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Die Erfindung betrifft eine Pumpenbaugruppe für eine Pumpe, insbesondere für eine Miniaturpumpe, weiter insbesondere für eine Miniatur-Membranpumpe, vorzugsweise mit einem Fördervolumen von weniger als 10 l/min, weiter vorzugsweise von weniger als 1000 ml/min, besonders bevorzugt mit einem Fördervolumen von weniger als 500 ml/min, mit einem Elektromotor, insbesondere einem Gleichstrommotor, und mit einer Gehäuseeinheit, wobei der Elektromotor eine durch ein Motorgehäuse des Elektromotors freistehende Motorwelle aufweist und das Motorgehäuse mit der Gehäuseeinheit verbunden ist und wobei die Motorwelle im Motorgehäuse mit einem axialen Wellenspiel gelagert ist. Insbesondere ist eine Gleitlagerung der Motorwelle im Motorgehäuse vorgesehen.
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Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung eine Pumpe, insbesondere eine Miniaturpumpe, weiter insbesondere eine Miniatur-Membranpumpe, vorzugsweise mit einem Fördervolumen von weniger als 10 l/min, weiter vorzugsweise von weniger als 1000 ml/min, besonders bevorzugt mit einem Fördervolumen von weniger als 500 ml/min, mit einer Pumpenbaugruppe der oben beschriebenen Art.
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Schließlich betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Verringerung oder Beseitigung von Störgeräuschen und/oder Vibrationen bei Pumpen, insbesondere bei Miniaturpumpen, weiter insbesondere bei Miniatur-Membranpumpen, wobei die Pumpe vorzugsweise ein Fördervolumen von weniger als 10 l/min, weiter vorzugsweise von weniger als 1000 ml/min, besonders bevorzugt von weniger als 500 ml/min, aufweist, wobei die Pumpe eine Pumpenbaugruppe mit einem Elektromotor, insbesondere mit einem Gleichstrommotor, und mit einer Gehäuseeinheit aufweist, wobei der Elektromotor eine durch ein Motorgehäuse des Elektromotors freistehende Motorwelle aufweist und das Motorgehäuse mit der Gehäuseeinheit verbunden ist und wobei die Motorwelle im Motorgehäuse mit einem axialen Wellenspiel gelagert ist.
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Die Einsatzbereiche von Miniaturpumpen sind vielfältig. Beispielsweise im Bereich medizintechnischer Anwendungen kommen Miniaturpumpen bei der Therapierung von Schlafstörungen/dem Schlafapnoesyndrom zum Einsatz, wobei der Patient während des Schlafs eine Nasen- oder Gesichtsmaske tragen muss, die über einen Schlauch an eine Miniaturpumpe angeschlossen ist. Die Luft wird dabei aktiv durch die Nase in die Lunge gepumpt, so dass der Atemweg über den Überdruck offenbleibt. Bei der Wunddrainage wird mit einer Miniaturpumpe ein Wundverband mit Vakuum beaufschlagt, um die Wundheilung zu verbessern. Miniaturpumpen der in Rede stehenden Art werden darüber hinaus beispielsweise in Operationssaugern für die medizinische Absaugung, in medizinischen Lagerungsmatratzen und in Pipetten eingesetzt. Ebenfalls können Miniaturpumpen in meist tragbaren Geräten zur Gasanalyse (Atemgase, Rauchgase etc.) zum Einsatz kommen. Auch außerhalb der Medizintechnik, beispielsweise im Bereich der Dentaltechnik, in Kaffeemaschinen oder im industriellen Anwendungsbereich, kommen Miniaturdruck- oder Miniaturvakuumpumpen zum Einsatz. Es versteht sich, dass die vorgenannten Anwendungsbereiche nicht abschließend zu verstehen sind.
