EP3438455A2 - Membranpumpe und verfahren zur berührungslosen betätigung der membranen von mehreren arbeitsräumen einer membranpumpe - Google Patents

Membranpumpe und verfahren zur berührungslosen betätigung der membranen von mehreren arbeitsräumen einer membranpumpe Download PDF

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EP3438455A2
EP3438455A2 EP18185958.8A EP18185958A EP3438455A2 EP 3438455 A2 EP3438455 A2 EP 3438455A2 EP 18185958 A EP18185958 A EP 18185958A EP 3438455 A2 EP3438455 A2 EP 3438455A2
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EP
European Patent Office
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membrane
actuator
actuator unit
magnetic
pump
Prior art date
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EP18185958.8A
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English (en)
French (fr)
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EP3438455A3 (de
EP3438455B1 (de
Inventor
Marcus Schwarzer
Heiko Hoffmann
Jan Westerwick
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Schwarzer Precision GmbH and Co KG
Original Assignee
Schwarzer Precision GmbH and Co KG
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Publication date
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Application filed by Schwarzer Precision GmbH and Co KG filed Critical Schwarzer Precision GmbH and Co KG
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Publication of EP3438455A3 publication Critical patent/EP3438455A3/de
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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
    • F04B43/02—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having plate-like flexible members, e.g. diaphragms
    • F04B43/04—Pumps having electric drive
    • 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
    • F04B43/12—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having peristaltic action
    • F04B43/14—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having peristaltic action having plate-like 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
    • F04B45/047—Pumps having electric drive
    • 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
    • F04B45/08—Pumps or pumping installations having flexible working members and specially adapted for elastic fluids having peristaltic action
    • F04B45/10—Pumps or pumping installations having flexible working members and specially adapted for elastic fluids having peristaltic action having plate-like flexible members

Definitions

  • the present invention relates to a diaphragm pump for conveying a gaseous and / or liquid medium, with at least one deformable membrane for changing the size of a working space of the diaphragm pump and with at least one actuator unit for deforming the membrane by contactless loading of the membrane by means of a magnetic field, wherein the Membrane comprises a material and / or consists of a material which is magnetic and / or magnetizable, and the actuator unit comprises at least one magnetic and / or magnetizable actuator means. Between the material of the membrane and the actuator means, a magnetic field is formed, which leads to deformation of the membrane.
  • the present invention relates to a method for non-contact operation of the membranes of several working spaces of a diaphragm pump for conveying a gaseous and / or liquid medium.
  • diaphragm pumps have at least one working space delimited by a membrane which is deformable to alter the size of the working space and by a wall in which at least one inlet and at least one outlet are formed for a medium which in a suction phase via the inlet is sucked into the enlarging working space and ejected in a compression phase through the outlet from the decreasing working space.
  • a controllable actuator or drive unit is provided to deform the membrane.
  • An alternative drive concept comes from the EP 0 604 740 A1 out.
  • the membrane is designed to be magnetically reactive on its side facing away from the working space.
  • the deformation of the membrane via a rotating disc are arranged on the permanent magnets.
  • a magnetic field rotating cyclically about a central axis of the diaphragm acts on the diaphragm, wherein the fluid to be delivered is conveyed in a rotational movement from the inlet to the outlet. It is thus formed a cyclically around the central axis of the membrane rotating working space on the membrane, in which the fluid to be delivered is sucked through an inlet, conveyed around the central axis and finally discharged again via an outlet.
  • a disadvantage of this concept is that the membrane is subjected due to the cyclically rotating magnetic field of a wave-like movement and thus a strong and large-scale deformation, which is associated with a high material wear and a costly maintenance.
  • the rotary conveying movement is comparatively ineffective.
  • Membrane pumps are used inter alia in the field of medical and / or analysis and / or environmental technology, for example in anesthesia devices or gas sensors.
  • diaphragm pumps as precision pumps a compact design is usually required, especially if the diaphragm pumps used are integrated as subassemblies in appropriate medical and / or analytical devices.
  • a high long-term stability of the membrane is indispensable.
  • pulsation-poor operation of the diaphragm pump used is particularly desirable for medical applications and for gas analysis.
  • the term "pulsation" is to be understood in particular a sinusoidal conveying curve, which is due to the periodic change in volume of the working space or deformation of the membrane.
  • the associated pressure pulses or pressure peaks can lead to damage of sensitive sensor devices or falsify the measurement results.
  • the present invention is based on the object, a membrane pump, in particular for use in the field of gas analysis and / or medical technology, to make available, which is characterized by a compact design and a low-wear, low-noise and / or pulsation, especially pulsation-free, operation at the same time allows high flow.
  • the diaphragm pump according to the invention is intended to meet further specific requirements, such as high long-term stability, cost sensitivity and / or valve density.
  • the invention has for its object to provide a method for non-contact operation of the membranes of several working spaces of a diaphragm pump, which allows the construction of a diaphragm pump with the aforementioned advantages.
  • the invention enables an embodiment of the diaphragm pump, which permits a pulsation-poor to largely pulsation-free and / or a low-wear and / or a low-noise operation in a compact design and a low number of parts.
  • a pulsation-poor to largely pulsation-free and / or a low-wear and / or a low-noise operation in a compact design and a low number of parts.
  • less wear points can be realized, which leads to higher service life and reduced maintenance.
  • it is possible to achieve a high delivery rate of, for example, eccentric diaphragm pumps as well as significantly higher end pressures and higher pressure stability, for example, with respect to vane-cell pumps.
  • membrane pump according to the invention can be a sensitivity to moisture and / or particles that is lower, in particular compared to vane pumps, and a high system and valve density which are comparable to those of conventional pumps, in particular with eccentric diaphragm pumps. Furthermore, with the membrane pump according to the invention, in particular compared to vane pumps, lower speeds to achieve a certain discharge pressure or delivery volume possible, which may be associated with a higher engine life and improved controllability of the pump. Finally, by adjusting the magnetic forces an internal pressure or vacuum limit can be realized, whereby a motor or system protection is possible without additional electronic measures.
  • the invention thus proposes alternative or advanced (drive) concepts for deforming at least one membrane compared with the prior art a diaphragm pump by non-contact pressurization of the membrane by means of a magnetic field, which can be realized in particular the advantages described above.
  • the actuator is rotatably mounted and the diaphragm is arranged circumferentially to the actuator unit, wherein in a dead center position of the membrane, the polarization direction of the formed between the material of the membrane and the actuator means magnetic field is aligned radially to the axis of rotation of the actuator , In a dead center position of the membrane, the distance between the actuator means and the membrane preferably reaches an extreme value.
  • the largest attractive or the largest repulsive magnetic force between the actuator means and the membrane material is achieved, wherein the (main) polarization direction of the force acting between the diaphragm and the actuator means magnetic field is aligned substantially transversely or radially to the axis of rotation of the actuator unit ,
  • the term "(main) polarization direction of the magnetic field” means the directional vector between magnetic poles of opposite polarity, which are formed by the membrane material on the one hand and the actuator means on the other hand.
  • the peripheral arrangement of the membrane to the actuator unit allows for a very space-saving design of the diaphragm pump according to the invention.
  • a working space of the diaphragm pump can be arranged within the axial longitudinal dimension of the actuator unit, resulting in an overall very compact construction of the diaphragm pump according to the invention.
  • the term "dead center position of the diaphragm” may include both an “outer dead center position” and an “inner dead center position”.
  • a Totpunk the membrane is achieved when the actuator unit occupies a certain rotational position, in which a magnetic pole of the actuator preferably a magnetic pole of the membrane is directly opposite.
  • the outer dead center is the Distance between the magnetic material of the membrane on the one hand and the actuator means on the other hand minimal. In this case, the membrane is maximally attracted or deformed in the direction of the actuator means. Accordingly, an internal dead center position is to be understood as a state in which the distance between the magnetic material of the diaphragm on the one hand and the actuator means on the other hand is maximum.
  • the membrane is repelled at most by the actuator means or deformed maximally away from the actuator means.
  • the membrane can assume a rest position in which the membrane has no or only a small magnetic force.
  • the (main) polarization direction or the direction vector between poles of opposite polarity extends transversely - ie radially - to the axis of rotation of the actuator unit.
  • the membrane is in a dead center position of the actuator means preferably directly opposite.
  • the actuator means may be held on a radial peripheral surface of the actuator unit and / or at least partially inserted into the actuator unit on the circumference.
  • the actuator means may form at least a part of the peripheral surface of the actuator unit.
  • the surface normal in the central region of a working surface of the membrane can be aligned perpendicular or radial to the axis of rotation of the actuator.
  • each work space is assigned a separate pump head.
  • the work spaces are in particular circumferentially offset to the actuator and in the direction of rotation of the actuator to each other or arranged below. In this way, a compact arrangement of several working spaces is possible, in particular within the axial longitudinal dimension of the actuator unit.
  • the work spaces are preferably uniformly distributed over the circumference of the actuator unit, resulting in a small volume of the pump according to the invention results.
  • the membranes of several working spaces are then subsequently actuated during the rotational movement of a common actuator unit, which leads to a small number of components of the diaphragm pump and simplifies the assembly of the pump as a whole.
  • a pump head of the pump defines together with the membrane a working space and has at least one inlet through which the medium to be pumped is sucked into the working space in a suction phase. In addition, at least one outlet is provided, via which the medium to be delivered is discharged in a pressure phase from the decreasing working space.
  • the actuator unit can have one or more actuator means.
  • Each actuator means may be formed by one or more permanent magnets.
  • a diametrically magnetized ring magnet can be provided as the actuator means.
  • the actuator unit then has in the direction of rotation preferably two opposite magnetic poles, which are polarized opposite.
  • an actuator may also be formed by a group of outwardly polarized permanent magnets. In this case, disk or bar magnets are preferably used.
  • the actuator unit is rotatably mounted and the membrane is arranged on the front side to the particular disc or plate-shaped actuator unit, wherein in a dead center position of the membrane the (main) polarization direction of the formed between the material of the membrane and the actuator means Magnetic field is substantially aligned in the direction of the axis of rotation of the actuator or parallel thereto and wherein a rotational axis of the actuator laterally offset and, preferably, is arranged parallel to a membrane central axis of the membrane, so that the actuator means is cyclically moved upon rotation of the actuator unit on the membrane and cyclically crossing the membrane.
  • the actuator means is moved along a circular path past the membrane.
  • the actuator means in this case covers the area of the central axis of the membrane.
  • the maximum deflection of the membrane in the suction or pressure phase is present in a central region of the membrane surface or in the region of the central axis of the membrane. This allows an effective and gentle pumping operation.
  • each membrane is arranged with respect to its central axis at a distance from the axis of rotation of the actuator unit, so that at least one actuator means is cyclically and subsequently moved past or after each membrane during the rotation of the actuator unit.
  • each membrane is subsequently deflected maximally in the area of its central axis and deformed in the direction of the axis of rotation or parallel to the axis of rotation of the actuator unit.
  • the surface normal in the middle region of a working surface of the membrane is preferably aligned in the direction of the axis of rotation of the actuator unit or parallel thereto.
  • the actuator means is held on an axial end face of the actuator unit and / or at least partially inserted into an axial end face of the actuator unit.
  • the actuator unit is disc-shaped in this embodiment of the invention and has at least one arranged on the front side and / or inserted actuator means.
  • a plurality of actuator means are provided, wherein each actuator means may be formed by a group of disc or bar magnets and the magnets of a group are polarized outwardly the same. In this way, an optimal contactless operation of the membranes is ensured.
  • diaphragms with assigned work spaces may be provided, the work spaces being arranged opposite an axial end face of the actuator unit and opposite the actuator means. In this way, an effective magnetic interaction between the membranes and the actuator unit is achieved.
  • the pump head has at least one collecting space for the parallel merging of the inlets and / or outlets of the working spaces. This allows a structurally simple design and a compact design of the diaphragm pump according to the invention.
  • the actuator unit can also have one or more actuator means in this embodiment.
  • Each actuator means may be formed by one or more permanent magnets.
  • an actuator means is formed by a group of outwardly equal polarized permanent magnets. In this case, disk or bar magnets are preferably used.
  • the actuator unit has a plurality of oppositely polarized outer magnetic poles of the number n acting on the membrane.
  • the actuator unit may comprise a plurality of oppositely polarized magnetic pole groups of the number n, each magnetic pole group consisting only of identically polarized outer magnetic poles, and wherein n is greater than or equal to two.
  • the oppositely polarized magnetic poles or magnetic pole groups are preferably arranged successively in the direction of rotation of the actuator unit, wherein the magnetic poles or magnetic pole groups can be arranged offset in the direction of rotation of the actuator unit by 360 ° / n to one another.
  • the membrane likewise has an outer magnetic pole directed toward the actuator unit or optionally also a group of identically polarized outer magnetic poles. In this way, the membrane can be alternately brought into the outer dead center position and into the inner dead center position upon rotation of the actuator unit.
  • the term "magnetic pole" of the actuator unit is preferably to be understood as meaning a peripheral or frontal outer area of the actuator unit, in whose surroundings the magnetic field strength is particularly high, since the field lines of the magnetic field enter or leave.
  • the directional vector of the magnetic field is formed between the magnetic poles of the actuator unit and the diaphragm.
  • the direction vector can either run radially or transversely or axially in the direction of or parallel to the axis of rotation of the actuator unit.
  • the membranes Aktor In a diaphragm pump with a plurality of working spaces, which are arranged below in the direction of rotation of the actuator unit, the membranes Aktor basically same or form the same magnetic poles. This can be achieved for example by an equal orientation of magnetic means in the membranes.
  • the common actuator unit can thus subsequently arranged membranes of several working spaces subsequently and cyclically bring in the inner or in the outer dead center.
  • a directed suction or pressure flow over interconnected working spaces within the diaphragm pump is ensured.
  • the membranes of two in the direction of rotation of the actuator preferably offset by 180 ° to each other arranged working spaces on the side of the actuator unit uneven or not the same magnetic poles form.
  • the actuator means of the actuator unit and / or the magnetic means of the membrane is a permanent magnet.
  • the actuator means may be, for example, a diametrically magnetized ring magnet. The North Pole is then on one half and the South Pole on the other half of the ring magnet.
  • the ring magnet can be mounted on a magnetic carrier of the actuator means and can be rotatably arranged about a rotational axis extending in the axial direction through the ring magnet.
  • the actuator means may also be a bar magnet or a disc magnet.
  • an actuator means may be formed by a group of rod-shaped or disc-shaped permanent magnets.
  • the actuator unit may have two groups of rod or disk magnets which are arranged offset in the direction of rotation of the actuator unit by preferably 180 ° to one another.
  • the magnets of a group are preferably aligned in the same direction, so that the actuator unit in the region of the group has only magnetic poles of the same name on the membrane side.
  • outer areas of the actuator unit are provided which are weaker or not magnetized at all.
  • the actuator unit at least two, preferably only two, in the direction of rotation of the actuator, in particular at regular intervals offset from one another, further preferably in the direction of rotation of the actuator 180 ° offset from each other arranged non-magnetic outer regions. In this way, arranged in the direction of rotation of the actuator unit magnetic poles or magnetic pole groups - ie magnetic areas - alternate with non-magnetic or only weak magnetic areas.
  • the membrane can be alternately brought into an outer dead center position upon rotation of the actuator unit when an oppositely polarized magnetic pole of the membrane opposite, or in a dead center position when a same polarized magnetic pole of the membrane is opposite.
  • the membrane if a non-magnetic or only slightly magnetic region of the membrane is opposite, then the membrane preferably assumes a rest position which lies between the two dead center positions.
  • a plurality of work spaces may be present, which are arranged either peripherally or frontally to Aktorech.
  • Each workspace is assigned a membrane.
  • the number m of the work spaces is preferably greater than or equal to the number of actuator means of the actuator unit.
