Membranpumpe

Abstract

 Bei einer Membranpumpe (1) ist deren Membran (21) aus zwei mit axialem Abstand zueinander angeordnete, einen Innenraum (24) einschließende Membranscheiben (22, 23) zusammengesetzt, dessen Größe bei Beschädigung einer der Membranscheiben (22, 23) veränderbar ist. Des weiteren sind in der der Förderkammer (7) zugekehrten Membranscheibe (22) ein Signalgeber (31) und in dem Pumpengehäuse (2) ein Signalaufnehmer (32) angeordnet, der an eine Einrichtung (34) zur elektronischen Auswertung und Verstärkung der von dem Signalaufnehmer (32) abgegebenen Signale angeschlossen ist. Durch diese Ausgestaltung ist es möglich, frühzeitig eine etwaige Beschädigung der Membran (21) zu erkennen und somit zuverlässig zu verhindern, daß Hydraulikmedium in das Fördermedium gelangt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Membranpumpe mit einer in ihrem äußeren Randbereich in einem Pumpengehäuse eingespannten und durch ein hydraulisches Medium oszillierend antreibbaren Membran, durch die eine Förderkammer der Membranpumpe von einer das Hydraulikmedium aufnehmenden Antriebskammer getrennt ist, wobei die Membran aus zwei mit axialem Abstand zueinander angeordneten, einen Innenraum einschließenden Membranscheiben zusammengesetzt ist, dessen Größe bei Beschädigung einer der Membranscheiben veränderbar ist.

[0002] Um bei einer Membranpumpe eine etwaige Beschädigung der Membran erkennen zu können, ist es durch die DE-A-18 00 018 bekannt, die Membran aus mehreren, biespielsweise aus drei aneinander anliegenden Einzelmembrane zusammenzusetzen, und den Raum zwischen den Einzelmembranen vollkommen mit Hydraulikmedium zu füllen und über eine mit einem Rückschlagventil ausgestattete Leitung an einen Vorratsbehälter anzuschliessen. Bei einem Bruch einer der beiden äußeren Membrane kann somit das zu fördernde Medium aus der Förderkammer oder das Hydraulikmedium aus der Arbeitskammer in den Vorratsbehälter einströmen und dadurch die Anzeigevorrichtung auslösen.

[0003] Der den Raum zwischen den Einzelmembranen mit dem Vorratsbehäler verbindende Leitungsteil weist, zumindest im um 250 bar druckdichten Einspannbereich der Membrane, nur einen sehr engen bis kapillaren Durchgangsquerschnitt auf. Bei besonders mit Feststoffpartikeln versehenem Fördermedium setzt sich dieser Leitungsteil somit sehr leicht zu, dies führt zum Ausfall der Funktion der Strömungsanzeige.

[0004] Abgesehen davon, daß der Bauaufwand bei dieser Ausgestaltung erheblich und die Anzeigevorrichtung äußerst unempfindlich ist, da diese auf eine Niveauänderung des Hydraulikmediums im Vorratsbehälter anspricht, ist des weiteren vor allem von Nachteil, daß bei einer Beschädigung der der Förderkammer zugekehrten Einzelmembran eine relativ große Menge des in dem Raum zwischen den Membranen und der diesen mit dem Vorratsbehälter verbindenden Leitung befindlichen Hydraulikmediums aus diesen in das geförderte Medium gelangt. Dies kann zu erheblichen Ausfallzeiten sowie zu einer Ausschußproduktion führen, so daß der reibungslose Ablauf einer kontinuierlichen Fertigung sehr beeinträchtigt wird. In Farbspritzgeräten beispielsweise ist diese Art der Membranbruchüberwachung daher nicht einsetzbar, zumal eine Brucherkennung erst möglich ist, wenn eine der beiden äußeren Membrane derart beschädigt ist, daß Förder- oder Hydraulikmedium zusätzlich in die der Anzeigevorrichtung zugeordneten Bauteile gelangt.

