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Dokumentenidentifikation DE10350251A1 03.06.2004
Titel Axialkolbenpumpe
Anmelder Thomas Industries, Inc., Sheboygan, Wis., US
Erfinder Leonhard, Todd W., Sheboygan, Wis., US
Vertreter Lippert, H., Dipl.-Ing., Pat.-Anw., 60322 Frankfurt
DE-Anmeldedatum 27.10.2003
DE-Aktenzeichen 10350251
Offenlegungstag 03.06.2004
Veröffentlichungstag im Patentblatt 03.06.2004
IPC-Hauptklasse F04B 39/12
Zusammenfassung Eine Verneblerpumpe enthält eine axiale Zylinder- und Kolbenanordnung und einen Elektromagneten mit einem Stator und einem Anker, der den Kolben zur Ausführung einer Hin- und Herbewegung innerhalb des Zylinders antreibt. Das Pumpengehäuse hat eine unitäre Trennwand, die eine Auslaßkammer in Kombination mit dem Ventilkopf begrenzt, der Luft bei der Einlaßöffnung von Luft bei der Auslaßöffnung trennt. Die gesamte Baugruppe kann durch das Gehäuse zusammengeklemmt sein, oder sie kann separat zusammengeklemmt und vom Gehäuse durch Schraubenfedern isoliert sein.

Beschreibung[de]
Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung betrifft Heil- oder Arzneimittelvernebler und insbesondere Axialkolbenpumpen mit Geräusch- und Betriebseigenschaften, die zur Verwendung in Verbindung mit Verneblern geeignet sind.

Vernebler werden im Allgemeinen zur Verabreichung von Medikation an Personen mit respiratorischen Beschwerden verwendet. So werden beispielsweise Bronchodialatoren, die zur Öffnung der Atemwege dienen, üblicherweise mit Verneblern verabreicht. Ein Vernebler setzt eine flüssige Medikation in einen feinen, zerstäubten Nebel oder Dampf um. Der Heil- oder Arzneimitteldampf wird über ein Mundstück oder eine Maske inhaliert, und die atomisierte Medikation ist in der Lage, aufgrund der feinen Teilchengröße tief in die Atemwege einzudringen. Die flüssige Medizin wird durch Mischen mit komprimierter Luft oder mit komprimiertem Sauerstoff atomisiert.

Typische Vernebler enthalten einen kleinen Kompressor mit einem Kolben, der sich innerhalb einer Zylinders schnell hin- und her bewegt, um die Luft zu komprimieren. Im US-Patent 6 135 144, das auf den Erwerber der vorliegenden Erfindung übertragen worden ist und, obgleich hier vollständig dargelegt, durch Inbezugnahme einbezogen wird, ist ein Kompressor mit einem Taumelkolben offenbart. Der Kolben ist mittels einer Verbindungsstange mit einem Exzenter verbunden, der an einer rotierenden Welle montiert ist, so daß sein Kopf während der Gleitbewegung innerhalb des Zylinders geschwenkt wird.

In typischen Verneblern wird die Druckluft aus dem Zylinder heraus durch einen Ventilkopf und eine Auslaßkammer zu einem Schlauch gedrückt, der zu einer Mischkammer führt. Eine interne Leitung ist im allgemeinen notwendig, um die den Ventilkopf verlassende Druckluft zur Auslaßöffnung des Gehäuses zu leiten. Nach dem Verlassen des Kompressors streicht die Druckluft über eine Öffnung oder Mündung, die von der flüssigen Medizin her kommt, um die Medizin anzusaugen und zu atomisieren, die dann zur Inhalation gewöhnlich mit Umgebungsluft, Sauerstoff oder mit Sauerstoff angereicherter Luft gemischt wird.

Personen mit beachtlichen respiratorischen Problemen benötigen jeden Tag mehrere Behandlungen mit einem Vernebler, wobei jede Behandlung zur Verabreichung einige Minuten beansprucht. Bei solchen Personen ist es auch nicht ungewöhnlich, die Verneblungs- oder Zerstäubungsbehandlungen in Krankenhäusern, am Arbeitsplatz oder anderen öffentlichen Orten zu erhalten. Es ist deshalb wichtig, daß die Verneblungskompressoren unauffällig arbeiten. Eine ruhigen Betrieb des Kompressors kann durch Isolierung des Gehäuses erzielt werden. Dadurch wird jedoch Masse hinzugefügt und es können Kühlprobleme entstehen. Am Kompressorauslaß kann man Geräuschdämpfer anbringen, wodurch jedoch Bauteile hinzugefügt und somit die Kosten erhöht werden.

