EP1219833B1 - Membranpumpe - Google Patents

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EP1219833B1
EP1219833B1 EP01100206A EP01100206A EP1219833B1 EP 1219833 B1 EP1219833 B1 EP 1219833B1 EP 01100206 A EP01100206 A EP 01100206A EP 01100206 A EP01100206 A EP 01100206A EP 1219833 B1 EP1219833 B1 EP 1219833B1
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EP
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diaphragm
pump chamber
pump
wall
connecting rod
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Medela Holding AG
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Medela Holding AG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B43/00—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B43/00—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members
    • F04B43/0009—Special features
    • F04B43/0054—Special features particularities of the flexible members
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B45/00—Pumps or pumping installations having flexible working members and specially adapted for elastic fluids
    • F04B45/04—Pumps or pumping installations having flexible working members and specially adapted for elastic fluids having plate-like flexible members, e.g. diaphragms
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2225/00—Synthetic polymers, e.g. plastics; Rubber

Definitions

  • the present invention relates to a diaphragm pump according to the preamble of claim 1.
  • Diaphragm pumps of this type are known for a wide variety of applications. Since today's diaphragm pumps in the pump room have to make do with relatively large dead spaces, powerful diaphragm pumps are not suitable for further reducing their dimensions.
  • a diaphragm pump in which the provided in a base plate wall of the pump chamber extends from a central planar bottom portion of conically widening towards the side edge.
  • US-A-4,231,287 and US-A-5 699 717 disclose diaphragm pumps with in the rear wall of the membrane in the region above the side edge of the pump chamber arranged circular recesses.
  • Object of the present invention is to provide a diaphragm pump of the type defined, which can provide maximum performance even with the smallest dimensions.
  • a powerful diaphragm pump with reduced compared to the prior art dimensions can thus be installed in devices in which more and more miniaturization is required. It has now surprisingly been found that the stated object can be achieved according to the invention in a diaphragm pump of the type defined by the features of claim 1.
  • the pump brings their work immediately on the power stroke, i. as soon as the plunger moves with the diaphragm from top dead center.
  • the drawing shows purely schematically a diaphragm pump as a suction pump, in which an electric motor 1 via a crank drive 2, 3 drives a connecting rod 4 by motor, wherein at the end of the connecting rod 4, a pump diaphragm 5 is arranged, which spans a provided in a base plate 6 pump chamber 7.
  • the plate-shaped pump chamber 7 has a central bottom section 7 'and a conically widening wall section 7 ", which extends up to the side edge 8.
  • the membrane itself is made of elastic material, eg silicone with a hardness of about 80 Shore and is relatively thick compared to conventional membranes.
  • the membrane 5 has on its rear wall a circular recess 9 and an additional concentric groove 10, wherein the recess 9 in the region above the transition of the flat bottom portion 7 'of the pump chamber 7 and the conically widening wall portion 7 "is rear Groove 10 is in the area above the side edge 8 of the pump chamber.
  • the position of the diaphragm 5 shown in Figure 1 at the bottom dead center corresponds to the position of the inherently stiff elastic membrane in the rest position.
  • the membrane 5 Upon movement of the plunger 4 in the direction of the top dead center, the membrane 5 deforms in the recesses 9 and 10 to tight against the wall of the pump chamber 7 create (when reaching the top dead center).
  • the elastic material is biased, wherein the recesses 9 and 10 form a kind of hinges.
  • the diaphragm pump 5 Since practically no dead spaces remain in the pump chamber 7 and, moreover, the connection channels in the base plate 6 are kept extremely short and thus small-volume up to the valves, the diaphragm pump 5 operates efficiently immediately after the start of the suction stroke.
  • valves themselves are arranged in a very thin valve plate 12.
  • the novel diaphragm pump can be kept extremely small, for example, in comparison with the drive motor. It is thus particularly suitable for use with miniaturized devices (eg battery-operated breast pumps).
  • FIG. 2 of the drawing shows the pump diaphragm 5 at the top dead center of the connecting rod 4, i. at the end of the ejection stroke.
  • the membrane 5 fills practically the entire pump chamber 7 (no dead space).
  • the hinge-like recesses 9 and 10 are “compressed” in this position, so that the outer regions of the membrane are resiliently biased. Thanks to this bias, the movement of the connecting rod 4 back to the bottom dead center is supported (energy saving).

