DE4439823C1 - Verfahren zur Herstellung einer blattförmigen Schwingfeder für elektrische Membranpumpen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer blattförmigen, in ihrer Flächenform rechteckigen oder quadratischen Schwingfeder aus härtbarem Federstahl für elektrische Membranpumpen mit einem Schwingankerma­ gneten als Antriebsmotor, der im Innenraum einer zentra­ len Magnetspule koaxial zu einer Systemachse einen axial schwingenden Tauchanker aufweist, wobei die Schwingfeder zwei durch einen kopfseitigen Quersteg verbundene Feder­ schenkel mit je einem Befestigungsloch im jeweils freien Fußbereich und annähernd in ihrem Flächenzentrum eine auf drei Seiten freigeschnittene Federzunge mit einer zentra­ len Befestigungsbohrung für den einen Tauchankerschaft aufweist.

Derartige z. B. aus DE 39 21 084 A1 bekannte Membranpumpen werden sowohl als Druckpumpen wie auch als Vakuumpumpen verwendet; als Kompressoren z. B. in Verbindung mit In­ halationsgeräten zum Feinzerstäuben von flüssigen Medika­ menten oder als Vakuumpumpen in chemischen oder physika­ lischen Laboratorien.

Um einen hohen Wirkungsgrad bei möglichst geräuschloser Arbeitsweise und langer Lebensdauer zu erzielen, kommt es bei solchen Pumpen einerseits auf eine exakte Führung des Schwingankers und andererseits auf eine spannungsfreie Lagerung bzw. Befestigung der den Schwinganker tragenden Schwingfedern an. Um eine exakte Führung des Schwingan­ kers zu erhalten, ist es erforderlich, daß die Befesti­ gungsbohrungen bzw. -löcher der Schwingfedern zueinander exakt positioniert sind. Für eine spannungsfreie Befesti­ gung der Schwingfedern an einem den Schwingankermagneten aufnehmenden Gehäuse ist es wichtig, daß die Befesti­ gungslöcher, mit denen die Federschenkel auf Anlegeflä­ chen des Gehäuses positioniert werden, die in den Anlege­ flächen vorgesehenen Zentrierzapfen spannungsfrei mit möglichst kleinen Spieltoleranzen aufnehmen können.

Um diesen Bedingungen Rechnung zu tragen, wurde die Schwingfeder mit ihren Befestigungsbohrungen und -löchern in einem Arbeitsgang nach dem Härten, also in gehärtetem Zustand des Ausgangsmaterials ausgestanzt. Es mußte dabei in Kauf genommen werden, daß die dazu benutzten Stanz­ werkzeuge wegen der erheblichen Materialbeanspru­ chung eine nur geringe Stückleistung erbringen konnten. Die bisher teilweise praktizierte Alternative dazu be­ stand darin, das Ausstanzen der Schwingfedern mit ihren Befestigungsbohrungen und -löchern im noch weichen Mate­ rialzustand durchzuführen und die fertig ausgestanzten Schwingfedern danach zu härten. Hierbei muß allerdings mit einer Ausschußquote von etwa 30% gerechnet werden, die durch Verformungen der Schwingfedern beim Härtevor­ gang unvermeidlich entstehen. Diese Verformungen machen sich vor allen dadurch bemerkbar, daß sich die Abstände der Befestigungslöcher verändern und diese dann nicht mehr zu den Zentrierzapfen passen. Es ist auch schon versucht worden, diese Ausschußquote dadurch zu verrin­ gern, daß die Fußenden der beiden Federschenkel durch einen Verbindungssteg verbunden bleiben. Dadurch kann zwar eine Veränderung der Lochabstände weitgehend verhindert werden, dafür entstehen aber in der Schwingfeder Materialspannungen, die nicht nur die Lebensdauer einer solchen Schwingfeder stark herabsetzen, sondern auch zu Funktionsstörungen im Schwingverhalten und zu hohen Arbeitsgeräuschen führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, durch das bei hoher Wirtschaftlichkeit eine bessere Qualität hinsichtlich der Maßgenauigkeit der Befestigungs- und Führungselemente und somit ein exaktes und spannungsfreies Befestigen der Schwingfedern erzielbar ist.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß die Schwingfeder in ihrer Flächenform mit wenigstens einer runden Befestigungsbohrung aus weichem Bandmaterial in einem ersten Stanzvorgang gestanzt und dann gehärtet wird und daß anschließend im gehärteten Zustand der Schwingfeder in einem zweiten Stanzvorgang das restliche Befestigungsloch bzw. die restlichen Befestigungslöcher gestanzt wird bzw. werden.

