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Die
Erfindung betrifft eine Membran-Förder-Pumpe für ein Förder-Fluid
sowie eine Förder-Membran
für eine
Membran-Förder-Pumpe.
Insbesondere betrifft die Erfindung eine Mikro-Membran-Förder-Pumpe
zur Verwendung in portablen Brennstoffzellen, Elektronik-Kühl-Einrichtungen, Gas-Detektier-Einrichtungen,
Anästhesie-Steuer-Einrichtungen
und dergleichen sowie eine entsprechende Förder-Membran für eine derartige
Mikro-Membran-Förder-Pumpe.
Unter Förder-Fluid
wird ein zu förderndes
Medium, wie eine Flüssigkeit,
ein Gas oder ein Flüssigkeits-Gas-Gemisch,
verstanden.
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Aus
dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von Membran-Förder-Pumpen
mit Förder-Membranen
bekannt. Wenn diese Membran-Förder-Pumpen eine
kleine Bauform aufweisen, ist in der Regel deren Förder-Kapazität unbefriedigend.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Membran-Förder-Pumpe bereitzustellen,
die eine hohe Förder-Kapazität besitzt
und gleichzeitig eine kleine Bauform aufweist. Ferner soll eine
Förder-Membran
geschaffen werden, die die Bereitstellung einer derartigen Membran-Förder-Pumpe mit hoher Förder-Kapazität und gleichzeitig
kleiner Bauform ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
im Anspruch 1 und 10 angegebenen Merkmale gelöst. Der Kern der Erfindung
liegt darin, dass die Förder-Membran
mindestens einen freien Falz aufweist, der sich über mindestens einen Umfangs-Bereich
erstreckt. Durch den mindestens einen freien Falz wird das Volumen
der mindestens einen Pump-Kammer im Betrieb verändert. Unter einem Falz wird
im Wesentlichen eine Falte verstanden, die beispielsweise auch eine
Rollfalte sein kann.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Nachfolgend
werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren mehrere bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung erläutert.
Dabei zeigen:
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1 eine
Explosionsansicht einer Membran-Förder-Pumpe gemäß einer
ersten Ausführungsform;
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2 einen
Längsschnitt
durch eine zusammengesetzte Membran-Förder-Pumpe
gemäß der ersten
Ausführungsform,
wobei sich die Förder-Membran
in ihrer unteren Extrem-Position befindet;
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3 einen
weiteren Längsschnitt
der Membran-Förder-Pumpe
gemäß der ersten
Ausführungsform
entsprechend 2, wobei sich die Förder-Membran
in ihrer Mittel-Position befindet;
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4 einen
weiteren Längsschnitt
der Membran-Förder-Pumpe
gemäß der ersten
Ausführungsform
entsprechend 2, wobei sich die Förder-Membran
in ihrer oberen Extrem-Position befindet;
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5 einen
weiteren Längsschnitt
der Membran-Förder-Pumpe
gemäß der ersten
Ausführungsform
entsprechend 2, wobei sich die Förder-Membran
in ihrer Mittel-Position befindet;
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6 einen
Längsschnitt
durch die einzeln dargestellte erfindungsgemäße Förder-Membran der Membran-Förder-Pumpe
gemäß der ersten
Ausführungsform,
wobei die veranschaulichte Gestalt der Förder-Membran der Gestalt der
in 2 gezeigten Förder-Membran entspricht;
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7 einen
Längsschnitt
durch die einzeln dargestellte Förder-Membran
der Membran-Förder-Pumpe
gemäß der ersten
Ausführungsform,
wobei die veranschaulichte Gestalt der Förder-Membran der Gestalt der
in 3 und 5 gezeigten Förder-Membran
entspricht;
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8 einen
Längsschnitt
durch die einzeln dargestellte Förder-Membran
der Membran-Förder-Pumpe
gemäß der ersten
Ausführungsform,
wobei die veranschaulichte Gestalt der Förder-Membran der Gestalt der
in 4 gezeigten Förder-Membran
entspricht;
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9 eine
Explosionsansicht einer Membran-Förder-Pumpe gemäß einer
zweiten Ausführungsform;
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10 einen
Längsschnitt
durch eine zusammengesetzte Membran-Förder-Pumpe gemäß der zweiten
Ausführungsform,
wobei sich die Förder-Membranen
in einer oberen Extrem-Position befinden;
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11 einen
Längsschnitt
durch eine Membran-Förder-Pumpe
gemäß der zweiten
Ausführungsform
entsprechend 10, wobei sich die Förder-Membranen
in einer Übergangs-Position
zwischen oberer und unterer Extrem-Position befinden;
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12 eine
perspektivische Zusammenbau-Ansicht der Membran-Förder-Pumpe
gemäß der zweiten
Ausführungsform;
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13 einen
Längsschnitt
durch eine Membran-Förder-Pumpe
gemäß einer
dritten Ausführungsform;
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14 eine
perspektivische Ansicht einer einzeln dargestellten Förder-Membran gemäß der zweiten
und dritten Ausführungsform;
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15 einen
Längsschnitt
durch die in 14 dargestellten Förder-Membran, deren gezeigte
Gestalt im Wesentlichen der in 10 gezeigten
Gestalt der Förder-Membranen
entspricht;
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16 einen
Längsschnitt
durch die in 14 dargestellte Förder-Membran,
deren gezeigte Gestalt im Wesentlichen der in 13 gezeigten Gestalt
der Förder-Membranen
entspricht; und
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17 einen
Längsschnitt
durch die in 14 dargestellte Förder-Membran,
deren gezeigte Gestalt im Betrieb in einer unteren Extrem-Position vorliegt.
