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Die Erfindung betrifft eine Membranpumpe, umfassend einen Pumpenkorpus, einen Pumpenkopf mit einem Einlass und einem Auslass für zu förderndes Fluid, eine Membran, die zwischen dem Pumpenkorpus und dem Pumpenkopf angeordnet ist, einen in dem Pumpenkopf angeordneten Antrieb und einen durch den Antrieb axial verlagerbaren Kolben, wobei die Membran an einen Fortsatz des Kolbens angeschlossen ist und gegen eine zur Bewegungsachse des Ankers senkrechte Stirnseite des Pumpenkopfes druckbar oder von dieser Stirnseite abhebbar ist.
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Derartige Membranpumpen dienen insbesondere zur Förderung von flüssigem Additiv, beispielsweise im Brennstoff eines Schwerkraftstoffmotors, oder von harnstoffhaltigen Flüssigkeiten, die bei der Abgasnachbehandlung von Dieselmotoren zur Reduktion der Stickoxide eingesetzt werden.
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WO 2005 024 219 A1 beschreibt eine Membranpumpe für ein flüssiges Additiv im Brennstoff eines Schwerkraftstoffmotors, bei der eine Membran zwischen einem Pumpenkorpus und einem Pumpenkopf angeordnet ist. Ein hochauflösender Antrieb ermöglicht die axiale Verlagerung eines Kolbens, wobei die Membran an einen Fortsatz des Kolbens angeschlossen ist. Die Membran weist eine dünne Wandstärke auf und ist in etwa napfförmig ausgebildet, wobei die Napfform der Membran an eine entsprechende napfförmige Vertiefung im Pumpenkopf angepasst ist, und der Fortsatz des Kolbens exakt in die napfförmige Vertiefung des Pumpenkopfs einpassbar ist. Die Dosierung des zu fördernden Fluides erfolgt über einen hochauflösenden Antrieb, der das Anfahren bestimmter axialer Auslenkungen des Kolbens ermöglicht.
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US 4 874 299 A beschreibt eine Membranpumpe mit zahlreichen Verwendungsmöglichkeiten, bei der ein elektromagnetischer Antrieb einen Kolben axial verlagert, wobei eine Membran an einer mit dem Kolben verbundenen Kolbenstange durch beiderseits der Membran vorgesehene Anschlussstücke verbunden ist. Der elektromagnetische Antrieb ist in dem Pumpenkorpus angeordnet, der durch die Membran von einem Pumpenkopf getrennt ist. Die der Membran zugekehrte Stirnseite des Pumpenkopfs weist eine Vertiefung auf, die in etwa napfförmig ausgebildet ist und die die Anschlussmittel für die Kolbenstange an die Membran und die Membran einführbar sind, wenn der Kolben gegen den Pumpenkopf gedrückt ist.
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DE 35 35 669 A1 beschreibt eine Pumpe mit einem Pumpenkorpus und einem Pumpenkopf, wobei ein antreibbarer Kolben in dem Pumpenkorpus aufgenommen ist. Ein stirnseitiges Ende des Kolbens ist mit einer kuppelförmigen Dichtung abgedeckt und gegen eine zylindrische Führung des Kolbens abgedichtet, und ein Fluid wird von einem radialen Einlass zu einem axialen Auslass gefördert.
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DE 199 10 920 A1 beschreibt eine Membranpumpe, bei der eine Membran zwischen einem Pumpenkorpus und einem Pumpenkopf angeordnet ist, wobei in dem Pumpenkorpus ein als Schwinganker ausgebildeter Antrieb vorgesehen ist, der einen Kolben in Abhängigkeit von der Bestromung einer Spule axial verlagert, wobei die Membran an einem Fortsatz des Kolbens angeschlossen ist. Im maximal ausgelenkten Zustand ist die Membran durch den Kolben gegen eine napfförmige Vertiefung, die zugleich den Auslass bildet, eingedrückt, wobei der Fortsatz eine konvexe Stirnfläche aufweist, die eine komplementär geformte Aussparung der Membran eingreift. Auf der der Aussparung abgekehrten Seite weist die Membran eine konvexe Erhebung auf.
