DE102012013681A1 - Pump module, as well as positive displacement pump - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Pumpenmodul (4, 5, 6; 4'; 4'') mit einem, mindestens einen Strömungskanal (17) begrenzenden Gehäuse (14), wobei der mindestens eine Strömungskanal (17) mindestens einen Einlass (7, 8, 9) mit zumindest einem Auslass (10, 11, 12) verbindet und in sich je eine in Strömungsrichtung orientiert liegende Pumpvorrichtung aufnimmt, die über einzeln ansteuerbare Aktoren abschnittsweise auslenkbar ist. Dabei ist ein zu förderndes Medium innerhalb mindestens eines Förderraumes (20, 21) einschließbar, welcher durch sequentielle Ansteuerung der Aktoren zwischen Abschnitten der Pumpvorrichtung und je zugeordneten Umfangsabschnitten des mindestens einen Strömungskanals (17) kapselbar und im Zuge einer Förderbewegung zwischen dem mindestens einen Einlass (7, 8, 9) und dem zumindest einen Auslass (10, 11, 12) bewegbar ist. Um ein präzise förderndes Pumpenmodul mit einem gleichzeitig einfachem Aufbau bereitzustellen, sind die Aktoren vom Gehäuse (14) aufgenommen, wobei jeweils beidseitig des Strömungskanals einander gegenüberliegende Aktoren Aktorstufen (A1 bis A6) bilden, welche in Strömungsrichtung aufeinanderfolgend angeordnet sind. Des Weiteren ist die Pumpvorrichtung als elastische Membran (18; 21; 22) ausgeführt, welche durch Ansteuerung je eines Aktors der einzelnen Aktorstufen (A1 bis A6) mit je einem zugeordneten Abschnitt an je einen zugehörigen Umfangsabschnitt des mindestens einen Strömungskanals (17) anlegbar ist.The invention relates to a pump module (4, 5, 6; 4 '; 4' ') with a housing (14) delimiting at least one flow channel (17), the at least one flow channel (17) having at least one inlet (7, 8, 9) connects to at least one outlet (10, 11, 12) and accommodates in each case a pump device that is oriented in the flow direction and that can be deflected in sections via individually controllable actuators. A medium to be pumped can be enclosed within at least one pumping chamber (20, 21), which can be encapsulated by sequential activation of the actuators between sections of the pumping device and each associated peripheral section of the at least one flow channel (17) and in the course of a pumping movement between the at least one inlet ( 7, 8, 9) and the at least one outlet (10, 11, 12) is movable. In order to provide a precisely conveying pump module with a simple structure at the same time, the actuators are accommodated by the housing (14), actuators (A1 to A6) which are located opposite one another on both sides of the flow channel and which are arranged in succession in the flow direction. Furthermore, the pump device is designed as an elastic membrane (18; 21; 22), which can be applied to an associated circumferential section of the at least one flow channel (17) by actuating one actuator each of the individual actuator stages (A1 to A6) ,
Description
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die Erfindung betrifft ein Pumpenmodul mit einem, mindestens einen Strömungskanal begrenzenden Gehäuse, wobei der mindestens eine Strömungskanal mindestens einen Einlass mit zumindest einem Auslass verbindet und je eine in Strömungsrichtung orientiert liegende Pumpvorrichtung aufnimmt, die über einzeln ansteuerbare Aktoren abschnittsweise auslenkbar ist, und wobei ein zu förderndes Medium innerhalb mindestens eines Förderraumes einschließbar ist, welcher durch sequentielle Ansteuerung der Aktoren zwischen Abschnitten der Pumpvorrichtung und je zugeordneten Umfangsabschnitten des mindestens einen Strömungskanals kapselbar und im Zuge einer Förderbewegung zwischen dem mindestens einen Einlass und dem zumindest einen Auslass bewegbar ist. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Verdrängerpumpe zur Förderung eines Fluids, bei welcher mindestens ein vorgenanntes Pumpenmodul zur Anwendung kommt.The invention relates to a pump module having a, at least one flow channel limiting housing, wherein the at least one flow channel connects at least one inlet with at least one outlet and each one oriented in the flow direction pumping device receives, which is deflected by individually controllable actuators sections, and wherein a conveying medium can be enclosed within at least one delivery chamber, which can be encapsulated by sequential activation of the actuators between sections of the pumping device and respective associated peripheral sections of the at least one flow channel and is movable between the at least one inlet and the at least one outlet in the course of a delivery movement. The invention further relates to a positive displacement pump for delivering a fluid, in which at least one aforementioned pump module is used.
