DE102007014709A1

DE102007014709A1 - Membranpumpe zur Förderung eines Fluids

Info

Publication number: DE102007014709A1
Application number: DE102007014709A
Authority: DE
Inventors: Ralf Dr. Heinrich; Dirk Dr. Meyer; Thomas Dr. Schauber; Christoph Dr. Gund; Benno Schmied; Christopher Dr. Klatt; Torsten Dr. Gerlich; Jörg BITTNER; Volker Daume
Original assignee: Carl Freudenberg KG
Current assignee: Eagle Actuator Components GmbH and Co KG
Priority date: 2007-03-23
Filing date: 2007-03-23
Publication date: 2008-09-25
Also published as: US20080240942A1

Abstract

Membranpumpe zur Förderung eines Fluids mit einer hart- oder weichmagnetische Partikel aufweisenden flexiblen Membran, die durch einen elektromagnetischen Antrieb betätigt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Membranpumpe ein Gehäuse (1) mit einem Innenraum (7) mit zwei durch die Membran (8) getrennten Pumpkammern (9, 10) hat und dass die Membran (8) durch zwei sich gegenüberliegende elektromagnetische Antriebe (2, 3) betätigt wird.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Membranpumpe zur Förderung eines Fluids mit einer hart- oder weichmagnetische Partikel aufweisenden flexiblen Membran, die durch einen elektromagnetischen Antrieb betätigt wird.
Zur Förderung von Fluiden, sei es eine Flüssigkeit oder ein Gas, werden insbesondere dann, wenn es sich um aggressive Fluide handelt, Membranpumpen eingesetzt. Dabei können die Membranen sowohl mechanisch als auch elektromagnetisch angetrieben werden. Unter anderem können solche Pumpen auch bei der Tankentlüftung für Verbrennungskraftmaschinen eingesetzt werden.
Stand der Technik
In der DE 40 32 555 A1 werden elektromagnetisch betätigte hydraulische Pumpen behandelt, die eine unterschiedliche Bauweise haben. Dabei wird unter anderem auch eine magnetostriktiv betätigte Membranpumpe beschrieben, bei der die Membran durch einen elektromagnetisch betätigten Aktor und eine Gegenfeder hin- und herbewegt wird.
Eine andere Membranpumpe beschreibt die US 2004/0265150 A1 . Dort wird eine Pumpe beschrieben, bei der eine Membran mit magnetischen Partikeln verwendet wird, welche durch einen Elektromagneten betätigt wird. Durch die vom Elektromagneten hervorgerufene Auswölbung der Membran kann ein Fluid durch ein an der Membran anliegendes Gehäuse hindurch gefördert werden.
Die voranstehend behandelten Membranpumpen können beispielsweise bei einer Tankentlüftung für Brennkraftmaschinen verwendet werden, wie sie in der DE 196 50 517 C2 behandelt ist.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Membranpumpe zu schaffen, die in ihrem Aufbau einfach ausgestaltet ist, eine leichte Fertigung gestattet und die eine hohe Pumpleistung erlaubt. Die Membranpumpe soll vorzugsweise für das Dosieren von Flüssigkeiten oder Gasen eingesetzt werden. Ein besonderes Gebiet ist die Verwendung beim Pumpen von Kraftstoffdämpfen.
Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt mit den Merkmalen des Anspruchs 1. In den Unteransprüchen 2 bis 18 sind vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstands enthalten.
Die erfindungsgemäße Membranpumpe wird durch ein Gehäuse gebildet, welches in seinem Innenraum zwei durch die Membran getrennte Pumpkammern hat. Als Membran wird eine hochflexible Membran gewählt, die hart- oder weichmagnetische Partikel aufweist. Die Membran selbst wird durch zwei sich gegenüberliegende elektromagnetische Antriebe betätigt. Durch den Einsatz von zwei Pumpkammern mit den zugehörigen elektromagnetischen Antrieben wird ein hoher Durchsatz des zu pumpenden Fluids erreicht. Die Antriebe selbst werden durch elektromagnetische Spulen gebildet. Dabei ist es von Vorteil, wenn die Spulen in Resonanz betrieben werden, wobei die Resonanzfrequenz im Bereich von 10 bis 100 Hz liegt. Die Membran selbst ist zentrisch in axialer Richtung im Gehäuse angeordnet.
Alle Kammern sind mit Einlass- und Auslassventilen versehen. Diese Ventile können vorzugsweise als Rückschlagventile ausgebildet sein. Diese Ventile lassen folglich nur eine Strömungsrichtung für das Fluid zu. Der Strömungsfluss des Fluids wird dadurch unterstützt, dass in Strömungsrichtung des geförderten Fluids an die beiden vorgenannten Pumpenkammern eine Zusatzkammer angeschlossen wird. Eine Umkehrung der Strömungsrichtung wird dadurch verhindert, dass das am Auslass der Zusatzkammer vorhandene Ventil bei stromlosen Spulen verschlossen bleibt.
