WO2013004516A1 - Membran zum fördern von medien - Google Patents

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WO2013004516A1
WO2013004516A1 PCT/EP2012/062016 EP2012062016W WO2013004516A1 WO 2013004516 A1 WO2013004516 A1 WO 2013004516A1 EP 2012062016 W EP2012062016 W EP 2012062016W WO 2013004516 A1 WO2013004516 A1 WO 2013004516A1
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WO
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working
support
working diaphragm
diaphragm
membrane
Prior art date
Application number
PCT/EP2012/062016
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English (en)
French (fr)
Inventor
Wolfram Knis
Oliver PRIESSNITZ
Christoph Waletzek
Godehard Nentwig
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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Priority to BR112013033838A priority patent/BR112013033838A2/pt
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Priority to CN201280032790.0A priority patent/CN103688055B/zh
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Classifications

    • 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
    • F04B43/02—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having plate-like flexible members, e.g. diaphragms

Definitions

  • Operating media working membranes are mainly used from elastomeric materials.
  • these delivery units in particular diaphragm pumps, for example, operating / auxiliary materials or operating media, such as reducing agents such as an aqueous urea solution, such as those used in exhaust aftertreatment systems for reducing NO x components of the exhaust gas can be promoted.
  • working membranes which are mainly made of elastomeric materials, but is limited to rather low pressure ranges up to 6 bar.
  • working membranes have the purpose, by coupled mechanical components, which are connected to an actuator, an oscillating, constantly changing
  • the working membranes used for this purpose are usually locked by an intermediate plate and a housing and are sealed to the outside.
  • the working diaphragm To perform the conveying movement, the working diaphragm must have elastic portions which deform when the movement is carried out. These areas of Working membranes are, however, mechanically stressed and have only a limited life. Furthermore, the elastic regions of the working diaphragm buckle like a balloon under pressure differences, so that the delivery volume is dependent on the pressure.
  • a working diaphragm for the volumetric delivery of fluid media which is essentially disc-shaped, the region in which the membrane elastically deforms, and the highest mechanical
  • Loads on the delivery stroke occur to stabilize with a support element.
  • the stability of the working membrane can be further improved by additionally reinforcing it with metal inserts, fibers and / or fabric inserts.
  • the support element is mushroom or tulip-shaped.
  • the support disc or a support cuff can be made of metallic materials such as sheet metal, stainless steel or even of plastics, such as thermoplastics. In the stroke movement of the working diaphragm, an element space is not increased with increasing pressure and the volume of the Element space remains the same because the support disc prevents deformation of the soft elastomer part.
  • Support element such as a support disk or a
  • Supporting cuff is between two components, a housing part and a
  • a sealing of the working membrane can be achieved by a trained in the edge region of the working diaphragm radial sealing bead.
  • This source space is provided in an advantageous manner between a sealing bead and a barrier rib and allows swelling of the
  • the support element for example in the form of a support disc or a support cuff, can be pressed on, screwed on, welded on or also glued.
  • the support element is pressed from below onto an armature or piston, on the upper side of which the membrane is located, and thus does not have to be injected into the rubber material or arranged in the element space. This prevents the occurrence of a seal interruption in an otherwise provided arrangement in the element space, which forcibly leads to leakage or damage.
  • the armature or piston is part of an actuator with which a lifting movement is generated and transmitted to the working diaphragm.
  • the edge of the support disc is rounded, wherein the radius of the rounding is selected so that the working diaphragm is unrolled at a stroke by the armature or piston at the radius.
  • the support element supporting the membrane on the underside can be produced as a support cuff.
  • This component can be made of metallic material, for example by means of stamping and bending technology.
  • the advantage of the support cuff is the fact that this one substantial improvement of the assembly allows, as a more flexible wall widening is possible. If additional slits are provided in the wall area of the support cuff, the assembly forces can be varied. There is also the possibility of providing additional embossments in the radius region on the inside of the tulip-shaped support element and thus achieving additional reinforcement of the surfaces receiving the pressure.
  • the working membrane proposed according to the invention is characterized in particular by the fact that it can be used for pressures> 6 bar and has a long service life, especially in applications in the automotive sector. It can be achieved volumetric delivery, so that a waiver of a pressure sensor is possible.