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Miniaturpumpen müssen höchsten Anforderungen genügen. Hierzu zählt insbesondere eine hohe Leistungsfähigkeit bei geringer Baugröße. Aufgrund der Anforderungen an eine geringe Baugröße und aus Wirtschaftlichkeitsgründen werden für Miniaturpumpen oft Elektromotoren als Antriebseinheit eingesetzt, deren Motor- bzw. Antriebswellen in einem Motorgehäuse mit einem axialen Wellenspiel gelagert sind. Insbesondere ist in der Regel keine Kugellagerung vorgesehen, die axiale Kräfte aufnehmen kann. In vielen kleinen Elektromotoren befinden sich beispielsweise Sinterlager, die als Gleitbuchsen in Linearlagern dienen. Kommt es aufgrund von Bewegungen der Pumpe zu einer Veränderung der Lage der Motorwelle relativ zur Horizontallage und wird eine axiale Last auf die Motorwelle ausgeübt, so kann es zu einer Verschiebung der Motorwelle im Inneren des Motorgehäuses kommen. Teile der Motorwelle können dann in axialer Richtung gegen das Motorgehäuse oder Teile davon oder auch gegen ein zur radialen Wellenlagerung vorgesehenes Gleitlager wirken, was beim Motorbetrieb zu Vibrationen der Motorwelle und/oder zu Störgeräuschen führen kann. Vibrationen und die Geräuschentwicklung sind bei Miniaturpumpen unerwünscht, insbesondere, wenn die Pumpen körpernah eingesetzt werden, was vor allem für Bereiche der Medizintechnik gilt. Bei Miniatur-Membranpumpen ist daher im Stand der Technik bereits versucht worden, das Geräusch- und Vibrationsverhalten der Motorwelle durch Vorspannen des Pleuels, welches auf eine Membran der Membranpumpe wirkt und über einen Exzenter mit der Motorwelle verbunden ist, insbesondere durch Schiefstellen des Pleuels, zu beeinflussen und Vibrationen und/oder Störgeräusche zu verringern. Diese Lösung hat sich jedoch in der Praxis als wenig langzeitstabil erwiesen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Pumpenbaugruppe, eine Pumpe mit einer solchen Pumpenbaugruppe und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit denen ein vibrations- und geräuscharmer Motorbetrieb bei Verwendung von insbesondere kostengünstigen Elektromotoren mit axial beweglich gelagerten Motorwellen für jede Einbau- und/oder Gebrauchslage der Pumpe gewährleistet ist. Eine Verringerung oder Beseitigung von Vibrationen und/oder Störgeräuschen soll darüber hinaus in konstruktiv einfacher und kostengünstiger Weise bei möglichst gleichbleibender Baugröße und Leistungsfähigkeit der Pumpe erreicht werden.
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Die vorgenannten Aufgaben werden durch eine Pumpenbaugruppe mit den Merkmalen von Anspruch 1, durch eine Pumpe mit einer solchen Pumpenbaugruppe gemäß Anspruch 9 und durch ein Verfahren zur Verringerung oder Beseitigung von Vibrationen und/oder Störgeräuschen bei Pumpen mit den Merkmalen von Anspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die erfindungsgemäße Pumpenbaugruppe weist wenigstens ein außerhalb des Motorgehäuses angeordnetes Stabilisierungselement zur Verringerung oder zur Beseitigung des axialen Wellenspiels der Motorwelle auf, wobei die Motorwelle durch das Stabilisierungselement mit einer auf die Motorwelle wirkenden axialen Druckkraft oder axialen Zugkraft beaufschlagt wird. Unter der Formulierung ”außerhalb des Motorgehäuses” sind erfindungsgemäß alle Ausführungsformen zu verstehen, bei denen das Stabilisierungselement außerhalb von dem die Motorwelle umgebenden Innenraum des Motorgehäuses angeordnet ist. Die Formulierung ”außerhalb des Motorgehäuses” umfasst insbesondere auch solche Ausführungsformen, bei denen das Stabilisierungselement in das Motorgehäuse integriert ist oder einen Teil des Motorgehäuses bildet, wobei jedoch die Motorwelle durch das Stabilisierungselement von außerhalb des Motorgehäuses mit einer axialen Druckkraft oder axialen Zugkraft beaufschlagt wird, um ein konstruktionsbedingtes Wellenspiel der Motorwelle zu verringern oder vollständig zu beseitigen. Der Erfindung liegt der Grundgedanke zugrunde, durch das Stabilisierungselement eine Lagerung bzw. Stützlagerung der Motorwelle von außerhalb des Motorgehäuses bereitzustellen. Der Elektromotor mit Motorgehäuse und spielbehafteter Motorwelle stellt dabei eine konstruktive Baueinheit bzw. ein in die Pumpenbaugruppe integriertes separates Bauteil da. Erfindungsgemäß ist eine konstruktive Modifikation bzw. Änderung des Aufbaus des Elektromotors nicht erforderlich, um das immanente Wellenspiel der Motorwelle zu verringern oder zu beseitigen. Dadurch lassen sich auch bei Einsatz kostengünstiger Elektromotoren, die eine in axialer Richtung beweglich gelagerte Motorwelle aufweisen, störende Geräusche oder Vibrationen für jede Einbau- und/oder Gebrauchslage der Pumpe ausschließen oder zumindest verringern, die ansonsten beim Motorbetrieb solcher Motoren durch Relativbewegungen der Motorwelle zum Motorgehäuse auftreten können.