In besonders günstiger Weise wird die Membran zumindest teilweise aus einem Schaumstoff gebildet. Durch die Auswahl dieses Materials kann eine besonders nachgiebige Membran hergestellt werden. Die Membran kann sowohl mit weich- und/oder hartmagnetischen Partikeln versehen werden. Bevorzugt werden Partikel benutzt, deren Durchmesser ≤ 100 µm liegen. Der Gewichtsanteil der weichmagnetischen Partikel sollte 50 bis 90% des Gesamtgewichts der Membran betragen.
In weiterer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird die Membran an ihren Enden tellerartig ausgebildet. Dabei werden die Ränder der Teller biegsam ausgeführt und als Abdeckung für die Einlass- bzw. Auslassöffnungen an den Abschlusswänden der Kammern herangezogen. Auf diese Weise können gesonderte Ventilausführungen eingespart werden, da die Ränder quasi als Rückschlagklappen die Einlass- bzw. Auslassöffnungen abdecken, um einen Rückfluss des Fluids zu vermeiden. Hierfür wird der Teller an der Abschlusswand für den Fluideinlass an der Innenseite der Abschlusswand angelegt und der Teller an der Abschlusswand für den Fluidauslass an der Außenseite der Abschlusswand angebracht. Außerdem wird die Membran mit einem die Zusatzkammer durchquerenden Fortsatz versehen, dessen Endfläche die Auslassöffnung der Zusatzkammer überdeckt.
Als Schaumstoff wird ein chemikalienbeständiger Schaumstoff verwendet, der insbesondere gegen Motorenkraftstoffe beständig ist. Ein solcher Schaumstoff kann beispielsweise ein Butadien-Acrylnitril-Kautschuk (NBR) oder ein Vinylidenfluorid-Hexafluorpropylen-Kautschuk (FPM) oder FKM oder PU sein.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
In der beiliegenden Zeichnung ist schematisch die Wirkungsweise der Membranpumpe dargestellt.
Es zeigt:
1 Die Membranpumpe im Ruhezustand.
2 und 3 die Auswölbung der Membran während des Pumpvorgangs.
Ausführung der Erfindung
In der 1 sind in einem nicht näher dargestellten Gehäuse 1 die beiden elektromagnetischen Spulen 2 und 3 angeordnet, die von dem Eisenkreis 4 und 5 eingefasst sind. Im Inneren des Gehäuses 1 ist der durch die Gehäuseinnenwand 6 eingefasste Innenraum 7 vorhanden. Durch die Membran 8 ist der Innenraum 7 in zwei Pumpkammern 9 und 10 unterteilt. Jede Kammer 9, 10, ist mit Einlassventilen 11 und 12 sowie Auslassventilen 13 und 14 versehen. An die Einlassventile 11 und 12 der Kammern 9 und 10 ist die Zufuhrleitung 15 für das zu fördernde Fluid angeschlossen. In Strömungsrichtung des geförderten Fluids ist an die Pumpenkammern 9 und 10 eine Zusatzkammer 16 angebracht, deren Auslass 17 das Ventil 18 hat, welches bei stromlos geschalteten Spulen 2, 3 verschlossen ist.
Die Membran 8 ist im vorliegenden Fall zur Gänze aus einem Schaumstoff hergestellt. Sie ist mit weichmagnetischen Partikeln versehen, mit einem Gewichtsanteil von 70% bezogen auf das Gesamtgewicht der Membran 8. An ihren Enden ist die Membran 8 tellerartig ausgebildet. Wie aus den 2 und 3 zu erkennen ist, geben die Ränder 20 und 21 in 2 und 22 und 23 in 3 die Öffnungen an den Ventilen 12 und 14 bzw. 11 und 14 frei, so dass wie mit den Pfeilen angezeigt, eine entsprechende Strömung durch die Pumpwirkung der Membran eintritt, wenn die Spulen 2 und 3, wie mit den punktierten Linien 24 und 25 angedeutet, bestromt sind. Die Membran 8 ist im Innenraum 7 des Gehäuses zentrisch in axialer Richtung angeordnet. Bei einem Betrieb der Spulen 2, 3, insbesondere in Resonanzfrequenz wird die Membran 8 hin- und herbewegt, wodurch aus der Kammer 9 die Flüssigkeit oder das Gas rausgedrückt wird, während bei der anderen Kammer 10 die Flüssigkeit oder das Gas eingesaugt wird und umgekehrt wie in der 3 gezeigt. Der Teller 30 der Membran 8 liegt auf der Einlassseite an der Innenseite der Abschlusswand 26 an, während der Teller 31 an der Außenseite der Abschlusswand 27 anliegt. Durch den in den Kammern 9 bzw. 10 entstehenden Über- oder auch Unterdruck werden die Ränder 21 bzw. 23 des Tellers 27 nach außen gedrückt und die Ränder 20 bzw. 22 des Tellers 30 nach innen gezogen. In der Mitte der Membran 8 sind beidseitig Polster 32 angebracht, die frühzeitig einen Anschlag an den Eisenkreis 4, 5 ergeben. Des Weiteren ist es günstig, wenn die Membran 8 einen die Zusatzkammer 16 durchquerenden Fortsatz 33 hat, der im stromlosen Zustand, siehe 1, die Austrittsöffnung 18 der Zusatzkammer 16 verschließt, während des Pumpvorgangs, siehe 2 und 3, die Öffnung 18 jedoch freigibt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 4032555 A1 [0003]
- US 2004/0265150 A1 [0004]
- DE 19650517 C2 [0005]