[0005] Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Membranpumpe der vorgenannten Gattung in der Weise auszugestalten, daß eine etwaige Beschädigung der Membran frühzeitig erkennbar ist und daß außerdem zuverlässig verhindert wird, daß Hydraulikmedium in das Fördermedium gelangt. Der dazu erforderliche Bauaufwand soll gering gehalten werden, dennoch soll eine hohe Empfindlichkeit und eine geringe Störanfälligkeit bei der Überwachung der Membran gegeben sein.

[0006] Gemäß der Erfindung wird dies bei einer Membranpumpe der vorgenannten Gattung, die eine aus zwei mit axialem Abstand zueinander angeordneten, einen Innenraum einschließende Membranscheiben zusammengesetzte Membran aufweist, wobei die Größe des Innenraumes bei Beschädigung einer der Membranscheiben veränderbar ist, dadurch erreicht, daß in der der Förderkammer zugekehrten Membranscheibe ein Signalgeber und in das Pumpengehäuse im Bereich der Antriebskammer ein Signalaufnehmer angeordnet sind, der an eine Einrichtung zur elektronischen Auswertung und Verstärkung der von dem Signalaufnehmer abgegebenen Signale angeschlossen ist.

[0007] Durch die DE-A-26 24 129 sowie die US-A-49 34 902 sind zwar bereits elektrische bzw. magnetische Verfahren zur Signalisierung eines Membranbruches bei einer Magnetpumpe bekannt, einen Signalgeber in der der Förderkammer zugekehrten Membranscheibe und einen Signalaufnehmer im Bereich der Antriebskammer anzuordnen, ist bei diesen Ausgestaltungen jedoch nicht vorgesehen.

[0008] Bei der erfindungsgemäßen Membranpumpe ist es des weiteren zweckmäßig, den Innenraum der Membran gasfrei mit einem inkompresiblen, vorzugsweise mit einem mit dem Fördermedium verträglichen Medium, beispielsweise mit Wasser, einer Verdünnung oder dgl., auszufüllen und/oder mit einem Unterdruck zu versehen, so daß die beiden Membranscheiben in intaktem Zustand synchron miteinander oszillieren, bei einer Rißbildung in einer der Membranscheiben aber deren axialer Abstand zueinander und/oder zu dem Signalaufnehmer durch Eindringen des Fördermediums oder des Hydraulikmediums verändert wird.

[0009] Um in einem solchen Fall die Lageänderung zu unterstützen, kann zusätzlich in den Innenraum der Membran, vorzugsweise zentrisch, eine axial gerichtete vorgespannte Druckfeder eingesetzt sein.

[0010] Der Signalgeber wird durch einen Hochenergiemagneten, vorzugsweise aus einer Samarium-Kobalt-Legierung, gebildet.

[0011] Angebracht ist es ferner, den Signalgeber mittig in die der Förderkammer zugekehrten Membranscheibe, vorzugsweise in einer an dieser angeformten Verdickung, einzusetzen, wobei dieser in die Membranscheibe eingespritzt oder in einer Ausnehmung der Membranscheibe eingesetzt und durch eine Ultraschall- oder Heißluftschweißung durch Verkleben, durch Pressung oder dgl. mit dieser fest verbunden sein kann.

[0012] Der Signalaufnehmer kann als magnetoristischer Magnetfeldsensor ausgebildet und zur Erzeugung eines permantentmagnetischen Vorspannfeldes zur Stabilisierung mit einem vorzugsweise auf der dem Signalgeber abgekehrten Seite angeordneten Magnetblättchen versehen sein.

[0013] Vorteilhaft ist es ferner, den Signalaufnehmer in einem geschlossenen Zylinder, vorzugsweise aus einem nichtferromagnetischen Werkstoff, beispielsweise Titan, anzuordnen, der zur Achse der Membran radial verstellbar in dem Pumpengehäuse eingesetzt sein sollte.

[0014] Die beiden Membranscheiben sollten in ihrem äußeren Randbereich durch Verkleben, durch Ultraschall- oder Heißluftverschweißung oder in ähnlicher Weise fest miteinander verbunden sein.

