EP3438455B1 - Diaphragm pump and method of touch-free actuation of the membranes of multiple work chambers of a diaphragm pump - Google Patents
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- EP3438455B1 EP3438455B1 EP18185958.8A EP18185958A EP3438455B1 EP 3438455 B1 EP3438455 B1 EP 3438455B1 EP 18185958 A EP18185958 A EP 18185958A EP 3438455 B1 EP3438455 B1 EP 3438455B1
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Definitions
- the present invention relates to a diaphragm pump for conveying a gaseous and / or liquid medium, with at least one deformable diaphragm for changing the size of a working space of the diaphragm pump and with at least one actuator unit for deforming the diaphragm by contactless application of the diaphragm by means of a magnetic field
- the Membrane comprises a material and / or consists of a material that is magnetic and / or magnetizable
- the actuator unit has at least one magnetic and / or magnetizable actuator means.
- a magnetic field is formed between the material of the membrane and the actuator means, which leads to the deformation of the membrane.
- the present invention relates to a method for the contactless actuation of the diaphragms of a plurality of working spaces of a diaphragm pump for conveying a gaseous and / or liquid medium.
- Diaphragm pumps generally have at least one working space that is delimited by a deformable diaphragm to change 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 that flows through the inlet in a suction phase sucked into the expanding work space and expelled in a compression phase via the outlet from the shrinking work space.
- a controllable actuator or drive unit is provided for deforming the membrane.
- a working space is formed on the membrane that runs cyclically around the central axis of the membrane, into which the fluid to be conveyed is sucked in via an inlet, conveyed around the central axis and finally released again via an outlet.
- Diaphragm pumps are used, among other things, in the field of medical and / or analysis and / or environmental technology, for example in anesthesia devices or gas sensors.
- a compact design is usually required, in particular if the diaphragm pumps used are integrated as sub-assemblies in corresponding medical and / or analysis devices.
- a high long-term stability of the membrane is essential.
- pulse is to be understood in particular as a sinusoidal delivery curve which can be attributed to the periodic change in volume of the working space or deformation of the membrane.
- the associated pressure pulses or pressure peaks can damage sensitive sensor devices or falsify the measurement results.
- the DE 10 2013 000 765 A1 discloses a diaphragm pump with an electromagnetic armature drive for at least two diaphragms.
- the armature drive has at least one electromagnet and one armature, the armature being set into oscillation by changing magnetic fields of the electromagnet.
- This diaphragm pump for conveying gaseous and / or liquid media.
- This diaphragm pump comprises a pump chamber which covers a diaphragm, the diaphragm being liftable and lowerable for conveying and the pumping movement being generated by an electric motor.
- the present invention is based on the object of providing a diaphragm pump, in particular for use in the field of gas analysis and / or medical technology, which is characterized by a compact design and a low-wear, low-noise and / or low-pulsation, in particular pulsation-free, Allows operation with a high delivery volume at the same time.
- the diaphragm pump according to the invention should meet further specific requirements, such as high long-term stability, cost sensitivity and / or valve density.
- the invention is based on the object of providing a method for the contactless actuation of the diaphragms of several working spaces of a diaphragm pump, which method allows the construction of a diaphragm pump with the aforementioned advantages.
- the invention enables a configuration of the diaphragm pump which permits low-pulsation to largely pulsation-free and / or low-wear and / or low-noise operation with a compact design and a small number of parts.
- a wear point can be achieved, which leads to longer service lives and reduced maintenance costs.
- diaphragm pump according to the invention can be a lower sensitivity to moisture and / or particles, in particular compared to vane pumps, and a high system and valve density, which are comparable with those of conventional pumps, in particular with eccentric diaphragm pumps.
- lower speeds are possible to achieve a certain delivery pressure or delivery volume, which can be associated with a longer motor life and improved controllability of the pump.
- an internal pressure or vacuum limit can be implemented, whereby motor or system protection is possible without additional electronic measures.
- the invention consequently proposes alternative or (drive) concepts developed further compared to the prior art for deforming at least one diaphragm of a diaphragm pump by contactless application of the diaphragm by means of a magnetic field, whereby the advantages described above can be realized in particular.
- the actuator unit is rotatably mounted and the membrane is arranged on the circumference of the actuator unit, with the polarization direction of the magnetic field formed between the material of the membrane and the actuator means being aligned radially to the axis of rotation of the actuator unit in a dead center position of the membrane .
- the distance between the actuator means and the membrane preferably reaches an extreme value.
- the greatest attractive or the greatest repulsive magnetic force between the actuator means and the membrane material is achieved in this position, the (main) polarization direction of the magnetic field acting between the membrane and the actuator means being oriented essentially transversely or radially to the axis of rotation of the actuator unit .
- (main) polarization direction of the magnetic field means that the direction vector between magnetic poles is more opposite to understand polarity that are formed by the membrane material on the one hand and the actuator means on the other.
- the circumferential arrangement of the diaphragm relative to the actuator unit allows 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, which results in an overall very compact design of the diaphragm pump according to the invention.
- dead center position of the diaphragm can encompass both an “outer dead center position” and an “inner dead center position”.
- a dead center position of the diaphragm is reached when the actuator unit assumes a certain rotational position in which a magnetic pole of the actuator unit is preferably directly opposite a magnetic pole of the diaphragm.
- the distance between the magnetic material of the membrane on the one hand and the actuator means on the other hand is minimal.
- the membrane is maximally attracted or deformed in the direction of the actuator means.
- an inner dead center position is to be understood as a state in which the distance between the magnetic material of the membrane on the one hand and the actuator means on the other hand is maximum.
- the membrane is maximally repelled by the actuator means or maximally deformed away from the actuator means. Between the two dead center positions, the membrane can assume a rest position in which no or only a slight magnetic force acts on the membrane.
- the (main) polarization direction or the direction vector between poles of opposite polarity runs transversely - that is, radially - to the axis of rotation of the actuator unit.
- the membrane is preferably located directly opposite the actuator means in a dead center position.
- the actuator means can be held on a radial circumferential surface of the actuator unit and / or at least partially inserted into the actuator unit on the circumference be.
- the actuator means can form at least part of the circumferential surface of the actuator unit.
- the surface normal in the central area of a working surface of the diaphragm can be oriented perpendicular or radially to the axis of rotation of the actuator unit.
- Two work spaces, four work spaces or integer multiples of two work spaces can be provided, with a separate pump head preferably being assigned to each work space.
- the working spaces are in particular offset from one another or arranged downstream in the circumference of the actuator unit and in the direction of rotation of the actuator unit. In this way, a compact arrangement of several working spaces is also possible, in particular within the axial longitudinal dimension of the actuator unit.
- the working spaces are preferably evenly distributed over the circumference of the actuator unit, which results in a small structural volume of the pump according to the invention.
- the diaphragms of several working spaces are then subsequently actuated during the rotary movement of a common actuator unit, which leads to a small number of components in the diaphragm pump and simplifies the assembly of the pump as a whole.
- a pump head of the pump delimits a working space and has at least one inlet through which the medium to be conveyed is sucked into the working space in a suction phase.
- at least one outlet is provided, via which the medium to be conveyed is discharged from the shrinking working space in a pressure phase.
- the actuator unit can have one or more actuator means.
- Each actuator means can be formed by one or more permanent magnets.
- a diametrically magnetized ring magnet can be provided as the actuator means.
- the actuator unit then preferably has two opposing magnetic poles in the direction of rotation, which are polarized in opposite directions.
- an actuator means also be formed by a group of outwardly equally polarized permanent magnets. Disc or bar magnets are preferably used.
- the actuator unit is rotatably mounted and the membrane is arranged on the front side of the actuator unit, in particular in the form of a disk or plate, with the (main) direction of polarization between the material of the membrane and the membrane in a dead center position of the membrane the actuator means formed magnetic field is oriented essentially in the direction of the axis of rotation of the actuator unit or parallel to it and wherein an axis of rotation of the actuator unit is laterally offset and, preferably, is arranged parallel to a central diaphragm axis of the diaphragm, so that the actuator means cyclically on the rotation of the actuator unit Membrane is moved past and cyclically crossed the membrane.
