DE10160401A1

DE10160401A1 - Diaphragm pump for treatment of fluid substances used in small mobile units and equipment has a diaphragm disk and a piezo actuator linked to a diaphragm pump body.

Info

Publication number: DE10160401A1
Application number: DE10160401A
Authority: DE
Inventors: Peter Schultheis; Hans-Joachim Weick; Joachim Heinrich; Steffen Welsch
Original assignee: CONSENS GmbH
Current assignee: CONSENS GmbH
Priority date: 2001-11-06
Filing date: 2001-12-10
Publication date: 2003-05-15

Abstract

A piezo actuator (1) links to a diaphragm pump body (3) with two diaphragm disks. Pumping force generated by the piezo actuator is transferred into the diaphragm pump body via its rim. Inlet (4) and outlet (5) valves fit on of the two disks respectively. A flexible element (2) fits between the piezo actuator and the diaphragm pump body with its resonance frequency corresponding to the frequency of the piezo actuator, which is a piezo-ceramic element.

Description

Die Erfindung betrifft eine Membranpumpe mit einer Membranscheibe und einen Piezo-Aktuator. The invention relates to a diaphragm pump with a diaphragm disk and a piezo actuator.

Die Erfindung ist besonders geeignet zur Aufbereitung fluidischer Medien, die in kleinen und mobilen Anlagen und Geräten eingesetzt werden. The invention is particularly suitable for the preparation of fluid media can be used in small and mobile systems and devices.

Membranpumpen bestehen zumeist aus einer in einem Gehäuse angeordneten Membran und einem an diese angekoppelten Antrieb. Beim Bewegen der Membran wird das zwischen der Membran und dem Gehäuse eingeschlossene Volumen verändert. Bei Volumenvergrößerung wird über ein Einlassventil das fluidische Medium angesaugt und bei der folgenden Volumenverringerung über ein Auslassventil in einen Druckraum abgeleitet. Diaphragm pumps usually consist of one arranged in a housing Membrane and a drive coupled to it. When moving the Membrane is the one that is enclosed between the membrane and the housing Volume changed. When the volume is increased, the fluid medium sucked in and with the following volume reduction discharged into a pressure chamber via an outlet valve.

Im Stand der Technik sind verschiedene Ausführungen von Membranpumpen bekannt. Various designs of diaphragm pumps are in the prior art known.

In DE 199 50 160 A1 ist eine piezogetriebene Pumpe für eine hydraulische Fahrzeugbremsanlage beschrieben, bei der ein elastisches Element in einem Pumpenkörper angeordnet ist, der einen Hohlraum als Pumpenraum einschließt und bei der das elastische Element direkt zur Veränderung des Pumpenraumvolumens mit einem Piezo-Aktuator beaufschlagt ist. DE 199 50 160 A1 describes a piezo-driven pump for a hydraulic one Vehicle brake system described in which an elastic element in one Pump body is arranged, which includes a cavity as a pump chamber and where the elastic element directly changes the Pump chamber volume is acted upon by a piezo actuator.

Aufgrund des sehr geringen Stellweges von Piezo-Aktuatoren ist das förderbare Volumen jedoch nur sehr gering. Due to the very short travel range of piezo actuators, this is eligible volume is very low.

Zur Vergrößerung des Fördervolumens wird in DE 196 01 749 A1 vorgeschlagen mit Hilfe einer Hebelanordnung den Stellweg des eingesetzten Piezo- Aktuators zu vergrößern. Nachteilig ist dabei, dass die bewegte Masse stark vergrößert wird. To increase the delivery volume, DE 196 01 749 A1 suggested using a lever arrangement the travel of the piezo Enlarge actuator. The disadvantage here is that the moving mass is strong is enlarged.

