten Art geschaffen (vgl. DE-AS 22 11 096), bei der an der der Membrane zugewandten Wandung des Pumpraumes (Pumpraumwand) in demjenigen Bereich, bei dem sich die Membrane zuletzt am oberen Totpunkt der Pumpraum nähert, diese eine etwas in den Pumpraum vorstehenden Wölbung hat. Dadurch wird der sich aus der Durchbiegung der Membrane ergebende zusätzliche Totraum weitgehend beseitigt und es kommt auch in dieser Betriebsstellung im praktischen Betrieb zu einem guten Anschmiegen der Formmembrane an die Pumpraum­ wand.

Solche Pumpen mit Formmembranen haben sich in der Praxis in vielerlei Hinsicht bewährt. Nachteilig ist bei ihnen, daß die Formmembrane, besonders in ihrem Zentralbereich, noch eine verhältnismäßig große Werkstoffansammlung aufweist und bei je­ dem Arbeitshub eine nicht unerhebliche Walkarbeit geleistet werden muß, die u. a. zur Erwärmung der Formmembrane, insbe­ sondere aber zu ihrem vorzeitigen Verschleiß führt. Außerdem kommt es bei derartigen Formmembranen noch zu vergleichsweise großen Verformungen während des Arbeitshubes, was das prak­ tisch maximale Ansaugvolumen beeinträchtigt. Ein weiterer Nachteil besteht z. B. in einer aufwendigeren Fertigung der der Membrane zugewandten Wandung des Pumpraumes, wenn diese Wandung eine etwas in den Pumpraum vorstehende Wölbung auf­ weisen soll.

Es besteht daher die Aufgabe, einen Membranpumpe der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei der unter Vermeidung der Nach­ teile von vorbekannten Membranpumpen die Walkarbeit bei der Formmembrane und der Herstellungsaufwand für die dieser be­ nachbarten Pumpraumwand möglichst klein bei im übrigen ver­ gleichsweise großem Einsaug-Hubvolumen gehalten werden kann. Insbesondere soll auch die Lebensdauer der Formmembrane, die ein vergleichsweise empfindliches Verschleißteil von Membran­ pumpen darstellt, möglichst groß sein. Dabei soll der An­ wendungsbereich der erfindungsgemäßen Pumpe nicht auf Vakuum­ pumpen beschränkt sein; sie sollen, ggf. in entsprechender Anpassung, auch z. B. zum Erzeugen von entsprechend höheren Drücken bei Gasen und Förderflüssigkeiten eingesetzt werden können.

Ausgehend von einer Pumpe gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 besteht die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe insbeson­ dere darin, daß beim Außenrand des Zentralbereiches der Form­ membrane eine etwa ringförmige Schwenkzone den Übergang vom Zentralbereich zum Membranrandbereich bildet und an der Unter­ seite der Membrane mindestens in deren Zentralbereich oder deren Randbereich zur Membranunterseite hin orientierte Rippen od. dgl. Stabilisierungsvorsprünge vorgesehen sind. Durch eine solche Ausbildung der Formmembrane (hier auch kurz: "Membrane" genannt), kommt man unter sonst gleichen Verhältnissen mit ge­ ringerer Membran-Wandstärke aus, was zur Verminderung der Walkarbeit sowie einer längeren Lebensdauer der Membrane führt; außerdem werden dadurch die notwendige Antriebsleistung für die Membranpumpe sowie ihr Gewicht vermindert. Letzteres führt zu einer Verringerung der Unwucht bzw. Vereinfachung beim Massenausgleich für diese Unwucht. Dadurch kann die Vibration der Membranpumpe kleingehalten werden, z. B. der Vibrationsweg kleiner oder gleich 0,2 mm.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Membran­ pumpe besteht darin, daß die an der Unterseite ihrer Membrane angeordneten Rippen od. dgl. Stabilisierungsvorsprünge sowohl unterhalb des Zentralbereiches als auch unterhalb des Randbe­ reiches der Membrane vorgesehen sind. Dadurch kann die Mem­ brane weitgehend über ihren gesamten dem Hub unterworfenen Durchmesser mit vergleichsweise geringer durchgehender Wand­ stärke sowie mit vergleichsweise geringem Gewicht ausgeführt werden, was die bereits angesprochenen Vorteile weiter begün­ stigt.