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Nachfolgend
wird nun unter Bezugnahme auf die 1 bis 5 eine
erste Ausführungsform einer
erfindungsgemäßen Membran-Förder-Pumpe 1 beschrieben.
Dabei wird zunächst
auf die in 2 dargestellte Position einer
Förder-Membran 3 eingegangen.
Die Membran-Förder-Pumpe 1 weist
eine im Volumen veränderbare
Pump-Kammer 2 auf, die durch die flexible, betätigbare,
dünnwandige
Förder-Membran 3 und
eine starre Ventil-Platte 4 begrenzt ist. Durch eine externe
Betätigung
der Förder-Membran 3,
die hier aus einem fluiddichten Elastomer-Material besteht, wird
durch Veränderung
des Volumens der Pump-Kammer 2 ein Förder-Fluid gefördert. Die Membran-Förder-Pumpe 1 besitzt
eine Längs-Mittel-Achse 5 und
ist im Wesentlichen als Rotations-Körper ausgestaltet.
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Die
Ventil-Platte 4 ist kreisförmig ausgebildet und ist von
einer runden, zentralen, axialen Befestigungs-Öffnung 6 durchsetzt.
Eine Einlass-Öffnung 7 und
eine Auslass-Öffnung 8 durchdringen
des Weiteren die Ventil-Platte 4 axial,
wobei die beiden letztgenannten Öffnungen 7, 8 außermittig
in der Ventil-Platte 4 angeordnet sind. Die Ventil-Platte 4 weist
eine untere, plane Anlage-Fläche 9 auf.
Gegenüberliegend
zu der Anlage-Fläche 9 befindet
sich eine Schräg-Fläche 10.
Die Dicke der Ventil-Platte 4 steigt im Wesentlichen von
ihrem umlaufenden Außen-Rand-Bereich 11 bis
zu der zentralen Befestigungs-Öffnung 6 gleichmäßig an;
die Dicke der Ventil-Platte 4 ist
also wegen der Schräg-Fläche 10 randseitig
geringer als in ihrem Zentrum. Die Anlage-Fläche 9 ist gegenüber der
Schräg-Fläche 10 verkürzt, sodass
im Außen-Rand-Bereich 11 eine
ringförmige Aufnahme 12 mit
einem einer nach außen
gewandten umlaufenden Anlage-Fläche
gebildet ist.
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Der
verwendete Ausdruck „untere" bezieht sich auf
die in der entsprechenden Figur dargestellte Orientierung der Membran-Förder-Pumpe 1.
Analoges gilt für
andere entsprechende nachfolgend verwendete Begriffe.
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Die
Förder-Membran 3,
die einstückig
ausgebildet ist und eine runde Außenform besitzt, steht mit
der Ventil-Platte 4 randseitig in fluiddichter Verbindung.
Die Förder-Membran 3 kann
auch unrund ausgebildet sein. Sie weist eine über der Schräg-Fläche 10 liegende
Begrenzungs-Decke 13 auf, an welche sich eine äußere Seiten-Wand 14 verschwenkbar
anschließt.
An dem freien Ende der Seiten-Wand 14 ist ein im Querschnitt
kreisförmi ger
Dichtungs-Wulst 15 angeformt. Der Dichtungs-Wulst 15 liegt
in der Aufnahme 12 an der Anlage-Fläche und an einem durch die
Schräg-Fläche 10 gebildeten
Ring-Vorsprung an.
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Die
Seiten-Wand 14 ist durch einen umlaufenden, eine Zusammenfaltung
bzw. Auffaltung ermöglichenden
frei beweglichen Falz 16 im Wesentlichen in ihrer Höhe halbiert,
sodass ein unterer Seiten-Wand-Abschnitt 17 und ein oberer
Seiten-Wand-Abschnitt 18 vorliegen. Der untere Seiten-Wand-Abschnitt 17 erstreckt
sich von dem Dichtungs-Wulst 15 bis zu dem Falz 16,
während
der obere Seiten-Wand-Abschnitt 18 von dem Falz 16 bis
zu der Begrenzungs-Decke 13 verläuft. Die projizierte Höhe des unteren
Seiten-Wand-Abschnitts 17 entspricht im Wesentlichen der
projizierten Höhe
des oberen Seiten-Wand-Abschnitts 18. Die Fläche der Begrenzungs-Decke 13 entspricht
in etwa der projizierten Fläche
der Schräg-Fläche 10.
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In
der in 2 dargestellten Position der Förder-Membran 3 liegt
die Begrenzungs-Decke 13 flächig an der Schräg-Fläche 10 an,
sodass das Volumen der Pump-Kammer 2 nahezu Null ist. Der
obere Seiten-Wand-Abschnitt 18 bildet dabei eine Verlängerung
der Begrenzungs-Decke 13. Der untere Seiten-Wand-Abschnitt 17 läuft von
der Aufnahme 12 radial nach außen oben, wobei zwischen dem
unteren Seiten-Wand-Abschnitt 17 und dem oberen Seiten-Wand-Abschnitt 18 ein
spitzer Winkel α eingeschlossen
ist. Der Falz 16, der eine exakte Falt-Linie für die Seiten-Wand 14 vorgibt,
steht gegenüber
dem Außen-Rand-Bereich 11 der
Ventil-Platte 4 radial vor.
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An
der Anlage-Fläche 9 der
Ventil-Platte 4 liegt eine runde, einstückige Stutzen-Platte 19 flächig an,
an welcher ein axial vorspringender, hohler, entlang einer Einström-Richtung
I verlaufender Einlass-Stutzen 20 und ein axial vorspringender,
hohler, entlang einer Ausström-Richtung
O verlaufender Auslass-Stutzen 21 angeformt sind. Der Einlass-Stutzen 20,
an dem eine das Förder-Fluid
einführende
Förder-Leitung
anzuschließen
ist, und der Auslass-Stutzen 21, an dem eine das Förder-Fluid wegführende Förder-Leitung anzuschließen ist,
laufen von der Ventil-Platte 4 weg und befinden sich im Bereich
der Einlass-Öffnung 7 bzw.
der Auslass-Öffnung 8.
