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"Elektromagnetisch betriebene Membranpumpe"
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Membranpumpe mit durch einen Elektromagneten
erregtem Schwingarm, insbesondere für die Aquariumbelüftung.
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Insbesondere bei elektromagnetisch betriebenen Membranpumpen zur Belüftung
von Aquarien sollte das Arbeitsgeräusch so gering wie möglich sein0 Zu diesem Zweck
ist bei einer aus der deutschen Gebrauchsmusterschrift 7 132 711 bekannten Membranpumpe
das Pumpengehäuse in Längsrichtung zur Schaffung einer Druckausgleichskammer unterteilt.
Hierdurch soll statt einer stoßweisen Förderung eine kontinuierliche Förderung erreicht
werden, so daß die geförderte Luft mit im wesentlichen gleichförmigem Druck und
vernachlässigbar geringem Geräusch aus der Pumpe austritt. Bei dieser Pumpe bewegt
sich ein Schwingarm zwischen den Polen eines Elektromagneten.
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Bei einer anderen aus der deutsohers Gebrauchsmusterschrift 7 325
922 bekannten elektro etisch betriebenen Membranpumpe bewegt sich der an seinem
einen Ende im Gehäuse gelenkig gelagerte Schwingarm auf den Elektromagneten zu,
so daß während der Pumparbeit ein geräuschvolles mechanisches Anschlagen des Schwingarms
an den Polflächen des Elektromagneten auftritt.
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Zur Vermeidung dieses Nachteils wurde gemäß dem in der deutschen Auslegeschrift
1 074 732 referierten Stand der Technik ein Schwingankermotor entwickelt, bei dem
ein mit kammartigen Zähnen versehener Anker in die entsprechend geschlitzten Pole
des Elektromagneten einschwingt. Hierdurch soll verhindert werden, daß der Anker
in der Endlage auf die Oberfläche des Magneten trifft. Da diese Schwingankermotoren
mit einer Eigenschwingungszahl betrieben werden, die doppelt so groß ist wie die
Frequenz des verwendeten Wechselstroms, treten starke Schnurrgeräusche auf.
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Um auch diesen Nachteil zu vermeiden, wird in der genannten Auslegeschrift
ein elektromagnetischer Schwingankermotor zum Antrieb vor Membranpumpen vorgeschlagen,
bei dem der Anker des Magnetmotors mit fensterartigen Aussparungen ersehen ist die
ein freies Ausschwingen des Ankers über die entsprechend geformten Polenden des
Erregermagneten ermöglichen, der über einen Einweggleichrichter an ein Wechselstromnetz
angeschlossen ist. Durch die fensterartigen Aussparungen im Anker bzw. Schwingarm
wird zwar ein mechanisches. Anschlagen des Schwingarms auf den Elektromagneten verhindert
und daher insofern eine Geräuschreduzierung erzielt, jedoch besitzt diese bekannte
Konstruktion ebenso wie die anderen bekannten Lösungen den Nachteil, daß der Anker
in Richtung auf die Hauptasche des Elektromagneten bzw. des elektromagnetischen
Feldes gezogen wird, so daß für den Einbau des Elektromagneten und den erforderlichen
Schwingweg des Schwingarms eine sehr grobe Bauhöhe der Membranpumpe erforderlich
ist. Die gleichen Nachteile besitzt auch eine Membranpumpe gemäß der deutschen Gebrauchsmusterschrift
1 970 354.
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Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß durch eine neuartige
Zuordnung des Elektromagneten einerseits uiid des Pumpenantriebs andererseits auf
überraschende Weise sowohl hinsichtlich der auftretenden Arbeitsgeräusche als auch
der baulichen Ausgestaltung der Membranpumpe eine optimale Lösung erzielbar ist.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine elektromagnetische
Membranpumpe der eingangs genannten Art zu schaffen, die sich bei kostengünstiger
Herstellung durch eine extrem kompakte, insbesondere flasche Bauweise und äußerst
Geräuscharmut auszeichnet. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
die Schwingebene des Schwingarms senkrecht zu den Hauptlinien des Magnetfeldes und
parallel zu den Polflächen des Elektromagneten verläuft, Mit der Erfindung wird
erstmals der Vorschlag unterbreitet, den Elektromagneten und den Schwingankerantrieb
der Membranpumpe nicht in der bisher üblichen Weise, sondern versetzt zueinander
anzuordnen, d.h. der Schwingarm wird bei Erregung des Elektromagneten nicht in Richtung
von dessen Kernachse, sondern senkrecht dazu bewegt, und zwar gleichzeitig entlang
den Polflächen des Elektromagneten. Durch die erfindungsgemäße Anordnung ergibt
sich eine Membranpumpe, die sich durch eine extrem flache Bauweise und äußerste
Geräuscharmut auszeichnet. Es wurde nämlich überraschenderweise festgestellt, daß
die erfindungsgemäße Membranpumpe mit dem senkrecht zu den Hauptlinien des Magnetfeldes
schwingenden Schwingarm selbst gegenüber den bekannten Membranpumpen, bei denen
der Schwingarm zwischen den Polen schwingt, einen wesentlich geringeren Geräuschpegel
besitzt. Das ist moglicherweise auf die günstigere Ausbildung und Anordnung des
Schwingarms mit dem dadurch bedingten größeren Eigenschwingungseffekt zurückzuführen.