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Die Beseitigung des axialen Wellenspiels erfolgt erfindungsgemäß unter Einfluss des Stabilisierungselementes in der Einbaulage des Elektromotors. Es kann wenigstens ein Stabilisierungselement vorgesehen sein, das in und/oder an der Gehäuseeinheit befestigt ist und/oder einen Teil der Gehäuseeinheit bildet. Alternativ oder ergänzend kann wenigstens ein Stabilisierungselement vorgesehen sein, das mit der Motorwelle verbunden und mit der Motorwelle drehbar ist. Weiter alternativ oder ergänzend kann wenigstens ein Stabilisierungselement vorgesehen sein, das in und/oder an dem Motorgehäuse befestigt ist und/oder ein Teil des Motorgehäuses bildet. Dabei kann es sich bei dem Stabilisierungselement vorzugsweise um ein separates Bauteil handeln, das mit der Gehäuseeinheit oder der Motorwelle oder dem Motorgehäuse verbunden ist. Grundsätzlich kann das Stabilisierungselement aber auch durch einen entsprechend ausgebildeten Gehäuseabschnitt der Gehäuseeinheit oder des Motorgehäuses gebildet werden. Durch eine entsprechende Dimensionierung und Anordnung des Stabilisierungselementes innerhalb der Pumpenbaugruppe, insbesondere durch eine bestimmte Beabstandung des Stabilisierungselements von der Motorwelle auf der Antriebsseite der Motorwelle, ist eine Verringerung oder Beseitigung von Störgeräuschen und/oder Vibrationen bei gleichbleibender Baugröße der Pumpenbaugruppe möglich.
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Bei der Erfindung wird die Motorwelle durch das Stabilisierungselement mit einer in axialer Richtung der Motorwelle wirkenden Druck- oder Zugkraft beaufschlagt. Aufgrund der Kraftausübung in axialer Richtung können beim Motorbetrieb auftretende und auf ein immanentes Axialspiel der Motorwelle zurückzuführende Störgeräusche und/oder Vibrationen deutlich verringert oder sogar vollständig beseitigt werden. Die Kräfte können zu einer Vorspannung der Motorwelle im Motorgehäuse und/oder zu einer axialen Verschiebung der Motorwelle im Motorgehäuse führen. Durch Druck- oder Zugkräfte kann die Motorwelle in eine Stellung gebracht werden, in der sie beim Motorbetrieb nicht mehr gegen feststehende Bauteile des Elektromotors anliegt. Die Motorwelle kann durch das Stabilisierungselement auch mit einem Wellenende gegen ein Wellenlager im Motorgehäuse gedrückt werden, so dass beim Motorbetrieb keine relevanten Störgeräusche oder Vibrationen auftreten. Für eine Beseitigung des axialen Wellenspiels der Motorwelle kann es insbesondere vorgesehen sein, dass die Motorwelle aufgrund der Wirkung des Stabilisierungselementes gegen ein gegenüberliegend zur Antriebsseite des Motors im Inneren des Motorgehäuses angeordnetes Wellenlager gedrückt oder gegen ein innenliegendes Wellenlager auf der Antriebsseite des Elektromotors gezogen wird. Das erfindungsgemäße Verfahren sieht in diesem Zusammenhang vor, dass von außen eine auf die Motorwelle wirkende axiale Druck- oder Zugkraft erzeugt wird, um das axiale Wellenspiel zu verringern oder zu beseitigen. Damit lässt sich das Entstehen von Vibrationen und/oder Störgeräuschen beim Pumpenbetrieb in sehr effektiver Weise und unter Ausnutzung der im Inneren der Gehäuseeinheit zur Verfügung stehenden Freiräume verringern oder sogar vollständig beseitigen, ohne dass eine konstruktive Änderung der Baugruppe ”Elektromotor” erforderlich ist.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung kann das Stabilisierungselement federbelastet sein oder es ist ein Federmittel als Stabilisierungselement vorgesehen, das eine in axialer Richtung der Motorwelle auf die Motorwelle wirkende Federkraft erzeugt. Über das Federelement kann ein Gehäuseteil der Gehäuseeinheit oder ein Gehäuseabschnitt des Motorgehäuses mit der Motorwelle mechanisch gekoppelt sein. Beispielsweise kann zwischen dem Motorgehäuse und einem mit der Motorwelle fest verbundenen Exzenter ein Federelement vorgesehen sein, um die Motorwelle durch die Federkraft vom Motorgehäuse weg zu drücken oder zum Motorgehäuse zu ziehen. Es versteht sich, dass alternativ auch ein Federelement zwischen einem Gehäuseteil der Gehäuseeinheit und dem Exzenter der Motorwelle vorgesehen sein kann, um die Motorwelle entsprechend vorzuspannen.