An der der Ventil-Platte 4 zugewandten Seite der Stutzen-Platte 19 sind
ein axialer Fixierungs-Platten-Paar 22 und ein axialer
Fixierungs-Vorsprung 23 vorgesehen. Das Fixierungs-Platten-Paar 22 ist durch
zwei voneinander beabstandet angeordnete, zueinander parallele Fixier-Platten
gebildet und ragt in die Einlass-Öffnung 7. Die Fixier-Platten
befinden sich gegenüber
dem Einlassstutzen 20 und liegen mit ihren einander abgewandten
Außenflächen an
der Ventil-Platte 4 an. Zwischen der Ventil-Platte 4 und der
radial äußeren Fixier-Platte – in 2 bis 5, die
linke Fixier-Platte – ist
ein flexibles Ventil-Plättchen 24 einseitig
festgelegt. Das freie, also nicht festgelegte Ende des Ventil-Plättchens 24 ist
zwischen zwei Extrem-Positionen verschwenkbar. In einer Schließ-Position
liegt die Unterseite des horizontalen Ventil-Plättchens 24 an dem
freien Ende der Fixier-Platten an, wodurch die Einlass-Öffnung 7 entgegen
einer Einström-Richtung
fluiddicht geschlossen wird. In einer Öffnungs-Position ist das freie Ende
der Ventil-Plättchen 24 von
der entsprechenden Fixier-Platte abgehoben, wodurch die Einlass-Öffnung 7 für das Förder-Fluid
zum Durchtritt freigegeben wird. Die Öffnungs-Position ist in 3 dargestellt,
während
die Schließ-Position in 2, 4 und 5 gezeigt
ist.
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Der
Fixierungs-Vorsprung 23 greift dagegen in die Auslass-Öffnung 8 ein
und ist gegenüber
dem Auslassstutzen 21 angeordnet. Zwischen dem Fixierungs-Vorsprung 23 und
der Ventil-Platte 4 ist ein flexibles Ventil-Plätt chen 25 einseitig
eingespannt, dessen freies Ende wieder zwischen zwei Extrem-Positionen
verschwenkbar ist. In seiner horizontalen Schließ-Position sperrt es die Auslass-Öffnung 8 entgegen
einer Auslass-Richtung fluiddicht ab, während es in seiner Öffnungs-Position
diese für
das Förder-Fluid zum Durchtritt
freigibt. Die Schließ-Position ist
in den 2 bis 4 gezeigt, während die Öffnungs-Position in 5 dargestellt
ist.
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Das
Ventil-Plättchen 25 ist
von seiner Schließ-Position
in Richtung auf die Anlage-Fläche 9 nach
unten verschwenkbar, während
das Ventil-Plättchen 24 von
seiner Schließ-Position
von der Anlage-Fläche 9 weg
nach oben schwenkbar ist. Die Verschwenkung der Ventil-Plättchen 24, 25 wird
durch entsprechende Schräg-Flächen der
Ventil-Platte 4 begrenzt. Die Ventil-Plättchen 24, 25 sind
druckgesteuert.
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In
der Ventil-Platte 4 sind eine Ring-Nut 26 und
eine Ring-Nut 27 vorgesehen, die jeweils einen Dichtungs-Ring 28 bzw. 29 aufnehmen.
Die Ring-Nut 26 läuft um die
Einlass-Öffnung 7,
wobei der aufgenommene Dichtungs-Ring 28 dichtend an der
Stutzen-Platte 19 innenseitig anliegt. Die Ring-Nut 27 umgibt
dagegen die Auslass-Öffnung 8,
wobei auch der dort untergebrachte Dichtungs-Ring 29 dichtend an
der Stutzen-Platte 19 innenseitig anliegt. Die Ventil-Platte 4 und
die Stutzen-Platte 19 stehen über die Dichtungs-Ringe 28 und 29 in
fluiddichter Verbindung.
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Die
runde Stutzen-Platte 19 steht gegenüber der Ventil-Platte 4 radial
vor. In ihren äußeren Rand-Bereich 30 weist
die Stutzen-Platte 19 einen Ring-Steg 31 auf, der axial in Richtung
auf die Schräg-Fläche 10 vorspringt.
Durch den Rand-Bereich 30, den Ring-Steg 31, die
Anlage-Fläche
der Ventil-Platte 4 und den durch die Schräg-Fläche 10 gebildeten
Ring-Vorsprung wird
der Dichtungs-Wulst 15 der Förder-Membran 3 örtlich festgelegt.
Die letztgenannten Elemente bilden zusammen die Aufnahme 12,
in der der Dichtungs-Wulst 15 durch Einquetschen fixiert
ist. Der untere Seiten-Wand-Abschnitt 17 läuft dabei
aus der Aufnahme 12 nach außen oben hinaus.
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Die
Stutzen-Platte 19 und die Ventil-Platte 4 sind
durch eine zentrale, axial orientierte Verbindungs-Schraube 32 fest
miteinander verbunden, auf die später noch weiter eingegangen
wird. Die Stutzen-Platte 19 liegt an dem Kopf der Verbindungs-Schraube 32 an.
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An
der der Ventil-Platte 4 abgewandten Seite der Begrenzungs-Decke 13 der
Förder-Membran 3 ist
flächig
eine separate, runde Gewebe-Lage 33 befestigt, die gegenüber der
Begrenzungs-Decke 13 radial vorsteht. Gemäß einer
anderen Ausführungsform
sind die Förder-Membran 3 und
die Gewebe-Lage 33 einteilig ausgebildet.