  • a support member such as a support disc or a support cuff working membrane, a temperature-independent delivery behavior without the described balloon effects, especially at high
  • the membrane nestles during the entire stroke by the anchor to the
  • the working membrane can be reinforced by the introduction of metal inserts, fibers and / or tissue insertion. This further improves the pressure resistance of the membrane and significantly prolongs the life of the working membrane.
  • Figure 1 is a working membrane, supported by an anchor recorded
  • FIG. 2 shows the working diaphragm supported by a support element in the installed state
  • FIG. 3 shows a working membrane, supported by a support cuff
  • Figure 4 is a perspective view of the provided with embossments and slits
  • Figure 5 is a perspective reproduction of a provided with embossed
  • FIG. 1 shows a working diaphragm which is supported by a disk-shaped support element accommodated on an armature.
  • Figure 1 shows a working membrane 14 which is received by an undercut 16 fixed to an anchor head 12 of an armature 10. The connection between the
  • Working membrane 14 and the anchor head 12 of the armature 10 can be done for example by vulcanization.
  • the armature 10 transmits a lifting movement to the working diaphragm 14, by which it deforms in the elastic regions 26.
  • a support disc 18 is accommodated on the armature 10.
  • the connection between the armature 10 and the support plate 18 via a press connection, welded joint, adhesive connection and / or screw 20.
  • the edges of the support plate 18 are provided with a Abrollradius 48.
  • the edge 22 of the working membrane 14 is reinforced and encloses a recess 24.
  • the working membrane 14 can be additionally by the introduction of metal inserts, fibers and / or of
  • FIG. 2 shows the working diaphragm 14, which is received by the undercut 16 fixed to the anchor head 12 of the armature 10, in a built-in between a housing part 31 and an intermediate plate 30 state 28.
  • the support disc 18 is received.
  • the armature 10 is guided through an opening 51 in the housing part 31.
  • the housing part 31 further has a trough-shaped recess 52, which provides sufficient space for receiving the support plate 18 and a cavity 50.
  • the underside 36 of the working diaphragm 14 rests on a bearing surface 38 of the housing part 31.
  • the intermediate plate 30 is arranged.
  • the thickened edge 22 of the working diaphragm 14 serves as a sealing bead 44 and limited together with the at the
  • Intermediate plate 30 arranged separating rib 46, the intermediate plate 30 and the recess 24 a source space 40. If the working diaphragm 14 due to a recording of the pumped medium swell or expand due to an increase in temperature, the additional volume is absorbed by the source space 40.
  • the separating ribs 46, the upper side 34 of the working diaphragm 14 and the intermediate plate 30 form an element space or displacement 32 above the working diaphragm 14.
  • Element space 32 and the cavity 50 are adapted to the required stroke of the armature 10 and to the required delivery volume. This delivery volume remains almost constant even with temperature and / or pressure changes. A thermal expansion of the working diaphragm 14 is taken up the source space 40, pressure-related
  • FIG. 3 shows a further embodiment of the invention, in which the
  • FIG. 3 shows the working membrane 14 which is received by the undercut 16 fixed to the anchor head 12 of the armature 10. During a lifting movement by the armature 10, the working diaphragm 14 deforms in the elastic regions 26. To stabilize the
  • Working membrane 14 is a support cuff 54 is arranged on the armature 10.
  • the support cuff 54 is preferably fastened by a press connection in which a collar 62 of the support cuff 54 is pressed against the anchor 10.
  • the position of the support cuff 54 is selected so that the underside 36 of the elastic region 26 of the working membrane 14 rests against the support side 64 of the support cuff 54.
  • the edge 22 of the working diaphragm 14 is reinforced and encloses a recess 24, as described in the previous embodiments.
  • FIG. 4 shows a perspective view of the support cuff provided with embossments and slits from the underside.
  • FIG. 4 shows the support cuff 54 in a perspective view from below.
  • the support cuff 54 has a support surface 64.
  • the support surface 64 is bent in the region of the edge 66 to the bottom. In the middle of the support cuff 54, the support surface 64 is in a strong bend in the collar 62 on.
  • Bending radius is in the range of the thickness of the material.
  • the collar 62 is configured so that the support cuff 54 can be connected to the collar 62 by pressing with the anchor 10.
  • the support cuff 54 is positioned so that it is pushed from below against the anchor head 12 and supports the bottom 37 of the working membrane 14.