Grundsätzlich ist es auch möglich, alle Befestigungsbohrun­ gen bzw. -löcher im zweiten Stanzvorgang zu erzeugen. Vorteilhafter ist es jedoch, gemäß Anspruch 2 wenigstens die Befestigungsbohrung der Federzunge schon beim ersten Stanzvorgang herzustellen, weil man dann die Möglichkeit hat, diese Befestigungsbohrung im zweiten Stanzwerkzeug als Referenzpunkt zu benutzen.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird in der nachfolgenden Beispielsbeschreibung anhand der Zeichnungsfiguren näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren her­ gestellte Schwingfeder in Draufsicht;

Fig. 2 eine andere Ausführungsform der Schwingfeder;

Fig. 3 im Schnitt eine elektrische Membran-Saugpumpe mit einem von zwei Schwingfedern getragenen Schwinganker.

Anhand der Fig. 3 soll die Bedeutung einer genauen Tauchankerführung in einer Membran-Saugpumpe erläutert werden, in der der axial schwingende Schwinganker an Schwingfedern der gattungsgemäßen Art führend und tragend befestigt und gelagert ist.

Die in Fig. 3 dargestellte Membran-Saugpumpe besteht aus einem Saug-Pumpaggregat 1 mit einer an einem zentralen Membranhalter 2 befestigten Pumpmembran 3 sowie aus einem Schwingankermagneten 4.

Die Pumpmembran 3 ist in üblicher Weise mit einem kolben­ artigen Membranhalter 2 an einem Schwinganker 8 des Schwingankermagneten 4 befestigt und zwar koaxial zur Systemachse 9 des Schwingankers 8.

Der Schwinganker 8 ist zusammengesetzt aus einem ferroma­ gnetischen, topfförmigen Tauchanker 38 und aus einem nichtmagnetischen Ankerschaft 39, der beidseitig axial aus dem Rückschlußkäfig 19 herausragt und an seinen beiden Enden jeweils im Durchmesser verjüngte Gewindeansätze 40 und 41 aufweist.

Mit Hilfe dieser Gewindeansätze 40 und 41 ist der Anker­ schaft 39 an zwei blattförmigen Schwingfedern 42 oder 43 befestigt. Diese Schwingfedern 42, 43 haben entweder die Form der Fig. 1 oder die Form der Fig. 2, die sich beide durch eine rechteckige oder quadratische Flächenform auszeichnen und in ihrem Flächenzentrum mit einer Feder­ zunge 44 versehen sind, welche eine zentrale Befesti­ gungsbohrung 45 zur passenden, d. h. möglichst spielfreien Aufnahme eines der beiden Gewindeansätze 40 oder 41 aufweist. Diese Federzunge 44 ist durch einen symmetrisch zu ihrer Symmetrieachse 46 geformten Ausschnitt 47 unterseitig sowie auf ihren parallel zur Symmetrieachse 46 verlaufenden Seiten freigeschnitten. Dabei ist die Federzunge 44 an ihrem sich unmittelbar an den mit ihr verbundenen, oberseitigen Quersteg 49 anschließenden Abschnitt 50 beidseitig mit zur Symmetrieachse 46 symme­ trischen, dreieckförmigen Einschnitten 51, 52 versehen. Auch die beiden durch den oberen Quersteg 49 miteinander verbundenen seitlichen Federschenkel 53, 54 weisen innere Begrenzungskanten 55 und 56 auf, die von gleichschenklig dreieckförmigen Einschnitten 57 bzw. 58 gebildet sind. Die beiden Schwingfedern 42 und 43 der Fig. 1 und 2 unterscheiden sich nur dadurch, daß bei der Schwingfeder 42 die beiden Federschenkel 53 und 54 jeweils in ihren Fußabschnitten 48 runde Befestigungslöcher d. h. Befestigungsbohrungen 60 aufweisen, während der Fußab­ schnitt 48′ bei der Ausführungsform der Fig. 2 mit einem Langloch 60′ versehen ist, dessen Längserstreckung paral­ lel zum oberen Quersteg 49 bzw. zu dessen Oberkante 49′ verläuft.

Zur Befestigung der beiden unter sich völlig gleich ausgebildeten Schwingfedern 42 bzw. 43 sind auf den Außenseiten von Radialwänden 33 und 34 in einem gewissen axialen Abstand b vom Rückschlußkörper 19 radial und rechtwinklig zur Systemachse 9 verlaufende, ebene Anlage­ flächen 61 und 62 mit durchbohrten Zentrierzapfen 63 und 64 und durchgehenden Steckbohrungen 65 und 66 angeordnet. Die Steckbohrungen 65, 66 münden jeweils in erweiterten Sechskantlöchern 67 bzw. 68. Die Zentrierzapfen 63 und 64 dienen zur zentrierenden bzw. ausrichtenden Aufnahme der Befestigungslöcher 60 bzw. 60′ der beiden Federschenkel 53, 54.