- the actuator means is preferably moved past the membrane along a circular path.
- the actuator means When the diaphragm is cyclically crossed, a magnetic field is formed between the actuator means and the diaphragm, which leads to the cyclical deformation of the diaphragm.
- the actuator means sweeps over the area of the central axis of the membrane.
- the maximum deflection of the membrane in the suction or pressure phase is 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 at a distance from the axis of rotation of the actuator unit with respect to its central axis, so that at least one actuator means is cyclically and subsequently moved past or crosses each membrane during the rotation of the actuator unit.
- each membrane is subsequently maximally deflected in the region 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 central area 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 preferably designed in the form of a disk and has at least one actuator means arranged and / or inserted at the end.
- a plurality of actuator means are also preferably provided, each actuator means being able to be formed by a group of disk or bar magnets and the magnets of a group being equally polarized towards the outside. In this way an optimal contactless actuation of the membranes is guaranteed.
- membranes with associated working spaces can be provided, the working 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 have one or more actuator means.
- Each actuator means can be formed by one or more permanent magnets.
- An actuator means is preferably formed by a group of permanent magnets with the same polarization to the outside. Disc or bar magnets are preferably used.
- the actuator unit preferably has a plurality of oppositely polarized outer magnetic poles of the number n which act on the membrane.
- the actuator unit can have a plurality of oppositely polarized magnetic pole groups of the number n, with each magnetic pole group only consisting of identically polarized outer magnetic poles and with n being greater than or equal to two.
- the oppositely polarized magnetic poles or magnetic pole groups are preferably arranged one after the other in the direction of rotation of the actuator unit, it being possible for the magnetic poles or magnetic pole groups to be arranged offset from one another by 360 ° / n in the direction of rotation of the actuator unit.
- the membrane also has an outer magnetic pole directed towards the actuator unit, or possibly also a group of equally polarized outer magnetic poles. In this way, when the actuator unit is rotated, the membrane can be brought alternately into the outer dead center position and into the inner dead center position.
- the term "magnetic pole" of the actuator unit is preferably to be understood as a circumferential or frontal outer area of the actuator unit, in the vicinity of which the magnetic field strength is particularly high, since this is where the field lines of the magnetic field enter or exit.
- the direction vector of the magnetic field is formed between the magnetic poles of the actuator unit and the membrane.
- the direction vector can run either radially or transversely or axially in the direction or parallel to the axis of rotation of the actuator unit.
- the diaphragms can form the same or the same magnetic poles on the actuator side. This can be achieved, for example, by aligning the magnetic means in the membranes in the same way.
- diaphragms arranged subsequently can be brought into the inner or outer dead center position subsequently and cyclically from several working spaces. This ensures a directed suction or pressure flow via interconnected working spaces within the diaphragm pump.
- the diaphragms of two working spaces which are preferably offset from one another by 180 ° in the direction of rotation of the actuator unit, to form magnetic poles that are different or not of the same name on the actuator unit side.
- the actuator means of the actuator unit and / or the magnet means of the membrane is preferably a permanent magnet.
- the actuator means can 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 magnet carrier of the actuator means and can be arranged rotatably about an axis of rotation extending through the ring magnet in the axial direction.
- the actuator means can also be a bar magnet or a disk magnet.
- An actuator means can also be formed by a group of rod-shaped or disk-shaped permanent magnets.
- the actuator unit can have two groups of bar magnets or disk magnets arranged offset from one another by preferably 180 ° in the direction of rotation of the actuator unit.
- the magnets of a group are preferably aligned in the same direction, so that the actuator unit in the area of the group only has magnetic poles of the same name on the membrane side.
- the actuator unit can have at least two, preferably only two, non-magnetic external areas arranged offset from one another at regular intervals, further preferably offset from one another by 180 ° in the direction of rotation of the actuator unit. In this way, magnetic poles or magnetic pole groups arranged in the direction of rotation of the actuator unit - that is, magnetic areas - alternate with non-magnetic or only weakly magnetic areas.
- the membrane when the actuator unit is rotated, the membrane can alternately be brought into an outer dead center position when an oppositely polarized magnetic pole is opposite the membrane, or into an inner dead center position when an equally polarized magnetic pole is opposite the membrane. If, on the other hand, a non-magnetic or only weakly magnetic area is opposite the diaphragm, the diaphragm then preferably assumes a rest position that lies between the two dead center positions.
- the actuator unit can be arranged either on the circumference or on the front side of the actuator unit.
- a membrane is assigned to each work space.
- the number m of working spaces is preferably greater than or equal to the number of actuator means of the actuator unit.
- the working spaces can be arranged offset from one another by 360 ° / m in the direction of rotation of the actuator unit.
- the magnetic means of all the membranes can be oriented in the same direction, so that the membranes on the actuator side only have magnetic poles of the same name or of the same polarity.
- 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 means of the membranes on the other hand, and possibly non-magnetic or only weakly magnetic areas between the outer magnetic poles of the actuator unit ensure that there is no rotational position of the actuator unit, the diaphragms of all working spaces of the pump are located simultaneously at the same inner or outer dead center or all simultaneously in the same, preferably undeflected position between the dead centers. This enables very low-pulsation operation.
- 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 membranes in the rest position corresponds to the total number of membranes in an inner or outer dead center position.
- the actuator unit can have two oppositely polarized outer magnetic poles or outer magnetic pole groups offset from one another in the direction of rotation by 180 °, and four working spaces can be provided, each offset from one another by 90 ° in the direction of rotation of the actuator unit.
- the membranes of the working spaces preferably have outer magnetic poles that are equally polarized on a side facing the actuator unit.
- the diaphragms of two preferably opposite working spaces are in a non-deflected or slightly deflected position between the dead centers, while the diaphragm of a third working chamber has an outer dead center position and the diaphragm of a fourth preferably opposite the third working chamber Working area reached an inner dead center position. This results in low or pulsation-free operation of the diaphragm pump.
- 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 inlet and outlet flows from each working space are fluidically merged, whereby the structural design of the diaphragm pump is simplified and the fluid flows drawn in and discharged are made more uniform.
- the collecting spaces are designed in particular to bring the inlets or outlets of the respective working spaces together 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 the diaphragm pump according to the invention to be easily integrated into higher-level devices, for example in medical and / or (gas) analysis devices.
- At least two working spaces are provided which are offset from one another by 160 ° to 200 °, preferably by 180 °, in the direction of rotation of the actuator unit, the membranes of the working spaces having unequal magnetic poles or magnetic pole groups on the actuator side and the
- the actuator unit on the membrane side has at least two unequal magnetic poles or magnetic pole groups arranged offset from one another in the direction of rotation of the actuator unit by 160 ° to 200 °, preferably by 180 °.
- the diaphragms of the two opposing working spaces are either drawn towards the actuator unit at the same time or pushed away from the actuator unit at the same time.
- n-pairings of work spaces are provided, each pairing having two work spaces offset from one another or opposite one another by 160 ° to 200 °, preferably 180 °, in the direction of rotation of the actuator unit with diaphragms polarized opposite one another on the actuator unit side.
- the actuator unit is rotatably mounted and a stator unit is provided for generating a rotating magnetic field, the rotating magnetic field generated by the stator unit being designed to drive the actuator unit in a rotary manner.
- the stator unit is particularly preferably designed in the form of a plate and / or in particular implemented in addition to the embodiments described above.
- the drive of the actuator unit via the stator unit allows a further reduction in the structural volume required by the diaphragm pump, since the stator unit can have a significantly smaller volume than conventional drive devices, for example electric motors.
- the actuator unit is driven in particular according to the principle of a brushless direct current motor.
- the actuator unit ultimately functions 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 controlled or commutated to one another by a suitable circuit in such a way that they generate a rotating magnetic field, as a result of which the actuator unit is pulled or driven in the direction of rotation.