[0015] Wird eine Membranpumpe gemäß der Erfindung ausgebildet, in dem die Membran aus zwei Membranscheiben zusammengesetzt wird, von denen eine einen Signalgeber aufweist, der mit einem ortsfest angeordneten Signalaufnehmer zusammenwirkt, so ist es möglich, den Betriebszustand der Membran auf sehr einfache Weise aber dennoch äußerst zuverlässig zu überwachen und eine etwaige Beschädigung einer der beiden Membranscheiben frühzeitig zu erkennen. Tritt nämlich in einer der Membranscheiben eine Rißbildung oder ein Bruch auf, so verändert sich sofort zumindest eine der Endlagen der den Signalgeber tragenden Membranscheibe gegenüber dem Signalaufnehmer, da das eingelagerte Medium aus der doppelwandigen Membran ausströmt und Medium in diese eingesaugt oder unter Druck eingebracht wird. Und diese Lageänderung kann durch einen Signalaufnehmer detektiert und ausgewertet werden, so daß bereits eine Rißbildung in einer der Membranscheiben erkannt werden kann. Wird die der Förderkammer zugewandte Membranscheibe beschädigt, bleibt die Membranpumpe aber dennoch betriebsfähig und keine unmittelbare Betriebsunterbrechung ist in Kauf zu nehmen. Die beschädigte Membran kann vielmehr zu einem geeigneten Zeitpunkt, z. B. nach Beendigung der Tagesarbeit, ohne daß eine größere Betriebsunterbrechung auftritt, ausgetauscht werden.

[0016] Wird die der Antriebskammer zugewandte Membranscheibe beschädigt, füllt sich der Raum zwischen beiden Membranscheiben mit Hydraulikmedium; dadurch wird die der Förderkammer zugewandte Membranscheibe in ihre obere Endlage gedrückt, mit dem Resultat, daß die Pumpe nicht mehr fördert.

[0017] Da die Membran, durch die die Förderkammer von der Antriebskammer getrennt ist, doppelwandig ist, kann demnach auch bei einem Leck in einer der Membranscheiben kein Hydraulikmedium in die Förderkammer und umgekehrt gelangen. Beim Einsatz einer derartigen Membranpumpe in einem Farbspritzgerät ist somit die Farbstufe und das zu beschichtende Objekt mit Sicherheit vor einer Verschmutzung durch Hydraulikmedium gesichert, da der Innenraum der Membran mit einer mit dem zu fördernden Medium verträglichen Flüssigkeit ausgefüllt werden kann. Eine Ausschußfertigung wird somit, auch bei einem Bruch der der Förderkammer zugekehrten Membranscheibe, weitgehend vermieden. Und da trotz des geringen Bauaufwandes nicht nur eine zuverlässige Früherkennung, sondern auch eine hohe Empfindlichkeit bei dem vorschlagsgemäß ausgebildeten Erkennungssystem gewährleistet sind, ist ein wirtschaftlicher und sehr vielseitiger Einsatz gegeben.

[0018] In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der gemäß der Erfindung ausgebildeten Membranpumpe dargestellt, das nachfolgend im einzelnen erläutert ist. Hierbei zeigt:

Figur 1 eine mit einer doppelwandigen Membran bestückte Hochdruckpumpe, teilweise im Schnitt,

Figur 2 den bei der Hochdruckpumpe nach Figur 1 vorgesehenen Signalaufnehmer, in einem Ausschnitt, und

Figur 3 die Membran mit Anlagescheibe nach Figur 1 als Einzelteil, in einem Schnitt, jedoch in abgeänderter Anordnung des Signalaufnehmers.

[0019] Die Membranpumpe 1 nach Figur 1 besteht im wesentlichen aus einer zwischen zwei mit Anlagescheiben 4 bzw. 5 versehenen Gehäuseteilen 2 und 3 eingespannten angetriebenen Membran 21, durch die eine Arbeitskammer 6 von einer Förderkammer 7 getrennt ist. Zum Antrieb der Membran 21 dient hierbei ein in einem Zylinder 12 verschiebbar eingesetzter Kolben 11, der von einem nicht gezeigten Antriebsmittel, z. B. einem Exzenter, angetrieben wird. Über eine Flüssigkeitssäule, die sich in dem Druckraum 6 befindet, wirkt der Kolben 11 auf die Membran 21 ein. Zu diesem Zweck ist die Anlagenscheibe 4 mit Bohrungen 14 versehen, durch die somit ein Raum 13 zwischen der Membran 21 und der Scheibe 4 mit der Arbeitskammer 6 verbunden ist. Über eine Saugleitung 16 ist die Arbeitskammer 6 mit einem Vorratsbehälter 15 verbunden, an den auch eine Rücklaufleitung 17, in die zum Abbau von Druckspitzen ein nicht dargestelltes Überdruckventil eingesetzt ist, angeschlossen ist.