Eine weitere Möglichkeit zur Stellwegvergrößerung ist eine in DE 41 27 418 A1 vorgeschlagene Anordnung, bei der ein Piezo-Aktuator mit einer hydraulischen Stellwegvergrößerung kombiniert wird. Mit der hydraulischen Stellwegvergrößerung kann zwar eine kleinere Masse als bei mechanische Hebelstrukturen verwirklicht werden. Nachteilig ist hierbei jedoch die thermische Drift derartiger Anordnungen sowie die Anfälligkeit gegenüber eingeschlossenen gasförmigen Komponenten, bei denen schon kleinste Einschüsse die beabsichtigte Funktion vollständig aufheben können. Another possibility for increasing the travel is one in DE 41 27 418 A1 Proposed arrangement in which a piezo actuator with a hydraulic travel extension is combined. With the hydraulic Enlargement of travel can be smaller than that of mechanical ones Leverage structures can be realized. However, this is disadvantageous Thermal drift of such arrangements and the susceptibility to them trapped gaseous components where even the smallest bullets can completely cancel the intended function.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Membranpumpe der eingangsgenannten Art anzugeben, mit der ein hoher Wirkungsgrad erzielt werden kann und die sich durch eine deutlich vergrößerte Stellwegamplitude zu auszeichnet. The invention has for its object a diaphragm pump Specify the type mentioned, with which a high degree of efficiency can be achieved and which is characterized by a significantly increased travel amplitude.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einer Anordnung gelöst, welche die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale enthält. According to the invention the object is achieved with an arrangement which the in Claim 1 includes features.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Advantageous refinements are specified in the subclaims.

Die Erfindung weist eine Reihe von Vorteilen auf. The invention has a number of advantages.

Die erfindungsgemäße Anordnung zeichnet sich durch eine vorteilhafte Anpassung der Kraft-Weg-Kennlinie des Antriebselement und der Federkennlinie der Pumpenmembran. The arrangement according to the invention is characterized by an advantageous one Adjustment of the force-displacement characteristic of the drive element and the spring characteristic of the Pump diaphragm.

Abweichend von elektromagnetischen Antriebselementen, die am Ende des Stellweges ihre maximale Kraft erreichen, ist dies bei Piezo-Aktuatoren genau umgekehrt. Sie erfordern deshalb einen Pumpenkörper mit negativer Federkennlinie. Deviating from electromagnetic drive elements, which at the end of the Reach their maximum force, this is exactly the case with piezo actuators vice versa. They therefore require a pump body with a negative one Spring characteristic.

Erfolgt die Krafteinleitung wie in der in DE 199 50 160 A1 beschriebenen Weise am Mittelpunkt der Membran, so wirkt eine positive Federkennlinie, bei der mit zunehmendem Stellweg die Gegenkraft wächst. Diese Belastungsart ist zwar für elektromagnetische Betätigung geeignet, aber für den Einsatz von Piezo-Aktuatoren ungünstig. The force is applied as described in DE 199 50 160 A1 A positive spring characteristic acts at the center of the membrane the counterforce increases with increasing travel. This type of load is suitable for electromagnetic actuation, but for the use of Piezo actuators unfavorable.

Bei der erfindungsgemäßen Pumpenanordnung wird die Kraft am äußeren Rand der Membran eingeleitet, so dass neben einer Stellwegvergrößerung auch die Abnahme der Gegenkraft mit zunehmenden Stellweg, also eine negative Federkennlinie, erzeugt wird. Damit kann gegenüber den bekannten Anordnungen bei vergleichbaren Parametern ein größeres Volumen gefördert werden. Wenn darüber hinaus die Ankopplung des Piezo-Aktuators am Pumpenkörper über ein elastisches Zwischenelement erfolgt, so führt das im Resonanzfall zu einer weiteren Vergrößerung des Stellweges, die nur noch von der Energieverteilung abhängig ist. In the pump arrangement according to the invention, the force on the outside Edge of the membrane initiated, so that in addition to an increase in travel the decrease in counterforce with increasing travel, i.e. a negative one Spring characteristic, is generated. This can be compared to the known Arrangements with comparable parameters a larger volume can be promoted. If, in addition, the coupling of the piezo actuator on Pump body takes place via an elastic intermediate element, so this leads to resonance to a further increase in the travel range, which is only from the Energy distribution is dependent.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. The invention is explained in more detail below with the aid of an exemplary embodiment explained.