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DE 196 23 537 A1 beschreibt eine Membranpumpe, bei der eine Membran zwischen einem Pumpenkorpus und einem Pumpenkopf angeordnet ist. Ein außerhalb des Pumpenkorpus vorgesehener Antrieb bewegt einen Kolben über ein Übersetzungsgetriebe axial in einer entsprechenden Führungshülse des Pumpenkorpus, wobei die Membran an einen Fortsatz des Kolbens, der eine konvexe Stirnseite aufweist, angeschlossen ist. Der Pumpenkopf weist eine konkave Vertiefung auf, in die die mit einer Erhebung auf der dem Fortsatz abgekehrten Seite ausgebildete Membran bei vollständig ausgelenktem Kolben einführbar ist.
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DE 202 04 411 U1 beschreibt eine Membranpumpe, bei der eine Membran zwischen einem Pumpenkorpus und einem Pumpenkopf angeordnet ist, wobei der Pumpenkopf einen Einlass und einen Auslass aufweist. In dem Pumpenkorpus ist ein Antrieb vorgesehen, der über ein Exzentergestänge eine pleulartige Kolbenstange, die an einer Innenwandung der Membran anliegt, gegen den Pumpenkopf drückt bzw. den Kolben zurückzieht. Die der Kolbenstange zugekehrte Stirnseite des Pumpenkopfes ist konkav ausgebildet und die Membran liegt bei ausgelenktem Kolben nahezu vollständig flächig an dieser Stirnseite an.
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DD 67 037 A beschreibt eine Membranpumpe, bei der eine Membran zwischen einem Pumpenkorpus und einem Pumpenkopf angeordnet ist und von einem Kolben, an dem die Membran angeschlossen ist, unter Deformation der Membran bei Vollauslenkung des Kolbens gegen eine konkave Stirnseite des Pumpenkopfes gedrückt wird und wieder von diesem zurück gezogen wird. Die Membran ist hierbei als bikonvexe Membran ausgebildet.
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GB 2 282 419 A beschreibt eine Membranpumpe, bei der eine Membran zwischen einem Pumpenkorpus und einem Pumpenkopf angeordnet ist, wobei ein in dem Pumpenkorpus angeordneter elektrischer Antrieb über ein Getriebe einen an die Membran angeschlossenen Kolben als Exzenter vor und zurück verlagert. Der Pumpenkopf weist eine konkave Stirnseite auf, in die ein Einlass und ein Auslass münden, wobei die Membran den Einlass und den Auslass bei vollständig ausgelenktem Kolben nicht zu verschließen vermag.
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US 6 568 926 B1 beschreibt eine Membranpumpe, die zwischen einem Pumpenkorpus und einem Pumpenkopf angeordnet ist, wobei ein elektromagnetischer Antrieb einen als Anker ausgebildeten Kolben axial von dem Pumpenkorpus bei Bestromung weg verlagert, und eine Federeinheit bei Entstromung der Spule den Kolben gegen den Pumpenkopf verlagert, wobei die Membran an einen Fortsatz des Kolbens angeschlossen ist. Eine Stirnseite des Pumpenkopfes weist eine zumindest über die Breite des Fortsatzes entsprechenden Abschnitt senkrechte Stirnseite auf, wobei eine Stirnfläche des Fortsatzes ebenfalls parallel zu dieser Stirnseite ausgebildet ist. Der Fortsatz greift in eine komplementär geformte Aussparung der Membran ein, um die Membran an den Kolben zu befestigen, und im Bereich des Kolbens ist die Membran im Wesentlichen plan ausgebildet.
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US 3 672 701 A beschreibt eine Membranpumpe, bei der eine Membran zwischen einem Pumpenkorpus und einem einen Einlass und einen Auslass für zu förderndes Fluid aufweisenden Pumpenkopf angeordnet ist. Ein hydraulischer Antrieb verlagert einen Kolben axial in dem Pumpenkorpus, wobei die Membran an einen Fortsatz des Kolbens angeschlossen ist. Die Membran kann gegen eine konkave Ausnehmung des Pumpenkopfes gedrückt oder von dieser abgehoben werden. Der Fortsatz weist eine im Wesentlichen flache Stirnfläche auf, in die ein Verbindungsglied mit in der Membran eingeschraubt ist. Die Membran ist im Wesentlichen konvex ausgebildet.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Membranpumpe anzugeben, die eine lange Lebensdauer aufweist und zuverlässig betrieben werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Membranpumpe gemäß dem unabhängigen Anspruch gelöst.
