DE202017107243U1 - Diaphragm pump for non-contact operation of the membranes of several working spaces of a diaphragm pump - Google Patents
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Abstract
Membranpumpe (1) zum Fördern eines gasförmigen und/oder flüssigen Mediums, mit wenigstens einer verformbaren Membran (2) zum Verändern der Größe eines Arbeitsraums (3) der Membranpumpe (1) und mit wenigstens einer Aktoreinheit (4) zum Verformen der Membran (2) durch berührungsloses Beaufschlagen der Membran (2) mittels eines magnetischen Feldes, wobei die Membran (2) ein Material umfasst oder aus einem Material besteht, das magnetisch und/oder magnetisierbar ist, und die Aktoreinheit (4) wenigstens ein magnetisches und/oder magnetisierbares Aktormittel (7) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktoreinheit (4) drehbar gelagert und die Membran (2) umfangsseitig zur Aktoreinheit (4) angeordnet ist, wobei in einer Totpunktstellung der Membran (2) die Polarisationsrichtung des zwischen dem Material der Membran (2) und dem Aktormittel (7) ausgebildeten Magnetfeldes radial zur Drehachse der Aktoreinheit (4) ausgerichtet ist.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Membranpumpe zum Fördern eines gasförmigen und/oder flüssigen Mediums, mit wenigstens einer verformbaren Membran zum Verändern der Größe eines Arbeitsraums der Membranpumpe und mit wenigstens einer Aktoreinheit zum Verformen der Membran durch berührungsloses Beaufschlagen der Membran mittels eines magnetischen Feldes, wobei die Membran ein Material umfasst und/oder aus einem Material besteht, das magnetisch und/oder magnetisierbar ist, und die Aktoreinheit wenigstens ein magnetisches und/oder magnetisierbares Aktormittel aufweist. Zwischen dem Material der Membran und dem Aktormittel wird ein Magnetfeld ausgebildet, das zur Verformung der Membran führt.The present invention relates to a diaphragm pump for conveying a gaseous and / or liquid medium, with at least one deformable membrane for changing the size of a working space of the diaphragm pump and with at least one actuator unit for deforming the membrane by contactless loading of the membrane by means of a magnetic field, wherein the Membrane comprises a material and / or consists of a material which is magnetic and / or magnetizable, and the actuator unit comprises at least one magnetic and / or magnetizable actuator means. Between the material of the membrane and the actuator means, a magnetic field is formed, which leads to deformation of the membrane.
Membranpumpen weisen in der Regel wenigstens einen Arbeitsraum auf, der von einer zum Verändern der Größe des Arbeitsraums verformbaren Membran und von einer Wand begrenzt ist, in der zumindest ein Einlass und wenigstens ein Auslass für ein Medium ausgebildet sind, das in einer Saugphase über den Einlass in den sich vergrößernden Arbeitsraum eingesaugt und in einer Kompressionsphase über den Auslass aus dem sich verkleinernden Arbeitsraum ausgestoßen wird. Zum Verformen der Membran ist eine ansteuerbare Aktor- bzw. Antriebseinheit vorgesehen.As a rule, diaphragm pumps have at least one working space delimited by a membrane which is deformable to alter the size of the working space and by a wall in which at least one inlet and at least one outlet are formed for a medium which in a suction phase via the inlet is sucked into the enlarging working space and ejected in a compression phase through the outlet from the decreasing working space. To deform the membrane, a controllable actuator or drive unit is provided.
In der
Ein alternatives Antriebskonzept geht aus der
Nachteilig an diesem Konzept ist, dass die Membran aufgrund des zyklisch rotierenden Magnetfeldes einer wellenförmigen Bewegung und somit einer starken und großflächigen Verformung ausgesetzt ist, was mit einem hohen Materialverschleiß bzw. einer aufwendigen Wartung verbunden ist. Darüber hinaus ist die rotierende Förderbewegung vergleichsweise uneffektiv.A disadvantage of this concept is that the membrane is subjected due to the cyclically rotating magnetic field of a wave-like movement and thus a strong and large-scale deformation, which is associated with a high material wear and a costly maintenance. In addition, the rotary conveying movement is comparatively ineffective.
Membranpumpen werden unter anderem im Bereich der Medizin- und/oder Analyse- und/oder Umwelttechnik, beispielsweise in Anästhesiegeräten oder Gassensoren, eingesetzt. Für eine Nutzung von Membranpumpen als Präzisionspumpen ist zumeist eine kompakte Bauform erforderlich, insbesondere wenn die eingesetzten Membranpumpen als Unterbaugruppen in entsprechende Medizin- und/oder Analyseeinrichtungen integriert werden. Zudem ist eine hohe Langzeitstabilität der Membran unabdingbar.Membrane pumps are used inter alia in the field of medical and / or analysis and / or environmental technology, for example in anesthesia devices or gas sensors. For a use of diaphragm pumps as precision pumps a compact design is usually required, especially if the diaphragm pumps used are integrated as subassemblies in appropriate medical and / or analytical devices. In addition, a high long-term stability of the membrane is indispensable.
Weiter ist insbesondere für medizintechnische Anwendungen und für die Gasanalyse ein pulsationsarmer Betrieb der eingesetzten Membranpumpe wünschenswert. Unter dem Begriff „Pulsation“ ist dabei insbesondere eine sinusförmige Förderkurve zu verstehen, die auf die periodische Volumenänderung des Arbeitsraums bzw. Verformung der Membran zurückzuführen ist. Die damit verbundenen Druckpulse bzw. Druckspitzen können zu Beschädigungen empfindlicher Sensoreinrichtungen führen oder die Messergebnisse verfälschen.Furthermore, a pulsation-poor operation of the diaphragm pump used is particularly desirable for medical applications and for gas analysis. The term "pulsation" is to be understood in particular a sinusoidal conveying curve, which is due to the periodic change in volume of the working space or deformation of the membrane. The associated pressure pulses or pressure peaks can lead to damage of sensitive sensor devices or falsify the measurement results.
Schließlich ist beim Einsatz von Membranpumpen in einer Labor- und/oder Patientenumgebung ein geräuscharmer Betrieb wünschenswert.Finally, when using diaphragm pumps in a laboratory and / or patient environment, quiet operation is desirable.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Membranpumpe, insbesondere für die Verwendung im Bereich der Gasanalyse und/oder der Medizintechnik, zur Verfügung zu stellen, die sich durch eine kompakte Bauform auszeichnet und einen verschleißarmen, geräuscharmen und/oder pulsationsarmen, insbesondere pulsationsfreien, Betrieb bei gleichzeitig hohem Fördervolumen ermöglicht. Gleichzeitig soll die erfindungsgemäße Membranpumpe weitere spezifische Anforderungen, wie eine hohe Langzeitstabilität, Kostensensibilität und/oder Ventildichte, erfüllen.The present invention has for its object to provide a diaphragm pump, in particular for use in the field of gas analysis and / or medical technology, which is characterized by a compact design and a low-wear, low-noise and / or pulsation-poor, in particular pulsation-free, Operation at the same time allows high delivery volume. At the same time, the diaphragm pump according to the invention is intended to meet further specific requirements, such as high long-term stability, cost sensitivity and / or valve density.
Die vorliegende Erfindung wird durch eine Membranpumpe mit den Merkmalen der Ansprüche 1, 3, 8, 9 und 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.The present invention is achieved by a diaphragm pump having the features of
Die Erfindung ermöglicht eine Ausgestaltung der Membranpumpe, die einen pulsationsarmen bis weitgehend pulsationsfreien und/oder einen verschleißarmen und/oder einen geräuscharmen Betrieb bei kompakter Bauform und einer geringen Teileanzahl zulässt. Gegenüber Flügelzellenpumpen und Exzentermembranpumpen können weniger Verschleißpunkte verwirklicht werden, was zu höheren Standzeiten bzw. reduziertem Wartungsaufwand führt. Insbesondere lassen sich eine hohe Förderleistung von beispielsweise Exzentermembranpumpen sowie deutlich höhere Enddrücke und eine höhere Druckstabilität beispielsweise gegenüber Flügelzellenpumpen erreichen. Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Membranpumpe können eine insbesondere gegenüber Flügelzellenpumpen geringere Empfindlichkeit gegenüber Feuchtigkeit und/oder Partikeln und eine hohe System- und Ventildichte sein, die mit denen konventioneller Pumpen, insbesondere mit Exzentermembranpumpen, vergleichbar sind. Ferner sind mit der erfindungsgemäßen Membranpumpe, insbesondere im Vergleich zu Flügelzellenpumpen, geringere Drehzahlen zur Erzielung eines bestimmten Förderdrucks oder Fördervolumens möglich, was mit einer höheren Motorlebensdauer und einer verbesserten Regelbarkeit der Pumpe verbunden sein kann. Schließlich kann durch Anpassung der Magnetkräfte eine interne Druck- bzw. Vakuumbegrenzung verwirklicht werden, wodurch ein Motor- bzw. Systemschutz ohne zusätzliche elektronische Maßnahmen möglich ist. The invention enables an embodiment of the diaphragm pump, which permits a pulsation-poor to largely pulsation-free and / or a low-wear and / or a low-noise operation in a compact design and a low number of parts. Compared with vane pumps and eccentric diaphragm pumps less wear points can be realized, which leads to higher service life and reduced maintenance. In particular, it is possible to achieve a high delivery rate of, for example, eccentric diaphragm pumps as well as significantly higher end pressures and higher pressure stability, for example, with respect to vane-cell pumps. Further advantages of the membrane pump according to the invention can be a sensitivity to moisture and / or particles that is lower, in particular compared to vane pumps, and a high system and valve density which are comparable to those of conventional pumps, in particular with eccentric diaphragm pumps. Furthermore, with the membrane pump according to the invention, in particular compared to vane pumps, lower speeds to achieve a certain discharge pressure or delivery volume possible, which may be associated with a higher engine life and improved controllability of the pump. Finally, by adjusting the magnetic forces an internal pressure or vacuum limit can be realized, whereby a motor or system protection is possible without additional electronic measures.