Bei Verdrängerpumpen wird üblicherweise ein, über einen Einlass in einen Innenraum der Pumpe eingeströmtes Medium in einem Förderraum gekapselt und anschließend in einen Auslass hinein verdrängt. Um bei diesem Verdrängen ein Zurückströmen des Mediums in den Einlass zu verhindern und ein Rücksaugen von bereits verdrängtem Medium zu unterbinden, ist zumeist eine Ein- und Auslasssteuerung über druckgesteuerte Ventile oder sonstige, konstruktive Maßnahmen vorgesehen. Hierdurch wird jedoch die erforderliche Anzahl an Bauteilen erhöht und zudem die Erzielung eines niedrigen Enddruckes erschwert, da die Ventile zumeist differenzdruckgesteuert sind und sich bei niedrigen Drücken keine ausreichend hohen Anpresskräfte im Bereich der Ventile ergeben. Je nach Art und Weise der Einleitung der jeweiligen Förderbewegung treten zudem Reibungsverluste und Vibrationen auf. Im Übrigen werden Verdrängerpumpen teilweise mit Pumpenmodulen ausgeführt, bei welchen die Bauteilanzahl verringert und eine Förderbewegung möglichst einfach darstellbar ist.In positive displacement pumps, a medium which has flowed into an interior of the pump via an inlet is usually encapsulated in a delivery chamber and subsequently displaced into an outlet. In order to prevent backflow of the medium into the inlet during this displacement and to prevent a sucking back of already displaced medium, an inlet and outlet control via pressure-controlled valves or other design measures is usually provided. As a result, however, the required number of components is increased and also makes it difficult to achieve a low final pressure, since the valves are usually differential pressure controlled and result in low pressures no sufficiently high contact forces in the valves. Depending on the manner in which the respective conveying movement is initiated, friction losses and vibrations also occur. Incidentally, positive displacement pumps are partially designed with pump modules in which the number of components is reduced and a conveying movement is as easy as possible to represent.
Stand der TechnikState of the art
Aus der
Ausgehend vom vorstehend beschriebenen Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Pumpenmodul zur Verfügung zu stellen, bei welcher eine Förderbewegung auf präzise Art und Weise bei gleichzeitig einfachem Aufbau einleitbar ist.Starting from the above-described prior art, it is an object of the present invention to provide a pump module in which a conveying movement can be introduced in a precise manner with a simultaneously simple construction.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Diese Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die hierauf folgenden, abhängigen Ansprüche geben jeweils vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder. Eine Verdrängerpumpe, bei welcher mindestens ein erfindungsgemäßes Pumpenmodul zur Anwendung kommt, geht aus den weiteren Ansprüchen 8 bis 10 hervor.This object is achieved on the basis of the preamble of claim 1 in conjunction with its characterizing features. The following dependent claims give each advantageous embodiments of the invention. A positive displacement pump, in which at least one pump module according to the invention is used, is evident from the further claims 8 to 10.
Gemäß der Erfindung weist ein Pumpenmodul ein, mindestens einen Strömungskanal begrenzendes Gehäuse auf, wobei der mindestens eine Strömungskanal mindestens einen Einlass mit zumindest einem Auslass verbindet und in sich je eine in Strömungsrichtung orientiert liegende Pumpvorrichtung aufnimmt. Diese Pumpvorrichtung ist über einzeln ansteuerbare Aktoren abschnittsweise auslenkbar, wobei ein zu förderndes Medium innerhalb mindestens eines Förderraumes eingeschlossen werden kann, welcher durch sequentielle Ansteuerung der Aktoren zwischen Abschnitten der Pumpvorrichtung und je zugeordneten Umfangsabschnitten des mindestens einen Strömungskanals kapselbar ist und im Zuge einer Förderbewegung zwischen dem mindestens einen Einlass und dem zumindest einen Auslass bewegt werden kann.According to the invention, a pump module has a housing delimiting at least one flow channel, wherein the at least one flow channel connects at least one inlet to at least one outlet and accommodates a respective pump device oriented in the flow direction. This pumping device can be deflected in sections via individually activatable actuators, wherein a medium to be conveyed can be enclosed within at least one delivery chamber, which can be encapsulated by sequential activation of the actuators between sections of the pumping device and associated peripheral sections of the at least one flow channel and in the course of a conveying movement between the at least one inlet and the at least one outlet can be moved.