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Der
freie Außen-Rand-Bereich
der flexiblen Gewebe-Lage 33 ist zwischen einem starren
Membran-Ring 34 und einer runden, starren Anker-Scheibe 35 eingeklemmt.
Der Membran-Ring 34 ist dabei mittels vier Befestigungs-Schrauben 36 mit
der Anker-Scheibe 35 verschraubt und befindet sich gemäß den Figuren
unter der Anker-Scheibe 35. Die Anker-Scheibe 35 ist
mittels einer zentralen, runden Öffnung
auf einer die Verbindungs-Schraube 32 umgebenden
Gleit-Lager-Buchse 37 axial beweglich gelagert.
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Die
Anker-Scheibe 35 weist eine zentrale, runde Aussparung 38 auf,
die nach unten offen ist und seitlich durch einen die Befestigungs-Schrauben 36 aufnehmenden
Ring-Steg 39 begrenzt ist. Des Weiteren besitzt sie eine
Ring-Ausnehmung 40, in die ein Anker-Einsatz 41 aus
einen magnetisierbaren Material, wie Weicheisen, fest eingesetzt
ist. Die Ring-Ausnehmung 40 befindet sich auf der der Aussparung 38 abgewandten
Seite der Anker-Scheibe 35 und
ist nach oben offen.
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Die
Förder-Membran 3 und
die Gewebe-Lage 33 sind zusammen zwischen einem inneren Rand-Bereich
der Schräg-Fläche 10 der
Ventil-Platte 4 und dem unteren freien Ende der Lager-Buchse 37 innenseitig
eingeklemmt.
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An
der Seite der Anker-Scheibe 35, in welcher sich auch die
Ring-Ausnehmung 40 befindet, greift eine Schrauben-Druck-Feder 42 an,
die über die
axiale Lager-Buchse 37 geschoben ist und sich gegenüber einer
runden, ortsfesten Stator-Scheibe 43 abstützt. In
der Stator-Scheibe 43 ist eine Ring-Ausnehmung 44 vorgesehen,
die nach unten offen ist und eine fixierte elektrische Ring-Spule 45 trägt. Die
Ring-Spule 45, die mit einer steuerbaren Stromquelle (nicht
dargestellt) in stromleitender Verbindung steht, liegt dem Anker-Einsatz 41 gegenüber und
wirkt im Betrieb der Membran-Förder-Pumpe 1 mit
diesem zusammen.
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Die
Verbindungs-Schraube 32 ist mit ihrem End-Bereich in ein
Gewinde einer in der Stator-Scheibe 43 gebildeten axialen,
zentralen Bohrung 46 eingedreht, wodurch die Stator-Scheibe 43 gegenüber der
Ventil-Platte 4 unbeweglich festgelegt ist. Die Verbindungs-Schraube 32 durchdringt
zentral die Stutzen-Platte 19, die an diese angrenzende
Ventil-Platte 4, die Förder-Membran 3,
die Gewebe-Lage 33, die Lager-Buchse 37 und die
diese umgebende Anker-Scheibe 35 mit Membran-Ring 34.
Die Verbindungs-Schraube 32 endet
dann in der Stator-Scheibe 43. Durch die Verbindungs-Schraube 32 sind
die Stutzen-Platte 19, die Ventil-Platte 4, die
Lager-Buchse 37 und
die Stator-Scheibe 43 zueinander unbeweglich fixiert.
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Nachfolgend
wird nun die Funktion der beschriebenen Membran-Förder-Pumpe 1 ausgehend von 2 erläutert. Gemäß 2 sind
sowohl die Einlass-Öffnung 7 als
auch die Auslass-Öffnung 8 durch
das entsprechende Ventil-Plättchen 24 bzw. 25 fluiddicht
geschlossen. Die Ventil-Plättchen 24, 25 befinden
sich in ihrer Ruhe-Position. Die Begrenzungs-Decke 13 liegt
flächig
an der Schräg-Fläche 10 der
Ventil-Platte 4 an, sodass die Pump-Kammer 2 ein
minimales, gegen Null gehendes Volumen aufweist. Die Seiten-Wand 14 ist
zusammengefaltet. Zwischen dem unteren Seiten-Wand-Abschnitt 17 und dem oberen
Seiten-Wand-Abschnitt 18 liegt im Bereich des Falzes 16 ein
Winkel α vor,
der spitz ist. Der Falz 16 steht radial gegenüber der
Ventil-Platte 4 vor. Die Ring-Spule 45 ist hier
stromlos. Durch die Schrauben-Druck-Feder 42 ist die Anker-Scheibe 35 in
eine Position geschoben worden, die dem maximal möglichen
Abstand zwischen der Stator-Scheibe 43 und der Anker-Scheibe 35 entspricht.
Die Ventil-Platte 4 befindet
sich im Wesentlichen in der Aussparung 38 der Anker-Scheibe 35.
Durch diese Position der eingespannten Gewebe-Lage 33 wird
die Begrenzungs-Decke 13 gegen die Schräg-Fläche 10 der Ventil-Platte 4 gedrückt.
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In
die Ring-Spule 45 wird nun ein elektrischer Strom eingespeist.
Durch das dadurch erzeugte magnetische Feld der Ring-Spule 45 wird
die axial beweglich gelagerte Anker-Scheibe 35 über den
magnetisierten Anker-Einsatz 41 gegen
die Kraft der Schrauben-Druck-Feder 42 an die Stator-Scheibe 43 angezogen.
