隔膜泵的製作方法

2023-09-18 07:59:40 2

專利名稱：隔膜泵的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電磁驅動的隔膜泵。更準確地說，本發明涉及一種如權利
要求p;m的電磁驅動的隔膜泵。
背景技術：
施加壓力或負壓的隔膜泵具有多種z，和尺寸，從大的:Dik隔月媒至,於 醫學目的的非常小的隔膜泵被用於許多不同的應用。小的隔^M改進期間的重 要問題是，將生產的成本效率方法與長壽命和高性會^k平相結合的隔膜泵非常 難於構造。
現有的最普通類型的隔膜泵由旋轉電動機驅動，該旋轉電動機藉助於偏心 使得隔膜執行擺動^t動。使用電動機驅動隔膜泵的優點在於，轉子的直徑 可被選擇用於產生適當的槓桿，以便達到所需力矩來執行,擺動運動。通過 調整槓桿的長度，可以選擇電動機輸出的傳動變化以與隔膜泵產生的壓力相一 致，以便例如利用最小的電動機輸出就能獲得高壓。這類隔月媒的另一個優點 在於，隔膜泵獲得很好限定的泵衝程端點。
使用旋轉電動機驅動隔膜泵的主要缺點在於，泵的使用a較大，，地依 賴於所使用電動機的類型。對隔膜泵的壽命和效率至關重要的是隔膜泵中的電 動機樞於軸承中的方式以及電動機是否是預啲等等。隔s媒的壽命較小地依 賴於隔膜或泵的其他部分。這導致了用於長壽命隔膜泵的電動機的成本成為隔 膜泵總成本的相當大一部分。當具有長絲的電動機是用機械方法和用電子方 法地預備以隨許多相應細節而製造時，則易於理解為何電動機是成本的相當大
一部分。該問^S在專利文件US6589028中進行了描述，其中存^f這些類型 泵的相似iM。
長期以來，所知曉的是，隔膜泵可藉助於一個或多個電磁鐵驅動。電磁鐵 產生往iEM動，從而導致隔膜泵產生泵i^動。使用電磁鐵代替旋轉電動機驅 動隔膜泵可能乍一看來似乎為最佳解決方案。電磁驅動的隔膜泵的優點在於， 更緊密地聯接於隔膜，與由旋轉電動機驅動的隔膜泵相比其提供了對在實際泵 殼內的齡衝程、頻斜魄度具有更好的控制的可能。
電磁泵仍不普遍，儘管其邏輯上應該製造便宜且比旋轉電動機驅動的泵更 易於控制。這是由若干問題導致的，這些問題共同導致了電磁鐵與旋轉電動機 相比並非明顯更好地驅動隔膜泵的事實。電磁驅動泵的重要問題在於，其難於 在沒有磁力驅動體喪失其直線運動的情況下加速。這經常還導致產生了另外的 摩擦點，這些點上安裝軸承是非常昂貴的。
另外的問題是，已存在的電磁驅動的隔膜泵由懸架和驅動隔膜的運動部件 的軸承座組成，該運動部件由磁鐵或磁性導體構成。為了使電磁驅動的隔膜泵 獲得長壽命和儘可能的高效，最好的是運動部分具有儘可能小的摩擦，，是 一點摩擦沒有。為了最大化隔麟的壽命，更重要的是抵消隔膜與運動部分(軸 或類似物)之間聯接中的旋轉。為了最大化隔膜的a，最重要的是抵消可減
少隔膜壽命的橫向負荷以及^ih隔膜伸展更多以衝擊扭轉位置。極重要的是， 當泵處於不工作位置時，隔膜具有很好限定的中性點，所以在多次操作生產期 間可獲得性能上的相等。
基於電磁鐵的泵的上述問題導致了十分複雜的包括多個使得生產昂貴的零 件的設計。這樣設計的例子，例如在專利文獻US5360323中進行了描述。該專 利的設計完全與本發明不同。
現有技術