  • the working spaces in the direction of rotation of the actuator unit can be arranged offset from each other by 360 ° / m.
  • the magnetic means of all membranes can be aligned in the same direction, so that the membranes on the actuator side have only the same or homopolar oriented magnetic poles.
  • a reverse pole alignment of the magnetic poles of subsequent in the direction of rotation of the actuator unit membranes is possible. This will be discussed in detail below.
  • the polarization of the outer magnetic poles of the actuator unit, on the one hand, and the polarization of the outer magnetic poles of the magnetic media of the diaphragms, on the other hand, and possibly by nonmagnetic or only weakly magnetic regions between the outer magnetic poles of the actuator unit, are particularly preferably intended to ensure that there is no rotational position the Aktoriser the membranes of all working spaces of the pump at the same time at a same inner or outer dead center or all at the same time in a same preferably not deflected position between the dead centers. This allows a very low pulsation operation.
  • the membranes of preferably two working spaces are in a preferably not or only slightly deformed position between the dead centers, which is achieved during a suction phase or pressure phase, then at least the membrane of a third working space in an inner Totpunk ein and be arranged at least the membrane of a fourth working space in an outer dead center.
  • the inner dead center position can mark the beginning of the suction phase and the outer dead center position can mark the beginning of the pressure phase.
  • the number of diaphragms in the rest position corresponds to the total number of diaphragms located in an inner or outer dead center position.
  • the actuator unit may have two oppositely polarized outer magnetic poles or outer magnetic pole groups offset by 180 ° in the direction of rotation, and four working spaces arranged offset by 90 ° in the direction of rotation of the actuator unit may be provided.
  • the membranes of the working spaces preferably have the same polarized outer magnetic poles on a side facing the actuator unit. Characterized it is achieved at a certain rotational position of the actuator, that the membranes of two preferably opposite working spaces in a non or weakly deflected position between the dead centers, while the membrane of a third working space an outer dead center and the membrane of a third preferably opposite the third working space Working space reaches a dead center position. As a result, a pulsation-poor or-free operation of the diaphragm pump is achieved.
  • At least one common collecting inlet space and / or at least one common collecting outlet space can be provided, via which inlets or outlets of the working spaces are fluidically connected to one another.
  • the collecting chambers are in particular designed to merge the inlets or outlets of the respective working spaces in parallel. An external merging of the inlets and outlets of the working spaces outside of the diaphragm pump is therefore not necessary. This allows a simple integration of the diaphragm pump according to the invention in higher-level devices, for example in medical and / or (gas) analysis devices.
  • the membranes of the two opposing working chambers are then attracted either simultaneously to the actuator unit or repelled simultaneously by the actuator unit.
  • n-pairings of working spaces are provided, each pairing having two by 160 ° to 200 °, preferably by 180 °, offset in the direction of rotation of the actuator unit to each other or oppositely arranged working spaces having on the side of the actuator unit oppositely poled to each other membranes.
  • the actuator unit is rotatably mounted and a stator unit is provided for generating a rotating magnetic field, wherein the rotating magnetic field generated by the stator unit is designed for rotational drive of the actuator unit.
  • the stator unit is plate-shaped and / or realized in particular in addition to the embodiments described above.
  • the drive of the actuator via the stator allows a further reduction of the claimed by the diaphragm pump volume, since the stator compared to conventional drive means, such as electric motors, can be designed much smaller volume.
  • the drive of the actuator unit takes place in particular according to the principle of a brushless DC motor.
  • the actuator unit ultimately acts as a rotor which is driven by the rotating magnetic field generated by the stator unit.
  • the stator unit has coils for generating the rotating magnetic field.
  • the coils are driven by a suitable circuit to each other or commutated so that they generate a rotating magnetic field, whereby the actuator unit is pulled in the direction of rotation or driven.
  • a ring-segment-shaped design of the actuator means may be preferred. In this way, in particular an optimal interaction with the stator unit and thus a high efficiency of the diaphragm pump according to the invention is ensured.
  • the actuator means is an integral part of the actuator unit, wherein the geometry of the actuator unit can be supplemented on the periphery and / or front side by the actuator means, for example, to a disc shape.
  • the actuator means can be flush-mounted in an end-side and / or peripheral complementary recess of the actuator unit, in particular glued be. In this way, a compact design can be achieved, wherein an optimal action or interaction between the actuator unit on the one hand and the stator on the other hand is made possible.
  • the actuator means forms a magnetic pole for acting on a membrane on an outer side of the actuator unit facing toward a working space and a preferably oppositely polarized magnetic pole for interacting with the stator unit in the rotating magnetic field on an outer side facing the stator unit.
  • the actuator unit may preferably have magnetic poles of preferably opposite polarity on two opposite end faces in the direction of the rotation axis, whereby two functions are fulfilled: On the one hand, the actuator unit interacts with the rotating magnetic field via the one end face, whereby the rotary drive of the actuator unit is realized. At the same time, on the other hand, the magnetic effect is converted to the at least one membrane via the opposite end face, whereby the pumping or suction effect is ensured.
  • the distance between the actuator means and the magnetic means of the membrane in particular axially, be adjustable, which is particularly in such embodiments
  • the invention can be realized in a simple manner, in which actuator unit and working space or membrane are arranged in the direction of the axis of rotation of the actuator unit or axially one behind the other.
  • This aspect of the invention has its own inventive significance.
  • the working space is spatially provided between the membrane and the actuator means.
  • the working space is bounded on one side by the membrane, on the other side by a housing part of the pump.
  • a direct contact between the membrane and the actuator means is prevented in each dead center position of the membrane.
  • the membrane directly adjoins the actuator means in an outer dead center position of the membrane, the membrane and the actuator means may come into contact, which is associated with unwanted and cyclically recurring noises.
  • the inventive arrangement of the working space between the membrane and the actuator means this problem is overcome and ensures quiet operation.
  • the housing part may adjacent to the actuator means have a smaller wall thickness and / or consists of a material such that a non-contact deformation of the membrane by means of the formed between the membrane and the actuator means magnetic field through the housing part is possible. It is expedient if the magnetic field is only slightly influenced by the housing part, so that a deformation of the membrane by contactless application by means of the magnetic field is possible.
  • the membranes of at least two, preferably four, working spaces are deformed contactless by applying a magnetic field, wherein the magnetic field between the membranes and at least one magnetic and / or magnetizable actuator means of a rotatable actuator unit is formed and wherein in the direction of rotation of the actuator unit sequentially arranged membranes are deformed contactless by magnetic interaction with the actuator means.
  • FIGS. 1 and 2 show a diaphragm pump 1 for conveying a (not shown) gaseous and / or liquid medium.
  • the diaphragm pump 1 has a plurality of deformable diaphragms 2, in the illustrated embodiment, for varying the size of four working spaces 3 of the diaphragm pump 1.
  • a pumping process consists of a suction phase and a pressure phase, wherein in the suction phase, the medium is sucked into a magnifying working space 3 and ejected in a compression phase or pressure phase from a decreasing working space 3 again.
  • the membranes 2 are at least partially, in particular elastically deformable, designed to increase or decrease the size of the working space 3.
  • the diaphragm pump 1 has an actuator unit 4 which is rotatably supported or driven (cf. Fig. 2 ).
  • a drive device 5 preferably an electric motor, is provided to drive the actuator 4.
  • the deformation of the membranes 2 is effected by contactless application by means of magnetic fields, wherein the membranes 2 comprise a material or consist of a material which is magnetic and / or magnetizable.
  • each membrane 2 has a permanent magnet as the magnet means 6, which is embedded or received in a central region of the membrane 2.
  • the magnet means 6 of all membranes 2 are preferably aligned in the same pole to the actuator unit 4.
  • the actuator unit 4 has only one actuator means 7, which is designed as a diametrically magnetized ring magnet with two oppositely polarized magnetic poles.
  • the actuator unit 4 has a receptacle area 4 a which surrounds the circumference and into which the actuator means 7 is received and held.
  • the actuator unit 4 may in particular be designed in several parts, in order to enable the sliding of the actuator means 7 on the receiving area 4a.
  • the actuator unit 4 consists of two components which can be screwed together or inserted into one another, each having a radial projection, between which the actuator means 7 is held axially in the receiving region 4a.
  • other constructive solutions are possible.
  • a radially directed to a rotational axis 8 of the actuator unit 4 (not shown) magnetic field is formed to deform the membranes 2 without contact.
  • the actuator unit 4 is in the in Fig. 2 Shaped embodiment illustrated sleeve or wavy.
  • the two outer magnetic poles of the actuator means 7 are arranged offset in the direction of rotation of the actuator 4 by 180 ° to each other and arranged the four working spaces 3 in the direction of rotation of the actuator 4 by 90 ° to each other.
  • the membranes 2 are arranged with the associated working spaces 3 within the longitudinal dimension of the actuator unit 4.
  • a rotational position of the actuator unit 4 is shown, in which the membranes 2 are deformed simultaneously by two opposing working spaces 3 due to the magnetic field.
  • the membrane 2 of a first in Fig. 2 shown upper working space 3 repelled by the south pole S of the actuator means or ring magnet and urged into an inner dead center position (not shown)
  • the membrane 2 of a second in Fig. 2 shown lower working space 3 is attracted by the north pole N of the ring magnet or actuator means 7 and urged into an outer dead center position (not shown).
  • the magnetically repelled membrane 2 and the magnetically attracted membrane 2 are arranged offset in the direction of rotation of the actuator 4 by 180 ° to each other.
  • the membranes 2 of the other two working spaces 3 are subjected in this rotational position of the actuator 4 at most a small magnetic interaction with the actuator means 7 and are in an undeformed rest position. This is due to the fact that the magnetic means 6 of these membranes 2 in the rotational position shown ranges (see. Fig. 4 , Areas 7c) of the actuator 4 are opposite, which are not or only slightly magnetically formed. Accordingly, no or only a small magnetic interaction between the magnetic means 6 and these areas of the actuator unit 4 takes place.
  • the membranes 2 of the rotational direction of the actuator 4 subsequently arranged working spaces 3 by the moving magnetic poles of the actuator 4 is operated without contact.
  • the membranes 2 all working spaces 3 at the same time at a same inner or outer dead center or all at the same time in a same non or weakly deflected position between the dead centers.
  • the membrane 2 of a first working space 3 in a dead center position only the membrane 2 of a second working space 3 in an outer dead center and the membranes 2 other working spaces 3 may not or only in a preferably are located slightly deformed position between the dead centers, which is achieved during a suction phase or pressure phase.
  • the course of movement of the membranes 2 can be described as a sinusoidal curve, wherein the course of movement of the membranes 2 of the four working spaces 3 is to be described by sinusoids staggered relative to each other and wherein the motion profiles of the membranes 2 overlap.
  • the cycle of membrane movement can thus be ideally represented as a sinusoid.
  • a separate pump head 9 is provided for each membrane 2.
  • the pump heads 9 are correspondingly arranged offset in the direction of rotation of the actuator 4 by 90 ° to each other.
  • the pump heads 9 each have an inner housing part 10 and an outer housing part 11.
  • a chamber wall 12 is formed, through which the corresponding working space 3 is limited on the upper side.
  • the diaphragm pump 1 has an actuator housing 13 for receiving the actuator unit 4.
  • the pump heads 9 are screwed to the actuator housing 13, wherein the membranes 2 can be clamped sealingly at their edge regions between the actuator housing 13 on the one hand and the pump heads 9 on the other hand.
  • Each pump head 9 can valves (see. Fig. 5 ), preferably non-return valves, in order to prevent the medium from being discharged from an inlet in the pressure phase and being sucked in through an outlet in the suction phase (cf. Fig. 4 , Inlet 17, outlet 18).
  • the drive device 5 is also screwed to the actuator housing 13.
  • the drive device 5 has a flange plate 14.
  • the actuator 4 is rotatably mounted on a drive pin 15 of the drive device 5.
  • each chamber wall 12 at least one inlet and at least one outlet are arranged (see. Fig. 4 , Inlet 17, outlet 18).
  • the medium is sucked in the suction phase via the inlet into the working space 3 and ejected in the pressure phase via the outlet from the working space 3 again.
  • the medium to be pumped is sucked into the membrane pump 1 via a suction line 19. Via the suction line 19, the medium is guided into a collecting inlet space 20, the medium being supplied from the collecting inlet space 20 to the inlets of the respective working spaces 3.
  • a Sammelauslassraum 21 is provided, in which the medium discharged from the work chambers 3 via the outlets is collected collected before it leaves the membrane pump 1 via a pressure line 22.
  • the collecting inlet space 20 and the collecting outlet space 21 are arranged on the front side to the actuator unit 4 and opposite to the drive device 5.
  • the collecting inlet space 20 and the collecting outlet space 21 are formed by a preferably multi-part collecting housing 23, wherein a separate housing part is provided for each collecting space 20, 21.
  • the collecting housing 23 is screwed to the actuator housing 13.
  • the drive device 5, the actuator housing 13 and the collecting housing 23 are in the direction of the axis of rotation 8 of the actuator 4 in a row, so that there is a compact design.
  • FIGS. 3 to 11 Alternative embodiments of diaphragm pumps 1 are shown. Functionally identical components of the diaphragm pumps 1 shown are identified by the same reference numerals.
  • a drive device 5 an actuator housing 13 and a pump head 9 of this embodiment are arranged axially one behind the other in the direction of the axis of rotation 8 of an actuator unit 4 and screwed together.
  • the pump head 9, the actuator housing 13 and the flange plate 14 have an identical outer contour. In particular, no components are provided, apart from fluid and / or electrical connections, which protrude beyond this outer contour. This allows a compact and in particular flat construction of the diaphragm pump 1.
  • the actuator unit 4 is formed in this embodiment as a rotating disk or plate-shaped, wherein the actuator housing 13 has a corresponding disc-shaped recess 24, in which the actuator unit 4 is received (see. Fig. 4 ).
  • a common pump head 9 is provided for all four working spaces 3.
  • the pump head 9 has a cover 25 which has the suction line 19 and the pressure line 22 (see. Fig. 3 ).
  • the pump head 9 has an inner housing part 10 and an outer housing part 11.
  • Each working space 3 is bounded by a chamber wall 12 of the inner housing part 10 and a membrane 2.
  • Each membrane 2 has a magnetic means 6.
  • the actuator 4 has according to Fig. 4 two end-mounted actuator means 7, which are each formed by a group of outwardly equal polarized permanent magnets 7a, 7b.
  • the actuator means 7 or the group-wise arranged permanent magnets 7a, 7b are arranged offset in the direction of rotation of the actuator 4 by 180 ° to each other.
  • areas 7c are provided between the permanent magnets 7a, 7b which are not or at most weakly magnetically formed.
  • the actuator unit 4 has, moreover, on its end face facing the drive device 5, a corresponding to a drive pin 15 of the drive means 5 Bore 26 on.
  • the actuator 4 is rotatably connected to the drive pin 15.
  • a circular recess 27 for receiving a circular projection 16 of the drive device 5 is provided on this end face of the actuator 4. In this way, a secure mounting of the actuator 4 is ensured.
  • a collecting inlet space 20 and a collecting outlet 21 is formed by the outer housing part 11 of the pump head 9.
  • the collecting chambers 20, 21 are closed on the upper side by the cover 25 of the pump head 9.
  • the pump head 9 has (only schematically indicated) valves 28, in particular check valves on. This prevents that the medium is discharged from an inlet 17 in the pressure phase and is sucked in through an outlet 18 in the suction phase.
  • the valves 28 are preferably arranged between the inner housing part 10 and the outer housing part 11.
  • the membranes 2 are arranged with the associated working spaces 3 (directly) opposite to an end face of the actuator unit 4.
  • the membranes 2 are arranged substantially in a common plane. It is in Fig. 5 a rotational position of the actuator unit 4 shown, in which the membranes 2 are deformed by two 180 ° in the direction of rotation of the actuator unit 4 offset from each other working spaces 3 due to the present magnetic field simultaneously.