Dabei wird die Begrenzungs-Decke 13 von der Ventil-Platte 4 unter
Vergrößerung des
Volumens der Pump-Kammer 2 durch die Gewebe-Lage 33 abgehoben,
die zwischen dem Membran-Ring 34 und der Anker-Scheibe 35 eingeklemmt
ist. Wie aus 3 hervorgeht, liegt in einer
Mittel-Position die gesamte Begrenzungs-Decke 13 nun in einer
Ebene. Durch das Abheben der Begrenzungs-Decke 13 wird die
Seiten-Wand 14 im Bereich des Falzes 16 aufgefaltet.
Dies hat zufolge, dass der Winkel α stumpfer wird und der Falz 16 sich
in Richtung auf die Längs-Mittel-Achse 5 bewegt.
Ein Förder-Fluid
wird durch das Abheben der Begrenzungs-Decke 13 in Einström-Richtung
I über
den Einlass-Stutzen 20 und die
Einlass-Öffnung 7 in
die Pump-Kammer 2 eingesaugt. Das einströmende Förder-Fluid
hat dabei das selbsttätige
Ventil-Plättchen 24 aus
seiner Ruhe-Position in die Öffnungs-Position
verschwenkt, was in 3 links dargestellt ist. Die
Auslass-Öffnung 8 ist durch
das Ventil-Plättchen 25 in 3 noch
geschlossen. Ein Öffnen
des Auslass-Öffnung 8 durch das
Ventil-Plättchen 25 ist
beim Einsaug-Vorgang nicht möglich.
Die Ventil-Platte 4 ist aus der Aussparung 38 der
Anker-Scheibe 35 ausgetreten.
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Gemäß 4 ist
die Anker-Scheibe 35 vollständig an die Stator-Scheibe 43 gegen
die Kraft der Schrauben-Druck-Feder 42 magnetisch angezogen worden.
Dabei ist die Begrenzungs-Decke 13 aus der Ebene gemäß 3 durch
die eingespannte Gewebe-Lage 33 herausbewegt worden. Ausgehend
von dem Mittel-Bereich der Förder-Membran 3 verläuft die
Begrenzungs-Decke 13 nun nach schräg außen oben. In dieser Position
ist sowohl die Einlass-Öffnung 7 als
auch die Auslass-Öffnung 8 durch
das entsprechende Ventil-Plättchen 24 bzw. 25 gesperrt.
Die Pump-Kammer 2 weist ein maximales Volumen auf. Um eine
Beeinträchtigung
der Begrenzungs-Decke 13 bei
der Bewegung nach oben zu vermeiden, weist die Lager-Buchse 37 an
ihrem unteren Ende eine Abschrägung
auf.
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Der
zwischen einer Horizontalen und der Begrenzungs-Decke 13 eingeschlossene
Winkel entspricht dem Betrag nach in etwa dem Winkel, der zwischen
der Horizontalen und der Schräg-Fläche 10 aufgespannt
ist. Der Winkel α zwischen
dem unteren Seiten-Wand-Abschnitt 17 und dem oberen Seiten-Wand-Abschnitt 18 ist
verglichen mit 3 noch stumpfer geworden. Verglichen
mit 3 ist der Falz 16 weiter in Richtung
auf die Längs-Mittel-Achse 5 gewandert.
Das Volumen der Pump-Kammer 2 hängt mit der Größe des Winkels α im Bereich
des Falzes 16 zusammen.
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In 5 ist
die Ring-Spule 45 nun wieder stromlos. Durch die Schrauben-Druck-Feder 42 ist die
Anker-Scheibe 35 wieder von der Stator-Scheibe 43 weggedrückt worden.
Dabei ist das Volumen der Pump-Kammer 2 wieder verringert
worden, was ein Ausdrücken
des Förder-Fluids
aus der Pump-Kammer 2 in
Ausström-Richtung
O über
die Auslass-Öffnung 8 und
den Auslass-Stutzen 21 zufolge hatte. Das Ventil-Plättchen 25 in
der Auslass- Öffnung 8 wurde
dabei selbsttätig
von seiner Ruhe-Position in die Öffnungs-Position
geschwenkt. Die Einlass-Öffnung 7 ist
dabei durch das Ventil-Plättchen 24 gesperrt,
um eine ungewollte Rückströmung von
Förder-Fluid
zu vermeiden.
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Anschließend wird
wieder die in 2 dargestellte Stellung eingenommen,
indem die Schrauben-Druck-Feder 42 die Anker-Scheibe 35 in
die in 2 dargestellte Position drückt.
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Die
Membran-Förder-Pumpe 1 beinhaltet quasi
einen elektrischen Linear-Antrieb,
der mittels magnetischer Kräfte
die aufgezeigte axiale Auf- und Abbewegung der Einheit aus Anker-Scheibe 35 und Membran-Ring 34 und
somit auch der der Begrenzungs-Decke 13 ausführt. In
einer anfänglichen
Extrem-Position verläuft
die Begrenzungs-Decke 13 von ihren zentralen Bereich nach
außen
unten, während
sie in einer folgenden Extrem-Position von ihrem zentralen Bereich
nach außen
oben verläuft.
Dabei wird die Seiten-Wand 14, die die Pump-Kammer 2 seitlich
begrenzt, unter Versetzung des Falzes 16 auf- und zugefaltet.
Die Seiten-Wand 14 schwingt dabei nach außen und
innen. Die Lage des Falzes 16 steht mit dem augenblicklichen
Volumen der Pump-Kammer 2 im Betrieb in Zusammenhang. Die Förder-Membran 3 ist
einseitig wirkend, d. h. das Förder-Fluid
gelangt nur mit einer Seite der die Pump-Kammer 2 nach
oben begrenzenden Begrenzungs-Decke 13 in Kontakt. Bei
einer Bewegung der Förder-Membran 3 wird
der an den Dichtungs-Wulst 15 angrenzende Abschnitt der
Seiten-Wand 14 gebogen.