  • the support cuff is preferably formed by a stamping and bending technique. This allows the wall widening of the collar 62 to be adjusted flexibly.
  • the insertion force is preferably achieved by placing relief slots 58 in the
  • Transition region of the collar 62 in the support surface 64 and / or in the collar 62 further varies.
  • three relief slots 58 are arranged, wherein between two relief slots 58, an angle of 120 °
  • the Support cuff 54 three reinforcing embossments 56, which are designed here as oval grooves.
  • the three reinforcing embossments 56 are arranged around the collar 62, with an angle of 120 ° between two reinforcing embossings
  • the reinforcing embossings 56 can also be embodied in other shapes, for example as straight grooves extending over the bend between the bearing surface 64 and the collar 62. Likewise, a larger or smaller number of reinforcing embossments 56 can be applied.
  • Fig. 5 is a perspective view of the embossed
  • FIG. 5 shows a further embodiment of the support cuff 54 in one
  • the support cuff 54 has a bearing surface 64, which is bent in the region of the edge 66 towards the bottom.
  • the collar 62 is formed in the center of the support surface 64 by strong bending of the material.
  • three reinforcing embossings 56 designed as oval grooves are arranged in the embodiment variant shown here. As already explained for the preceding embodiment variant, depending on the requirements on the thickness of the component, a different number and / or different shape of the reinforcement embossings 56 may be provided.
  • FIG. 6 shows characteristic curves for the flow in a conventional pump
  • FIG. 6 shows a comparative example for the flow Q of a fluid medium in the case of two diaphragm pumps as a function of the pressure p.
  • Line 70 shows the characteristic curve of a pump with conventional working diaphragm. The flow Q decreases significantly with increasing pressure p.
  • Line 68 shows the characteristic of a pump with the
  • volumetrically promoting working membrane volumetrically promoting working membrane.
  • the unwanted decrease in the flow Q with increasing pressure is significantly reduced.
  • a membrane pump equipped with the working diaphragm according to the invention is particularly suitable as a delivery unit for operating / auxiliary materials or operating media. Due to the almost pressure-independent and temperature-independent flow, a complex measurement of the flow and / or the pressure can be omitted. Such Thanks to its stable flow, the delivery unit is also suitable for applications in medical technology.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Arbeitsmembran (14) zur volumetrischen Förderung eines Fluides. Im eingebauten Zustand (28) ist die Arbeitsmembran (14) zwischen Bauteilen (30, 38) aufgenommen. Die Arbeitsmembran (14) ist mit einem Aktuator (10, 12) zur Ausführung von Förderhüben verbunden. Die Arbeitsmembran (14) ist im elastischen Bereich (26) von einem Unterstützungselement (18, 54) stabilisiert.

Description

Beschreibung Titel
Membran zum Fördern von Medien
Stand der Technik Bei Förderaggregaten, wie zum Beispiel Membranpumpen zur Förderung von
Betriebsmedien werden Arbeitsmembranen vorwiegend aus Elastomermaterialien eingesetzt. Mit diesen Förderaggregaten, insbesondere Membranpumpen, können beispielsweise Betriebs-/Hilfsstoffe oder Betriebsmedien, so zum Beispiel Reduktionsmittel wie eine wässrige Harnstoff-Lösung, wie sie in Abgasnachbehandlungssystemen zur Reduzierung von NOx-Bestandteilen des Abgases eingesetzt werden, gefördert werden.
Der Einsatz von Arbeitsmembranen, die vorwiegend aus Elastomermaterialien gefertigt werden, ist jedoch beschränkt auf eher niedrige Druckbereiche bis ca. 6 bar. Grundsätzlich haben solche Arbeitsmembranen den Zweck, durch angekoppelte mechanische Bauteile, die mit einem Aktor verbunden sind, eine oszillierende, ständig wechselnde
Unterdruckerzeugung für das Ansaugen bzw. eine Druckerzeugung für ein Fördervolumen zu ermöglichen.
Die dazu eingesetzten Arbeitsmembranen werden in der Regel durch eine Zwischenplatte und ein Gehäuse arretiert und sind nach außen abgedichtet.