  • the central axes M of the membranes 2 extend laterally offset from the axis of rotation 8 of the actuator unit 4.
  • the magnet means 6 of the membranes 2 are arranged centrally in the region of the membrane axis M.
  • the actuator means 7 of the actuator 4 are moved on a circular path on the magnetic means 6 of the membranes 2, which leads to the cyclical deflection of the membranes 2.
  • Fig. 5 is the membrane 2 of a first in Fig. 5 3 shown by the south pole of a permanent magnet 7 a of the first actuator means 7 and pushed into an inner dead center position (not shown), while the membrane of a second in Fig. 5 Workspace 3 shown on the right is attracted by the north pole of a permanent magnet 7b of the second actuator means 7 and urged into an outer dead center position (not shown).
  • the membranes 2 of the other two working spaces 3 are subjected in this rotational position of the actuator 4 at most a small magnetic interaction, since they are in the illustrated rotational position of the actuator 4 opposite to not or at most weak magnetic trained areas 7c are arranged.
  • the magnet means 6 of two in the direction of rotation of the actuator unit 4 offset by 180 ° to each other or opposite membranes 2 can deviate from that on the actuator side Fig. 5 also be polar opposite to each other or form unlike magnetic poles.
  • the magnetic means 6 are arranged so that the membrane 2 of a working space 3 on the side of the actuator unit 4 (outside) has a south pole and the membrane 2 of the opposite working space 3 on the side of the actuator 4 has a north pole.
  • FIGS. 6 and 7 another, alternative embodiment of a diaphragm pump described.
  • a pump head is provided which forms four working spaces together with four clamped between the pump head and an actuator housing 13 membranes 2.
  • the design of the pump head can in the FIGS. 3 to 5 shown embodiment correspond.
  • a drive device 5 is provided for an actuator unit 4, which is formed as a plate-shaped stator unit 29 with a plurality of coils 30.
  • the coils 30 are preferably arranged concentrically and at regular intervals in the stator unit 29 in the direction of rotation of the actuator unit 4 to each other.
  • the diaphragm pump 1 has a (not shown) control electronics, which is designed to control the polarity change of the coils 30.
  • the rotational position of the actuator unit 4 is preferably detected, wherein, as a function of this rotational position, the polarity reversal of the coils 30 to generate a magnetic rotating field.
  • the drive or the rotation of the actuator unit 4 then takes place on the basis of the magnetic rotating field generated by the coils 30.
  • the stator unit 29 is preferably designed for pivotal mounting of the actuator unit 4.
  • a preferably centrally arranged bearing bore 31 is provided.
  • the actuator unit 4 has a centrally arranged bearing journal 32, which in particular can be inserted into the bearing bore 31 with a precise fit.
  • the stator unit 29 is connected to an actuator housing 13.
  • two actuator means 7 are provided in the illustrated embodiment, which are each formed as a circular ring segment-shaped permanent magnet with axial magnetization.
  • the actuator means 7 are arranged offset in the direction of rotation of the actuator 4 by 180 ° to each other and preferably extend over 90 ° in the direction of rotation of the actuator 4. In this way, an effective magnetic interaction with the stator 29 and a high efficiency of the diaphragm pump 1 is possible.
  • the actuator means 7 are an integral part of the actuator 4 and complement these peripherally and frontally to a disc shape, as particularly clear Fig. 6 evident.
  • the actuator means 7 each form on a side remote from the drive unit 5 end face of the actuator 4 a magnetic N, S to act on an opposite membrane 2 and on the other end of the actuator 4, an oppositely polarized magnetic pole S, N for interacting with the stator 29th Regarding Fig. 7 it is also in this embodiment so that the membranes 2 are arranged frontally opposite to the actuator unit 4 and lying substantially in a common plane.
  • Fig. 7 In order to enable a pulsation-poor operation of the diaphragm pump 1, is in an in Fig. 7 shown certain rotational position of the actuator unit 4 in Fig. 7 membrane 2 arranged on the left of a working space attracted by the north pole N of the first circle-shaped actuator means 7 and urged into an outer dead center position (not shown), while the right-hand membrane 2 of a working space repelled by the south pole S of the second circular-segment-shaped actuator means 7 and in an inner dead center position is urged (not shown).
  • the magnetically repelled membrane 2 and the magnetically attracted membrane 2 are arranged offset in the specific rotational position of the actuator unit by 180 ° to each other.
  • the membranes 2 of two other work spaces are in the particular rotational position corresponding to not or at most weakly magnetized areas assigned to 7c and are thus in a non-deformed position between the Tot Vietnamese einen. Analogous to the previous embodiments are at no time, that is at no rotational position of the actuator 4, the membranes 2 all work spaces simultaneously in the same inner or outer dead center or in a same, preferably not or weakly deflected position between the dead center.
  • the actuator 4 It is located in the specific rotational position of the actuator 4, preferably only the membrane 2 of a working space in the inner dead center, only the membrane 2 of a second working space in the outer dead center and the membranes 2 of two other working spaces may be in a preferably not or only weak deformed position, which is achieved during a suction phase or pressure phase and lies between the dead center positions. In this way, corresponding advantages can be realized.
  • a drive device for driving an actuator 4 is not shown.
  • the drive device may be formed according to the embodiments described above as an electric motor or as a brushless DC motor.
  • the actuator housing 13, the inner housing part 10 and the outer housing part 11 are with respect to a rotational axis 8 of the actuator unit 4 (FIG. Fig. 9 ) axially arranged one behind the other and screwed together.
  • the drive device is preferably fastened to the actuator housing 13.
  • the actuator housing 13 corresponding connecting means, in particular threaded and / or receiving bores, on (schematically in FIG Fig. 8 indicated).
  • the actuator housing 13 has a through hole 13a, through which a drive pin of the drive device for driving the actuator unit 4 can be passed.
  • the actuator housing 13, the inner housing part 10 and the outer housing part 11 have an approximately complementary and matching, in particular rectangular or square, outer contour.
  • each pump head 9 is disposed on an outer side of the housing of the diaphragm pump 1 and are attached.
  • Each pump head 9 has a suction line 19 and a pressure line 22, wherein the fluid to be delivered is sucked into the pump head 9 via the suction line 19 and conveyed out of the pump head 9 via the pressure line 22.
  • the membranes 2 are peripherally clamped between the inner housing part 10 and the outer housing part 11 (cf. Fig. 9 ).
  • the actuator unit 4 is formed as a rotating disk.
  • each membrane 2 has, for example, a magnetic means 6 designed as a permanent magnet.
  • Each working space 3 is delimited by a chamber wall 12 on the one hand and the membrane 2 on the other hand, the chamber wall 12 being formed by a region of the inner housing part 10.
  • the actuator unit 4 has actuator means 7 which are designed as group-wise arranged permanent magnets 7a, 7b (corresponding to Fig. 4 ).
  • the unequal magnetic poles or magnetic pole groups formed on the diaphragm side by the permanent magnets 7a, 7b are arranged offset by 180 ° in the direction of rotation of the actuator unit 4. In circumferential or rotational direction of the actuator 4 are between the permanent magnets 7a, 7b as in in Fig. 4 shown embodiment areas provided that are not or at most weakly magnetic.
  • the working spaces 3 are arranged between the membranes 2 and the permanent magnets 7a, 7b of the actuator unit 4. Structurally, the membranes 2 are separated from the actuator unit 4 and thus from the actuator means 7 via the chamber walls 12 of the inner housing part 10.
  • the inner housing part 10 consists, at least in the region of the chamber walls 12, of a material, for example a plastic material, which does not oppose the magnetic coupling between the actuator means 7 and the magnetic means 6 of the membranes 2 and permits non-contact deformation of the membranes 2 by the actuator means 7.
  • the membranes 2 may have a round, preferably circular, outer contour in all embodiments shown and described.
  • the preferably cylindrical magnet means 6 are arranged and held in particular in a middle region of the membranes 2 or in the region of the center axes M.
  • the magnet means 6 can be arranged on a side of the membranes 2 facing away from the working space 3.
  • the membranes 2 may be formed thickened in their central regions relative to their edge regions, wherein formed in the membranes 2 recesses or receiving areas for the magnetic means 6 could be.
  • the attachment of the magnetic means 6 to the membranes 2 is then carried out by inserting the magnetic means 6 in the receiving areas and possibly by gluing.
  • the embodiment shown is advantageous in that a contact between the actuator means 7 of the actuator unit 4 and the magnetic means 6 of the membranes 2 is securely excluded during operation of the diaphragm pump 1. This leads to a significant reduction of noise during operation of the diaphragm pump. 1
  • the membranes 2 are preferably thin-walled in their edge regions in order to allow simple deformability.
  • the membranes 2 are deformed in the pumping operation exclusively in their edge regions, whereas the central regions - reinforced by the rigid magnetic means 6 - remain substantially dimensionally stable.
  • the pump heads 9 are laterally connected to the work spaces 3 (see. Fig. 10 ).
  • Each pump head 9 has a base plate 33 and a head part 34.
  • the suction line 19 and the pressure line 22 are formed by the head part 34.
  • the base plate 33 is arranged on the actuator housing 13 and on the outer housing part 11, in particular screwed. Between the base plate 33 and the head part 34 valves 28 in the form of an inlet valve 35 and an outlet valve 36 are provided (see. Fig. 11 ).
  • the fluid to be delivered is sucked in the suction phase via the suction line 19 of a pump head 9. After passing through the inlet valve 35, the fluid passes through the inner housing part 10 into the working space 3. In the pressure phase, the fluid is also expelled from the working space 3 via the inner housing part 10.
  • the actuator unit 4 has a plurality of subsequently arranged, preferably cylindrical, recesses 37 in the direction of rotation, in which the magnets 7a, 7b are inserted.

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Abstract

Dargestellt und beschrieben ist eine Membranpumpe (1) zum Fördern eines gasförmigen und/oder flüssigen Mediums, mit wenigstens einer verformbaren Membran (2) zum Verändern der Größe eines Arbeitsraums (3) der Membranpumpe (1) und mit wenigstens einer Aktoreinheit (4) zum Verformen der Membran (2) durch berührungsloses Beaufschlagen der Membran (2) mittels eines magnetischen Feldes, wobei die Membran (2) ein Material umfasst oder aus einem Material besteht, das magnetisch und/oder magnetisierbar ist, und die Aktoreinheit (4) wenigstens ein magnetisches und/oder magnetisierbares Aktormittel (7) aufweist. Erfindungsgemäß ist die Aktoreinheit (4) drehbar gelagert und die Membran (2) umfangsseitig zur Aktoreinheit (4) angeordnet, wobei in einer Totpunktstellung der Membran (2) die Polarisationsrichtung des zwischen dem Material der Membran (2) und dem Aktormittel (7) ausgebildeten Magnetfeldes radial zur Drehachse der Aktoreinheit (4) ausgerichtet ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Membranpumpe zum Fördern eines gasförmigen und/oder flüssigen Mediums, mit wenigstens einer verformbaren Membran zum Verändern der Größe eines Arbeitsraums der Membranpumpe und mit wenigstens einer Aktoreinheit zum Verformen der Membran durch berührungsloses Beaufschlagen der Membran mittels eines magnetischen Feldes, wobei die Membran ein Material umfasst und/oder aus einem Material besteht, das magnetisch und/oder magnetisierbar ist, und die Aktoreinheit wenigstens ein magnetisches und/oder magnetisierbares Aktormittel aufweist. Zwischen dem Material der Membran und dem Aktormittel wird ein Magnetfeld ausgebildet, das zur Verformung der Membran führt.
  • Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur berührungslosen Betätigung der Membranen von mehreren Arbeitsräumen einer Membranpumpe zum Fördern eines gasförmigen und/oder flüssigen Mediums.
  • Membranpumpen weisen in der Regel wenigstens einen Arbeitsraum auf, der von einer zum Verändern der Größe des Arbeitsraums verformbaren Membran und von einer Wand begrenzt ist, in der zumindest ein Einlass und wenigstens ein Auslass für ein Medium ausgebildet sind, das in einer Saugphase über den Einlass in den sich vergrößernden Arbeitsraum eingesaugt und in einer Kompressionsphase über den Auslass aus dem sich verkleinernden Arbeitsraum ausgestoßen wird. Zum Verformen der Membran ist eine ansteuerbare Aktor- bzw. Antriebseinheit vorgesehen.
  • In der DE 1 184 447 A1 wird vorgeschlagen, ein Pleuel als Aktoreinheit einzusetzen. Das Pleuel spannt mit seinem freien Ende die Membran zwischen sich und einer zugehörigen Befestigungsscheibe ein. An seinem anderen Ende ist das Pleuel exzentrisch auf einer Kurbelwelle gelagert, so dass sich beim Betrieb einer solchen Membranpumpe eine etwa senkrecht orientierte Hubbewegung der Membran ergibt. Nachteilig an dieser Membranpumpe ist, dass die Membran einer permanenten Klemmbelastung zwischen dem Pleuel und der Befestigungsscheibe ausgesetzt ist, was zu einem hohen Verschleiß der Membran führt.
  • Ein alternatives Antriebskonzept geht aus der EP 0 604 740 A1 hervor. Hier wird die Verformung einer einzigen Membran durch berührungsloses Beaufschlagen mittels eines magnetischen Feldes vorgeschlagen. Die Membran ist hierzu auf ihrer dem Arbeitsraum abgewandten Seite magnetisch reagierend ausgebildet. Die Verformung der Membran erfolgt über eine rotierende Scheibe, auf der Permanentmagnete angeordnet sind. Durch Drehung der Scheibe bzw. des darauf angeordneten Permanentmagneten wirkt auf die Membran ein zyklisch um eine Mittelachse der Membran umlaufendes Magnetfeld, wobei das zu fördernde Fluid in einer Rotationsbewegung vom Einlass zum Auslass gefördert wird. Es wird so ein zyklisch um die Mittelachse der Membran umlaufender Arbeitsraum an der Membran ausgebildet, in den das zu fördernde Fluid über einen Einlass eingesaugt, um die Mittelachse herum gefördert und schließlich über einen Auslass wieder abgegeben wird.
  • Nachteilig an diesem Konzept ist, dass die Membran aufgrund des zyklisch rotierenden Magnetfeldes einer wellenförmigen Bewegung und somit einer starken und großflächigen Verformung ausgesetzt ist, was mit einem hohen Materialverschleiß bzw. einer aufwendigen Wartung verbunden ist. Darüber hinaus ist die rotierende Förderbewegung vergleichsweise uneffektiv.
  • Membranpumpen werden unter anderem im Bereich der Medizin- und/oder Analyse- und/oder Umwelttechnik, beispielsweise in Anästhesiegeräten oder Gassensoren, eingesetzt. Für eine Nutzung von Membranpumpen als Präzisionspumpen ist zumeist eine kompakte Bauform erforderlich, insbesondere wenn die eingesetzten Membranpumpen als Unterbaugruppen in entsprechende Medizin- und/oder Analyseeinrichtungen integriert werden. Zudem ist eine hohe Langzeitstabilität der Membran unabdingbar.
  • Weiter ist insbesondere für medizintechnische Anwendungen und für die Gasanalyse ein pulsationsarmer Betrieb der eingesetzten Membranpumpe wünschenswert. Unter dem Begriff "Pulsation" ist dabei insbesondere eine sinusförmige Förderkurve zu verstehen, die auf die periodische Volumenänderung des Arbeitsraums bzw. Verformung der Membran zurückzuführen ist. Die damit verbundenen Druckpulse bzw. Druckspitzen können zu Beschädigungen empfindlicher Sensoreinrichtungen führen oder die Messergebnisse verfälschen.
