[0001] Die Erfindung betrifft eine Membranpumpe entsprechend dem Oberbegriff von Anspruch
1.
[0002] Man kennt bereits zahlreiche Membranpumpen mit einem Pumpengehäuse und einer zwischen
Teilen dieses Pumpengehäuses am Rand eingespannten Pumpenmembrane, die von einem Pleuel
bewegt wird (z.B. DE-OS 30 05 834). Solche Membranpumpen werden auch in Doppel-Ausführung
mit zwei Pumpenteilen und z.B. einem dazwischen liegenden Elektromotor hergestellt.
Solche Membranpumpen haben sich für zahlreiche Anwendungszwecke gut bewährt, z.B.
zum Erzeugen von Unterdruck oder als Verdichter. Jedoch weisen derartige mit einer
Pumpmembrane ausgerüsteten Pumpen auch noch Nachteile auf, insbesondere hinsichtlich
ihrer Geräuschbildung. Die Pumpmembrane strahlt nämlich insbesondere wegen der ihr
vom Pleuel aufgezwungenen Oszillationsbewegungen, aber auch wegen an der Pumpmembrane
selbst auftretenden Schwingungen, nicht unerhebliche Geräusche ab. Die letztgenannten
Schwingungen entstehen aufgrund des während des Ansaug- und Verdichtungsvorganges
auftretenden Druckwechsels beim Betrieb der Pumpe.
Um die Geräuschabstrahlung solcher Membranpumpen zu ver mindern, hat man bisher den
das Pleuel aufnehmenden Kurbelraum verschlossen. Dadurch lassen sich zwar die nach
außen dringenden Geräusche vermindern, dafür müssen aber andere Nachteile in Kauf
genommen werden. Beispielsweise verhindert ein allseitig geschlossener Kurbelraum
dessen gute Kühlung, was zu einer Begrenzung des Maximaldrucks der Pumpmembrane infolge
der dann auftretenden Wärmeentwicklung führt.
Bei den vorerwähnten, in Reihe gebauten zweiköfpigen Pumpen besteht praktisch keine
gute Durchlüftungsmöglichkeit und somit keine Kühlmöglichkeit des zwischen den Kurbelgehäusen
liegenden Elektromotors.
[0003] Membranpumpen der eingangs erwähnten Art werden bereits seit langer Zeit gebaut und
nicht selten z. B. in Untersuchungslaboratorien eingesetzt und dort wirkt sich in
Anwesenheit von etlichen, oft hochpräzise und konzentriert arbeitenden Personen die
Geräuschbildung störend aus. Das gilt insbesondere, wenn z. B. eine Membranpumpe aus
dem Unterdruckbereich in den Überdruckbereich "gefahren" wird. Es kann dann zu einer
Erhöhung der Geräuschemission von bis zu 40% gegenüber normalem Pumpenbetrieb kommen.
[0004] Es besteht daher die Aufgabe, eine Membranpumpe der eingangs erwähnten Art zu verbessern,
daß ihre Geräuscherzeugung mit vergleichsweise einfachen Mitteln vermindert wird,
ohne daß andere Beeinträchtigungen an einer ein- oder zweiköpfigen Pumpe in Kauf genommen
werden müssen.
[0005] Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht bei einer Membranpumpe der eingangs
erwähnten Art insbesondere darin, daß zwischen der Pumpenmembrane und dem pumpenmembranfernen
Teil des Pumpengehäuses eine Geräusch- Abschirmeinrichtung vorgesehen ist, die den
pumpmembran fernen Teil des Pumpengehäuses gegenüber der Pumpenmembrane schalldämpfend
abschließt.
[0006] Versuche haben überraschenderweise gezeigt, daß man mit einer solchen geräuschgedämpften
Membranpumpe die Geräuschabstrahlung auch bei guter Kühlung des Kurbelgehäuses nicht
nur kleiner halten kann als bei vergleichbaren Membranpumpen mit offenem Gehäuse,
sondern sogar noch merkbar kleiner als bei vergleichbaren, vorbekannten Pumpen mit
geschlossenem Kurbelgehäuse.