- a ring segment-shaped design of the actuator means can be preferred. In this way, in particular, optimal interaction with the stator unit and thus a high degree of efficiency of the diaphragm pump according to the invention are ensured.
- the actuator means is preferably an integral part of the actuator unit, the geometry of the actuator unit being able to be supplemented on the periphery and / or on the front side by the actuator means, for example to form a disk shape.
- the actuator means can be inserted, in particular glued, into an end-face and / or circumferential complementary recess of the actuator unit so as to be flush with the surface. In this way, a compact design can be achieved, an optimal action or interaction between the actuator unit on the one hand and the stator unit on the other hand being made possible.
- the actuator means forms a magnetic pole on an outer side of the actuator unit facing a working space for acting on a membrane and, on an opposite outer side facing the stator unit, a preferably oppositely polarized magnetic pole for interaction with the stator unit in the rotating magnetic field.
- the actuator unit can preferably have magnetic poles with opposite polarity on two opposite end faces in the direction of the axis of rotation, whereby two functions are fulfilled: On the one hand, the actuator unit interacts with the rotating magnetic field via one end face, which realizes the rotary drive of the actuator unit. 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 can, in particular axially, be adjustable, which is particularly easy to achieve in those embodiments of the invention in which the actuator unit and working space or membrane are axially one behind the other in the direction of the axis of rotation of the actuator unit are arranged.
- This aspect of the invention has an inventive significance of its own.
- the working space viewed spatially, is provided between the membrane and the actuator means.
- the working space is limited on one side by the membrane and on the other side by a housing part of the pump.
- direct contact between the diaphragm and the actuator means is prevented in every dead center position of the diaphragm. If, on the other hand, the membrane is directly adjacent to the actuator means, in an outer dead center position of the membrane the membrane and the actuator means may touch, which is associated with undesirable and cyclically recurring noises.
- the arrangement according to the invention of the working space between the membrane and the actuator means overcomes this problem and ensures low-noise operation.
- a housing part of the pump is located between the membrane and the actuator means and delimits the working space towards the actuator means.
- the housing part can have a smaller wall thickness adjacent to the actuator means and / or consists of a material such that contactless deformation of the membrane is possible through the housing part by means of the magnetic field formed between the membrane and the actuator means. It is expedient if the magnetic field is only slightly influenced by the housing part, so that the membrane can be deformed by the contactless application of the magnetic field.
- the membranes of at least two, preferably four, working spaces be deformed without contact by applying a magnetic field, the magnetic field being formed between the membranes and at least one magnetic and / or magnetizable actuator means of a rotatable actuator unit, and membranes arranged one after the other in the direction of rotation of the actuator unit being deformed without contact by magnetic interaction with the actuator means.
- the Figures 1 and 2 show a diaphragm pump 1 for conveying a (not shown) gaseous and / or liquid medium.
- the diaphragm pump 1 has several, in the illustrated example four, deformable diaphragms 2 for changing the size of four working spaces 3 of the diaphragm pump 1.
- a pumping process consists of a suction phase and a pressure phase, the medium being sucked into an expanding working space 3 in the suction phase and expelled again from a decreasing working space 3 in a compression phase or pressure phase.
- the membranes 2 are designed to be at least partially, in particular elastically, deformable for increasing or reducing the size of the working space 3.
- the diaphragm pump 1 has an actuator unit 4 which is rotatably mounted or driven (cf. Fig. 2 ).
- a drive device 5 preferably an electric motor, is provided.
- the deformation of the membranes 2 takes place by contactless application of magnetic fields, wherein the membranes 2 comprise a material or consist of a material that is magnetic and / or magnetizable.
- each membrane 2 has a permanent magnet as the magnetic means 6, which is let in or received in a central region of the membrane 2.
- the magnetic means 6 of all the membranes 2 are preferably aligned with the same polarity as 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 circumferentially encircling receiving area 4a in which the actuator means 7 is received and held.
- the actuator unit 4 can in particular be configured in several parts in order to enable the actuator means 7 to be pushed onto the receiving area 4a.
- the actuator unit 4 consists of two components that can be screwed to one another or plugged into one another, each having a radial projection, between which the actuator means 7 is held axially in the receiving area 4a.
- other constructive solutions are also possible.
- a magnetic field (not shown) directed radially to an axis of rotation 8 of the actuator unit 4 is formed in order to deform the diaphragms 2 without contact.
- the actuator unit 4 is in the in Fig. 2 embodiment shown sleeve-shaped or wave-shaped.
- the two outer magnetic poles of the actuator means 7 are arranged offset from one another by 180 ° in the direction of rotation of the actuator unit 4 and the four working spaces 3 are arranged offset from one another by 90 ° in the direction of rotation of the actuator unit 4.
- the membranes 2 with the associated working spaces 3 are arranged within the longitudinal dimension of the actuator unit 4.
- a rotary position of the actuator unit 4 is shown, in which the membranes 2 of two opposite working spaces 3 are simultaneously deformed due to the magnetic field.
- the membrane 2 is a first in Fig. 2 shown upper working space 3 repelled by the south pole S of the actuator means or ring magnet and pushed into an inner dead center position (not shown), while the
- Membrane 2 of a second in Fig. 2 The lower working space 3 shown is attracted by the north pole N of the ring magnet or actuator means 7 and is pushed into an outer dead center position (not shown).
- the magnetically repelled membrane 2 and the magnetically attracted membrane 2 are arranged offset from one another by 180 ° in the direction of rotation of the actuator unit 4.
- the membranes 2 of the other two working spaces 3 are at most subjected to a slight magnetic interaction with the actuator means 7 and are in a non-deformed rest position.
- FIG Fig. 2 subsequently the membranes 2 of the working spaces 3 arranged downstream in the direction of rotation of the actuator unit 4 are actuated without contact by the moving magnetic poles of the actuator unit 4.
- the membranes 2 of all the working spaces 3 are simultaneously at the same inner or outer dead center or all are simultaneously in the same non-deflected or slightly deflected position between the dead centers.
- only the diaphragm 2 of a first working space 3 can be in an inner dead center position
- only the diaphragm 2 of a second working space 3 can be in an outer dead center position
- the diaphragms 2 of further working spaces 3 can preferably not or only little deformed position are located between the dead centers, which is reached during a suction phase or pressure phase.
- very low-pulsation operation of the diaphragm pump 1 according to the invention is made possible.
- the course of movement of the membranes 2 can be described as a sine curve, the course of movement of the membranes 2 of the four working spaces 3 being described by sine curves offset from one another, and the course of movement of the membranes 2 being superimposed.
- the cycle of the membrane movement can thus be idealized as a sinusoid.
- the two in Fig. 2 Opposite membranes 2 shown on the left and right with reference to the outside facing the actuator unit 4 can also be polarized opposite to one another or have unequal magnetic poles.
- the actuator unit 4 rotates, this leads to the diaphragms 2 of the two opposite working spaces being forced either into an inner dead center position or into an outer dead center position by the magnetic poles of the actuator unit 4. It can thereby be achieved that the magnetic forces and / or moments acting on the actuator unit 4 cancel each other out, so that the mechanical load on the actuator unit 4 is correspondingly reduced.
- a separate pump head 9 is provided for each membrane 2.
- the pump heads 9 are accordingly arranged offset from one another by 90 ° in the direction of rotation of the actuator unit 4.
- 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 delimited 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, it being possible for the membranes 2 to be clamped in a sealing manner 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 have valves (cf. Fig. 5 ), preferably check valves, in order to prevent the medium from being discharged from an inlet in the pressure phase and sucked in via an outlet in the suction phase (cf. Fig. 4 , Inlet 17, outlet 18).
- valves cf. Fig. 5
- check valves in order to prevent the medium from being discharged from an inlet in the pressure phase and sucked in via 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 unit 4 is arranged non-rotatably on a drive journal 15 of the drive device 5.
- At least one inlet and at least one outlet are arranged in each chamber wall 12 (cf. Fig. 4 , Inlet 17, outlet 18).
- the medium is sucked into the working chamber 3 via the inlet and expelled again from the working chamber 3 via the outlet in the pressure phase.