  • Schließlich ist beim Einsatz von Membranpumpen in einer Labor- und/oder Patientenumgebung ein geräuscharmer Betrieb wünschenswert.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Membranpumpe, insbesondere für die Verwendung im Bereich der Gasanalyse und/oder der Medizintechnik, zur Verfügung zu stellen, die sich durch eine kompakte Bauform auszeichnet und einen verschleißarmen, geräuscharmen und/oder pulsationsarmen, insbesondere pulsationsfreien, Betrieb bei gleichzeitig hohem Fördervolumen ermöglicht. Gleichzeitig soll die erfindungsgemäße Membranpumpe weitere spezifische Anforderungen, wie eine hohe Langzeitstabilität, Kostensensibilität und/oder Ventildichte, erfüllen. Darüber hinaus liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur berührungslosen Betätigung der Membranen von mehreren Arbeitsräumen einer Membranpumpe zur Verfügung zu stellen, das die Konstruktion einer Membranpumpe mit den vorgenannten Vorteilen gestattet.
  • Die vorliegende Erfindung wird durch eine Membranpumpe mit den Merkmalen der Ansprüche 1, 3, 8, 9 und 10 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Die Erfindung ermöglicht eine Ausgestaltung der Membranpumpe, die einen pulsationsarmen bis weitgehend pulsationsfreien und/oder einen verschleißarmen und/oder einen geräuscharmen Betrieb bei kompakter Bauform und einer geringen Teileanzahl zulässt. Gegenüber Flügelzellenpumpen und Exzentermembranpumpen können weniger Verschleißpunkte verwirklicht werden, was zu höheren Standzeiten bzw. reduziertem Wartungsaufwand führt. Insbesondere lassen sich eine hohe Förderleistung von beispielsweise Exzentermembranpumpen sowie deutlich höhere Enddrücke und eine höhere Druckstabilität beispielsweise gegenüber Flügelzellenpumpen erreichen. Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Membranpumpe können eine insbesondere gegenüber Flügelzellenpumpen geringere Empfindlichkeit gegenüber Feuchtigkeit und/oder Partikeln und eine hohe System- und Ventildichte sein, die mit denen konventioneller Pumpen, insbesondere mit Exzentermembranpumpen, vergleichbar sind. Ferner sind mit der erfindungsgemäßen Membranpumpe, insbesondere im Vergleich zu Flügelzellenpumpen, geringere Drehzahlen zur Erzielung eines bestimmten Förderdrucks oder Fördervolumens möglich, was mit einer höheren Motorlebensdauer und einer verbesserten Regelbarkeit der Pumpe verbunden sein kann. Schließlich kann durch Anpassung der Magnetkräfte eine interne Druck- bzw. Vakuumbegrenzung verwirklicht werden, wodurch ein Motor- bzw. Systemschutz ohne zusätzliche elektronische Maßnahmen möglich ist.
  • Die Erfindung schlägt folglich alternative bzw. gegenüber dem Stand der Technik weiterentwickelte (Antriebs-)Konzepte zur Verformung wenigstens einer Membran einer Membranpumpe durch berührungsloses Beaufschlagen der Membran mittels eines magnetischen Feldes vor, wodurch sich insbesondere die oben beschriebenen Vorteile realisieren lassen.
  • Gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Aktoreinheit drehbar gelagert und die Membran umfangsseitig zur Aktoreinheit angeordnet ist, wobei in einer Totpunktstellung der Membran die Polarisationsrichtung des zwischen dem Material der Membran und dem Aktormittel ausgebildeten Magnetfeldes radial zur Drehachse der Aktoreinheit ausgerichtet ist. In einer Totpunktstellung der Membran erreicht der Abstand zwischen dem Aktormittel und der Membran vorzugsweise einen Extremwert. Darüber hinaus wird in dieser Stellung die größte anziehende oder die größte abstoßende Magnetkraft zwischen dem Aktormittel und dem Membranmaterial erreicht, wobei die (Haupt-) Polarisationsrichtung des zwischen der Membran und dem Aktormittel wirkenden Magnetfeldes im Wesentlichen quer bzw. radial zur Drehachse der Aktoreinheit ausgerichtet ist.
  • Unter dem Begriff "(Haupt-)Polarisationsrichtung des Magnetfeldes" ist im Sinne der vorliegenden Erfindung der Richtungsvektor zwischen Magnetpolen entgegengesetzter Polarität zu verstehen, die durch das Membranmaterial einerseits und das Aktormittel andererseits gebildet werden.
  • Die umfangseitige Anordnung der Membran zur Aktoreinheit lässt eine sehr platzsparende Bauweise der erfindungsgemäßen Membranpumpe zu. Insbesondere kann ein Arbeitsraum der Membranpumpe innerhalb der axialen Längsabmessung der Aktoreinheit angeordnet werden, wodurch sich ein insgesamt sehr kompakter Aufbau der erfindungsgemäßen Membranpumpe ergibt. Bei Rotation der Aktoreinheit kommt es erfindungsgemäß zur Ausbildung eines zyklisch rotierenden Magnetfeldes und zu einer lediglich linearen Pumpbewegung der Membran, was im Vergleich zu der aus der EP 0 604 740 A1 bekannten wellenförmigen Verformung der Membran zu einem deutlich geringeren Materialverschleiß und damit zu einer hohen Langzeitstabilität führt und eine hohe Ventildichte gewährleistet.
  • Der Begriff "Totpunktstellung der Membran" kann sowohl eine "äußere Totpunktstellung" als auch eine "innere Totpunktstellung" umfassen. Eine Totpunkstellung der Membran wird dann erreicht, wenn die Aktoreinheit eine bestimmte Drehstellung einnimmt, in der ein Magnetpol der Aktoreinheit einem Magnetpol der Membran vorzugsweise direkt gegenüberliegt. In der äußeren Totpunktstellung ist der Abstand zwischen dem Magnetmaterial der Membran einerseits und dem Aktormittel andererseits minimal. In diesem Fall wird die Membran maximal in Richtung zum Aktormittel angezogen bzw. verformt. Entsprechend ist unter einer inneren Totpunktstellung ein Zustand zu verstehen, in dem der Abstand zwischen dem Magnetmaterial der Membran einerseits und dem Aktormittel andererseits maximal ist. In diesem Fall wird die Membran maximal vom Aktormittel abgestoßen bzw. maximal vom Aktormittel weg verformt. Zwischen beiden Totpunktstellungen kann die Membran eine Ruhestellung annehmen, bei der auf die Membran keine oder eine lediglich geringe Magnetkraft einwirkt. In beiden Totpunktstellungen verläuft erfindungsgemäß die (Haupt-)Polarisationsrichtung bzw. der Richtungsvektor zwischen Polen entgegengesetzter Polarität quer - also radial - zur Drehachse der Aktoreinheit. Die Membran liegt dabei in einer Totpunktstellung dem Aktormittel vorzugsweise direkt gegenüber.
  • Das Aktormittel kann an einer radialen Umfangsfläche der Aktoreinheit gehalten und/oder zumindest abschnittsweise in die Aktoreinheit umfangseitig eingesetzt sein. Das Aktormittel kann dabei zumindest einen Teil der Umfangsfläche der Aktoreinheit bilden.
  • Um eine für die Pumpbewegung ausreichende Verformung der Membran durch berührungsloses Beaufschlagen der Membran mittels eines magnetischen Feldes sicherzustellen, kann die Flächennormale im mittleren Bereich einer Arbeitsfläche der Membran senkrecht bzw. radial zur Drehachse der Aktoreinheit ausgerichtet sein.
  • Es können zwei Arbeitsräume, vier Arbeitsräume oder ganzzahlige Vielfache von zwei Arbeitsräumen vorgesehen sein, wobei vorzugsweise jedem Arbeitsraum ein separater Pumpenkopf zugeordnet ist. Die Arbeitsräume sind insbesondere umfangseitig zur Aktoreinheit und in Drehrichtung der Aktoreinheit zueinander versetzt bzw. nachfolgend angeordnet. Auf diese Weise ist eine kompakte Anordnung auch mehrerer Arbeitsräume möglich, insbesondere innerhalb der axialen Längsabmessung der Aktoreinheit. Die Arbeitsräume sind dabei vorzugsweise gleichverteilt über den Umfang der Aktoreinheit angeordnet, woraus ein geringes Bauvolumen der erfindungsgemäßen Pumpe resultiert. Die Membranen mehrerer Arbeitsräume werden dann bei der Drehbewegung einer gemeinsamen Aktoreinheit nachfolgend betätigt, was zu einer geringen Bauteilanzahl der Membranpumpe führt und die Montage der Pumpe insgesamt vereinfacht.
  • Ein Pumpenkopf der Pumpe begrenzt zusammen mit der Membran einen Arbeitsraum und weist wenigstens einen Einlass auf, über den das zu fördernde Medium in einer Saugphase in den Arbeitsraum eingesaugt wird. Zudem ist wenigstens ein Auslass vorgesehen, über den das zu fördernde Medium in einer Druckphase aus dem sich verkleinernden Arbeitsraum ausgebracht wird. Durch mehrere separate Pumpenköpfe wird der Wartungsaufwand reduziert, wobei beispielsweise ein bedarfsweises Austauschen defekter Membranen durch Lösen des jeweiligen Pumpenkopfes möglich ist.
  • Die Aktoreinheit kann ein oder mehrere Aktormittel aufweisen. Jedes Aktormittel kann durch ein oder mehrere Permanentmagnete gebildet sein. Beispielsweise kann als Aktormittel ein diametral magnetisierter Ringmagnet vorgesehen sein. Die Aktoreinheit weist dann in Drehrichtung vorzugsweise zwei gegenüberliegende Magnetpole auf, die entgegengesetzt polarisiert sind. Alternativ kann ein Aktormittel auch durch eine Gruppe von nach außen gleich polarisierten Permanentmagneten gebildet sein. Dabei werden bevorzugt Scheiben- oder Stabmagnete eingesetzt.
  • Gemäß einer zweiten, alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Aktoreinheit drehbar gelagert und die Membran stirnseitig zur insbesondere scheiben- bzw. plattenförmigen Aktoreinheit angeordnet, wobei in einer Totpunktstellung der Membran die (Haupt-)Polarisationsrichtung des zwischen dem Material der Membran und dem Aktormittel ausgebildeten Magnetfeldes im Wesentlichen in Richtung der Drehachse der Aktoreinheit bzw. parallel dazu ausgerichtet ist und wobei eine Drehachse der Aktoreinheit seitlich versetzt und, vorzugsweise, parallel zu einer Membranmittelachse der Membran angeordnet ist, so dass das Aktormittel bei Drehung der Aktoreinheit zyklisch an der Membran vorbeibewegt wird und die Membran zyklisch überquert. Vorzugsweise wird das Aktormittel entlang einer Kreisbahn an der Membran vorbei bewegt.
  • Beim zyklischen Überqueren der Membran wird ein Magnetfeld zwischen dem Aktormittel und der Membran ausgebildet, was zur zyklischen Verformung der Membran führt. Insbesondere überstreicht das Aktormittel hierbei den Bereich der Mittelachse der Membran. Weiter insbesondere liegt die maximale Auslenkung der Membran in der Saug- bzw. Druckphase in einem Zentralbereich der Membranfläche bzw. im Bereich der Mittelachse der Membran vor. Dies gestattet einen effektiven und schonenden Pumpbetrieb.
  • Bei dieser zweiten Ausführungsform ist vorzugsweise vorgesehen, dass nachfolgend die Membranen von mehreren Arbeitsräumen der Membranpumpe durch Rotation der gemeinsamen Aktoreinheit verformt werden. Dies ermöglicht wiederum eine sehr kompakte Bauform der erfindungsgemäßen Membranpumpe bei einer geringen Anzahl von Einzelbauteilen. Jede Membran ist bezüglich ihrer Mittelachse beabstandet zur Drehachse der Aktoreinheit angeordnet, so dass wenigstens ein Aktormittel bei der Rotation der Aktoreinheit zyklisch und nachfolgend an jeder Membran vorbeibewegt wird bzw. diese überquert. Dabei wird nachfolgend jede Membran vorzugsweise im Bereich ihrer Mittelachse maximal ausgelenkt und in Richtung der Drehachse bzw. parallel zur Drehachse der Aktoreinheit verformt. Die Flächennormale im mittleren Bereich einer Arbeitsfläche der Membran ist dabei vorzugsweise in Richtung der Drehachse der Aktoreinheit bzw. parallel dazu ausgerichtet.
  • Konstruktiv ist bevorzugt, dass das Aktormittel an einer axialen Stirnfläche der Aktoreinheit gehalten und/oder zumindest abschnittsweise in eine axiale Stirnfläche der Aktoreinheit eingesetzt ist.
  • Vorzugsweise ist die Aktoreinheit bei dieser Ausführungsform der Erfindung scheibenförmig ausgebildet und weist wenigstens ein stirnseitig angeordnetes und/oder eingesetztes Aktormittel auf. Weiter vorzugsweise sind mehrere Aktormittel vorgesehen, wobei jedes Aktormittel durch eine Gruppe von Scheiben- oder Stabmagneten gebildet sein kann und die Magnete einer Gruppe nach außen gleich polarisiert sind. Auf diese Weise wird eine optimale berührungslose Betätigung der Membranen gewährleistet.
  • Es können mehrere, vorzugsweise vier, Membranen mit zugeordneten Arbeitsräumen vorgesehen sein, wobei die Arbeitsräume gegenüber einer axialen Stirnseite der Aktoreinheit und gegenüber den Aktormitteln angeordnet sind. Auf diese Weise wird eine effektive magnetische Wechselwirkung zwischen den Membranen und der Aktoreinheit erreicht.
  • Es ist zweckmäßig, wenn mehrere Arbeitsräume einem gemeinsamen Pumpenkopf zugeordnet sind. Insbesondere in diesem Fall weist der Pumpenkopf wenigstens einen Sammelraum zur parallelen Zusammenführung der Einlässe und/oder Auslässe der Arbeitsräume auf. Dies gestattet eine konstruktiv einfache Gestaltung und eine kompakte Bauweise der erfindungsgemäßen Membranpumpe.
  • Die Aktoreinheit kann auch bei dieser Ausführungsform ein oder mehrere Aktormittel aufweisen. Jedes Aktormittel kann durch ein oder mehrere Permanentmagnete gebildet sein. Vorzugsweise wird ein Aktormittel durch eine Gruppe von nach außen gleich polarisierten Permanentmagneten gebildet. Dabei werden bevorzugt Scheiben- oder Stabmagnete eingesetzt.
  • Die nachfolgenden Ausführungen können bei beiden oben beschriebenen Konzepten zur Verformung einer Membran durch berührungsloses Beaufschlagen der Membran mittels eines magnetischen Feldes verwirklicht sein, ohne dass dies nachfolgend ausdrücklich erwähnt wird.
  • Vorzugsweise weist die Aktoreinheit mehrere auf die Membran einwirkende entgegengesetzt polarisierte äußere Magnetpole der Anzahl n auf. Alternativ kann die Aktoreinheit mehrere entgegengesetzt polarisierte Magnetpolgruppen der Anzahl n aufweisen, wobei jede Magnetpolgruppe lediglich aus gleich polarisierten äußeren Magnetpolen besteht und wobei n größer oder gleich zwei ist. Die entgegengesetzt polarisierten Magnetpole oder Magnetpolgruppen sind bevorzugt in Drehrichtung der Aktoreinheit aufeinanderfolgend angeordnet, wobei die Magnetpole oder Magnetpolgruppen in Drehrichtung der Aktoreinheit um 360°/n versetzt zueinander angeordnet sein können. Die Membran weist ebenfalls einen äußeren, zur Aktoreinheit gerichteten Magnetpol oder ggf. auch eine Gruppe gleich polarisierter äußerer Magnetpole auf. Damit lässt sich bei Drehung der Aktoreinheit die Membran abwechselnd in die äußere Totpunktstellung und in die innere Totpunktstellung bringen.
