DE4118628A1 - Elektrische membranpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Membranpumpe, insbesondere Mikropumpe, zur Förderung von gasförmigen und/oder flüssigen Medien, mit einem Einlaß- und einem Auslaßventil, die in einem Pumpenraum münden, mit einer dem Pumpenraum abdeckenden Membrane und mit einem Elek­ tromotor mit einer Welle, bei deren Drehung die Membra­ ne bereichsweise anhebbar und absenkbar ist und über das Einlaßventil Medium in den Pumpenraum und über das Auslaßventil aus dem Pumpenraum strömt. Dererlei Pumpen werden viel verwendet, beispielsweise als kleine trag­ bare Pumpen (Personal Sampler), die von mit gefährli­ chen Stoffen arbeitenden Personen getragen werden, wo­ bei die angesaugten gasförmigen Stoffe ein Maß dafür bilden, wie weit die betreffenden Personen einer Ge­ fährdung ausgesetzt waren. Darüber hinaus können die Pumpen auch zur Gasanalyse u. dgl. verwendet werden. Be­ kannt ist es zur Bewegung der Membrane einen Kurbel­ trieb, Stößel oder andere mechanische Bauteile zu ver­ wenden, d. h., die Drehbewegung des Motors wird über ein mechanisches Bauteil in eine Hubbewegung der Membrane umgewandelt. Solche Kraftübertragungen unterliegen je­ doch dem Verschleiß, so daß die Lebensdauer solcher Pumpen relativ begrenzt ist. Ihre Pumpenbewegung ist abhängig von der Drehbewegung des Motors.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine elektrische Membran­ pumpe der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß eine möglichst verschleißfreie Anordnung gegeben ist, wenn über die Drehbewegung des Elektromotores die Pump­ bewegung der Membrane erzeugt wird. Darüber hinaus soll der Elektromotor selber nur einen geringfügigen Strom­ verbrauch aufweisen, weiter soll die Hubzahl der Mem­ brane bzw. deren Bewegung nicht nur im Verhältnis 1 : 1 der Motorzahl sein, sondern auch proportional um ein Mehrfaches dieser Drehzahl, schließlich soll die gesam­ te Anordnung wohlfeil herstellbar und montierbar sein. Dies geschieht erfindungsgemäß dadurch, daß der Membra­ ne ein magnetischer Bereich zugeordnet ist, daß an dem der Membrane gegenüberliegenden Ende der Drehwelle ein Magnetbereich angeordnet ist, hierbei überstreicht bei einer Drehbewegung der Drehwelle diese mit ihrem Magnet­ bereich den Magnetbereich der Membrane derart, daß nach einem ersten Drehwinkelabschnitt sich gleichnamige Pole der beiden Magnetbereiche gegenüberliegen, während nach einem anderen Drehwinkelbereich ungleichnamige Magnetpole gegenüberliegen. Durch die Verwendung magne­ tischer Kräfte zur Erzeugung einer Pumpbewegung ergibt sich ein verschleißfreier sowie reibungsarmer Antrieb, so daß derartige Pumpen eine lange Lebensdauer aufwei­ sen. Bis auf die Walkarbeit in der Membrane selber, weist diese bei ihrer Pumpbewegung keine weiteren Ver­ lustkräfte auf. Insbesondere ist kein Kurbeltrieb Stö­ ßel oder andere mechanische Anordnung zur Erzeugung der Pumpbewegung erforderlich. Schließlich kann durch Erhö­ hung oder Erniedrigung der Anzahl der Magneten in den Magnetbereichen die Pumpenförderung erhöht oder ver­ langsamt werden.

Vorteilhafterweise ist der der Membrane zugeordnete Magnetbereich Bestandteil derselben, da auf diese Weise eine einfache und wohlfeile Herstellung der elektri­ schen Membranpumpe, insbesondere der Membrane selber, gewährleistet ist. Bei einem anderen Ausführungsbei­ spiel ist in der Membrane ein Magnetbereich eingebet­ tet. Auch hier ergibt sich eine einfache Herstellung und Ausbildung der Pumpe, da eine sichere und schnelle Montage der Magnetbereiche gewährleistet ist. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel bilden die Magnetbereiche eine Beschichtung der Membrane. Durch diese Ausbildung ergibt sich eine preisgünstige Herstellung und Montage.

Bei einem besonderen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Magnetbereich der Membrane auf einem Trägerteil angeordnet, der seinerseits an der Membrane befestigt ist. Durch den Trägerteil entsteht ein Bereich einer Verhärtung innerhalb der Membrane, durch die gut die vertikale Hubbewegung der Membrane durchgeführt werden kann. Darüber hinaus bietet eine solche Anordnung die Möglichkeit der Anordnung von verschiedenen Einzelmag­ neten.