- the medium to be conveyed is sucked into the diaphragm pump 1 via a suction line 19.
- the medium is guided via the suction line 19 into a collecting inlet space 20, the medium being fed from the collecting inlet space 20 to the inlets of the respective working spaces 3.
- a collecting outlet space 21 is provided in which the medium expelled from the working spaces 3 via the outlets is collected before it leaves the diaphragm pump 1 via a pressure line 22.
- the collecting inlet space 20 and the collecting outlet space 21 are arranged on the front side of 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, a separate housing part being 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 lie one behind the other in the direction of the axis of rotation 8 of the actuator unit 4, so that a compact design results.
- 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 are screwed together.
- the pump head 9, the actuator housing 13 and the flange plate 14 have an identical outer contour. In particular, apart from fluid and / or power connections, no components are provided that protrude beyond this outer contour. This enables a compact and, in particular, flat construction of the diaphragm pump 1.
- the actuator unit 4 is designed as a rotating disk or plate-shaped, the actuator housing 13 having a corresponding disk-shaped recess 24 in which the actuator unit 4 is received (cf. 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 (cf. Fig. 3 ).
- the pump head 9 has an inner housing part 10 and an outer housing part 11.
- Each working space 3 is delimited 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 unit 4 has according to Fig. 4 two actuator means 7 recessed at the end, which are each formed by a group of permanent magnets 7a, 7b which are polarized identically to the outside.
- the actuator means 7 or the permanent magnets 7a, 7b arranged in groups are arranged offset from one another by 180 ° in the direction of rotation of the actuator unit 4.
- areas 7c are provided between the permanent magnets 7a, 7b which are not or at most weakly magnetic.
- the actuator unit 4 also has, on its end face facing the drive device 5, a bore 26 corresponding to a drive pin 15 of the drive device 5.
- the actuator unit 4 is non-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 unit 4. In this way, secure storage of the actuator unit 4 is ensured.
- a collecting inlet space 20 and a collecting outlet space 21 are formed by the outer housing part 11 of the pump head 9.
- the collecting spaces 20, 21 are closed on the top by the cover 25 of the pump head 9.
- the pump head 9 has valves 28 (only indicated schematically), in particular check valves. This prevents the medium from being discharged from an inlet 17 in the pressure phase and from being sucked in via 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 with the associated working spaces 3 are arranged (directly) opposite one end of the actuator unit 4.
- the membranes 2 are arranged essentially in a common plane. It is in Fig. 5 a rotational position of the actuator unit 4 is shown, in which the membranes 2 are simultaneously deformed by two working spaces 3 offset from one another by 180 ° in the direction of rotation of the actuator unit 4 due to the magnetic field present.
- the central axes M of the membranes 2 run laterally offset to the axis of rotation 8 of the actuator unit 4.
- the magnetic means 6 of the membranes 2 are arranged centrally in the area of the membrane axis M.
- Fig. 5 the membrane 2 of a first in Fig. 5
- the working space 3 shown on the left is repelled by the south pole of a permanent magnet 7a of the first actuator means 7 and pushed into an inner dead center position (not shown), while the membrane of a second in FIG Fig. 5
- Working space 3 shown on the right is attracted by the north pole of a permanent magnet 7b of the second actuator means 7 and is pushed into an outer dead center position (not shown).
- the diaphragms 2 of the two other working spaces 3 in this rotational position of the actuator unit 4 are at most subject to a slight magnetic interaction, since in the shown rotational position of the actuator unit 4 they are not magnetic or at most weakly magnetic formed areas 7c are arranged.
- the magnetic means 6 of two diaphragms 2 arranged offset from one another or opposite one another in the direction of rotation of the actuator unit 4 or opposite one another (for example the magnetic means 6 of the in FIG Fig. 5
- the diaphragms 2) shown on the left and right can deviate from the actuator side Fig. 5 also be polarized opposite to each other or form magnetic poles of different names.
- the magnetic means 6 are arranged such 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 unit 4 has a north pole.
- a pump head is provided which, together with four membranes 2 clamped between the pump head and an actuator housing 13, forms four working spaces.
- the design of the pump head can be that in the Figs. 3 to 5 embodiment shown correspond.
- a drive device 5 is provided for an actuator unit 4, which is designed 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, offset from one another in the direction of rotation of the actuator unit 4.
- the diaphragm pump 1 has control electronics (not shown) which are designed to control the change in polarity of the coils 30.
- the rotational position of the actuator unit 4 is preferably detected, the polarity of the coils 30 being reversed as a function of this rotational position in order to generate a rotating magnetic field.
- the actuator unit 4 is then driven or rotated on the basis of the rotating magnetic field generated by the coils 30.
- the stator unit 29 is preferably designed for the rotary 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 introduced into the bearing bore 31 with an accurate fit.
- the stator unit 29 is connected to an actuator housing 13.
- two actuator means 7 are provided in the illustrated embodiment, each designed as a circular ring segment-shaped permanent magnet with axial magnetization.
- the actuator means 7 are in the direction of rotation of the actuator unit 4 arranged offset from one another by 180 ° and preferably extend over 90 ° in the direction of rotation of the actuator unit 4. In this way, an effective magnetic interaction with the stator unit 29 and a high degree of efficiency of the diaphragm pump 1 are made possible.
- the actuator means 7 are an integral part of the actuator unit 4 and complement it circumferentially and at the front to form a disk shape, as is particularly clear Fig. 6 emerges.
- the actuator means 7 each form a magnetic pole N, S on an end face of the actuator unit 4 facing away from the drive unit 5 for acting on an opposite membrane 2 and on the other end face of the actuator unit 4 an oppositely polarized magnetic pole S, N for interaction with the stator unit 29.
- Fig. 7 it is also the case in this embodiment that the membranes 2 are arranged on the end opposite to the actuator unit 4 and essentially lying in a common plane.
- an in Fig. 7 The specific rotational position of the actuator unit 4 shown in FIG Fig. 7 Diaphragm 2 of a working space arranged on the left is attracted by the north pole N of the first circular segment-shaped actuator means 7 and pushed into an outer dead center position (not shown), while the diaphragm 2 of a working chamber arranged on the right is repelled by the south pole S of the second circular segment-shaped actuator means 7 and into an inner dead center position being pushed (not shown).
- the magnetically repelled membrane 2 and the magnetically attracted membrane 2 are arranged offset from one another by 180 ° in the specific rotational position of the actuator unit.
- the membranes 2 of two further working spaces are correspondingly assigned to areas 7c which are not magnetized or at most weakly magnetized in the specific rotational position and are therefore in a non-deformed position between the dead center positions.
- areas 7c which are not magnetized or at most weakly magnetized in the specific rotational position and are therefore in a non-deformed position between the dead center positions.
- the membranes 2 of all working spaces are simultaneously in the same inner or outer dead center position or in the same, preferably not or slightly deflected position between the dead center positions.
- only the diaphragm 2 of one working space is preferably in the inner dead center position, only the diaphragm 2 of a second working space is in the outer dead center position and the diaphragms 2 of two further working spaces can preferably be in one are not or only slightly deformed position, which is reached during a suction phase or pressure phase and lies between the dead center positions.
- a diaphragm pump 1 is described.
- a drive device for driving an actuator unit 4 is not shown.
- the drive device can be designed as an electric motor or as a brushless DC motor.
- the diaphragm pump 1 has an actuator housing 13, an inner housing part 10 and an outer housing part 11.
- the actuator housing 13, the inner housing part 10 and the outer housing part 11 are arranged with respect to an axis of rotation 8 of the actuator unit 4 ( Fig. 9 ) arranged axially one behind the other and screwed together.
- the drive device is preferably fastened to the actuator housing 13.
- the actuator housing 13 has corresponding connecting means, in particular threaded and / or receiving bores (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 has a suction line 19 and a pressure line 22, the fluid to be conveyed being sucked into the pump head 9 via the suction line 19 and conveyed out of the pump head 9 via the pressure line 22.
- each membrane 2 has, for example, a magnetic means designed as a permanent magnet 6 on.