Die Pumpvorrichtung ist im Sinne der Erfindung insbesondere als scheibenförmiges, plattenförmiges oder ähnlich aufgebautes Bauteil ausgestaltet und kann abschnittsweise ausgelenkt werden, indem einzelne Segmente unter Einfluss der Aktoren orthogonal zur Längserstreckung der Pumpvorrichtung verschoben werden. Hierbei werden je nach Anzahl der ausgelenkten Abschnitte der Pumpvorrichtung ein oder mehrere Förderräume mit einem oder mehreren Umfangsabschnitten des Strömungskanals eingeschlossen, wobei in einem Förderraum jeweils ein zu förderndes Medium eingeschlossen ist. Im Sinne der Erfindung handelt es sich bei diesem Medium insbesondere um ein Fluid, also ein Gas bzw. Gasgemisch oder eine Flüssigkeit bzw. ein Flüssigkeitsgemisch. Mittels einer sequentiellen Ansteuerung der Aktoren wird dann der somit begrenzte, mindestens eine Förderraum zwischen dem mindestens einen Einlass und dem zumindest einen Auslass des Pumpenmoduls bewegt, so dass auch das eingeschlossene, zu fördernde Medium zwischen Ein- und Auslass gefördert wird. Diese Förderbewegung ähnelt dabei bei entsprechender Ansteuerung der Aktoren insbesondere einer peristaltischen Bewegung der Pumpvorrichtung.The pumping device is designed according to the invention in particular as a disk-shaped, plate-shaped or similarly constructed component and can be deflected in sections by individual segments are moved under the influence of the actuators orthogonal to the longitudinal extent of the pumping device. Here, depending on the number of deflected portions of the pumping device, one or more delivery chambers are enclosed with one or more peripheral sections of the flow channel, wherein in each case a medium to be delivered is enclosed in a delivery chamber. For the purposes of the invention, this medium is in particular, a fluid, ie a gas or gas mixture or a liquid or a liquid mixture. By means of a sequential actuation of the actuators, the thus limited, at least one delivery space is then moved between the at least one inlet and the at least one outlet of the pump module, so that the enclosed medium to be conveyed is also conveyed between inlet and outlet. This conveying movement is similar in this case with appropriate control of the actuators in particular a peristaltic movement of the pumping device.