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Die erfindungsgemäße Membranpumpe weist einen Pumpenkorpus, einen Pumpenkopf mit einem Einlass und einem Auslass für zu förderndes Fluid, eine Membran, die zwischen Pumpenkorpus und Pumpenkopf angeordnet ist, einen in dem Pumpenkorpus angeordneten Antrieb und einen durch den Antrieb axial verlagerbaren Kolben auf. Hierbei ist die Membran an einen Fortsatz des Kolbens angeschlossen und gegen eine zur Bewegungsachse des Ankers senkrechte Stirnseite des Pumpenkopfs druckbar oder von dieser abhebbar. Die senkrechte Stirnseite des Pumpenkopfes stellt sicher, dass die Bewegung der Membran im Wesentlichen nur in der Richtung von der Stirnseite fort durch Deformation der Membran zugelassen wird, zugleich können in der Stirnseite vorgesehene Einlässe und Auslässe senkrecht zu dieser Stirnseite zugeführt und damit zuverlässig abgedichtet werden. Der Fortsatz weist eine konkave Stirnfläche oder eine konvexe Stirnfläche auf und greift in eine – vorzugsweise komplementär geformte – Aussparung der Membran ein. Durch die von der planen Stirnseite verschiedene Gestaltung der Stirnfläche des Fortsatzes bzw. des Kolbens wird einerseits sichergestellt, dass schlagende Geräusche weniger intensiv wahrgenommen werden. Ferner wird die axiale Bewegung des Kolbens etwas ungleichmäßig in die Membran eingeleitet, so dass insbesondere beim Abheben der Membran von der Stirnseite des Pumpenkopfes Beanspruchungsspitzen an der Membran reduziert werden. Schließlich ist die Membran auf ihrer der Aussparung abgekehrten Seite vorteilhaft im Wesentlichen plan ausgebildet, so dass bei angedrückter Membran die flache Seite der Membran an die plane Stirnseite des Pumpenkopfes anliegt. Entsprechend ist die Membran auf der der flachen Seite abgekehrten Seite durch die Aussparung und weitere an der Membran vorgesehenen Teile uneben ausgebildet. Die im Bereich des Fortsatzes des Kolbens vorgesehene veränderliche Stärke der Membran sorgt für eine besonders gute Dämpfung beim Andrücken gegen den Pumpenkopf. Diese Konfiguration führt zu einer besonders geringen Beanspruchung der Membran und damit zu einer besonders gesteigerten Lebensdauer der Membranpumpe.
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Gemäß einer günstigen Ausgestaltung ist der Kolben einstückig mit dem Fortsatz ausgebildet, so dass die axiale Bewegung des Kolbens unmittelbar über den Fortsatz in die Membran eingeleitet wird. Es ist aber möglich, Kolben und Fortsatz als zwei verschiedene Teile auszubilden, die jeweils kostengünstiger herstellbar sind als ein einstückiges Teil. So ist es nicht erforderlich, dass der Fortsatz magnetisierbare Eigenschaften aufweist, dafür ist er in der Formgebung anspruchsvoller. Der aus einem auf das Magnetfeld ansprechenden Material hergestellte Kolben kann wiederum wegen seiner zylindrischen Gestalt leicht hergestellt werden. In diesem Fall sind der Kolben und der Fortsatz vorteilhaft kraft- und/oder formschlüssig miteinander oder über ein Zwischenstück verbunden, beispielsweise miteinander verschraubt, verpresst oder verklebt. Das Zwischenstück kann beispielsweise wie ein Adapter, alternativ aber auch langgestreckt nach Art einer Kolbenstange ausgebildet sein. Um die Zahl der Teile gering zu halten, ist bevorzugt der Fortsatz unmittelbar an den Kolben angeschlossen.