Von Vorteil ist es, wenn die Magnetpole des der Membra­ ne zugeordneten Magnetbereiches jeweils mit dem glei­ chen Pol in Richtung nach dem Magnetbereich der Dreh­ welle weisen, während dessen Magnetpole abwechselnd ge­ polt in Richtung der Membrane weisen. Eine solche Ausbildung erlaubt, die Pumpfrequenz der Membrane wes­ entlich zu erhöhen, da jedesmal, wenn ein gleichnamiger und ungleichnamiger Magnetpol gegenüberstehen eine An­ ziehung zwischen der Motorwelle und der Membrane statt­ findet. Liegen sich dahingegen gleichnamige Pole ge­ genüber, so findet eine Abstoßung statt, so daß der Ausstoß des vorher angesaugten Luft- oder Sicherheits­ gemisches stattfindet. Falls beispielsweise vier Magne­ te auf dem Magnetbereich der Membrane angeordnet sind und zwei Magnete auf dem Bereich der der Drehwelle des Motores zugeordnet ist, so erfolgt während einer Umdre­ hung zweimal ein gesamter Pumpzyklus. Darüber hinaus üben die vier Magnete eine besonders starke Anziehungs­ kraft oder Abstoßungskraft auf die Membrane aus. Ein solches Ausführungsbeispiel wird dann verwendet, wenn die Pumpkammer in vier selbständige Einzelkammern un­ terteilt ist, wobei die Membrane nur in dem jeweiligen Abschnitt über den jeweiligen Pumpenkammerteil seine Pumpbewegung für diese Kammer ausführt.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Pumpen­ kammer durch einen Steg in zwei Teile mit jeweils einem Einlaß und einem Auslaß unterteilt, hierbei liegt die Membrane auf dem Steg derart auf, daß die Teilkammern auch bei einer Pumpbewegung voneinander abdichtend ge­ trennt sind. Zu diesem Zweck kann die Membrane mit ei­ ner ihr angeformten Wulst in einer Längsrille des Ste­ ges und dichtet die beiden Pumpenräume gegeneinander ab, wobei bei einer Drehbewegung der Welle, die der Membrane zugeordneten Magnetbereiche eine Schwenkbewe­ gung mit der Membrane um den die Schwenkachse bildenen Steg ausführt.Bei dieser Anordnung erhält man in einfa­ cher Weise eine verschleißfrei arbeitende Doppelpumpe, wobei die Magnetbereiche der Membrane so angeordnet sind, daß sie jeweils mittig über dem Teilpumpenraum vorgesehen sind.

Bei einem besonderen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Pumpenkammer in mehrere Einzelkammern unter­ teilt, die jeweils durch ein eigenes Membranteil abge­ deckt sind, dem jeweils ein Magnet zugeordnet ist, hierbei weisen die Magnete des einen Magnetbereiches mit dem gleichen Pol nach dem anderen Magnetbereich, dessen Magnete abwechselnd gepolt sind. Durch eine sol­ che Anordnung wird erreicht, daß die Membrane der Ein­ zelkammern unterschiedlich voneinander bewegt werden, da je nachdem welche Magnetkräfte wirken, die Einzel­ membrane angezogen wird, also ein Medium ansaugt oder aber ausstößt. Durch die mehreren Kammern, die nachein­ ander jeweils in ihre Ansaugstellung und Ablaßstellung kommen, ergibt sich am gemeinsamen Auslaß eine nahezu pulsationsfreie Luftströmung.

Für die Magnetanordnung empfiehlt es sich bei einem solchen Ausführungsbeispiel, daß ein Einzelmagnet in einer Aufnahme der Einzelmembrane eingelagert ist, wo­ durch sich eine einfache Ausbildung ergibt.

Vorteilhaft ist es bei diesem Ausführungsbeispiel, wenn die Pumpenkammer drei Einzelpumpenkammern aufweist, die in Draufsicht an den Enden eines gleichseitigen Drei­ eckes angeordnet sind und daß der den Magnetbereich der Einzelmembranen gegenüberliegenden Magnetbereich zwei Magnete aufweist. Durch diese Anordnung wird erreicht, daß die drei Einzelkammern bei einer Umdrehung der Drehwelle alle jeweils einen Ansaug- und einen Ausstoß­ hub durchführen. Hierdurch ist wiederum eine sehr gute Pumpleistung gewährleistet, darüber hinaus ergibt sich wiederum eine nahezu vollständig pulsationsfreie Aus­ laßströmung, da bei einer einzigen Umdrehung drei Kam­ mern nacheinander entleert werden.

Vorteilhaft ist es bei dieser Anordnung auch, wenn der der Einzelmembrane zugeordnete Einzelmagnet an einem Trägerteil vorgesehen ist, das seinerseits mit Einzel­ magneten verbunden ist, da bei dieser Anordnung eine sichere und einfache Pumpbewegung ausgeführt ist, hier­ bei führt das Trägerteil ein Art Taumelbewegung aus, wodurch wiederum nacheinander die einzelnen Pumpenkam­ mern über die Membrane beaufschlagt werden. Günstig ist es, wenn die Einzelmembrane als Membrantopf ausgebildet ist, dessen den Magnet bzw. die Verbindungsstelle zum Trägerteil aufweisenden Deckelteil die Einzelkammer ab­ deckt, wobei ein Wandungsbereich des Membrantopfes als eine die Einlaßöffnung abdeckende Ventilzunge ausge­ staltet ist. Durch diese Anordnung ergibt sich weiter eine einfache Ausführung der Anordnung, die eine siche­ re Funktion aufweist, hierbei weisen günstigerweise die Einzelkammern einen gemeinsamen Einlaßkanal auf so­ wie über einen Ringkanal einen gemeinsamen Auslaßkanal. Durch diese Anordnung wird wiederum eine nahezu pulsa­ tionsfreie Gasströmung ermöglicht. Insgesamt weist ei­ ne solche Pumpe einen einfachen und wohlfeilen Aufbau auf. Zweckmäßigerweise ist der Auslaß jeder Einzelkam­ mer über eine Lippendichtung in Richtung einer Einlaß­ strömung verschließbar, um so eine sichere Förderung durchführen zu können.

Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist beiden Enden der Drehwelle des Elektromotores jeweils ein mag­ netischer Bereich zugeordnet, die beide jeweils mit ei­ nem an einer eine Pumpenkammer abdeckende Membrane an­ geordneten magnetischen Bereich zusammenarbeiten. Auf diese Weise wird erreicht, daß die Drehwelle in beiden Achsrichtungen gleichmäßig belastet wird, so daß sich hierdurch zum einen ein einfacher Aufbau des Elektromo­ tores ergibt, zum anderen erhält man durch die beiden Kammern eine doppelte Pumpenströmung, darüber hinaus ist eine besonders verschleißfreie Lagerung der Dreh­ welle gegeben.

Es empfiehlt sich, daß die beiden Pumpenkammerauslässe hinter dem jeweiligen Auslaßventil zusammengefaßt sind und daß der Auslaß der einen Pumpenkammer über einen eine Verzögerungsleitung bildenden Verbindungskanal zu dem Auslaß der anderen Pumpenkammer führt, hierbei ist die Länge des Gasweges bzw. des Verbindungskanals so gestaltet, daß die gemeinsame Auslaßströmung nahezu pulsationsfrei erfolgt. Durch diese Anordnung hat man die Möglichkeit in vorteilhafterweise einen möglichst gleichbleibenden Druck aufweisende Strömung zu gestal­ ten, ohne besondere nachgeschaltete Maßnahmen einleiten zu müssen.

Bei einem besonderen Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Pumpenkammern mit Membranen sowie Ein- und Auslaß und der Antriebsmotor mit Stromversorgung über eine nicht ferromagnetische Wand, die bereichsweise zwischen den beiden Magnetbereichen liegt, voneinander mechanisch getrennt. Es besteht nunmehr die Möglich­ keit, eine vollkommene mechanische Trennung von Antrieb und Pumpe zu erreichen. Hierdurch wird erreicht, daß die Pumpe in einem Raum betrieben werden kann, der ei­ nen Betrieb des Motors in diesem selben Raum aus si­ cherheitstechnischen oder anderen Gründen nicht erlau­ ben würde, da durch die nicht ferromagnetische Wand ei­ ne Abkapselung zwischen Antriebsmotor und den zu för­ dernden Stoffen möglich ist. Bei einem besonderen Aus­ führungsbeispiel der Erfindung ist die Drehzahl des Elektromotors und/oder die Anzahl der Pole auf den Mag­ netbereichen und/oder der Abstand der beiden Magnetbe­ reiche so ausgelegt, daß die Membrane aufgrund ihres Resonanzverhaltens hohe Auslenkungen in axialer Rich­ tung der Drehachse gesehen aufweist. Diese Anordnung gestattet bei geringer Leistungsaufnahme eine maximale Fördermenge des zu fördernden Mediums zu erreichen, wobei gerade die Zahl der Pole und der Abstand der Mag­ netbereiche ein einfaches Steuerungsmittel für das Re­ sonanzverhalten der Membrane ist.

Günstiger Weise empfiehlt es sich, daß das Gehäuse der Pumpe in drei Abschnitte unterteilt ist; hierbei weist der erste Gehäuseabschnitt den Elektromotor auf, der zweite Abschnitt die Pumpenkammer und der dritte Gehäu­ seabschnitt wenigstens den Pumpenauslaß, wodurch sich ein einfacher Aufbau ergibt. Durch die magneti­ sche Kraftübertragung ist es nunmehr möglich, eine sol­ che einfache und leicht montierbare Anordnung zu tref­ fen, da die einzelnen Abschnitte gemeinsam keine me­ chanischen Bauteile, wie Kurbeltrieb, haltern müssen. Hierbei ist es besonders günstig, wenn die Gehäuseab­ schnitte bezüglich der Drehachse radial voneinander ge­ trennt sind, so daß die einzelnen Axialabschnitte leicht herzustellen und zu montieren sind. Vorteilhafterweise ist es, wenn zwischen dem ersten und dem zweiten Gehäu­ seabschnitt die Membrane gehaltert ist und zwischen dem zweiten und dritten Gehäuseabschnitt eine elastische Ventilplatte. Durch solche eine Anordnung der Membrane und der Ventilplatte in Verbindung mit der radialen Durchtrennung, ergibt sich ein einfacher Aufbau, da die Membrane sowie die Ventilplatte beim Zusammenbau des Pumpengehäuses in einfacher Weise halterbar sind.

Um die Montage der einzelnen Gehäuseteile zu erleich­ tern, empfiehlt es sich, daß die einzelnen axialen Ge­ häuseabschnitte durch wenigstens zwei Klammern zusam­ mengehalten sind, da hierdurch die Fertigung in einfa­ cher Weise durchführbar ist. Zur Halterung des Elektro­ motors ist es günstig, wenn im ersten Gehäuseabschnitt ein Klemmring vorgesehen ist, der zur Halterung Gehäu­ sebereiche gegen das Gehäuse des Elektromotores drückt. Bei dieser Maßnahme ergibt sich zum einen eine einfache Ausbildung der Pumpe, zum anderen kann der axiale Ab­ stand des Elektromotores zu der Membrane bzw. zu deren Magnetbereichen in einfacher Weise nachträglich noch verändert werden, wobei eine solche Anordnung nur des­ wegen gewählt werden kann, da, wie schon erwähnt, zur Kraftübertragung des Antriebsmotores zu der Membrane Magnetkräfte ausgenutzt werden.