Die Erfindung schlägt folglich alternative bzw. gegenüber dem Stand der Technik weiterentwickelte (Antriebs-)Konzepte zur Verformung wenigstens einer Membran einer Membranpumpe durch berührungsloses Beaufschlagen der Membran mittels eines magnetischen Feldes vor, wodurch sich insbesondere die oben beschriebenen Vorteile realisieren lassen.Consequently, the invention proposes alternative (drive) concepts for the deformation of at least one membrane of a diaphragm pump by contactless application of the membrane to the membrane by means of a magnetic field, whereby in particular the advantages described above can be realized.
Gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Aktoreinheit drehbar gelagert und die Membran umfangsseitig zur Aktoreinheit angeordnet ist, wobei in einer Totpunktstellung der Membran die Polarisationsrichtung des zwischen dem Material der Membran und dem Aktormittel ausgebildeten Magnetfeldes radial zur Drehachse der Aktoreinheit ausgerichtet ist. In einer Totpunktstellung der Membran erreicht der Abstand zwischen dem Aktormittel und der Membran vorzugsweise einen Extremwert. Darüber hinaus wird in dieser Stellung die größte anziehende oder die größte abstoßende Magnetkraft zwischen dem Aktormittel und dem Membranmaterial erreicht, wobei die (Haupt-) Polarisationsrichtung des zwischen der Membran und dem Aktormittel wirkenden Magnetfeldes im Wesentlichen quer bzw. radial zur Drehachse der Aktoreinheit ausgerichtet ist.According to a first embodiment of the present invention, it is provided that the actuator is rotatably mounted and the diaphragm is arranged circumferentially to the actuator unit, wherein in a dead center position of the membrane, the polarization direction of the formed between the material of the membrane and the actuator means magnetic field is aligned radially to the axis of rotation of the actuator , In a dead center position of the membrane, the distance between the actuator means and the membrane preferably reaches an extreme value. In addition, in this position, the largest attractive or the largest repulsive magnetic force between the actuator means and the membrane material is achieved, wherein the (main) polarization direction of the force acting between the membrane and the actuator means magnetic field is aligned substantially transversely or radially to the axis of rotation of the actuator unit ,
Unter dem Begriff „(Haupt-)Polarisationsrichtung des Magnetfeldes“ ist im Sinne der vorliegenden Erfindung der Richtungsvektor zwischen Magnetpolen entgegengesetzter Polarität zu verstehen, die durch das Membranmaterial einerseits und das Aktormittel andererseits gebildet werden.For the purposes of the present invention, the term "(main) polarization direction of the magnetic field" means the directional vector between magnetic poles of opposite polarity, which are formed by the membrane material on the one hand and the actuator means on the other hand.
Die umfangseitige Anordnung der Membran zur Aktoreinheit lässt eine sehr platzsparende Bauweise der erfindungsgemäßen Membranpumpe zu. Insbesondere kann ein Arbeitsraum der Membranpumpe innerhalb der axialen Längsabmessung der Aktoreinheit angeordnet werden, wodurch sich ein insgesamt sehr kompakter Aufbau der erfindungsgemäßen Membranpumpe ergibt. Bei Rotation der Aktoreinheit kommt es erfindungsgemäß zur Ausbildung eines zyklisch rotierenden Magnetfeldes und zu einer lediglich linearen Pumpbewegung der Membran, was im Vergleich zu der aus der
Der Begriff „Totpunktstellung der Membran“ kann sowohl eine „äußere Totpunktstellung“ als auch eine „innere Totpunktstellung“ umfassen. Eine Totpunkstellung der Membran wird dann erreicht, wenn die Aktoreinheit eine bestimmte Drehstellung einnimmt, in der ein Magnetpol der Aktoreinheit einem Magnetpol der Membran vorzugsweise direkt gegenüberliegt. In der äußeren Totpunktstellung ist der Abstand zwischen dem Magnetmaterial der Membran einerseits und dem Aktormittel andererseits minimal. In diesem Fall wird die Membran maximal in Richtung zum Aktormittel angezogen bzw. verformt. Entsprechend ist unter einer inneren Totpunktstellung ein Zustand zu verstehen, in dem der Abstand zwischen dem Magnetmaterial der Membran einerseits und dem Aktormittel andererseits maximal ist. In diesem Fall wird die Membran maximal vom Aktormittel abgestoßen bzw. maximal vom Aktormittel weg verformt. Zwischen beiden Totpunktstellungen kann die Membran eine Ruhestellung annehmen, bei der auf die Membran keine oder eine lediglich geringe Magnetkraft einwirkt. In beiden Totpunktstellungen verläuft erfindungsgemäß die (Haupt-)Polarisationsrichtung bzw. der Richtungsvektor zwischen Polen entgegengesetzter Polarität quer - also radial - zur Drehachse der Aktoreinheit. Die Membran liegt dabei in einer Totpunktstellung dem Aktormittel vorzugsweise direkt gegenüber.The term "dead center position of the diaphragm" may include both an "outer dead center position" and an "inner dead center position". A Totpunkstellung the membrane is achieved when the actuator unit occupies a certain rotational position, in which a magnetic pole of the actuator preferably a magnetic pole of the membrane is directly opposite. In the outer dead center position, the distance between the magnetic material of the membrane on the one hand and the actuator means on the other hand is minimal. In this case, the membrane is maximally attracted or deformed in the direction of the actuator means. Accordingly, an internal dead center position is to be understood as a state in which the distance between the magnetic material of the diaphragm on the one hand and the actuator means on the other hand is maximum. In this case, the membrane is repelled at most by the actuator means or deformed maximally away from the actuator means. Between two dead center positions, the membrane can assume a rest position in which the membrane has no or only a small magnetic force. In both dead center positions according to the invention, the (main) polarization direction or the direction vector between poles of opposite polarity extends transversely - ie radially - to the axis of rotation of the actuator unit. The membrane is in a dead center position of the actuator means preferably directly opposite.
Das Aktormittel kann an einer radialen Umfangsfläche der Aktoreinheit gehalten und/oder zumindest abschnittsweise in die Aktoreinheit umfangseitig eingesetzt sein. Das Aktormittel kann dabei zumindest einen Teil der Umfangsfläche der Aktoreinheit bilden.The actuator means may be held on a radial peripheral surface of the actuator unit and / or at least partially inserted into the actuator unit on the circumference. The actuator means may form at least a part of the peripheral surface of the actuator unit.
Um eine für die Pumpbewegung ausreichende Verformung der Membran durch berührungsloses Beaufschlagen der Membran mittels eines magnetischen Feldes sicherzustellen, kann die Flächennormale im mittleren Bereich einer Arbeitsfläche der Membran senkrecht bzw. radial zur Drehachse der Aktoreinheit ausgerichtet sein. In order to ensure sufficient for the pumping movement deformation of the membrane by contactless loading of the membrane by means of a magnetic field, the surface normal in the central region of a working surface of the membrane can be aligned perpendicular or radial to the axis of rotation of the actuator.