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Reciprocating Pumps (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Membranpumpe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Membranpumpen dieser Art sind für die verschiedensten Anwendungen bekannt. Da heutige Membranpumpen im Pumpenraum mit relativ grossen Toträumen auskommen müssen, sind leistungsfähige Membranpumpen nicht dazu geeignet, in ihren Abmessungen weiter reduziert zu werden.
  • Membranpumpen der eingangs genannten Art sind aus US-A-5 776 098 und DE-U-94 10 116 bekannt.
  • Aus DE-A-40 26 670 und DE-U-295 14 009 ist eine Membranpumpe bekannt, bei der die in einer Grundplatte vorgesehene Wand des Pumpenraumes von einem zentralen ebenen Bodenabschnitt aus sich konisch erweiternd zum Seitenrand hin verläuft.
  • US-A-4 231 287 und US-A-5 699 717 offenbaren Membranpumpen mit in der Rückwand der Membran im Bereich über dem Seitenrand des Pumpenraums angeordneten, kreisförmig verlaufenden Vertiefungen.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Membranpumpe der eingangs definierten Art zu schaffen, welche auch bei kleinsten Abmessungen ein Maximum an Leistung erbringen kann. Eine derart leistungsfähige Membranpumpe mit im Vergleich zum Stand der Technik reduzierten Abmessungen kann somit in Geräte eingebaut werden, bei denen immer mehr Miniaturisierung verlangt wird. Es hat sich nun überraschenderweise gezeigt, dass die gestellte Aufgabe bei einer Membranpumpe der eingangs definierten Art erfindungsgemäss durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst werden kann.
  • Dank der besonderen Ausgestaltung der Membran lässt sich ein Totraum im oberen Totpunkt (OTP), d.h. beim Ausstossen, erreichen, welcher praktisch null ist. Dies war bei bisherigen Membranpumpen nicht möglich.
  • Besondere Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes sind in den abhängigen Ansprüchen definiert. Daraus ergibt sich, dass bei geschickter Anordnung der Pumpenventile in der Grundplatte praktisch kein Totraum verbleibt.
  • Da sich die Membran im oberen Totpunkt des Pleuels dicht an die Pumpenraumwand anlegt und so dort kein Totraum verbleibt und zudem die Toträume bis zu den eigentlichen Ventilen sehr klein gehalten werden können, bringt die Pumpe ihre Arbeitsleistung sofort beim Arbeitshub, d.h. sobald sich der Stössel mit der Membrane aus dem oberen Totpunkt bewegt.
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels noch etwas näher erläutert.
  • Es zeigt:
    • Fig. 1
    eine erfindungsgemässe Membranpumpe im Schnitt, mit der Membran im unteren Totpunkt, d.h. am Ende des Ansaughubes, und
    Fig. 2
    eine entsprechende Darstellung mit dem Pleuel und der Membrane im oberen Totpunkt, d.h. am Ende des Ausstosshubes.
  • Die Zeichnung zeigt rein schematisch eine Membranpumpe als Saugpumpe, bei welcher ein Elektromotor 1 über einen Kurbeltrieb 2, 3 einen Pleuel 4 motorisch antreibt, wobei am Ende des Pleuels 4 eine Pumpenmembran 5 angeordnet ist, welche einen in einer Grundplatte 6 vorgesehenen Pumpenraum 7 überspannt. Der tellerförmige Pumpenraum 7 weist einen zentralen Bodenabschnitt 7' und einen sich von diesem konisch erweiternden Wandabschnitt 7" auf, welcher sich bis zum Seitenrand 8 hin erstreckt. Die Membran selbst besteht aus elastischem Material, z.B. Silikon mit einer Härte von ca. 80 Shore und ist im Vergleich zu üblichen Membranen relativ dick.
  • Die Membran 5 weist auf ihrer Rückwand eine kreisförmig verlaufende Vertiefung 9 auf sowie eine zusätzliche konzentrische Nut 10, wobei die Vertiefung 9 im Bereich über dem Uebergang des ebenen Bodenabschnittes 7' des Pumpenraums 7 und des sich davon konisch erweiternden Wandabschnittes 7" liegt. Die zweite rückseitige Nut 10 liegt im Bereich über dem Seitenrand 8 des Pumpenraumes 7.
  • Die in Figur 1 gezeigte Stellung der Membran 5 im unteren Totpunkt entspricht der Stellung der eigensteifen elastischen Membran in Ruhestellung. Bei Bewegung des Stössels 4 in Richtung des oberen Totpunktes verformt sich die Membran 5 in den Vertiefungen 9 bzw. 10 um sich dicht gegen die Wandung des Pumpenraumes 7 anzulegen (bei Erreichen des oberen Totpunktes). Dabei wird das elastische Material vorgespannt, wobei die Vertiefungen 9 und 10 eine Art Scharniere bilden.
  • Wie aus Figur 2 hervorgeht, erlaubt diese Konstruktion ein dichtes Anlegen der Membran 5 gegen die Wandung des Pumpenraumes 7, so dass praktisch im Pumpenraum im oberen Totpunkt keine Toträume verbleiben.
  • Beim Ansaughub, d.h. beim Entfernen der Membran aus dem oberen Totpunkt wird das Vakuum erzeugt und die Bewegung dabei durch die elastisch vorgespannte Membran 5 unterstützt, was den Energieverbrauch vermindert.
  • Da im Pumpenraum 7 praktisch keine Toträume verbleiben und zudem die Verbindungskanäle in der Grundplatte 6 bis zu den Ventilen äusserst kurz und somit kleinvolumig gehalten sind, arbeitet die Membranpumpe 5 unmittelbar nach Beginn des Saughubes effizient.
  • Die Ventile selbst sind in einer sehr dünnen Ventilplatte 12 angeordnet.
  • Aus der Zeichnung geht hervor, dass die neuartige Membranpumpe z.B. in Vergleich mit dem Antriebsmotor äusserst klein gehalten werden kann. Sie eignet sich somit insbesondere für die Anwendung bei miniaturisierten Geräten (z.B. batteriebetriebenen Brustpumpen).
  • Figur 2 der Zeichnung zeigt die Pumpenmembran 5 im oberen Totpunkt des Pleuels 4, d.h. am Ende des Ausstosshubes. Die Membran 5 füllt dabei praktisch den ganzen Pumpenraum 7 aus (kein Totraum).
  • Die scharnierartigen Vertiefungen 9 bzw. 10 sind in dieser Stellung "zusammengedrückt", so dass die äusseren Bereiche der Membran elastisch vorgespannt sind. Dank dieser Vorspannung wird die Bewegung des Pleuels 4 zurück zum unteren Totpunkt unterstützt (Energieeinsparung).