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Stabilisierungselement auf der Antriebsseite des Elektromotors an und/oder in einem der freistehenden Stirnseite der Motorwelle gegenüberliegenden Gehäuseteil der Gehäuseeinheit angeordnet. Insbesondere kann das Stabilisierungselement an und/oder in einem Gehäusedeckel oder einer Gehäusekappe angeordnet sein, der bzw. die lösbar und/oder verschiebbar mit wenigstens einem anderen Gehäuseteil der Gehäuseeinheit verbunden ist. Der freistehende, durch das Motorgehäuse des Elektromotors herausragende Teil der Motorwelle kann in der Gehäuseeinheit gekapselt sein, wenn der Gehäusedeckel in eine Schließ- und Montagestellung gebracht ist. Durch Öffnen des Gehäusedeckels ist ein einfacher Zugriff auf das Stabilisierungselement und/oder das freistehende Wellenende der Motorwelle möglich. Im geschlossenen Zustand des Gehäusedeckels sind dagegen das Stabilisierungselement und das freie Ende der Motorwelle gegen Verschmutzungen geschützt. Die Befestigung des Stabilisierungselementes an und/oder in einem der Motorwelle stirnseitig gegenüberliegenden Gehäuseteil ermöglicht in konstruktiv einfacher Weise und bei gleichbleibender Baugröße der Pumpe die Übertragung ausreichend großer axialer Druck- und/oder Zugkräfte von dem Stabilisierungselement auf die Motorwelle. Hierbei ist das Stabilisierungselement sicher an oder in dem Gehäuseteil gehalten.
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Bei einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Pumpenbaugruppe liegt das Stabilisierungselement mittelbar oder unmittelbar stirnseitig gegen die Motorwelle an. Es kommt dann zu einer kontaktgebundenen Verringerung des axialen Wellenspiels, wobei die Motorwelle durch das Stabilisierungselement auf die von der Antriebsseite des Elektromotors abgewandte Motorseite gedrängt und/oder mit einer in axialer Richtung zur abgewandten Motorseite wirkenden Vorspannung beaufschlagt wird.
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Um einen niedrigen Gleitreibungswiderstand zu erreichen, kann das Stabilisierungselement für die Kraftübertragung im Wesentlichen punktförmig gegen die Motorwelle anliegen. Insbesondere kann das Stabilisierungselement kugelförmig ausgebildet sein. Alternativ kann vorgesehen sein, dass das Stabilisierungselement in Richtung zur Antriebsseite des Elektromotors spitz zulaufend ausgebildet ist, so dass das Stabilisierungselement mit seiner Spitze gegen die Motorwelle wirkt. Auch dadurch lässt sich ein geringer Gleitreibungswiderstand bei der Drehung der Motorwelle sicherstellen.
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Alternativ oder ergänzend kann der durch Gleitreibung zwischen dem Stabilisierungselement und der Motorwelle verursachte Widerstand durch Wahl einer reibungsarmen Materialpaarung niedrig gehalten werden. Das Stabilisierungselement kann in diesem Zusammenhang aus einem Material mit guten Gleit- und Verschleißeigenschaften, beispielsweise aus Polyoxymethylen (POM) und/oder Polytetrafluorethylen (PTFE), bestehen. Die vorgenannten Materialien lassen auch eine kostengünstige Fertigung des Stabilisierungselementes zu. Grundsätzlich besteht jedoch auch die Möglichkeit, das Stabilisierungselement aus einem keramischen Werkstoff und/oder aus Carbon zu fertigen, um einen geringen Gleitreibungswiderstand zwischen dem Stabilisierungselement und der Motorwelle zu gewährleisten.
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Um einen Leistungsverlust der Pumpe aufgrund der Kraftbeaufschlagung der Motorwelle mit dem Stabilisierungselement gering zu halten, kann das Stabilisierungselement auch drehbar an dem Gehäuseteil gehalten bzw. gelagert sein. Beim Motorbetrieb kann es dann aufgrund der gegen das Stabilisierungselement anliegenden Motorwelle zu einer Relativbewegung zwischen dem Stabilisierungselement und dem Gehäuseteil kommen, wobei das Stabilisierungselement mit der Motorwelle mitbewegt werden kann.