Kurze Darlegung der Erfindung

Die Erfindung sieht eine Axialkolbenpumpe zur Verwendung mit einem Zerstäuber oder einem Vernebler vor, der verbesserte Geräusch-, Vibrations- und Fertigungseigenschaften hat.

Gemäß einem Aspekt sieht die Erfindung eine Pumpe mit einem Zylinder und einem längs einer Kolbenachse angeordneten Kolben und einem Elektromagneten mit einem Stator vor, der eine Drahtspule enthält, die einen mit dem Kolben verbundenen Anker antreibt, um den Kolben innerhalb des Zylinders längs der Kolbenachse hin- und her zu bewegen. Die Pumpe hat einen Ventilkopf mit einer Einlaß- und einer Auslaßöffnung in Kommunikation mit dem Zylinder. Das Gehäuse begrenzt eine Auslaßkammer in Kombination mit dem Ventilkopf, der Luft bei der Einlaßöffnung von Luft bei der Auslaßöffnung trennt, und einem Auslaß, der sich außerhalb des Gehäuses von der Auslaßkammer aus erstreckt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform begrenzt das Gehäuse eine halbkreisförmige Auslaßtrennwand, und der Ventilkopf enthält eine erhöhte halbkreisförmige Wand, die die Auslaßöffnung umgibt und sie von der Einlaßöffnung trennt. Die Wand und die Trennwand überlappen axial in enger Beziehung. Die Ventilkopfwand enthält eine Nut, die einen O-Ring enthält, der eine luftdichte Abdichtung vorsieht. Der Ventilkopf kann sich bezüglich des Gehäuses bewegen, und somit wird eine gleitende Dichtung zwischen der Wand und der Trennwand ausgebildet, um die Auslaßkammer abzudichten.

Das Gehäuse begrenzt auch einen Einlaß und eine vom Einlaß beabstandete Ablenkplatte zwischen dem Einlaß und der Einlaßöffnung, um Geräusche zu vermindern und die Innenseite des Gehäuses durch Umlenkung von Einlaßluft vor der Kompression zu kühlen.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung sieht eine Verneblerpumpe vor, die ein Gehäuse mit einem Einlaß und einem Auslaß aufweist und einen Elektromagneten, einen Zylinder, einen Kolbenventilkopf und ein Federsystem enthält. Das Federsystem enthält eine Mehrzahl axial beabstandeter Blattfedern, die um die Schwenkachse herum angeordnet sind und längs der Schwenkachse ablenkbar sind und mit dem Kolben und dem Anker des Elektromagneten verbunden sind.

Vorzugsweise enthält jede Blattfeder ein Paar konzentrischer Ringe, die durch eine Mehrzahl Speichen verbunden sind, wobei wenigstens eine Blattfeder sowohl mit dem Anker als auch dem Kolben verbunden ist. Die Federn werden bei jeder axialen Seite des Elektromagneten durch zwei Sätze von Bünden oder Abstandsteilen an ihrem Platz verklammert.

Bei einer Ausführungsform ist wenigstens eine der Blattfedern mit dem Gehäuse verbunden. Alternativ oder zusätzlich können der Kolben und der Anker von dem Gehäuse durch eine Mehrzahl Schraubenfedern isoliert sein.

Die Erfindung sieht somit eine kompakte Axialkolbenpumpe mit geringen Betriebsvibrationen und Betriebsgeräuschen vor, so daß sie insbesondere zur Verwendung in einem medizinischen Vernebelungsgerät geeignet ist. Die Antriebsanordnung kann im Gehäuse durch Federstapel und obere und untere Federhalter aufgehängt sein, um das Gehäuse gegen Vibration zu isolieren, die durch hin- und her gehenden Bauteile der Anordnung verursacht wird, und auf diese Weise Geräusche vermindern. Die Federn sind derart ausgewählt, daß das Feder-Masse-System eine Resonanzfrequenz von nahezu der Eingangsfrequenz hat und auf diese Weise die Effizienz verbessert und Vibrationen und Geräusche vermindert. Zusätzlich wird die Einlaßluft durch den Gehäusehohlraum mit Hilfe im Gehäuse ausgebildeter Einlaßablenkplatten abgelenkt, um weiter die Geräusche zu vermindern und die Komponenten der Antriebsanordnung zu kühlen. Die einzigartige Auslaßkammerkonstruktion der Pumpe, die durch eine Trennwand des Gehäuses und eine Gegenwand des Ventilkopfes gebildet ist, vereinfacht den Zusammenbau und vermindert die Kosten durch Eliminieren der Notwendigkeit für getrennte Auslaßrohre.