  • Unter dem Begriff "Magnetpol" der Aktoreinheit ist im Sinne der vorliegenden Erfindung vorzugsweise ein umfangsseitiger oder stirnseitiger äußerer Bereich der Aktoreinheit zu verstehen, in dessen Umgebung die magnetische Feldstärke besonders hoch ist, da hier die Feldlinien des Magnetfeldes ein- bzw. austreten. Zwischen den Magnetpolen von Aktoreinheit und Membran wird dabei der Richtungsvektor des Magnetfeldes ausgebildet. Der Richtungsvektor kann bei den erfindungsgemäß alternativ vorgeschlagenen Ausführungsformen entweder radial bzw. quer oder axial in Richtung oder parallel zur Drehachse der Aktoreinheit verlaufen.
  • Bei einer Membranpumpe mit mehreren Arbeitsräumen, die in Drehrichtung der Aktoreinheit nachfolgend angeordnet sind, können die Membranen aktorseitig gleiche bzw. gleichnamige Magnetpole ausbilden. Dies lässt sich beispielsweise durch eine gleiche Ausrichtung von Magnetmitteln in den Membranen erreichen. Durch Drehung der gemeinsamen Aktoreinheit lassen sich so nachfolgend angeordnete Membranen von mehreren Arbeitsräumen nachfolgend und zyklisch in die innere oder in die äußere Totpunktstellung bringen. So ist eine gerichtete Saug- oder Druckströmung über miteinander verbundene Arbeitsräume innerhalb der Membranpumpe sichergestellt. Alternativ ist es aber auch möglich, dass die Membranen von zwei in Drehrichtung der Aktoreinheit vorzugsweise um 180° versetzt zueinander angeordneten Arbeitsräumen auf der Seite der Aktoreinheit ungleiche bzw. nicht gleichnamige Magnetpole ausbilden.
  • Vorzugsweise handelt es sich bei dem Aktormittel der Aktoreinheit und/oder bei dem Magnetmittel der Membran um einen Permanentmagneten. Auf diese Weise wird eine besonders starke magnetische Wechselwirkung zwischen dem Aktormittel und der Membran gewährleistet. Bei dem Aktormittel kann es sich beispielsweise um einen diametral magnetisierten Ringmagneten handeln. Der Nordpol liegt dann auf der einen Hälfte und der Südpol auf der anderen Hälfte des Ringmagneten. Der Ringmagnet kann auf einem Magnetträger des Aktormittels gelagert und um eine sich in axialer Richtung durch den Ringmagneten erstreckende Drehachse drehbar angeordnet sein. Bei dem Aktormittel kann es sich auch um einen Stabmagneten oder einen Scheibenmagneten handeln. Auch kann ein Aktormittel durch eine Gruppe von stab- oder scheibenförmigen Permanentmagneten gebildet werden. Beispielsweise kann die Aktoreinheit zwei in Drehrichtung der Aktoreinheit um vorzugsweise 180° versetzt zueinander angeordnete Gruppen von Stab- oder Scheibenmagneten aufweisen. Die Magnete einer Gruppe sind vorzugsweise in die gleiche Richtung ausgerichtet, so dass die Aktoreinheit im Bereich der Gruppe membranseitig lediglich gleichnamige Magnetpole aufweist.
  • Weiter bevorzugt sind in Drehrichtung zwischen den Magnetpolen oder Magnetpolgruppen außenliegende Bereiche der Aktoreinheit vorgesehen, die schwächer oder gar nicht magnetisiert sind. Insbesondere kann die Aktoreinheit wenigstens zwei, vorzugsweise lediglich zwei, in Drehrichtung der Aktoreinheit, insbesondere in regelmäßigen Abständen zueinander versetzt zueinander angeordnete, weiter vorzugsweise in Drehrichtung der Aktoreinheit um 180° zueinander versetzt angeordnete, nicht-magnetische außenliegende Bereiche aufweisen. Auf diese Weise wechseln sich in Drehrichtung der Aktoreinheit angeordnete Magnetpole bzw. Magnetpolgruppen - also magnetische Bereiche - mit nicht-magnetischen oder lediglich schwach-magnetischen Bereichen ab. Damit lässt sich die Membran bei Drehung der Aktoreinheit abwechselnd in eine äußere Totpunktstellung bringen, wenn ein entgegengesetzt polarisierter Magnetpol der Membran gegenüberliegt, oder in eine innere Totpunktstellung, wenn ein gleich polarisierter Magnetpol der Membran gegenüberliegt. Wenn dagegen ein nicht-magnetischer oder lediglich schwach-magnetischer Bereich der Membran gegenüberliegt, nimmt die Membran dann vorzugsweise eine Ruhestellung ein, die zwischen den beiden Totpunktstellungen liegt.
  • Insbesondere können mehrere Arbeitsräume vorhanden sein, die entweder umfangseitig oder stirnseitig zur Aktoreinheit angeordnet sind. Jedem Arbeitsraum ist eine Membran zugeordnet. Die Anzahl m der Arbeitsräume ist vorzugsweise größer oder gleich der Anzahl der Aktormittel der Aktoreinheit. Insbesondere können die Arbeitsräume in Drehrichtung der Aktoreinheit um 360°/m versetzt zueinander angeordnet sein. Hierbei können die Magnetmittel aller Membranen in die gleiche Richtung ausgerichtet sein, so dass die Membranen aktorseitig lediglich gleichnamige bzw. gleichpolig ausgerichtete Magnetpole aufweisen. Alternativ ist jedoch auch eine gegenpolige Ausrichtung der Magnetpole von in Drehrichtung der Aktoreinheit nachfolgenden Membranen möglich. Hierauf wird weiter unten im Detail eingegangen.
  • Besonders bevorzugt soll durch die Polarisation der äußeren Magnetpole der Aktoreinheit einerseits und die Polarisation der äußeren Magnetpole der Magnetmittel der Membranen andererseits und ggf. durch nicht-magnetische oder lediglich schwach-magnetische Bereiche zwischen den äußeren Magnetpolen der Aktoreinheit sichergestellt werden, dass sich bei keiner Drehstellung der Aktoreinheit die Membranen aller Arbeitsräume der Pumpe gleichzeitig an einem gleichen inneren oder äußeren Totpunkt oder alle gleichzeitig in einer gleichen vorzugsweise nicht ausgelenkten Stellung zwischen den Totpunkten befinden. Dadurch wird ein sehr pulsationsarmer Betrieb ermöglicht.
  • Bei einer bestimmten Drehstellung der Aktoreinheit, bei der sich die Membranen von vorzugsweise zwei Arbeitsräumen in einer vorzugsweise nicht oder nur schwach verformten Stellung zwischen den Totpunkten befinden, die während einer Saugphase oder Druckphase erreicht wird, kann dann wenigstens die Membran eines dritten Arbeitsraums in einer inneren Totpunkstellung und wenigstens die Membran eines vierten Arbeitsraums in einer äußeren Totpunktstellung angeordnet sein. Die innere Totpunktstellung kann den Beginn der Saugphase und die äußere Totpunktstellung kann den Beginn der Druckphase kennzeichnen.
  • Weiter kann es zweckmäßig sein, wenn in einer bestimmten Drehstellung der Aktoreinheit die Anzahl der in der Ruhestellung befindlichen Membranen der Gesamtzahl der in einer inneren oder äußeren Totpunktstellung befindlichen Membranen entspricht.
  • Beispielsweise kann die Aktoreinheit zwei in Drehrichtung um 180° versetzt zueinander angeordnete und entgegengesetzt polarisierte äußere Magnetpole oder äußere Magnetpolgruppen aufweisen und es können vier in Drehrichtung der Aktoreinheit jeweils um 90° versetzt zueinander angeordnete Arbeitsräume vorgesehen sein. Die Membranen der Arbeitsräume weisen vorzugsweise auf einer der Aktoreinheit zugewandten Seite gleich polarisierte äußere Magnetpole auf. Dadurch wird bei einer bestimmten Drehstellung der Aktoreinheit erreicht, dass sich die Membranen von zwei vorzugsweise gegenüberliegenden Arbeitsräumen in einer nicht oder schwach ausgelenkten Stellung zwischen den Totpunkten befinden, während die Membran eines dritten Arbeitsraums eine äußere Totpunktstellung und die Membran eines vorzugsweise dem dritten Arbeitsraum gegenüberliegenden vierten Arbeitsraums eine innere Totpunktstellung erreicht. Hierdurch wird ein pulsationsarmer oder -freier Betrieb der Membranpumpe erreicht.
  • Um die kompakte Bauform der erfindungsgemäßen Membranpumpe weiterführend zu verbessern, kann wenigstens ein gemeinsamer Sammeleinlassraum und/oder wenigstens ein gemeinsamer Sammelauslassraum vorgesehen sein, über den Einlässe bzw. Auslässe der Arbeitsräume fluidisch miteinander verbunden sind. Dadurch werden die Einlass- und Auslassströme von jedem Arbeitsraum fluidisch zusammengeführt, wodurch der konstruktive Aufbau der Membranpumpe vereinfacht und eine Vergleichmäßigung der angesaugten und abgeförderten Fluidströme erreicht wird. Die Sammelräume sind insbesondere dazu ausgebildet, die Einlässe bzw. Auslässe der jeweiligen Arbeitsräume parallel zusammenzuführen. Eine externe Zusammenführung der Ein- bzw. Auslässe der Arbeitsräume außerhalb von der Membranpumpe ist daher nicht nötig. Dies gestattet eine einfache Integration der erfindungsgemäßen Membranpumpe in übergeordnete Einrichtungen, beispielsweise in Medizin- und/oder (Gas-)Analysegeräte.
  • Gemäß einer weiteren, alternativen Ausführungsform der Erfindung sind wenigstens zwei in Drehrichtung der Aktoreinheit um 160° bis 200°, vorzugsweise um 180°, versetzt zueinander angeordnete Arbeitsräume vorgesehen, wobei die Membranen der Arbeitsräume aktorseitig ungleiche Magnetpole oder Magnetpolgruppen aufweisen und wobei die Aktoreinheit membranseitig wenigstens zwei in Drehrichtung der Aktoreinheit um 160° bis 200°, vorzugsweise um 180°, versetzt zueinander angeordnete ungleiche Magnetpole oder Magnetpolgruppen aufweist. In einer bestimmten Drehstellung der Aktoreinheit, in der die Magnetpole der Membranen mit den Magnetpolen der Aktoreinheit zusammenwirken, werden dann die Membranen der beiden gegenüberliegenden Arbeitsräume entweder gleichzeitig zur Aktoreinheit hingezogen oder gleichzeitig von der Aktoreinheit abgestoßen.
  • Mit anderen Worten wird bei keiner Drehstellung der Aktoreinheit ein Zustand erreicht, bei dem sich die Membran eines Arbeitsraums in einer inneren Totpunktstellung befindet und die Membran eines gegenüberliegenden, zweiten Arbeitsraums in einer äußeren Totpunktstellung. Beide gegenüberliegende Membran befinden sich entweder in der inneren Totpunktstellung oder in der äußeren Totpunktstellung. Dadurch wird erreicht, dass sich die beim Pumpbetrieb auf die Aktoreinheit einwirkenden Magnetkräfte und/oder Momente gegenseitig aufheben, so dass die mechanische Belastung der Aktoreinheit sinkt. Somit wird der Einsatz kostengünstiger Bauteile ermöglicht. Auch eine Kombination der zuvor beschriebenen Ausführungsform der Erfindung mit den weiter oben beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung ist möglich und von Vorteil.
  • Vorzugsweise sind n-Paarungen von Arbeitsräumen vorgesehen, wobei jede Paarung zwei um 160° bis 200°, vorzugsweise um 180°, in Drehrichtung der Aktoreinheit versetzt zueinander bzw. gegenüberliegend angeordnete Arbeitsräume mit auf der Seite der Aktoreinheit entgegengesetzt zueinander gepolten Membranen aufweist.
  • Gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Aktoreinheit drehbar gelagert und eine Statoreinheit zur Erzeugung eines rotierenden Magnetfeldes vorgesehen ist, wobei das von der Statoreinheit erzeugte rotierende Magnetfeld zum rotatorischen Antrieb der Aktoreinheit ausgebildet ist. Besonders bevorzugt ist die Statoreinheit plattenförmig ausgebildet und/oder insbesondere in Ergänzung zu den oben beschriebenen Ausführungsformen verwirklicht.
  • Im Ergebnis gestattet der Antrieb der Aktoreinheit über die Statoreinheit eine weiterführende Reduzierung des von der Membranpumpe beanspruchten Bauvolumens, da die Statoreinheit gegenüber herkömmlichen Antriebseinrichtungen, beispielsweise Elektromotoren, deutlich kleinvolumiger ausgebildet sein kann.
  • Im Sinne dieser Ausführungsform der Erfindung erfolgt der Antrieb der Aktoreinheit insbesondere nach dem Prinzip eines bürstenlosen Gleichstrommotors. Dabei fungiert die Aktoreinheit letztlich als Rotor, der durch das rotierende Magnetfeld - generiert durch die Statoreinheit - angetrieben wird. Die Statoreinheit weist Spulen zur Erzeugung des rotierenden Magnetfeldes auf. Die Spulen werden durch eine geeignete Schaltung so zueinander angesteuert bzw. kommutiert, dass sie ein drehendes magnetisches Feld erzeugen, wodurch die Aktoreinheit in Drehrichtung mitgezogen bzw. angetrieben wird.
  • Insbesondere bei dieser Ausführungsform der Erfindung kann eine ringsegmentförmige Gestaltung des Aktormittels bevorzugt sein. Auf diese Weise wird insbesondere eine optimale Wechselwirkung mit der Statoreinheit und somit ein hoher Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Membranpumpe gewährleistet.
  • Bevorzugt ist das Aktormittel ein integraler Bestandteil der Aktoreinheit, wobei die Geometrie der Aktoreinheit umfangseitig und/oder stirnseitig durch das Aktormittel beispielsweise zu einer Scheibenform ergänzt werden kann. Das Aktormittel kann flächenbündig in eine stirnseitige und/oder umfangsseitige komplementäre Aussparung der Aktoreinheit eingesetzt, insbesondere eingeklebt, sein. Auf diese Weise lässt sich eine kompakte Bauform erzielen, wobei eine optimale Einwirkung bzw. Wechselwirkung zwischen der Aktoreinheit einerseits und der Statoreinheit andererseits ermöglicht wird.
  • Besonders bevorzugt bildet das Aktormittel auf einer einem Arbeitsraum zugewandten Außenseite der Aktoreinheit einen Magnetpol zur Einwirkung auf eine Membran und auf einer gegenüberliegenden der Statoreinheit zugewandten Außenseite einen vorzugsweise entgegengesetzt polarisierten Magnetpol zur Wechselwirkung mit der Statoreinheit im rotierenden Magnetfeld. Hierbei kann die Aktoreinheit vorzugsweise auf zwei in Richtung der Drehachse gegenüberliegenden Stirnseiten Magnetpole mit vorzugsweise entgegengesetzter Polarität aufweisen, wodurch zwei Funktionen erfüllt werden: Zum einen tritt die Aktoreinheit über die eine Stirnseite in Wechselwirkung mit dem rotierenden Magnetfeld, wodurch der Drehantrieb der Aktoreinheit realisiert wird. Gleichzeitig wird zum anderen über die gegenüberliegende Stirnseite die Magnetwirkung zu der wenigstens einen Membran umgesetzt, wodurch die Pump- bzw. Saugwirkung sichergestellt wird.