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Es versteht sich zudem, dass grundsätzlich auch ein Stabilisierungselement an einem Gehäuseabschnitt des Motorgehäuses gehalten sein kann, das gegen einen mit dem freien Ende der Motorwelle verbundenen Exzenter anliegt und/oder gegen den Exzenter wirkt. Über das Stabilisierungselement kann dann eine Druckkraft auf den Exzenter ausgeübt werden, um die Motorwelle in eine vom Motorgehäuse abgewandte Richtung zu drücken und so das axiale Wellenspiel zu verringern. Das Stabilisierungselement kann auch hier vorzugsweise punktförmig, weiter vorzugsweise als Kugel, ausgebildet sein. Im Übrigen kann das Stabilisierungselement ebenfalls drehbar an dem Gehäuseabschnitt des Motorgehäuses gehalten sein und/oder aus einem verschleißarmen Material bestehen.
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Für eine langzeitstabile Übertragung von Druckkräften von dem Stabilisierungselement auf die Motorwelle kann das Stabilisierungselement mit einer Federkraft beaufschlagt sein. Das Stabilisierungselement kann durch ein Federelement in axialer Richtung zur Motorwelle hin vorgespannt sein. Damit ist ein Wirkkontakt zwischen dem Stabilisierungselement und der Motorwelle stets gewährleistet, auch wenn es aufgrund einer beim Motorbetrieb auftretenden rotatorischen Relativbewegung zwischen der Motorwelle und dem gegen die Motorwelle anliegenden Stabilisierungselement zu einem Verschleiß am Stabilisierungselement kommt.
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Zur Erzeugung der Federkraft kann beispielsweise eine Membran aus einem elastischen Kunststoff an einem Gehäuseteil der Gehäuseeinheit vorgesehen sein, die gegen das Stabilisierungselement anliegt und durch die das Stabilisierungselement in Richtung zur Motorwelle hin gedrückt wird. Alternativ kann auch das Gehäuseteil als solches aus einem elastomeren Kunststoff gefertigt sein und das Stabilisierungselement vorspannen. Weiter alternativ kann auch ein Federelement, beispielsweise eine Schraubenfeder, vorgesehen sein, um das Stabilisierungselement gegen die Motorwelle anzudrücken.
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Bei einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann eine magnetische Kopplung zwischen der Motorwelle und der Gehäuseeinheit und/oder zwischen der Motorwelle und dem Motorgehäuse zur Verringerung oder zur Beseitigung des axialen Wellenspiels der Motorwelle vorgesehen sein. Bei dieser Ausführungsform wird die Motorwelle zur Verringerung oder zur Beseitigung des Wellenspiels durch magnetische Feldkräfte berührungslos in einer bestimmten Axialstellung gehalten. Es wird ein Magnetfeld in axialer Richtung erzeugt, dass die Motorwelle anzieht oder abstößt, um das der Baueinheit ”Elektromotor” immanente axiale Wellenspiel zu verringern und, vorzugsweise, zu beseitigen. Aufgrund der magnetischen Kopplung ist eine reibungsfreie und damit verschleiß- und annähernd leistungsverlustfreie Übertragung der zur Verringerung oder Beseitigung des axialen Wellenspiels der Motorwelle erforderlichen Kräfte möglich. Im Übrigen lässt sich eine Magnetkopplung in einfacher Weise konstruktiv ausgestalten und kostengünstig fertigen.
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Um unabhängig von einer Stromversorgung ein ausreichend starkes Magnetfeld zu erzeugen, kann als Stabilisierungselement wenigstens ein Dauermagnet, beispielsweise ausgebildet als Scheibenmagnet oder Ringmagnet, vorgesehen sein oder das Stabilisierungselement kann wenigstens einen solchen Dauermagneten aufweisen. Auch eine elektromagnetische Kopplung ist grundsätzlich möglich. Beispielsweise kann in und/oder an der Gehäuseeinheit und/oder in und/oder an dem Motorgehäuse ein magnetisches Stabilisierungselement angeordnet bzw. gehalten sein oder es kann ein magnetisches Stabilisierungselement direkt mit der Motorwelle verbunden sein. Zur Ausbildung der magnetischen Kopplung können wenigstens zwei magnetische Stabilisierungselemente zusammenwirken oder ein Stabilisierungselement kann mit einem aus einem ferromagnetischen Material bestehenden Bereich oder Abschnitt oder Teil der Gehäuseeinheit oder des Motorgehäuses oder der Motorwelle zusammenwirken. Beispielsweise kann ein konzentrisch zur Motorwelle angeordneter und fest mit der Motorwelle verbundener Ringmagnet vorgesehen sein, der mit einem weiteren an der Gehäuseeinheit oder dem Motorgehäuse befestigten Dauermagneten zusammenwirkt. Gegenüberliegende Magnetpole der Stabilisierungselemente können eine gleiche oder entgegengesetzte Polarität aufweisen, um die Stabilisierungselemente voneinander wegzudrücken oder gegenseitig anzuziehen.