Für den Betrieb der Membranpumpe sowohl im Unter- als auch im Überdruckbetrieb ist es vorteilhaft, wenn die unterseitig des Zentralbereiches der Membrane angeordneten Rippen od. dgl. so­ wohl als Druckstützen für diesen zentralen Membranbereich beim Druckhub als auch als Zugelement beim Saughub der Membrane ausgebildet und entsprechend dimensioniert sind. Durch eine solche Verrippung wird der Zentralbereich der Membrane schwin­ gungsunempfindlicher und vor allem bei gleichzeitigem bzw. alternativem Unter- und Überdruckbetrieb geräuschärmer. Ana­ loges gilt, wenn nicht nur die an der Unterseite ihres Zen­ tralbereiches, sondern auch die anderen an der Membrane ange­ ordneten Rippen od. dgl. insbesondere für den Druckhub ent­ sprechend kräftig dimensioniert sind.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß an der Unterseite der Membrane, verbunden mit der Pleuel­ stange od. dgl., eine formstabile, unterseitige Abstützung der Formmembrane vorgesehen ist, die beim Ausschubhub der Membrane deren unerwünschtes Ausbiegen in Richtung des Pleuels zumin­ dest weitestgehend verhindert, wobei die Rippen sowie die Abstützung aufeinander abgestimmt sind. Diese Maßnahme begün­ stigt den Einsatz der Membranpumpe im Druckbetrieb, insbeson­ dere auch, wenn bereits mittlere Drücke die Membrane belasten, die ohne eine solche Unterstützung unerwünschte Membran-Ver­ formungen nach sich ziehen würden. Andererseits kann die Form­ membrane dabei so ausgestaltet sein, daß sie für andere Be­ lastungsfälle auch ohne diese Abstützung arbeiten kann. Die Membranpumpe kann dann gut in "Blockbauweise" angefertigt werden; das bedeutet, daß die Zahl der bereitzustellenden Er­ satzteile kleingehalten werden kann.

Zusätzliche Weiterbildungen der Erfindung sind in weiteren Unteransprüchen aufgeführt. Dabei begünstigen die Merkmale des Anspruchs 2 eine Membrane von vergleichsweise geringer Wand­ stärke, bei der auch geringe Walkarbeit auftritt, ohne daß da­ durch praktisch Nachteile bezüglich des Erreichens eines mög­ lichst hohen Hubvolumens und eines hohen Vakuums in Kauf ge­ nommen werden müssen. Die Merkmale des 12. Anspruches begün­ stigen eine gute Anpassung der Oberseite der Membrane an die benachbarte Pumpraumwand, insbesondere im Zentralbereich, wo­ durch ein möglichst hohes Vakuum sowie ein großes maximales Hubvolumen erreicht wird. Durch die Merkmale des 5. Anspruches wird der Bereich der Membrane, der stärkerer Walkarbeit unter­ zogen wird, räumlich kleingehalten und der einfache Aufbau des Pumpraumes begünstigt. Durch die Merkmale des 6. Anspruches kann man die Verformung der Membrane in ihrem Zentralbereich zusätzliche minimieren, was auch einem maximalen Hubvolumen zustatten kommt. Die Anordnung der beim Zentralbereich vorge­ sehenen Rippen gemäß Anspruch 7 begünstigen, insbesondere mit der ringförmigen Schwenkzone, eine verhältnismäßig gleich­ mäßige Ausbildung der Formmembrane, insbesondere von deren Zentralbereich, was u. a. eine gleichmäßige Arbeitsweise, ge­ ringere Dehnungen, verminderte Walkarbeit, längere Lebensdauer und eine geringere Antriebsleistung für die Membranpumpe be­ günstigt. Analoges gilt für die Merkmale des Anspruches 8, die ähnliche Vorteile in bezug auf den Randbereich der Membrane erbringen.

Die Merkmale des Anspruches 9 begünstigen eine gute Festlegung des Außenrandes der Membrane im Pumpengehäuse, was u. a. die Schwingungsunempfindlichkeit und die Geräuscharmut der Mem­ brane begünstigt.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung in Ver­ bindung mit den Merkmalen der Ansprüche und der Zeichnung. Die einzelnen Merkmale können je für sich oder zu mehreren bei einer Ausführungsform der Erfindung verwirklicht sein. Es zeigen in unterschiedlichen Maßstäben und zum Teil stärker schematisiert:

Fig. 1 eine teilweise im Schnitt dargestellte Seitenansicht einer vorbekannten Membranpumpe entsprechend dem Oberbegriff von Anspruch 1,

Fig. 2 eine gegenüber Fig. 1 abgewandelte Formmembrane ent­ sprechend der Erfindung,

Fig. 3 eine Ansicht von unten auf die Membrane nach Fig. 2 in verkleinertem Maßstab,

Fig. 4 eine teilweise im Schnitt gehaltene Seitenansicht einer Formmembrane ähnlich Fig. 2 sowie eine Teilan­ sicht der zugehörigen Membranpumpe bei teilweise weg­ gelassenem Pleuel, Kurbelgehäuse und Deckel, wobei unterhalb der Formmembrane eine formstabile Ab­ stützung vorgesehen ist und sich diese Membrane in der Mittelstellung befindet,

Fig. 5 eine ähnlich der in Fig. 4 dargestellte, teilweise im Schnitt gehaltenen Teil-Seitenansicht der Membran­ pumpe, bei welcher deren Membrane sich etwa in ihrer maximal ausgeschwenkten Lage befindet,

Fig. 6 eine teilweise im Schnitt gehaltene Teil-Seitenansicht der Membranpumpe ähnlich Fig. 4 und 5, wobei sich deren Membrane im oberen Totpunkt befindet und

Fig. 7 eine teilweise im Schnitt dargestellte Teil-Seiten­ ansicht der Membranpumpe ähnlich Fig. 4 bis 6, wobei sich deren Membrane im unteren Totpunkt befindet.