Die Erfindung umfasst nun die technische Lehre, dass die Aktoren vom Gehäuse aufgenommen sind und dabei jeweils beidseitig des Strömungskanals einander gegenüberliegende Aktoren Aktorstufen bilden, welche in Strömungsrichtung aufeinanderfolgend angeordnet sind. Des Weiteren ist die Pumpvorrichtung als elastische Membran ausgeführt, welche durch Ansteuerung je eines Aktors der einzelnen Aktorstufen mit je einem zugeordneten Abschnitt an je einen zugehörigen Umfangsabschnitt des Strömungskanals angelegt wird. Mit anderen Worten sind also die Aktoren, über welche die im Strömungskanal liegende Pumpvorrichtung abschnittsweise ausgelenkt werden kann, in dem umliegenden Gehäuse platziert, wobei die Aktoren hierbei paarweise zu Aktorenstufen zusammengefasst sind, bei welchen jeweils die je zugehörigen Aktoren beidseitig des Strömungskanals liegen, also der eine Aktor einer Aktorstufe oberhalb des Strömungskanals und der andere Aktor dieser Aktorstufe unterhalb des Strömungskanals positioniert sind. Insgesamt sind die Aktorstufen dabei in Strömungsrichtung aufeinanderfolgend angeordnet, so dass bei einem Entlangwandern in Strömungsrichtung also die einzelnen Aktorstufen nacheinander passiert werden. Die als elastische Membran ausgestaltete Pumpvorrichtung kann dann abschnittsweise ausgelenkt werden, indem je ein Aktor der einzelnen Aktorstufen angesteuert und hierbei ein, zwischen den Aktoren dieser Aktorstufe liegender Abschnitt der Membran ausgelenkt und an den dortigen Umfangsabschnitt des Strömungskanals angelegt wird.The invention now encompasses the technical teaching that the actuators are accommodated by the housing and in each case form actuator stages on both sides of the flow channel that are opposite one another and are arranged successively in the flow direction. Furthermore, the pump device is designed as an elastic membrane, which is applied by driving one actuator each of the individual actuator stages, each with an associated portion to each an associated peripheral portion of the flow channel. In other words, therefore, the actuators, via which the pumping device located in the flow channel can be deflected in sections, placed in the surrounding housing, the actuators are hereby combined in pairs to actor stages, in which each of the respective actuators are located on both sides of the flow channel, so the an actuator of an actuator stage above the flow channel and the other actuator of this actuator stage are positioned below the flow channel. Overall, the actuator stages are arranged successively in the flow direction, so that in a flow along in the flow direction so the individual actuator stages are passed successively. The configured as an elastic membrane pump device can then be partially deflected by each driven an actuator of the individual actuator stages and this one, lying between the actuators of this actuator stage section of the membrane and applied to the local peripheral portion of the flow channel.
Ein erfindungsgemäßes Pumpenmodul zeichnet sich dabei durch einen einfachen Aufbau bei gleichzeitig zuverlässiger Funktionsweise aus. Denn durch Platzierung der Aktoren im an sich stillstehenden Gehäuse können diese auf einfache Art und Weise über, im Gehäuse verlaufende Leitungen angesteuert werden, wobei diese Leitungen dabei räumlich vom Strömungskanal und dem hierin geförderten Medium getrennt sind. Aufgrund der Art der Förderbewegung kann des Weiteren auf einlassseitige und auslassseitige Ventile verzichtet werden, da das zu fördernde Medium durch die abschnittsweise Auslenkung der elastischen Membran zwischen derselben und dem Umfang des Strömungskanals gekapselt wird. Die Membran stellt dabei das einzige bewegte Bauteil dar, so dass durch entsprechende Optimierung eine hohe Lebensdauer des erfindungsgemäßen Pumpenmoduls erreicht werden kann. Zudem kann die Membran als elastisches Bauteil präzise ausgelenkt und an den Umfang des Strömungskanals angelegt werden, wodurch der jeweilige Förderraum genau definiert und auch abgedichtet werden kann. Des Weiteren kann eine Pumpfrequenz des Pumpenmoduls, sowie eine Pumpsequenz, d. h. die Definition einer Größe des mindestens einen Förderraumes, frei über die Aktoren eingestellt werden, so dass das erfindungsgemäße Pumpenmodul universell für unterschiedliche Einsatzfälle geeignet ist, indem dann je nach Art der gewünschten Förderung lediglich eine Ansteuerung der Aktoren zu variieren ist. Insgesamt zeichnet sich das erfindungsgemäße Pumpenmodul durch einen einfachen Aufbau bei niedrigem herstellungstechnischen Aufwand und einer geringen Geräuschentwicklung aus.An inventive pump module is characterized by a simple structure with simultaneous reliable operation. Because by placement of the actuators in the housing itself at rest, these can be controlled in a simple manner via running in the housing lines, these lines are spatially separated from the flow channel and the medium conveyed herein. Furthermore, due to the nature of the conveying movement, it is possible to dispense with inlet-side and outlet-side valves, since the medium to be delivered is encapsulated by the section-wise deflection of the elastic membrane between the same and the circumference of the flow channel. The membrane is the only moving component, so that a long life of the pump module according to the invention can be achieved by appropriate optimization. In addition, the membrane can be precisely deflected as an elastic component and applied to the circumference of the flow channel, whereby the respective delivery chamber can be precisely defined and sealed. Furthermore, a pumping frequency of the pump module, as well as a pumping sequence, i. H. the definition of a size of the at least one delivery chamber, are set freely via the actuators, so that the pump module according to the invention is universally suitable for different applications, then depending on the type of desired promotion only a control of the actuators is to be varied. Overall, the pump module according to the invention is characterized by a simple structure with low manufacturing complexity and low noise.