Claims

Membranpumpe zur Förderung eines Fluids mit einer hart- oder weichmagnetische Partikel aufweisenden flexiblen Membran, die durch einen elektromagnetischen Antrieb betätigt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Membranpumpe, ein Gehäuse (1) mit einem Innenraum (7) mit zwei durch die Membran (8) getrennte Pumpkammern (9, 10) hat und dass die Membran (8) durch zwei sich gegenüberliegende elektromagnetische Antriebe (2, 3) betätigt wird.
Membranpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebe (2, 3) durch elektromagnetische Spulen (2, 3) gebildet sind.
Membranpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen (2, 3) in Resonanz betrieben sind, wobei die Resonanzfrequenz im Bereich von 10 bis 100 Hz liegt.
Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (8) zentrisch in axialer Richtung im Gehäuse (1) angeordnet ist.
Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung des geförderten Fluids an die Pumpenkammern (9, 10) eine Zusatzkammer (16) angeschlossen ist.
Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass jede Kammer (9, 10) mit Einlass- und Auslassventilen (11, 13; 12, 14) versehen ist.
Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventile (11, 13; 12, 14) als Rückschlagventile ausgebildet sind.
Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das am Auslass (17) der Zusatzkammer (16) vorhandene Ventil (18) bei stromlosen Spulen (2, 3) verschlossen ist.
Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (8) zumindest teilweise aus einem Schaumstoff gebildet ist.
Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (8) mit weich- und/oder hartmagnetischen Partikeln versehen ist.
Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetischen Partikel einen Durchmesser von ≤ 100 µm haben.
Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewichtsanteil der weichmagnetischen Partikel 50% bis 90% des Gesamtgewichts der Membran (8) beträgt.
Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (8) an ihren Enden tellerartig ausgebildet ist.
Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Ränder (20, 21; 22, 23) der Teller biegsam sind und als Abdeckung für die Einlass- bzw. Auslassöffnungen (11, 13; 12, 14) an den axialen Abschlusswänden (26, 27) der Kammern (9, 10) dienen.
Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Teller (30) an der Abschlusswand (26) für den Fluideinlass an der Innenseite der Abschlusswand (26) anliegt und der Teller (31) an der Abschlusswand (27) für den Fluidauslass an der Außenseite der Abschlusswand (27) anliegt.
Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (8) einen die Zusatzkammer (16) durchquerenden Fortsatz (33) hat, dessen Endfläche die Auslassöffnung (18) der Zusatzkammer (16) überdeckt.
Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaumstoff gegen Chemikalien, insbesondere gegen Motorenkraftstoffe, beständig ist.
Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaumstoff ein Butadien-Acrylnitril-Kautschuk (NBR) oder ein Vinylidenfluorid-Hexafluorpropylen-Kautschuk (FPM) oder ein FKM oder optimiertes PU ist.