Aus DE 41 19 228 C2 ist eine derartige Arbeitsmembran sowie deren Funktionsweise bekannt. Um druckwechselbedingte Ausbeulungen zu vermeiden, wird gemäß der Lösung nach DE 41 19 228 C2 der elastische, sich bewegende, d.h. der auslenkbare Bereich der Arbeitsmembran durch Unterlegung zusätzlicher Elemente mit einer Vorspannung beaufschlagt. Insbesondere werden Unterstützungselemente aus Schaumstoff eingesetzt, um geräuschbildende Eigenschwingungen der Arbeitsmembran zu dämpfen.
Zum Ausführen der Förderbewegung muss die Arbeitsmembran elastische Bereiche aufweisen, die sich bei Ausführung der Bewegung verformen. Diese Bereiche von Arbeitsmembranen sind jedoch mechanisch sehr hoch beansprucht und weisen nur eine begrenzte Lebensdauer auf. Des Weiteren beulen sich die elastischen Bereiche der Arbeitsmembran bei Druckunterschieden ballonartig aus, so dass das Fördervolumen abhängig vom Druck ist.
Darstellung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, an einer Arbeitsmembran zum volumetrischen Fördern von fluiden Medien, die im Wesentlichen scheibenförmig ausgebildet ist, den Bereich, in dem die Membran sich elastisch verformt, und die höchsten mechanischen
Belastungen beim Förderhub auftreten, mit einem Unterstützungselement zu stabilisieren.
Mit dem Unterstützungselement können bereits eingesetzte Arbeitsmembranen gezielt lokal verstärkt werden und sind somit für höhere Betriebsdrücke geeignet. Durch die Verstärkung wird eine insbesondere bei höheren Betriebsdrücken auftretende ballonartige Verformung der Arbeitsmembran vermieden. Eine derartige Verformung würde das Volumen eines von der Arbeitsmembran begrenzten Elementraumes verändern und damit die Fördermenge beeinflussen. Des Weiteren wird die Lebensdauer der Arbeitsmembran durch den Einsatz eines Unterstützungselements, entscheidend verlängert.
Die Stabilität der Arbeitsmembran kann weiter verbessert werden, in dem diese zusätzlich durch Metalleinsätze, Fasern und/oder Gewebeeinsätze verstärkt wird.
Das erfindungsgemäße Unterstützungselement ist in einer Ausführungsform als
Unterstützungsscheibe ausgeführt.
In weiteren Ausführungsvarianten der Erfindung ist das Unterstützungselement pilz- oder tulpenförmig ausgeführt.
In vorteilhafter Weise kann durch die Unterstützungsscheibe bzw. durch Einsatz einer Unterstützungstulpe bei Arbeitsmembranen, insbesondere unterhalb des elastischen
Bereiches der Membran ein Verstärkungsteil eingesetzt werden, welches der Stabilisierung dient. Die Unterstützungsscheibe bzw. eine Unterstützungstulpe kann aus metallischen Materialien wie Blechen, Edelstahl oder auch aus Kunststoffen, so zum Beispiel aus Thermoplasten, gefertigt werden. Bei der Hubbewegung der Arbeitsmembran wird ein Elementraum bei zunehmendem Druck nicht vergrößert und das Volumen des Elementraumes bleibt gleich, da die Unterstützungsscheibe eine Verformung des weichen Elastomerteiles verhindert.
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Membran, abgestützt durch ein
Unterstützungselement, beispielsweise eine Unterstützungsscheibe oder eine
Unterstützungstulpe, wird zwischen zwei Bauteilen, einem Gehäuseteil und einer
Zwischenplatte, eingespannt. Eine Abdichtung der Arbeitsmembran kann durch einen im Randbereich der Arbeitsmembran ausgebildeten radialen Dichtwulst erreicht werden. Um bei erhöhten Temperaturen eine Ausdehnung des Elastomermaterials zu ermöglichen, weist die erfindungsgemäß vorgeschlagene, durch ein Unterstützungselement abgestützte
Arbeitsmembran einen Quellraum auf. Dieser Quellraum wird in vorteilhafter Weise zwischen einem Dichtwulst und einer Trennrippe vorgesehen und ermöglicht ein Quellen des
Elastomerwerkstoffes bei Temperaturanstieg und Medienaufnahme.
Darüber hinaus ist in vorteilhafter Weise im Elementraum oberhalb der Membran, d.h. auf deren Oberseite ein zusätzliches Volumen vorgesehen, um auch hier ein Ausdehnungsraum für das Material der Arbeitsmembran zu gewährleisten.