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Vorzugsweise ist in der Stirnseite des Pumpenkopfs eine vorzugsweise mittige Vertiefung vorgesehen, die jedoch wesentlich kleiner ist als die Stirnfläche des Fortsatzes des Kolbens. Von dieser Vertiefung geht zweckmäßigerweise zumindest eine spiralförmig verlaufenden Nut aus, so dass zumindest ein von der Vertiefung ausgehender Kanal in der Stirnseite des Pumpenkopfes gebildet ist, in dem gegen die Stirnseite des Pumpenkopfes gedrückter Membran zwischen Membran und Stirnseite des Pumpenkopfes zu förderndes Fluid eingeschlossen wird, wodurch ein Anhaften der Membran reduziert wird. Hierdurch sind die Kräfte zum Abheben der Membran von dem Pumpenkopf reduziert, und die Membran weist eine größere Langlebigkeit auf. Hierdurch wird insbesondere vermieden, dass der Kolben mit der Membran genau gegen den Pumpenkopf anliegt bzw. in diesen eindringt, wodurch ein schädlicher Unterdruck über die gesamte Fläche der Membran und das damit einhergehende Anhaften bzw. Adhäsionseffekte vermieden werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Membranpumpe als elektromagnetisch angetriebene Membranpumpe ausgebildet, wobei der Antrieb eine Spule aufweist, die bei Bestromung den als Anker ausgebildeten Kolben von dem Pumpenkopf fortverlagert bzw. gegen den Pumpenkopf andrückt, je nach Orientierung des Feldes der Spule. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Anker bei Bestromung der Spule von dem Pumpenkopf fortverlagert wird, und eine Federeinheit nach Entstromen der Spule den Anker und die Membran gegen den Pumpenkopf drückt. Die letztgenannte Konfiguration weist den Vorteil auf, dass im nicht bestromten Zustand der Spule die Membran gegen die Stirnseite des Pumpenkopfs anliegt und damit Einlass und Auslass von einander trennt bzw. verschließt. Weiterhin kann durch die Feder der Kolben zuverlässig in einem Hub zurückgestellt werden; gemäß einer besonderen Ausgestaltung kann die Membran als Feder ausgebildet sein, so dass die Membran durch den Kolben bei Abheben von dem Pumpenkopf deformiert wird und die Eigenelastizität der Membran zu einer Rückstellung der Membran gegen den Pumpenkopf führt; in diesem Fall wird die Membran jedoch unter Spannung eingebaut werden.
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Zweckmäßigerweise weist der Einlass des Pumpenkopfes ein Einlassventil auf, wobei zwischen Einlassventil und angedrückter Membran ein von dem Pumpenkopf umgebenes einlassseitiges Fluidreservoir gebildet ist, das das Abheben der Membran zusätzlich erleichtert, da in diesem Bereich ein Anhaften der Membran an dem Pumpenkopf vermieden ist. Ebenso weist der Auslass des Pumpenkopfs ein Auslassventil auf, das zweckmäßigerweise das Rückschlagen von Fluid zurück verhindert, wobei zwischen Auslassventil und angedrückter Membran ein auslassseitiges Fluidreservoir vorgesehen ist, das das Abheben der Membran erleichtert.
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Es ist möglich, dass das einlassseitige Fluidreservoir und das auslassseitige Fluidreservoir miteinander in Verbindung stehen, beispielsweise über die spiralförmig verlaufenden Nut und/oder die mittige Vertiefung. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist jedoch vorgesehen, dass die Membran das einlassseitige Fluidreservoir und das auslassseitige Fluidreservoir jeweils bei angedrückter Membran zueinander und von dem Pumpenkorpus trennt. Hierdurch ist ein unerwünschter Bypass von Einlass und Auslass vermieden, zugleich bilden sich mehrere Fluidreservoire, die das Abheben der Membran von der Stirnseite des Pumpenkopfes erleichtern.
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Vorzugweise ist der Pumpenkopf in einer Aufnahme des Pumpenkorpus eingesetzt, so dass sich eine einfach zusammen zu bauende modulare Bauweise ergibt. So kann erst der Kolben in den Pumpenkorpus eingesetzt werden, davor oder danach die Membran an den Fortsatz angeschlossen werden. Durch das Einsetzen des Pumpenkopfs in die Aufnahme des Pumpenkorpus wird zugleich die Membran radial eingespannt.
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Zweckmäßigerweise weist die Membran einen flachen äußeren Umfangsbereich auf, der zwischen dem Pumpenkopf und dem Pumpenkorpus eingespannt ist. Hierdurch kann auf eine voluminöse Wulst, die zugleich auch immer eine Solldefektstelle bildet, verzichtet werden. Zugleich wirkt die Verbindung von Pumpenkopf und Pumpenkorpus als Einspannung für die Membran, beispielsweise wenn der Pumpenkopf in dem Pumpenkorpus verstemmt ist.
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Vorzugsweise umgibt die Aussparung der Membran den Fortsatz radial, vorzugsweise vollständig, und die Aussparung und der Fortsatz sind gegenseitig fixiert. Hierbei ist zweckmäßigerweise ein radial vorspringender Anfangsbereich des Fortsatzes in einem Hinterschnitt der Aussparung aufgenommen.