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In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist der Magnetkern
des Elektromagneten mit seinen Polflächen in Längsrichtung der Membranpumpe weisend
auf einer Grundplatte befestigt. Hierdurch ergibt sich eine äußerst günstige Raumausnutzung
auf der Grundplatte.
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Der Magnetkern des Elektromagneten kann beliebig ausgestaltet sein,
besonders günstig hat sich ein Magnetkern herausgestellt, der im wesentlichen E-förmig
ausgebildet ist. Diese Ausgesaltung des Magnetkerns besitzt den Vorteil, daß der
mit Hilfe einer Blattfeder an einem Lagerstück der Grundplatte schwingbeweglich
gelagerte Schwingarm an seinem dem Magnetkern zugewandten Ende einen etwa dessen
Breite entsprechenden Anker aufweisen kann.
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Es gibt verschiedene Möglichkeiten, den Anker insbesondere an seiner
dem Magnetkern des Elektromagneten zugewandten Seite auszubilden. Bei einer bevorzugten
AusfUhrung ist die dem Magnetkern zugewandte Vorderkante des Ankers entlang den
Polflächen von etwa der Länge der Erregerspule des Elektromagneten entsprechenden
Schenkeln des Magnetkerns gerade verlaufend ausgebildet.
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Die dem Magnetkern zugewandte Vorderkante des Ankers kann aber auch
in Zwischenräume zwischen gegenüber der Erregerspule des Elektromagneten in der
Länge vorstehenden Schenkeln des Magnetkerns eingreifende Ansätze aufweisen. Gerade
diese Ausführung macht es möglich, die Schenkel des Magnetkerns über die Erregerspule
vorstehen zu lassen, so daß das Verhältnis Eisen im Magnetkern zu Kupfer in der
Erregerspule größer gewählt werden kann.
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Somit kann infolge einer 30 bis 4obigen Einsparung an Kupferdraht
für die Erregerspule die Membranpumpe insgesamt billiger hergestellt werden.
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Eine weitere Geräuschverminderung läßt sich dadurch erzielen, daß
die Erregerspule an dem einen Ende ihrer Wicklung mit dem Ausgang eines Einweggleichrichters
elektrisch verbunden ist, dessen Eingang ebenso wie das andere Ende der Wicklung
der Erregerspule mit einem Wechselstromnetz verbunden ist. Durch den Einweggleichrichter
wird nur die eine - positive oder negative - Halbwelle des Wechselstroms durchgelassen,
so daß der Sohwingarm nur im Takte dieser Halbwelle angezogen wird, mithin seine
Schwingfrequenz auf die Hälfte der Netzfrequenz verringert wird.
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Eine weitere Geräuschverminderung und auch bauliche Vereinfachung
ergibt sich dadurch, daß die Membran der Membranpumpe unmittelbar auf der den Magnetkern
tragenden Oberseite der Grundplatte befestigt ist. Hierdurch kann der sonst erforderliche
Pumpenkörper zur Aufnahme bzw.
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Befestigung der Membran fortfallen. Die Befestigung der vorzugsweise
kappenförmigen Membran erfolgt an ihrem flach abgewinkelten Rand vorzugsweise mit
einem Befestigungsring auf der Grundplatte0 Dies hat den Vorteil, daß die von der
Membran umgebenen Einlaß- und Auslaßventile unmittelbar in der Grundplatte angeordnet
sein können, wodurch sich eine weitere bauliche Vwreinfachung ergibt.
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Weiterhin hat es sich als bescrCers vorteilhaft erwiesen, wenn das
Auslaßventil mit b r an der Unterseite der Grundplatte angeordneten Druckkammer
und das Einlaßventil mit einer auf der Unterseite der Grundplatte befindlichen Ansaugkammer
verbunden ist. Durch die Druckkammer und die Ansaugkammer werden die Druck- und
Ansauggeräusche noch weiter vermindert bzw. gedämpft.