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Die
eingesetzte Förder-Membran 3 ist
in den 6 bis 8 nochmals einzeln in verschiedenen Stellungen
dargestellt. Auf die entsprechende vorherige Beschreibung der Förder-Membran 3 wird
hiermit verwiesen. Bei einer Betätigung
der Förder-Membran 3 wird
deren Seiten-Wand 14 wieder nach innen und außen unter
radialer Versetzung des Falzes 16 gefaltet.
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf die 9 bis 12 eine
zweite Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Membran-Förder-Pumpe 1' beschrieben.
Identische Teile erhalten dieselben Bezugszeichen wie bei der vorherigen
Ausführungsform,
auf deren Beschreibung hiermit verwiesen wird.
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Im
Gegensatz zu der bereits beschriebenen Membran-Förder-Pumpe 1 gemäß der ersten
Ausführungsform
umfasst die Membran-Förder-Pumpe 1', die in den 9 bis 12 dargestellt
ist, zwei separate Förder-Membranen 3 und
einen Rotations-Antrieb. Verglichen mit der vorherigen Membran-Förder-Pumpe 1 weist
die Membran-Förder-Pumpe 1' auch zwei getrennte
Pump-Kammern 2 auf, die durch die zwei Förder-Membranen 3 und
die zwei Ventil-Platten 4 begrenzt werden. Gemäß einer weiteren
Ausführungsform
sind die beiden Förder-Membranen 3 einteilig
ausgebildet. Die Förder-Membran 3 ist
in diesem Fall doppelseitig wirkend mit je einer Pump-Kammer 2 auf
jeder Seite.
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Der
Membran-Förder-Pumpe 1' ist hier ein externer
herkömmlicher
Elektro-Rotations-Motor 47 zugeordnet. Der Elektro-Rotations-Motor 47 weist eine
drehantreibbare Antriebs-Welle 48 auf, die gemäß den Figuren
horizontal verläuft,
und ist an einer im Wesentlichen L-förmigen Befestigungs-Konsole 49 fixiert.
Dabei ist der Elektro-Rotations-Motor 47 mit einem vertikalen
Schenkel 50 der Befestigungs-Konsole 49 mittels
zweier Befestigungs-Schrauben 51 verschraubt. Die Antriebs-Welle 48 ist
durch eine in dem Schenkel 50 ausgebildete Bohrung 52 geführt. Die
Befestigungs-Konsole 49 weist
des Weiteren einen sich an den vertikalen Schenkel 50 anschließenden horizontalen
Schenkel 53 auf, der als Stand-Platte dient. An dem oberen Ende
des vertikalen Schenkels 50 grenzt eine horizontal abgewinkelte
Trag-Platte 54 an, von welcher mittig ein im Querschnitt
runder Lager-Vorsprung 55 vertikal vorspringt.
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An
der Trag-Platte 54 liegt die Stutzen-Platte 19 flächig an,
deren Einlass-Stutzen 20 und
Auslass-Stutzen 21 wie bei der vorherigen, in 1 bis 5 gezeigten
Ausführungsform
nach unten orientiert sind. An die erwähnte Stutzen-Platte 19 grenzt die
Ventil-Platte 4 an. Die Schräg-Fläche 10 der Ventil-Platte 4 ist
wieder der Stutzen-Platte 19 abgewandt. Gegenüberliegend
zu der unteren Ventil-Platte 4 ist eine obere Ventil-Platte 4 vorgesehen,
deren Schräg-Fläche 10 der
Schräg-Fläche 10 der
unteren Ventil-Platte 4 zugewandt
ist. Zwischen den beiden Ventil-Platten 4 liegt somit ein
freier Raum vor, dessen Höhe
von innen nach außen
gehend allmählich wegen
den Schräg-Flächen 10 zunimmt.
An der Anlage-Fläche 9 der
obe ren Ventil-Platte 4 liegt eine weitere Stutzen-Platte 19 an,
deren Einlass-Stutzen 20 und
Auslass-Stutzen 21 entgegengesetzt zu dem Einlass-Stutzen 20 und
Auslass-Stutzen 21 der unteren Ventil-Platte 4 nach
oben verlaufen. Die beiden Einlass-Stutzen 20 der beiden
Stutzen-Platten 19 fluchten zueinander, wobei auch die
beiden Auslass-Stutzen 21 der beiden Stutzen-Platten 19 zueinander
ausgerichtet sind. Die Ventil-Platten 4 sind identisch
ausgebildet. Ebenso entsprechen die Stutzen-Platten 19 einander.
Der Lager-Vorsprung 55 ersetzt die Verbindungs-Schraube 32 und
durchdringt zentral die Stutzenplatte 19 und die Ventil-Platte 4.
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Auf
den Lager-Vorsprung 55 ist endseitig eine Fixier-Mutter 56 aufgedreht,
die an der oberen Stutzen-Platte 19 anliegt und somit für eine sichere Fixierung
der Stutzen-Platten 19 und der Ventil-Platten 4 auf
dem Lager-Vorsprung 55 sorgt.
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Zwischen
den beiden Ventil-Platten 4 sind zwei identische Förder-Membranen 3 unter
Zwischenschaltung einer Gewebe-Lage 33 angeordnet, die
zusammen zentral von dem Lager-Vorsprung 55 durchdrungen
werden und in einem Innen-Bereich durch die Ventil-Platten 4 zusammengedrückt werden.
Die Begrenzungs-Decken 13 grenzen flächig an die Gewebe-Lage 33 an
und liegen einander gegenüber.
