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Die
Erfindung betrifft eine Pumpe für
gasförmige
und flüssige
Medien.
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Die
US 4 305 702 A offenbart
eine Pumpe mit einer Membran, die in einem Gehäuse angeordnet ist. Das Gehäuse weist
eine Pumpkammer auf, deren eine Seite von der Pumpmembran begrenzt
ist, während
alle übrigen
Seiten der Pumpkammer von Wänden
des Gehäuses
umfasst sind. Außerhalb
des Umfangs der Pumpmembran sind in derselben Ebene zwei Rückschlagventile
vorgesehen, von denen das eine dem seitlich in das Pumpengehäuse eintretenden
Mediumseingang und das andere dem seitlich gegenüberliegend austretenden Mediumsausgang zugeordnet
ist.
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Die
DE 101 61 132 A1 offenbart
eine Membranpumpe mit einem integrierten Drucksensor. Die Pumpmembran
ist innen an einem zentralen Anker befestigt, der mit einer Schraubenfeder
beaufschlagt und axial bewegbar ist. Der Außenrand der Pumpmembran ist
mit dem Pumpengehäuse
verbunden. Die Pumpkammer ist im Wesentlichen von den Gehäuse- und
Ankerwänden
umfasst und nur zu einem geringen Teil von der Pumpmembran mitbegrenzt. Außerhalb
des Umfangs der Pumpmembran sind zwei mit Schraubenfedern bestückte Kugelventile vorgesehen.
Das eine Kugelventil ist dem von der einen Seite in das Pumpengehäuse eintretenden
Mediumseingang zugeordnet, während
das andere Kugelventil dem seitlich gegenüberliegenden Mediumsausgang
zugehörig
ist.
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Die
GB 1 039 145 A offenbart
eine über
einen Magnetkopf angetriebene Pumpe mit einer Pumpmembran und einer
zu dieser parallel auf Abstand angeordneten Ventilplatte, die in
einem Pumpengehäuse
eine Pumpkammer mitbegrenzen. Ein durch den Magnetkopf verlagerbarer
Plattenanker ist auf der der Pumpkammer gegenüberliegenden Seite des Magnetkopfs
angeordnet.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Pumpe der vorbeschriebenen
Art dahingehend weiterzubilden, dass mit einfachen Mitteln eine
für die Förderung
aggressiver Medien dauerhaft leistungsfähige und verschleißarme Funktionstüchtigkeit
erzielt wird.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Zweckmäßige Ausgestaltungen
und Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale der Unteransprüche gekennzeichnet.
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Weitere
Vorteile und wesentliche Einzelheiten der Erfindung sind der nachfolgenden
Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmen, die in schematischer
Darstellung bevorzugte Ausführungsformen
als Beispiel zeigt. Es stellen dar:
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1 eine
erfindungsgemäße Pumpe
in einer vergrößerten Schnittdarstellung,
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2 die
Pumpe der 1 in einer axial um 90° gedrehten
Position, teilweise geschnitten und
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3 ein
mit einem Kreis bezeichneter Ausschnitt der Pumpe der 1 in
einer nochmals stark vergrößerten Schnittdarstellung.
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Die
in der Zeichnung dargestellte erfindungsgemäße Pumpe 1 besitzt
ein Gehäuse,
das einen Grundkörper 2,
einen Zwischenflansch 3 und einen Deckel 4 aufweist,
die übereinander
geschichtet und mittels Schrauben 5 blockbildend zusammengefügt sein
können.
Am Deckel 4 kann ein Saugstutzen 6 mit einer Eingangsbohrung 7 und
ein Druckstutzen 8 mit einer Ausgangsbohrung 9 ausgebildet
sein.
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In
dem Grundkörper 2 des
Pumpengehäuses
kann koaxial eine Bohrung 10 ausgebildet sein, die ein
Innengewinde 11 besitzt. In der Bohrung 10 ist ein
Magnetkopf 12 gelagert, der ein Außengewinde 13 aufweist,
das in das Innengewinde 11 der Bohrung 10 eingreift,
so dass der Magnetkopf 12 durch mehr oder weniger tiefes
Einschrauben in den Grundkörper 2 axial
stufenlos verstellbar ist, wodurch eine Feinjustierung möglich ist.
