DE102007030311A1

DE102007030311A1 - Membranpumpe

Info

Publication number: DE102007030311A1
Application number: DE102007030311A
Authority: DE
Inventors: Stephan Kaufmann; Christian Kissling
Original assignee: KNF Flodos AG
Current assignee: KNF Flodos AG
Priority date: 2007-06-29
Filing date: 2007-06-29
Publication date: 2009-01-02
Anticipated expiration: 2027-06-30
Also published as: US8366414B2; US20100196176A1; EP2167820A1; DE102007030311B4; EP2167820B1; WO2009003540A1; JP2010531945A; JP5091315B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Membranpumpe (1), aufweisend eine Membrane (11), einen Hubmagneten mit beweglichem Magnetanker (8) als Antriebselement für die Membrane (11) und ein Anschlagselement (9) zur Hubeinstellung für das Antriebselement (8). Die erfindungsgemäße Membranpumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Antriebselement (8) und Anschlagselement (9) mindestens ein elastischer Dämpfer (36) vorgesehen ist, der wenigstens eine Kompressionskammer (26) aufweist, die durch mindestens eine elastische Begrenzungswand und durch zumindest eine starre Begrenzungswand des Antriebs- (8) und/oder des Anschlagselements (9) umschlossen und gebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Membranpumpe aufweisend eine Membrane, einen Hubmagneten mit beweglichem Magnetanker als Antriebselement für die Membrane und ein Anschlagselement zur Hubeinstellung für das Antriebselement.
Solche Membranpumpen sind aus dem Stand der Technik bekannt, beispielsweise aus der US Patentschrift 6,568,926 B1 oder der US 4,143,998 und werden vielfach eingesetzt. Bauartbedingt ist bei solchen Pumpen die Geräuschentwicklung recht hoch.
Aufgabe der Erfindung ist es eine Membranpumpe der eingangs erwähnten Art zu schaffen, deren Betriebsgeräusch deutlich reduziert ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zwischen Antriebselement und Anschlagselement mindestens ein elastischer Dämpfer vorgesehen ist, der wenigstens eine Kompressionskammer aufweist, die durch mindestens eine elastische Begrenzungswand und durch zumindest eine starre Begrenzungswand des Antriebs- und/oder des Anschlagselements umschlossen und gebildet ist.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die elastische Begrenzungswand durch einen Ring aus elastischem Material gebildet.
Bei der Abwärtsbewegung des Antriebselements wirkt der elastische Ring als erster Dämpfer. Durch den Kontakt des Rings mit der gegenüberliegenden Begrenzungswand wird im Innern des Rings eine Kompressionskammer gebildet, die für eine zusätzliche Abbremsung der Bewegung des Antriebselements sorgt. Die Komprimierung der Luft in der Kompressionskammer bewirkt eine progressive Dämpfungscharakteristik, so dass mit geringer werdendem Abstand die Dämpfung immer größer wird. Bis das Antriebselement auf dem Anschlagselement aufschlägt, ist es so weit gebremst, dass die Geräuschentwicklung nur noch gering ist. Der Dämpfer mit der Kompressionskammer wirkt somit als Gasfeder. Durch das die Bewegung mit abbremsende Luftpolster in der Kompressionskammer wird der elastische Ring entlastet und somit dessen Lebensdauer verlängert.
Für den Betrieb wird der elastische Dämpfer so dimensioniert, dass es bei jedem Hub, den das Antriebselement ausführt, zu einem Kontakt zwischen dem Antriebs- und dem Anschlagselement kommt. Dadurch führt das Antriebselement einen definierten Hub aus und die Pumpe fördert ein exakt definiertes Volumen, das auch bei einem Ausfall des Dämpfers konstant bleibt.
Besonders zweckmäßig ist der elastische Ring in eine Nut oder auf einem Absatz des Antriebs- und/oder des Anschlagselements eingesetzt. Hierdurch wird die Montage des Rings vereinfacht und im Betrieb verhindert, dass der Ring verrutscht oder beschädigt wird. Der Ring ragt dabei über die jeweilige Begrenzungswand hinaus, wobei durch den Überstand die Dämpfung beeinflussbar ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist in wenigstens einer starren Begrenzungswand des Antriebs- und/oder Anschlagselements im Innenbereich des elastischen Rings eine Ausnehmung angeordnet, die das Luftvolumen der Kompressionskammer erhöht und somit auch die Dämpfungscharakteristik beeinflusst. Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung ist, dass die Ausnehmung auf einer kleinen Fläche das Kompressionsvolumen wirksam vergrößert, so dass der Arbeitsspalt zwischen Antriebs- und Anschlagselement kleiner gewählt werden kann, ohne auf die zusätzliche Dämpfung verzichten zu müssen. Durch den geringeren Abstand wird der Widerstand für den magnetischen Fluss, der durch den Arbeitsspalt zwischen Antriebs- und Anschlagselement gebildet wird, verringert und die Pumpe kann dadurch bei verringertem Hub einen größeren Druck aufbauen.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit verbessertem Magnetfluss sieht vor, dass die starre Begrenzungswand bündig mit dem die Nut eingesetzten oder dem auf den Absatz aufgesetzten elastischen Ring abschließt oder übersteht und dass auf der gegenüberliegenden starren Begrenzungswand ein den Ring in Anschlagstellung beaufschlagender umlaufender Ringflansch angeordnet ist.