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Ein Dauermagnet als Stabilisierungselement kann konzentrisch zur Motorwelle angeordnet sein. Darüber hinaus ist es möglich, dass ein Dauermagnet mit der zusätzlichen Funktion eines Ausgleichsgewichts radial versetzt zur Motorwelle angeordnet ist. Bei einer Exzenterpumpe mit einem mit dem freien Ende der Motorwelle verbundenen Exzenter kann wenigstens ein Magnet an der Stelle eines Stabilisierungselementes in den Exzenter integriert sein. Bestehen Ausgleichsgewichte im Exzenter aus einem ferromagnetischen Material, können diese mit einem mit der Gehäuseeinheit oder dem Motorgehäuse verbundenen dauermagnetischen Stabilisierungselement zusammenwirken, um eine magnetische Kopplung zwischen der Gehäuseeinheit und der Motorwelle oder zwischen dem Motorgehäuse und der Motorwelle zu erreichen. Mit dem freien Ende der Motorwelle kann auch eine Scheibe aus einem ferromagnetischen Material fest verbunden sein, die beispielsweise von einem dauermagnetischen Stabilisierungselement an der Gehäuseeinheit oder von einem dauermagnetischen Stabilisierungselement an dem Motorgehäuse angezogen wird, um dadurch die Motorwelle in eine bestimmte Richtung zu bewegen und das Axialspiel der Motorwelle zu verringern.
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In der Zeichnung ist die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher veranschaulicht. Es zeigen
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1 eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Pumpenbaugruppe mit einer Gehäuseeinheit und einem Elektromotor, wobei eine mechanische Kopplung zwischen der Gehäuseeinheit und einer Motorwelle des Elektromotors vorgesehen ist,
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2 eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Pumpenbaugruppe mit einer magnetischen Kopplung zwischen der Gehäuseeinheit und der Motorwelle und
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3 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Pumpenbaugruppe mit einer magnetischen Kopplung zwischen der Motorwelle und dem Motorgehäuse.
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1 zeigt schematisch und im Ausschnitt eine Pumpenbaugruppe 1 für eine Miniatur-Membranpumpe bzw. Exzenter-Membranpumpe, die einen Elektromotor 2 und eine mehrteilige Gehäuseeinheit 3 aufweist. Die Membranpumpe eignet sich beispielsweise als Drainagepumpe zum Absaugen von Körperflüssigkeiten oder von Gasen im Wundbereich. Ein Teil der Gehäuseeinheit 3 bildet einen Gehäusedeckel 4. Der Elektromotor 2 weist eine durch ein nicht im Einzelnen dargestelltes Motorgehäuse des Elektromotors 2 freistehende Motorwelle 5 auf. Der Elektromotor 2 mit Motorwelle 5 und Motorgehäuse bildet eine eigenständige Baueinheit, die in 1 in einer Einbaulage gezeigt ist. Das Motorgehäuse ist mit der Gehäuseeinheit 3 verschraubt. Ebenfalls nicht dargestellt ist, dass die Motorwelle 5 im Motorgehäuse mit einem axialen Wellenspiel gelagert ist, also insbesondere eine Gleitlagerung und keine Kugellagerung der Motorwelle 5 vorgesehen ist, die auch axiale Kräfte aufnehmen kann.
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Das Motorgehäuse weist auf einer Antriebsseite des Elektromotors 2 eine Gehäuseöffnung für die Motorwelle 5 auf, durch die die Motorwelle 5 hindurchgeführt ist.
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Die Lagerung der Motorwelle 5 kann über Sinterlager erfolgen, die lediglich zur Aufnahme von Radialkräften ausgebildet sind. Bei solchen Elektromotoren 2 können an der Motorwelle 5 Bauteile vorgesehen sein, die sich zusammen mit der Motorwelle 5 drehen und in Abhängigkeit von der Anordnung und Ausrichtung des Elektromotors 2 beim Pumpenbetrieb axial gegen das Motorgehäuse oder eine Wellenlagerung im Motorgehäuse arbeiten. Dies kann zu störenden Vibrationen und Geräuschen führen. Durch die Verbindung des Elektromotors 2 mit der Gehäuseeinheit 3 werden Vibrationen auf die Gehäuseeinheit 3 übertragen und, insbesondere dann, wenn eine körpernahe Anordnung der Membranpumpe beim Pumpenbetrieb erforderlich ist, als störend wahrgenommen.