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Die Membran kann auf mehrere Weise an den Fortsatz angeschlossen werden, beispielsweise durch Stecken mit Reibschluss und/oder durch Knöpfen mit Formschluss. Vorzugsweise ist aber die Membran an den Kolben anvulkanisiert, so dass ein bereits vormontiertes gemeinsames Bauteil geschaffen ist, das sich leicht verbauen lässt.
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Die Membran weist vorzugsweise im Bereich ihrer Anbindung an den Fortsatz zumindest einen Hohlraum auf, der beispielweise zwischen Fortsatz und Aussparung vorgesehen ist und der zweckmäßigerweise durch die beiden genannten Teile begrenzt ist. Der Hohlraum, der auch durch Ausnehmungen in der Stirnseite der Membran gebildet sein kann, erleichtert die Deformation der Membran bei der Bewegung zwischen den beiden Endstellungen und erlaubt zugleich eine flexiblere Deformation der Membran, insbesondere wenn diese gegen den Pumpenkopf gedrückt ist.
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Weitere Vorteile, Merkmale, Eigenschaften und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie aus der Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen.
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Der Erfindung wird nachstehend und unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen an Hand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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1 zeigt einen Längsschnitt durch ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Membranpumpe.
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2 zeigt einen Querschnitt durch ein zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Membranpumpe.
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3 zeigt einen Längsschnitt durch ein drittes bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Membranpumpe.
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4 zeigt einen Längsschnitt durch ein viertes bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Membranpumpe.
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Die in 1 in einem Längsschnitt dargestellte Membranpumpe 10 ist als elektromagnetisch angetriebene Membranpumpe ausgebildet. Sie umfasst einen Pumpenkorpus 11, der nachstehend noch genauer erläutert wird, und einen Pumpenkopf 12 mit einem Einlass 13 und einem Auslass 14 für zu förderndes Fluid. Der Pumpenkopf 12 weist in einer dem Pumpenkorpus 11 zugekehrten Kammer 13a des Einlasses 13 einen Rückschlagventil 15 auf, bei dem ein Ventilglied 15a gegen einen ein Ventilsitz 15b bildenden konischen Abschnitt des Einlasses 13 durch eine Feder 15c vorgespannt ist. Die Feder 15c stützt sich gegen ein Gegenstück 15d, das in ein dem Pumpenkorpus 11 zugekehrten Ende der Kammer 13a eingesetzt, beispielsweise verschraubt oder verstemmt ist, ab. In einem dem Pumpenkorpus 11 zugekehrten Abschnitt weist der Auslass 14 eine verbreiterte Kammer 14a auf, in der ein Rückschlagventil 16 angeordnet ist. Ein Ventilglied 16a ist hierbei gegen einen Ventilsitz 16b durch eine Schraubenfeder 16c vorgespannt, wobei die Schraubenfeder 16c sich an einem Schulterbereich des Auslasses 14, der einen Widerlager 14d bildet, abstützt. Der Ventilsitz 16b ist an einem mit einer Durchgangsöffnung versehenen Endstück, das in einem dem Pumpenkorpus 11 zugekehrten Bereich der Kammer 14a eingesetzt, beispielsweise verschraubt oder verstemmt ist, ausgebildet. Der Bereich des Pumpenkorpus 11, der die Kammern 13a, 14a enthält, weist eine im Wesentlichen zylindrische Gestalt auf, wobei ein stirnseitiger umlaufender Stirnabschnitt 12a des Pumpenkopfes 12 axial in Richtung auf den Pumpenkorpus 11 vorsteht. In einem zentralen Abschnitt weist der Pumpenkopf 12 eine mit dem Stirnabschnitt 12a im Wesentlichen in derselben Ebene liegende Stirnseite 12b auf, die im Wesentlichen und/oder zumindest in einer axialen Projektion der Stirnfläche plan ausgebildet ist.