Der Erfindungsgegenstand ist in den Zeichnungen in meh­ reren Ausführungsbeispielen dargestellt und zwar zeigt

Abb. 1 einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel,

Abb. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Abb. 1,

Abb. 3 eine Draufsicht auf eine Ventil­ platte entsprechend dem Schnitt III-III der Abb. 1,

Abb.4 eine Draufsicht auf einen Magnetbereich entsprechend dem Schnitt IV-IV der Abb. 1,

Abb. 5 eine Draufsicht auf den zweiten Magnetbereich entsprechend dem Schnitt der Linie V-V der Abb. 1,

Abb. 6 im Längsschnitt ein weiteres Aus­ führungsbeispiel der Membranpumpe,

Abb. 7 einen Schnitt nach der Linie VII-VII der Abb. 6,

Abb. 8 sowie Abb. 9 eine Draufsicht auf die beiden magnetischen Be­ reiche entsprechend der Schnittangabe VIII-VIII bzw. IX-IX der Abb. 6,

Abb. 10 im Längsschnitt ein weiteres Ausführungs­ beispiel der Erfindung,

Abb. 11 einen Schnitt nach der Linie XI-XI der Abb. 10,

Abb. 12 und Abb. 13 eine Draufsicht auf die beiden magnetischen Bereiche entsprechend der Schnittangabe XII-XII bzw. XIII-XIII der Abb. 10,

Abb. 14 eine topfartige Membrane im Längsschnitt,

Abb. 15 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Membranpumpe im Längsschnitt.

Die Membranpumpe weist ein Gehäuse 11 auf, das in drei Abschitte 12, 13, 14 unterteilt ist.

Der Gehäuseabschnitt 12 haltert einen Elektromotor 15, der eine Drehwelle 16 aufweist. Diese Drehwelle trägt an ihrem freien Ende vorzugsweise auf einem Träger ei­ nen Magnetbereich 17. Gehaltert wird der Elektromotor dadurch, daß das Gehäuse einen verdünnten Werkstoffbe­ reich 18 aufweist, um den ein Klemmring 19 gelegt ist, so daß der in eine zylinderartige Ausnehmung 20 einge­ setzte Elektromotor 15 reibschlüssig an dem Gehäuseab­ schnitt 12 gehaltert wird.

Der Gehäuseabschnitt 13 umfaßt eine Pumpenkammer 21.

Diess Pumpenkammer wird durch eine elastische Membrane 22 abgedeckt. Auf der dem Elektromotor zugewandten Sei­ te weist die Membrane 22 eine Trägerplatte 23 auf. Die­ se Trägerplatte trägt genau dem magnetischen Bereich 17 des Elektromotors, gegenüberliegend einen magnetischen Bereich 24. Wie aus Abb. 1 und 2 erkennbar ist, weist der Boden der Pumpenkammer Öffnungen 25 und 26 auf. Diese Öffnungen korrespondieren mit den Ein- und Aus­ lässen 27, 28, die im Gehäuseabschnitt 13 vorgesehen sind. Zwischen dem Gehäuseabschnitt 13 und 14 ist eine Ventilplatte 29 vorgesehen, die bewegbare Dichtlappen 30 und 31 umfaßt; hierbei ist die Anordnung so gewählt, daß, sofern in der Pumpenkammer 21 ein Überdruck herrscht, über die Auslaßöffnung 25 und die Öffnung 26 das zu fördernde Medium aus der Pumpenkammer 21 entweichen kann, wobei der bewegbare Dichtlappen 31 in eine die Öffnung 25 freigebende Stellung überführt wird.

Es sei hier erwähnt, daß der bewegbare Dichtlappen 31 durch den Überdruck in der Pumpenkammer automatisch noch fester in seiner Abdichtstellung bezüglich der Öffnung 26 überführt wird.

Bei einem Unterdruck in der Pumpenkammer verschließt der bewegbare Dichtlappen 30 die Auslaßöffnung 25; hin­ gegen gibt der bewegbare Dichtlappen 31 die öffnung 26 frei, so daß über den Einlaß 27 in die Pumpenkammer das zu fördernde Medium einströmen kann.

Es sei hier noch erwähnt, daß die drei Gehäuseabschnit­ te 12, 13, 14 durch zwei Klammern 32 in Achsrichtung zu­ sammengehalten werden. Bei dieser Befestigung werden die Membrane sowie die Ventilplatte fest zwischen den jeweiligen Gehäuseabschnitten eingepreßt.

Die Magnetanordnung bei diesem Ausführungsbeispiel ist so gewählt, daß beide Magnete abwechselnd gepolte Ein­ zelmagnete enthalten. Bei einer solchen Anordnung erge­ ben sich zwischen den beiden Magnetbereichen große An­ ziehungs- und Abstoßungskräfte.