Bei allen Ausführungen ist der elastische Ring nicht auf eine Kreisform beschränkt. Vielmehr sind beliebige geschlossene Formen möglich, solange im Inneren durch Abdecken der Flachseiten ein Volumen gebildet werden kann.
Weitere Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Zeichnungen sowie den Unteransprüchen und durch Kombination einzelner Merkmale.
Bevorzugte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Membranpumpe sind nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Membranpumpe,
1a eine Detailansicht des Pumpenteils einer erfindungsgemäßen Membranpumpe,
2 eine vergrößerte Darstellung der Membranpumpe im Bereich des elastischen Dämpfers, und
3–7 Darstellungen weiterer Ausführungsformen von elastischen Dämpfern.
In 1 ist eine im Ganzen mit 1 bezeichnete Membranpumpe gezeigt. Die Pumpe 1 weist im wesentlichen einen Antriebsteil 2 und einen Pumpenteil 3 auf.
Das Antriebsteil 2 hat einen Hubmagneten mit einer Magnetspule 5, die von einem Rückschlussblech 6 umgeben in dem Antriebsgehäuse 7 gehalten ist und den Stator des Antriebs bildet.
Innerhalb der Magnetspule 5 ist hin- und her beweglich ein Anker 8 als Antriebselement geführt, der über eine Antriebshülse 10 mit der Membrane 11 verbunden ist. Der Anker 8 ist in Arbeitshubrichtung (Pfeil Pf 1) durch eine Druckfeder 30 beaufschlagt, so dass der Anker 8 mit der Membrane 11 gegen den Membranraum 37 bewegt wird. Bei Bestromung der Magnetspule 5 wird der Anker 8 umgekehrt in Saughubrichtung entgegen der Pfeilrichtung Pf 1 bewegt.
Die der Membrane 11 abgewandte Stirnseite des Ankers 8 ist einem Anschlagselement 9 aus ferromagnetischem Material zugewandt, das drehfest mit einer Hülse 4 verbunden ist. Die Hülse 4 erstreckt sich über das Anschlagselement 9 hinaus, wobei innerhalb der Hülse 4 der Anker 8 geführt ist. Am pumpenkopfseitigen Ende ist die Hülse 4 über ein Gewinde 14 mit dem Pumpengehäuse 29 verschraubt. Auf einem Absatz der Hülse 4 stützt sich die Druckfeder 30 ab.
Durch Drehen des Anschlagselements 9 in dem Gewinde 14 kann die axiale Lage des Anschlagselements 9 verändert werden und damit der Arbeitsspalt 28 zwischen Anker 8 und Anschlagselement 9. Der Arbeitsspalt 28 entspricht dem maximalen Hub des Ankers 8 und bestimmt dadurch das Fördervolumen pro Hub. Das Anschlagselement 9 ist an seinem äußeren Endbereich durch eine Tellerfeder 18 nach außen zugbelastet.
Zwischen der Hülse 4 und dem Anker 8 ist ein Ringspalt 17 gebildet, so dass der Anker 8 leichtgängig in der Hülse 4 geführt ist.
Zusätzlich bildet der Ringspalt 17 einen Entlüftungskanal, über den die Luft, die der Anker 8 bei Annäherung an das Anschlagelement 9 aus dem Arbeitsspalt 28 verdrängt, entweichen kann.
Der Pumpenteil 3 der Membranpumpe 1 ist zur besseren Übersicht in 1a vergrößert dargestellt. Die ringförmige Membrane 11 liegt an ihrem Außendurchmesser auf dem Rand des Pumpengehäuses 29 auf und wird dort durch die Membranabdeckung 12 eingespannt. Am Innenrand der Membrane 11 greift eine Aufhängung 32 an, die durch die Spannschraube 33 gegen die Membranabdeckung 12 gezogen wird und somit die Membrane 11 einspannt.