Es können zwei Arbeitsräume, vier Arbeitsräume oder ganzzahlige Vielfache von zwei Arbeitsräumen vorgesehen sein, wobei vorzugsweise jedem Arbeitsraum ein separater Pumpenkopf zugeordnet ist. Die Arbeitsräume sind insbesondere umfangseitig zur Aktoreinheit und in Drehrichtung der Aktoreinheit zueinander versetzt bzw. nachfolgend angeordnet. Auf diese Weise ist eine kompakte Anordnung auch mehrerer Arbeitsräume möglich, insbesondere innerhalb der axialen Längsabmessung der Aktoreinheit. Die Arbeitsräume sind dabei vorzugsweise gleichverteilt über den Umfang der Aktoreinheit angeordnet, woraus ein geringes Bauvolumen der erfindungsgemäßen Pumpe resultiert. Die Membranen mehrerer Arbeitsräume werden dann bei der Drehbewegung einer gemeinsamen Aktoreinheit nachfolgend betätigt, was zu einer geringen Bauteilanzahl der Membranpumpe führt und die Montage der Pumpe insgesamt vereinfacht.There may be provided two work spaces, four work spaces or integer multiples of two work spaces, preferably each work space is assigned a separate pump head. The work spaces are in particular circumferentially offset to the actuator and in the direction of rotation of the actuator to each other or arranged below. In this way, a compact arrangement of several working spaces is possible, in particular within the axial longitudinal dimension of the actuator unit. The work spaces are preferably uniformly distributed over the circumference of the actuator unit, resulting in a small volume of the pump according to the invention results. The membranes of several working spaces are then subsequently actuated during the rotational movement of a common actuator unit, which leads to a small number of components of the diaphragm pump and simplifies the assembly of the pump as a whole.
Ein Pumpenkopf der Pumpe begrenzt zusammen mit der Membran einen Arbeitsraum und weist wenigstens einen Einlass auf, über den das zu fördernde Medium in einer Saugphase in den Arbeitsraum eingesaugt wird. Zudem ist wenigstens ein Auslass vorgesehen, über den das zu fördernde Medium in einer Druckphase aus dem sich verkleinernden Arbeitsraum ausgebracht wird. Durch mehrere separate Pumpenköpfe wird der Wartungsaufwand reduziert, wobei beispielsweise ein bedarfsweises Austauschen defekter Membranen durch Lösen des jeweiligen Pumpenkopfes möglich ist.A pump head of the pump defines together with the membrane a working space and has at least one inlet through which the medium to be pumped is sucked into the working space in a suction phase. In addition, at least one outlet is provided, via which the medium to be delivered is discharged in a pressure phase from the decreasing working space. By several separate pump heads, the maintenance effort is reduced, for example, an on-demand replacement of defective membranes by loosening the respective pump head is possible.
Die Aktoreinheit kann ein oder mehrere Aktormittel aufweisen. Jedes Aktormittel kann durch ein oder mehrere Permanentmagnete gebildet sein. Beispielsweise kann als Aktormittel ein diametral magnetisierter Ringmagnet vorgesehen sein. Die Aktoreinheit weist dann in Drehrichtung vorzugsweise zwei gegenüberliegende Magnetpole auf, die entgegengesetzt polarisiert sind. Alternativ kann ein Aktormittel auch durch eine Gruppe von nach außen gleich polarisierten Permanentmagneten gebildet sein. Dabei werden bevorzugt Scheiben- oder Stabmagnete eingesetzt.The actuator unit can have one or more actuator means. Each actuator means may be formed by one or more permanent magnets. For example, a diametrically magnetized ring magnet can be provided as the actuator means. The actuator unit then has in the direction of rotation preferably two opposite magnetic poles, which are polarized opposite. Alternatively, an actuator may also be formed by a group of outwardly polarized permanent magnets. In this case, disk or bar magnets are preferably used.
Gemäß einer zweiten, alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Aktoreinheit drehbar gelagert und die Membran stirnseitig zur insbesondere scheiben- bzw. plattenförmigen Aktoreinheit angeordnet, wobei in einer Totpunktstellung der Membran die (Haupt-)Polarisationsrichtung des zwischen dem Material der Membran und dem Aktormittel ausgebildeten Magnetfeldes im Wesentlichen in Richtung der Drehachse der Aktoreinheit bzw. parallel dazu ausgerichtet ist und wobei eine Drehachse der Aktoreinheit seitlich versetzt und, vorzugsweise, parallel zu einer Membranmittelachse der Membran angeordnet ist, so dass das Aktormittel bei Drehung der Aktoreinheit zyklisch an der Membran vorbeibewegt wird und die Membran zyklisch überquert. Vorzugsweise wird das Aktormittel entlang einer Kreisbahn an der Membran vorbei bewegt.According to a second, alternative embodiment of the present invention, the actuator unit is rotatably mounted and the membrane is arranged on the front side to the particular disc or plate-shaped actuator unit, wherein in a dead center position of the membrane the (main) polarization direction of the formed between the material of the membrane and the actuator means Magnetic field is substantially aligned in the direction of the axis of rotation of the actuator or parallel thereto and wherein a rotational axis of the actuator laterally offset and, preferably, is arranged parallel to a membrane central axis of the membrane, so that the actuator means is cyclically moved upon rotation of the actuator unit on the membrane and cyclically crossing the membrane. Preferably, the actuator means is moved along a circular path past the membrane.
Beim zyklischen Überqueren der Membran wird ein Magnetfeld zwischen dem Aktormittel und der Membran ausgebildet, was zur zyklischen Verformung der Membran führt. Insbesondere überstreicht das Aktormittel hierbei den Bereich der Mittelachse der Membran. Weiter insbesondere liegt die maximale Auslenkung der Membran in der Saug- bzw. Druckphase in einem Zentralbereich der Membranfläche bzw. im Bereich der Mittelachse der Membran vor. Dies gestattet einen effektiven und schonenden Pumpbetrieb.During cyclic crossing of the membrane, a magnetic field is formed between the actuator means and the membrane, resulting in the cyclic deformation of the membrane. In particular, the actuator means in this case covers the area of the central axis of the membrane. In particular, the maximum deflection of the membrane in the suction or pressure phase is present in a central region of the membrane surface or in the region of the central axis of the membrane. This allows an effective and gentle pumping operation.
Bei dieser zweiten Ausführungsform ist vorzugsweise vorgesehen, dass nachfolgend die Membranen von mehreren Arbeitsräumen der Membranpumpe durch Rotation der gemeinsamen Aktoreinheit verformt werden. Dies ermöglicht wiederum eine sehr kompakte Bauform der erfindungsgemäßen Membranpumpe bei einer geringen Anzahl von Einzelbauteilen. Jede Membran ist bezüglich ihrer Mittelachse beabstandet zur Drehachse der Aktoreinheit angeordnet, so dass wenigstens ein Aktormittel bei der Rotation der Aktoreinheit zyklisch und nachfolgend an jeder Membran vorbeibewegt wird bzw. diese überquert. Dabei wird nachfolgend jede Membran vorzugsweise im Bereich ihrer Mittelachse maximal ausgelenkt und in Richtung der Drehachse bzw. parallel zur Drehachse der Aktoreinheit verformt. Die Flächennormale im mittleren Bereich einer Arbeitsfläche der Membran ist dabei vorzugsweise in Richtung der Drehachse der Aktoreinheit bzw. parallel dazu ausgerichtet.In this second embodiment, it is preferably provided that subsequently the membranes of several working spaces of the diaphragm pump are deformed by rotation of the common actuator unit. This in turn allows a very compact design of the diaphragm pump according to the invention with a small number of individual components. Each membrane is arranged with respect to its central axis at a distance from the axis of rotation of the actuator unit, so that at least one actuator means is cyclically and subsequently moved past or after each membrane during the rotation of the actuator unit. In the process, each membrane is subsequently deflected maximally in the area of its central axis and deformed in the direction of the axis of rotation or parallel to the axis of rotation of the actuator unit. The surface normal in the middle region of a working surface of the membrane is preferably aligned in the direction of the axis of rotation of the actuator unit or parallel thereto.
Konstruktiv ist bevorzugt, dass das Aktormittel an einer axialen Stirnfläche der Aktoreinheit gehalten und/oder zumindest abschnittsweise in eine axiale Stirnfläche der Aktoreinheit eingesetzt ist.Structurally, it is preferred that the actuator means is held on an axial end face of the actuator unit and / or at least partially inserted into an axial end face of the actuator unit.