Das Unterstützungselement, beispielsweise in Gestalt einer Unterstützungsscheibe oder einer Unterstützungstulpe, kann aufgepresst, aufgeschraubt, aufgeschweißt oder auch aufgeklebt werden. Das Unterstützungselement wird von unten her auf einen Anker oder Kolben, auf dessen Oberseite sich die Membran befindet, aufgepresst und muss somit nicht mit in den Gummiwerkstoff eingespritzt bzw. im Elementraum angeordnet werden. Dadurch ist ausgeschlossen, dass bei einer sonst vorgesehenen Anordnung im Elementraum eine Dichtungsunterbrechung auftritt, die zwangsweise zu einer Leckage bzw. einer Schädigung führt. Der Anker oder Kolben ist Teil eines Aktuators, mit dem eine Hubbewegung erzeugt und auf die Arbeitsmembran übertragen wird.
Bevorzugt wird der Rand der Unterstützungsscheibe abgerundet, wobei der Radius der Rundung so gewählt ist, dass die Arbeitsmembran bei einer Hubbewegung durch den Anker oder Kolben an dem Radius abgerollt wird.
In einer vorteilhaften Ausführungsvariante lässt sich das die Membran an der Unterseite abstützende Unterstützungselement als Unterstützungstulpe fertigen. Dieses Bauteil kann aus metallischem Werkstoff, zum Beispiel im Wege der Stanzbiegetechnik hergestellt werden. Der Vorteil der Unterstützungstulpe ist darin zu erblicken, dass diese eine wesentliche Verbesserung der Montage ermöglicht, da eine flexiblere Wandaufweitung möglich ist. Werden im Wandbereich der Unterstützungstulpe zusätzliche Schlitzungen vorgesehen, können die Montagekräfte variiert werden. Es besteht des Weiteren die Möglichkeit, an der Innenseite des tulpenförmig ausgebildeten Unterstützungselementes zusätzliche Prägungen im Radienbereich vorzusehen und so eine zusätzliche Verstärkung der den Druck aufnehmenden Flächen zu erreichen.
Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Arbeitsmembran zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass diese für Drücke > 6 bar einsetzbar ist und insbesondere bei Anwendungen im Automobilbereich eine lange Lebensdauer aufweist. Es kann eine volumetrische Förderung erreicht werden, so dass ein Verzicht auf einen Drucksensor möglich ist. Durch die von einem Unterstützungselement, beispielsweise einer Unterstützungsscheibe oder einer Unterstützungstulpe abgestützte Arbeitsmembran, lässt sich ein temperaturunabhängiges Förderverhalten ohne die beschriebenen Balloneffekte, insbesondere bei hohen
Temperaturen und hohen Drücken erreichen.
Durch den an der Unterstützungsscheibe vorgesehenen Abrollradius schmiegt sich die Membran während der gesamten Hubbewegung durch den Anker an die
Unterstützungsscheibe an. Die Stabilisierungswirkung wird so in jeder Phase der Bewegung erzielt.
Zusätzlich lässt sich die Arbeitsmembran durch das Einbringen von Metalleinsätzen, Fasern und/oder von Gewebeeinsetzen verstärken. Dies verbessert die Druckbeständigkeit der Membran weiter und verlängert die Lebensdauer der Arbeitsmembran erheblich.
Die Fördervolumina, die mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Arbeitsmembran bewältigt werden können, bleiben gleich, d.h. sind unabhängig von einer Quellung des Membranmaterials und Temperatureinflüssen. Ebenfalls wird die Abhängigkeit des
Fördervolumens vom Druck verringert.
Kurze Beschreibung der Zeichnung Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben. Es zeigt:
Figur 1 eine Arbeitsmembran, abgestützt durch einen Anker aufgenommenes
Unterstützungselement - hier in Scheibenform,
Figur 2 die von einem Stützelement abgestützte Arbeitsmembran im eingebauten
Zustand zwischen einem Gehäuse und einer Zwischenplatte,
Figur 3 eine Arbeitsmembran, abgestützt durch eine Unterstützungstulpe,
Figur 4 eine perspektivische Ansicht der mit Prägungen und Schlitzungen versehenen
Unterstützungstulpe von der Unterseite her,
Figur 5 eine perspektivische Widergabe einer mit Prägungen versehenen
Unterstützungstulpe von der Unterseite her und
Figur 6 Kennlinien für Durchfluss von konventionellen Membranen bzw. volumetrisch fördernden Membranen.