- 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 permanent magnets 7a, 7b arranged in groups (corresponding to Fig. 4 ).
- the unequal magnetic poles or magnetic pole groups formed on the membrane side by the permanent magnets 7a, 7b are arranged offset from one another by 180 ° in the direction of rotation of the actuator unit 4. In the circumferential or direction of rotation of the actuator unit 4 are between the permanent magnets 7a, 7b as in the case of FIG Fig. 4 Embodiment shown areas are provided which 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.
- the membranes 2 are structurally 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 area 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 allows the membranes 2 to be deformed without contact by the actuator means 7.
- the membranes 2 can have a round, preferably circular, outer contour.
- the preferably cylindrical magnetic means 6 are arranged and held in particular in a central region of the membranes 2 or in the region of the central axes M.
- the magnetic means 6 can be arranged on a side of the membranes 2 facing away from the working space 3.
- the membranes 2 can be designed to be thickened in their middle regions compared to their edge regions, wherein depressions or receiving regions for the magnetic means 6 can be formed in the membranes 2.
- the magnetic means 6 are then fastened to the membranes 2 by pushing the magnetic means 6 into the receiving areas and, if necessary, by gluing them.
- the membranes 2 are preferably thin-walled in their edge regions in order to enable simple deformability.
- the membranes 2 are preferably only deformed in their edge regions during pumping operation, whereas the central regions - reinforced by the rigid magnetic means 6 - remain essentially dimensionally stable.
- the pump heads 9 are laterally connected to the working spaces 3 (cf. 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, in particular screwed, on the actuator housing 13 and on the outer housing part 11.
- Valves 28 in the form of an inlet valve 35 and an outlet valve 36 are provided between the base plate 33 and the head part 34 (cf. Fig. 11 ).
- the fluid to be delivered is sucked in via the suction line 19 of a pump head 9 in the suction phase. After passing through the inlet valve 35, the fluid reaches the working space 3 via the inner housing part 10. 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 preferably cylindrical recesses 37 which are arranged downstream in the direction of rotation and into which the magnets 7a, 7b are inserted.
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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.The present invention relates to a diaphragm pump for conveying a gaseous and / or liquid medium, with at least one deformable diaphragm for changing the size of a working space of the diaphragm pump and with at least one actuator unit for deforming the diaphragm by contactless application of the diaphragm by means of a magnetic field, the Membrane comprises a material and / or consists of a material that is magnetic and / or magnetizable, and the actuator unit has at least one magnetic and / or magnetizable actuator means. A magnetic field is formed between the material of the membrane and the actuator means, which leads to the deformation of the membrane.
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.In addition, the present invention relates to a method for the contactless actuation of the diaphragms of a plurality of working spaces of a diaphragm pump for conveying a gaseous and / or liquid medium.
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.Diaphragm pumps generally have at least one working space that is delimited by a deformable diaphragm to change 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 that flows through the inlet in a suction phase sucked into the expanding work space and expelled in a compression phase via the outlet from the shrinking work space. A controllable actuator or drive unit is provided for deforming the membrane.
In der
Ein alternatives Antriebskonzept geht aus der
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.The disadvantage of this concept is that due to the cyclically rotating magnetic field, the membrane is exposed to a wave-like movement and thus a strong and large-area deformation, which is associated with high material wear and tear and costly maintenance. In addition, the rotating conveying movement is comparatively ineffective.
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.Diaphragm pumps are used, among other things, in the field of medical and / or analysis and / or environmental technology, for example in anesthesia devices or gas sensors. For the use of diaphragm pumps as precision pumps, a compact design is usually required, in particular if the diaphragm pumps used are integrated as sub-assemblies in corresponding medical and / or analysis devices. In addition, a high long-term stability of the membrane is essential.
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.Furthermore, low-pulsation operation of the diaphragm pump used is particularly desirable for medical technology applications and for gas analysis. The term “pulsation” is to be understood in particular as a sinusoidal delivery curve which can be attributed to the periodic change in volume of the working space or deformation of the membrane. The associated pressure pulses or pressure peaks can damage sensitive sensor devices or falsify the measurement results.
Schließlich ist beim Einsatz von Membranpumpen in einer Labor- und/oder Patientenumgebung ein geräuscharmer Betrieb wünschenswert.Finally, when using diaphragm pumps in a laboratory and / or patient environment, low-noise operation is desirable.
Die
Aus der
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.The present invention is based on the object of providing a diaphragm pump, in particular for use in the field of gas analysis and / or medical technology, which is characterized by a compact design and a low-wear, low-noise and / or low-pulsation, in particular pulsation-free, Allows operation with a high delivery volume at the same time. At the same time, the diaphragm pump according to the invention should meet further specific requirements, such as high long-term stability, cost sensitivity and / or valve density. In addition, the invention is based on the object of providing a method for the contactless actuation of the diaphragms of several working spaces of a diaphragm pump, which method allows the construction of a diaphragm pump with the aforementioned advantages.
Die vorliegende Erfindung wird durch eine Membranpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 7 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.The present invention is achieved by a diaphragm pump having the features of
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.The invention enables a configuration of the diaphragm pump which permits low-pulsation to largely pulsation-free and / or low-wear and / or low-noise operation with a compact design and a small number of parts. Compared to vane pumps and eccentric diaphragm pumps, fewer wear points can be achieved, which leads to longer service lives and reduced maintenance costs. In particular, a Achieve high delivery rates of eccentric diaphragm pumps, for example, as well as significantly higher final pressures and higher pressure stability, for example compared to vane pumps. Further advantages of the diaphragm pump according to the invention can be a lower sensitivity to moisture and / or particles, in particular compared to vane pumps, and a high system and valve density, which are comparable with those of conventional pumps, in particular with eccentric diaphragm pumps. Furthermore, with the diaphragm pump according to the invention, in particular compared to vane pumps, lower speeds are possible to achieve a certain delivery pressure or delivery volume, which can be associated with a longer motor life and improved controllability of the pump. Finally, by adapting the magnetic forces, an internal pressure or vacuum limit can be implemented, whereby motor or system protection is possible without additional electronic measures.
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.The invention consequently proposes alternative or (drive) concepts developed further compared to the prior art for deforming at least one diaphragm of a diaphragm pump by contactless application of the diaphragm by means of a magnetic field, whereby the advantages described above can be realized in particular.
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.According to a first embodiment of the present invention it is provided that the actuator unit is rotatably mounted and the membrane is arranged on the circumference of the actuator unit, with the polarization direction of the magnetic field formed between the material of the membrane and the actuator means being aligned radially to the axis of rotation of the actuator unit in a dead center position of the membrane . In a dead center position of the membrane, the distance between the actuator means and the membrane preferably reaches an extreme value. In addition, the greatest attractive or the greatest repulsive magnetic force between the actuator means and the membrane material is achieved in this position, the (main) polarization direction of the magnetic field acting between the membrane and the actuator means being oriented essentially transversely or radially to the axis of rotation of the actuator unit .
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.In the context of the present invention, the term “(main) polarization direction of the magnetic field” means that the direction vector between magnetic poles is more opposite To understand polarity that are formed by the membrane material on the one hand and the actuator means on the other.
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
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.The term “dead center position of the diaphragm” can encompass both an “outer dead center position” and an “inner dead center position”. A dead center position of the diaphragm is reached when the actuator unit assumes a certain rotational position in which a magnetic pole of the actuator unit is preferably directly opposite a magnetic pole of the diaphragm. In the outer dead center position, the distance between the magnetic material of the membrane on the one hand and the actuator means on the other hand is minimal. In this case, the membrane is maximally attracted or deformed in the direction of the actuator means. Correspondingly, an inner dead center position is to be understood as a state in which the distance between the magnetic material of the membrane on the one hand and the actuator means on the other hand is maximum. In this case, the membrane is maximally repelled by the actuator means or maximally deformed away from the actuator means. Between the two dead center positions, the membrane can assume a rest position in which no or only a slight magnetic force acts on the membrane. In both dead center positions, according to the invention, the (main) polarization direction or the direction vector between poles of opposite polarity runs transversely - that is, radially - to the axis of rotation of the actuator unit. The membrane is preferably located directly opposite the actuator means in a dead center position.