Im folgenden sei nun kurz die Wirkungsweise der Mem­ branpumpe nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel be­ schrieben. In der in Abb. 1 gezeigten Stellung ziehen sich die beiden Magnetbereiche 17 sowie 24 an, da un­ gleiche Pole gegenüberliegen. Bei dieser Anziehungsbe­ wegung wird die Membrane in Richtung des Elektromotors 15 angezogen, so daß sich das Volumen der Pumpenkammer vergrößert und über den Einlaß 28 das zu fördernde Me­ dium in die Pumpenkammer strömt. Bei einer Umdrehung um 90 Grad stehen sich nunmehr gleichnahmige Pole der beiden Magnetbereiche gegegenüber, so daß eine absto­ ßende Wirkung erzielt wird. Die Membrane 22 wird in axialer Richtung von dem Elektromotor wegbewegt, das Volumen der Pumpenkammer verkleinert sich, der Einlaß 26 verschließt sich über die bewegbare Dichtlippe 31, während die Auslaßöffnung 25 über dem bewegbaren Dicht­ lappen 30 freigegeben wird und somit das zu fördernde Medium aus der Pumpenkammer strömen kann. Bei einer erneuten Drehung um 90 Grad wird die Membrane wieder in ihrer Ansaugstellung überführt, so daß wieder in die Pumpenkammer Luft strömen kann. Wie aus den Abbildungen 1, 4 und 5 zu erkennen ist, werden also bei einer einzi­ gen Umdrehung der Drehwelle zwei vollständige Pumpen­ zyklen durchgeführt.

Es sei hier noch nachgetragen, daß der Magnetbereich derart auf der Membrane 22 angeordnet ist, daß er sich lediglich in Achsrichtung der Drehwelle bewegen kann, nicht jedoch eine Drehbewegung durchführen kann. Der Magnetbereich 17 des Elektromotores sitzt fest auf der Drehwelle 16 auf und wird demgemäß bei einer Drehbewe­ gung der Welle mitgenommen. Zum Abschluß sei hier noch bemerkt, daß der Elektromotor in axialer Richtung ver­ schiebbar ist und zwar dann, wenn die Reibungskraft die durch den Klemmring 19 auf die verdünnten Werkstoffbe­ reiche 18 überwunden wird. Diese Reibungskraft ist je­ doch so bemessen, daß im normalen Pumpbetrieb eine Axi­ alverschiebung des Motores nicht möglich ist.

Das Ausführungsbeispiel nach Abb. 6 weist einen ähnli­ chen Aufbau wie das bisher beschriebene auf. Zum Un­ terschied ist jedoch die Pumpenkammer 21 in zwei Ein­ zelkammern 34 unterteilt. Zu diesem Zweck weist die Pumpenkammer 21 einen die gesamte Pumpenkammer durch­ querenden Steg 35 auf. Jeder Einzelkammer 34 ist hier­ bei eine Einlaß- und Auslaßöffnung 25, 26 zugeordnet so­ wie ein Ein- und Auslaß 27, 28. In der Darstellung nach Abb. 6 ist der Schnittverlauf so gewählt, daß er durch eine Auslaßöffnung sowie einem Einlaß geführt ist. In Abb. 7 ist die genaue Anordnung vor den Öffnungen 25, 26 zu erkennen.

Die Membrane 22 ist derart auf dem Steg 35 gelagert, daß die beiden Kammern 34 durch die Membrane voneinan­ der dicht getrennt sind. Die Membrane kann mit einer Wulst in einer Rille des Steges befestigt sein (nicht dargestellt). Die Membrane führt keine axiale Hubbewe­ gung bezüglich der Drehwelle 16 auf, vielmehr eine Schwenkbewegung um den Steg 35. Wie aus der Anordnung der Einzelmagnete der beiden Magnetbereiche 17 und 24 zu erkennen ist, liegen sich in der Darstellung nach Abb. 6 oben bei der oberen Kammer zwei ungleichnamige Pole der Magnete gegenüber, während bei der unteren Kammer sich zwei gleichnamige Pole gegenüberliegen; hierdurch bedingt führt die Membrane im oberen Bereich eine Schwenkbewegung auf den Elektromotor 15 zu, im un­ teren Bereich wird hingegen eine Schwenkung von dem Elektromotor weg, hierdurch bedingt, vergrößert sich in der oberen Kammer das Volumen, während in der unteren Kam­ mer das Volumen der Pumpenkammer sich verkleinert. Bei einer einzigen Umdrehung der Drehwelle führt die Mem­ brane bei jeder der Einzelkammern 34 einen vollständi­ gen Zyklus der Pumpbewegung aus.

Es sei hier noch erwähnt, daß, wenn die Magnetanordnung auf dem Magnetbereich der Drehwelle so gewählt ist, daß alle 90 Grad ein Magnet angeordnet ist und jeweils zwei gegenüberliegende Pole gleichgerichtet sind, während nebeneinanderliegende für jede Drehung der Drehwelle in jede Einzelkammer 34 zwei vollständige Pumpzyklen un­ gleichnamig durchgeführt würden.

Es sei hier noch nachgetragen, daß die beiden Auslässe außerhalb des eigentlichen Pumpengehäuses noch zusam­ mengefaßt sein könnte, so daß dann wiederum lediglich ein einziger Auslaß vorhanden wäre.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb. 10 ist der mitt­ lere Gehäuseabschnitt 13 gegenüber den bisherigen Ge­ häuseabschnitten vollständig geändert, statt einer gro­ ßen Pumpenkammer sind drei einzelne Kammern 36 vorgese­ hen, die in Draufsicht gesehen (nicht dargestellt) an den Enden eines gleichseitigen Dreieckes liegen. Diese drei Kammern weisen jeweils eine Einzelmembrane 44 auf, die topfartig ausgebildet ist. Zu der Einzelkammer 36 ist ein Einlaß 37 vorgesehen. Dieser Einlaß versorgt alle drei Einzelkammern 36. Zu diesem Zweck ist das obere Ende des Einlasses 37 mit einem Querkanal verse­ hen, der zu den einzelnen Kammer führt.