[0007] Eine vorteilhafte Ausbildung der erfindungsgemäßen Membranpumpe besteht darin, daß
die Geräuschabschirmeinrichtung ein biegsames, flaches Wandteil aufweist, das vorzugsweise
mit seinem Außenrand im Pumpengehäuse und zweckmäßigerweise mit dem Rand eines etwa
zentralen Durchbruchs am Pleuel, zweckmäßigerweise beim Pleuelkopf, befestigt ist
derart, daß von der Geräusch-Abschirmeinrichtung zumindest geringere geräuschrelevante
Schwingungen ausgehen als von der Pumpenmembrane, vorzugsweise praktisch keine solche
Schwingungen.
[0008] Nach einer bevorzugten Ausführung weist die Geräuschabschirmeinrichtung einen elastischen
Abstandhalter zwischen dem Wandteil und dem Pleuelkopf oder dgl. auf. Durch diese
Maßnahme werden geräuchbildende Schwingungen des flachen Wandteiles der Geräuschabschirmeinrichtung
noch weiter herabgesetzt.
Bei einer solchen Ausbildung der Membranpumpe ist es besonders vorteilhaft, wenn der
Abstandhalter aus einem elastische Ring oder dgl. aus Schaumgummi od. dgl. nachgiebigem
und gleichzeitig schalldämpfendem Werkstoff besteht. Dann erfolgt auch bereits ein
zusätzliches Dämpfen des von der Pumpenmembrane ausgehenden Schalles in dem elatischen
Ring aus Schaumgummi oder dgl. schalldämpfendem Werkstoff.
[0009] Nach einer etwas abgewandelten Ausführungsform kann der elastische Abstandhalter
auch im wesentlichen aus etwa senkrecht zur Ebene der Geräusch-Abschirmeinrichtung
stehenden, elastischen Vorsprüngen, Rippen oder dgl. bestehen, die an dem vorzugsweise
durch eine kreisförmige Scheibe gebildeten Wandteil angebracht sind.
Gegebenenfalls kann der elastische Abstandhalter, vorzugsweise die elastischen Vorsprünge
einstückig mit dem elastischen Wandteil, insbesondere der Scheibe verbunden sein
und im wesentlichen die Geräusch-Abschirmeinrichtung bilden.
Dabei ist sowohl eine durchgehend einstückige Ausbildung von elastischem Ring einschließlich
seiner Vorsprünge einerseits in Verbindung mit dem flachen Wandteil als auch eine
Klebeverbindung zwischen solchen Teilen möglich. Die durchgehend einstückige Ausbildung
vereinfacht sowohl die Herstellung als auch die Montage. Das Verkleben eines beispielsweise
aus Schaumgummi bestehenden elastischen Ringes mit dem flachen Wandteil ermöglicht
die Herstellung einer zusammenhängenden Geräusch-Abschirmeinrichtung aus zwei unterschiedlichen
Werktoffen mit jeweils vorteilhaften Werkstoffeigenschaften und gleichzeitig eine
vereinfachte Montage.
[0010] Zusätzliche Weiterbildungen der Erfindung sind in weiteren Unteransprüchen aufgeführt.
Dabei stellt die Kombination, wonach das flache Wandteil der Geräusch-Abschirmeinrichtung
eine Vorspannung erhält, die größer ist als die auf dieses flache Wandteil einwirkenden,
von der Arbeitsmembrane ausgehenden Schwingungsbelastungen, eine besonders vorteilhafte
Ausgestaltung der Erfindung dar. Bei einer derartigen Vorspannung oszilliert nämlich
das flache Wandteil der Geräusch-Abschirmeinrichtung praktisch nur noch entsprechend
der Bewegung des mit dem Wandteil verbundenen Pleuelabschnittes, im übrigen bleibt
dieses flache Wandteil jedoch praktisch schwingungsfrei oder wenigstens nahezu schwingungsfrei
und es macht somit auch keine oder nur noch geringe geräuschbildende Schwingungen
mehr in Richtung des Kurbelraumes.
