WO2002053914A1 - Membranpumpe - Google Patents

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
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    • F04B45/04—Pumps or pumping installations having flexible working members and specially adapted for elastic fluids having plate-like flexible members, e.g. diaphragms
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    • 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 as a suction pump, in particular for generating a vacuum, with an elastic pump diaphragm which is driven by a crank mechanism by means of a connecting rod and which spans a pump chamber provided in a base plate.
  • 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.
  • the object of the present invention is to provide a diaphragm pump of the type defined in the introduction which can achieve maximum performance even with the smallest dimensions.
  • a diaphragm pump with reduced dimensions compared to the prior art can thus be installed in devices where more and more miniaturization is required.
  • the object set for a diaphragm pump of the type defined at the outset can be achieved according to the invention by the features of the characterizing part of claim 1.
  • Fig. 1 shows a membrane pump according to the invention in section, with the membrane at bottom dead center, i.e. at the end of the intake stroke, and
  • Fig. 2 shows a corresponding representation with the connecting rod and the diaphragm at top dead center, i.e. at the end of the ejection stroke.
  • the drawing shows, purely schematically, a diaphragm pump as a suction pump, in which an electric motor 1 drives a connecting rod 4 by means of a crank mechanism 2, 3, a pump diaphragm 5 being arranged at the end of the connecting rod 4 and having a pump chamber 7 provided in a base plate 6 spans.
  • the plate-shaped pump chamber 7 has a central base section 7 1 and from this conically widening turn 7 ′′, which extend as far as the side edge 8.
  • the membrane itself consists of elastic material, for example silicone with a hardness of approximately 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, the groove 9 lying approximately in the area above the transition of the flat bottom section 7 'of the pump chamber and the conically widening wall section 7 ".
  • the second back groove 10 is located in the area above the side edge 8 of the pump chamber 7.
  • the position of the membrane shown in FIG. 1 at bottom dead center corresponds to the position of the inherently rigid elastic membrane in the rest position.
  • the membrane deforms in the recesses 9 or 10 in order to fit tightly against the wall of the pump chamber 7 (when top dead center is reached).
  • the elastic material is prestressed, the recesses 9 and 10 forming a kind of hinge.
  • this construction allows the membrane to be placed tightly against the wall of the pump chamber 7, so that practically no dead spaces remain in the pump chamber at the top dead center.
  • the diaphragm pump works efficiently immediately after the start of the suction stroke.
  • valves themselves are arranged in a very thin valve plate 12.
  • FIG. 1 shows that the novel diaphragm pump can be kept extremely small, for example in comparison with the drive motor. It is therefore particularly suitable for use with miniaturized devices (eg battery-operated breast pumps).
  • Figure 2 of the drawing shows the pump membrane 5 at the top dead center of the connecting rod 4, ie at the end of the ejection stroke. The membrane 5 fills practically the entire pump chamber 7 (no dead space).
  • the hinge-like depressions 9 and 10 are “compressed” in this position, so that the outer regions of the membrane are elastically prestressed. Thanks to this preload, the movement of the connecting rod 4 back to bottom dead center is supported (energy saving).
  • Membrane pump as a suction pump, in particular for generating a vacuum, with an elastic pump membrane driven by a crank mechanism by means of a connecting rod, which spans a pump space provided in a base plate, characterized in that the wall of the pump space provided in the base plate extends from a central, flat bottom section extends conically towards the side edge and the diaphragm spanning the pump chamber is designed and arranged in such a way that in the top dead center (OTP) of the connecting rod it is essentially tight against the entire pump chamber wall and its side edge, so that it is practical in the OTP of the connecting rod no dead space remains, the membrane consisting of essentially inherently rigid elastic material of predetermined thickness and configuration and its deformation with simultaneous pretensioning in order to adapt to the pump chamber wall and the side edge of the pump chamber during the connecting rod stroke in the direction of the OTP by minde at least a circular depression is guaranteed in the rear wall of the membrane, which depression forms an elastically pretensionable hinge.
  • Diaphragm pump according to claim 1 characterized in that the circular recess in the diaphragm rear wall lies approximately in the area above the transition of the flat bottom section of the pump chamber and the conically widening wall section.
  • Diaphragm pump according to claim 1 or 2 characterized in that a further circular recess is provided in the rear wall of the membrane, which runs concentrically to the first recess in the area above the side edge of the pump chamber. 4. Diaphragm pump according to one of claims 1 to 3, characterized in that inlet and outlet valves are provided in the bottom section of the pump chamber, the valves being arranged on the back of the thin-walled base plate in the area of the said bottom section, so that minimal dead spaces between valves and the pump chamber remain.
  • Diaphragm pump according to one of claims 1 to 4 characterized in that the membrane consists of silicone and e.g. has a hardness of approx. 80 shore.