Claims (4)

  1. Membranpumpe als Saugpumpe, insbesondere zur Erzeugung eines Vakuums, mit einer über einen Kurbeltrieb (2, 3) mittels Pleuel (4) motorisch angetriebenen elastischen Pumpenmembran (5), welche einen in einer Grundplatte (6) vorgesehenen Pumpenraum (7) überspannt, wobei die in der Grundplatte (6) vorgesehene Wand des Pumpenraumes (7) von einem zentralen Bodenabschnitt aus sich sphärisch erweiternd zum Seitenrand (8) hin verläuft und die den Pumpenraum (7) überspannende Membran (5) derart ausgebildet und angeordnet ist, dass sie sich im oberen Totpunkt (OTP) des Pleuels (4) an die gesamte Pumpenraumwand (7', 7") und deren Seitenrand (8) im wesentlichen dicht anlegt, so dass im OTP des Pleuels (4) praktisch kein Totraum verbleibt, wobei die Membran (5) aus im wesentlichen eigensteifem elastischem Material vorbestimmter Dicke und Konfiguration besteht und deren Verformung unter gleichzeitiger Vorspannung zwecks Anpassung an die Pumpenraumwand (7', 7") und den Seitenrand (8) des Pumpenraumes (7) beim Pleuelhub in Richtung des OTP durch mindestens eine kreisförmig verlaufende Vertiefung (9) in der Rückwand der Membran (5) gewährleistet ist, welche Vertiefung ein elastisch vorspannbares Scharnier bildet, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Grundplatte (6) vorgesehene Wand des Pumpenraumes (7) von einem zentralen ebenen Bodenabschnitt (7') aus sich konisch erweiternd zum Seitenrand (8) hin verläuft und die kreisförmige Vertiefung (9) in der Membranrückwand im Bereich über dem Übergang des ebenen Bodenabschnittes (7') des Pumpenraums (7) und des sich konisch erweiternden Wandabschnittes (7") liegt.
  2. Membranpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere kreisförmig verlaufende Vertiefung (10) in der Rückwand der Membran (5) vorgesehen ist, welche konzentrisch zur ersten Vertiefung (9) im Bereich über dem Seitenrand (8) des Pumpenraums (7) verläuft.
  3. Membranpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Bodenabschnitt (7') des Pumpenraumes (7) Einlass- und Auslassventile vorgesehen sind, wobei die Ventile auf der Rückseite der im Bereich des genannten Bodenabschnittes (7') dünnwandigen Grundplatte (6) angeordnet sind, so dass minimale Toträume zwischen Ventilen und dem Pumpenraum (7) verbleiben.
  4. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (5) aus Silikon besteht und eine Härte von ca. 80 Shore aufweist.
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