Ausführungsvarianten
In Figur 1 ist eine Arbeitsmembran dargestellt, welche durch ein an einem Anker aufgenommenes scheibenförmiges Unterstützungselement abgestützt wird.
Figur 1 zeigt eine Arbeitsmembran 14, die durch einen Hinterschnitt 16 fest an einem Ankerkopf 12 eines Ankers 10 aufgenommen ist. Die Verbindung zwischen der
Arbeitsmembran 14 und dem Ankerkopf 12 des Ankers 10 kann beispielsweise durch Vulkanisieren erfolgen. Der Anker 10 überträgt eine Hubbewegung an die Arbeitsmembran 14, durch die sich diese in den elastischen Bereichen 26 verformt. Zur Stabilisierung der Arbeitsmembran 14 ist am Anker 10 eine Unterstützungsscheibe 18 aufgenommen. Die Verbindung zwischen dem Anker 10 und der Unterstützungsscheibe 18 erfolgt über eine Pressverbindung, Schweißverbindung, Klebeverbindung und/oder Schraubverbindung 20. Die Ränder der Unterstützungsscheibe 18 sind mit einem Abrollradius 48 versehen. Durch den Abrollradius 48 an der Unterstützungsscheibe 18 schmiegt sich die Membran 14 während der gesamten Hubbewegung durch den Anker 10 an die Unterstützungsscheibe 18 an. Die Stabilisierungswirkung wird so in jeder Phase der Bewegung erzielt. Der Rand 22 der Arbeitsmembran 14 ist verstärkt ausgeführt und umschließt eine Vertiefung 24. In dieser und in den weiteren Ausführungsformen lässt sich die Arbeitsmembran 14 zusätzlich durch das Einbringen von Metalleinsätzen, Fasern und/oder von
Gewebeeinsetzen verstärken. Dies verbessert die Druckbeständigkeit der Arbeitsmembran 14 weiter und verlängert die Lebensdauer der Arbeitsmembran 14 erheblich. In Figur 2 ist die von einem scheibenförmigen Unterstützungselement abgestützte
Arbeitsmembran in einem eingebauten Zustand dargestellt.
Figur 2 zeigt die Arbeitsmembran 14, die durch den Hinterschnitt 16 fest am Ankerkopf 12 des Ankers 10 aufgenommen ist, in einem zwischen einem Gehäuseteil 31 und einer Zwischenplatte 30 eingebauten Zustand 28. Am Anker 10 ist die Unterstützungsscheibe 18 aufgenommen. Der Anker 10 ist durch eine Öffnung 51 im Gehäuseteil 31 geführt. Das Gehäuseteil 31 weist ferner eine wannenförmige Vertiefung 52 auf, die genügend Raum für die Aufnahme der Unterstützungsscheibe 18 sowie einen Hohlraum 50 bietet. Die Unterseite 36 der Arbeitsmembran 14 liegt auf einer Auflagefläche 38 des Gehäuseteils 31 auf. Über der Arbeitsmembran 14 ist die Zwischenplatte 30 angeordnet. Der verdickte Rand 22 der Arbeitsmembran 14 dient als Dichtwulst 44 und begrenzt zusammen mit der an der
Zwischenplatte 30 angeordneten Trennrippe 46, der Zwischenplatte 30 und der Vertiefung 24 einen Quellraum 40. Sollte die Arbeitsmembran 14 aufgrund einer Aufnahme des geförderten Mediums aufquellen oder sich aufgrund einer Temperaturerhöhung ausdehnen, wird das zusätzliche Volumen durch den Quellraum 40 aufgenommen. Die Trennrippen 46, die Oberseite 34 der Arbeitsmembran 14 und die Zwischenplatte 30 bilden oberhalb der Arbeitsmembran 14 einen Elementraum bzw. Hubraum 32 aus. Die Größen des
Elementraums 32 und des Hohlraums 50 sind an den benötigten Hub des Ankers 10 beziehungsweise an das benötigte Fördervolumen angepasst. Dieses Fördervolumen bleibt auch bei Temperatur und/oder Druckänderungen nahezu konstant. Eine Wärmeausdehnung der Arbeitsmembran 14 wird die den Quellraum 40 aufgenommen, druckbedingte
Verformungen werden durch die Stabilisierung mit der Unterstützungsscheibe 18 vermindert.