[0020] An der Membran 21 ist ein mit einem Gewindeabschnitt versehener Schaft 28 angeformt, auf den eine Mutter 19 aufgeschraubt ist. Und zwischen der Anlagescheibe 4 und der Mutter 19 ist eine Druckfeder 18 eingesetzt, durch die die Membran 21 somit stets in die Ausgangslage zurückgedrückt wird, in der diese an der Anlagescheibe 4 anliegt. Bei einem Saughub wird über eine Saugleitung 8, die mit einem Einlaßventil 9 ausgestattet ist, das zu fördernde Medium in die Förderkammer 7 gesaugt und bei einem Druckhub bei geschlossenem Einlaßventil 9 in eine Druckleitung 10, die selbstverständlich auch mit einem nicht dargestellten Rückschlagventil ausgestattet ist, gefördert.

[0021] Die Membran 21 besteht, wie dies im einzelnen der Figur 3 zu entnehmen ist, aus zwei mit axialem Abstand zueinander angeordneten Membranscheiben 22 und 23, die somit einen Innenraum 24 einschließen und jeweils eine zentrische Verdickung 26 und 27 sowie im Anschluß an einen äußeren Einspannbereich eine Walkzone 29 und 30 aufweisen. Außerdem ist in den Innenraum 24, der bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel mit einer gasfreien inkompressiblen und mit dem zu fördernden Medium verträglichen Flüssigkeit ausgefüllt ist, eine vorgespannte Druckfeder 25 eingesetzt.

[0022] Wird eine der beiden Membranscheiben 22 oder 23 beschädigt, so wird das zwischen diesen befindliche Medium entweder in die Arbeitskammer 6 oder in die Förderkammer 7 ausströmen, gleichzeitig aber Medium aus einer dieser Kammern in den Innenraum 24 unter Druck einströmen. Dies bewirkt aber, zumal durch die vorgespannte Feder 25 die Membranscheiben 22 und 23 in diesem Betriebszustand auseinandergedrückt werden, daß die Membranscheibe 22 bei einem Saughub nicht mehr in die ihr zugeordnete Endlage gelangt. Und diese Endlagenänderung wird ausgenutzt, um eine Beschädigung einer der Membranscheiben 22 oder 23 zu erkennen.

[0023] Dies wird in der Weise bewerkstelligt, daß in die Verdickung 26 der Membranscheibe 22 ein Signalgeber 31, vorzugsweise in Form eines Hochenergiemagneten, eingebaut und in das Gehäuseteil 2 ein auf diesen abgestimmter Signalaufnehmer 32 eingesetzt sind, der über eine Signalleitung 33 an eine elektronische Einrichtung 34 zur Auswertung und Verstärkung der von dem Signalaufnehmer 31 abgegebenen Signale angeschlossen ist. Mittels der Einrichtung 34 können die Signale derart ausgewertet und verstärkt werden, daß diese als optische und/oder akustische Signale und/oder zur Abschaltung der Membranpumpe 1 verwertbar sind. Bei einer Fehlermeldung kann somit die Hochdruckpumpe 1 außer Betrieb genommen werden, bevor die Membran 21 derart beschädigt ist, daß das in der Arbeitskammer 6 befindliche Hydraulikmedium in die Förderkammer 7 gelangt. Lange Ausfallzeiten und größere Ausschußproduktionen können somit zuverlässig vermieden werden.

[0024] Zur Erzeugung eines permanentmagnetischen Vorspannfeldes kann der Signalaufnehmer 32 gemäß Figur 3 auf der der Membranscheibe 23 abgekehrten Seite mit einem Magnetblättchen 35 ausgestattet, durch das der als Magnetfeldsensor ausgebildete Signalaufnehmer 32 stabilisiert wird.