[0011] Versuche haben überraschenderweise folgendes ergeben: Bei entsprechender Vorspannung
des flachen Wandteiles durch den elastischen Ring kann sogar eine Steigerung der Schallemission
praktisch völlig unterbunden werden, die sich beim Betrieb einer Membranpumpe ergibt,
die aus dem Unterdruckbereich heraus in den Überdruckbereich hinein arbeitet. Z.
B. sind bei einem Ansaugdruck von 0,5 bar absolut und einem Ausstoß-Überdruck von
3 bar absolut die Druckwechselbelastungen während eines Hubes derart groß, daß sich
eine Erhöhung der Geräuschemission von bis zu 40 % gegenüber normalem Betrieb ergeben
kann. Der durch diese Betriebsweise bei normalen, bisher bekannten Membranpumpen
ausgelöste Anstieg der Schallemission kann bei entsprechender Vorspannung des flachen
Wandteils praktisch völlig unterbunden werden.
[0012] Dementsprechend ergeben sich bei der erfindungsgemäßen Pumpe insbesondere folgende
Vorteile:
Es ist ohne Erhöhung und sogar bei Verminderung der Schallemission eine Kühlung im
Kurbelgehäuse möglich und das bedeutet eine längere Lebensdauer der Pumpenmembrane
und der Kugellager. Außerdem ist eine geradlinige Kühlluftführung durch das Kurbelgehäuse
und den elektrischen Antriebsmotor des Pumpen-Motoraggregates auch bei zweiköpfigen
Reihenpumpen möglich. Insbesondere bei entsprechender Vorspannung des flachen Wandteiles
der Geräuschabschirmeinrichtung tritt praktisch keine Änderung der von der Pumpmembrane
ausgehenden Schallemissionen innerhalb unterschiedlicher Betriebsbereiche auf, z .B.
beim Erzeugen unterschiedlicher Unter- und/oder Überdrücke.
[0013] Nachstehend ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels mit den erfindungswesentlichen
Einzelheiten in Verbindung mit der Zeichnung noch näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine teilweise im Schnitt gehaltene Seitenansicht einer Membranpumpe;
Fig. 2 eine Schnittansicht einer Geräusch-Abschirmeinrichtung mit angedeutetem Pleuelkopf,
Fig. 3 eine Aufsicht der in Fig. 2 gezeigten Geräusch-Abschirmeinrichtung und
Fig. 4 eine etwas schematisierte Seitenansicht einer Membranpumpe in Doppel-Ausführung.
[0014] Eine in Fig. 1 gezeigte Pumpe 1 ist als Membranpumpe ausgebildet. Sie weist ein Pumpengehäuse
2 auf, das im wesentlichen aus einem Kurbelgehäuse 3, einer Einspannplatte 4 sowie
einer Kopfplatte 5 besteht. Zwischen der Einspannplatte 4 und der Kopfplatte 5 ist
eine Pumpenmembrane 6 an ihrem Außenrand eingespannt.
In den von der Kopfplatte 4 und der Pumpenmembrane 6 abgegrenzten Arbeitsraum 7 münden
Ein- und Auslaßkanäle 8 und 9.
Die Pumpenmembrane 6 ist mit einem Pleuelkopf 10 verbunden, welcher seinerseits an
einem Pleuel 11 angebracht ist, welches die von einem Kurbelantrieb 12 kommende Hubbewegung
auf den Pleuelkopf und die Pumpenmembrane überträgt.
[0015] Erfindungsgemäß ist nun zwischen der Pumpenmembrane 6 und dem pumpenmembranenfernen
Teil des Pumpengehäuses 2 eine Geräusch-Abschirmeinrichtung 13 vorgesehen. Diese Abschirmeinrichtung
13 schirmt den pumpenfernen Teil des Pumpengehäuses gegenüber der Pumpenmembrane 6
schalldämpfend ab. Durch diese Abschirmeinrichtung werden von der Pumpenmembrane 6
ausgehende Geräusche gedämpft und vom Kurbelraum 14 ferngehalten. Somit wird auch
bei vorgesehenen Kühlmaßnahmen des Kurbelraumes 14 eine Geräuschemission nach außen
verhindert. Die Kühlung wiederum ermöglicht eine längere Lebensdauer von Membrane
und Lagern.