在專利文獻US3572980中，所描述的泵設計是為了增加流體壓力。該設計 由活塞與缸以及泵室組成。藉助於片 置的活塞是藉助於螺線管運動。該片 簧包括用來彈回活塞的復位彈簧以及用於密封泵室的復位彈簧。在專利文獻中 所述的片簧大大的不同於本發明，因為其均一的且缺少腿。在小的隔膜泵中使 用均一彈簧的問題在於，由電磁鐵給出的動力非常小以致於彈辭附反必須非常 薄才能實現隔膜泵的功能。在小的隔膜泵中均一片簧的使用期間產生了另一問 題。該問題在於，當動力施加到該處時均一板在彈簧的中心實際上是彈性的。 因此，不可能控制彈簧的彈力，這導致主應力以及附件的磨損。該磨損可能導 致極大地縮短泵的壽命。此外，材料內部的全部應力將集中至陏限區域，該處 動力被施加但並非均勻分布地貫穿彈簧。該進一步促使縮短了彈簧和隔膜泵的 壽命。均一彈簧因此並不適用於較小的隔膜泵。該設計仍不同於本發明，因為 由本發明使用的彈簧具有更長的彈簧懸置長度。根據本發明的彈簧的彈繁i;置
長度由判5和彈'M周長組成。
即使己有的電磁驅動隔S媒多次達到了這些目的，但是其中並沒有一個將 由旋轉電動機驅動的隔BM和由電磁鐵驅動的隔M^兩者的優點結合而沒有任 何兩種類型伴有的缺點。因此，本發明的目的是提供一種包含各自類型隔膜泵 的優點而基本上並沒有其缺點的隔M^。

發明內容
本發明將在下文中結合所附的示意性的附圖進行細節描述，這些附圖以示 例性的目的而示出了本發明的當前實施方式。


圖1以截面圖示出了優化以放出負壓的電磁驅動的隔，M的第一實施方式。 圖2以截面圖示出了優化以放出正壓的電磁驅動的隔SM的第二實施方式。
圖3示出了具有四個腿的片簧。 圖4示出了具有三個腿的片簧。 圖5示出了具有兩個腿的片簧。 圖6示出了具有六個腿的片簧。
參照圖1，示出了優化以放出負壓的電磁驅動的隔膜泵的第一優選實施方 式。隔膜泵由在下文被稱為泵殼的殼體(封閉外殼)組成，該泵殼基本上由第 一山形板(gable) 1、凸緣2、第一中部3、第二中部4和第二山形板5。在泵 殼中，形成由隔膜14分隔的內部空間11，該隔膜14附接到泵殼的內壁，從而 在隔膜和第二凸緣之間形i^室15形式的空間。隔膜與泵殼的壁的附接可 ilM過將隔膜壓縮到凸緣2和中部3之間而實現。通過隔膜的壓縮，隔膜和泵 殼的壁之間的附接被密封，其在該例子中由凸緣和中部構成。隔膜可在其外部 設計有較厚部分，藉此隔膜在徑向方向被夾持在固定位置。藉助於隔膜的較厚 部分，隔膜和泵趙間的密封也得到了改善。泵室經由凸緣2內的鵬被分別 附接到山形板1和凸緣2中的入口和出口，泵吸的媒介(流體、氣體等)穿過 所述入口和出口可分別流入或流出該隔膜泵。為了控制流向，泵分別為入口和 出口配絲止回閥12 (恥閥、單向閥鵬於卩lih回流的其^^S)。在該實施 方式中，入口和出口各自的止回閥,地集成為單一元件。作為選擇，止回閥 也可與入口以及出口分離。止回閥可由先前適於此目的的已知材料構造。山形 板1中的入口以及出口 地為管形式，以便附接軟管或導管(並未在圖中示 出)可與接頭te附接。另外，其^ig合的形式也可用於該附接。
隔膜可由矽、 ^^合於該目的的另一種材料構成。