Fig. 1 zeigt eine bereits bekannte Membranpumpe 101, die zur Vakuumerzeugung dient. Von ihrem gesamten Pumpengehäuse sind, etwas schematisiert, das Kurbelgehäuse K und der dort obenauf sitzende Deckel D dargestellt, zwischen denen die Ränder einer im ganzen mit 102 bezeichneten, ebenfalls vorbekannten Form­ membrane eingeklemmt ist. Im Deckel D befinden sich ein Ein­ laßkanal E und ein Auslaßkanal A. Diese münden mit ihren kur­ belseitigen Enden in den Pumpenraum 5. Bei derartigen Membran­ pumpen 101 sind oberhalb des Deckels D in bekannter Weise eine Ventil- und eine Kopfplatte vorgesehen, die nicht zur vorlie­ genden Erfindung gehören und in der Zeichnung nicht darge­ stellt sind. Die vorbekannte Formmembrane 102 ist in ihrem Zentralbereich, der im Schnitt nach Fig. 1 durch die Posi­ tionen 107, 108, 107′ charakterisiert ist, durchgehend ver­ dickt und verhältnismäßig starr ausgebildet. Konzentrisch um diesen Zentralbereich 107, 108, 107′ herum hat die vorbekannte Formmembrane 102 einen dünnen, elastischen Randbereich, dem in Fig. 1 die Abschnitte 106, 107 bzw. 107′, 106′ entsprechen. Dieser elastische, dünne kreisringförmig umlaufende Randbe­ reich gemäß Fig. 1 wird nachstehend auch kurz "elastische Zone EZ" genannt. Im Zentralbereich besitzt die Formmembrane 102 an ihrer dem Kurbelgehäuse K zugewandten Seite einen nabenförmi­ gen Anschlußstutzen 25, der an ein nicht dargestelltes Metall­ teil anvulkanisiert ist, das mit dem im ganzen mit 3 bezeich­ neten Pleuel in Verbindung steht. Die der Formmembrane 102 zu­ gewandte Wandung des Deckels D, hier auch kurz "Pumpraumwand 104" genannt, bildet zusammen mit der Membran-Oberseite 20 den Pumpraum 5. Dabei ist die Pumpraumwand 104 in ihrem zentralen Bereich kugelförmig ausgebildet, und zwar mit einem Radius R1, der gleich groß ist wie die Strecke R2 zwischen der Mitte M des Pleuellagers und der Membranoberseite 20 im Zentralbereich der Formmembrane 102. Die Pumpraumwand 104 ist also in ihrem zentralen Bereich der Oberseite der Formmembrane 102 in deren Zentralbereich angepaßt, so daß dort in der oberen Totpunkt­ stellung schädlicher Raum weitestgehend vermieden wird. Dabei zeigt Fig. 1 eine Zwischenstellung des Pleuels 3 zwischen dessen oberer und unterer Totpunktlage, wobei sich das Pleuel 3 (vgl. Pfeil 15) und dementsprechend die Formmembrane 102 in Richtung des Ausschiebens des Fördermediums bewegen. Dabei weicht diese vorbekannte Formemmbrane 102 vor Vollendung des Ausschubhubes im denjenigen Bereich, mit dem sich die Formmem­ brane zuletzt der Pumpraumwand 104 nähert, etwas in Richtung des Kurbelgehäuses K aus. Bei der vorbekannten Membranpumpe 101 gemäß Fig. 1 ist, um den auf diese Weise entstehenden Totraum zu vermeiden, an der Pumpraumwand 104 eine in den Pumpraum 5 vorstehende Wölbung 104′ vorgesehen. Mit dieser Wölbung soll die vorbeschriebene Durchbiegung der elastischen Zone der Formmembrane 102 derart ausgeglichen werden, daß der durch das Ausweichen eines gewissen Teiles der Formmembrane 102 entstehende zusätzliche Totraum weitestgehend beseitigt wird. Es kommt dann auch in der Betriebsstellung kurz vor Erreichen des oberen Totpunktes zu einem so gut wie vollstän­ digen Anschmiegen der Oberseite 20 der Formmembrane 102 an die entsprechend ausgebildete Pumpraumwand 104 mit der vorstehen­ den Wölbung 104′. Die vorbekannte Formmembrane 102 gemäß Fig. 1 ist der besseren Übersicht halber dort in einem größeren Ab­ stand vom oberen Totpunkt gezeichnet; aus dem Wölbungsverlauf der elastischen Zonen EZ im Bereich des Einlaßkanals E und des Auslaßkanals A ist aber gut zu erkennen, wie die unerwünschte Durchbiegung des linken Abschnittes der elastischen Zone der Formmembrane 102 wirkt und durch welche Art von Wölbung 104′ dies ausgeglichen wird. Man erkennt aus dem Querschnitt der Formmembrane 102 und der vorbeschriebenen Problematik gut, daß man die Formmembrane 102 unter normalen Umständen nicht mit schwächeren Querschnitten ausbilden darf, weil sonst die vor­ beschriebene, ungünstige Erscheinung des Durchbiegens einer elastischen Zone EZ in Richtung des Kurbelgehäuses K noch ver­ stärkt würde. Auch ist eine möglichst formstabile Ausbildung des Zentralbereiches der Formmembrane 102 erwünscht, weswegen z. B. bei der Ausführung nach Fig. 1 eine Versteifungseinlage 123 im dortigen Zentralbereich vorgesehen ist.