Diese und weitere Vorteile der Erfindung werden augenscheinlich durch die detaillierte Beschreibung und die Zeichnungen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 ist von der Einlaßseite her gesehen eine Draufsicht auf eine Axialkolbenpumpe der Erfindung;

2 ist von der Auslaßseite her gesehen eine Draufsicht auf die Axialkolbenpumpe von 1;

3 ist eine von der Front her gesehene Querschnittsansicht längs einer Linie 3-3 von 2;

4 ist eine von oben her gesehene Querschnittsansicht längs einer Linie 4-4 von 3;

5 ist eine von der Front her gesehene, der 3 ähnliche Querschnittsansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels der Axialkolbenpumpe mit einem nicht isolierten Federmassesystem;

6 ist eine von oben her gesehene Querschnittsansicht längs einer Linie 6-6 von 5;

7 ist eine perspektivische Ansicht eines anderen alternativen Ausführungsbeispiels der Axialkolbenpumpe mit einem nicht isolierten Federmassesystem;

8 ist eine Explosionsansicht der Pumpe von 7;

9 ist eine von oben her gesehene Querschnittsansicht längs einer Linie 9-9 von 7; und

10 und 11 sind zwei von der Seite her gesehene Querschnittsansichten längs jeweiliger Linien 10-10 und 11-11 von 7.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

Die Erfindung sieht eine Axialkolbenpumpe vor, die zur Verwendung mit einem medizinischen Vernebler ausgelegt und konstruiert ist. Zu diesem Zweck ist die Pumpe kompakt, vorzugsweise tragbar, beziehungsweise handgehalten, und sie hat einen bevorzugten Betriebsbereich von 69 bis 103,5 × 103 Pa (10–15 psi) (obgleich die Pumpe zum Betrieb über einen größeren Bereich ausgelegt werden könnte) mit einem geringen externen Ausmaß an Vibration und Geräusch. Die Antriebskomponenten sind vorzugsweise zwischen zwei Stapeln von Federn (axial von einander beabstandet) aufgehängt, um die Vibration zu dämpfen, die durch die hin- und hergehenden Bauelemente verursacht wird. Die gesamte Baugruppe (einschließlich der Federstapel) kann mittels zusätzlicher Federn oder federnden Strukturen am Gehäuse montiert werden, um die Vibration der Baugruppe noch mehr vom Gehäuse zu isolieren.

Unter Bezugnahme auf 1 bis 2 hat die Pumpe 10 ein kompaktes, längliches Kunststoffgehäuse 12, das mit einer Kopfabdeckung 14 und einer Fußabdeckung 16 ausgebildet ist, die bei der Mitte des Gehäuses in geeigneter Weise miteinander verbunden sind, beispielsweise durch Verschweißen. Die Kopfabdeckung 14 hat eine Lufteinlaßöffnung 18 (siehe 1) und eine Luftauslaßöffnung 20 (siehe 2) auf entgegengesetzten Seiten nahe der Oberseite des Gehäuses 12. Die Fußabdeckung 16 weist eine Buchse 22 für eine Anschlußschnur auf.

Unter Bezugnahme auf 3 und 4 ist der innenseitige Boden der Fußabdeckung 16 mit einem kreisförmigen, nach oben hin offenen Kanal 16 ausgebildet. Das innenseitige Oberteil der Kopfabdeckung 14 ist mit zwei sich nach unten erstreckenden, bogenförmigen Prall- oder Abdeckplatten ausgebildet. Bezüglich ungefährer Abmessungswert erstreckt sich die Ablenkplatte 28 über einen Bogen von 60°, ragt um 25,4 mm (1 Inch) nach unten und ist einwärts um 6,4 mm (¼ Inch) vom Einlaß 18 beabstandet. Die Ablenkplatte 30 erstreckt sich über einen Bogen von 80°, ragt um 12,7 mm (½ Inch) nach unten und ist einwärts um 6,4 mm (¼ inch) von der Ablenkplatte 28 beabstandet. Die Kopfabdeckung 14 ist auch mit drei zylinderförmigen Federhalterungen 32 ausgebildet, die gleichwinkelig voneinander beabstandet sind und sich von der Oberseite des Gehäuses 12 aus nach unten erstrecken.

Die Kopfabdeckung 14 hat eine integrale Auslaßkammer, die teilweise durch eine unitäre halbkreisförmige Auslaßtrennwand 34 begrenzt ist, die sich von der Oberseite des Gehäuses 12 um ungefähr 12,7 mm (½ inch) nach unten erstreckt. Ein zylinderförmiger Nippel 36 erstreckt sich von einer Öffnung 38 in der Trennwand 34 zur Auslaßöffnung 20, wodurch ein Durchlaß für Auslaßluft zum Entweichen aus dem Gehäuse 12 vorgesehen ist. Dieser unitäre Auslaßdurchlaß vermeidet die Notwendigkeit, separate Schläuche oder Leitungen vorzusehen, die sonst zu einer teueren und komplizierten Baugruppe führen würden.