該隔膜附接(也可以是緊固或固定)到軸13上，軸13配置成使得隔， 隔膜泵軸向上運動，藉此分別增加或M^泵室的容量。隔膜禾嘞彼lt隨當地固 定，適於fflil軸與隔膜內的夾持段嚙合。作為選擇，軸與隔膜的附接也可通過 另一種先前己知用於該目的的用於附接的適當，來實現。
為了在軸向上調整該軸，軸懸置於至少一個具有至少兩個懸置點的懸架中。 該懸架存在用於調整軸在軸向上的運動，在該實施方式中，隔膜起到用於軸的 懸置的至少兩，架中的一個的作用。該軸的第二懸架由至少一個彈性元件9
組成。該彈性元件m^地由一片簧組成。軸穿過片簧並通過鎖塞10固定到片
簧上。該鎖塞可由鎖環或其他用於此目的的適當的附接裝置組成。適當地，彈 簧在主要徑向上朝著泵殼壁向外伸展然後固定到泵殼壁上。在該實施方式中， 片魏當附接至倒中部3和另一中部4之間。作為選擇，彈簧也可按照另一適 當的附接方法以及用於該目的的另一泵內的適當位置附接。
片簧配置有至少一個彈性腿。該片簧^i^配有四個齊性腿。僅僅使用一 個腿具有在彈簧角度相對於軸的中心沒有變化的情況下不可能獲得軸向運動的 缺點。具有兩個彈性腿的片簧在一個方向上是剛性的，而在另一方向上扭曲度 是非常差的。
該軸是由鐵磁性材料製成的；作為選擇，鐵磁性材料也可以安裝到該軸上 或以某種其他方法施加到該軸上。在術語方面，鐵磁性材料意思是磁性傳導材 料和/或永磁材料c
因而軸是磁性驅動元件，或者軸也可為磁性驅動元件的載體。在軸的一個 優選實施形式中，軸是磁性驅動元件。軸由磁性傳導材料製成，適當地以某種 通常用於電磁鐵中的軟磁性材料的形式。
軸受到源於至少一個電磁鐵7的磁場影響在隔膜泵的軸向上驅動(移動) 車由(移動部分)。電磁鐵可以其最簡形式由線圈組成而沒有環糹M屬或金屬芯。 電磁^M地由具有金屬芯6的線圈7組成。電磁鐵tm地為中空的。軸具有 為泵的，頻率範圍而調整的高滲透係數，其根據電磁鐵的要求而移動，以封 閉電磁鐵產生的電磁鐵。為了優化電磁鐵與軸內的磁性傳導材料之間的力，軸 適當i蝶絲^^部分8。電磁鐵的線圈或者多個線圈以通常的方式禾傭為此而 設置的適當電線(未在圖中示出)附接到電能源上。
當電磁鐵將具有盤形部分的軸朝著其自身拉動時，泵室內的容量將增加， 同時在片簧中積聚能量。當泵室內的容量增加時，泵室內產生負壓，由此使得
流體或氣體通過入口流入。出口配備有止回閥，當泵室內的容量增加時其卩M: 流體或氣體通過出口流入。當電磁鐵不再朝著其自身拉動軸時，片簧中所積聚 的能量將使得軸返回至琪初始位置(中性點)，由此減少泵室內的容量。當泵室 內的容量^>時，泵室內的壓力增加，使得流體或氣體通過出口流出。入口裝 M止回閥，當泵室內的容量M^時其卩M:流體或氣體通過入口流出。源於片 簧的彈力與源於隔膜的力共同作用，使得軸儘量回至腫寺定的中性點，在該處軸 將不受電磁鐵的力的影響。特定的中性點用於使得連續帝隨的泵具有極高的準 輸性，具有一致的性能，以及彈簧使得軸和隔膜朝著其各自泵衝程端點的運動 減速。由於彈簧的制動影響，隔膜上的磨損降到最低。
隔膜泵可通過某種之前已知的控制系皿行控制。作為選擇，適於該目的 而在未來開發的某種形式的控制系統也可用於控制泵。特定的中性點使得隔膜 泵非常適於由控制系鄉艦行控制。