Dazu zeigt Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Membranpumpenausführung mit elastischen Zwischenelement. For this purpose, FIG. 1 shows a schematic representation of a diaphragm pump design with elastic intermediate element.

Infolge der Ausdehnung des piezokeramischen Aktuators 1 wird ein Energieimpuls über die Feder 2, die hier das elastische Zwischenelement bildet, auf den Membranpumpenkörper 3, der als kreisförmige Doppelmembran ausgebildet ist, geleitet. Durch das damit verbundene Stauchen des Membranpumpenkörpers 3 wird das Volumen zwischen den beiden Membranscheiben vergrößert. Es entsteht ein Unterdruck, welcher durch das über das Einlassventil 4 einströmende Fluid ausgeglichen wird. Nach dem Abklingen des Energieimpulses ziehen sich die Membranen aufgrund ihrer Eigenspannung wieder zusammen und drücken über das Auslassventil 5 das gepumpte Fluid heraus. Gleichzeitig wird die Feder 2 zusammengedrückt. Bei deren maximaler Federkraft wird über den piezokeramischen Aktuator 1 eine neuer Energieimpuls so eingeleitet, dass die Anordnung in der Resonanz schwingt. Hierdurch vergrößert sich die Bewegungsamplitude gegenüber der des piezokeramischen Aktuators. As a result of the expansion of the piezoceramic actuator 1 , an energy pulse is conducted via the spring 2 , which here forms the elastic intermediate element, to the diaphragm pump body 3 , which is designed as a circular double diaphragm. The resulting compression of the diaphragm pump body 3 increases the volume between the two diaphragm disks. A negative pressure is created which is compensated for by the fluid flowing in via the inlet valve 4 . After the energy pulse has subsided, the membranes contract again due to their inherent tension and push the pumped fluid out through the outlet valve 5 . At the same time, the spring 2 is compressed. At their maximum spring force, a new energy pulse is introduced via the piezoceramic actuator 1 so that the arrangement vibrates in resonance. This increases the amplitude of movement compared to that of the piezoceramic actuator.

Mit der vorgestellten Lösung kann der Wirkungsgrad der piezokeramischen Pumpe gegenüber den im Stand der Technik bekannten Anordnungen verdoppelt werden. Weiterhin verbessert sich das Ansaug- und Ausströmverhalten der Pumpe aufgrund der deutlich vergrößerten Stellwegamplitude. BEZUGSZEICHENLISTE 1 piezokeramischer Aktuator
2 Feder
3 Membranpumpkörper
4 Einlassventil
5 Auslassventil
With the solution presented, the efficiency of the piezoceramic pump can be doubled compared to the arrangements known in the prior art. The suction and discharge behavior of the pump also improves due to the significantly increased travel amplitude. REFERENCE SIGN LIST 1 piezoceramic actuator
2 spring
3 diaphragm pump bodies
4 inlet valve
5 exhaust valve

Claims

1. diaphragm pump with a diaphragm disk and a piezo actuator ( 1 ), characterized in that the piezo actuator ( 1 ) is connected to a diaphragm pump body ( 3 ) consisting of two diaphragm disks, the pump force generated by the piezo actuator ( 1 ) is introduced into the diaphragm pump body ( 3 ) via the edge thereof and an inlet valve ( 4 ) is attached to one diaphragm disk and an outlet valve ( 5 ) is attached to the other diaphragm disk.

2. Diaphragm pump according to claim 1, characterized in that an elastic element ( 2 ) is arranged between the piezo actuator ( 1 ) and the diaphragm pump body ( 3 ), the resonance frequency of which corresponds to the frequency of the piezo actuator ( 1 ).

3. Diaphragm pump according to claim 1, characterized in that the piezo actuator ( 1 ) is a piezoceramic element.