Unter Bezugnahme auf 3 enthält das Gehäuse 12 die Kompressorantriebsanordnung, die im allgemeinen einen Elektromagneten, einen Kolben 40, einen Zylinder 42 und einen Ventilkopf 44 enthält, die alle konzentrisch um eine Kolbenachse 46 ausgerichtet sind. Die gesamte Anordnung ist vom Gehäuse durch sechs Schraubenfedern 48 isoliert, die innerhalb des Kanals 26 im Boden 24 des Gehäuses 12 von einander beabstandet angeordnet sind.

Ausgehend von unten nach oben in 3 wird ein erster Halterungsbund 50 mit sechs Federtaschen 52 von den Schraubenfedern 58 getragen. Der Bund 50 hat eine abgestufte obere Oberfläche, die eine innere Leiste 54 begrenzt, welche wenigstens eine Blattfeder 56 trägt, die ein Paar konzentrischer kreisförmiger Ringe aufweist, welche durch drei Speichen verbunden sind. Der äußere Ring enthält vorzugsweise Haarnadelelemente, die zwischen den Speichen angeordnet sind.

Der Federstapel ist zwischen dem Halterungsbund 50 und einen ersten Abstandsring 58 geklemmt. Der Abstandsring 58 hat einen kleineren Aussendurchmesser als der Halterungsbund 50 und genutete obere und untere Kanten. Die Nut in der Bodenkante ist derart bemessen, daß sie den Federstapel und die Leiste 54 des Halterungsbunds 50 aufnimmt. Die obere Nut nimmt die Bodenkante eines Stators 60 des Elektromagneten 38 auf.

Der Stator 60 ist ein ringförmiges Bauteil mit einer kreisförmigen oberen Wand 62 und zwei konzentrischen zylindrischen Wänden 64 und 66, die sich von der oberen Wand 62 aus nach unten erstrecken, um eine zentrische Bohrung 68 und einen nach unten hin offenen ringförmigen Kanal 70 zu begrenzen. Eine Spule 72 ist in einem Spulenkörper 71 angeordnet und in einem oberen Abschnitt des Kanals 70 plaziert. Eine Diode 73 ist mit der Spule elektrisch verbunden, um das Wechselstromeingangssignal gleichzurichten, so daß es einen Anker 74 nur in einer Richtung antreibt, vorzugsweise in Richtung auf den Stator.

Der Anker 74 hat eine Reihe durchgehender axialer Bohrungen 76 und gleitet in und aus einem unteren Abschnitt des Stators heraus, wenn die Spule erregt ist. Der Anker hat bei seiner Mitte eine sich nach unten erstreckende Nabe 78 mit einer axialen Bohrung 80, die ein Bodenende einer Verbindungsstange 82 mit einer Gewindebohrung aufnimmt, in welche eine Schraube eingeschraubt ist, um eine Mutter 84 zu sichern, die gegen die inneren Ringe der Federn drückt.

Ein zweiter Abstandsring 86 ist rund um die obere Wand 62 des Stators 60 gepaßt und klemmt einen zweiten Stapel von Blattfedern zwischen seiner nach unten hin abgestuften oberen Kante und einer Bodenkante eines zweiten Halterungsbunds 90 ein. Der Halterungsbund 90 hat eine obere ringförmige Wand 92 mit einer zentrischen Öffnung 94 mit einer abgestuften inneren Oberfläche, die eine Bodenkante des Zylinders 42 aufnimmt. Der Kolben 40 hat einen vergrößerten Kopf 96, der eine Ausnehmung begrenzt, die eine Kolbenschale 98 hält, welche mit Hilfe eines Schalenhalters 100 am Kopf 96 fest geklemmt ist. Der Schalenhalter 100 ist mit Hilfe einer Schraube befestigt, die eingeschraubt ist in das obere Ende der Verbindungsstange 82 durch die Bohrung des Kolbenschafts 102.

Der Kolben wird vom Anker angetrieben, wenn die Spule erregt ist, um innerhalb des Zylinders eine Hin- und Herbewegung auszuführen. Die Hublänge beträgt etwa 9 mm (4,5 mm in jeder Richtung) und ist beim oberen Totpunkt etwa 1 Millimeter vom oberen Ende des Zylinders positioniert.