圖2示出了根據本發明的隔^^的一種^^實施方式，所鄉翮M被優化 以產生正壓。該設計基本上與第一實施方式一致，但是具有的區別是山形板l、 凸緣2和中部3與山形板5對^S，並且軸13比第一實施方式中的更長。軸 在其一端附接到隔，肚。軸穿過中空的電磁鐵7和6延伸，並懸置於片簧9中。 在該實施方式中，電磁鐵布置在軸的盤形部分和隔膜之間。
當電磁鐵拉動軸的圓盤部分時，軸被推過電磁鐵中空部分並這樣影響所附 接的隔膜。通過軸的運動，隔劇每引起泵室內的容量減少，同時片簧中積聚能 量。當泵室內的容量M^時，泵室內產生正壓，使得流體或氣體通過出口流出。 入口裝備有止回閥，當泵室內的容量減少時其fflih流體或氣體通過入口流出。 當電磁鐵不再朝著其自身拉動軸時，片簧中所積聚的能量將使得軸返回到其初 始位置(中性點)，由此增加泵室內的容量。當泵室內的容量增加時，泵室內的 壓力減小，由此使得流體或氣體通過入口流入。入口配備有止回閥，當泵室內 的容量增加時其ffiih流體或氣體通過入口流入。源於片簧的彈力使得軸儘量回 至腫寺定的中性點，在該處軸將不受電磁鐵的力的劇向。
因為隔膜泵基本上由相同類型的元件組成，壓力優化與負壓優化兩者的設 計都暗示了,過簡單改裝就可以從負壓優化的泵改造為正壓優化的泵。泵可
通過山形板l、凸緣2和中部3與山形板5轉,置而進行改造。此外，軸需要 從較短軸變換為較長軸。用於轉換泵的決定性重要的是，電磁鐵是中空的。軸 通過電磁鐵中的中空腔而被吸引，使得軸附接到片簧和隔膜上。
參照圖3，示出了片簧的第一具體 實施方式。當其不受樹可力作用時， 彈簧基本上是平的。彈簧的平面提供了好的側向穩定性。鑑於疲勞和壽命，彈 簧適於由彈辭H板製成，但甚至可由諸如某種聚合體或合成物的其他適當的彈 性材料製成。彈簧在其中心具有一個孔，調整該孔的直徑使之可將軸放入。彈 簧具有內部和外部環形部分，所述內部和外部環形部分通過至少一個腿、 為四個腿相互附接，如圖3所示。*腿由部分22、 16和23組成並且端部與 內環和外環相附接。
所示的具有四個彈性腿的彈簧為將最小應力施力倒材料上的彈簧，並且與 此同時具有將腿成對鏡像的能力，從而確保在軸向衝程(運動)期間不發生軸 的旋轉。另外，四個腿提供了足夠數量的附接到內環的附接點，以便在所有方 向上實現相似的扭轉穩定性。
圖3和圖5中的彈簧與圖4和6中的彈簧相比已經得到進一步改善。圖4 和6中的腿被分成大約相等長度的兩^P分17。這種分法導致在內環和外環的 附接點的巨大應力。例如這發生在附接點18處，在該處酉虔有外環的附接。圖 3中的腿被設計成使得腿被分成不同長度的三^P分。腿的部分16比其他的兩 個部分22和23更長，並且位於中部22和23中。這樣的目的是，部分16在位 置24和25可產生最大的扭矩。這些的結果在於，腿的較短部分(22和23)不 得不隨著最長腿(16)的力矩而產生的相同扭轉而旋轉，並且較長腿由此可達 到較陡的傾斜(角度)以及在端部給定較長衝程。此外，這種腿的分法在外環 和內環的附接點、例如在配置用於夕兩的附接的附接點21處沒有產腿力。借 助於在位置19和20內的倒角，位置24和25處的應力可進一步分散在材料中 的較大區域上。
參照圖4，示出了基本上變平的具有三個彈倒退的彈簧的 實施方式。三 個腿，可樹共與具有四個腿的彈簧一樣的旋辯急定性，但是不能提供成對鏡像 腿的可能性。作為選擇，彈簧也可由諸如塑料或合成物的其他種類彈性材料制 成。