Membranpumpen 101, wie vorstehend in Verbindung mit Fig. 1 be­ schrieben, haben sich in vieler Hinsicht bewährt, insbesondere zur Erzeugung von Feinvakuum. Die von solchen Formmembranen 102 zu bewältigende Walkarbeit ist jedoch - wie eingangs be­ reits erwähnt - noch verhältnismäßig groß und zieht die dort erwähnten Nachteile nach sich. Demgemäß sind die erfindungs­ gemäße Membranpumpe 1 und insbesondere ihre Formmembrane 2 ge­ mäß der Erfindung wie folgt ausgebildet:

Eine Membranpumpe 1 ist in einem teilweise im Schnitt darge­ stellten Teil-Längsschnitt im Bereich ihrer Formmembrane 2 in Fig. 2 dargestellt. Dabei ist analog Fig. 1 unterhalb dieser erfindungsgemäßen Formmembrane 2, nachstehend auch kurz "Mem­ brane 2" genannt, der obere Abschnitt eines Kurbelgehäuses K und oberhalb der Membrane 2 abschnittweise der Deckel D analog der Darstellung in Fig. 1 eingezeichnet. Die Membrane 2 ist in ihrem Zentralbereich 10 in Hubrichtung (vgl. Doppelpfeil 16) verstärkt ausgebildet und konzentrisch um diesen Zentralbe­ reich 10 herum befindet sich ein kreisringförmiger, beweg­ licher Randbereich 21. Dieser setzt sich in einem Einklemmrand 35 radial nach außen fort, der zwischen dem Deckel D und dem Oberrand des Kurbelgehäuses K eingespannt ist. An der kurbel­ gehäusenahen Seite des Zentralbereiches 10 der Membrane 2 greift ein Pleuelschaft 3a über einen Gewindestumpf 17, der mit der Membrane 2 in Verbindung steht, an diese ähnlich an, ähnlich wie in Fig. 1 angedeutet. Ansich kann anstelle eines um einen exzentrischen Punkt bewegbaren Pleuels 3 (vgl. Fig. 1) auch ein anderes Verstellmittel an der Membranunterseite 14 angreifen und diese wechselweise in eine obere und eine untere Totpunktlage bewegen. Die Membranoberseite 20 ist diejenige Seite, die dem Pumpraum 5 zugewandt ist und im Deckel D durch die der Membrane 2 benachbarte Wandung 4 (kurz: Pumpraumwand 4) gegenüberliegt. Diese Pumpraumwand 4 ist in ihrem zentralen Bereich hohlkugelabschnittförmig ausgebildet und zumindest in etwa der Wölbung der Membran-Oberseite 20 in ihrem entsprech­ enden Zentralbereich 10 angepaßt.

Gemäß der Erfindung ist nun beim Außenrand 7, 7′ des Zentral­ bereiches 10 der Membrane 2 eine etwa ringförmige Schwenkzone 11 vorgesehen, die einen Übergang vom Zentralbereich 10 zum Membranrandbereich 21 bildet und an der Membranunterseite 14 sind mindestens in deren Zentralbereich 10 oder aber untersei­ tig an deren Randbereich 21 zur Membranunterseite 14 hin orientierte Rippen 12 oder 13 vorgesehen. Dabei wird unter "Membranunterseite 14" diejenige Flachseite der Membrane 2 verstanden, die dem Kurbelgehäuse K zugewandt ist. Anstelle von Rippen, wie sie gut aus den Fig. 2 und 3 erkennbar sind, können auch andere in Richtung der Membranunterseite 14 orientierte Stabilisierungsvorsprünge, z. B. Wülste vorgesehen sein. Rippen mit wenigstens annähernd parallelen Begrenzungs­ flanken 18 oder 19 (vgl. Fig. 3) haben jedoch den Vorteil von vergleichsweise großen Oberflächen, die eine Wärmeabfuhr be­ günstigen.