Dabei ist wichtig, daß der Schwinganker 8 mit seinem Tauchankerschaft 39 und somit auch mit seinem Tauchanker 38 exakt koaxial zur Systemachse 9 geführt ist und daß die beiden Schwingfedern 42 bzw. 43 jeweils ohne innere Materialspannungen arbeiten können.

Das ist aber nur erreichbar, wenn die Befestigungsbohrung 45 der Federzunge 44 auf der Symmetrieachse 46 zu wenigstens einem der beiden Befestigungslöcher 60 in einem der Federschenkel 53, 53 exakt positioniert ist und daß die beiden Befestigungslöcher, zumindest dann, wenn sie beide rund sind, symmetrisch zur Symmetrieachse 46 mit einem genauen Abstand a angeordnet sein müssen. Das sind die Voraussetzungen, unter denen die beiden Federschenkel 53, 54 spannungsfrei von den ihnen jeweils zugeordneten Zentrierzapfen 63, 64 aufgenommen werden können, so daß der Tauchankerschaft 39 wenigstens in seiner Ruhelage zur Systemachse 9 eine exakt koaxiale Lage einnimmt.

Um dieses Ziel auf möglichst wirtschaftliche Weise zu erreichen, werden die Schwingfedern 42, 43 erfin­ dungsgemäß zunächst in weichem, d. h. ungehärtetem Materi­ alzustand mit wenigstens der Befestigungsbohrung 45 der Federzunge 44 ausgestanzt und erst dann gehärtet. Nach dem Härten, das zu Verformungen und Verspannungen im Material der Schwingfedern führen kann, werden dann im harten Materialzustand das oder die restlichen Befesti­ gungslöcher 60, 60′ in einem zweiten Stanzvorgang gestanzt. Es versteht sich, daß das dazu benutzte Stanzwerkzeug so eingerichtet sein muß, daß die vorgegebenen Positionen der Befestigungslöcher 60, 60′ exakt erreicht werden können, wozu vor allem geeignete Positionierungshilfen für das exakte Einlegen der Schwingfedern 42, 43 in das Werkzeug gehören.

Bei der mit einem Langloch 60′ versehenen Schwingfeder 43 ist schon dann eine wesentliche Reduzierung der Ausschuß­ quote erreichbar, wenn die Befestigungsbohrung 45 und auch die beiden Befestigungslöcher 60 und 60′ vor dem Härten, also im weichen Materialzustand im ersten und somit einzigen Stanzvorgang erzeugt werden, weil das Langloch 60′ auch dann den zugehörigen Zentrierzapfen des Gehäuses spannungsfrei aufnehmen kann, wenn sich nur der Abstand a durch das Härten verändert hat. Gerade das Verändern dieses Abstandes a zwischen den beiden runden Befestigungslöchern 60 in den Federschenkeln 53, 54 ist die häufigste Ursache für die Unbrauchbarkeit verformter Schwingfedern.

Claims (2)

1. Verfahren zur Herstellung einer blattförmigen, in ihrer Flächenform rechteckigen oder quadratischen Schwingfeder (42, 43) aus härtbarem Federstahl für elektrische Membranpumpen mit einem Schwingankerma­ gneten als Antriebsmotor, der im Innenraum einer zentralen Magnetspule koaxial zu einer Systemachse (9) einen axial schwingenden Tauchanker (8) auf­ weist, wobei die Schwingfeder (42, 43) zwei durch einen kopfseitigen Quersteg (49) verbundene Feder­ schenkel (53, 54) mit je einem der positionierenden Aufnahme je eines zylindrischen Zentrierzapfens dienenden Befestigungsloch (60, 60′) im jeweils freien Fußbereich (48, 48′) und annähernd in ihrem Flä­ chenzentrum eine auf drei Seiten freigeschnittene Federzunge (44) mit einer zentralen Befestigungs­ bohrung (45) für einen Tauchankerschaft (39) auf­ weist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingfeder (42, 43) in ihrer Flächenform mit wenigstens einer Befestigungsbohrung (45, 60, 60′) aus weichem Bandmaterial in einem ersten Stanzvorgang gestanzt und dann gehärtet wird und daß anschließend im gehärteten Zustand der Schwing­ feder (42, 43) in einem zweiten Stanzvorgang die restlichen Be­ festigungslöcher (45, 60, 60′) gestanzt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im ersten Stanzvorgang wenigstens die Befesti­ gungsbohrung (45) der Federzunge (44) gestanzt wird.