  • Der Abstand zwischen dem Aktormittel und dem Magnetmittel der Membran kann, insbesondere axial, einstellbar sein, was insbesondere bei solchen Ausführungsformen der Erfindung in einfacher Weise zu verwirklichen ist, bei denen Aktoreinheit und Arbeitsraum bzw. Membran in Richtung der Drehachse der Aktoreinheit bzw. axial hintereinanderliegend angeordnet sind. Hier ist es möglich, durch Axialverstellung der Lage des Arbeitsraums und/oder der Lage der Aktoreinheit relativ zueinander die Breite des Luftspalts zwischen dem Aktormittel und dem Magnetmaterial der Membran bedarfsweise zu variieren und so Einfluss auf die Stärke der magnetischen Kopplung von Membran und Aktormittel zu nehmen. Diesem Aspekt der Erfindung kommt eine eigenerfinderische Bedeutung zu.
  • Gemäß einer weiteren, alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der Arbeitsraum räumlich betrachtet zwischen der Membran und dem Aktormittel vorgesehen ist. Der Arbeitsraum wird auf einer Seite durch die Membran, auf der anderen Seite durch ein Gehäuseteil der Pumpe begrenzt. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung wird in jeder Totpunktstellung der Membran ein direkter Kontakt zwischen der Membran und dem Aktormittel verhindert. Grenzt dagegen die Membran direkt an das Aktormittel an, kann es in einer äußeren Totpunktstellung der Membran dazu kommen, dass sich die Membran und das Aktormittel berühren, was mit unerwünschten und zyklisch wiederkehrenden Geräuschen verbunden ist. Durch die erfindungsgemäße Anordnung des Arbeitsraumes zwischen der Membran und dem Aktormittel wird diese Problematik überwunden und ein geräuscharmer Betrieb gewährleistet.
  • Konstruktiv befindet sich zwischen der Membran und dem Aktormittel ein Gehäuseteil der Pumpe, das den Arbeitsraum zum Aktormittel hin begrenzt. Das Gehäuseteil kann angrenzend zum Aktormittel eine geringere Wandstärke aufweisen und/oder besteht aus einem Material derart, dass eine berührungslose Verformung der Membran mittels des zwischen der Membran und dem Aktormittel ausgebildeten Magnetfeldes durch das Gehäuseteil hindurch möglich ist. Es ist zweckmäßig, wenn das Magnetfeld durch das Gehäuseteil nur gering beeinflusst wird, so dass eine Verformung der Membran durch berührungsloses Beaufschlagen mittels des magnetischen Feldes möglich ist.
  • Verfahrensgemäß wird zur Lösung der eingangs gestellten Aufgaben vorgeschlagen, dass die Membranen von wenigstens zwei, vorzugsweise vier, Arbeitsräumen berührungslos durch Beaufschlagen mit einem magnetischen Feld verformt werden, wobei das magnetische Feld zwischen den Membranen und wenigstens einem magnetischen und/oder magnetisierbaren Aktormittel einer drehbaren Aktoreinheit ausgebildet wird und wobei in Drehrichtung der Aktoreinheit nacheinander angeordnete Membranen berührungslos durch magnetische Wechselwirkung mit dem Aktormittel verformt werden.
  • Es versteht sich, dass die oben beschriebenen und nachfolgend anhand der Zeichnung beschriebenen und gezeigten Merkmale der unterschiedlichen Ausführungsformen der Erfindung bedarfsweise miteinander kombiniert werden können, auch wenn dies nicht im Einzelnen ausdrücklich erwähnt ist. Einzelne Merkmale können isoliert von anderen beschriebenen oder gezeigten Merkmalen zur Weiterbildung der Erfindung herangezogen werden. Die gewählte Absatzformatierung steht einer Kombination von Merkmalen aus unterschiedlichen Absätzen nicht entgegen.
  • Nachfolgend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung anhand bevorzugter Ausführungsformen näher erläutert. Dabei zeigen
    • Fig. 1
    eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Membranpumpe gemäß einer ersten Ausführungsform,
    Fig. 2
    eine Querschnittsansicht der Membranpumpe aus Fig. 1 entlang der Schnittlinie II - II,
    Fig. 3
    eine explosionsartige, perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Membranpumpe gemäß einer zweiten Ausführungsform,
    Fig. 4
    eine weitere explosionsartige, perspektivische Darstellung der erfindungsgemäßen Membranpumpe aus Fig. 3,
    Fig. 5
    eine Querschnittsansicht der Membranpumpe aus Fig. 3 entlang der Schnittlinie V - V aus Fig. 4,
    Fig. 6
    eine explosionsartige, perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Membranpumpe gemäß einer dritten Ausführungsform,
    Fig. 7
    eine Querschnittsansicht der Membranpumpe aus Fig. 6,
    Fig. 8
    eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Membranpumpe gemäß einer weiteren Ausführungsform,
    Fig. 9
    eine erste Querschnittsansicht der Membranpumpe aus Fig. 8 entlang der Schnittlinie IX - IX,
    Fig. 10
    eine weitere, zweite Querschnittsansicht der Membranpumpe aus Fig. 8 entlang der Schnittlinie X - X und
    Fig. 11
    eine explosionsartige, perspektivische Ansicht der Membranpumpe aus Fig. 8.
  • Die Figuren 1 und 2 zeigen eine Membranpumpe 1 zum Fördern eines (nicht dargestellten) gasförmigen und/oder flüssigen Mediums. Die Membranpumpe 1 weist mehrere, beim Darstellungsbeispiel vier, verformbare Membranen 2 zum Verändern der Größe von vier Arbeitsräumen 3 der Membranpumpe 1 auf.
  • Ein Pumpvorgang besteht aus einer Saugphase und einer Druckphase, wobei in der Saugphase das Medium in einen sich vergrößernden Arbeitsraum 3 eingesaugt und in einer Kompressionsphase bzw. Druckphase aus einem sich verkleinernden Arbeitsraum 3 wieder ausgestoßen wird. Dabei sind die Membranen 2 zum Vergrößern bzw. Verkleinern der Größe des Arbeitsraumes 3 zumindest teilweise, insbesondere elastisch, verformbar ausgebildet.
  • Zum Verformen der Membranen 2 weist die Membranpumpe 1 eine Aktoreinheit 4 auf, die drehbar gelagert bzw. angetrieben ist (vgl. Fig. 2). Zum Antrieb der Aktoreinheit 4 ist eine Antriebseinrichtung 5, vorzugsweise ein Elektromotor, vorgesehen. Das Verformen der Membranen 2 erfolgt durch berührungsloses Beaufschlagen mittels magnetischer Felder, wobei die Membranen 2 ein Material umfassen oder aus einem Material bestehen, das magnetisch und/oder magnetisierbar ist. Beim Darstellungsbeispiel weist jede Membran 2 einen Permanentmagneten als Magnetmittel 6 auf, das in einem mittleren Bereich der Membran 2 eingelassen oder aufgenommen ist. Hierbei sind die Magnetmittel 6 aller Membranen 2 vorzugsweise gleichpolig zur Aktoreinheit 4 ausgerichtet.
  • Die Aktoreinheit 4 weist beim Darstellungsbeispiel lediglich ein Aktormittel 7 auf, das als diametral magnetisierter Ringmagnet mit zwei entgegengesetzt polarisierten Magnetpolen ausgebildet ist. Die Aktoreinheit 4 weist hierzu einen umfangseitig umlaufenden Aufnahmebereich 4a auf, in den das Aktormittel 7 aufgenommen und gehalten ist. Die Aktoreinheit 4 kann insbesondere mehrteilig ausgebildet sein, um das Aufschieben des Aktormittels 7 auf den Aufnahmebereich 4a zu ermöglichen. Insbesondere besteht die Aktoreinheit 4 aus zwei miteinander verschraubbaren oder ineinander steckbaren Bauteilen, die jeweils einen radialen Vorsprung aufweisen, zwischen denen das Aktormittel 7 im Aufnahmebereich 4a axial gehalten ist. Es sind jedoch auch andere konstruktive Lösungen möglich.
  • Zwischen dem Aktormittel 7 einerseits und den Magnetmitteln 6 der zugeordneten Membranen 2 andererseits wird ein radial zu einer Drehachse 8 der Aktoreinheit 4 gerichtetes (nicht dargestelltes) Magnetfeld ausgebildet, um die Membranen 2 berührungslos zu verformen.
  • Die Aktoreinheit 4 ist bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform hülsen- oder wellenförmig ausgebildet.
  • Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sind die beiden äußeren Magnetpole des Aktormittels 7 in Drehrichtung der Aktoreinheit 4 um 180° zueinander versetzt angeordnet und die vier Arbeitsräume 3 in Drehrichtung der Aktoreinheit 4 um 90° zueinander versetzt angeordnet.
  • Wie insbesondere in Fig. 2 ersichtlich, sind die Membranen 2 mit den zugeordneten Arbeitsräumen 3 innerhalb der Längsabmessung der Aktoreinheit 4 angeordnet. In Fig. 2 ist eine Drehstellung der Aktoreinheit 4 gezeigt, in der die Membranen 2 von zwei gegenüberliegenden Arbeitsräumen 3 aufgrund des Magnetfeldes gleichzeitig verformt werden. Dabei wird die Membran 2 eines ersten in Fig. 2 gezeigten oberen Arbeitsraums 3 durch den Südpol S des Aktormittels bzw. Ringmagneten abgestoßen und in eine innere Totpunktstellung gedrängt (nicht gezeigt), während die Membran 2 eines zweiten in Fig. 2 gezeigten unteren Arbeitsraums 3 durch den Nordpol N des Ringmagneten bzw. Aktormittels 7 angezogen und in eine äußere Totpunktstellung gedrängt wird (nicht gezeigt). Die magnetisch abgestoßene Membran 2 und die magnetisch angezogene Membran 2 sind in Drehrichtung der Aktoreinheit 4 um 180° zueinander versetzt angeordnet. Die Membranen 2 der beiden anderen Arbeitsräume 3 sind in dieser Drehstellung der Aktoreinheit 4 allenfalls einer geringen magnetischen Wechselwirkung mit dem Aktormittel 7 unterworfen und befinden sich in einer nicht verformten Ruhestellung. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Magnetmittel 6 dieser Membranen 2 in der gezeigten Drehstellung Bereichen (vgl. Fig. 4, Bereiche 7c) der Aktoreinheit 4 gegenüberliegen, die nicht oder lediglich gering magnetisch ausgebildet sind. Dementsprechend findet auch keine oder allenfalls eine geringe magnetische Wechselwirkung zwischen den Magnetmitteln 6 und diesen Bereichen der Aktoreinheit 4 statt.
  • Bei Drehung der Aktoreinheit 4 werden gemäß Fig. 2 nachfolgend die Membranen 2 der in Drehrichtung der Aktoreinheit 4 nachfolgend angeordneten Arbeitsräume 3 durch die bewegten Magnetpole der Aktoreinheit 4 berührungslos betätigt. Vorzugsweise befinden sich bei keiner Drehstellung der Aktoreinheit 4 die Membranen 2 aller Arbeitsräume 3 gleichzeitig an einem gleichen inneren oder äußeren Totpunkt oder alle gleichzeitig in einer gleichen nicht oder schwach ausgelenkten Stellung zwischen den Totpunkten. Beispielsweise kann sich bei einer bestimmten Drehstellung der Aktoreinheit 4 lediglich die Membran 2 eines ersten Arbeitsraums 3 in einer inneren Totpunktstellung, lediglich die Membran 2 eines zweiten Arbeitsraums 3 in einer äußeren Totpunktstellung und die Membranen 2 weiterer Arbeitsräume 3 können sich in einer vorzugsweise nicht oder nur wenig verformten Stellung zwischen den Totpunkten befinden, die während einer Saugphase oder Druckphase erreicht wird. Auf diese Weise wird ein sehr pulsationsarmer Betrieb der erfindungsgemäßen Membranpumpe 1 ermöglicht. Der Bewegungsverlauf der Membranen 2 lässt sich als Sinuskurve beschreiben, wobei der Bewegungsverlauf der Membranen 2 der vier Arbeitsräume 3 durch gegeneinander versetzte Sinuskurven zu beschreiben ist und wobei sich die Bewegungsverläufe der Membranen 2 überlagern. Der Zyklus der Membranbewegung kann somit idealisiert als Sinuskurve wiedergegeben werden.
  • Nicht gezeigt ist, dass die beiden in Fig. 2 links und rechts dargestellten, gegenüberliegenden Membranen 2 mit Bezug auf die der Aktoreinheit 4 zugewandte Außenseite auch entgegengesetzt zueinander gepolt sein bzw. ungleiche Magnetpole aufweisen können. Dies führt bei einer Drehbewegung der Aktoreinheit 4 dazu, dass die Membranen 2 beider gegenüberliegenden Arbeitsräume durch die Magnetpole der Aktoreinheit 4 entweder in eine innere Totpunktstellung oder in eine äußere Totpunktstellung gedrängt werden. Dadurch kann erreicht werden, dass sich die auf die Aktoreinheit 4 einwirkenden Magnetkräfte und/oder Momente gegenseitig aufheben, so dass die mechanische Belastung der Aktoreinheit 4 entsprechend verringert wird.
  • Bei der dargestellten Ausführungsform ist für jede Membran 2 ein separater Pumpenkopf 9 vorgesehen. Die Pumpenköpfe 9 sind entsprechend in Drehrichtung der Aktoreinheit 4 um 90° versetzt zueinander angeordnet. Die Pumpenköpfe 9 weisen jeweils ein inneres Gehäuseteil 10 und ein äußeres Gehäuseteil 11 auf. Im inneren Gehäuseteil 10 wird eine Kammerwand 12 gebildet, durch die der entsprechende Arbeitsraum 3 oberseitig begrenzt ist.
  • Die Membranpumpe 1 weist ein Aktorgehäuse 13 zur Aufnahme der Aktoreinheit 4 auf. Die Pumpenköpfe 9 sind mit dem Aktorgehäuse 13 verschraubt, wobei die Membranen 2 an ihren Randbereichen zwischen dem Aktorgehäuse 13 einerseits und den Pumpenköpfen 9 andererseits dichtend eingespannt sein können.
  • Jeder Pumpenkopf 9 kann Ventile (vgl. Fig. 5), vorzugsweise Rückschlagventile, aufweisen, um zu verhindern, dass das Medium in der Druckphase aus einem Einlass ausgetragen und in der Saugphase über einen Auslass eingesaugt wird (vgl. Fig. 4, Einlass 17, Auslass 18).
  • Die Antriebseinrichtung 5 ist ebenfalls mit dem Aktorgehäuse 13 verschraubt. Hierzu weist die Antriebseinrichtung 5 eine Flanschplatte 14 auf. Die Aktoreinheit 4 ist drehfest auf einem Antriebszapfen 15 der Antriebseinrichtung 5 angeordnet.
  • In jeder Kammerwand 12 sind wenigstens ein Einlass und wenigstens ein Auslass angeordnet (vgl. Fig. 4, Einlass 17, Auslass 18). Das Medium wird in der Saugphase über den Einlass in den Arbeitsraum 3 eingesaugt und in der Druckphase über den Auslass aus dem Arbeitsraum 3 wieder ausgestoßen.
  • Das zu fördernde Medium wird über eine Saugleitung 19 in die Membranpumpe 1 eingesaugt. Über die Saugleitung 19 wird das Medium in einen Sammeleinlassraum 20 geführt, wobei das Medium vom Sammeleinlassraum 20 den Einlässen der jeweiligen Arbeitsräume 3 zugeführt wird. Darüber hinaus ist ein Sammelauslassraum 21 vorgesehen, in dem das aus den Arbeitsräumen 3 über die Auslässe ausgestoßene Medium gesammelt aufgenommen wird, ehe es über eine Druckleitung 22 die Membranpumpe 1 verlässt. Beim Darstellungsbeispiel sind der Sammeleinlassraum 20 und der Sammelauslassraum 21 stirnseitig zur Aktoreinheit 4 und gegenüberliegend zur Antriebseinrichtung 5 angeordnet. Der Sammeleinlassraum 20 und der Sammelauslassraum 21 sind durch ein vorzugsweise mehrteiliges Sammelgehäuse 23 gebildet, wobei für jeden Sammelraum 20, 21 ein separates Gehäuseteil vorgesehen ist. Das Sammelgehäuse 23 ist mit dem Aktorgehäuse 13 verschraubt. Die Antriebseinrichtung 5, das Aktorgehäuse 13 und das Sammelgehäuse 23 liegen in Richtung der Drehachse 8 der Aktoreinheit 4 hintereinander, so dass sich eine kompakte Bauform ergibt.