[0025] Der Signalaufnehmer 32 ist, wie dies der Figur 2 entnommen werden kann, in einem Zylinder 36 aus einem nicht-ferromagnetischen Werkstoff, beispielsweise Titan, vergossen, der in eine Bohrung 37 des Gehäuseteils 2 und - bei der Ausgestaltung nach Figur 3 - der Anlagescheibe 4 eingesetzt ist. Mit Hilfe einer Gewindebuchse 38 ist der Zylinder 36. durch den der Signalaufnehmer 32 somit von einer Druckbeaufschlagung durch das in der Arbeitskammer 6 befindliche Hydraulikmedium geschützt ist, radial zur Achse der Membran 21 verstellbar, so daß der Signalaufnehmer 32 achssenkrecht zu dem Signalaufnehmer 31 ausgerichtet werden kann.

Ansprüche

1. Membranpumpe mit einer in ihrem äußeren Randbereich in einem Pumpengehäuse eingespannten und durch ein hydraulisches Medium oszillierend antreibbaren Membran, durch die eine Förderkammer der Membranpumpe von einer das Hydraulikmedium aufnehmenden Antriebskammer getrennt ist, wobei die Membran aus zwei mit axialem Abstand zueinander angeordnete, einen Innenraum einschließende Membranscheiben zusammengesetzt ist, dessen Größe bei Beschädigung einer der Membranscheiben veränderbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß in der der Förderkammer (7) zugekehrten Membranscheibe (22) ein Signalgeber (31) und in das Pumpengehäuse (2) im Bereich der Antriebskammer (6) ein Signalaufnehmer (32) angeordnet sind, der an eine Einrichtung (34) zur elektronischen Auswertung und Verstärkung der von dem Signalaufnehmer (32) abgegebenen Signale angeschlossen ist.

2. Membranpumpe nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Innenraum (24) der Membran (21) gasfrei mit einem inkompressiblem, vorzugsweise auf einem mit dem Fördermedium verträglichen Medium, beispielsweise mit Wasser, einer Verdünnung od.dgl., ausgefüllt ist.

3. Membranpumpe nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Innenraum (24) der Membran (21) mit einem Unterdruck versehen ist. 4. Membranpumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß in den Innenraum (24) der Membran (21), vorzugsweise zentrisch, eine axial gerichtete vorgespannte Druckfeder (25) eingesetzt ist.

5. Membranpumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Signalgeber (31) aus einem Hochenergiemagneten, vorzugsweise aus einer Samarium-Kobalt-Legierung, besteht.

6. Membranpumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Signalgeber (31) mittig in die der Förderkammer (7) zugekehrten Membranscheibe (22), vorzugsweise in einer an dieser angeformten Verdickung (26), eingesetzt ist.

7. Membranpumpe nach einem oder mehreren der
Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß der Signalgeber (31) in die Membranscheibe (22) eingespritzt ist.

8. Membranpumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Signalgeber (31) in einer Ausnehmung der Membranscheibe (22) eingesetzt und durch eine Ultraschall- oder Heißluftschweißung, durch Verkleben oder Pressung oder dgl. mit dieser fest verbunden ist.

9. Membranpumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Signalaufnehmer (32) als magnetoristischer Magnetfeldsensor ausgebildet ist. 10. Membranpumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Signalaufnehmer (32) zur Erzeugung eines permanentmagnetischen Vorspannfeldes mit einem vorzugsweise auf der dem Signalgeber (31) abgekehrten Seite angeordneten Magnetblättchen (35) versehen ist.

11. Membranpumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Signalaufnehmer (32) in einem geschlossenen Zylinder (36), vorzugsweise aus einem nicht-ferromagnetischen Werkstoff, beispielsweise Titan, angeordnet ist.

12. Membranpumpe nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Zylinder (36) radial verstellbar zur Achse der membran (21) in dem Pumpengehäuse (2) eingesetzt ist.

13. Membranpumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß die beiden Membranscheiben (22, 23) in ihrem äußeren Randbereich durch Verkleben, durch Ultraschall oder Heißluftverschweißung oder in ähnlicher Weise fest miteinander verbunden sind.

Zeichnung