Der Zylinder 42 hat einen oberen Flansch 104, der den Ventilkopf 44 haltert. Der Ventilkopf 44 ist generell scheibenförmig ausgebildet und hat eine Einlaßöffnung 106 und eine Auslaßöffnung 108 in Kommunikation mit der Innenseite des Zylinders 42 und abgedeckt mit Klappenventilen (nicht gezeigt). Eine bogenförmige Wand 110 erstreckt sich nach oben von der Peripherie des Ventilkopfes 44 über die inneren Ablenkplatte 30 hinaus, und eine halbkreisförmige Wand 112 erstreckt sich nach oben über die Bodenkante der halbkreisförmigen Trennwand 34 hinaus. Die Wand 112 enthält eine periphere Nut 114, die eine O-Ringdichtung 116 enthält, um eine Auslaßkammer 118 zu bilden, die vom inneren des Gehäuses isoliert ist und zur Außenseite des Gehäuses hin durch den Nippel 36 belüftet ist. Der Ventilkopf 44 enthält auch drei Federhalterungen 120 (zwei in der Auslaßkammer) zur Halterung von drei zusätzlichen Schraubenfedern 48. Der Ventilkopf 44 hat auch vier von einander beabstandete radiale Laschen 122 mit bodenseitigen Öffnungen zur Aufnahme der oberen Enden von vier Verbindungsstangen 124, deren bodenseitige Enden in Öffnungen im Bodenhalterungsbund 50 angeordnet sind. Die Verbindungsstangen 124 vereinigen somit die oben erwähnten Komponenten.

Der hin- und hergehende Kolben und Anker können veranlassen, daß die Baugruppe innerhalb des Gehäuses vibriert. Das Geräusch und die Bewegung, die damit einhergehen, werden von den Schraubenfedern gedämpft, so daß lediglich eine sehr geringe Vibration auf das Gehäuse übertragen wird. Da aber die Bewegung der Baugruppe größtenteils vom Gehäuse isoliert ist, verursacht die Vibration eine axiale Bewegung des Ventilkopfes in Bezug auf die Gehäusetrennwand. Der O-Ring sorgt für eine Gleitdichtung zwischen der Ventilkopfwand und der Trennwand, um die Auslaßkammer abzudichten.

Die Vibration wird auch durch die beiden Federstapel gemildert. Die Anzahl und Größe der Blattfedern ist in erster Linie eine Funktion der Masse des Kolbens und der Versorgungseingangsfrequenz. Die Federn sind so ausgewählt, daß sie in Kombination (zwischen den beiden Stapeln) zu einer Resonanzfrequenz des Kolbens und der Federn (das heißt des Federmassesystems) führen, die etwa gleich der Eingangsfrequenz ist, das heißt 50 oder 60 Hertz. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist beispielsweise ein Stapel von zwei Federn bei diesem Ort und ein Stapel von drei Federn beim Kolben bei einer 115 Volt/60 Hertz-Anwendung vorhanden, und es ist ein Stapel von drei Federn hier und ein Stapel von vier Federn beim Kolben für eine 230 Volt/50 Hertz-Anwendung vorhanden. Ein Betrieb bei der Resonanzfrequenz verbessert die Effizienz und vermindert Vibration und damit das Geräusch.

5 und 6 zeigen ein alternatives Ausführungsbeispiel der Pumpe, bei dem die Antriebsbaugruppe vom Gehäuse nicht durch Schraubenfedern isoliert ist. Die Gehäuseteile klemmen die Baugruppe zusammen und halten die Auslaßkammerabdichtung zwischen der Gehäusetrennwand und dem Ventilkopf aufrecht. Dieses Ausführungsbeispiel vermeidet die Verbindungsstangen und eliminiert die gleitende Abdichtung, die beim ersten Ausführungsbeispiel beschrieben worden sind. Komponenten dieses Ausführungsbeispiels die mit solchen des oben beschriebenen Ausführungsbeispiels ähnlich sind, sind mit ähnlichen Bezugszeichen belegt, allerdings mit dem Suffix "A".

Insbesondere hat die Axialkolbenpumpe 10A ein kompaktes Gehäuse 12A einschließlich einer Kopfabdeckung 14A und einer Fußabdeckung 16A, die beim Boden des Gehäuses miteinander verbunden sind, vorzugsweise durch Heat-Staking-Pins 150 (Heat-Staking-Verbindungen sind im Stand der Technik bekannt), wobei sich die Pins von der Kopfabdeckung durch entsprechende Öffnungen im Boden der Fußabdeckung erstrecken und somit dauerhaft die Abdeckungen miteinander verbinden. Die Fußabdeckung 16A begrenzt eine kreisförmige, sich nach oben erstreckende Federhalterung 126. Die Kopfabdeckung 14A hat eine Buchse 26A für eine Leitungsschnur als auch eine Lufteinlaßöftnung 18A und eine Luftauslaßöffnung 20A bei entgegengesetzten oberen Seiten.