Damit die optimale Justierung des Magnetkopfes 12 sich
nicht ungewollt verändert,
sondern konstant bleibt, kann es günstig sein, den Magnetkopf 12 im
Pumpengehäuse
zuverlässig zu
positionieren, indem vorzugsweise eine in der Wand des Grundkörpers 2 radial
verstellbar gelagerte Gewindeschraube 20 gegen den Außenmagnetkern 15 anpressbar
ist, so dass die Position des Magnetkopfes 12 gesichert
ist.
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Der
Magnetkopf 12 kann bevorzugt als kreiszylindrischer Körper ausgebildet
sein und einen etwa stabförmigen
Innenmagnetkern 14, einen etwa hülsenförmigen Außenmagnetkern 15,
eine auf einem Spulenkörper 16 befindliche
Elektrospule 17 sowie eine nicht magnetische Scheibe 18 aufweisen,
die an der dem Inneren des Pumpengehäuses zugewandten Stirnseite
des Magnetkopfes zwischen dem Innenmagnetkern 14 und dem
Außenmagnetkern 15 vorzugsweise
hermetisch dicht angeordnet bzw. eingeschweißt ist. An der dem Pumpengehäuse abgewandten
Seite des Magnetkopfes 12 können Anschlusskontakte 19 für die Elektrospule 17 vorgesehen
sein. Das Außengewinde 13 des
Magnetkopfes 12 kann zweckmäßig unmittelbar an dem Außenmagnetkern 15 ausgebildet
sein, so dass der Magnetkopf 12 kompakt und kleinbauend
in dem Pumpengehäuse
integriert ist.
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Im
Bereich des Zwischenflansches 3 kann eine Pumpkammer 21 vorgesehen
sein, deren Umfang von einem Bund 22 des Zwischenflansches 3 begrenzt
ist. Die dem Magnetkopf 12 zugewandte Seite der Pumpkammer 21 wird
von einer Pumpmembran 23 begrenzt. An der gegenüberliegenden, dem
Gehäusedeckel 4 zugewandten
Seite befindet sich eine auf Abstand parallel zur Pumpmembran 23 angeordnete
Ventilplatte 24, die die Pumpkammer 21 ebenfalls
mitbegrenzt.
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Die
Pumpmembran selbst besteht aus einer dünnen, scheibenförmigen Flachformfeder 25,
die aus einem biegsamen, federkraftrückstellbaren Material hergestellt
ist. Zur Förderung
der Federeigenschaften kann die Flachformfeder 25 beabstandete Federstege 49 aufweisen,
die durch Aussparungen 48 beabstandet und in ein und derselben
Ebene z. B. in Form einer Spirale angeordnet sein können. Die Flachformfeder 25 ist
von einem Elastomermantel 26 umhüllt und kann vorzugsweise aus
einem Silikonkautschuk, Nitrilkautschuk oder Fluorkautschuk hergestellt
sein. Der Elastomermantel 26 umschließt die Flachformfeder 25 an
den einander gegenüberliegenden
Seiten und füllt
auch die Aussparungen 48 zwischen den Federstegen 49 aus,
wodurch die Flachformfeder 25 formschlüssig in dem Elastomermantel 26 eingebettet
und somit ein baueinheitlich kompaktes Funktionselement mit zuverlässigen Federungseigenschaften
und dauerhafter Dichtfunktion zur Abgrenzung der Pumpkammer 21 gegenüber den
Funktionsteilen des Magnetkopfes 12 gegeben ist.
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Am
Umfang der Pumpmembran 23 ist der Elastomermantel 26 zu
einem Wulst 27 ausgebildet, der von einem Umfangsrand 28 der
Flachformfeder 25 überragt
ist, derart, dass der Umfangsrand 28 außen am Wulst 27 herausragt.