In Figur 3 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei der die
Arbeitsmembran, durch eine Unterstützungstulpe abgestützt wird. Figur 3 zeigt die Arbeitsmembran 14, die durch den Hinterschnitt 16 fest am Ankerkopf 12 des Ankers 10 aufgenommen ist. Bei einer Hubbewegung durch den Anker 10 verformt sich die Arbeitsmembran 14 in den elastischen Bereichen 26. Zur Stabilisierung der
Arbeitsmembran 14 ist am Anker 10 eine Unterstützungstulpe 54 angeordnet. Die
Unterstützungstulpe 54 wird bevorzugt durch eine Pressverbindung, bei der ein Kragen 62 der Unterstützungstulpe 54 gegen den Anker 10 gedrückt wird, befestigt. Die Position der Unterstützungstulpe 54 ist so gewählt, dass die Unterseite 36 des elastischen Bereichs 26 der Arbeitsmembran 14 an der Aufliegeseite 64 der Unterstützungstulpe 54 anliegt. Der Rand 22 der Arbeitsmembran 14 ist verstärkt ausgeführt und umschließt eine Vertiefung 24., wie bei den vorangegangenen Ausführungsvarianten beschrieben.
In Figur 4 ist eine perspektivische Ansicht der mit Prägungen und Schlitzungen versehenen Unterstützungstulpe von der Unterseite dargestellt.
Figur 4 zeigt die Unterstützungstulpe 54 in einer perspektivischen Ansicht von unten. Die Unterstützungstulpe 54 weist eine Auflagefläche 64 auf. Die Auflagefläche 64 ist im Bereich des Rands 66 zur Unterseite hin gebogen. In der Mitte der Unterstützungstulpe 54 geht die Auflagefläche 64 in einer starken Biegung in den Kragen 62 über. Die Größe des
Biegeradius' liegt im Bereich der Dicke des Materials. Der Kragen 62 ist so ausgestaltet, dass die Unterstützungstulpe 54 mit dem Kragen 62 durch Pressen mit dem Anker 10 verbunden werden kann. Die Unterstützungstulpe 54 wird dabei so positioniert, dass sie von unten gegen den Ankerkopf 12 geschoben wird und die Unterseite 37 der Arbeitsmembran 14 unterstützt.
Die Unterstützungstulpe wird bevorzugt durch eine Stanzbiegetechnik ausgebildet. Dies erlaubt es die Wandaufweitung des Kragens 62 flexibel einzustellen.
Die Einpresskraft wird bevorzugt durch das Anordnen von Entlastungsschlitzen 58 im
Übergangsbereich vom Kragen 62 in die Auflagefläche 64 und/oder im Kragen 62 weiter variiert. In der in Figur 4 gezeigten Ausführungsvariante sind drei Entlastungsschlitze 58 angeordnet, wobei zwischen zwei Entlastungsschlitzen 58 ein Winkel von 120°
eingeschlossen wird. Je nach erforderlicher Einpresskraft können auch mehr oder weniger Entlastungsschlitze 58 vorgesehen werden. Um Druckkräfte von der Auflagefläche 64 besser auf den Kragen 62 und damit auf den Anker 10 übertragen zu können, ist es bevorzugt, Verstärkungsprägungen 56 im Übergangsbereich zwischen dem Kragen 62 und der
Auflagefläche 64 anzuordnen. In der gezeigten Ausführungsform weist die Unterstützungstulpe 54 drei Verstärkungsprägungen 56 auf, die hier als ovale Rillen ausgeführt sind. Die drei Verstärkungsprägungen 56 sind um den Kragen 62 herum angeordnet, wobei zwischen zwei Verstärkungsprägungen ein Winkel von 120°
eingeschlossen ist. Die Verstärkungsprägungen 56 können auch in anderen Formen, beispielsweise als über die Biegung zwischen Auflagefläche 64 und Kragen 62 verlaufende gerade Rillen ausgeführt sind. Ebenso können auch eine größere oder geringere Anzahl von Verstärkungsprägungen 56 aufgebracht werden.
In Figur 5 ist eine perspektivische Ansicht der mit Prägungen versehenen
Unterstützungstulpe von der Unterseite dargestellt.