Im Unterschied hierzu ist bei dem Pumpenmodul der
Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Aktoren durch Magnetspulen gebildet. Diese sind hierbei insbesondere jeweils mit einem Material hoher Permeabilität, wie beispielsweise Eisen, umgeben und erzeugen bei Bestromung ein entsprechendes Magnetfeld, über welches die elastische Membran mit ihren je zugeordneten Abschnitten ausgelenkt wird. Um die abschnittsweise Auslenkung der Membran im Magnetfeld zu erreichen besteht die Membran gemäß einer Weiterbildung der Erfindung entweder aus einem magnetorheologischen Elastomermaterial oder ist aus einem Elastomermaterial gebildet, in welches in den, den Aktorstufen zugeordneten Abschnitten der Membran jeweils ein ferromagnetisches Material eingebracht ist. Bei einem magnetorheologischen Elastomer handelt es sich um ein Kompositmaterial aus einer weichen Elastomermatrix mit darin vorgesehenen, magnetisch polarisierbaren Partikeln, auf welche über das Magnetfeld eingewirkt werden kann. Im Falle der Ausgestaltung der Membran aus einem Elastomermaterial mit darin eingebrachtem ferromagnetischen Material sind im Sinne der Erfindung insbesondere Blechsegmente mit Elastomermaterial umgossen, so dass ein Verbundsystem ausgestaltet wird.According to an advantageous embodiment of the invention, the actuators are formed by magnetic coils. These are in particular in each case surrounded by a material of high permeability, such as iron, and generate when energized a corresponding magnetic field, via which the elastic membrane is deflected with their respective associated sections. In order to achieve the partial deflection of the membrane in the magnetic field, the membrane according to an embodiment of the invention consists either of a magnetorheological elastomer material or is formed of an elastomeric material, in which in each of the actuator stages associated portions of the membrane a ferromagnetic material is introduced. A magnetorheological elastomer is a composite material a soft elastomer matrix with magnetically polarizable particles provided therein, which can be acted upon by the magnetic field. In the case of the design of the membrane made of an elastomeric material with ferromagnetic material incorporated therein, in particular sheet metal segments are encapsulated with elastomeric material in the meaning of the invention, so that a composite system is configured.
Gemäß einer hierzu alternativen Ausgestaltung der Erfindung sind die Aktoren durch Elektroden gebildet. Bei entsprechender Bestromung dieser Elektroden wird dabei jeweils je ein elektrisches Feld erzeugt, über das die elastische Membran wiederum abschnittsweise ausgelenkt werden kann. Zu diesem Zweck besteht die elastische Membran dann insbesondere aus einem elektrorheologischen Elastomermaterial, welches aus einem Elastomer mit darin eingebrachten Partikeln gebildet ist, die im elektrischen Feld in Richtung der jeweiligen bestromten Elektrode gezogen werden und dementsprechend eine abschnittsweise Auslenkung der elastische Membran bewirken.According to an alternative embodiment of the invention, the actuators are formed by electrodes. With appropriate energization of these electrodes each case an electric field is generated, via which the elastic membrane in turn can be deflected in sections. For this purpose, the elastic membrane then consists in particular of an electrorheological elastomer material which is formed from an elastomer with particles introduced therein, which are pulled in the electric field in the direction of the respective energized electrode and accordingly cause a partial deflection of the elastic membrane.