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Der Pumpenkorpus 11 umfasst ein Pumpengehäuse 21, in dem ein Spulenträger 22 angeordnet ist, um den eine Spule 23 gewickelt ist. Die Spule 23 ist über Kontaktmittel 24 an eine Steuerung- und Spannungsversorgung angeschlossen. In die durch den Spulenträger 22 gebildete Durchgangsöffnung 22a ist von einer Seite ein Abschlussstück 25 eingepresst, dessen umlaufender Kragen 25a die eine Seite des Pumpenkorpus 11 begrenzt. Eine zentrale Sacklochbohrung 25b in der dem Kragen 25a abgekehrten Stirnseite des Endstücks 25 dient zur Aufnahme eines als Schraubenfeder ausgebildeten Federglieds 26. In die gegenüberliegende Seite ist in die von dem Spulenträger 22 umgebende zentrale Öffnung 22a ein Aufnahmestück 27 eingepresst, dass eine zentrale durchgehende Bohrung 27a aufweist, die in einem Führungsabschnitt eine hohlzylindrische Gleitbuchse 27d aufweist. Ein Flanschabschnitt 27c des Aufnahmestücks 27 verlängert axial das Gehäuse 21 und erstreckt sich radial entsprechend dem Durchmesser des Gehäuses 21, so dass beide gemeinsam eine Baueinheit bilden. Auf Höhe des Außenumfangs des Flanschabschnitts 27c ist dieser auf der dem Gehäuse 21 abgekehrten Seite durch einen Ringabschnitt 27d verlängert, dessen Innenumfang an den Außenumfang des Pumpenkopfs 12 angepasst ist.
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In die Bohrung 27a ist ein als magnetischer Aktor ausgebildeter Kolben 28 eingeführt, der einen zylindrischen Abschnitt 28a an dem sich ein Fortsatz 28c auf dem zum Pumpenkopf 12 weisenden Ende anschließt, aufweist. An der dem Federglied 26 zugekehrten Stirnseite des zylindrischen Abschnitt 28a des Kolbens 28 ist eine Sacklochbohrung 28c vorgesehen, in die das andere Ende des Federglieds 26 abstützend aufgenommen ist. Man erkennt, dass im Übergang von dem zylindrischen Abschnitt 28a des Kolbens 28 zu dem Fortsatz 28b einige zylindrische Stufen vorgesehen sind, deren Durchmesser sich in Richtung auf den Fortsatz 28b vergrößert. Der Fortsatz 28b weist eine dem Pumpenkopf 12 zugekehrte konkave Stirnfläche 29, die im Wesentlichen kalottenförmig ausgebildet ist, und vorliegend gemäß der Mantelfläche einer Kugel mit großen Radius geformt ist, auf, so dass der maximale Abstand der Stirnfläche 29 zu dem Pumpenkopf 12 im Bereich einer Hauptachse A der Pumpe 10 vorgesehen ist. Der Fortsatz 28b weist einen in etwa tellerförmigen umlaufenden Flanschbereich 28d, der außerhalb der zentralen Bohrung 27a des Aufnahmestücks 27 vorsteht, auf. An den Fortsatz 28b ist eine Membran 30 vorliegend durch Anvulkanisieren angeschlossen, deren dem Pumpenkopf 12 zugekehrte Seite 30a im Wesentlichen plan ausgebildet ist. Der radiale Außenumfang 30b der Membran 30 ist zwischen der Stirnfläche des Stirnabschnitts 12a und einer Gegenfläche 27e des Aufnahmestücks 27 eingespannt, wobei die Einspannung im Wesentlichen außerhalb des Bereich der Kammern 13a, 14a, die in der vorliegenden Darstellung nicht gezeigt sind, erfolgt. Man erkennt, dass zwischen der dem Pumpenkopf 12 zugekehrten Seite 30a der Membran 30 und dem in den Kammern 13a, 14a angeordneten Rückschlagventilen 15, 16 Fluidreservoire 31 verbleiben, die ein Anhaften der Seite 30a der Membran 30 an dem Pumpenkopf 12 in diesem Bereich verhindern und damit das Ablösen der Membran 30 erleichtern.
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Auf ihrer der Seite 30a abgekehrten Seite weist die Membran 30 einen komplementär zu dem Fortsatz 28b geformten Hinterschnitt auf, der eine Aussparung 30b zur Aufnahme des Fortsatzes 28b bildet. Man erkennt, dass bei entsprechender Steifigkeit der Membran 30 der Fortsatz 28b in die Aussparung 30b auch eingesteckt werden kann, ohne die beiden Teile durch Kleben oder Vulkanisieren zu verbinden.