  • In den Fign. 3 bis 11 sind alternative Ausführungsformen von Membranpumpen 1 dargestellt. Funktionsgleiche Bauteile der gezeigten Membranpumpen 1 sind durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet.
  • Aus den Fign. 3 bis 5 ist ersichtlich, dass eine Antriebseinrichtung 5, ein Aktorgehäuse 13 und ein Pumpenkopf 9 dieser Ausführungsform in Richtung der Drehachse 8 einer Aktoreinheit 4 axial hintereinanderliegend angeordnet und miteinander verschraubt sind.
  • Der Pumpenkopf 9, das Aktorgehäuse 13 und die Flanschplatte 14 weisen eine identische Außenkontur auf. Insbesondere sind keine - abgesehen von Fluid- und/oder Stromanschlüssen - Bauteile vorgesehen, die über diese Außenkontur überstehen. Dies ermöglicht einen kompakten und insbesondere flachen Aufbau der Membranpumpe 1.
  • Die Aktoreinheit 4 ist bei dieser Ausführungsform als rotierende Scheibe bzw. plattenförmig ausgebildet, wobei das Aktorgehäuse 13 eine korrespondierende scheibenförmige Aussparung 24 aufweist, in welche die Aktoreinheit 4 aufgenommen ist (vgl. Fig. 4).
  • Bei der dargestellten Ausführungsform ist für alle vier Arbeitsräume 3 ein gemeinsamer Pumpenkopf 9 vorgesehen. Der Pumpenkopf 9 weist einen Deckel 25 auf, der die Saugleitung 19 und die Druckleitung 22 aufweist (vgl. Fig. 3). Darüber hinaus weist der Pumpenkopf 9 ein inneres Gehäuseteil 10 und ein äußeres Gehäuseteil 11 auf. Jeder Arbeitsraum 3 wird durch eine Kammerwand 12 des inneren Gehäuseteils 10 und eine Membran 2 begrenzt. Jede Membran 2 weist ein Magnetmittel 6 auf.
  • Die Aktoreinheit 4 weist gemäß Fig. 4 zwei stirnseitig eingelassene Aktormittel 7 auf, die durch jeweils eine Gruppe von nach außen gleich polarisierten Permanentmagneten 7a, 7b gebildet werden. Die Aktormittel 7 bzw. die gruppenweise angeordneten Permanentmagnete 7a, 7b sind in Drehrichtung der Aktoreinheit 4 um 180° zueinander versetzt angeordnet. In Umfangs- bzw. Drehrichtung der Aktoreinheit 4 sind zwischen den Permanentmagneten 7a, 7b Bereiche 7c vorgesehen, die nicht oder allenfalls schwach magnetisch ausgebildet sind.
  • Die Aktoreinheit 4 weist im übrigen auf ihrer der Antriebseinrichtung 5 zugewandten Stirnseite eine zu einem Antriebszapfen 15 der Antriebseinrichtung 5 korrespondierende Bohrung 26 auf. Die Aktoreinheit 4 ist drehfest mit dem Antriebszapfen 15 verbunden. Darüber hinaus ist auf dieser Stirnseite der Aktoreinheit 4 eine kreisförmige Vertiefung 27 zur Aufnahme eines kreisförmigen Vorsprungs 16 der Antriebseinrichtung 5 vorgesehen. Auf diese Weise wird eine sichere Lagerung der Aktoreinheit 4 gewährleistet.
  • Wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, wird ein Sammeleinlassraum 20 und ein Sammelauslassraum 21 durch das äußere Gehäuseteil 11 des Pumpenkopfes 9 gebildet. Die Sammelräume 20, 21 sind oberseitig durch den Deckel 25 des Pumpenkopfes 9 verschlossen.
  • Der Pumpenkopf 9 weist (lediglich schematisch angedeutete) Ventile 28, insbesondere Rückschlagventile, auf. Hierdurch wird verhindert, dass das Medium in der Druckphase aus einem Einlass 17 ausgetragen und in der Saugphase über einen Auslass 18 eingesaugt wird. Die Ventile 28 sind vorzugsweise zwischen dem inneren Gehäuseteil 10 und dem äußeren Gehäuseteil 11 angeordnet.
  • Wie ebenfalls aus Fig. 5 ersichtlich ist, sind die Membranen 2 mit den zugeordneten Arbeitsräumen 3 (unmittelbar) gegenüberliegend zu einer Stirnseite der Aktoreinheit 4 angeordnet. Die Membranen 2 sind im Wesentlichen in einer gemeinsamen Ebene angeordnet. Es ist in Fig. 5 eine Drehstellung der Aktoreinheit 4 gezeigt, in der die Membranen 2 von zwei um 180° in Drehrichtung der Aktoreinheit 4 versetzt zueinander angeordneten Arbeitsräumen 3 aufgrund des vorliegenden Magnetfeldes gleichzeitig verformt werden.
  • Die Mittelachsen M der Membranen 2 verlaufen seitlich versetzt zur Drehachse 8 der Aktoreinheit 4. Die Magnetmittel 6 der Membranen 2 sind dabei mittig im Bereich der Membranachse M angeordnet. Bei Drehung der Aktoreinheit 4 werden die Aktormittel 7 der Aktoreinheit 4 auf einer Kreisbahn an den Magnetmitteln 6 der Membranen 2 vorbeibewegt, was zur zyklischen Auslenkung der Membranen 2 führt.
  • Gemäß Fig. 5 wird die Membran 2 eines ersten in Fig. 5 links dargestellten Arbeitsraums 3 durch den Südpol eines Permanentmagneten 7a des ersten Aktormittels 7 abgestoßen und in eine innere Todpunktstellung gedrängt (nicht gezeigt), während die Membran eines zweiten in Fig. 5 rechts dargestellten Arbeitsraums 3 durch den Nordpol eines Permanentmagneten 7b des zweiten Aktormittels 7 angezogen und in eine äußere Todpunktstellung gedrängt wird (nicht gezeigt). Zur Erzielung eines pulsationsfreien Betriebes der Membranpumpe 1 ist vorgesehen, dass die Membranen 2 der beiden anderen Arbeitsräume 3 in dieser Drehstellung der Aktoreinheit 4 allenfalls einer geringen magnetischen Wechselwirkung unterworfen sind, da sie in der gezeigten Drehstellung der Aktoreinheit 4 gegenüberliegend zu nicht oder allenfalls schwach magnetisch ausgebildeten Bereichen 7c angeordnet sind.
  • Die Magnetmittel 6 von zwei in Drehrichtung der Aktoreinheit 4 um 180° versetzt zueinander angeordneten bzw. gegenüberliegenden Membranen 2 (beispielsweise die Magnetmittel 6 der in Fig. 5 links und rechts dargestellten Membranen 2) können aktorseitig abweichend zu Fig. 5 auch entgegengesetzt zueinander gepolt sein bzw. ungleichnamige Magnetpole bilden. In diesem Fall sind die Magnetmittel 6 so angeordnet, dass die Membran 2 eines Arbeitsraums 3 auf der Seite der Aktoreinheit 4 (außenseitig) einen Südpol aufweist und die Membran 2 des gegenüberliegenden Arbeitsraums 3 auf der Seite der Aktoreinheit 4 einen Nordpol. Bei einer bestimmten Drehstellung der Aktoreinheit 4 werden dann die gegenüberliegenden Membranen 2 gleichzeitig zur Aktoreinheit 4 hingezogen oder von der Aktoreinheit 4 abgestoßen bzw. es befinden sich die gegenüberliegenden Membranen 2 gleichzeitig in einer inneren Totpunktstellung oder in einer äußeren Totpunktstellung. Dadurch kann erreicht werden, dass die beidseits der Drehachse 8 der Aktoreinheit 4 auf die Aktoreinheit 4 wirkenden Magnetkräfte sich ausgleichen und ein Momentengleichgewicht erreicht wird. Unwuchten, die zu Vibrationen und erhöhtem Verschleiß führen können, lassen sich so vermeiden.
  • Nachfolgend wird anhand der Fign. 6 und 7 eine weitere, alternative Ausführungsform einer Membranpumpe beschrieben. Nicht dargestellt ist, dass ein Pumpenkopf vorgesehen ist, der zusammen mit vier zwischen dem Pumpenkopf und einem Aktorgehäuse 13 eingespannten Membranen 2 vier Arbeitsräume ausbildet. Die Ausgestaltung des Pumpenkopfes kann der in den Fign. 3 bis 5 gezeigten Ausführungsform entsprechen.
  • Bei dieser Ausführungsform ist eine Antriebseinrichtung 5 für eine Aktoreinheit 4 vorgesehen, die als plattenförmige Statoreinheit 29 mit einer Vielzahl von Spulen 30 ausgebildet ist. Die Spulen 30 sind vorzugsweise konzentrisch und in regelmäßigen Abständen in der Statoreinheit 29 in Drehrichtung der Aktoreinheit 4 zueinander versetzt angeordnet. Die Membranpumpe 1 weist eine (nicht dargestellte) Ansteuerelektronik auf, die zur Steuerung des Polaritätswechsels der Spulen 30 ausgebildet ist. Dabei wird vorzugsweise die Drehposition der Aktoreinheit 4 erfasst, wobei in Abhängigkeit von dieser Drehstellung die Umpolung der Spulen 30 zur Erzeugung eines magnetischen Drehfeldes erfolgt. Der Antrieb bzw. die Drehung der Aktoreinheit 4 erfolgt dann aufgrund des durch die Spulen 30 erzeugten magnetischen Drehfeldes.
  • Die Statoreinheit 29 ist vorzugsweise zur Drehlagerung der Aktoreinheit 4 ausgebildet. Hierzu ist eine vorzugsweise zentrisch angeordnete Lagerbohrung 31 vorgesehen. Dementsprechend weist die Aktoreinheit 4 einen mittig angeordneten Lagerzapfen 32 auf, der insbesondere passgenau in die Lagerbohrung 31 einführbar ist. Die Statoreinheit 29 ist mit einem Aktorgehäuse 13 verbunden.
  • Darüber hinaus sind beim dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Aktormittel 7 vorgesehen, die jeweils als kreisringsegmentförmiger Permanentmagnet mit axialer Magnetisierung ausgebildet sind. Die Aktormittel 7 sind in Drehrichtung der Aktoreinheit 4 um 180° zueinander versetzt angeordnet und erstrecken sich vorzugsweise über 90° in Drehrichtung der Aktoreinheit 4. Auf diese Weise wird eine effektive magnetische Wechselwirkung zur Statoreinheit 29 und ein hoher Wirkungsgrad der Membranpumpe 1 ermöglicht.
  • Die Aktormittel 7 sind integraler Bestandteil der Aktoreinheit 4 und ergänzen diese umfangseitig und stirnseitig zu einer Scheibenform, wie besonders deutlich aus Fig. 6 hervorgeht. Die Aktormittel 7 bilden jeweils auf einer von der Antriebseinheit 5 abgewandten Stirnseite der Aktoreinheit 4 einen Magnetpol N, S zur Einwirkung auf eine gegenüberliegende Membran 2 und auf der anderen Stirnseite der Aktoreinheit 4 einen entgegengesetzt polarisierten Magnetpol S, N zur Wechselwirkung mit der Statoreinheit 29. Mit Bezug auf Fig. 7 ist es auch bei dieser Ausführungsform so, dass die Membranen 2 stirnseitig gegenüberliegend zur Aktoreinheit 4 und im Wesentlichen in einer gemeinsamen Ebene liegend angeordnet sind.
  • Um einen pulsationsarmen Betrieb der Membranpumpe 1 zu ermöglichen, wird bei einer in Fig. 7 gezeigten bestimmten Drehstellung der Aktoreinheit 4 die in Fig. 7 links angeordnete Membran 2 eines Arbeitsraumes durch den Nordpol N des ersten kreissegmentförmigen Aktormittels 7 angezogen und in eine äußere Todpunktstellung gedrängt (nicht gezeigt), während die rechts angeordnete Membran 2 eines Arbeitsraumes durch den Südpol S des zweiten kreissegmentförmigen Aktormittels 7 abgestoßen und in eine innere Todpunktstellung gedrängt wird (nicht gezeigt). Die magnetisch abgestoßene Membran 2 und die magnetisch angezogene Membran 2 sind in der bestimmten Drehstellung der Aktoreinheit um 180° versetzt zueinander angeordnet. Die Membranen 2 von zwei weiteren Arbeitsräumen sind in der bestimmten Drehstellung entsprechend nicht oder allenfalls schwach magnetisierten Bereichen 7c zugeordnet und befinden sich somit in einer nicht-verformten Stellung zwischen den Totpunktstellungen. Analog zu den vorherigen Ausführungsbeispielen befinden sich zu keinem Zeitpunkt, dass heißt bei keiner Drehstellung der Aktoreinheit 4, die Membranen 2 aller Arbeitsräume gleichzeitig in einer gleichen inneren oder äußeren Totpunktstellung oder in einer gleichen, vorzugsweise nicht oder schwach ausgelenkten Stellung zwischen den Totpunktstellungen. Es befindet sich in der bestimmten Drehstellung der Aktoreinheit 4 vorzugsweise lediglich die Membran 2 eines Arbeitsraums in der inneren Totpunktstellung, lediglich die Membran 2 eines zweiten Arbeitsraums in der äußeren Totpunktstellung und die Membranen 2 von zwei weiteren Arbeitsräumen können sich in einer vorzugsweise nicht oder nur schwach verformten Stellung befinden, die während einer Saugphase oder Druckphase erreicht wird und zwischen den Totpunktstellungen liegt. Auf diese Weise lassen sich entsprechende Vorteile realisieren.
  • Anhand der Figuren 8 bis 11 wird eine andere, alternative Ausführungsform einer Membranpumpe 1 beschrieben. Nicht dargestellt ist eine Antriebseinrichtung zum Antrieb einer Aktoreinheit 4. Die Antriebseinrichtung kann gemäß den zuvor beschriebenen Ausführungsformen als Elektromotor oder als bürstenloser Gleichstrommotor ausgebildet sein.
  • Wie aus Fig. 8 ersichtlich, weist die Membranpumpe 1 ein Aktorgehäuse 13, ein inneres Gehäuseteil 10 sowie ein äußeres Gehäuseteil 11 auf. Das Aktorgehäuse 13, das innere Gehäuseteil 10 sowie das äußere Gehäuseteil 11 sind mit Bezug auf eine Drehachse 8 der Aktoreinheit 4 (Fig. 9) axial hintereinanderliegend angeordnet und miteinander verschraubt. Die Antriebseinrichtung wird vorzugsweise an dem Aktorgehäuse 13 befestigt. Hierzu weist das Aktorgehäuse 13 entsprechende Verbindungsmittel, insbesondere Gewinde- und/oder Aufnahmebohrungen, auf (schematisch in Fig. 8 angedeutet). Insbesondere weist das Aktorgehäuse 13 eine Durchgangsbohrung 13a auf, durch die ein Antriebszapfen der Antriebseinrichtung zum Antrieb der Aktoreinheit 4 hindurchführbar ist.
  • Das Aktorgehäuse 13, das innere Gehäuseteil 10 und das äußere Gehäuseteil 11 weisen eine näherungsweise komplementäre und übereinstimmende, insbesondere rechteckförmige oder quadratische, Außenkontur auf.