Die Pumpmembran 23 ist dabei so in dem Pumpengehäuse gelagert,
dass sie sich im wesentlichen in einer Teilungsebene 29 zwischen
dem Grundkörper 2 und
dem Zwischenflansch 3 befindet. Dabei ist der Wulst 27 in
teilkreisförmigen
Ausnehmungen dicht eingespannt, die sowohl im Zwischenflansch 3 als
auch im Grundkörper 2 ausgebildet
sind, und der Umfangsrand 28 ist in der Teilungsebene 29 zwischen
dem Grundkörper 2 und dem
Zwischenflansch 3 eingespannt.
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In
dem Raum zwischen dem Magnetkopf 12 und der Pumpmembran 23 befindet
sich ein Plattenanker 30, dessen Durchmesser ungefähr dem Durchmesser
des Magnetkopfes 12 entspricht und der in der Bohrung 10 des
Grundkörpers 2 axial
beweglich reibungsfrei gelagert ist, und zwar so, dass bei nicht
eingeschaltetem Magnetkopf 12 zwischen dem Plattenanker 30 und
der diesem zugewandten Stirnseite des Magnetkopfes 12 ein
gewisser Abstand 31 besteht. Um eine optimale Pumpleistung
zu erzielen, kann der Abstand 31 durch die vorbeschriebene
Feinjustierung des Magnetkopfes 12 verkleinert oder vergrößert werden.
Der Plattenanker 30 ist mit der Pumpmembran 23 fest
verbunden. Dafür
kann der Plattenanker 30 eine Gewindehülse 32, in die ein Gewindezapfen 33 eingreift,
der an der Pumpmembran 23, konkret an der Flachformfeder 25 angeordnet ist,
besitzen. Durch die so hergestellte Schraubverbindung bilden der
Plattenanker 30 und die Pumpmembran 23 praktisch
eine Baueinheit. Die Schraubverbindung kann auch so ausgeführt sein,
dass die Gewindehülse 32 an
der Flachformfeder 25 und der Gewindezapfen 33 an
dem Plattenanker 30 angeordnet ist. Es liegt zudem auch
im Rahmen der Erfindung, den Plattenanker 30 und die Pumpmembran 23 vorzugsweise
mittels einer Niet-, Bördel-,
Press- oder Klebverbindung fest miteinander zu verbinden.
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Die
Ventilplatte 24 besitzt eine aus einem Elastomer, z. B.
EPDM, hergestellte Dichtscheibe 35, die zwischen zwei Tragplatten 36, 37 gelagert
ist, die beispielsweise aus einem rost- und säurebeständigen Edelstahlwerkstoff bestehen
können.
Die Ventilplatte 24 ist zwischen dem Gehäusedeckel 4 und dem
Bund 22 des Zwischenflansches 2 mediumsdicht gelagert.
Dafür können drei
Dichtringe 38, 39, 40 vorgesehen sein.
Der eine Dichtring 38 befindet sich zwischen dem Bund 22 des
Zwischenflansches 3 und der Tragplatte 36, die
der Pumpkammer 21 zugewandt ist. Die beiden anderen Dichtringe 39, 40 befinden
sich zwischen der der Pumpkammer 21 abgewandten Tragplatte 37 und
dem Gehäusedeckel 4, wobei
der Dichtring 39 der Eingangsbohrung 7 des Saugstutzens 6 und
der Dichtring 40 der Ausgangsbohrung 9 des Druckstutzens 8 koaxial
zugeordnet ist. Koaxial zur Eingangsbohrung 7 weist die
obere Tragplatte 37 einen ein Eingangsloch umfassenden Ventilsitz 41 auf
und ebenso besitzt die untere Tragplatte 36 einen Ventilsitz 42 mit
einem Ausgangsloch. Außerdem
besitzt die untere Tragplatte 36 mehrere Eintrittslöcher 43,
die koaxial kreisförmig
zum Ventilsitz 41 der oberen Tragplatte 37 angeordnet
sind, und die obere Tragplatte 37 besitzt mehrere Austrittslöcher 44,
die koaxial kreisförmig
zum Ventilsitz 42 der unteren Tragplatte 36 angeordnet
sind. Die Tragplatten 36, 37 können zweckmäßig völlig identisch hergestellt
sein. Bei der Montage der Ventilplatte 24 ist lediglich
darauf zu achten, dass die Tragplatten 36, 37 derart
entgegengesetzt montiert werden, dass die Ventilsitze 41, 42 sowie
die Entrittslöcher 43 und
Austrittslöcher 44 wie
vorstehend beschrieben ausgerichtet sind.