Figur 5 zeigt eine weitere Ausführungsform der Unterstützungstulpe 54 in einer
perspektivischen Ansicht von unten. Die Unterstützungstulpe 54 weist eine Auflagefläche 64 auf, die im Bereich des Rands 66 zur Unterseite hin gebogen ist. Der Kragen 62 ist in der Mitte der Auflagefläche 64 durch starkes Umbiegen des Materials ausgeformt. Zur besseren Übertragung von Druckkräften von der Auflagefläche 64 zum Kragen 62 sind In der hier gezeigten Ausführungsvariante drei als ovale Rillen ausgeführte Verstärkungsprägungen 56 angeordnet. Wie bereits für die vorangegangene Ausführungsvariante erläutert, kann je nach Anforderungen an die Stärke des Bauteils auch eine andere Anzahl und/oder andere Form der Verstärkungsprägungen 56 vorgesehen werden.
In Figur 6 sind Kennlinien für den Durchfluss bei einer Pumpe mit konventionellen
Membranen und bei einer Pumpe mit volumetrisch fördernden Membranen. Figur 6 zeigt ein Vergleichsbeispiel für den Durchfluss Q eines fluiden Mediums bei zwei Membranpumpen in Abhängigkeit des Drucks p. Die Linie 70 zeigt die Kennlinie einer Pumpe mit konventioneller Arbeitsmembran. Der Durchfluss Q nimmt deutlich mit steigendem Druck p ab. Die Linie 68 zeigt die Kennlinie einer Pumpe mit der
erfindungsgemäßen volumetrisch fördernden Arbeitsmembran. Die unerwünschte Abnahme des Durchflusses Q mit zunehmenden Druck ist deutlich reduziert.
Eine mit der erfindungsgemäßen Arbeitsmembran ausgerüstete Membranpumpe eignet sich insbesondere als Förderaggregat für Betriebs-/Hilfsstoffe oder Betriebsmedien. Durch den nahezu druckunabhängigen und temperaturunabhängigen Durchfluss kann dabei eine aufwändige Messung des Durchflusses und/oder des Drucks entfallen. Ein solches Förderaggregat ist durch den stabilen Durchfluss auch für Anwendungen in der Medizintechnik geeignet.

Claims

Ansprüche 1 . Arbeitsmembran (14) zum volumetrischen Fördern eines Fluides, die im eingebauten Zustand (28) zwischen Bauteilen (30, 38) aufgenommen ist und mit einem Aktuator (10, 12) zur Ausführung von Förderhüben verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsmembran (14) im elastischen Bereich (26) von einem Unterstützungselement (18, 54) stabilisiert ist.
2. Arbeitsmembran (14) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die
Arbeitsmembran (14) mit Metalleinsätzen, Fasern und/oder Gewebeeinsätzen verstärkt ist.
3. Arbeitsmembran (14) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Arbeitsmembran (14) und einer Zwischenplatte (30) ein Quellraum (40) ausgebildet ist.
4. Arbeitsmembran (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Elementraum (32) oberhalb der Arbeitsmembran (14), ein zusätzliches Volumen vorgesehen ist.
5. Arbeitsmembran (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsmembran (14) einen Dichtwulst (44) aufweist.
6. Arbeitsmembran (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Unterstützungselement (18, 54) durch Pressen, Schweißen, Kleben und/oder Schrauben an einem Aktuatoranker (10) aufgenommen ist.
7. Arbeitsmembran (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Unterstützungselement (18, 54) als Unterstützungsscheibe (18) ausgeführt ist.
8. Arbeitsmembran (14) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die
Unterstützungsscheibe (18) am Rand einen Abrollradius (48) aufweist.
9. Arbeitsmembran (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Unterstützungselement (18, 54) als Unterstützungstulpe (54) ausgeführt ist.
10. Arbeitsmembran (14) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die
Unterstützungstulpe (54) mindestens eine Verstärkungsprägung (56) aufweist.
1 1 . Arbeitsmembran (14) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterstützungstulpe (54) mindestens einen Entlastungsschlitz (58) aufweist.
12. Arbeitsmembran (14) nach einem der Ansprüche 9 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Unterstützungstulpe (54) aus Federblech oder einem thermoplastischen Kunststoff hergestellt ist.
13. Verwendung einer Arbeitsmembran (14) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 in einer Membranpumpe zum volumetrischen Fördern eines Fluides.
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