Die Seiten-Wand 14 beginnt wieder an der Stelle, an welcher
die Begrenzungs-Decke 13 nicht mehr fest mit der Gewebe-Lage 33 in
Verbindung steht. Es ist also auf jeder Seite der Gewebe-Lage 33 eine
Förder-Membran 3 angebracht,
wobei die Seiten-Wände 14 von
der Gewebe-Lage 33 weg laufen. Wie bereits erwähnt ist
auch eine einteilige Ausgestaltung möglich, die dann die beiden
Förder-Membranen 3 und die
zwischengeschaltete Gewebe-Lage 33 beinhaltet.
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Die
Gewebe-Lage 33 ist hier zwischen dem Membran-Ring 34 und
einem Pleuel 57 festgeklemmt. Das Pleuel 57 umfasst
einen eine vertikale Mittel-Achse
aufweisenden Klemm-Ring 58, der mit dem Membran-Ring 34 unter
Einklemmen der Gewebe-Lage 33 verschraubt ist. Es weist
ferner in einem Träger 66 eine
horizontale Bohrung 59 auf, in welcher unter Zwischenschaltung
eines Wälz-Lagers 60 ein mit
der Antriebs-Welle 48 in drehfester Verbindung stehender
Exzenter 61 gelagert ist.
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Nachfolgend
wird nun kurz die Funktion dieser zweiten Ausführungsform beschrieben. Die
grobe Funktion entspricht der Funktion der bereits vorher ausführlichst
beschriebenen Ausführungsform.
Bei Betrieb des Elektro-Rotations-Motors 47 wird
dessen Antriebs-Welle 48 in Rotation versetzt, was wiederum eine
Drehung des Exzenters 61 zufolge hat. Durch die Drehung
des Exzenters 61 wird die eingespannte Gewebe-Lage 33 durch
das Pleuel 57 in eine in etwa geradlinige vertikale Axial-Bewegung
versetzt.
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In 10 ist
eine Extrem-Position der Förder-Membranen 3 dargestellt.
Die Begrenzungs-Decke 13 der oberen Förder-Membran 3 liegt
dabei nahezu an der Schräg-Fläche 10 der
oberen Ventil-Platte 4 an. Die obere Pump-Kammer 2 weist
somit ein minimales Volumen auf, während die untere Pump-Kammer 2 dagegen
ein maximales Volumen besitzt. Wie aus 10 ersichtlich
ist, ist die Seiten-Wand 14 der oberen Förder-Membran 3 wieder mit
einem spitzen Winkel α nach
außen
gefaltet, während
die Seiten-Wand 14 der unteren Förder-Membran 3 mit
einem stumpferen Winkel α auseinandergezogen
ist. Der Falz 16 der oberen Förder-Membran 3 steht
radial gegenüber
dem Falz 16 der unteren Förder-Membran 3 über. Die
Einlass-Öffnungen 7 und die
Auslass-Öffnungen 8 sind
durch die Ventil-Plättchen 24 bzw. 25 geschlossen.
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Bei
einer weiteren Drehung des Exzenters 61 wird die Gewebe-Lage 33 dann
durch das Pleuel 57 nach unten in Richtung auf die Schräg-Fläche 10 der
unteren Ventil-Platte 4 bewegt. Dabei wird das Volumen
der oberen Pump-Kammer 2 vergrößert, während gleichzeitig das Volumen
der unteren Pump-Kammer 2 reduziert wird. Bei Vergrößerung der
oberen Pump-Kammer 2 wird
Förder-Fluid
in die obere Pump-Kammer 2 eingesaugt, wodurch die Einlass-Öffnung 7 der
oberen Ventil-Platte 4 durch das Ventil-Plättchen 24 freigegeben
wird. Die Auslass-Öffnung 8 der
oberen Ventil-Platte 4 ist geschlossen. Bei der Reduzierung
der unteren Pump-Kammer 2 wird hier Förder-Fluid aus der unteren
Pump-Kammer 2 gedrückt,
wobei die Auslass-Öffnung 8 in
der unteren Ventil-Platte 4 durch das Ventil-Plättchen 25 freigegeben
wird. Die Einlass-Öffnung 7 der
unteren Ventil-Platte 4 ist, wie aus 11 ersichtlich
ist, dabei geschlossen. Die Gestalt der unteren und oberen Förder-Membran 3 ist
entsprechend der ersten Ausführungsform.
Bezüglich der
weiteren Zustände
wird auf die vorherige Beschreibung verwiesen.
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In 12 ist
ein Verbindungs-Schlauch 62 vorgesehen, der eine Strömungs-Verbindung
zwischen dem Auslass-Stutzen 21 der oberen Stutzen-Platte 19 und
dem Einlass-Stutzen 20 der unteren Stutzen-Platte 19 herstellt.
Die beiden Pump-Kammern 2 sind somit in Reihe geschaltet, wodurch
verglichen mit der ersten Ausführungsform eine
höhere
Verdichtung erzielbar ist. Eine Reihen-Schaltung wird auch erreicht,
wenn der Auslass-Stutzen 21 der
unteren Stutzen-Platte 19 mit dem Einlass-Stutzen 20 der
oberen Stutzen-Platte 19 verbunden wird. Die Membran-Förder-Pumpe 1' kann natürlich auch
im Parallelbetrieb der Pump-Kammern 2 betrieben werden,
wodurch verglichen mit der ersten Ausführungsform ein höherer Förder-Strom
erreicht werden kann.
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Nachfolgend
wird nun unter Bezugnahme auf 13 eine
dritte Ausführungsform
der Erfindung beschrieben. Identische Teile erhalten dieselben Bezugszeichen
wie bei der vorherigen Ausführungsform,
auf deren Beschreibung hiermit Bezug genommen wird. Im Gegensatz
zu der zweiten Ausführungsform
erfolgt hier eine starre Verbindung der Stutzen-Platten 19 und
der Ventil-Platten 4 durch ein zentrales axiales Hohl-Rohr 63,
das den Lager-Vorsprung 55 gemäß der vorherigen Ausführungsform ersetzt.