Die Einlaßöffnung wird durch eine Zungendichtung 40 verschlossen, die lediglich in der Ansaugstellung das anzusaugende Medium durchläßt. Der Einzelkammer 36 ist ein Auslaß 38 nachgeschaltet. Dieser Auslaß weist eine Lippendichtung 39 auf, über die sichergestellt wird, daß in der einen Ansaugstellung kein Medium über die Lippendichtung in die Einzelkammer 36 gelangt. Es sei hier erwähnt, daß alle drei Einzelkammern einen gemein­ samen Auslaß 38 aufweisen. Zu diesem Zweck ist im Ge­ häuse ein Ringkanal 41 vorgesehen. Dieser Ringkanal verbindet die einzelnen Auslässe der Einzelkammern.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb. 10 ist ein Träger 42 vorgesehen, der den Magnetbereich 24 aufweist (vergl. auch Abb. 12). Dieser Träger 42 weist sternför­ mig angeordnete Arme 43 auf, an der die Membranen befe­ stigt sind.

Der Magnetbereich 24 weist drei Einzelmagnete auf, wie Abb. 12 zeigt, wobei die Einzelpole so angeordnet sind, daß sie gleichnamig angeordnet sind, daß sie alle mit dem gleichen Pol, also in eine Richtung weisen.

Der Magnetbereich 17 des Elektromotores 15 weist dahin­ gehend zwei Einzelmagnete auf, die ungleichnamig an­ geordnet sind; d. h., der eine Pol weist in die eine Richtung und der gleiche Pol des anderen Bereiches weist in die andere Richtung. Es sei hier erwähnt, daß der den Magnetbereich 24 tragende Träger 42 bei seiner Pumpbewegung eine Art Taumelbewegung ausführt. Wie zu erkennen ist, ist der Träger mit drei sternförmig an­ geordneten Armen 43 versehen, deren Ende jeweils mit der topfförmigen Membrane 44 verbunden ist. In der in Abb. 10 dargestellten Stellung liegen sich bei den obe­ ren gezeigten Kammern zwei gleiche Pole gegenüber; es erfolgt daher eine Abstoßbewegung. Die Membrane wird daher in die Kammer hineingedrückt, so daß das Volumen der Kammer verkleinert wird.

Bei den beiden anderen nicht dargestellten Einzelkam­ mern wird hingegen das Volumen der Pumpkammer durch die magnetischen Anziehungskräfte vergrößert, denn, wie die Abb. 12 und 13 zeigen, sind die beiden unteren Magnete zwar gleichpolig, es liegt zwischen ihnen jedoch ein andersgepolter Magnet, so daß über die anziehende Mag­ netkräfte eine Bewegung der Träger mit seinen unteren Armen 43 und den beiden Einzelmembranen 44 in Richtung auf den Elektromotor erfolgt.

Bei einer Drehbewegung um 30 Grad hingegen ist aufgrund der Elastizität der Membrane der Volumenraum der oberen Kammer etwas vergrößert, da im oberen Bereich die ab­ stoßende Magnetkraft verkleinert wird. Wie aus Abb. 12 und 13 zu erkennen ist, liegen jedoch bei einer Umdre­ hung um 30 Grad bei einer anderen Kammer zwei ungleich­ namige Pole des Magnetbereiches 17 und 24 genau gegen­ über, so daß dort das Volumen der Einzelkammer am größ­ ten wird. Bei einer weiteren Umdrehung um 30 Grad lie­ gen bei der dritten Kammer zwei gleichnamige Pole ge­ genüber, so daß dort die größte Volumenverminderung ei­ ner Einzelkammer erreicht wird.

Wie aus den Zeichnungen zu erkennen ist, wird bei ei­ ner einzigen Umdrehung der Drehwelle in jeder der Ein­ zelkammern ein vollständiger Zyklus erreicht, da nach­ einander ein ungleichnamiger Pol sowie ein gleichnami­ ger Pol des an der Drehwelle befestigten Magnetberei­ ches 17 die gleichnamig angeordneten Magnete des Mag­ netbereiches 24 der Membrane überstreicht. Bei dieser Drehbewegung führt der Drehträger 42 eine Taumelbewe­ gung durch.

Es sei hier noch erwähnt, daß die topfartige Membrane 44 auch unmittelbar einen Einzelmagnet aufnehmen kann, vergl. Abb. 14. Es würde dann der Träger 42 entfallen.

Bei geeigneter Wahl des Durchmesser des magnetischen Bereiches 1724 würden sich dann die dort vorhandenen Magnete unmittelbar den Magneten in den topfartigen Membranen gegenüberliegen, so daß nacheinander die ein­ zelnen Membrane ihre Pumpbewegungen durchführen können.