Der kreisringförmig durchgehend umlaufende Randbereich 21 der Membrane 2 weist nur eine dünnere Wandstärke d auf als die mittlere Dicke dm des Zentralbereiches 10 der Membrane 2, wo­ bei die Abmessungen des Membran-Anschlußstutzens 25 bei der Abmessung dieser mittleren Dicke dm außer Betracht bleibt. Wie gut aus Fig. 2 u. 3 erkennbar, sind an der Membranunterseite 14 Rippen 12 u. 13 sowohl unterhalb des Zentralbereiches 10 als auch unterhalb des Randbereiches 21 vorgesehen. Die zwi­ schen dem Zentralbereich 10 und dem Randbereich 21 angeordnete Schwenkzone 11 der Membrane 2 ist zur Membranunterseite 14 in Form einer umlaufenden Wulst 27 verdickt ausgeführt. In Rich­ tung der Membranunterseite 14 reicht dabei diese Schwenkzone etwa bis zum benachbarten Unterrand 12a und 13a der jeweils benachbarten Rippen 12 bzw. 13. Im Zentralbereich 10 der Mem­ brane 2 ist ein Formstabilisierungskern untergebracht, der gleichzeitig als Mitnehmer-Kern 23 vorgesehen und nach oben und auch seitlich vollständig vom Membranwerkstoff umhüllt ist. Als Membranwerkstoff dient in bekannter Weise Gummi oder gummielastischer Werkstoff (Elastomer). Der Mitnehmerkern 23 hat ein Anschlußteil 24, an dessen freien, in Richtung des Kurbelgehäuses K gerichteten Ende sich der Gewindestumpf 17 befindet, an dem der Pleuelschaft 3a (vgl. Fig. 2 u. 1) zu be­ festigen ist. Durch die Wahl der Abmessungen des gleichzeitig als Mitnehmer-Kern 23 und als Formstabilisierungskern für den Zentralbereich 10 kann man die gewünschte Steifigkeit bzw. eine gewisse Rest-Verformbarkeit des Zentralbereiches der Mem­ brane 2 mit-beeinflussen. Insgesamt ist der in Aufsicht vor­ zugsweise kreisrunde Mitnehmerkern 23 in Verbindung mit seinem Anschlußteil 24 und dem Gewindestumpf 17 im Seitenprofil etwa T-förmig ausgebildet, wobei der dem Querteil des "T" ent­ sprechende Mitnehmerkern 23 - im Querschnitt gesehen - im mitt­ leren Teil des Zentralbereiches 10 untergebracht ist (vgl. Fig. 2). Dadurch können sowohl Zug- als auch Schubkräfte gut in diesen Zentralbereich 10 eingeleitet werden.

Die beim Zentralbereich 10 angeordneten Rippen 12 führen mit ihrer Unterseite etwa von der Unterseite des Membran-An­ schlußstutzens 25 zur Unterseite 26 der ringförmigen Schwenk­ zone 11. Dies erfolgt unter einem Neigungswinkel W von etwa 30° gegenüber der Längsorientierungsebene L der Membrane 2, wobei die Längsorientierungsebene L senkrecht zur Mittelachse 28 der Membrane 2 steht (Fig. 2). Wie besonders gut aus Fig. 3 erkennbar, befinden sich die unterhalb des Randbereiches 21 der Membrane 2 liegenden Rippen 13 in der radialen Verlänge­ rung der unterhalb des Zentralbereiches 10 befindlichen Rippen 12. Der Neigungswinkel W sollte zweckmäßigerweise so gewählt werden, daß bei vorgegebenem Durchmesser der Schwenkzone eine optimale Ableitung der Kräfte über die Rippen erfolgen kann. Das bedeutet möglichst geringe elastische Verformung der Rippen und der zentralen Zone bis zum Durchmesser der Schwenk­ zone.

Wie gut aus Fig. 2 u. 3 erkennbar, hat die Membrane 2 einen Einklemmrand 35, bei dem die Randdicke d2 größer als die be­ nachbarte Dicke d der Membrane 2 im Randbereich zwischen den dortigen radialen Rippen 13 ist. Dabei ist vorteilhaft, wenn die Dicke d2 des Randbereiches der Gesamtdicke von Membran und Rippen 13 im Randbereich 21 bzw. der analogen Dicke der Mem­ brane 2 in der Schwenkzone 11 ist. Aus Fig. 3 erkennt man, insbesondere in Verbindung mit Fig. 2, besonders gut, daß im Randbereich 21 der Membrane 2 einschließlich des Einklemm­ randes 35 an der Unterseite der Membrane 2 (Fig. 2) eine Viel­ zahl von etwa trapezförmigen Stützen 28 ein im ganzen mit 36 bezeichnetes Gerippe bilden, das sich im wesentlichen aus der die Schwenkzone 11 bildenden Wulst 27, der am Einklemmrand 35 befindlichen Membranverdickung 34 mit der Dicke d2 sowie den Rippen 13 des Randbereiches 21 der Membrane 2 zusammensetzt. An der Membranoberseite 20 setzt sich die Membrane 2 mit der dort vorgesehenen geringen Membrandicke d über dieses Gerippe 36 bis zum Einklemmrand 35 fort. Die Dicke d der eigentlichen, durchgehenden Formmembrane 2 beträgt im Randbereich 21 etwa d=1,25 mm. Im Verhältnis zum Gesamtdurchmesser D1 der Gesamt­ membrane 2 (Fig. 3) ergibt sich dann ein Verhältnis von D1/d von etwa 60 bis etwa 120 mm. Durch die vorbeschriebenen Maß­ nahmen, insbesondere die den Zentralbereich 10 aussteifenden Maßnahmen mit dem Mitnehmerkern 23 und dem zum Zentralbereich 10 gehörenden Rippen 12 einerseits sowie die mit zum vorer­ wähnten Gerippe 36 gehörende wulstartige Schwenkzone 11 er­ reicht man zum einen den vergleichsweise formstabilen Zentral­ bereich 10 und zum anderen den für die Auf- und Abbewegung der Formmembrane 2 erforderlichen Randbereich 21 bei ausreichender Formstabilität und Festigkeit der gesamten Formmembrane und gleichzeitiger dünner Ausbildung der durchgehenden Membran­ schicht 29 mit der geringen Dicke d. Diese Maßnahmen helfen in Zusammenarbeit miteinander die Walkarbeit in der Formmembrane 2 wesentlich zu verringern.