Die Membrane 11 begrenzt zusammen mit der Membranabdeckung 12 den Membranraum 37 und damit das eigentliche Arbeitsvolumen. Die Einlass- 22 und Auslassventile 19 befinden sich in der Membranabdeckung 12 und dem darauf aufliegenden Pumpendeckel 13 und sind jeweils mit dem Membranraum 37 und andererseits mit Ein- 21 und Auslassanschlüssen 20 der Pumpe verbunden. Im Betrieb führt der Anker 8 mit der Membrane 11 eine Auf- und Abbewegung durch, die durch die Membranabdeckung 12 einerseits und durch das Anschlagselement 9 andererseits begrenzt ist.
Im unteren Totpunktbereich ist erfindungsgemäß zwischen dem Anker 8 und dem Anschlagselement 9 ein elastischer Dämpfer 36 vorgesehen, der einen elastischen Ring 15 aufweist, der in eine ringförmigen Nut 31 in der eine Begrenzungswand bildenden, unteren Stirnwand des Ankers 8 eingesetzt ist. (1) Der elastische Ring 15 kann auch auf einen Absatz 31a aufgesetzt sein, wie dies in 2 strichliniert angedeutet ist. Die Abwärtsbewegung des Ankers 8 bei Bestromung der Magnetspule 5 wird beim Kontakt des elastischen Rings 15 mit der Begrenzungswand des Anschlagselements 9 gedämpft. Wie in 2 zu sehen, bildet sich beim Kontakt des Rings 15 mit der Stirnseite des Anschlagselements 9 im Ringinnenraum zwischen den Begrenzungswänden des Ankers 8 und des Anschlagselements 9 eine Kompressionskammer 26 aus, die ein Luftvolumen einschließt.
Durch die Kompression der Luft wird zusätzliche zu der elastischen Verformung des Rings 15 eine Dämpfungswirkung erzielt, die umso größer wird, je weiter sich die beiden Begrenzungswände annähern. Durch eine zusätzliche Ausnehmung 16 (2) kann das Kompressionsvolumen vergrößert und der jeweiligen Anwendung angepasst werden.
Der verbleibende äußere Arbeitsspalt 28 ist über den Ringspalt 17 entlüftet und beeinflusst daher nicht die Dämpfung. Dadurch ist eine definierte, von den Umgebungsbedingungen weitgehend unabhängige Dämpfung gewährleistet.
Im oberen Totpunkt wird die Bewegung des Ankers 8 durch die elastische Membrane 11 gebremst und gedämpft. Auch im Pumpenbereich kann ebenfalls eine Dämpfung nach dem Prinzip der Kompressionskammer vorgesehen sein, wie dies in 1a erkennbar ist. Dazu sind in der Membranabdeckung 12 an den Mündungsöffnungen der Ventilverbindungskanäle 39 umlaufende Dichtränder 23, 23a angeordnet, die in die Membrankammer 37 ragen. Bei Anlage der Membrane 11 an den Dichträndern 23, 23a bildet die dann nach außen abgeschlossene Membrankammer 37 eine Kompressionskammer 34 und dämpft die Hubbewegung nahe dem oberen Totpunkt.
In 3 ist eine weitere Ausführungsform des elastischen Dämpfers 36 gezeigt. Im Unterschied zu der in 2 gezeigten Ausführung, ist der elastische Ring 15 in einer Nut 31 in der Begrenzungsstirnwand des Anschlagselements 9 eingesetzt. Dadurch ist der Ring 15 im Betrieb keinen Beschleunigungskräften ausgesetzt und damit der Sitz in der Nut 31 gesichert.
Zur Entlüftung des Arbeitsspalts 28 ist bei diesem Ausführungsbeispiel in der Hülse 4 eine seitliche Öffnung 27 angeordnet, so dass die durch den Anker 8 verdrängte Luft schneller entweichen kann und nicht bremsend auf die Bewegung des Ankers wirkt.
Eine weitere Variante des elastischen Dämpfers 36 ist in 4 gezeigt. Dem Ring 15 im Anker 8 ist dabei ein weiterer elastischer Ring 35 im Anschlagselement 9 zugeordnet, so dass im Betrieb das Kompressionsvolumen zwischen den beiden Ringen gebildet wird. Durch den „Gummi auf Gummi" Kontakt wird einerseits das Betriebsgeräusch nochmals reduziert und andererseits Verschleißerscheinungen durch Reibung auf der starren Begrenzungswand eliminiert.
Bei der Ausführung eines elastischen Dämpfers 36 gemäß 5 ist der elastische Ring 15a als Flachring ausgeführt. Solche flachen Ringe können beispielsweise aus einem elastischen Plattenmaterial gestanzt oder geschnitten werden. Der Ring ist auf einfache Weise in beliebigen Maßen herstellbar, so dass eine feinere Abstimmung der Dämpfung möglich ist. Durch die größere, flache Kontaktfläche ist die Dämpfung zudem wesentlich härter und ermöglicht auch auf kurzen Wegen große Dämpfungswirkungen. Dadurch kann die Dämpfung auf einem sehr kurzen Weg erfolgen und dementsprechend der Arbeitsspalt 28 für hohe Förderdrücke klein gehalten werden.