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Um Vibrationen und/oder Störgeräusche zu vermeiden, beispielsweise bei Kippen der Exzenter-Membranpumpe, wenn die Motorwelle 5 aus einer beispielsweise horizontalen Lage gebracht wird, weist die dargestellte Pumpenbaugruppe 1 ein Stabilisierungselement 6 auf, das in Form einer Kugel als Stützlager für die Motorwelle 5 dient und unmittelbar stirnseitig gegen das freiliegende Ende der Motorwelle 5 anliegt. Durch das Stabilisierungselement 6 wird die Motorwelle 5 in axialer Richtung X (1) auf die der Antriebsseite des Elektromotors 2 gegenüberliegende Seite gedrängt bzw. es wird eine Vorspannung in dieser Richtung erzeugt, was zu einer Verringerung des axialen Wellenspiels der Motorwelle 5 im Motorgehäuse führt.
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Wie sich weiter aus 1 ergibt, wird das Stabilisierungselement 6 mit einer Membran 7 aus einem elastischen Kunststoff an dem Gehäusedeckel 4 gehalten und in Richtung zur Motorwelle 5 vorgespannt. An der Stelle der Membran 7 kann auch ein anderes Federmittel vorgesehen sein. Die Membran 7 ist mit dem Gehäusedeckel 4 verbunden. Um das Eindrücken des Stabilisierungselementes 6 in die Membran 7 zu verhindern und damit langzeitstabil eine ausreichende Druckkraft auf die Motorwelle 5 in axialer Richtung X erzeugen zu können, kann ein Stützring 8 aus Metall vorgesehen sein, der in eine Membrantasche 9 eingesetzt bzw. eingeschoben ist.
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Die Motorwelle ist in an sich üblicher Weise drehfest mit einem Exzenter 10 verbunden. Der Exzenter 10 ist über ein Kugellager 11 ebenfalls in an sich üblicher Weise mit einer Pleuelstange 12 verbunden, um eine Verbindung mit einer nicht gezeigten Membran der Membranpumpe herzustellen und die Pumpenfunktion zu gewährleisten.
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In 2 ist eine alternative Ausführungsform einer Pumpenbaugruppe 1 einer Membranpumpe gezeigt. Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen in den 1 und 2 gleiche Komponenten, weshalb an dieser Stelle auf die vorhergehende Beschreibung dieser Komponenten verwiesen wird.
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Abweichend zu der in 1 dargestellten Pumpenbaugruppe 1 wird zur Verringerung oder zur Beseitigung des axialen Wellenspiels der Motorwelle 5 gemäß 2 eine magnetische Kopplung zwischen einem an dem Gehäusedeckel 4 innenseitig vorgesehenen Stabilisierungselement 13 und einem konzentrisch zur Motorwelle 5 angeordneten weiteren Stabilisierungselement 14 vorgesehen. Das weitere Stabilisierungselement 14 kann auch mit der zusätzlichen Funktion eines Ausgleichsgewichts versetzt zur Motorwelle 5 angeordnet sein. Bei dem Stabilisierungselement 13 handelt es sich vorzugsweise um einen Scheibenmagneten. Das weitere Stabilisierungselement 14 ist vorzugsweise ein Ringmagnet. Da die Stabilisierungselemente 13, 14 auf einander zugewandten Seiten gleich polarisiert sind, wird die Motorwelle 5 vom Stabilisierungselement 13 abgestoßen und damit in Richtung X zu der von der Antriebsseite des Elektromotors 2 gegenüberliegenden Motorseite gedrängt. Hierdurch wird ein axiales Lagerspiel der Motorwelle 4 im Motorgehäuse verringert, vorzugsweise vollständig beseitigt.
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Im Übrigen versteht es sich, dass das Stabilisierungselement 13 und das weitere Stabilisierungselement 14 auf den einander zugewandten Seiten auch unterschiedlich polarisiert sein können, so dass die Motorwelle 5 in Richtung zu dem Gehäusedeckel 4 gezogen wird, was in Abhängigkeit von der konstruktiven Ausgestaltung der Wellenlagerung im Elektromotor 2 ebenfalls zur Verringerung, vorzugsweise zur vollständigen Beseitigung, eines immanenten axialen Lagerspiels der Motorwelle 5 innerhalb des Motorgehäuses führen kann.