[0016] Eine Ausführungsform der Geräusch-Abschirmeinrichtung 13 ist in Fig. 1 gezeigt. Dabei
ist unterhalb des Pleuelkopfes 10, dem Kurbelraum 14 zugewandt, ein membranartiges,
biegsames Wandteil 15 vorgesehen, welches durch einen elastischen Ring 16 auf Abstand
zu der kurbelraumseitigen Unterseite 17 des Pleuelkopfes 10 gehalten wird. Der elastische
Ring 16 bildet dabei einen Abstandhalter 18. Der elastische Ring 16 ist so bemessen,
daß das eine geräuschabschirmende bewirkende Wandteil 15 soweit vorgespannt ist,
daß diese Vorspannung größer ist als auf das Wandteil 15 einwirkende Druckwechselbelastungen,
die von der Pumpenmembrane 6 ausgehen. Das Wandteil 15 oszilliert damit, passend
zur Pleuelbewegung, jedoch nahezu eigenschwingungsfrei und stellt somit gegenüber
dem Kurbelraum 14 keine Geräuschquelle dar. Dementsprechend wird eine Geräuschemission
nach außen weitgehend verhindert.
Im Ausführungbeispiel nach Fig. 1 besteht der elastische Ring vorzugsweise aus Schaumgummi
oder dgl., wodurch in erwünschter Weise einerseits die Nachgiebigkeit für die Vorspannung
des Wandteiles 15 und gleichzeitig auch eine schalldämpfende Wirkung erreicht wird.
Das membranartige Wandteil 15 ist mit seinem Außenrand 19 zwischen dem Kurbelgehäuse
3 und der Einspannplatte 4 eingespannt. Das Wandteil 15 weist einen zentralen Durchbruch
20 auf, der von dem Pleuel 11 durchragt wird. In diesem Bereich ist auch erkennbar,
daß der innere Rand des Wandteiles 15 bei dem Durchbruch 20 auf einem Pleuelabsatz
21 aufliegt und von der anderen Seite her durch eine sich an der Pleuelkopf-Unterseite
17 abstützenden Hülse 22 eingespannt ist.
Die radiale Erstreckung des elastischen Ringes 16 kann über die des Pleuelkopfes vorstehen
und, wie strichliniert angedeutet, auch bis etwa an die Innenwand der Einspannplatte
4 herangehen. Dadurch ist auch durch dieses geräuschdämpfende Teil ein sich praktisch
über den ge samten lichten Querschnitt erstreckendes Dämpfungsteil und Abschirmteil
vorhanden. Der Außendurchmesser des Pleuelkopfes ist hierbei mit d und der des elastischen
Ringes mit D bezeichnet.
[0017] Die Figuren 2 und 3 zeigen eine abgewandelte Ausführungsform einer Geräusch-Abschirmeinrichtung
13a, bei der der Abstandhalter 18 auf der dem Pleuelkopf 10 zugewandten Seite des
Wandteiles 15 einstückig mit diesem verbunden ist. Der Abstandhalter 18 ist hier durch
rippenförmige und etwa radial verlaufende elastische Vorsprünge 23 gebildet. Diese
Vorsprünge 23 liegen an der formangepaßten Unterseite 17a unter Vorspannung an, so
daß auch hier die Membrane praktisch nicht von den Schwingungen der Pumpenmembrane
6 angeregt werden kann. Somit ist auch hier sichergestellt, daß die Dämpfungsmembrane
14 zwar die Hubbewegung des Pleuels 11 mitmacht, andererseits aber keine Eigenschwingungen
durchführt.