Vorzugsweise ist die Aktoreinheit bei dieser Ausführungsform der Erfindung scheibenförmig ausgebildet und weist wenigstens ein stirnseitig angeordnetes und/oder eingesetztes Aktormittel auf. Weiter vorzugsweise sind mehrere Aktormittel vorgesehen, wobei jedes Aktormittel durch eine Gruppe von Scheiben- oder Stabmagneten gebildet sein kann und die Magnete einer Gruppe nach außen gleich polarisiert sind. Auf diese Weise wird eine optimale berührungslose Betätigung der Membranen gewährleistet.Preferably, the actuator unit is disc-shaped in this embodiment of the invention and has at least one arranged on the front side and / or inserted actuator means. Further preferably, a plurality of actuator means are provided, wherein each actuator means may be formed by a group of disc or bar magnets and the magnets of a group are polarized outwardly the same. In this way, an optimal contactless operation of the membranes is ensured.
Es können mehrere, vorzugsweise vier, Membranen mit zugeordneten Arbeitsräumen vorgesehen sein, wobei die Arbeitsräume gegenüber einer axialen Stirnseite der Aktoreinheit und gegenüber den Aktormitteln angeordnet sind. Auf diese Weise wird eine effektive magnetische Wechselwirkung zwischen den Membranen und der Aktoreinheit erreicht. Several, preferably four, diaphragms with assigned work spaces may be provided, the work spaces being arranged opposite an axial end face of the actuator unit and opposite the actuator means. In this way, an effective magnetic interaction between the membranes and the actuator unit is achieved.
Es ist zweckmäßig, wenn mehrere Arbeitsräume einem gemeinsamen Pumpenkopf zugeordnet sind. Insbesondere in diesem Fall weist der Pumpenkopf wenigstens einen Sammelraum zur parallelen Zusammenführung der Einlässe und/oder Auslässe der Arbeitsräume auf. Dies gestattet eine konstruktiv einfache Gestaltung und eine kompakte Bauweise der erfindungsgemäßen Membranpumpe.It is expedient if a plurality of work spaces are assigned to a common pump head. In particular, in this case, the pump head has at least one collecting space for the parallel merging of the inlets and / or outlets of the working spaces. This allows a structurally simple design and a compact design of the diaphragm pump according to the invention.
Die Aktoreinheit kann auch bei dieser Ausführungsform ein oder mehrere Aktormittel aufweisen. Jedes Aktormittel kann durch ein oder mehrere Permanentmagnete gebildet sein. Vorzugsweise wird ein Aktormittel durch eine Gruppe von nach außen gleich polarisierten Permanentmagneten gebildet. Dabei werden bevorzugt Scheiben- oder Stabmagnete eingesetzt.The actuator unit can also have one or more actuator means in this embodiment. Each actuator means may be formed by one or more permanent magnets. Preferably, an actuator means is formed by a group of outwardly equal polarized permanent magnets. In this case, disk or bar magnets are preferably used.
Die nachfolgenden Ausführungen können bei beiden oben beschriebenen Konzepten zur Verformung einer Membran durch berührungsloses Beaufschlagen der Membran mittels eines magnetischen Feldes verwirklicht sein, ohne dass dies nachfolgend ausdrücklich erwähnt wird.The following statements can be implemented in both concepts described above for the deformation of a membrane by contactless loading of the membrane by means of a magnetic field, without this being expressly mentioned below.
Vorzugsweise weist die Aktoreinheit mehrere auf die Membran einwirkende entgegengesetzt polarisierte äußere Magnetpole der Anzahl n auf. Alternativ kann die Aktoreinheit mehrere entgegengesetzt polarisierte Magnetpolgruppen der Anzahl n aufweisen, wobei jede Magnetpolgruppe lediglich aus gleich polarisierten äußeren Magnetpolen besteht und wobei n größer oder gleich zwei ist. Die entgegengesetzt polarisierten Magnetpole oder Magnetpolgruppen sind bevorzugt in Drehrichtung der Aktoreinheit aufeinanderfolgend angeordnet, wobei die Magnetpole oder Magnetpolgruppen in Drehrichtung der Aktoreinheit um 360°/n versetzt zueinander angeordnet sein können. Die Membran weist ebenfalls einen äußeren, zur Aktoreinheit gerichteten Magnetpol oder ggf. auch eine Gruppe gleich polarisierter äußerer Magnetpole auf. Damit lässt sich bei Drehung der Aktoreinheit die Membran abwechselnd in die äußere Totpunktstellung und in die innere Totpunktstellung bringen.Preferably, the actuator unit has a plurality of oppositely polarized outer magnetic poles of the number n acting on the membrane. Alternatively, the actuator unit may comprise a plurality of oppositely polarized magnetic pole groups of the number n, each magnetic pole group consisting only of identically polarized outer magnetic poles, and wherein n is greater than or equal to two. The oppositely polarized magnetic poles or magnetic pole groups are preferably arranged successively in the direction of rotation of the actuator unit, wherein the magnetic poles or magnetic pole groups can be arranged offset in the direction of rotation of the actuator unit by 360 ° / n to one another. The membrane likewise has an outer magnetic pole directed toward the actuator unit or optionally also a group of identically polarized outer magnetic poles. In this way, the membrane can be alternately brought into the outer dead center position and into the inner dead center position upon rotation of the actuator unit.
Unter dem Begriff „Magnetpol“ der Aktoreinheit ist im Sinne der vorliegenden Erfindung vorzugsweise ein umfangsseitiger oder stirnseitiger äußerer Bereich der Aktoreinheit zu verstehen, in dessen Umgebung die magnetische Feldstärke besonders hoch ist, da hier die Feldlinien des Magnetfeldes ein- bzw. austreten. Zwischen den Magnetpolen von Aktoreinheit und Membran wird dabei der Richtungsvektor des Magnetfeldes ausgebildet. Der Richtungsvektor kann bei den erfindungsgemäß alternativ vorgeschlagenen Ausführungsformen entweder radial bzw. quer oder axial in Richtung oder parallel zur Drehachse der Aktoreinheit verlaufen.For the purposes of the present invention, the term "magnetic pole" of the actuator unit is preferably to be understood as meaning a peripheral or frontal outer area of the actuator unit, in whose surroundings the magnetic field strength is particularly high, since the field lines of the magnetic field enter or leave. In this case, the directional vector of the magnetic field is formed between the magnetic poles of the actuator unit and the diaphragm. In the case of the alternative embodiments proposed according to the invention, the direction vector can either run radially or transversely or axially in the direction of or parallel to the axis of rotation of the actuator unit.
Bei einer Membranpumpe mit mehreren Arbeitsräumen, die in Drehrichtung der Aktoreinheit nachfolgend angeordnet sind, können die Membranen aktorseitig gleiche bzw. gleichnamige Magnetpole ausbilden. Dies lässt sich beispielsweise durch eine gleiche Ausrichtung von Magnetmitteln in den Membranen erreichen. Durch Drehung der gemeinsamen Aktoreinheit lassen sich so nachfolgend angeordnete Membranen von mehreren Arbeitsräumen nachfolgend und zyklisch in die innere oder in die äußere Totpunktstellung bringen. So ist eine gerichtete Saug- oder Druckströmung über miteinander verbundene Arbeitsräume innerhalb der Membranpumpe sichergestellt. Alternativ ist es aber auch möglich, dass die Membranen von zwei in Drehrichtung der Aktoreinheit vorzugsweise um 180° versetzt zueinander angeordneten Arbeitsräumen auf der Seite der Aktoreinheit ungleiche bzw. nicht gleichnamige Magnetpole ausbilden.In a diaphragm pump with a plurality of working spaces, which are arranged below in the direction of rotation of the actuator unit, the membranes Aktorseitig same or form the same magnetic poles. This can be achieved for example by an equal orientation of magnetic means in the membranes. By rotation of the common actuator unit can thus subsequently arranged membranes of several working spaces subsequently and cyclically bring in the inner or in the outer dead center. Thus, a directed suction or pressure flow over interconnected working spaces within the diaphragm pump is ensured. Alternatively, it is also possible that the membranes of two in the direction of rotation of the actuator preferably offset by 180 ° to each other arranged working spaces on the side of the actuator unit uneven or not the same magnetic poles form.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem Aktormittel der Aktoreinheit und/oder bei dem Magnetmittel der Membran um einen Permanentmagneten. Auf diese Weise wird eine besonders starke magnetische Wechselwirkung zwischen dem Aktormittel und der Membran gewährleistet. Bei dem Aktormittel kann es sich beispielsweise um einen diametral magnetisierten Ringmagneten handeln. Der Nordpol liegt dann auf der einen Hälfte und der Südpol auf der anderen Hälfte des Ringmagneten. Der Ringmagnet kann auf einem Magnetträger des Aktormittels gelagert und um eine sich in axialer Richtung durch den Ringmagneten erstreckende Drehachse drehbar angeordnet sein. Bei dem Aktormittel kann es sich auch um einen Stabmagneten oder einen Scheibenmagneten handeln. Auch kann ein Aktormittel durch eine Gruppe von stab- oder scheibenförmigen Permanentmagneten gebildet werden. Beispielsweise kann die Aktoreinheit zwei in Drehrichtung der Aktoreinheit um vorzugsweise 180° versetzt zueinander angeordnete Gruppen von Stab- oder Scheibenmagneten aufweisen. Die Magnete einer Gruppe sind vorzugsweise in die gleiche Richtung ausgerichtet, so dass die Aktoreinheit im Bereich der Gruppe membranseitig lediglich gleichnamige Magnetpole aufweist.Preferably, the actuator means of the actuator unit and / or the magnetic means of the membrane is a permanent magnet. In this way, a particularly strong magnetic interaction between the actuator means and the membrane is ensured. The actuator means may be, for example, a diametrically magnetized ring magnet. The North Pole is then on one half and the South Pole on the other half of the ring magnet. The ring magnet can be mounted on a magnetic carrier of the actuator means and can be rotatably arranged about a rotational axis extending in the axial direction through the ring magnet. The actuator means may also be a bar magnet or a disc magnet. Also, an actuator means may be formed by a group of rod-shaped or disc-shaped permanent magnets. For example, the actuator unit may have two groups of rod or disk magnets which are arranged offset in the direction of rotation of the actuator unit by preferably 180 ° to one another. The magnets of a group are preferably aligned in the same direction, so that the actuator unit in the region of the group has only magnetic poles of the same name on the membrane side.