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.The actuator means can be held on a radial circumferential surface of the actuator unit and / or at least partially inserted into the actuator unit on the circumference be. The actuator means can form at least part of the circumferential surface of the actuator unit.
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.In order to ensure sufficient deformation of the diaphragm for the pumping movement by contactless application of the diaphragm by means of a magnetic field, the surface normal in the central area of a working surface of the diaphragm can be oriented perpendicular or radially to the axis of rotation of the actuator unit.
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.Two work spaces, four work spaces or integer multiples of two work spaces can be provided, with a separate pump head preferably being assigned to each work space. The working spaces are in particular offset from one another or arranged downstream in the circumference of the actuator unit and in the direction of rotation of the actuator unit. In this way, a compact arrangement of several working spaces is also possible, in particular within the axial longitudinal dimension of the actuator unit. The working spaces are preferably evenly distributed over the circumference of the actuator unit, which results in a small structural volume of the pump according to the invention. The diaphragms of several working spaces are then subsequently actuated during the rotary movement of a common actuator unit, which leads to a small number of components in the diaphragm pump and simplifies the assembly of the pump as a whole.
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.A pump head of the pump, together with the membrane, delimits a working space and has at least one inlet through which the medium to be conveyed is sucked into the working space in a suction phase. In addition, at least one outlet is provided, via which the medium to be conveyed is discharged from the shrinking working space in a pressure phase. The maintenance outlay is reduced by a number of separate pump heads, whereby, for example, defective membranes can be exchanged if necessary by loosening the respective pump head.
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.The actuator unit can have one or more actuator means. Each actuator means can be formed by one or more permanent magnets. For example, a diametrically magnetized ring magnet can be provided as the actuator means. The actuator unit then preferably has two opposing magnetic poles in the direction of rotation, which are polarized in opposite directions. Alternatively, an actuator means also be formed by a group of outwardly equally polarized permanent magnets. Disc or bar magnets are preferably used.
Gemäß einer zweiten, alternativen und nicht beanspruchten 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.According to a second, alternative and not claimed embodiment of the present invention, the actuator unit is rotatably mounted and the membrane is arranged on the front side of the actuator unit, in particular in the form of a disk or plate, with the (main) direction of polarization between the material of the membrane and the membrane in a dead center position of the membrane the actuator means formed magnetic field is oriented essentially in the direction of the axis of rotation of the actuator unit or parallel to it and wherein an axis of rotation of the actuator unit is laterally offset and, preferably, is arranged parallel to a central diaphragm axis of the diaphragm, so that the actuator means cyclically on the rotation of the actuator unit Membrane is moved past and cyclically crossed the membrane. The actuator means is preferably moved past the membrane along a circular path.
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.When the diaphragm is cyclically crossed, a magnetic field is formed between the actuator means and the diaphragm, which leads to the cyclical deformation of the diaphragm. In particular, the actuator means sweeps over the area of the central axis of the membrane. Furthermore, in particular, the maximum deflection of the membrane in the suction or pressure phase is 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.
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.In this second embodiment it is preferably provided that the diaphragms of several working spaces of the diaphragm pump are subsequently deformed by rotation of the common actuator unit. This in turn enables a very compact design of the diaphragm pump according to the invention with a small number of individual components. Each membrane is arranged at a distance from the axis of rotation of the actuator unit with respect to its central axis, so that at least one actuator means is cyclically and subsequently moved past or crosses each membrane during the rotation of the actuator unit. In this case, each membrane is subsequently maximally deflected in the region 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 central area 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.
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.Structurally, it is preferred that 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.
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.In this embodiment of the invention, the actuator unit is preferably designed in the form of a disk and has at least one actuator means arranged and / or inserted at the end. A plurality of actuator means are also preferably provided, each actuator means being able to be formed by a group of disk or bar magnets and the magnets of a group being equally polarized towards the outside. In this way an optimal contactless actuation of the membranes is guaranteed.
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.Several, preferably four, membranes with associated working spaces can be provided, the working 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.
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.It is useful if several working spaces are assigned to a common pump head. In this case in particular, 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.
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.In this embodiment too, the actuator unit can have one or more actuator means. Each actuator means can be formed by one or more permanent magnets. An actuator means is preferably formed by a group of permanent magnets with the same polarization to the outside. Disc or bar magnets are preferably used.
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.The following statements can be implemented in both of the above-described concepts for deforming a membrane by contactless application of the membrane by means of a magnetic field, without this being expressly mentioned below.
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.The actuator unit preferably has a plurality of oppositely polarized outer magnetic poles of the number n which act on the membrane. Alternatively, the actuator unit can have a plurality of oppositely polarized magnetic pole groups of the number n, with each magnetic pole group only consisting of identically polarized outer magnetic poles and with n being greater than or equal to two. The oppositely polarized magnetic poles or magnetic pole groups are preferably arranged one after the other in the direction of rotation of the actuator unit, it being possible for the magnetic poles or magnetic pole groups to be arranged offset from one another by 360 ° / n in the direction of rotation of the actuator unit. The membrane also has an outer magnetic pole directed towards the actuator unit, or possibly also a group of equally polarized outer magnetic poles. In this way, when the actuator unit is rotated, the membrane can be brought alternately into the outer dead center position and into the inner dead center position.
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.In the context of the present invention, the term "magnetic pole" of the actuator unit is preferably to be understood as a circumferential or frontal outer area of the actuator unit, in the vicinity of which the magnetic field strength is particularly high, since this is where the field lines of the magnetic field enter or exit. The direction vector of the magnetic field is formed between the magnetic poles of the actuator unit and the membrane. In the embodiments alternatively proposed according to the invention, the direction vector can run either radially or transversely or axially in the direction or parallel to the axis of rotation of the actuator unit.
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.In the case of a diaphragm pump with several working spaces which are arranged downstream in the direction of rotation of the actuator unit, the diaphragms can form the same or the same magnetic poles on the actuator side. This can be achieved, for example, by aligning the magnetic means in the membranes in the same way. By rotating the common actuator unit, diaphragms arranged subsequently can be brought into the inner or outer dead center position subsequently and cyclically from several working spaces. This ensures a directed suction or pressure flow via interconnected working spaces within the diaphragm pump. Alternatively, however, it is also possible for the diaphragms of two working spaces, which are preferably offset from one another by 180 ° in the direction of rotation of the actuator unit, to form magnetic poles that are different or not of the same name on the actuator unit side.
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.The actuator means of the actuator unit and / or the magnet means of the membrane is preferably a permanent magnet. In this way, a particularly strong magnetic interaction between the actuator means and the membrane is ensured. The actuator means can 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 magnet carrier of the actuator means and can be arranged rotatably about an axis of rotation extending through the ring magnet in the axial direction. The actuator means can also be a bar magnet or a disk magnet. An actuator means can also be formed by a group of rod-shaped or disk-shaped permanent magnets. For example, the actuator unit can have two groups of bar magnets or disk magnets arranged offset from one another by preferably 180 ° in the direction of rotation of the actuator unit. The magnets of a group are preferably aligned in the same direction, so that the actuator unit in the area of the group only has magnetic poles of the same name on the membrane side.
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.It is further preferred that areas of the actuator unit which are on the outside in the direction of rotation between the magnetic poles or magnetic pole groups are provided which are less magnetized or not magnetized at all. In particular, the actuator unit can have at least two, preferably only two, non-magnetic external areas arranged offset from one another at regular intervals, further preferably offset from one another by 180 ° in the direction of rotation of the actuator unit. In this way, magnetic poles or magnetic pole groups arranged in the direction of rotation of the actuator unit - that is, magnetic areas - alternate with non-magnetic or only weakly magnetic areas. In this way, when the actuator unit is rotated, the membrane can alternately be brought into an outer dead center position when an oppositely polarized magnetic pole is opposite the membrane, or into an inner dead center position when an equally polarized magnetic pole is opposite the membrane. If, on the other hand, a non-magnetic or only weakly magnetic area is opposite the diaphragm, the diaphragm then preferably assumes a rest position that lies between the two dead center positions.