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Zwischen
den Tragplatten 36, 37 der Ventilplatte 24 befinden
sich im Bereich der Ventilsitze 41, 42 je eine
Ventilklappe 45, 46, die materialeinheitlich einstückig mit
der Dichtscheibe 35 ausgebildet und an dieser scharnierartig
angelenkt sind. Bei den Darstellungen der 1 und 3 ist
zu erkennen, dass dass die Ventilklappe 45 schräg nach unten
ausgelenkt ist, wodurch der Ventilsitz 41 freigegeben ist. Hingegen
befindet sich die Ventilklappe 46 in der Ebene der Dichtscheibe 35 und
liegt an dem Ventilsitz 42 an, wodurch dieser gesperrt
ist. Damit die Ventilplatte 24 bereits beim Zusammenbau
der Pumpe 1 für
eine einwandfreie Funktion exakt in der richtigen Position gehalt
wird, ist es günstig,
einen Fixierstift 47 vorzusehen, der vorzugsweise in einer
Radialbohrung des Zwischenflansches 3 gelagert ist und in
einen am Umfang der Ventilplatte 24 ausgebildeten Rücksprung
eingreift.
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Wenn
die Elektrospule 17 mit Spannung versorgt wird, fließt ein elektrischer
Strom, wodurch der Magnetkopf 12 aktiviert und der Plattenanker 30 gegen
die Kraft der Flachformfeder 25 durch die Magnetkraft in
Richtung gegen den Magnetkopf 12 gezogen wird, so dass
sich der Abstand 31 verringert und die Pumpmembran 23 in
Richtung gegen den Magnetkopf 12 wölbt. Dadurch entsteht in der
Pumpkammer 21 ein Unterdruck, durch den die Ventilklappe 45 aus
ihrer Verschlussebene heraus schräg ausgelenkt wird und den Ventilsitz 41 freigibt
(1 und 3), so dass das Medium durch
die Eingangsbohrung 7, den Ventilsitz 41 und die
Eintrittslöcher 43 in
die Pumpkammer 21 strömt.
Bei diesem Ansaugvorgang verbleibt die andere Ventilklappe 46 in
ihrer Verschlussebene und verschließt den der Ausgangsbohrung 9 vorgelagerten
Ventilsitz 42. Bei einer Unterbrechung des Stromflusses
in der Elektrospule 17 wird die Magnetkraft ausgeschaltet,
und die Pumpmembran 23 wird durch die Kraft der integrierten Flachformfeder 25 in
ihre Ausgangsposition zurückbewegt,
wobei sich der Plattenanker 30 gleichermaßen von
dem Magnetkopf 12 entfernt. Durch die Rückstellung der Pumpmembran 23 wird
in der Pumpkammer 21 ein Überdruck erzeugt. Dieser Überdruck
bewirkt, dass die Ventilklappe 45 in ihre Verschlussebene
gelangt und den Ventilsitz 41 der Eingangsbohrung 7 verschließt. Gleichzeitig
wird der Ventilsitz 42 der Ausgangsbohrung 9 geöffnet, indem die
Ventilklappe 46 aus ihrer Verschlussebene heraus nach oben
ausgelenkt wird, so dass das Medium von der Pumpkammer 21 durch
den Ventilsitz 42 und die Austrittslöcher 44 in die Ausgangsbohrung 9 strömt.
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Die
erfindungsgemäße Pumpe 1 arbeitet sehr
reibungs- und verschleißarm
und besitzt eine große
Leistungsfähigkeit
und hohe Dauerfunktionstüchtigkeit.
Da die Massebewegungen gering sind, können hohe Schaltgeschwindigkeiten
erzielt werden. Die Fördermenge
kann durch regelbare Schaltfrequenzen des Magnetkopfes 12 und
durch Hubverstellungen des Plattenankers 30 variiert werden, während der
Ansaug- und Förderdruck
durch unterschiedliche Federvorspannungen der in der Pumpmembran 23 integrierten
Flachformfeder 25 einstellbar ist.