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Abstract

Die Membransaugpumpe weist in einer Grundplatte (6) einen Pumpenraum (7) auf, dessen Wand von einem zentralen ebenen Bodenabschnitt (7') aus sich konisch erweiternd zum Seit enrand (8) erstreckt. Die den Pumpenraum (7) überspannende elastische Pumpenmembran (5) ist so ausgebildet, dass sie sich im OTP des Antriebspleuels (4) an die gesamte Pumpenraumwand dicht anlegt. Die Membran (5) besteht aus engensteifem elastischen Material and weist rückseitige Vertiefungen (9; 10) auf, welche bei Betätigung der Membran (5) elastisch vorspannbare Scharniere bilden.

Description

Membranpumpe
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Membranpumpe als Saugpumpe, insbesondere zur Erzeugung eines Vakuums, mit einer über einen Kurbeltrieb mittels Pleuel motorisch angetriebenen elastischen Pumpenmembran, welche einen in einer Grundplatte vorgesehenen Pumpenraum überspannt.
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.
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 kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 gelöst werden kann.
Dank der besonderen Ausgestaltung der Membran lässt sich ein Totraum im oberen Totpunkt (OTP) , d.h. beim Ausstossen, errei- chen, 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 Toträum 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 Aus- stosshubes .
Die Zeichnung zeigt rein schematisch eine Membranpumpe als Saugpumpe, bei welcher ein Elektromotor 1 über einen Kurbel- trieb 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 71 und sich von diesem konisch erweiternde Wende 7" auf, welche sich bis zum Seitenrand 8 hin erstrecken. 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 Nut 9 etwa im Bereich über dem Uebergang des ebe- nen Bodenabschnittes 7' des Pumpenraums und der sich davon konisch erweiternden Wandabschnittes 7" liegt. Die zweite rück- seitige Nut 10 liegt im Bereich über dem Seitenrand 8 des Pumpenraumes 7.
Die in Figur 1 gezeigte Stellung der Membran im unteren Totpunkt entspricht der Stellung der eigensteifen elastischen Membran in Ruhestellung. Bei Bewegung des Stossels 4 in Richtung des oberen Totpunktes verformt sich die Membran 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 Ver- tief ngen 9 und 10 eine Art Scharniere bilden.
Wie aus Figur 2 hervorgeht, erlaubt diese Konstruktion ein dichtes Anlegen der Membran 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 praktisch keine Toträume verbleiben und zudem die Verbindungskanäle in der Grundplatte bis zu den Ventilen äusserst kurz und somit kleinvolumig gehalten sind, arbeitet die Membranpumpe 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) .
Patentansprüche
1. Membranpumpe als Saugpumpe, insbesondere zur Erzeugung eines Vakuums, mit einer über einen Kurbeltrieb mittels Pleuel motorisch angetriebenen elastischen Pumpenmembran, welche einen in einer Grundplatte vorgesehenen Pumpenraum überspannt, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Grundplatte vorgesehene Wand des Pumpenraumes von einem zentralen ebenen Bodenabschnitt aus sich konisch erweiternd zum Seitenrand hin verläuft und die den Pumpenraum überspannende Membran derart ausgebildet und angeordnet ist, dass sie sich im oberen Totpunkt (OTP) des Pleuels an die gesamte Pumpenraumwand und deren Seitenrand im wesentlichen dicht anlegt, so dass im OTP des Pleuels praktisch kein Totraum verbleibt, wobei die Membran aus im wesentlichen eigensteifem elastischem Material vorbestimmter Dicke und Konfiguration besteht und deren Verformung unter gleichzeitiger Vorspannung zwecks Anpassung an die Pumpenraumwand und den Seitenrand des Pumpenraumes beim Pleuelhub in Richtung des OTP durch mindestens eine kreisförmig verlaufende Vertiefung in der Rückwand der Membran gewährleistet ist, welche Vertiefung ein elastisch vorspannbares Scharnier bildet.
2. Membranpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die kreisförmige Vertiefung in der Membranrückwand etwa im Bereich über dem Uebergang des ebenen Bodenabschnittes des Pum- penraums und des sich konisch erweiternden Wandabschnittes liegt .
3. Membranpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere kreisförmig verlaufende Vertiefung in der Rückwand der Membran vorgesehen ist, welche konzentrisch zur ersten Vertiefung im Bereich über dem Seitenrand des Pumpenraums verläuft . 4. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Bodenabschnitt des Pumpenraumes Einlassund Auslassventile vorgesehen sind, wobei die Ventile auf der Rückseite der im Bereich des genannten Bodenabschnittes dünnwandigen Grundplatte angeordnet sind, so dass minimale Toträume zwischen Ventilen und dem Pumpenraum verbleiben.
5. Membranpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran aus Silikon besteht und z.B. eine Härte von ca. 80 Shore aufweist.
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