圖6示出了本發明具有六個彈tW的第二變形實施方式。具有六個腿的彈
簧提供了將腿成對鏡像的可能性，以便確保在其軸向運動期間沒有發生軸的旋 轉。然而與具有四個腿的片簧的情況相比，具有六個腿的片簧掛共了更短的腿
長度，導致了材料在^h衝程長度的更多應力。 優點
根據本發明的電磁驅動的隔，M，提供了一種與由電動機驅動的隔膜泵相 比更加便宜和更易於製造的隔麟。
因為片簧由薄板製成，能夠獲得具有準確限定的中性點(彈簧的初始，) 的彈簧。彈簧的這種設計確定了所製作的全部彈簧承受同一中性點，其反過來 確保一致的性能和品質。
此外，根據本發明的隔麟由與具有相似性能和壽命的泵相比較少的元件 組成。
由於軸懸置在至少兩^i;架中，其中至少一個懸架由至少一個片簧組成， 所以，導致沒有表面需要用傳統的渭動軸承或相似軸^dt行安裝。M該設計， 可能以低成本在沒有傳統安裝的軸承的情況下製造具有^^的泵。
軸懸置在在具有相互鏡像的至少四個腿的至少一個片簧中的優點在於，彈 簧由於其寬度而在徑向上為軸提供很好的側向穩定性，與此同時提供了軸向上 容易的運動。此外，片簧的成對鏡像腿，使得其在軸向運動期間沒有傳送軸的 任何旋轉。
隔月艱的設計由具有極好的準確配置的片簧組成，與已存在的具有相似性 能的隔膜泵相比導致了較短衝程長度的使用。彈簧的極好的準確配置，使得生 產具有短衝程長度的泵成為可能，使得軸能夠更接近於電磁鐵工作從而產生高 壓動力。此外，短的衝程長度導致隔膜上的較少磨損，i^lf共了較長的絲。
由於在轉換位置的泵中的隔膜的減速期間源於所4頓彈簧的力，具有極好 的準確酉遣的片簧使得隔膜具有長的*。此外，由於彈簧能吸收張力和側力， 力吸收片簧為較薄隔膜的構造提供了長的壽命。
與使用7k久磁鐵相比，使用磁阻的優點在於，可以用較少零件進行簡單設計。
變形實施方式
即使某^i^實施方式己經進行了詳細描述，本發明範圍內的變形和變體 對於本領域技術人員來說是顯而易見的，並且全部這些變形和變體都落入本發
明的範圍內。因而，其中軸的重量或發生在膈膜內的側力超過隔膜的強度的隔 月媒可裝備附加的片簧用於軸的懸置。
同樣地，兩個電磁鐵可布置於盤的W!iJ，以及在泵僅僅需要用於真空或正 壓的^^時被fOT。
軸甚至可以為永磁性材料的載體，或者由永磁性材料製成。單個外部線圈 的布置則將允許磁鐵在兩個方向上驅動。此外，藉助於軟磁性材料，磁場可集 中在環繞線圈的周圍，只要其並不位於軸向運動的彩瑞之一處，因為磁鐵可吸 弓倒停止。通過該設計，可以不費力地實現較長的衝程長度。該設計更便宜， 因為其j柳永久磁鐵和多個合成割牛。
彈簧的平的形式以及其由至少兩個腿組成，對於本設計來說是極為重要的， 但是其當然可具有除環形外的其他形式。彈簧還可分成若干彈簧，每個由至少
一個腿組成以沿著軸的長度附接到相同的位置，以便完成具有三個腿的彈簧的 相同特徵。
權利要求