Die Kopfabdeckung 14A ist ausgebildet mit einer halbkreisförmigen Auslaßtrennwand 34A, die sich von der Oberseite des Gehäuses 12A um ungefähr 12,7 mm (½ Inch) nach unten erstreckt. Die Trennwand 34A ist ausgebildet mit einem generell zylindrischen Nippel 36A, der sich von einer Öffnung 38A in der Trennwand 34A zu der Auslaßöffnung 20A erstreckt, wodurch ein Durchlaß für Auslaßluft zum Entweichen aus dem Gehäuse 12A geschaffen ist. Die Kopfabdeckung 14A ist auch mit einer bogenförmigen Ablenkplatte 128 ausgebildet, die sich von der Oberseite des Gehäuses 12A nach unten erstreckt, und zwar in etwa beim selben Ort und der gleichen Konfiguration wie es für die bogenförmige Wand 110 des Ventilkopfes 44 bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel zutrifft.

Wie beim ersten Ausführungsbeispiel enthält das Gehäuse 12A eine Antriebsbaugruppe einschließlich eines Elektromagneten, eines Kolbens 40A, eines Zylinder/Ventilkopfes 130, die alle konzentrisch um eine Kolbenachse 46A ausgerichtet sind. Eine Blattfederstapel 56A ist zwischen den Federträger 126 und einem Abstandsring 58A geklemmt. Der Abstandsring 58A hat genutete obere und untere Kanten. Die Nut in der unteren Kante ist derart bemessen, daß sie dem Federhalter 126 angepaßt ist, und die obere Nut nimmt die untere Kante eines Stators 60A auf, der eine Spule 72A (wie oben beschrieben umfassend einen Spulenkörper 71A und verbunden mit der Versorgung über eine Diode 73A) und einen Anker 74A umfaßt. Der Anker 74A hat bei seiner Mitte eine sich nach unten erstreckende Nabe 78A mit einer axialen Bohrung 80A. Die Nabe 78A ist längs der Kolbenachse 46A ausgerichtet, wobei sich eine Verbindungsstange 82A durch die Mitte des Stators 60A zwischen dem Anker 74A und einem zweiten Blattfederstapel 88A erstreckt, der bei seinem äußeren Durchmesser zwischen eine periphere Wand 134 des Stators 60A und eine untere Kante des Zylinder/Kolbenkopfes 130 geklemmt ist und der bei seinem inneren Durchmesser zwischen die Hülse 132 und einen Schaft 102A des Kolbens 40A geklemmt ist. Ein Befestigungsmittel 136, das eine vergrößerten Kopf hat und durch den inneren Durchmesser des ersten Blattfederstapels 56A, die Nabe des Ankers 74A, die Hülse 132 und den zweiten Blattfederstapel 88A gesteckt ist, ist in eine Bohrung im Kolbenschaft 102A eingeschraubt. Der Kolben 40A hat einen vergrößerten Kopf 96A, der eine Ausnehmung begrenzt, die eine Kolbenschale 98A hält, welche mittels eines Schalenhalters 100A am Kopf 96A festgeklemmt ist.

Der monolithische Zylinder/Ventilkopf 130 hat einen Zylinderabschnitt 140, in welchem der Kolben 40A hin- und hergeht, und einen plattenförmigen Abschnitt 142 mit einer Einlaßöffnung 106A und eine Auslaßöffnung 108A in Kommunikation mit der Innenseite des Zylinderabschnitts 140 und bedeckt von Klappenventilen (nicht gezeigt), wie es im Stand der Technik bekannt ist. Der Abschnitt 142 liegt fest am untere Ende der Trennwand 34A an, um eine Auslaßkammer vorzusehen. Vorzugsweise umfaßt der Abschnitt 142 eine halbkreisförmige Nut bei seiner oberen Seite, die eine O-Ring-Dichtung enthält, welche von der Trennwand 34A zusammengedrückt wird. Luft tritt aus der Auslaßkammer über einen Nippel 36A aus.

7 bis 11 zeigen ein anderes Ausführungsbeispiel, das dem zuletzt beschriebenen Ausführungsbeispiel ähnlich ist, bei dem die Antriebsbaugruppe zusammengeklemmt ist zwischen die Gehäuseteile und bei dem das Gehäuse eine integrale Auslaßkammer hat, allerdings mit einer unterschiedlichen Konfiguration. Komponenten diese Ausführungsbeispiels, die mit denjenigen der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele ähnlich sind, sind mit ähnlichen Bezugszeichen belegt, allerdings mit dem Suffix "B".