Weiter bevorzugt sind in Drehrichtung zwischen den Magnetpolen oder Magnetpolgruppen außenliegende Bereiche der Aktoreinheit vorgesehen, die schwächer oder gar nicht magnetisiert sind. Insbesondere kann die Aktoreinheit wenigstens zwei, vorzugsweise lediglich zwei, in Drehrichtung der Aktoreinheit, insbesondere in regelmäßigen Abständen zueinander versetzt zueinander angeordnete, weiter vorzugsweise in Drehrichtung der Aktoreinheit um 180° zueinander versetzt angeordnete, nicht-magnetische außenliegende Bereiche aufweisen. Auf diese Weise wechseln sich in Drehrichtung der Aktoreinheit angeordnete Magnetpole bzw. Magnetpolgruppen - also magnetische Bereiche - mit nicht-magnetischen oder lediglich schwach-magnetischen Bereichen ab. Damit lässt sich die Membran bei Drehung der Aktoreinheit abwechselnd in eine äußere Totpunktstellung bringen, wenn ein entgegengesetzt polarisierter Magnetpol der Membran gegenüberliegt, oder in eine innere Totpunktstellung, wenn ein gleich polarisierter Magnetpol der Membran gegenüberliegt. Wenn dagegen ein nicht-magnetischer oder lediglich schwach-magnetischer Bereich der Membran gegenüberliegt, nimmt die Membran dann vorzugsweise eine Ruhestellung ein, die zwischen den beiden Totpunktstellungen liegt.Further preferably, in the direction of rotation between the magnetic poles or magnetic pole groups, outer areas of the actuator unit are provided which are weaker or not magnetized at all. In particular, the actuator unit at least two, preferably only two, in the direction of rotation of the Actuator, in particular at regular intervals mutually offset from one another, further preferably in the direction of rotation of the actuator by 180 ° to each other staggered, non-magnetic outer regions. In this way, arranged in the direction of rotation of the actuator unit magnetic poles or magnetic pole groups - ie magnetic areas - alternate with non-magnetic or only weak magnetic areas. In this way, the diaphragm can be brought into an outer dead center position alternately when the actuator unit rotates, if an oppositely polarized magnetic pole is opposite the diaphragm, or into an internal dead center position, if an identically polarized magnetic pole lies opposite the diaphragm. On the other hand, if a non-magnetic or only slightly magnetic region of the membrane is opposite, then the membrane preferably assumes a rest position which lies between the two dead center positions.
Insbesondere können mehrere Arbeitsräume vorhanden sein, die entweder umfangseitig oder stirnseitig zur Aktoreinheit angeordnet sind. Jedem Arbeitsraum ist eine Membran zugeordnet. Die Anzahl m der Arbeitsräume ist vorzugsweise größer oder gleich der Anzahl der Aktormittel der Aktoreinheit. Insbesondere können die Arbeitsräume in Drehrichtung der Aktoreinheit um 360°/m versetzt zueinander angeordnet sein. Hierbei können die Magnetmittel aller Membranen in die gleiche Richtung ausgerichtet sein, so dass die Membranen aktorseitig lediglich gleichnamige bzw. gleichpolig ausgerichtete Magnetpole aufweisen. Alternativ ist jedoch auch eine gegenpolige Ausrichtung der Magnetpole von in Drehrichtung der Aktoreinheit nachfolgenden Membranen möglich. Hierauf wird weiter unten im Detail eingegangen.In particular, a plurality of work spaces may be present, which are arranged either peripherally or frontally to Aktoreinheit. Each workspace is assigned a membrane. The number m of the work spaces is preferably greater than or equal to the number of actuator means of the actuator unit. In particular, the working spaces in the direction of rotation of the actuator unit can be arranged offset from each other by 360 ° / m. In this case, the magnetic means of all membranes can be aligned in the same direction, so that the membranes on the actuator side have only the same or homopolar oriented magnetic poles. Alternatively, however, a reverse pole alignment of the magnetic poles of subsequent in the direction of rotation of the actuator unit membranes is possible. This will be discussed in detail below.
Besonders bevorzugt soll durch die Polarisation der äußeren Magnetpole der Aktoreinheit einerseits und die Polarisation der äußeren Magnetpole der Magnetmittel der Membranen andererseits und ggf. durch nicht-magnetische oder lediglich schwach-magnetische Bereiche zwischen den äußeren Magnetpolen der Aktoreinheit sichergestellt werden, dass sich bei keiner Drehstellung der Aktoreinheit die Membranen aller Arbeitsräume der Pumpe gleichzeitig an einem gleichen inneren oder äußeren Totpunkt oder alle gleichzeitig in einer gleichen vorzugsweise nicht ausgelenkten Stellung zwischen den Totpunkten befinden. Dadurch wird ein sehr pulsationsarmer Betrieb ermöglicht.The polarization of the outer magnetic poles of the actuator unit, on the one hand, and the polarization of the outer magnetic poles of the magnetic media of the diaphragms, on the other hand, and possibly by nonmagnetic or only weakly magnetic regions between the outer magnetic poles of the actuator unit, are particularly preferably intended to ensure that there is no rotational position the Aktoreinheit the membranes of all working spaces of the pump at the same time at a same inner or outer dead center or all at the same time in a same preferably not deflected position between the dead centers. This allows a very low pulsation operation.
Bei einer bestimmten Drehstellung der Aktoreinheit, bei der sich die Membranen von vorzugsweise zwei Arbeitsräumen in einer vorzugsweise nicht oder nur schwach verformten Stellung zwischen den Totpunkten befinden, die während einer Saugphase oder Druckphase erreicht wird, kann dann wenigstens die Membran eines dritten Arbeitsraums in einer inneren Totpunkstellung und wenigstens die Membran eines vierten Arbeitsraums in einer äußeren Totpunktstellung angeordnet sein. Die innere Totpunktstellung kann den Beginn der Saugphase und die äußere Totpunktstellung kann den Beginn der Druckphase kennzeichnen.At a certain rotational position of the actuator unit, in which the membranes of preferably two working spaces are in a preferably not or only slightly deformed position between the dead centers, which is achieved during a suction phase or pressure phase, then at least the membrane of a third working space in an inner Totpunkstellung and be arranged at least the membrane of a fourth working space in an outer dead center. The inner dead center position can mark the beginning of the suction phase and the outer dead center position can mark the beginning of the pressure phase.
Weiter kann es zweckmäßig sein, wenn in einer bestimmten Drehstellung der Aktoreinheit die Anzahl der in der Ruhestellung befindlichen Membranen der Gesamtzahl der in einer inneren oder äußeren Totpunktstellung befindlichen Membranen entspricht.Furthermore, it may be expedient if, in a specific rotational position of the actuator unit, the number of diaphragms in the rest position corresponds to the total number of diaphragms located in an inner or outer dead center position.