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In der Stirnseite 12b des Pumpenkopfs 12 ist eine Vertiefung 19 vorgesehen, von der eine spiralförmige Nut 19a ausgeht, die in der Längsschnittdarstellung gemäß 1 wie weitere Ausnehmungen illustriert sind. Die Vertiefung 19 und die Nut 19a bleiben beim Betrieb der Pumpe 1 mit dem zu fördernden Fluid, in der Regel eine Flüssigkeit, gefüllt, und erleichtern so das Ablösen der Membran 30 von der Stirnseite 12b.
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Die Erfindung funktioniert nun wie folgt: Wird die Spule 23 bestromt, wird der als Anker bzw. Aktor ausgebildete Kolben 28 nur gegen die Rückstellkraft des Federglieds 26 in Richtung auf das Endstück 25 verlagert. Die an den Fortsatz 28b des Kolben 28 angebundene Membran 30 wird hierbei von dem Pumpenkopf 12 abgehoben, und unter Saugwirkung des sich dann zwischen der Membran 30 und Pumpenkopf 12 ergebenden Unterdrucks wird Fluid aus dem Einlass 13 unter Rückstellung des Ventilglieds 15a gegen die Vorspannung der Feder 15c von dem Sitz 15b in dem sich ergebenden Förderraum angesaugt. Das Rückschlagventil 16 verhindert, dass aus dem Auslass 14 Fluid angesaugt wird. Wird die Bestromung der Spule 23 beendet, stellt das Federglied 26 den Kolben 28 und damit den Fortsatz 28b und die Membran 30 in Richtung auf den Pumpenkopf 12 zu. In diesem Teil bewirkt das Rückschlagventil 15, dass das Fluid nicht in den Einlass 13 zurückströmen kann, während der Überdruck das Ventilglied 16a des Rückschlagventils 16 abhebt und damit ermöglicht, dass das zu fördernde Fluid in den Auslass 14 gelangt.
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2, bzw. 3, bzw. 4 zeigt eine gegenüber 1 geringfügig abgewandelte Ausgestaltung, bei der dieselben Bezugszeichen wie in 1 dieselben Teilen bezeichnen. Modifizierte, strukturell vergleichbare Teile sind um 100, 200, 300 inkrementiert. Im Unterschied zu 1 weist die Membran 130 der Pumpe 110 aus 2 keinen der planen Seite 30a abgekehrten konvexen Bereich auf, der an der konkaven Stirnfläche 29 des Fortsatzes 28b anliegt bzw. angeschlossen wird. Die auf die Membran wirkende Kraft wird somit im Wesentlichen im Bereich des Anschlusses des Flanschabschnitts 28d in der Aufnahme 30b bewirkt. In dem Ausführungsbeispiel gern. 2 ist ein Hohlraum 140 zwischen Membran 130 und Stirnfläche 29 des Kolbens 28 leer belassen; es ist aber möglich, diesen Hohlraum 140 mit einem Füllmaterial auszufüllen, das auch eine verbesserte Schlagdämpfung erreicht.
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Das Ausführungsbeispiel der Pumpe 210 gemäß 3 stellt eine Zwischenlösung zwischen der Pumpe 10 aus 1 und der Pumpe 110 aus 2 dar, indem nämlich der Hohlraum 240 kleiner ausfällt als bei der Pumpe 110 aus 2, und die der flachen Seite 230a der Membran 230 abgekehrte Seite eine konkave Ausformung aufweist, deren radiale Abmessung geringer ist als die der Stirnfläche 29; insoweit ist ein konvexer Teilbereich der Membran 230 an die konkave Stirnfläche 29 angeschlossen, und ein in etwa linsenförmiger Hohlraum 240 ist zwischen Membran 230 und Stirnfläche 29 eingeschlossen. Bei der Ausführung gemäß 3 kann insbesondere ein Gel in den Hohlraum 240 eingeführt werden, das besonders gute schlagdämpfende Eigenschaften hat.
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Bei der Pumpe 340 aus 4 ist die Stirnfläche 329 konvex ausgebildet, und die der flachen Seite 330a der Membran 330 abgekehrten Seite entsprechend ein stückweit konkav. Bei dieser Ausführung weist die Membran 330 in ihrem Außenumfangsbereich eine vergleichsweise starke Dicke auf, die in Richtung auf die Achse A abnimmt. Entsprechend werden die stärker deformierten Außenbereiche robuster ausgebildet als der wenig deformierte zentrale Bereich der Membran 330, so dass die Gefahr einer Beschädigung der Membran 330 entsprechend reduziert ist.