Radial außen beim Einklemmrand 35 der Membrane 2 ist ein um­ laufender, wulstartig an der Membranunterseite 14 vorstehender Verankerungsring 37 vorgesehen. Er steht einstückig mit der gesamten Formmembrane 2 in Verbindung und im die Membrane 2 umfassenden Teil des Kurbelgehäuses K ist eine auf diesen Ver­ ankerungsring 37 abgestimmte Aussparung 38 vorgesehen (Fig. 2). Daraus ergibt sich eine auch in radialer Richtung gute Fest­ legung der Membrane 2 im Pumpengehäuse D, K, was eine unge­ störte Betriebsweise begünstigt. Auf der Membranoberseite 20 kann eine dünne, durchgehende und auf das jeweilige Förderme­ dium abstimmbare Beschichtung 22 vorgesehen sein. Diese kann z. B. aus einer chemisch inerten Schicht aus Polytetrafluor­ ethylen bestehen und beispielsweise eine Dicke von 0,25 mm haben. Die Beschichtung 22 ist in Fig. 4 nur abschnittweise und in verkleinertem Maßstab angedeutet.

Man erhält bei der erfindungsgemäßen Membranpumpe 1 einen be­ sonders geringen Totraum in der oberen Totstellung der Form­ membrane 2, wenn der Kugelradius R2 für den Zentralbereich der Membrane 2 dem Kugelradius R1 für den entsprechenden zentralen Bereich der Pumpraumwand 4 entspricht, und wenn ferner sich die Pumpraumwand 4 seitlich dieses zentralen Bereiches derart kegelförmig fortsetzt, daß der Kegelmantelabschnitt 50 tangen­ tial in den Kugelbereich des Zentralbereiches der Pumpraumwand 4 übergeht. Eine Ausbuchtung 104′, wie sie bei vorbekannten Membranpumpen (vgl. Fig. 1) zur Verminderung von Totraum er­ forderlich war, kann dann vermieden werden. Dazu tragen auch die vorbeschriebene Ausbildung des Randbereiches 21 der Mem­ brane 2 sowie deren Einklemmrand 35 in Verbindung mit der ent­ sprechenden Befestigung am Pumpengehäuse D, K bei.

Es hat sich herausgestellt, daß eine Membranpumpe 1 der vor­ beschriebenen Art auch gut als Druckpumpe, z. B. auch zum För­ dern von Gasen und Flüssigkeiten, Verwendung finden kann. Dies gilt besonders, wenn die unterseitig des Zentralbereiches 10 der Membrane 2 angeordneten Rippen 12 sowohl als Druckstützen für den Zentralbereich 10 beim Druckhub als auch als Zugele­ mente beim Saughub der Membrane 2 ausgebildet und entsprechend dimensioniert sind. Um die guten Fördereigenschaften der Mem­ branpumpe weitgehend auch beim Auftreten höherer Drücke auf­ rechtzuerhalten, ist nach einer besonderen Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß an der Unterseite 14 der Membrane 2 eine mit der Pleuelstange 3 verbundene formstabile kurbelsei­ tige Abstützung 40 für die Membranunterseite vorgesehen ist. Diese liegt beim Ausschubhub Pf1 (Fig. 4) an Teilen der Unter­ seite 14 der Membrane 2 an, wobei die Rippen 12 und 13 sowie die Abstützung 40 aufeinander abgestimmt sind. Wie gut aus Fig. 4 erkennbar, liegt die Stütze 40 mit ihrer oberen Ring­ fläche 41 in einer Randzone des Zentralbereiches 10 rückseitig an der Membrane 2 an. Dabei ist diese obere Ringfläche 41 der Abstützung 40 im Bereich der Wulst 27 angeordnet, welche zur Schwenkzone 11 gehört. Die Abstützung 40 ist schüsselartig ausgebildet und ihr membrannaher Schüsselrand 42 weist die vorerwähnte obere Ringfläche 41 auf, welche mindestens teil­ weise die Membranunterseite 14 in der Gegend der Schwenkzone 11 unterstützt. Der Schüsselrand 42 der Abstützung 40 setzt sich noch radial über die wulstartige Schwenkzone 11 fort und dort ist dieser Schüsselrand 42 in seinem Seitenprofil wenig­ stens abschnittweise der Unterseiten 43 der Rippen 13, wie sie der oberen Totpunktlage (Fig. 6) entspricht, angepaßt. Dabei fällt der radial äußere Schüsselrand 42 zum Kurbelraum K hin ab entsprechend der Schrägstellung der Unterseiten 43 der dor­ tigen Rippen 13. Die Fig. 4 bis 7 zeigen dabei unterschied­ liche Arbeitsstellungen der Membrane 2 in Verbindung mit den jeweiligen Stellungen der Abstützung 40 und insbesondere das Zusammenwirken des in Richtung des Kurbelgehäuses abgeschräg­ ten äußeren Schüsselrandes 42 im Zusammenwirken mit den Unter­ seiten 43 der Rippen 13.