  • Bei der dargestellten Ausführungsform sind vier separate Pumpenköpfe 9 vorgesehen, die jeweils an einer Außenseite des Gehäuses der Membranpumpe 1 angeordnet und befestigt sind. Jeder Pumpenkopf 9 weist eine Saugleitung 19 und eine Druckleitung 22 auf, wobei das zu fördernde Fluid über die Saugleitung 19 in den Pumpenkopf 9 eingesaugt und über die Druckleitung 22 aus dem Pumpenkopf 9 gefördert wird.
  • Die Membranen 2 sind zwischen dem inneren Gehäuseteil 10 und dem äußeren Gehäuseteil 11 randseitig eingespannt (vgl. Fig. 9). Auch bei dieser Ausführungsform ist die Aktoreinheit 4 als rotierende Scheibe ausgebildet. Darüber hinaus weist jede Membran 2 beispielsweise ein als Permanentmagnet ausgebildetes Magnetmittel 6 auf. Jeder Arbeitsraum 3 wird durch eine Kammerwand 12 einerseits und die Membran 2 andererseits begrenzt, wobei die Kammerwand 12 durch einen Bereich des inneren Gehäuseteils 10 gebildet ist. Die Aktoreinheit 4 weist Aktormittel 7 auf, die als gruppenweise angeordnete Permanentmagnete 7a, 7b ausgebildet sind (entsprechend Fig. 4). Die membranseitig durch die Permanentmagnete 7a, 7b gebildeten ungleichen Magnetpole bzw. Magnetpolgruppen sind in Drehrichtung der Aktoreinheit 4 um 180° versetzt zueinander angeordnet. In Umfangs- bzw. Drehrichtung der Aktoreinheit 4 sind zwischen den Permanentmagneten 7a, 7b wie bei der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform Bereiche vorgesehen, die nicht oder allenfalls schwach magnetisch sind.
  • Die Arbeitsräume 3 sind zwischen den Membranen 2 und den Permanentmagneten 7a, 7b der Aktoreinheit 4 angeordnet. Konstruktiv sind die Membranen 2 von der Aktoreinheit 4 und damit von den Aktormitteln 7 über die Kammerwände 12 des inneren Gehäuseteils 10 getrennt. Das innere Gehäuseteil 10 besteht zumindest im Bereich der Kammerwände 12 aus einem Material, beispielsweise einem Kunststoffmaterial, das der magnetischen Kopplung zwischen den Aktormitteln 7 und den Magnetmitteln 6 der Membranen 2 nicht entgegensteht und eine berührungslose Verformung der Membranen 2 durch die Aktormittel 7 zulässt.
  • Die Membranen 2 können bei allen gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen eine runde, vorzugsweise kreisrunde, Außenkontur aufweisen. Die vorzugsweise zylindrischen Magnetmittel 6 sind insbesondere in einem mittleren Bereich der Membranen 2 bzw. im Bereich der Mittelachsen M angeordnet und gehalten. Um einen Kontakt der Magnetmittel 6 mit einem geförderten Fluid zu vermeiden, können die Magnetmittel 6 an einer von dem Arbeitsraum 3 abgewandten Seite der Membranen 2 angeordnet sein. Hierzu können die Membranen 2 in ihren mittleren Bereichen gegenüber ihren Randbereichen verdickt ausgebildet sein, wobei in den Membranen 2 Vertiefungen bzw. Aufnahmebereiche für die Magnetmittel 6 ausgebildet sein können. Die Befestigung der Magnetmittel 6 an den Membranen 2 erfolgt dann durch Einschieben der Magnetmittel 6 in die Aufnahmebereiche und ggf. durch Verkleben.
  • Bei der in den Figuren 8 bis 11 gezeigten Ausführungsform ist von Vorteil, dass beim Betrieb der Membranpumpe 1 ein Kontakt zwischen den Aktormitteln 7 der Aktoreinheit 4 und den Magnetmitteln 6 der Membranen 2 sicher ausgeschlossen ist. Dies führt zu einer deutlichen Reduzierung von Störgeräuschen beim Betrieb der Membranpumpe 1.
  • Es ist anzumerken, dass die Membranen 2 in ihren Randbereichen vorzugsweise dünnwandig ausgebildet sind, um eine einfache Verformbarkeit zu ermöglichen. Vorzugsweise werden die Membranen 2 im Pumpbetrieb auschließlich in ihren Randbereichen verformt, wohingegen die mittleren Bereiche - verstärkt durch die starren Magnetmittel 6 - im Wesentlichen formstabil bleiben.
  • Die Pumpenköpfe 9 sind seitlich an den Arbeitsräumen 3 angeschlossen (vgl. Fig. 10). Jeder Pumpenkopf 9 weist eine Basisplatte 33 und ein Kopfteil 34 auf. Die Saugleitung 19 und die Druckleitung 22 sind durch das Kopfteil 34 gebildet. Die Basisplatte 33 ist am Aktorgehäuse 13 und am äußeren Gehäuseteil 11 angeordnet, insbesondere verschraubt. Zwischen der Basisplatte 33 und dem Kopfteil 34 sind Ventile 28 in Form eines Einlassventils 35 und eines Auslassventils 36 vorgesehen (vgl. Fig. 11).
  • Im Pumpbetrieb wird das zu fördernde Fluid in der Saugphase über die Saugleitung 19 eines Pumpenkopfes 9 eingesaugt. Nach Passieren des Einlassventils 35 gelangt das Fluid über das innere Gehäuseteil 10 in den Arbeitsraum 3. In der Druckphase wird das Fluid ebenfalls über das innere Gehäuseteil 10 aus dem Arbeitsraum 3 ausgestoßen.
  • Weiter ist aus Fig. 11 ersichtlich, dass die Aktoreinheit 4 eine Vielzahl von in Drehrichtung nachfolgend angeordneten, vorzugsweise zylindrischen, Aussparungen 37 aufweist, in welche die Magnete 7a, 7b eingesetzt sind.
  • Es versteht sich, dass die zuvor beschriebenen Ausführungsformen nicht auf die Ausgestaltung der Membranpumpe 1 mit vier Arbeitsräumen 3 beschränkt ist. Darüber hinaus können die Merkmale der zuvor beschriebenen Ausführungsformen bedarfsweise miteinander kombiniert werden, auch wenn dies nicht im Einzelnen ausdrücklich beschrieben oder gezeigt ist.
    • Bezugszeichenliste:
    • 1
    Membranpumpe
    2
    Membran
    3
    Arbeitsraum
    4
    Aktoreinheit
    4a
    Aufnahmebereich
    5
    Antriebseinrichtung
    6
    Magnetmittel
    7
    Aktormittel
    7a
    Magnet
    7b
    Magnet
    7c
    Bereich
    8
    Drehachse
    9
    Pumpenkopf
    10
    Gehäuseteil
    11
    Gehäuseteil
    12
    Kammerwand
    13
    Aktorgehäuse
    13a
    Durchgangsbohrung
    14
    Flanschplatte
    15
    Antriebszapfen
    16
    Vorsprung
    17
    Einlass
    18
    Auslass
    19
    Saugleitung
    20
    Sammeleinlassraum
    21
    Sammelauslassraum
    22
    Druckleitung
    23
    Sammelgehäuse
    24
    Aussparung
    25
    Deckel
    26
    Bohrung
    27
    Vertiefung
    28
    Ventile
    29
    Statoreinheit
    30
    Spule
    31
    Lagerbohrung
    32
    Lagerzapfen
    33
    Basisplatte
    34
    Kopfteil
    35
    Einlassventil
    36
    Auslassventil
    37
    Aussparung

Claims (11)

  1. Membranpumpe (1) zum Fördern eines gasförmigen und/oder flüssigen Mediums, mit wenigstens einer verformbaren Membran (2) zum Verändern der Größe eines Arbeitsraums (3) der Membranpumpe (1) und mit wenigstens einer Aktoreinheit (4) zum Verformen der Membran (2) durch berührungsloses Beaufschlagen der Membran (2) mittels eines magnetischen Feldes, wobei die Membran (2) ein Material umfasst oder aus einem Material besteht, das magnetisch und/oder magnetisierbar ist, und die Aktoreinheit (4) wenigstens ein magnetisches und/oder magnetisierbares Aktormittel (7) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktoreinheit (4) drehbar gelagert und die Membran (2) umfangsseitig zur Aktoreinheit (4) angeordnet ist, wobei in einer Totpunktstellung der Membran (2) die Polarisationsrichtung des zwischen dem Material der Membran (2) und dem Aktormittel (7) ausgebildeten Magnetfeldes radial zur Drehachse der Aktoreinheit (4) ausgerichtet ist.
  2. Membranpumpe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei, vorzugsweise vier, Arbeitsräume (3) vorgesehen sind, wobei jedem Arbeitsraum (3) ein separater Pumpenkopf (9) zugeordnet ist
  3. Membranpumpe (1) zum Fördern eines gasförmigen und/oder flüssigen Mediums, mit wenigstens einer verformbaren Membran (2) zum Verändern der Größe eines Arbeitsraums (3) der Membranpumpe (1) und mit wenigstens einer Aktoreinheit (4) zum Verformen der Membran (2) durch berührungsloses Beaufschlagen der Membran (2) mittels eines magnetischen Feldes, wobei die Membran (2) ein Material umfasst oder aus einem Material besteht, das magentisch und/oder magnetisierbar ist, und die Aktoreinheit (4) wenigstens ein magnetisches und/oder magnetisierbares Aktormittel (7) aufweist und wobei zwischen dem Material der Membran (2) und dem Aktormittel (7) ein Magnetfeld ausgebildet wird, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktoreinheit (4) drehbar gelagert und die Membran (2) stirnseitig zur Aktoreinheit (4) angeordnet ist, wobei in einer Totpunktstellung der Membran (2) die Polarisationsrichtung des zwischen dem Material der Membran (2) und dem Aktormittel (7) ausgebildeten Magnetfeldes in Richtung der Drehachse der Aktoreinheit (4) ausgerichtet ist und wobei eine Drehachse (8) der Aktoreinheit (4) versetzt und, vorzugsweise, parallel zu einer Membranmittelachse der Membran (2) angeordnet ist, so dass das Aktormittel (7) bei Drehung der Aktoreinheit (4) zyklisch an der Membran (2) vorbeibewegt wird und die Membran (2) zyklisch überquert.
  4. Membranpumpe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere in Drehrichtung der Aktoreinheit (4) nacheinander angeordnete Membranen (2) mit dem Aktormittel (7) berührungslos verformbar sind und/oder dass mehrere, vorzugsweise alle Arbeitsräume (3) der Membranpumpe (1) einem gemeinsamen Pumpenkopf (9) zugeordnet sind.
  5. Membranpumpe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktoreinheit (4) mehrere auf die Membran (2) einwirkende entgegengesetzt polarisierte Magnetpole der Anzahl n und/oder mehrere entgegengesetzt polarisierte Magnetpolgruppen der Anzahl n aufweist, wobei jede Magnetpolgruppe lediglich aus gleich polarisierten Magnetpolen besteht und wobei n größer oder gleich zwei ist und die Magnetpole durch ein oder mehrere Aktormittel (7) gebildet werden.
  6. Membranpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass entgegengesetzt polarisierte Magnetpole und/oder entgegengesetzt polarisierte Magnetpolgruppen der Aktoreinheit (4) in Drehrichtung der Aktoreinheit (4) aufeinanderfolgend angeordnet sind, wobei, weiter vorzugsweise, die Magnetpole oder Magnetpolgruppen in Drehrichtung der Aktoreinheit (4) um 360°/n versetzt zueinander angeordnet sind.
  7. Membranpumpe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Arbeitsräume (3) der Anzahl m vorgesehen sind, wobei jedem Arbeitsraum (3) eine Membran (2) zugeordnet ist, wobei m vorzugsweise größer oder gleich n ist und wobei, weiter vorzugsweise, die Arbeitsräume (3) in Drehrichtung der Aktoreinheit (4) um 360°/m versetzt zueinander angeordnet sind.
  8. Membranpumpe (1) zum Fördern eines gasförmigen und/oder flüssigen Mediums, mit wenigstens einer verformbaren Membran (2) zum Verändern der Größe eines Arbeitsraums (3) der Membranpumpe (1) und mit wenigstens einer Aktoreinheit (4) zum Verformen der Membran (2) durch berührungsloses Beaufschlagen der Membran (2) mittels eines magnetischen Feldes, wobei die Membran (2) ein Material umfasst oder aus einem Material besteht, das magnetisch und/oder magnetisierbar ist, und die Aktoreinheit (4) wenigstens ein magnetisches und/oder magnetisierbares Aktormittel (7) aufweist und wobei zwischen dem Material der Membran (2) und dem Aktormittel (7) ein Magnetfeld ausgebildet wird, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei in Drehrichtung der Aktoreinheit (4) um 160° bis 200°, vorzugsweise um 180°, versetzt zueinander angeordnete Arbeiträume (3) vorgesehen sind, wobei die Membranen (2) der Arbeitsräume (3) aktorseitig ungleiche Magnetpole aufweisen und wobei die Aktoreinheit (4) membranseitig wenigstens zwei in Drehrichtung der Aktoreinheit (4) um 160° bis 200°, vorzugsweise um 180°, versetzt zueinander angeordnete, ungleiche Magnetpole aufweist.
  9. Membranpumpe (1) zum Fördern eines gasförmigen und/oder flüssigen Mediums, mit wenigstens einer verformbaren Membran (2) zum Verändern der Größe eines Arbeitsraums (3) der Membranpumpe (1) und mit wenigstens einer Aktoreinheit (4) zum Verformen der Membran (2) durch berührungsloses Beaufschlagen der Membran (2) mittels eines magnetischen Feldes, wobei die Membran (2) ein Material umfasst oder aus einem Material besteht, das magnetisch und/oder magnetisierbar ist, und die Aktoreinheit (4) wenigstens ein magnetisches und/oder magnetisierbares Aktormittel (7) aufweist und wobei zwischen dem Material der Membran (2) und dem Aktormittel (7) ein Magnetfeld ausgebildet wird, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktoreinheit (4) drehbar gelagert und eine Statoreinheit (29) zur Erzeugung eines rotierenden Magnetfeldes vorgesehen ist, wobei das von der Statoreinheit (29) erzeugte Magnetfeld zum rotatorischen Antrieb der Aktoreinheit (4) ausgebildet ist.
  10. Membranpumpe (1) zum Fördern eines gasförmigen und/oder flüssigen Mediums, mit wenigstens einer verformbaren Membran (2) zum Verändern der Größe eines Arbeitsraums (3) der Membranpumpe (1) und mit wenigstens einer Aktoreiheit (4) zum Verformen der Membran (2) durch berührungsloses Beaufschlagen der Membran (2) mittels eines magnetischen Feldes, wobei die Membran (2) ein Material umfasst oder aus einem Material besteht, das magnetisch und/oder magnetisierbar ist, und die Aktoreinheit (4) wenigstens ein magnetisches und/oder magnetisierbares Aktormittel (7) aufweist und wobei zwischen dem Material der Membran (2) und dem Aktormittel (7) ein Magnetfeld ausgebildet wird, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsraum (3) zwischen dem Aktormittel (7) und der Membran (2) angeordnet ist.
  11. Verfahren zur berührungslosen Betätigung der Membranen (2) der Arbeitsräume (3) einer Membranpumpe zum Fördern eines gasförmigen und/oder flüssigen Mediums, insbesondere einer Membranpumpe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Membranen (2) von wenigstens zwei, vorzugsweise vier, Arbeitsräumen (3) berührungslos durch Beaufschlagen mit einem magnetischen Feld verformt werden, wobei das magnetische Feld zwischen den Membranen (2) und wenigstens einem magnetischen und/oder magnetisierbaren Aktormittel (7) einer drehbaren Aktoreinheit (4) ausgebildet wird und wobei in Drehrichtung der Aktoreinheit (4) nacheinander angeordnete Membranen (2) durch magnetische Wechselwirkung mit dem Aktormittel (7) berührungslos verformt werden.
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