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.In particular, several work spaces can be present, which are arranged either on the circumference or on the front side of the actuator unit. A membrane is assigned to each work space. The number m of working spaces is preferably greater than or equal to the number of actuator means of the actuator unit. In particular, the working spaces can be arranged offset from one another by 360 ° / m in the direction of rotation of the actuator unit. In this case, the magnetic means of all the membranes can be oriented in the same direction, so that the membranes on the actuator side only have magnetic poles of the same name or of the same polarity. Alternatively, however, it is also possible to align the magnetic poles of the diaphragms that follow in the direction of rotation of the actuator unit with opposite poles. This is discussed in detail below.
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.Particularly preferably, 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 means of the membranes on the other hand, and possibly non-magnetic or only weakly magnetic areas between the outer magnetic poles of the actuator unit, ensure that there is no rotational position of the actuator unit, the diaphragms of all working spaces of the pump are located simultaneously at the same inner or outer dead center or all simultaneously in the same, preferably undeflected position between the dead centers. This enables very low-pulsation operation.
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.At a certain rotational position of the actuator unit, in which the diaphragms of preferably two working spaces are in a preferably not or only slightly deformed position between the dead centers, which is reached during a suction phase or pressure phase, at least the diaphragm of a third working space can then be in an inner Dead center position and at least the diaphragm of a fourth working space can be arranged in an outer dead center position. 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.
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.It can also be useful if, in a specific rotational position of the actuator unit, the number of membranes in the rest position corresponds to the total number of membranes in an inner or outer dead center position.
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.For example, the actuator unit can have two oppositely polarized outer magnetic poles or outer magnetic pole groups offset from one another in the direction of rotation by 180 °, and four working spaces can be provided, each offset from one another by 90 ° in the direction of rotation of the actuator unit. The membranes of the working spaces preferably have outer magnetic poles that are equally polarized on a side facing the actuator unit. In this way, with a certain rotational position of the actuator unit, the diaphragms of two preferably opposite working spaces are in a non-deflected or slightly deflected position between the dead centers, while the diaphragm of a third working chamber has an outer dead center position and the diaphragm of a fourth preferably opposite the third working chamber Working area reached an inner dead center position. This results in low or pulsation-free operation of the diaphragm pump.
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.In order to further improve the compact design of the diaphragm pump according to the invention, 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. As a result, the inlet and outlet flows from each working space are fluidically merged, whereby the structural design of the diaphragm pump is simplified and the fluid flows drawn in and discharged are made more uniform. The collecting spaces are designed in particular to bring the inlets or outlets of the respective working spaces together 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 the diaphragm pump according to the invention to be easily integrated into higher-level devices, for example in medical and / or (gas) analysis devices.
Gemäß einer weiteren, alternativen und nicht beanspruchten 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.According to a further, alternative and unclaimed embodiment of the invention, at least two working spaces are provided which are offset from one another by 160 ° to 200 °, preferably by 180 °, in the direction of rotation of the actuator unit, the membranes of the working spaces having unequal magnetic poles or magnetic pole groups on the actuator side and the The actuator unit on the membrane side has at least two unequal magnetic poles or magnetic pole groups arranged offset from one another in the direction of rotation of the actuator unit by 160 ° to 200 °, preferably by 180 °. In a certain rotational position of the actuator unit in which the If the magnetic poles of the diaphragms interact with the magnetic poles of the actuator unit, the diaphragms of the two opposing working spaces are either drawn towards the actuator unit at the same time or pushed away from the actuator unit at the same time.
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.In other words, in any rotational position of the actuator unit, a state is reached in which the diaphragm of one working chamber is in an inner dead center position and the diaphragm of an opposite, second working chamber is in an outer dead center position. Both opposite diaphragms are either in the inner dead center position or in the outer dead center position. It is thereby achieved that the magnetic forces and / or moments acting on the actuator unit during pumping operation cancel each other out, so that the mechanical load on the actuator unit decreases. This enables the use of inexpensive components. A combination of the embodiment of the invention described above with the embodiments of the invention described above is also possible and advantageous.
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.Preferably n-pairings of work spaces are provided, each pairing having two work spaces offset from one another or opposite one another by 160 ° to 200 °, preferably 180 °, in the direction of rotation of the actuator unit with diaphragms polarized opposite one another on the actuator unit side.
Gemäß einer weiteren alternativen und ebenfalls nicht beanspruchten 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.According to a further alternative and also not claimed embodiment of the present invention it is provided that the actuator unit is rotatably mounted and a stator unit is provided for generating a rotating magnetic field, the rotating magnetic field generated by the stator unit being designed to drive the actuator unit in a rotary manner. The stator unit is particularly preferably designed in the form of a plate and / or in particular implemented in addition to the embodiments described above.
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.As a result, the drive of the actuator unit via the stator unit allows a further reduction in the structural volume required by the diaphragm pump, since the stator unit can have a significantly smaller volume than conventional drive devices, for example electric motors.
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.In the sense of this embodiment of the invention, the actuator unit is driven in particular according to the principle of a brushless direct current motor. The actuator unit ultimately functions 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 controlled or commutated to one another by a suitable circuit in such a way that they generate a rotating magnetic field, as a result of which the actuator unit is pulled or driven in the direction of rotation.
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.In this embodiment of the invention in particular, a ring segment-shaped design of the actuator means can be preferred. In this way, in particular, optimal interaction with the stator unit and thus a high degree of efficiency of the diaphragm pump according to the invention are ensured.
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.The actuator means is preferably an integral part of the actuator unit, the geometry of the actuator unit being able to be supplemented on the periphery and / or on the front side by the actuator means, for example to form a disk shape. The actuator means can be inserted, in particular glued, into an end-face and / or circumferential complementary recess of the actuator unit so as to be flush with the surface. In this way, a compact design can be achieved, an optimal action or interaction between the actuator unit on the one hand and the stator unit on the other hand being made possible.
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.Particularly preferably, the actuator means forms a magnetic pole on an outer side of the actuator unit facing a working space for acting on a membrane and, on an opposite outer side facing the stator unit, a preferably oppositely polarized magnetic pole for interaction with the stator unit in the rotating magnetic field. Here, the actuator unit can preferably have magnetic poles with opposite polarity on two opposite end faces in the direction of the axis of rotation, whereby two functions are fulfilled: On the one hand, the actuator unit interacts with the rotating magnetic field via one end face, which realizes the rotary drive of the actuator unit. 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.
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.The distance between the actuator means and the magnetic means of the membrane can, in particular axially, be adjustable, which is particularly easy to achieve in those embodiments of the invention in which the actuator unit and working space or membrane are axially one behind the other in the direction of the axis of rotation of the actuator unit are arranged. Here it is possible to vary the width of the air gap between the actuator means and the magnetic material of the membrane by axially adjusting the position of the working space and / or the position of the actuator unit relative to one another, thus influencing the strength of the magnetic coupling between the membrane and the actuator means . This aspect of the invention has an inventive significance of its own.
Gemäß einer weiteren, alternativen und nicht beanspruchten 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.According to a further, alternative and not claimed embodiment of the present invention, it is provided that the working space, viewed spatially, is provided between the membrane and the actuator means. The working space is limited on one side by the membrane and on the other side by a housing part of the pump. In this embodiment of the invention, direct contact between the diaphragm and the actuator means is prevented in every dead center position of the diaphragm. If, on the other hand, the membrane is directly adjacent to the actuator means, in an outer dead center position of the membrane the membrane and the actuator means may touch, which is associated with undesirable and cyclically recurring noises. The arrangement according to the invention of the working space between the membrane and the actuator means overcomes this problem and ensures low-noise operation.