Die vorbeschriebene Membranpumpe 1 kann also sowohl alleine mit der Formmembrane 2 als auch, wenn von der Druckbelastung der Membrane 2 her erwünscht, zusätzlich mit der Abstützung 40 versehen sein.

Alle vorbeschriebenen und/oder in den Ansprüchen aufgeführten Merkmale können sowohl einzeln als in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

Claims (20)

1. Membranpumpe mit einer Formmembrane, die in ihrem Zentral­ bereich in Hubrichtung verstärkt ist, konzentrisch um diesen herum einen etwa kreisringförmigen Randbereich hat und mit einem Einklemmrand dieses Randbereiches am Pumpen­ gehäuse eingespannt sowie mittels eines an ihrem Zentral­ bereich angreifenden Pleuels od. dgl. Verstellmittel in eine obere und eine untere Totpunktlage auslenkbar ist, wo­ bei die der Membranoberseite benachbarte Wandung des Pump­ raumes (Pumpraumwand) und die Membranoberseite in ihrem entsprechenden Zentralbereich geometrisch aneinander ange­ paßt sind, dadurch gekennzeichnet, daß beim Außenrand (7, 7′) des Zentralbereiches (10) der Membrane (2) eine etwa ringförmige Schwenkzone (11) den Übergang vom Zentralbe­ reich (10) zum Membranrandbereich (21) bildet und an der Membranunterseite (14) mindestens in deren Zentralbereich (10) oder in deren Randbereich (21) zur Membranunterseite (14) hin orientierte Rippen (12 oder 13) od. dgl. Stabili­ sierungsvorsprünge vorgesehen sind.

2. Membranpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Randbereich (21) der Membrane (2) eine dünnere Wand­ stärke (d) aufweist als die mittlere Wandstärke (dm) von deren Zentralbereich (10).

3. Membranpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die an der Membranunterseite (14) angeordneten Rippen (12, 13) od. dgl. Stabilisierungsvorsprünge sowohl unterhalb des Zentralbereiches (10) als auch unterhalb des Randbereiches (21) der Membrane (2) vorgesehen sind.

4. Membranpumpe nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kugelradius (R2) für den Zentralbereich der Membrane (2) dem Kugelradius (R1) für den entsprechenden zentralen Bereich der Pumpraumwand (4) entspricht, und daß sich die Pumpraumwand seitlich ihres zentralen Bereiches vorzugsweise kegelförmig fortsetzt, wobei der Kegelmantelabschnitt (50) zweckmäßigerweise tan­ gential in den Kugelbereich des Zentralbereiches der Pump­ raumwand (4) übergeht.

5. Membranpumpe nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ihre zwischen dem Zentralbe­ reich (10) und dem Randbereich (21) der Membrane (2) an­ geordente Schwenkzone (11) zur Membranunterseite (14) verdickt ist und vorzugsweise etwa bis zum benachbarten Unterrand (12a, 13a) der jeweils benachbarten Rippen (12, 13) reicht.

6. Membranpumpe nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5 mit einem Formstabilisierungskern im Membran-Zentralbe­ reich, dadurch gekennzeichnet, daß im Zentralbereich (10) der Membrane (2) der Formstabilisierungskern als Mitnehmer­ kern (23) vorgesehen ist, der nach oben und vorzugsweise seitlich vollständig von Membranwerkstoff umhüllt ist und ein Anschlußteil (24) zum Pleulschaft (3a) hat.