Entsprechend einer weiteren Ausführungsform der Erfindung besteht das Gehäuse aus zumindest zwei Gehäuseteilen, wobei die Gehäuseteile und die zwischenliegende Membran als kreisförmige Scheiben ausgestaltet sind. Ferner ist der mindestens eine Einlass radial außen vorgesehen und steht über den Strömungskanal mit dem zumindest einen Auslass in Verbindung, welcher in radialer Richtung zentrisch platziert ist. In diesem Fall weist das Pumpenmodul also einen kreisförmigen Aufbau auf, wobei das zu fördernde Medium von radial außen nach radial innen zum Auslass gefördert wird. Im Sinne der Erfindung kann jedoch ebenso gut auch der Einlass zentrisch platziert sein und der zumindest eine Auslass radial außen liegen. Durch den kreisförmigen Aufbau des Pumpenmoduls können problemlos mehrere Pumpenmodule hintereinandergeschaltet sein, indem die einzelnen kreisförmigen Pumpenmodule axial übereinandergestapelt werden und je nach gewünschter Schaltung eine parallele Versorgung der einzelnen Zuläufe dargestellt oder aber der zumindest eine Auslass eines Moduls mit dem mindestens einen Einlass des nachfolgenden Moduls nach Art einer Serienschaltung gekoppelt wird. Bei einem kreisförmigen Aufbau des Pumpenmoduls aus kreisförmigen Scheiben sind dann die Aktoren entsprechend ringförmig zu gestalten, also beispielsweise als ringförmige Spulen oder ringförmige Elektroden. Alternativ zu dem kreisförmigen Aufbau ist jedoch prinzipiell auch ein rechteckförmiger Aufbau eines Pumpenmoduls denkbar.According to a further embodiment of the invention, the housing consists of at least two housing parts, wherein the housing parts and the intermediate membrane are designed as circular discs. Furthermore, the at least one inlet is provided radially on the outside and communicates via the flow channel with the at least one outlet, which is placed centrically in the radial direction. In this case, the pump module thus has a circular structure, wherein the medium to be conveyed is conveyed from radially outside to radially inside to the outlet. For the purposes of the invention, however, the inlet can also be placed centrically just as well, and the at least one outlet can be located radially on the outside. Due to the circular structure of the pump module several pump modules can be connected in series without problems by the individual circular pump modules are stacked axially and depending on the desired circuit shown a parallel supply of individual feeds or after at least one outlet of a module with the at least one inlet of the subsequent module after Type of series connection is coupled. In a circular structure of the pump module of circular discs then the actuators are to make corresponding annular, so for example as annular coils or annular electrodes. As an alternative to the circular structure, however, a rectangular structure of a pump module is also conceivable in principle.
In Weiterbildung der Erfindung sind die Aktorstufen in Strömungsrichtung äquidistant oder mit unterschiedlichen Abständen zueinander platziert. Je nach Gestalt des Pumpenmoduls und der Art des zu fördernden Mediums kann der mindestens eine Förderraum hierbei bei seiner Bewegung zwischen dem mindestens einen Einlass und dem zumindest einen Auslass im Volumen konstant gehalten oder aber verändert werden. So kann ein Medium in Form eines Gases oder eines Gasgemisches bei Förderung vom mindestens einen Einlass zum zumindest einen Auslass verdichtet werden, indem bei einem ringförmigen Aufbau des Pumpenmoduls die Abstände zwischen den Aktorstufen äquidistant in Strömungsrichtung gewählt sind, so dass sich der mindestens eine Förderraum bei Bewegung von einem radial außenliegenden Einlass zum zentrisch liegenden Auslass aufgrund der kleiner werdenden Ringflächen zwischen den Aktorstufen stetig verringert und somit eine Kompression des Gases vorgenommen wird. Ähnlich kann bei einem rechteckigen Aufbau durch unterschiedliche Abstände zwischen den Aktorstufen eine stetige Verringerung des mindestens einen Förderraumes definiert werden.In a further development of the invention, the actuator stages are placed equidistantly or at different distances from each other in the flow direction. Depending on the shape of the pump module and the type of medium to be conveyed, the at least one delivery chamber can be kept constant in its volume or changed during its movement between the at least one inlet and the at least one outlet. Thus, a medium in the form of a gas or a gas mixture can be compressed when being conveyed from the at least one inlet to the at least one outlet by the distances between the actuator stages are selected equidistantly in the flow direction in an annular structure of the pump module, so that the at least one pumping chamber at Movement of a radially outer inlet to the centric outlet steadily reduced due to the decreasing annular surfaces between the actuator stages and thus a compression of the gas is made. Similarly, in the case of a rectangular structure, a constant reduction of the at least one delivery chamber can be defined by different distances between the actuator stages.