Beispielsweise kann die Aktoreinheit zwei in Drehrichtung um 180° versetzt zueinander angeordnete und entgegengesetzt polarisierte äußere Magnetpole oder äußere Magnetpolgruppen aufweisen und es können vier in Drehrichtung der Aktoreinheit jeweils um 90° versetzt zueinander angeordnete Arbeitsräume vorgesehen sein. Die Membranen der Arbeitsräume weisen vorzugsweise auf einer der Aktoreinheit zugewandten Seite gleich polarisierte äußere Magnetpole auf. Dadurch wird bei einer bestimmten Drehstellung der Aktoreinheit erreicht, dass sich die Membranen von zwei vorzugsweise gegenüberliegenden Arbeitsräumen in einer nicht oder schwach ausgelenkten Stellung zwischen den Totpunkten befinden, während die Membran eines dritten Arbeitsraums eine äußere Totpunktstellung und die Membran eines vorzugsweise dem dritten Arbeitsraum gegenüberliegenden vierten Arbeitsraums eine innere Totpunktstellung erreicht. Hierdurch wird ein pulsationsarmer oder-freier Betrieb der Membranpumpe erreicht.For example, the actuator unit may have two oppositely polarized outer magnetic poles or outer magnetic pole groups offset by 180 ° in the direction of rotation, and four working spaces arranged offset by 90 ° in the direction of rotation of the actuator unit may be provided. The membranes of the working spaces preferably have the same polarized outer magnetic poles on a side facing the actuator unit. Characterized it is achieved at a certain rotational position of the actuator, that the membranes of two preferably opposite working spaces in a non or weakly deflected position between the dead centers, while the membrane of a third working space an outer dead center and the membrane of a third preferably opposite the third working space Working space reaches a dead center position. As a result, a pulsation-poor or-free operation of the diaphragm pump is achieved.
Um die kompakte Bauform der erfindungsgemäßen Membranpumpe weiterführend zu verbessern, kann wenigstens ein gemeinsamer Sammeleinlassraum und/oder wenigstens ein gemeinsamer Sammelauslassraum vorgesehen sein, über den Einlässe bzw. Auslässe der Arbeitsräume fluidisch miteinander verbunden sind. Dadurch werden die Einlass- und Auslassströme von jedem Arbeitsraum fluidisch zusammengeführt, wodurch der konstruktive Aufbau der Membranpumpe vereinfacht und eine Vergleichmäßigung der angesaugten und abgeförderten Fluidströme erreicht wird. Die Sammelräume sind insbesondere dazu ausgebildet, die Einlässe bzw. Auslässe der jeweiligen Arbeitsräume parallel zusammenzuführen. Eine externe Zusammenführung der Ein- bzw. Auslässe der Arbeitsräume außerhalb von der Membranpumpe ist daher nicht nötig. Dies gestattet eine einfache Integration der erfindungsgemäßen Membranpumpe in übergeordnete Einrichtungen, beispielsweise in Medizin- und/oder (Gas-)Analysegeräte.In order to further improve the compact design of the diaphragm pump according to the invention, at least one common collecting inlet space and / or at least one common collecting outlet space can be provided, via which inlets or outlets of the working spaces are fluidically connected to one another. As a result, the inlet and outlet flows of each working space are merged fluidly, whereby the structural design of the diaphragm pump is simplified and a homogenization of the sucked and discharged fluid flows is achieved. The collecting chambers are in particular designed to merge the inlets or outlets of the respective working spaces in parallel. An external merging of the inlets and outlets of the working spaces outside of the diaphragm pump is therefore not necessary. This allows a simple integration of the diaphragm pump according to the invention in higher-level devices, for example in medical and / or (gas) analysis devices.
Gemäß einer weiteren, alternativen Ausführungsform der Erfindung sind wenigstens zwei in Drehrichtung der Aktoreinheit um 160° bis 200°, vorzugsweise um 180°, versetzt zueinander angeordnete Arbeitsräume vorgesehen, wobei die Membranen der Arbeitsräume aktorseitig ungleiche Magnetpole oder Magnetpolgruppen aufweisen und wobei die Aktoreinheit membranseitig wenigstens zwei in Drehrichtung der Aktoreinheit um 160° bis 200°, vorzugsweise um 180°, versetzt zueinander angeordnete ungleiche Magnetpole oder Magnetpolgruppen aufweist. In einer bestimmten Drehstellung der Aktoreinheit, in der die Magnetpole der Membranen mit den Magnetpolen der Aktoreinheit zusammenwirken, werden dann die Membranen der beiden gegenüberliegenden Arbeitsräume entweder gleichzeitig zur Aktoreinheit hingezogen oder gleichzeitig von der Aktoreinheit abgestoßen.According to a further alternative embodiment of the invention, at least two in Direction of rotation of the actuator by 160 ° to 200 °, preferably provided by 180 °, mutually offset work spaces, the membranes of the work spaces on the actuator side unequal magnetic poles or Magnetpolgruppen and wherein the actuator on the membrane side at least two in the direction of rotation of the actuator unit by 160 ° to 200 °, preferably by 180 °, offset from each other arranged unequal magnetic poles or magnetic pole groups. In a certain rotational position of the actuator unit in which the magnetic poles of the membranes interact with the magnetic poles of the actuator unit, the membranes of the two opposing working chambers are then attracted either simultaneously to the actuator unit or repelled simultaneously by the actuator unit.
Mit anderen Worten wird bei keiner Drehstellung der Aktoreinheit ein Zustand erreicht, bei dem sich die Membran eines Arbeitsraums in einer inneren Totpunktstellung befindet und die Membran eines gegenüberliegenden, zweiten Arbeitsraums in einer äußeren Totpunktstellung. Beide gegenüberliegende Membran befinden sich entweder in der inneren Totpunktstellung oder in der äußeren Totpunktstellung. Dadurch wird erreicht, dass sich die beim Pumpbetrieb auf die Aktoreinheit einwirkenden Magnetkräfte und/oder Momente gegenseitig aufheben, so dass die mechanische Belastung der Aktoreinheit sinkt. Somit wird der Einsatz kostengünstiger Bauteile ermöglicht. Auch eine Kombination der zuvor beschriebenen Ausführungsform der Erfindung mit den weiter oben beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung ist möglich und von Vorteil.In other words, at no rotational position of the actuator unit, a state is reached in which the diaphragm of a working chamber is in an inner dead center position and the diaphragm of an opposite, second working chamber in an outer dead center position. Both opposite membrane are either in the inner dead center or in the outer dead center. It is thereby achieved that the magnetic forces and / or moments acting on the actuator unit during pumping operation cancel each other out, so that the mechanical load on the actuator unit drops. Thus, the use of low-cost components is possible. A combination of the previously described embodiment of the invention with the embodiments of the invention described above is possible and advantageous.
Vorzugsweise sind n-Paarungen von Arbeitsräumen vorgesehen, wobei jede Paarung zwei um 160° bis 200°, vorzugsweise um 180°, in Drehrichtung der Aktoreinheit versetzt zueinander bzw. gegenüberliegend angeordnete Arbeitsräume mit auf der Seite der Aktoreinheit entgegengesetzt zueinander gepolten Membranen aufweist.Preferably, n-pairings of working spaces are provided, each pairing having two by 160 ° to 200 °, preferably by 180 °, offset in the direction of rotation of the actuator unit to each other or oppositely arranged working spaces having on the side of the actuator unit oppositely poled to each other membranes.
Gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Aktoreinheit drehbar gelagert und eine Statoreinheit zur Erzeugung eines rotierenden Magnetfeldes vorgesehen ist, wobei das von der Statoreinheit erzeugte rotierende Magnetfeld zum rotatorischen Antrieb der Aktoreinheit ausgebildet ist. Besonders bevorzugt ist die Statoreinheit plattenförmig ausgebildet und/oder insbesondere in Ergänzung zu den oben beschriebenen Ausführungsformen verwirklicht.According to a further alternative embodiment of the present invention, it is provided that the actuator unit is rotatably mounted and a stator unit is provided for generating a rotating magnetic field, wherein the rotating magnetic field generated by the stator unit is designed for rotational drive of the actuator unit. Particularly preferably, the stator unit is plate-shaped and / or realized in particular in addition to the embodiments described above.
Im Ergebnis gestattet der Antrieb der Aktoreinheit über die Statoreinheit eine weiterführende Reduzierung des von der Membranpumpe beanspruchten Bauvolumens, da die Statoreinheit gegenüber herkömmlichen Antriebseinrichtungen, beispielsweise Elektromotoren, deutlich kleinvolumiger ausgebildet sein kann.As a result, the drive of the actuator via the stator allows a further reduction of the claimed by the diaphragm pump volume, since the stator compared to conventional drive means, such as electric motors, can be designed much smaller volume.