Das Hohl-Rohr 63 weist einen radialen vorspringenden Anlage-Steg 64 auf,
der an der oberen Stutzen-Platte 19 außenseitig anliegt. Auf das Hohl-Rohr 63 ist
eine Befestigungs-Mutter 65 aufgedreht, wodurch die Stutzen-Platten 19 und
die Ventil-Platten 4 aneinander festgelegt werden. Das Hohl-Rohr 63 bietet
auf beiden Seiten der Membran-Förder-Pumpe 1'' Anschlussmöglichkeiten für Verbindungs-Rohre.
Wie aus 13 ersichtlich ist, ist an dem
unteren Ende des Hohl-Rohrs 63 ein gekrümmtes Rohrstück 67 angeschlossen,
das außerdem
mit dem Auslass-Stutzen 21 der unteren Stutzen-Platte 19 in
Verbindung steht. Diese Ausgestaltung ermöglicht ein Verbinden der einzelnen
Stutzen 20, 21 miteinander, ohne dass längere, störende Verbindungs-Rohre
erforderlich sind. Insbesondere können die beiden Auslass-Stutzen 21 auch
innerhalb der Ventil-Platten 4 miteinander vereinigt werden. Dadurch
ist es möglich,
eine sehr kompakte Membran-Förder-Pumpe 1'' zu bauen.
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf die 14 bis 17 eine
einstückige
Einheit aus zwei Förder-Membranen 3 gemäß dem zweiten
und dritten Ausführungsbeispiel
beschrieben. Eine separate Gewebe-Lage 33 ist nicht vorgesehen.
Diese Einheit ist doppelseitig wirkend, d. h. beide Seiten der Begrenzungs-Decke 13 gelangen
bei der Förderung
eines Förder-Fluids
mit Förder-Fluid
in Kontakt.
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Bei
den hier offenbarten Ausführungsformen weisen
die Membranen 3 einen Dichtungs-Wulst 15 zur Abdichtung
gegenüber
der entsprechenden Ventil-Platte 4 auf. Selbstverständlich sind
auch andere Ausgestaltungen zur dichten Festlegung möglich. Wesentlich
ist, dass eine sichere Festlegung und gleichzeitig eine absolut
dichte Verbindung erzielt wird.
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Die
erfindungsgemäßen Membran-Förder-Pumpen 1, 1', 1'' weisen gegenüber ähnlichen, eine identische Baugröße aufweisende
Membran-Pumpen einen wesentlich höheren Durchfluss auf. Sie sind
einfach und kostengünstig
herzustellen. Wesentlich ist, dass die Seiten-Wand 14 bei
einer Änderung
des Volumens der Pump-Kammer 2 gefaltet wird. Hierfür ist der
Falz 16 vorgesehen. Es können in der Seiten-Wand 14 auch
mehrere, übereinander angeordnete
Falze 16 vorgesehen sein. Ferner ist es möglich, dass
der Falz 16 sich lediglich über einen Teil-Bereich der
Seiten-Wand 14 erstreckt. Nur in diesem Teil-Bereich würde dann
die Seiten-Wand 14 nach außen treten können. Die
Förder-Membran 3 ist lediglich
in der Mitte und randseitig an dem entsprechenden Ventil-Körper 4 fixiert.
Der Falz 16 ist frei beweglich, d. h. seine Bewegung nach
innen und außen ist
nicht durch Fremdmittel vorgegeben. Zum Antrieb sind eine Vielzahl
von weiteren Möglichkeiten
geeignet. Es ist dabei nicht entscheidend, ob die Förder-Membran 3 gegenüber der
Ventil-Platte 4 oder die Ventil-Platte 4 gegenüber der
Förder-Membran 3 bewegt
wird.
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Gemäß einer
alternativen Ausführungsform ist
ein Antrieb vorgesehen, der eine Scheibe aus Piezokeramik umfasst.
Diese Scheibe verformt sich bei Anlage einer elektrischen Spannung
in eine Richtung, wodurch die Förder-Membran 3 betätigt wird. Dieser
Antrieb ist sowohl bei der einseitig wirkenden Förder-Membran 3 als
auch bei der doppelseitig wirkenden Förder- Membran einsetzbar. Während des Herstellungsprozesses
enthält
die Piezokeramik gezielt ihre speziellen Eigenschaften, sodass sie
eine elektrische Spannung in mechanische Bewegung oder Schwingung
umwandeln kann und sich so als Bestandteil eines Antriebs eignet.
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Bei
den beschriebenen Ausführungsformen ist
eine äußere Seiten-Wand 14 vorgesehen,
die eine Pump-Kammer 2 nach außen begrenzt. Gemäß einer
alternativen Ausführungsform
weist eine Förder-Membran
eine Seiten-Wand
mit mindestens einem freien Falz zur Änderung des Volumens der mindestens
einen Pump-Kammer auf, der sich über
mindestens einen Umfangs-Bereich der Förder-Membran erstreckt und
im Gegensatz zu den vorherigen Ausführungsformen nach innen gefaltet
wird, wenn das Volumen der Pump-Kammer 2 durch Betätigung der
Förder-Membran 3 reduziert
wird. Der Falz 16 wird also von dem Außen-Rand-Bereich der Ventil-Platte 4 einwärts in die
Pump-Kammer 2 gefaltet. In seiner äußersten Stellung befindet er
sich über dem
Außen-Rand-Bereich.
Diese Ausgestaltung ist insbesondere für Vakuumpumpen vorgesehen.
Ansonsten entspricht diese Membran im Wesentlichen den vorherigen
Membranen.