Handelt es sich bei dem zu fördernden Medium hingegen um eine Flüssigkeit, so ist aufgrund des inkompressiblen Verhaltens der Flüssigkeit üblicherweise eine Verringerung eines Volumens des mindestens einen Förderraumes nicht gewünscht. Dieses Volumen kann bei Bewegung zwischen dem mindestens einen Einlass und dem zumindest einen Auslass entweder dadurch konstant gehalten werden, dass bei einem kreisförmigen Pumpenmodul die einzelnen Aktorstufen zur Darstellung gleichmäßiger Ringflächen mit unterschiedlichen Abständen in Strömungsrichtung zueinander platziert werden oder bei einem rechteckförmigen Aufbau des Pumpenmoduls gleichbleibende Abstände zwischen den Aktorstufen gewählt sind. Letztendlich ist auch eine Förderung einer Flüssigkeit bei einem kreisförmigen Aufbau des Pumpenmoduls und äquidistant zueinander platzierten Aktorstufen möglich, wenn der mindestens eine Einlass in Strömungsrichtung zentrisch und der zumindest eine Auslass radial außenliegend vorgesehen ist, so dass sich ein Volumen des mindestens einen Förderraumes bei Bewegung zwischen Einlass und Auslass vergrößert.On the other hand, if the medium to be delivered is a liquid, a reduction in a volume of the at least one delivery chamber is usually undesirable because of the incompressible behavior of the liquid. When moving between the at least one inlet and the at least one outlet, this volume can be kept constant either by placing the individual actuator stages in a circular pump module with uniform spacing in the direction of flow relative to one another or by maintaining uniform spacings in a rectangular structure of the pump module are selected between the actuator stages. Finally, a delivery of a liquid in a circular structure of the pump module and equidistantly placed actuator stages is possible if the at least one inlet is centric in the flow direction and the at least one outlet is provided radially outwardly so that a volume of the at least one delivery chamber when moving between Inlet and outlet enlarged.
Veränderliche oder gleichbleibende Volumina eines Förderraumes können aber auch durch eine entsprechende Einstellung der Pumpsequenz definiert werden. Da eine Kapselung und eine Bewegung des jeweiligen Förderraumes durch Ansteuerung der entsprechenden Aktorstufen gesteuert wird, kann durch Abwandlung der Betätigung der Aktorstufen eine Größe und Änderung des Förderraumes nahezu frei eingestellt werden. So kann eine Verdichtung des Mediums, welche ansonsten aufgrund des Abstands der Aktorstufen zueinander und durch den Aufbau des Pumpenmoduls bei Bewegung des Förderraumes stattfindet, hierdurch entweder verstärkt oder abgemindert werden, so dass auslassseitig ein jeweils angestrebtes Druckniveau des Mediums erzielbar ist.However, variable or constant volumes of a delivery chamber can also be defined by a corresponding setting of the pumping sequence. Since an encapsulation and a movement of the respective delivery chamber is controlled by controlling the corresponding actuator stages, by varying the actuation of the actuator stages, a size and change of the delivery chamber can be set almost freely. Thus, a compression of the medium, which otherwise takes place due to the distance of the actuator stages to each other and the structure of the pump module during movement of the pumping chamber, thereby either increased or decreased, so that the exhaust side each desired pressure level of the medium can be achieved.