Die dargestellte Anordnung stellt somit eine 3fache Pumpe dar, deren Volumenströme sich phasenverschoben überlagern und somit eine pulsationsarme Förderung von gasförmigen Stoffen ermöglicht.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb. 15 weist die Mem­ branpumpe kein gemeinsames Gehäuse mehr auf, vielmehr wird durch eine nicht ferromagnetische Wand 45 der An­ trieb für die Pumpe von der Pumpe selber vollständig mechanisch getrennt, da durch die Wand 45 eine voll­ ständige Abdichtung der Pumpe der gegenüber dem Elek­ tromotor 15 möglich ist. Die Pumpe kann damit in einem Raum betrieben werden, der einen Betrieb des Motors in diesem selben Raum aus sicherheitstechnischen oder an­ deren Gründen nicht erlauben würden. Die Wirkungsweise der Pumpe ist wie bei der ersten Ausführungsabbildung 6. Die Pumpbewegung wird wiederum über die an- und ab­ stoßenden Magnetkräfte der beiden Magnetbereiche er­ zielt. Durch die besondere Anordnung der Magnete bzw. der Membrane wird die Drehbewegung des Motors in einer Antriebsbewegung für die Membrane ungewandelt und zwar, sei es in eine Hub-Bewegung, in eine Schwenkbewegung oder eine Taumelbewegung.

Wie bereits erwähnt, sind die dargestellten Ausfüh­ rungsformen nur beispielsweise Verwirklichungen der Er­ findung. Diese ist nicht darauf beschränkt. Vielmehr sind noch mancherlei Abänderungen und Anwendungen mög­ lich. Statt der vorhandenen Einzelmagnete in den beiden Magnetbereichen könnte die Membrane oder der Träger für den Magnetbereich des Elektromotors magnetisch be­ schichtet sein. Die Membrane könnte auch unmittelbar aus einem elastischen magnetischen Kunststoffbereich aufgebaut sein oder aber der auf der Membrane vorhan­ dene Träger aus magnetischem Kunststoff (magnetisches Polyamid). Weiterhin könnte die Pumpenanordnung noch so gewählt werden, daß das zweite Ende der Drehwelle eben­ falls aus dem Motor herausgeführt wird und dort einen magnetischen Bereich tragen würde. Diesem magnetischen Bereich würde dann wiederum eine zweite Membrane gegen­ überliegen, so daß auf diese Weise eine Doppelpumpe aufgebaut werden könnte, die einen einzigen gemeinsamen Antrieb hat. Wiederum wäre auch bei einer solchen An­ ordnung die verschleißfreie Übertragung der Drehkräfte in die Pumpkräfte gewährleistet. Bei diesem Ausfüh­ rungsbeispiel könnten beide Auslässe über einen Längs­ kanal verbunden sein, wobei der Längskanal für den ei­ nen Pumpenteil eine Verzögerungsleitung für das Medium bilden würde, um für den gemeinsamen Ausgang einen pul­ sationsfreien Gasausstoß zu haben. Es sei hier noch er­ wähnt, daß der Elektromotor als Gleichstrommotor ausge­ bildet sein kann, wobei der Antrieb über eine am Gehäu­ se der Pumpe befestigte Batterie erfolgen könnte. Die Motorzuleitungen selber sind in den Abbildungen nicht dargestellt. Schließlich sei noch erwähnt, daß durch die Veränderung der Drehgeschwindigkeit oder durch die unterschiedliche Anordnung der Magnete in dem magneti­ schen Bereich oder durch unterschiedliche Ausbildungen der Membrane erreicht werden kann, daß bei der Pumpbe­ wegung die Membrane resonanzmäßig eine größstmögliche Auslenkung in Achsrichtung der Drehwelle erfährt.

Bezugszeichenliste

11 Gehäuse
12 bis 14 Gehäuseabschnitt
15 Elektromotor
16 Drehwelle
17 Magnetbereich an 16
18 verdünnter Werkstoffbereich
19 Klemmring
20 Zylinderausnehmung
21 Pumpenkammer
22 Membrane
23 Trägerplatte für 22
24 Magnetbereich an 22
25 Auslaßöffnung
26 Einlaßöffnung
27 Einlaß
28 Auslaß
29 Ventilplatte
30 bewegbarer Dichtlappen (Auslaß)
31 bewegbare Dichtlappen (Einlaß)
32 Klammer
33 Einzelmagnete
34 Einzelkammern von 21
35 Steg in 21
36 Einzelkammer
37 Einlaß
38 Auslaß
39 Lippendichtung
40 Dichtzunge
41 Ringkanal
42 Träger
43 sternförmige Arme von 42
44 kopfförmige Membrane
45 Trennwand

Claims (23)

1. Elektrische Membranpumpe, insbesondere Mikro­ pumpe, zur Förderung von gasförmigen und/oder flüssigen Medien, mit einem Einlaß- und einem Aus­ laßventil, die in einem Pumpenraum münden, mit ei­ ner den Pumpenraum abdeckenden Membrane und mit einem Elektromotor mit einer Drehwelle, bei deren Drehung die Membrane bereichsweise anhebbar oder absenkbar ist und über das Einlaßventil Medium in den Pumpenraum und über das Auslaßventil aus dem Pumpenraum strömt, dadurch gekennzeichnet, daß der Membrane (22) ein magnetischer Bereich (24) zugeordnet ist und daß an dem der Membrane (22) gegenüberliegenden Ende der Drehwelle (16) ein magnetischer Bereich (17) angeordnet ist, hierbei überstreicht bei einer Bewegung der Dreh­ welle (16) deren Magnetbereich (17) den der Mem­ brane (22) derart, daß nach einem ersten Drehwin­ kel sich gleichnamige Magnetpole der beiden Mag­ netbereiche gegenüberliegen, während nach einem anderen Drehwinkel ungleichnamige Magnetpole ge­ genüberliegen.

2. Membranpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der der Membrane (22) zugeordnete Magnetbereich (24) Bestandteil der Membrane ist.

3. Membranpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in der Membrane (22) ein Magnetbe­ reich (24) eingebettet ist.

4. Membranpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Magnetbereich (24) eine Be­ schichtung der Membrane (22) bildet.

5. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetbereich (24) der Membrane (22) auf einem Trägerteil (23, 42) an­ geordnet ist, der seinerseits an der Membrane (22) befestigt ist.

6. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetpole des der Membrane (22) zugeordneten Magnetbereiches alle jeweils mit dem gleichen Pol in Richtung nach dem Magnetbereich (17) der Drehwelle (16) weisen, wäh­ rend dessen Magnetpole abwechselnd gepolt in Rich­ tung der Membrane weisen.

7. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpenkammer (21) durch einen Steg (35) in zwei Teile (34) mit je­ weils einem Einlaß (26) und einem Auslaß (25) un­ terteilt ist, hierbei liegt die Membrane (22) die beiden Teilkammern (34) voneinander abdichtend auf dem Steg (35) auf, wobei bei einer Drehbewegung der Welle (16) der der Membrane (22) zugeordnete Magnetbereich (24) mit der Membrane eine Schwenk­ bewegung um den die Schwenkachse bildenden Steg (35) ausführt.

8. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpenkammer (21) in mehrere Einzelkammern (34; 36) unterteilt ist, die jeweils durch ein eigenes Membranteil (44) ab­ gedeckt sind, dem jeweils ein Magnet (33) zugeord­ net ist, hierbei weisen die Magnete (33) des einen Magnetbereiches (24) mit dem gleichen Pol nach dem Magnetbereich (17), dessen Magnete abwechselnd ge­ polt sind.

9. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Einzelmagnet (33) in einer Aufnahme der Einzelmembrane (44) eingela­ gert ist.

10. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpenkammer (21) drei Einzelpumpkammern (36) aufweist, die in Draufsicht an den Enden eines gleichseitigen Drei­ eckes angeordnet sind und daß der den Magnetbe­ reich (24) der Einzelmembrane gegenüberliegende Magnetbereich (17) zwei Magnete trägt.

11. Membranpumpe nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der der Einzelmembrane (44) zugeord­ nete Einzelmagnet (33) an einem Trägerteil (42) vorgesehen ist, das seinerseits mit der Einzelmem­ brane (44) verbunden ist.

12. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelmembrane (44) als Membrantopf (44) ausgebildet ist, dessen den Magnet bzw. die Verbindungsstelle zum Träger­ (42) bildendes Deckelteil die Einzelkammer (36) abdeckt, wobei ein Wandungsbereich der Membrane (44) als eine die Einlaßöffnung (26) abdeckende Ventilzunge (40) ausgestaltet ist.

13. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelkammern (36) einen gemeinsamen Einlaßkanal (37) aufweisen und über einen Ringkanal (41) einen gemeinsamen Aus­ laßkanal (38).

14. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaß (38) jeder Einzelkammer (36) über eine Lippendichtung (39) in Richtung einer Einlaßströmung verschließbar ist.

15. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Enden der Drehwelle (16) des Elektromotors (15) jeweils ein magnetischer Bereich (17) zugeordnet ist, die bei­ de jeweils mit einem einer an einen Pumpenraum (21) abdeckenden Membrane (22) angeordneten magne­ tischen Bereich zusammenarbeiten.

16. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Pumpenkam­ merauslässe hinter dem jeweiligen Auslaßventil zu­ sammengefaßt sind und daß der Auslaß der einen Pumpenkammer über einen eine Verzögerungsleitung bildenden Verbindungskanal zu dem Auslaß der ande­ ren Pumpenkammer führt, hierbei ist die Länge des Gasweges bzw. des Verbindungskanales so gestaltet, daß die gemeinsame Auslaßströmung nahezu pulsati­ onsfrei erfolgt.

17. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpenkammer (21) und der Antriebsmotor (15) über eine nicht ferro­ magnetische Wand (45), die bereichsweise zwischen den beiden Magnetbereichen (17, 24) liegt, vonei­ nander mechanisch getrennt ist.

18. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl des Elek­ tromotores und/oder die Anzahl der Pole auf den Magnetbereichen und/oder der Abstand der beiden Magnetbereiche (17, 24) so ausgelegt ist, daß die Membrane (22) aufgrund ihres Resonanzverhaltens hohe Auslenkungen in axialer Richtung der Drehwel­ le gesehen, aufweist.

19. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (11) der Membranpumpe in drei Abschnitte (12, 13, 14) unter­ teilt ist, hierbei weist der erste Gehäuseab­ schnitt (13) den Elektromotor (15) auf, der zwei­ te Abschnitt (13) die Pumpenkammer (21) und der dritte Gehäuseabschnitt (14) wenigstens den Pum­ penauslaß (25).

20. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuseabschnitte (12, 13, 14) bezüglich der Drehachse (16) radial voneinander getrennt sind.

21. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem ersten und zweiten Gehäuseabschnitt (12, 13) die Membrane (22) gehaltert ist und zwischen dem zweiten und dritten Gehäuseabschnitt (13, 14) eine elastische Ventilplatte (29).

22. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen axialen Gehäuseabschnitte (12, 13, 14) durch wenigstens zwei Klammern (32) zusammengehalten sind.

23. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (15) im ersten Gehäuseabschnitt (12) durch einen Klemm­ ring (19) gehaltert ist.