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.In terms of construction, a housing part of the pump is located between the membrane and the actuator means and delimits the working space towards the actuator means. The housing part can have a smaller wall thickness adjacent to the actuator means and / or consists of a material such that contactless deformation of the membrane is possible through the housing part by means of the magnetic field formed between the membrane and the actuator means. It is expedient if the magnetic field is only slightly influenced by the housing part, so that the membrane can be deformed by the contactless application of the magnetic field.
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.According to the method, it is proposed to solve the problems set out at the beginning that the membranes of at least two, preferably four, working spaces be deformed without contact by applying a magnetic field, the magnetic field being formed between the membranes and at least one magnetic and / or magnetizable actuator means of a rotatable actuator unit, and membranes arranged one after the other in the direction of rotation of the actuator unit being deformed without contact by magnetic interaction with the actuator means.
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.It goes without saying that the features of the different embodiments of the invention described above and described and shown below with reference to the drawing can be combined with one another if necessary, even if this is not expressly mentioned in detail. Individual features can be used in isolation from other features described or shown to further develop the invention. The selected paragraph formatting does not prevent a combination of characteristics from different paragraphs.
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 nicht beanspruchten 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 ausFig. 4 , - Fig. 6
- eine explosionsartige, perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Membranpumpe gemäß einer nicht beanspruchten dritten Ausführungsform,
- Fig. 7
- eine Querschnittsansicht der Membranpumpe aus
Fig. 6 , - Fig. 8
- eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Membranpumpe gemäß einer weiteren, nicht beanspruchten 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 .
- Fig. 1
- a perspective view of a diaphragm pump according to the invention according to a first embodiment,
- Fig. 2
- a cross-sectional view of the diaphragm pump
Fig. 1 along the section line II - II, - Fig. 3
- an exploded, perspective view of a diaphragm pump according to the invention according to a second embodiment not claimed,
- Fig. 4
- a further exploded, perspective view of the diaphragm pump according to the invention
Fig. 3 , - Fig. 5
- a cross-sectional view of the diaphragm pump
Fig. 3 along the section line V - VFig. 4 , - Fig. 6
- an exploded, perspective view of a diaphragm pump according to the invention according to a third embodiment not claimed,
- Fig. 7
- a cross-sectional view of the diaphragm pump
Fig. 6 , - Fig. 8
- a perspective view of a diaphragm pump according to the invention according to a further, not claimed embodiment,
- Fig. 9
- a first cross-sectional view of the diaphragm pump
Fig. 8 along the section line IX - IX, - Fig. 10
- a further, second cross-sectional view of the diaphragm pump
Fig. 8 along the section line X - X and - Fig. 11
- an exploded, perspective view of the diaphragm pump
Fig. 8 .
Die
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.A pumping process consists of a suction phase and a pressure phase, the medium being sucked into an expanding working
Zum Verformen der Membranen 2 weist die Membranpumpe 1 eine Aktoreinheit 4 auf, die drehbar gelagert bzw. angetrieben ist (vgl.
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.In the illustrated example, the
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.Between the actuator means 7 on the one hand and the
Die Aktoreinheit 4 ist bei der in
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.In the illustrated embodiment, the two outer magnetic poles of the actuator means 7 are arranged offset from one another by 180 ° in the direction of rotation of the
Wie insbesondere in
Membran 2 eines zweiten in
Bei Drehung der Aktoreinheit 4 werden gemäß
Nicht gezeigt ist, dass die beiden in
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.In the embodiment shown, a
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.The
Jeder Pumpenkopf 9 kann Ventile (vgl.
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.The
In jeder Kammerwand 12 sind wenigstens ein Einlass und wenigstens ein Auslass angeordnet (vgl.
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.The medium to be conveyed is sucked into the
In den
Aus den
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.The
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.
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.
Die Aktoreinheit 4 weist gemäß
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.The
Wie aus
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.The
Wie ebenfalls aus
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.The central axes M of the
Gemäß
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
Nachfolgend wird anhand der
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.In this embodiment, a
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.The
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.In addition, two actuator means 7 are provided in the illustrated embodiment, each designed as a circular ring segment-shaped permanent magnet with axial magnetization. The actuator means 7 are in the direction of rotation of the
Die Aktormittel 7 sind integraler Bestandteil der Aktoreinheit 4 und ergänzen diese umfangseitig und stirnseitig zu einer Scheibenform, wie besonders deutlich aus
Um einen pulsationsarmen Betrieb der Membranpumpe 1 zu ermöglichen, wird bei einer in
Anhand der
Wie aus
Das Aktorgehäuse 13, das innere Gehäuseteil 10 und das äußere Gehäuseteil 11 weisen eine näherungsweise komplementäre und übereinstimmende, insbesondere rechteckförmige oder quadratische, Außenkontur auf.The
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.In the embodiment shown, four separate pump heads 9 are provided, each of which is arranged and fastened on an outer side of the housing of the
Die Membranen 2 sind zwischen dem inneren Gehäuseteil 10 und dem äußeren Gehäuseteil 11 randseitig eingespannt (vgl.
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.The working
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.In all the embodiments shown and described, the
Bei der in den
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.It should be noted that the
Die Pumpenköpfe 9 sind seitlich an den Arbeitsräumen 3 angeschlossen (vgl.
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.In the pumping operation, the fluid to be delivered is sucked in via the
Weiter ist aus
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.It goes without saying that the embodiments described above are not limited to the configuration of the
Claims (7)
- Diaphragm pump (1) for conveying a gaseous and/or liquid medium, comprising at least one deformable diaphragm (2) for changing the size of a working space (3) of the diaphragm pump (1) and at least one actuator unit (4) for deforming the diaphragm (2) by contactless application of a magnetic field to the diaphragm (2), the diaphragm (2) comprising a material or consisting of a material which is magnetic and/or magnetisable, and accordingly the actuator unit (4) comprises at least one magnetisable and/or magnetic actuator means (7), characterized in that the actuator unit (4) is rotatably mounted and the diaphragm (2) is arranged circumferentially relative to the actuator unit (4), wherein in a dead-centre position of the diaphragm (2) the polarisation direction of the magnetic field formed between the material of the diaphragm (2) and the actuator means (7) is aligned radially relative to the axis of rotation of the actuator unit (4).
- Diaphragm pump (1) according to claim 1, characterized in that two, preferably four, working chambers (3) are provided, each working chamber (3) being assigned a separate pump head (9).
- Diaphragm pump (1) according to one of the preceding claims, characterised in that several diaphragms (2) arranged in succession in the direction of rotation of the actuator unit (4) can be deformed without contact by the actuator means (7).
- Diaphragm pump (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the actuator unit (4) has a plurality of oppositely polarised magnetic poles of the number n and/or a plurality of oppositely polarised magnetic pole groups of the number n acting on the diaphragm (2), each magnetic pole group consisting only of equally polarised magnetic poles and n being greater than or equal to two and the magnetic poles being formed by one or more actuator means (7).
- Diaphragm pump according to claim 4, characterized in that oppositely polarized magnetic poles and/or oppositely polarised magnetic pole groups of the actuator unit (4) are arranged successively in the direction of rotation of the actuator unit (4), wherein, further preferably, the magnetic poles or magnetic pole groups are arranged offset from one another by 360°/n in the direction of rotation of the actuator unit (4).
- Diaphragm pump (1) according to one of the preceding claims 4 or 5, characterized in that several working chambers (3) of the number m are provided, wherein a diaphragm (2) is associated with each working chamber (3), wherein m is preferably greater than or equal to n and wherein, further preferably, the working chambers (3) are arranged offset relative to one another by 360°/m in the direction of rotation of the actuator unit (4).
- Method for contactless actuation of the diaphragms (2) of the working chambers (3) of a diaphragm pump (1) according to one of the preceding claims, wherein the diaphragms (2) of at least two, preferably four, working chambers (3) are deformed without contact by the application of a magnetic field, wherein the magnetic field is formed between the diaphragms (2) and at least one magnetic and/or magnetisable actuator means (7) of a rotatable actuator unit (4) and wherein diaphragms (2) arranged successively in the direction of rotation of the actuator unit (4) are deformed without contact by magnetic interaction with the actuator means (7).
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