Insbesondere hat die Axialkolbenpumpe 10B eine kompaktes Gehäuse 12B einschließlich einer Kopfabdeckung 14B und einer Fußabdeckung 16B, die beim Boden des Gehäuses miteinander verbunden sind, vorzugsweise mit Hilfe von Heat-Staking-Pins 150B, die sich von der Kopfabdeckung durch entsprechende Öffnungen im Boden der Fußabdeckung erstrecken und auf diese Weise die Abdeckungen permanent verbinden. Die Fußabdeckung 16B ist ausgebildet mit einem Ring aus nach oben stehenden Elementen, die einen kreisförmigen Federhalter 126B definieren. Die Fußabdeckung 16B hat eine Öffnung für eine Versorgungsleitungsschnur 200, und die Kopfabdeckung 14B hat eine Öffnung für einen Ein/Aus-Schalter 202 als auch eine Lufteinlaßöffnung 18B und eine Luftauslaßöffnung 20B auf entgegengesetzten oberen Seiten. Die Kopfabdeckung 14B definiert auch drei Beine 203 mit rutschfesten Füssen 205, die sich von einer Seite aus erstrecken.

Die Kopfabdeckung 14B ist mit einer Auslaßtrennwand 34B ausgebildet, die sich von der Oberseite des Gehäuses 12B um etwa 12,7 mm (½ Inch) nach unten erstreckt. Die Trennwand 34B ist generell rechteckförmig oder quadratisch und viel kleiner als in den oben erwähnten Ausführungsbeispielen. Ein generell zylindrischer Nippel 36B erstreckt sich von einer Öffnung 38B in der Trennwand 34B zu der Auslaßöffnung 20B und schafft dabei einen Durchlaß für Auslaßluft zum Austritt aus dem Gehäuse 12B. Die Kopfabdeckung 14B ist auch mit einer bogenförmigen Ablenkplatte 128B ausgebildet, die sich von der Oberseite des Gehäuses 12B nach unten erstreckt. Die Einlaßöffnung 18B ist bei diesem Ausführungsbeispiel am oberen Ende der Kopfabdeckung. Insbesondere ist eine Einlaßkappe 216 in die Einlaßöffnung in der Oberseite der Kopfabdeckung eingeschnappt. Die Kappe 216 hat eine Mehrzahl kleinerer Öffnungen, die den Eintritt von Luft in die Einlaßkammer gestatten, die teilweise durch die bogenförmige Ablenkplatte begrenzt ist. Wie oben ist die Einlaßkammer vom Inneren des Gehäuses nicht abgeschlossen, so daß Luft durch das Gehäuse zirkulieren kann. Dies kühlt ebenso wie eine Rippenlüftung 218 und Lüftungsöffnungen 219 längs entgegengesetzter Seiten der Kopfabdeckung die internen Komponenten.

Wie bei den anderen beschriebenen Ausführungsbeispielen enthält das Gehäuse 12B eine Antriebsbaugruppe mit einem Elektromagneten und einem Kolben 40B, obgleich hier der Zylinder eine Aluminiumhülse 210 ist, die von einem Ventilkopf 212 aus Kunststoff getrennt ist. Die Komponenten sind konzentrisch um eine Kolbenachse 46B herum ausgerichtet. Ein Blattfederstapel 56B (einer gezeigt) ist zwischen den Federhalter 126B und einen Abstandsring 58B geklemmt. Der Abstandsring 58B hat genutete obere und untere Kanten. Die Nut in der oberen Kante ist dem Federhalter 126B angepaßt, und die obere Nut nimmt die untere Kante eines Stators 60B auf, der eine Spule 72B (wie oben beschrieben aufweisend einen Spulenkörper 71B und verbunden mit der Versorgung über eine Diode 73B) und einen Anker 74B umfaßt. Der Anker 74B hat bei seiner Mitte eine sich nach unten erstreckende Nabe 78B mit einer axialen Bohrung 80B. Die Nabe 78B ist längs der Kolbenachse 46B mit einer Hülse 132B ausgerichtet, die sich durch die Mitte des Stators 60B zwischen dem Anker 74B und einem zweiten Blattfederstapel 88B erstreckt, der bei seinem Aussendurchmesser zwischen Abstandhaltern 220 und einem Bund 222 eingeklemmt ist. Der Abstandhalter 222 hat eine genutete zentrische Bohrung, in die ein unteres Ende der Zylinderhülse 210 eingepaßt ist. Das obere Ende der Zylinderhülse ist in eine kreisförmige Nut in der untere Seite des Ventilkopfes 212 eingepaßt. Der Federstapel 88B ist bei seinem inneren Durchmesser zwischen die Hülse 210 und einen Schaft 102B des Kolbens 40B geklemmt. Ein Befestigungsmittel 136B, das einen vergrößerten Kopf hat und durch den Innendurchmesser des ersten Blattfederstapels 56B, die Nabe des Ankers 74B, die Hülse 210 und den zweiten Blattfederstapel 88B geschoben ist, ist in eine Bohrung im Kolbenschaft 102B eingeschraubt. Der Kolben 40B hat einen vergrößerten Kopf 96B, der eine Ausnehmung begrenzt, die eine Kolbenschale 98B aufnimmt, die mittels eines Schalenhalters 100B am Kopf 96B festgeklemmt ist.