7. Membranpumpe nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beim Zentralbereich (10) der Membrane (2) angeordneten Rippen (12) mit ihrer Unter­ seite etwa von einem Membran-Anschlußstutzen (25) zu der Unterseite (26) der ringförmigen Schwenkzone (11) führen und - auf die Membranunterseite (14) gesehen - vorzugsweise etwa sternförmig vom Membrananschlußstutzen (25) radial zu einer die Schwenkzone (11) bildenden, bei der Membranunter­ seite (14) vorstehenden Wulst (27) führen.

8. Membranpumpe nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die unterhalb des Randbereiches (21) der Membrane (2) liegenden Rippen (13) od. dgl. Stabi­ lisierungsvorsprünge in der radialen Verlängerungen der unterhalb des Zentralbereiches (10) befindlichen Rippen (12) od. dgl. Stabilisierungsvorsprünge angeordnet sind.

9. Membranpumpe nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Membrane (2) einen Ein­ klemmrand (35) hat, bei dem die Randdicke (d2) der Membrane (2) größer ist als die Dicke (d) der Membranschicht (29) im Bereich ihres Randbereiches (21) zwischen den dortigen ra­ dialen Rippen (13).

10. Membranpumpe nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei ihrem Außenrandbereich - von der Membranunterseite (14) aus gesehen - eine Vielzahl von etwa trapezförmigen Stützen (28) ein Gerippe (36) bilden, das sich im wesentlichen aus der die Schwenkzone (11) bil­ denden Wulst (27), der am Einklemmrand (35) befindlichen Membranverdickung (d2) sowie den Rippen (13) des Randbe­ reiches (21) zusammensetzt, und daß sich die Membranober­ seite (20) bei geringerer Membrandicke (d) mit einer ver­ gleichsweise dünnen Membranschicht (29) über dieses Gerippe (36) bis zum Einklemmrand (35) fortsetzt.

11. Membranpumpe nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß, vorzugsweise radial außen beim Einklemmrand (35) der Membrane (2), ein dort umlaufender, wulstartig, zweckmäßigerweise an der Membranunterseite (14) vorstehender, Verankerungsring (37) vorgesehen ist, der einstückig mit der Membrane (2) in Verbindung steht, und daß im die Membrane (2) umfassenden Teil des Pumpengehäuses (D; K) eine auf den Verankerungsring (7) abgestimmte Aus­ sparung (38) vorgesehen ist.

12. Membranpumpe nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranoberseite (20) eine dünne, durchgehende und auf das Fördermedium abgestimmte Beschichtung (22) trägt, z. B. eine chemisch inerte Schicht aus PTFE.

13. Membranpumpe nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die unterseitige des Zentral­ bereiches (10) der Membrane (2) angeordneten Rippen (12) od. dgl. Stabilisierungsvorsprünge sowohl als Druckstützen für den Zentralbereich (10) beim Druckhub als auch als Zug­ elemente beim Saughub der Membrane (2) ausgebildet und ent­ sprechend dimensioniert sind.

14. Membranpumpe nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß an der Membranunterseite (14), verbunden mit der Pleuelstange (3) od. dgl. eine formsta­ bile kurbelseitige Abstützung (40) vorgesehen ist, die beim Ausschubhub (Pf1) der Membrane (2) deren Ausbiegen in Richtung des Pleuels (3) zumindest weitgehend verhindert, wobei die Rippen (12 und/oder 13) sowie die Abstützung (40) aufeinander formabgestimmt sind.

15. Membranpumpe nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützung (40) schüsselartig ausgebildet und mit einem membrannahen Schüsselrand (41) mindestens Teile der Mem­ branunterseite (14) unterstützt, vorzugsweise in der Gegend der zur Schwenkzone (11) gehörenden Membranwulst (27).

16. Membranpumpe nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Schüsselrand (42) der Abstützung (40) radial über die wulstartige Schwenkzone (11) hinausragt und dort in seinem vorzugsweise zum Kurbelraum (K) abfallenden Profil wenigstens abschnittweise der Unterseite (43) der Rippen (13) des Randbereiches (21) derart angepaßt ist, daß sie diese Rippen zumindest radial abschnittweise in ihrer Obenstellung unterstützt.

17. Membranpumpe nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Mitnehmerkern (23) sowie das damit verbundene Anschlußteil (24) zum Pleuel (3) T-förmig ausgebildet ist.

18. Membranpumpe nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterseiten (44) der im Zentralbereich (10) angeordneten Rippen (12), etwa vom An­ schlußstutzen (25) der Membrane (2) ausgehend, einen An­ stiegswinkel (W) haben, der vorzugsweise so gewählt ist, daß eine gute Ableitung der Kraft über die Rippen (13) er­ folgen kann, z. B. einen Winkel von 30°.

19. Membranpumpe nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke (d2) der Membrane (2) beim Einklemmrand (34) wenigstens in etwa der Dicke der ihr benachbarten Membranschicht (29) zuzüglich der Dicke der dortigen Rippen (13) entspricht.

20. Membranpumpe nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenflanken (18, 19) der Rippen (12, 13) im wesentlichen von ebenen Begrenzungs­ flächen gebildet sind.