Im Sinne dieser Ausführungsform der Erfindung erfolgt der Antrieb der Aktoreinheit insbesondere nach dem Prinzip eines bürstenlosen Gleichstrommotors. Dabei fungiert die Aktoreinheit letztlich als Rotor, der durch das rotierende Magnetfeld - generiert durch die Statoreinheit - angetrieben wird. Die Statoreinheit weist Spulen zur Erzeugung des rotierenden Magnetfeldes auf. Die Spulen werden durch eine geeignete Schaltung so zueinander angesteuert bzw. kommutiert, dass sie ein drehendes magnetisches Feld erzeugen, wodurch die Aktoreinheit in Drehrichtung mitgezogen bzw. angetrieben wird.In the sense of this embodiment of the invention, the drive of the actuator unit takes place in particular according to the principle of a brushless DC motor. In this case, the actuator unit ultimately acts as a rotor which is driven by the rotating magnetic field generated by the stator unit. The stator unit has coils for generating the rotating magnetic field. The coils are driven by a suitable circuit to each other or commutated so that they generate a rotating magnetic field, whereby the actuator unit is pulled in the direction of rotation or driven.
Insbesondere bei dieser Ausführungsform der Erfindung kann eine ringsegmentförmige Gestaltung des Aktormittels bevorzugt sein. Auf diese Weise wird insbesondere eine optimale Wechselwirkung mit der Statoreinheit und somit ein hoher Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Membranpumpe gewährleistet.In particular, in this embodiment of the invention, a ring-segment-shaped design of the actuator means may be preferred. In this way, in particular an optimal interaction with the stator unit and thus a high efficiency of the diaphragm pump according to the invention is ensured.
Bevorzugt ist das Aktormittel ein integraler Bestandteil der Aktoreinheit, wobei die Geometrie der Aktoreinheit umfangseitig und/oder stirnseitig durch das Aktormittel beispielsweise zu einer Scheibenform ergänzt werden kann. Das Aktormittel kann flächenbündig in eine stirnseitige und/oder umfangsseitige komplementäre Aussparung der Aktoreinheit eingesetzt, insbesondere eingeklebt, sein. Auf diese Weise lässt sich eine kompakte Bauform erzielen, wobei eine optimale Einwirkung bzw. Wechselwirkung zwischen der Aktoreinheit einerseits und der Statoreinheit andererseits ermöglicht wird.Preferably, the actuator means is an integral part of the actuator unit, wherein the geometry of the actuator unit can be supplemented on the periphery and / or front side by the actuator means, for example, to a disc shape. The actuator means can be flush-mounted in an end-side and / or peripheral complementary recess of the actuator unit, in particular glued be. In this way, a compact design can be achieved, wherein an optimal action or interaction between the actuator unit on the one hand and the stator on the other hand is made possible.
Besonders bevorzugt bildet das Aktormittel auf einer einem Arbeitsraum zugewandten Außenseite der Aktoreinheit einen Magnetpol zur Einwirkung auf eine Membran und auf einer gegenüberliegenden der Statoreinheit zugewandten Außenseite einen vorzugsweise entgegengesetzt polarisierten Magnetpol zur Wechselwirkung mit der Statoreinheit im rotierenden Magnetfeld. Hierbei kann die Aktoreinheit vorzugsweise auf zwei in Richtung der Drehachse gegenüberliegenden Stirnseiten Magnetpole mit vorzugsweise entgegengesetzter Polarität aufweisen, wodurch zwei Funktionen erfüllt werden: Zum einen tritt die Aktoreinheit über die eine Stirnseite in Wechselwirkung mit dem rotierenden Magnetfeld, wodurch der Drehantrieb der Aktoreinheit realisiert wird. Gleichzeitig wird zum anderen über die gegenüberliegende Stirnseite die Magnetwirkung zu der wenigstens einen Membran umgesetzt, wodurch die Pump- bzw. Saugwirkung sichergestellt wird.Particularly preferably, the actuator means forms a magnetic pole for acting on a membrane on an outer side of the actuator unit facing toward a working space and a preferably oppositely polarized magnetic pole for interacting with the stator unit in the rotating magnetic field on an outer side facing the stator unit. In this case, the actuator unit may preferably have magnetic poles of preferably opposite polarity on two opposite end faces in the direction of the rotation axis, whereby two functions are fulfilled: On the one hand, the actuator unit interacts with the rotating magnetic field via the one end face, whereby the rotary drive of the actuator unit is realized. At the same time, on the other hand, the magnetic effect is converted to the at least one membrane via the opposite end face, whereby the pumping or suction effect is ensured.
Der Abstand zwischen dem Aktormittel und dem Magnetmittel der Membran kann, insbesondere axial, einstellbar sein, was insbesondere bei solchen Ausführungsformen der Erfindung in einfacher Weise zu verwirklichen ist, bei denen Aktoreinheit und Arbeitsraum bzw. Membran in Richtung der Drehachse der Aktoreinheit bzw. axial hintereinanderliegend angeordnet sind. Hier ist es möglich, durch Axialverstellung der Lage des Arbeitsraums und/oder der Lage der Aktoreinheit relativ zueinander die Breite des Luftspalts zwischen dem Aktormittel und dem Magnetmaterial der Membran bedarfsweise zu variieren und so Einfluss auf die Stärke der magnetischen Kopplung von Membran und Aktormittel zu nehmen. Diesem Aspekt der Erfindung kommt eine eigenerfinderische Bedeutung zu.The distance between the actuator means and the magnetic means of the membrane, in particular axially, be adjustable, which is particularly in such Embodiments of the invention can be realized in a simple manner, in which actuator unit and working space or membrane are arranged in the direction of the axis of rotation of the actuator unit or axially one behind the other. Here, it is possible by axial adjustment of the position of the working space and / or the position of the actuator relative to each other to vary the width of the air gap between the actuator means and the magnetic material of the membrane, if necessary, and so to influence the strength of the magnetic coupling of the diaphragm and actuator means , This aspect of the invention has its own inventive significance.
Gemäß einer weiteren, alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der Arbeitsraum räumlich betrachtet zwischen der Membran und dem Aktormittel vorgesehen ist. Der Arbeitsraum wird auf einer Seite durch die Membran, auf der anderen Seite durch ein Gehäuseteil der Pumpe begrenzt. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung wird in jeder Totpunktstellung der Membran ein direkter Kontakt zwischen der Membran und dem Aktormittel verhindert. Grenzt dagegen die Membran direkt an das Aktormittel an, kann es in einer äußeren Totpunktstellung der Membran dazu kommen, dass sich die Membran und das Aktormittel berühren, was mit unerwünschten und zyklisch wiederkehrenden Geräuschen verbunden ist. Durch die erfindungsgemäße Anordnung des Arbeitsraumes zwischen der Membran und dem Aktormittel wird diese Problematik überwunden und ein geräuscharmer Betrieb gewährleistet.According to a further alternative embodiment of the present invention, it is provided that the working space is spatially provided between the membrane and the actuator means. The working space is bounded on one side by the membrane, on the other side by a housing part of the pump. In this embodiment of the invention, a direct contact between the membrane and the actuator means is prevented in each dead center position of the membrane. On the other hand, if the membrane directly adjoins the actuator means, in an outer dead center position of the membrane, the membrane and the actuator means may come into contact, which is associated with unwanted and cyclically recurring noises. The inventive arrangement of the working space between the membrane and the actuator means this problem is overcome and ensures quiet operation.
Konstruktiv befindet sich zwischen der Membran und dem Aktormittel ein Gehäuseteil der Pumpe, das den Arbeitsraum zum Aktormittel hin begrenzt. Das Gehäuseteil kann angrenzend zum Aktormittel eine geringere Wandstärke aufweisen und/oder besteht aus einem Material derart, dass eine berührungslose Verformung der Membran mittels des zwischen der Membran und dem Aktormittel ausgebildeten Magnetfeldes durch das Gehäuseteil hindurch möglich ist. Es ist zweckmäßig, wenn das Magnetfeld durch das Gehäuseteil nur gering beeinflusst wird, so dass eine Verformung der Membran durch berührungsloses Beaufschlagen mittels des magnetischen Feldes möglich ist.Constructively located between the diaphragm and the actuator means a housing part of the pump, which limits the working space to the actuator means. The housing part may adjacent to the actuator means have a smaller wall thickness and / or consists of a material such that a non-contact deformation of the membrane by means of the formed between the membrane and the actuator means magnetic field through the housing part is possible. It is expedient if the magnetic field is only slightly influenced by the housing part, so that a deformation of the membrane by contactless application by means of the magnetic field is possible.