1、一種用於泵送例如流體或氣體的電磁驅動的隔膜泵，由泵殼組成，在該泵殼的內部形成到至少一個入口和至少一個出口的至少一個泵室(15)並限定在泵殼的山形板和至少一個附接到泵殼的壁且完全密封的隔膜(14)之間，所述隔膜(14)在泵殼的軸向上附接到運轉軸(13)上，所述運轉軸(13)在軸的縱向上懸置在至少兩個分離的懸架中，其中至少一個懸架由附接到軸上的片簧(9)組成，所述片簧(9)在徑向上朝著泵殼的壁(4)向外延伸並與其附接，其中軸部分地或全部地由源於電磁鐵(7)的磁場驅動的磁性材料組成，或者部分地或全部地包括或承載源於電磁鐵(7)的磁場驅動的磁性材料，用於在其縱向上擺動和在擺動中來移動隔膜，其特徵在於，片簧(9)由內部部分和至少一個外部部分組成，其中外部部分附接到泵殼上且內部部分附接到軸(13)上，所述內部部分和外部部分通過兩個彈性腿相互固定，所述彈性腿在彈簧附接到軸(13)上的點的相反側進行布置，或者，片簧(9)由一個內部部分和至少一個外部部分組成，其中外部部分附接到泵殼上而內部部分附接到軸(13)上，所述外部部分和內部部分通過至少三個彈性腿相互固定，所述彈性腿在彈簧附接到軸(13)的點的周圍布置。
2、 如權利要求1所述的電磁驅動的隔)3媒，其特徵在於，軸的懸架中的一 個由隔膜組成，至少一個其他的第二懸架由片簧組成。
3、 如權利要求1戶，的電磁驅動的隔)1^，其特徵在於，軸的懸架中的一 個由片簧組成， 一第二懸架由片簧組成。
4、 如權禾腰求1—3中的一個或多個戶艦的電磁驅動的隔S媒，其特徵在於，片簧具有偶數個腿，其中一半的腿與另一半的腿相鏡像。
5、 如權利要求1一4中的一個或多個戶，的電磁驅動的隔M^，其特徵在於，該片簧具有四個腿。
6、 如權利要求l-5中的一個或多個戶腿的電磁驅動的隔)3驟，其特徵在 於，腿由較長部分(16)組成，所述較長部分(16)每側連 #^短部分(22) 和(23)。
7、 如權利要求1一6中的一個或多個戶，的電磁驅動的隔膜泵，其特徵在 於，該片簧由彈辭岡帝喊。
8、 如權利要求1一7中的一個或多個戶，的電磁驅動的隔,，其特徵在 於，該片簧由彈性塑料帝喊。
9、 如權利要求1一7中的一個或多個阮述的電磁驅動的隔M^，其特徵在 於，該片簧由彈性合成物製成。
10、 如權利要求1—7中的一個或多個戶艦的電磁驅動的隔麟，其特徵在 於，入口和出口裝M止回閥。
11、 如權利要求1一8中的一個或多個戶，的電磁驅動的隔皿，其^寺徵在 於，電磁鐵是中空的。
全文摘要
本發明涉及一種電磁驅動的隔膜泵，其由泵殼組成，在該泵殼的內部，對於至少一個入口和至少一個出口，至少一個泵室(15)被形成和限定在泵殼的山形板和至少一個附接到泵殼的壁且完全密封的隔膜(14)之間，所述隔膜(14)在泵殼的軸向上附接到運轉軸(13)，其在軸的縱向上在至少兩個分離的懸架中懸置。至少一個懸架由在向外朝著泵殼的壁(4)的徑向上附接到軸的片簧(9)組成。軸由源於電磁鐵(7)的磁場將要驅動的磁性材料組成，用於在其縱向上擺動和按照擺動來移動隔膜。片簧(9)由內部部分和至少一個外部部分組成，其中外部部分附接到泵殼且內部部分附接到軸(13)。這些部分通過兩個彈性腿相互附接，所述兩個彈性腿布置在彈簧與軸(13)的附著點的每側。
文檔編號F04B43/04GK101356371SQ200680042366
公開日2009年1月28日 申請日期2006年11月12日 優先權日2005年11月14日
發明者約翰·斯坦伯格 申請人:約翰·斯坦伯格