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Das weitere Stabilisierungselement 14 ist in den Exzenter 10 stirnseitig integriert. Zu diesem Zweck weist der Exzenter 10 eine entsprechende Ringnut auf, in die das weitere Stabilisierungselement 14 eingesetzt ist. Die konzentrische Anordnung des Ringmagneten trägt zu einer hohen Laufruhe des Elektromotors 2 bei.
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Nicht dargestellt ist, dass der Exzenter 10 stirnseitig radial versetzt zur Motorwelle angeordnete Ausgleichsgewichte aufweisen kann, die als Stabilisierungselemente vorgesehen sind und durch Dauermagneten gebildet werden können. Auch hiermit lässt sich eine magnetische Kopplung zwischen der Gehäuseeinheit 3 und der Motorwelle 5 erreichen.
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Es kann auch lediglich ein Stabilisierungselement 13, 14 vorgesehen sein, das mit einem ferromagnetischen Bereich, Abschnitt oder Teil des Gehäusedeckels 4 oder der Motorwelle 5 zusammenwirkt. Bei der in 2 gezeigten Ausführungsform kann beispielsweise an der Stelle des Stabilisierungselements 13 eine an dem Gehäusedeckel 4 innenseitig vorgesehene Scheibe aus einem ferromagnetischen Material angeordnet sein, die dazu führt, dass die Motorwelle 5 entgegen der in 2 gezeigten axialen Richtung X in Richtung zum Gehäusedeckel 4 gezogen wird. Um die Motorwelle 5 in axialer Richtung X zu ziehen, könnte ein entsprechend ausgebildeter ferromagnetischer Bereich auch an dem Motorgehäuse vorgesehen sein. Alternativ ist es auch möglich, an der Stelle des weiteren Stabilisierungselements 14 an einer geeigneten Stelle eine mit der Motorwelle 5 verbundene Scheibe aus einem ferromagnetischen Material vorzusehen, so dass die Scheibe und damit die Motorwelle 5 zu dem magnetischen Stabilisierungselement 13 an dem Gehäusedeckel 4 hingezogen wird.
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Alternativ kann auch ein magnetisches Feld zwischen einem am Exzenter 10 fixierten Permanentmagneten und einem am Motorgehäuse fixierten Permanentmagneten erzeugt werden, um ein Axialspiel der Motorwelle 5 zu verringern oder zu beseitigen.
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In 3 ist eine andere Ausführungsform einer Pumpenbaugruppe 1 für eine Exzenter-Membranpumpe gezeigt, wobei wiederum gleiche Bezugszeichen in den 1, 2 und 3 gleiche Komponenten bezeichnen, weshalb an dieser Stelle auf die vorhergehende Beschreibung dieser Komponenten verwiesen wird.
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Bei der in 3 gezeigten Ausführungsform ist eine Scheibe 15 vorgesehen, die radial innenliegend fest mit der Motorwelle 5 und radial außenliegend fest mit einem Ringmagneten als Stabilisierungselement 16 verbunden ist. Die Scheibe 15 ist an dem durch das Motorgehäuse des Elektromotors 2 geführten freistehenden Ende der Motorwelle 5 benachbart zum Motorgehäuse angeordnet. Für eine magnetische Kopplung kann das Motorgehäuse aus einem magnetisierbarem (ferromagnetischen) Material bestehen. Auch eine Deckplatte oder Befestigungsschrauben oder dergleichen können aus einem magnetisierbaren Material bestehen. Dies führt dazu, dass die Motorwelle 5 in axialer Richtung X zum Motorgehäuse gezogen wird, was wiederum zu einer Verringerung oder Beseitigung des immanenten axialen Wellenspiels führen kann. Es versteht sich, dass auch hier im Bereich des Motorgehäuses ein weiteres magnetisches Stabilisierungselement vorgesehen sein kann, um das mit der Motorwelle 5 verbundene Stabilisierungselement 16 noch stärker anzuziehen (oder abzustoßen) und damit eine Verstellung der Motorwelle 5 in die eine oder in die andere Richtung zu bewirken.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Pumpenbaugruppe
- 2
- Elektromotor
- 3
- Gehäuseeinheit
- 4
- Gehäusedeckel
- 5
- Motorwelle
- 6
- Stabilisierungselement
- 7
- Membran
- 8
- Stützring
- 9
- Membrantasche
- 10
- Exzenter
- 11
- Kugellager
- 12
- Pleuelstange
- 13
- Stabilisierungselement
- 14
- Stabilisierungselement
- 15
- Scheibe
- 16
- Stabilisierungselement