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Die Ansaugkammer kann als Filterkammer ausgebildet sein.
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Die an sich nach unten hin offene Druckkammer und die Ansaugkammer
können unter Zwisohenlegen einer Diohtplatte durch eine im wesentlichen L-förmige
Verschlußplatte verschlossen werden. Ferner kann die Druckkammer einen auf die Oberseite
der Grundplatte führenden Auslaßstutzen besitzen, auf den ein zu einem Auslaßrohr
führender Schlauch aufgesteckt wird, dessen Innendurohmesser vorzugsweise kleiner
als der Auslaßquersohnitt des auslaßstutzens ist. Auch hierdurch läßt sich eine
Geräuschverminderung erzielen.
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Schließlich empfiehlt sich ein die als tragendes Element ausgebildete
Grundplatte einschließlich des Elektromagneten, der Membran und des Sohwingarms
auf der Oberseite sowie der Kammern auf deren Unterseite umgebendes Gehäuse. Dieses
stellt eine der Saugkammer vorgeschaltete Kammer darf In der die Geräusche weiter
reduziert werden.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und werden im folgenden des näheren erläutert. Es zeigen: Fig.1 einen
Schnitt nach der Linie I-I der Fig. 2 durch eine Membranpumpe; Fig. 2 2 eine Draufsicht
auf die Membranpumpe der Fig. 1; Fia, 3 eine Unteransicht der Membranpumpe; Fig.
4 eine andere Membranpumpe mit Gehäuse nach der Erfindung; und Fig. 5 d die zu Fig.
4 zugehörende Aufsicht auf die Membranpumpe.
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Die in den Fig. 1 bis 3 dargestellte elektromagnetische Membranpumpe
besteht im wesentlichen aus einer Grundplatte 1 mit an deren Unterseite angeordneten,
sich quer erstreckenden Zwischenwänden 2, 3 und 4, die zwischen sich Kammern 5,
6 und 7 bilden. Die Kammer 5 dient zur Anfrs>ihme weiter unten beschriebener
elektrischer Teile, während die Kammer 6 als Druckkammer und die Kammer 7 als Ansaugkammer
ausgebildet sind, deren Aufgaben weiter unten naher erläutert werden0 Im Bereich
der Kammer 5 ist auf der Oberseite der Grundplatte 1 ein Elektromagnet 8 angeordnet,
der einen aus geschichteten Blechlamellen bestehenden Magnetkern 9 sowie eine Erregerspule
11 aufweist. Die Erregerspule 11 ist mlt dem einen Ende ihrer Wicklung über einen
nicht dargestellten Gleichrichter und mit dem anderen Ende ihrer Wicklung unmittelbar
an ein Wechselstromnetz angeschlossen. Wie aus Fig, 2 hervorgeht, besitzt der Magnetkern
9 im wesentlichen die Gestalt eines E, dh. er besitzt drei Schenkel 12, 13 und 14.
Auf dem mittleren Schenkel sitzt die Erregerspule 110 Mit dem Magnetkern 9 arbeitet
ein Anker 15 eines Schwingarms 16 zusammen, der über ebene Blattfeder 17 an einem
Ansatz 18 der Grundplatte 1 schwingbeweglich gelagert ist. Wie aus Fig. 2 hervorgeht,
besitzt der Anker 15 Ansätze 18, die in Zwischenräume 19 zwischen den Schenkeln
12, 13 und 14 des Magnetkerns 9 eingreifen. An der Unterseite des Schwingarms 16
ist mit Hilfe eines Befestigungszapfens 21 eine Membran 22 befestigt, die mit ihrem
flachcabgewinkelten Rand 23 mit Hilfe eines 3efestigungsringes 24 sowie Schrauben
25 unmittelbar an der Grundplatte 1 luftdicht befestigt ist. Im Bereich der Membran
22 sind unmittelbar in der Grundplatte 1 ein Einlaßventil 26 und ein Auslaßventil
27 angeordnet. Das Einlaßventil
26 steht über einen L-förmigen
Kanal 28 mft der Ansaugkammer 7 in Verbindung, während das Auslaßventil 27 zum -Druckraum
6 hin öffnet. In der Ansaugkammer 7 befindet sich noch eine Einlaßöffnung 29, und
die Druckkammer 6 besitzt einen zur Oberseite der Grundplatte 6 führenden Auslaßstutzen
31.