In 6 ist eine weitere Ausführungsform des elastischen Dämpfers 36 gezeigt, bei der die stirnseitige Begrenzungswand des Ankers 8 über den in der Nut 31 befindlichen, elastischen Ring 15 hinausragt.
Auf der gegenüberliegenden Begrenzungswand des Anschlagselements 9 ist ein in Kontaktstellung den Ring 15 beaufschlagender Ringflansch 24 vorgesehen, der bei Kontakt mit dem Ring 15 die Kompressionskammer umgrenzt. Da der Ring 15 vollständig in der Nut 31 versenkt angeordnet ist, ist der Ring 15 besonders sicher gehalten.
Bei der in 7 gezeigten Ausführung ist der elastische Dämpfers 36 im wesentlichen durch ein napfförmiges Formteil gebildet, das eine Platte 25 mit außenrandseitig einstückig angeformtem Ring 15b aufweist und aus elastischem Material besteht. Das napfförmige Formteil ist in eine Ausnehmung 31b des Ankers 8 eingesetzt.
Es ist auch möglich, nur das plattenförmige Teil 25 ohne angeformten, elastischen Ring 15b, jedoch in Verbindung mit einer Ausnehmung 16, wie beispielsweise in 2 gezeigt, oder auch in der Platte 25 selbst, einzusetzen.
Erwähnt sei noch, dass auch mehrere Kompressionskammern 26 vorgesehen sein können, wenn entsprechende Platzverhältnisse vorhanden sind. Beispielsweise können anstatt eines zentralen Ringes 15, wie in 1 gezeigt, mehrere, zum Beispiel drei Ringe 15 an der unteren Stirnseite des Ankers 8 nebeneinander angeordnet sein und dementsprechend drei Kompressionskammern in Verbindung mit der Stirnseite des Anschlagelements 9 bilden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 6568926 B1 [0002]
- US 4143998 [0002]

Claims

Membranpumpe (1) aufweisend eine Membrane (11), einen Hubmagneten mit beweglichem Magnetanker (8) als Antriebselement für die Membrane (11) und ein Anschlagselement (9) zur Hubeinstellung für das Antriebselement (8), dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Antriebselement (8) und Anschlagselement (9) mindestens ein elastischer Dämpfer (36) vorgesehen ist, der wenigstens eine Kompressionskammer (26) aufweist, die durch mindestens eine elastische Begrenzungswand und durch zumindest eine starre Begrenzungswand des Antriebs- (8) und/oder des Anschlagselements (9) umschlossen und gebildet ist.
Membranpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elastische Begrenzungswand durch einen elastischen Ring (15), beispielsweise einen O-Ring, gebildet ist.
Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine starre Begrenzungswand des Antriebs- (8) und/oder Anschlagselements (9) eine Nut (31) in die der elastische Ring (15) eingesetzt oder einen Absatz (31a), auf den der elastische Ring (15) aufgesetzt ist, aufweist.
Membranpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der in die Nut (31) eingesetzte oder auf den Absatz (31a) aufgesetzte elastische Ring (15) über die starre Begrenzungswand hinausragt.
Membranpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die starre Begrenzungswand bündig mit dem in die Nut (31) eingesetzten oder auf den Absatz (31a) aufgesetzten, elastischen Ring (15) abschließt oder übersteht und dass auf der gegenüberliegenden starren Begrenzungswand ein den Ring (15) in Anschlagstellung beaufschlagender umlaufender Ringflansch (24) angeordnet ist.
Membranpumpe nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der elastische Ring (15b) an eine insbesondere elastische Platte (25) angeformt ist und vorzugsweise mit der Platte (25) einstückig ein napfförmiges Formteil bildet.
Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine starre Begrenzungswand des Antriebs- und/oder Anschlagselements im Innenbereich des Rings eine Ausnehmung (16) aufweist.
Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine den Anker (8) umschließende Hülse (4) vorgesehen ist, die eine Entlüftungsöffnung (27) zum Entlüften des zwischen dem Anker (8) und dem Anschlagselement (9) befindlichen Arbeitsgalt (28) aufweist.
Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Kompressionskammer (34) im Bereich des Membranraums (37) vorgesehen ist, und dass in den Membranraum (37) mündende Ventilverbindungskanäle (39) in den Membranraum (37) ragende Dichtränder (23, 23a) aufweisen.