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Man erkennt ohne weiteres, dass die Funktionsweise der Pumpen 110, 210, 310 der Funktion der Pumpe 10 aus 1 vollständig entspricht.
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Die Erfindung ist vorstehend an Hand von Ausführungsbeispielen erläutert worden, bei denen die Bestromung der Spule 23 den Kolben 28 von dem Pumpenkopf 12 fortverlagert, und das Federglied 26 den Kolben 28 nach Entriegeln der Spule 23 zusammen mit der Membran 30, 130, 230, 330 gegen die Stirnseite 12b des Pumpenkopfs 12 vorspannt. In dieser Ausführungsform ist im nicht bestromten Zustand der Spule 23 der Durchlass von Fluid vom Einlass 13 zum Auslass 14 zuverlässig unterbunden. Es versteht sich, dass es aber ohne weiteres möglich ist, die Feder so anzuordnen, dass sie den Kolben 28 von dem Pumpenkopf 12 fortverlagert, und bei Bestromen der Spule 23 der Kolben 28 gegen den Pumpenkopf 12 gedrückt wird.
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Die Erfindung ist vorstehend anhand von Ausführungsbeispielen erläutert worden, bei denen der Einlass und der Auslass exzentrisch zu der Achse A und im gleichen Abstand der Achse A der Pumpe 10, 110, 210, 310 angeordnet sind. Es versteht sich, dass der Pumpenkopf auch ganz andere Anordnungen von Einlass und Auslass vorsehen kann, beispielsweise einen radialen Einlass und einen zentralen Auslass.
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Die Erfindung ist vorstehend anhand von Ausführungsbeispielen erläutert worden, bei denen ein elektromagnetischer Antrieb vorgesehen ist; es versteht sich, dass auch andere Antriebe möglich sind, insbesondere solche, bei denen der Kolben 28 genau in bestimmte Positionen angefahren werden kann, so dass eine annähernde Linearität beim geförderten Fluidvolumen erreicht wird. In diesem Fall ist das Federglied 26, das zu einem vollständigen Ausstoßen des angesaugten Fluids führt, weggelassen.
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Die Erfindung ist vorstehend anhand von verschiedenen Ausführungen einer Membran 30, 130, 230, 330 erläutert worden, die aus Kunststoff besteht; es versteht sich, dass die Membran Verstärkungen enthalten kann, die die Federeigenschaften verbessern, wie eine Armierung aus einem Drahtgeflecht aus Metall, oder aber eine randseitige Wulst zum verbesserten Einspannen zwischen Pumpenkorpus und Pumpenkopf.
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Die Erfindung ist vorstehend anhand eines Kolbens erläutert worden, der über eine zylindrische Buchse 27b in der zylindrischen Bohrung des Aufnahmestücks 27 axial geführt ist. Es versteht sich, dass auch ein kleiner Luftspalt 27a hierfür ausreichen kann, wobei das Vorsehen der Buchse 27b eine schmierungsfreie Lagerung vorteilhaft ermöglicht.
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Zur Erläuterung der Ausführungsbeispiele sind Längsschnitte durch die entsprechenden Pumpen 10, 110, 210, 310 gewählt worden, die jeweils auch den Einlass 13 und Auslass 14 durchschneiden. Erfolgte der Längsschnitt in einer hierzu senkrechten Ebene, würde die Stirnseite 12b des Pumpenkopfs 12 wesentlich größer erscheinen, und es versteht sich, dass zweckmäßigerweise darin auch Vertiefungen 19 bzw. Nuten 19a vorgesehen sein können, um das Abheben der Membran auch außerhalb der Reservoire 31 ebenfalls zu erleichtern.
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Die Erfindung ist vorstehend anhand von Ausführungsbeispielen erläutert worden, bei denen die Stirnfläche 29, 329 entweder echt konkav oder echt konvex ausgebildet ist. Es versteht sich, dass eine plane Stirnfläche des Fortsatzes weder als konkav noch als konvex anzusehen ist, und dass somit als Gegenstand eine nicht plane, konkave oder konvexe Stirnfläche als zur Erfindung gehörig anzusehen ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2005024219 A1 [0003]
- US 4874299 A [0004]
- DE 3535669 A1 [0005]
- DE 19910920 A1 [0006]
- DE 19623537 A1 [0007]
- DE 20204411 U1 [0008]
- DD 67037 A [0009]
- GB 2282419 A [0010]
- US 6568926 B1 [0011]
- US 3672701 A [0012]