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Wie aus Fig. 1 hervorgeht, sind die Druckkammer 6 und die Ansaugkammer
7 mit einer Dichtplatte 32 durch eine im wesentlichen L-förmige Verschlußplatte
33 luftdicht abgeschlossen. Die Verschlußplatte 33 ist mit Hilfe von Schrauben 34
und den Zwischenwänden 3, 4 der Grundplatte 1 lösbar befestigt.
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Beim Erregen des Elektromagneten 8 schwingt der Sohwingarm 16 senkrecht
zu den Hauptlinien des sich zwischen den Polflächen des Magnetkerns 9 erstreckenden
Magnetfeldes, d.h. im dargestellten Ausführungsbeispiel entlang den Polflächen der
Schenkel 12, 13, 14 des Magnetkerns, also auf die Grundplatte 1 zu. Hierdurch wird
die Membran 22 in Bewegung versetzt und dadurch das angel saugte Medium, z.B. Luft
aus der Ansaugkammer 7 über den Kanal 28 und das Einlaßventil 26 sowie das Auslaßventil
27 in den Druckraum 6 und damit in den Auslaßstutzen 31 gefördert, von wo aus die
Luft über einen in den Fig. 1 bis 3 nicht dargestellten Schlauch zu einem Auslaßrohr
weitergeleitet werden kann.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 4 und 5 ist die Membranpumpe
im Prinzip gleich der in den Fig. 1 bis 3 ausgebildet. Der wesentliche Unterschied
besteht darin, daß der Anker 15 des Schwingarms 16 an seinem dem Elektromagneten
zugewandten Ende keine Ansätze aufweist,
sondern gerade ausgebildet
ist. Ebenso wie bei dem anderen Ausführungsbeispiel erstreckt sich die Breite des
Ankers 15 im wesentlichen über die gesamte Breite des Magnetkerns 9. Außerdem stehen
bei dem AusfUhrungsbeispiel nach den Fig. 4 bis 5 die Schenkel 12, 13, 14 des Magnetkerns
9 im Schwingbereich des Schwingarms 16 nicht vor, vielmehr schließen die Schenkel
12, 13, 14 im genannten Bereich etwa mit der Erregerspule 11 bündig ab, sind jedoch,
wie aus Fig. 4 durch die Bezugsziffern 12a, 13a, 14a hervorgeht, im unteren Teil
des die Schenkel bildenden Lamellenpaketes vorgezogen bis unter das Schwingarmende
in Richtung zum Pumpenkörper. Durch diese Maßnahme wird ein besonders großer Hub
erreicht. Des weiteren ist an dem Auslaßstutzen 31 ein Schlauch 34 angeschlossen,
der zu einem Auslaßrohr 35 führt, das in einem senkrechten Ansatz 36 der unteren
Hälfte 37 eines Gehäuses untergebracht ist, dessen obere Hälfte mit 38 bezeichnet
ist. Der Innendurchmesser des Schlauches 34 ist vorzugsweise kleiner als die Öffnung
im Auslaßstutzen 31, so daß sich beim Hindurchtreten der geförderten Luft eine Dämpfung
ergibt. Die beiden Hälften 37, 38 des Gehäuses 39 sind über Schrauben 41, die sich
entlang den Seiten der beiden Hälften erstrecken, lösbar miteinander verbunden.
Das Gehäuse 39 bildet eine die Pumpenmechanik umgebende Kammer die eine weitere
Geräuschverminderung mit sich bringt. Zur Geräuschverminderung dienen auch elastische
Zwischenlagen 42, 43, die zwischen der Grundplatte 1 und dem Gehäuse 39 bzwO der
Erregerspule 11 und dem Gehäuse 39 angeordnet sind.
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Schließlich ist die Grundplatte 1 mittels Schrauben 44 in der unteren
Hälfte 37 des Gehäuses 39 verschraubt, Diese Schrauben 44 dienen zum Einstellen
und Justieren der gesamten Membranpumpe innerhalb des Gehäuses 39.
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Die als Druckpumpe dargestellte Membranpumpe kann grundsätzlich auch
als Saugpumpe betrieben werden. Schließlich kann die Ansaugkammer als Filterkammer
ausgebildet sein, indem beispielsweise ein Filz mit Abstand von der Ansaugöffnung
29 angeordnet ist. Die Membranpumpe nach der Erfindung eignet sich nicht nur für
die Aquariumbelüftung, sondern auch für medizinische und Industriegeräte, d.h. überall
dort, wo es auf einen niedrigen Geräuschpegel ankommt,