Gegebenenfalls kann auch bei der Ausführungsform nach Fig. 2 und 3 zusätzlich zu den
Abstandhalter-Vorsprüngen 23 ein gegebenenfalls als Formteil ausgebildetes Einsatzteil
aus Schaumgummi oder dgl. vorgesehen sein, um zusätzlich zu der Schwingungsdämpfung
des Wandteiles 15 auch noch eine Schalldämpfung zu bewirken.
[0018] Um die vorbeschriebene Vorspannung des Wandteiles 15 zu erzielen, ist die Lage der
Einspannstellen des Wandteiles 15 einerseits am Außenrand 19 und andererseits beim
Pleuel 11 relativ zu der Pleuelunterseite 17 bzw. 17a so bemessen, daß der Zwischenraum
zwischen Unterseite 17 bzw. 17a und entspanntem Wandteil 15 kleiner ist als die Dicke
des Abstandhalters 18 beträgt.
[0019] In Versuchen hat sich gezeigt, daß beim Betrieb einer Membranpumpe aus dem Unterdruckbereich
in den Überdruck bereich Druckwechselbelastungen an der Membrane auftreten, die eine
Erhöhung der Geräuschemission von bis zu 40% gegenüber einem Normalbetrieb ergeben.
Bei Einsatz der erfindungsgemäßen Geräusch-Abschirmeinrichtung 13 oder 13a konnte
dieser Anstieg der Schallemission praktisch völlig unterbunden werden.
[0020] In Fig. 4 ist schematisch noch eine Doppelpumpe 1a mit zwei Köpfen 24 gezeigt, wobei
der Antriebsmotor 25 zwischen den Kurbelgehäusen 3 liegt. Bei dem bisherigen Aufbau
solcher Doppelpumpen 1a war wegen der sonst erfolgenden Geräuschemission keine Durchlüftungsmöglichkeit
und somit auch keine Kühlmöglichkeit des Antriebsmotors 25 vorhanden. Bei Einsatz
der Geräusch-Abschirmeinrichtung 13 bzw. 13a bei den einzelnen Pumpen wird eine Geräuschemission
in die jeweiligen Kurbelgehäuse weitgehend unterbunden, so daß jetzt eine durch die
Pfeile Pf 1 angedeutete, praktisch gradlinige Kühlluftführung durch die Kurbelgehäuse
3 und den Motor auch bei solchen Reihenpumpen möglich ist. Durch die Kühlmöglichkeit
sowohl bei den Einfach- als auch bei den Mehrfachausführungen von solchen Pumpen ist
eine längere Lebensdauer insbesondere auch von den Pumpenmembranen 6 und den Lagern
möglich.
[0021] Erwähnt sei noch, daß das Wandteil 15 der Geräusch-Abschirmeinrichtung 13 etwa tellerförmig
vorgeformt bzw. ausgewölbt sein kann, wie dies in Fig. 1, insbesondere aber in Fig.
2 erkennbar ist. Durch diese Vorformung ergeben sich bei den auftretenden Querbewegungen
durch die Pleuel-Kippbewegung, definierte Verformungsverhältnisse. Würde man ein
ebenes Wandteil in Seitenrichtung auslenken, würde dieses der Auslenkbewegung eine
wesentlich größere Steifigkeit entgegensetzen. Die tellerförmige Vorformung reduziert
diese der Pleuel-Auslenkbewegung entgegengesetzten Widerstands-Kräfte, da die "Steifigkeit"
des Wandteiles in Seiten-Auslenkrichtung wesentlich geringer ist.
[0022] Entsprechend reduziert sich dadurch der Leistungsbedarf für den Antrieb der Pumpe.
Die Vorformung kann gleichzeitig durch die vorgesehene Vorspannung erreicht werden,
so daß das Wandteil vor dem Einbau eine ebene Platte bilden kann, welche dann in Einbaulage
entsprechend vorgeformt und vorgespannt wird. In radialer Richtung ist bei dieser
Platte 15 eine überschüssige Materialerstreckung vorgesehen.
[0023] Alle in der Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale
können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich
sein.