Die Membranen von wenigstens zwei, vorzugsweise vier, Arbeitsräumen werden berührungslos durch Beaufschlagen mit einem magnetischen Feld verformt, wobei das magnetische Feld zwischen den Membranen und wenigstens einem magnetischen und/oder magnetisierbaren Aktormittel einer drehbaren Aktoreinheit ausgebildet wird und wobei in Drehrichtung der Aktoreinheit nacheinander angeordnete Membranen berührungslos durch magnetische Wechselwirkung mit dem Aktormittel verformt werden.The membranes of at least two, preferably four, working spaces are deformed without contact by application of a magnetic field, wherein the magnetic field between the membranes and at least one magnetic and / or magnetizable actuator means of a rotatable actuator unit is formed and wherein successively arranged in the direction of rotation of the actuator unit membranes be deformed contactless by magnetic interaction with the actuator means.
Es versteht sich, dass die oben beschriebenen und nachfolgend anhand der Zeichnung beschriebenen und gezeigten Merkmale der unterschiedlichen Ausführungsformen der Erfindung bedarfsweise miteinander kombiniert werden können, auch wenn dies nicht im Einzelnen ausdrücklich erwähnt ist. Einzelne Merkmale können isoliert von anderen beschriebenen oder gezeigten Merkmalen zur Weiterbildung der Erfindung herangezogen werden. Die gewählte Absatzformatierung steht einer Kombination von Merkmalen aus unterschiedlichen Absätzen nicht entgegen.It goes without saying that the features of the different embodiments of the invention described above and described below with reference to the drawings may be combined with each other as required, even if this is not expressly mentioned in detail. Individual features may be used in isolation of other described or shown features for the development of the invention. The selected paragraph formatting does not preclude a combination of features from different paragraphs.
Nachfolgend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung anhand bevorzugter Ausführungsformen näher erläutert. Dabei zeigen
-
1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Membranpumpe gemäß einer ersten Ausführungsform, -
2 eine Querschnittsansicht der Membranpumpe aus1 entlang der Schnittlinie II - II, -
3 eine explosionsartige, perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Membranpumpe gemäß einer zweiten Ausführungsform, -
4 eine weitere explosionsartige, perspektivische Darstellung der erfindungsgemäßen Membranpumpe aus3 , -
5 eine Querschnittsansicht der Membranpumpe aus3 entlang der Schnittlinie V -V aus 4 , -
6 eine explosionsartige, perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Membranpumpe gemäß einer dritten Ausführungsform, -
7 eine Querschnittsansicht der Membranpumpe aus6 , -
8 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Membranpumpe gemäß einer weiteren Ausführungsform, -
9 eine erste Querschnittsansicht der Membranpumpe aus8 entlang der Schnittlinie IX- IX, -
10 eine weitere, zweite Querschnittsansicht der Membranpumpe aus8 entlang der Schnittlinie X - X und -
11 eine explosionsartige, perspektivische Ansicht der Membranpumpe aus8 .
-
1 a perspective view of a diaphragm pump according to the invention according to a first embodiment, -
2 a cross-sectional view of thediaphragm pump 1 along the section line II - II, -
3 an exploded, perspective view of a diaphragm pump according to the invention according to a second embodiment, -
4 another explosive, perspective view of the diaphragm pump according to theinvention 3 . -
5 a cross-sectional view of thediaphragm pump 3 along the section line V - V out4 . -
6 an exploded, perspective view of a diaphragm pump according to the invention according to a third embodiment, -
7 a cross-sectional view of thediaphragm pump 6 . -
8th a perspective view of a diaphragm pump according to the invention according to another embodiment, -
9 a first cross-sectional view of the diaphragm pump8th along the section line IX-IX, -
10 another, second cross-sectional view of the diaphragm pump8th along the section line X - X and -
11 an explosive, perspective view of the diaphragm pump8th ,
Die
Ein Pumpvorgang besteht aus einer Saugphase und einer Druckphase, wobei in der Saugphase das Medium in einen sich vergrößernden Arbeitsraum
Zum Verformen der Membranen
Die Aktoreinheit
Zwischen dem Aktormittel
Die Aktoreinheit
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sind die beiden äußeren Magnetpole des Aktormittels
Wie insbesondere in
Bei Drehung der Aktoreinheit
Nicht gezeigt ist, dass die beiden in
Bei der dargestellten Ausführungsform ist für jede Membran
Die Membranpumpe
Jeder Pumpenkopf
Die Antriebseinrichtung
In jeder Kammerwand
Das zu fördernde Medium wird über eine Saugleitung
In den
Aus den
Der Pumpenkopf
Die Aktoreinheit
Bei der dargestellten Ausführungsform ist für alle vier Arbeitsräume
Die Aktoreinheit
Die Aktoreinheit
Wie aus
Der Pumpenkopf
Wie ebenfalls aus
Die Mittelachsen M der Membranen
Gemäß
Die Magnetmittel
Nachfolgend wird anhand der
Bei dieser Ausführungsform ist eine Antriebseinrichtung
Die Statoreinheit
Darüber hinaus sind beim dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Aktormittel
Die Aktormittel
Um einen pulsationsarmen Betrieb der Membranpumpe
Anhand der
Wie aus
Das Aktorgehäuse
Bei der dargestellten Ausführungsform sind vier separate Pumpenköpfe
Die Membranen
Die Arbeitsräume
Die Membranen
Bei der in den
Es ist anzumerken, dass die Membranen
Die Pumpenköpfe
Im Pumpbetrieb wird das zu fördernde Fluid in der Saugphase über die Saugleitung
Weiter ist aus
Es versteht sich, dass die zuvor beschriebenen Ausführungsformen nicht auf die Ausgestaltung der Membranpumpe
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Membranpumpediaphragm pump
- 22
- Membranmembrane
- 33
- Arbeitsraumworking space
- 44
- Aktoreinheitactuator
- 4a4a
- Aufnahmebereichreception area
- 55
- Antriebseinrichtungdriving means
- 66
- Magnetmittelmagnet means
- 77
- Aktormittelactuator means
- 7a7a
- Magnetmagnet
- 7b7b
- Magnetmagnet
- 7c7c
- BereichArea
- 88th
- Drehachseaxis of rotation
- 99
- Pumpenkopfpump head
- 1010
- Gehäuseteilhousing part
- 1111
- Gehäuseteilhousing part
- 1212
- Kammerwandchamber wall
- 1313
- Aktorgehäuseactuator housing
- 13a13a
- DurchgangsbohrungThrough Hole
- 1414
- Flanschplatteflange
- 1515
- Antriebszapfendrive journal
- 1616
- Vorsprunghead Start
- 1717
- Einlassinlet
- 1818
- Auslassoutlet
- 1919
- Saugleitungsuction
- 2020
- SammeleinlassraumPlenum inlet chamber
- 2121
- SammelauslassraumSammelauslassraum
- 2222
- Druckleitungpressure line
- 2323
- Sammelgehäusecollecting case
- 2424
- Aussparungrecess
- 2525
- Deckelcover
- 2626
- Bohrungdrilling
- 2727
- Vertiefungdeepening
- 2828
- Ventilevalves
- 2929
- Statoreinheitstator
- 3030
- SpuleKitchen sink
- 3131
- Lagerbohrungbearing bore
- 3232
- Lagerzapfenpivot
- 3333
- Basisplattebaseplate
- 3434
- Kopfteilheadboard
- 3535
- Einlassventilintake valve
- 3636
- Auslassventiloutlet valve
- 3737
- Aussparungrecess
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 1184447 A1 [0003]DE 1184447 A1 [0003]
- EP 0604740 A1 [0004, 0015]EP 0604740 A1 [0004, 0015]
Claims (10)
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE202017003981 | 2017-08-01 | ||
| DE202017003981.8 | 2017-08-01 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE202017107243U1 true DE202017107243U1 (en) | 2018-11-09 |
Family
ID=64457853
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE202017107243.6U Active DE202017107243U1 (en) | 2017-08-01 | 2017-11-29 | Diaphragm pump for non-contact operation of the membranes of several working spaces of a diaphragm pump |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE202017107243U1 (en) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1184447B (en) | 1963-04-18 | 1964-12-31 | Erich Becker | Diaphragm pump |
| EP0604740A1 (en) | 1992-12-31 | 1994-07-06 | KNF Neuberger GmbH | Diaphragm pump |
-
2017
- 2017-11-29 DE DE202017107243.6U patent/DE202017107243U1/en active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1184447B (en) | 1963-04-18 | 1964-12-31 | Erich Becker | Diaphragm pump |
| EP0604740A1 (en) | 1992-12-31 | 1994-07-06 | KNF Neuberger GmbH | Diaphragm pump |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R207 | Utility model specification | ||
| R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years | ||
| R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: SCHWARZER PRECISION GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: SCHWARZER PRECISION GMBH & CO. KG, 45141 ESSEN, DE |
|
| R151 | Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years |