Erfindungsgemäß bildet mindesten ein, gemäß einer der vorgenannte Varianten gestaltetes Pumpenmodul eine Verdrängerpumpe aus, über welche ein Fluid förderbar ist und bei der es sich insbesondere um eine Vorpumpe einer Turbopumpe handelt. Bevorzugt sind dabei aber in einem Pumpengehäuse mehrere Pumpenmodule in einer Serien- und/oder Parallelschaltung angeordnet, so dass über die einzelnen Pumpenmodule parallel oder abfolgend aufeinander in einen gemeinsamen Auslass gefördert wird.According to the invention, at least one pump module designed according to one of the aforementioned variants forms a positive displacement pump via which a fluid can be conveyed and which is in particular a pre-pump of a turbopump. Preferably, however, a plurality of pump modules are arranged in a series and / or parallel connection in a pump housing, so that pumping via the individual pump modules in parallel or sequentially to one another into a common outlet.
Entsprechend einer weiteren, vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Aktoren des mindestens einen Pumpenmoduls über eine Leistungselektronik steuerbar. Über eine derartige Leistungselektronik können dabei problemlos unterschiedliche Pumpfrequenzen und auch Pumpsequenzen durch entsprechende Ansteuerung der Aktoren dargestellt werden, wobei hierbei auch eine aufeinander abgestimmte Ansteuerung mehrerer Pumpenmodule erfolgen kann. Abgesehen von einer dem oder den Pumpenmodulen zugeordneten Leistungselektronik kann es sich dabei auch um eine entsprechende Elektronik einer anderen Pumpe, wie beispielsweise einer Turbomolekularpumpe, oder eines anderen Systems handeln.According to a further advantageous embodiment of the invention, the actuators of the at least one pump module are controllable via power electronics. About such a power electronics different pumping frequencies and pumping sequences can be represented by appropriate control of the actuators easily, in which case a coordinated control of several pump modules can be done. Apart from a power electronics associated with the one or more pump modules, this may also be a corresponding electronics of another pump, such as a turbomolecular pump, or another system.
Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der nebengeordneten Ansprüche oder der abhängigen Ansprüche beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus Möglichkeiten, einzelne Merkmale, auch soweit sie aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung oder aus den Figuren hervorgehen, miteinander zu kombinieren. Die Bezugnahme der Ansprüche auf die Zeichnungen durch Verwendung von Bezugszeichen soll den Schutzumfang der Ansprüche nicht beschränkenThe invention is not limited to the specified combination of the independent claims or the dependent claims. It also results in ways to combine individual features, even if they emerge from the claims, the following description of embodiments of the invention or from the figures. The reference of the claims to the drawings by use of reference numerals is not intended to limit the scope of the claims
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:Preferred embodiments of the invention are explained below with reference to the accompanying drawings. These show:
Ausführliche Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings
Aus
Aus
Von dem Strömungskanal
Wie des Weiteren aus
In
Diese Förderbewegung, welche einer peristaltischen Bewegung ähnelt, sei nun beispielhaft anhand des Förderraumes
Aus
Über die Leistungselektronik
Aus
Des Weiteren geht aus der
Schließlich ist noch in
Mittels der einzelnen Ausgestaltungen von Pumpenmodulen
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Pumpengehäusepump housing
- 22
- Einlassseiteinlet side
- 33
- Auslassseiteoutlet
- 4, 4', 4''4, 4 ', 4' '
- Pumpenmodulpump module
- 55
- Pumpenmodulpump module
- 66
- Pumpenmodulpump module
- 77
- Einlassinlet
- 88th
- Einlassinlet
- 99
- Einlassinlet
- 1010
- Auslassoutlet
- 1111
- Auslassoutlet
- 1212
- Auslassoutlet
- 1313
- Leistungselektronikpower electronics
- 1414
- Gehäusecasing
- 1515
- Gehäuseteilhousing part
- 1616
- Gehäuseteilhousing part
- 1717
- Strömungskanalflow channel
- 1818
- Membranmembrane
- 19, 19'19, 19 '
- Förderraumdelivery chamber
- 20, 20'20, 20 '
- Förderraumdelivery chamber
- 2121
- Membranmembrane
- 2222
- Membranmembrane
- A1 bis A6A1 to A6
- AktorstufenAktorstufen
- B1 bis B6B1 to B6
- Blechringesheet metal rings
- M1.1 bis M6.2M1.1 to M6.2
- Magnetspulensolenoids
- E1.1 bis E6.2E1.1 to E6.2
- Elektrodenelectrodes
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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