1. Pumpe mit einem Pumpengehäuse und wenigstens einer Pumpenmembrane, die von einem
Pleuel bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Pumpenmembrane (6) und dem pumpenmembranfernen Teil des Pumpengehäuses
(2) eine Geräusch-Abschirmeinrichtung (13, 13a) vorgesehen ist, die den pumpenfernen
Teile des Pumpengehäuses gegenüber der Pumpenmembrane (6) schalldämpfend abschließt.
2. Membranpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Geräusch-Abschirmeinrichtung
(13, 13a) ein biegsames, flaches Wandteil (15) aufweist, das vorzugsweise mit seinem
Außenrand (19) im Pumpengehäuse und zweckmäßigerweise mit dem Rand eines etwa zentralen
Durchbruches (20) am Pleuel (11) derart befestigt ist, daß von der Geräusch-Abschirmeinrichtung
zumindest geringere geräuschrelevante Schwingungen ausgehen als von der Pumpenmembrane
(6).
3. Membranpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Geräusch-Abschirmeinrichtung
(13, 13a) einen elastischen Abstandhalter (18) zwischen dem Wandteil (15) und dem
Pleuelkopf (10) oder dgl. Pleuelteil aufweist.
4. Membranpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstandhalter (18)
aus einem elastischen Ring (16) aus Schaumgummi oder dgl. nachgiebigem und vorzugsweise
gleichzeitig schalldämpfenden Werkstoff besteht.
5. Membranpumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß der elastische Abstandhalter (18) im wesentlichen aus etwa senkrecht zur Ebene
der Geräusch-Abschirmeinrichtung (13a) stehenden, elastischen Vorsprüngen (23), Rippen
oder dgl.besteht, die an dem vorzugsweise durch eine kreisringförmige Scheibe gebildeten
Wandteil (15) angebracht sind.
6. Membranpumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß der elastische Abstandhalter (18), vorzugsweise die elastischen Vorsprünge (23)
einstückig mit dem elastischen Wandteil (15), insbesondere der Scheibe verbunden ist
bzw. sind und im wesentlichen die Geräusch-Abschirmeinrichtung (13a) bilden.
7. Membranpumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß das flache Wandteil (15) der Geräusch-Abschirmeinrichtung (13, 13a) mit Vorspannung
im Pumpengehäuse (2) bzw. beim Pleuel (11) eingespannt ist derart, daß die Vorspannung
des Wandteiles (15) größer ist als die auf dieses Wandteil einwirkenden, von der Arbeitsmembrane
(6) ausgehenden Schwingungsbelastungen.
8. Membranpumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die am Wandteil (15) der Abschirmeinrichtung (13, 13a) angeordneten elastischen
Abstandhalter (18) zur Erzeugung einer Vorspannung an dem Wandteil (15) oder dgl.
in entspannter Lage eine größere Höhe haben als der Abstand zwischen der Oberseite
von dem Wandteil (15) und der Unterseite (17, 17a) des Pleuelkopfes (10) beträgt.
9. Membranpumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die Anlagefläche des elastischen Ringes oder dgl. Abstandhalter (18) sich nahezu
bis an den äußeren Einspannbereich (19) des Wandteiles (15) erstreckt und vorzugsweise
dort dämpfend anliegt oder damit gegebenenfalls verbunden ist.
10. Membranpumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
daß der Pleuelkopf (10) für die dem Wandteil (15) der Geräusch-Abschirmeinrichtung
(13) abgewandten Seite des elastischen Ringes (16) oder dgl. als Abstützung und Einspannfläche
dient, wobei vorzugsweise der Durchmesser (D) der dem Wandteil (15) benachbarten Fläche
des elastischen Ringes (16) etwas größer ist als der Durchmesser (d) der Einklemmfläche
(17) des Pleuelkopfes (10).
11. Membranpumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet,
daß das Wandteil (15) der Geräusch-Abschirmeinrichtung (13) etwa in radialer Richtung
eine überschüssige Materialerstreckung hat, vorzugweise zumindest in Einbaulage etwa
tellerförmig, zweckmäßigerweise zum Kurbelraum (14) hin, ausgeformt ist.