Der generell quadratische Ventilkopf hat eine Einlaßöffnung 106B und eine Auslaßöffnung 108B in Kommunikation mit dem Inneren der Zylinderhülse und abgedeckt mit Klappenventilen (nicht gezeigt), wie es im Stand der Technik bekannt ist. Der Ventilkopf liegt fest am unteren Ende der Trennwand 34B an, um eine Auslaßkammer auszubilden. Obgleich es nicht dargestellt ist, kann eine elastische Dichtung zwischen dem Ventilkopf und der Trennwand angeordnet sein, um die Auslaßkammer abzudichten. Luft verläßt die Auslaßkammer über den Nippel 36B.

Die Erfindung schafft somit eine kompakte Axialkolbenpumpe mit einem geringen Ausmaß an Vibration und Geräusch, wie es insbesondere zur Anwendung in einer medizinischen Vernebelungsvorrichtung erwünscht ist. Die Antriebsbaugruppe kann im Gehäuse mittels Federstapel und oberen und unteren Federhaltern aufgehängt sein, um das Gehäuse gegenüber Vibration zu isolieren, die durch die hin- und hergehenden Bauelemente der Baugruppe verursacht wird, und um auf diese Weise Geräusche zu reduzieren. Die Federn sind derart ausgewählt, daß das Federmassesystem eine Resonanzfrequenz von annähernd der Eingabefrequenz hat, wodurch die Effizienz verbessert und Vibrationen und Geräusche vermindert werden. Zusätzlich wird die Einlaßluft durch den Gehäusehohlraum mit Hilfe von Einlaßablenkplatten abgelenkt, die im Gehäuse ausgebildet sind, um Geräusche weiter zu vermindern als auch die Antriebsbaugruppenkomponenten zu kühlen. Die einzigartige Auslaßkammerkonstruktion der Pumpe, die durch eine Trennwand des Gehäuses und eine dazu passende Wand des Ventilkopfes verwirklicht ist, vereinfacht die Baugruppe und reduziert die Kosten durch Beseitigung des Erfordernisses nach separaten Auslaßleitungen.

Veranschaulichende Ausführungsbeispiele der Erfindung sind oben im Detail beschrieben worden. die Erfindung ist allerdings auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele nicht beschränkt. So liegt es beispielsweise im Rahmen der Erfindung die oben beschriebenen Blattfedern durch andere Federelemente zu ersetzten, beispielsweise durch Druckfedern oder energieabsorbierende Bauelemente, die aus in geeigneter Weise federnden oder elastischen Werkstoffen hergestellt sind, wie beispielsweise Gummi oder Schaumstoff. Zur Bestimmung des vollen Schutzumfangs der Erfindung sollte auf die nachstehenden Ansprüche Bezug genommen werden.

Zusammenfassend enthält eine Vernebelungspumpe eine Axialzylinder- und Kolbenanordnung und einen Elektromagneten mit einem Stator und einem Anker, der den Kolben zur Hin- und Herbewegung innerhalb des Zylinders antreibt. Das Pumpengehäuse hat eine damit eine Einheit bildende Trennwand, die eine Auslaßkammer in Kombination mit dem Ventilkopf begrenzt, der Luft bei der Einlaßöffnung von Luft bei der Auslaßöffnung trennt. Die gesamte Baugruppe kann durch das Gehäuse zusammengeklemmt sein, oder sie kann separat geklemmt und vom Gehäuse durch Schraubenfedern isoliert sein.


Anspruch[de]
  1. Axialkolbenpumpe zur Verwendung mit einem Vernebler, aufweisend einen Zylinder und eine Kolben, die längs einer Kolbenachse angeordnet sind, und einen Elektromagneten mit einem Stator enthaltend eine Drahtspule zum Antrieb eines Ankers, der mit dem Kolben verbunden ist, um den Kolben innerhalb des Zylinders längs der Kolbenachse hin- und her zu bewegen und Luft durch einen Ventilkopf zu leiten, der eine Einlaßöffnung und eine Auslaßöffnung hat, die in Kommunikation mit dem Zylinder und jeweiligen Einlaß- und Auslaßöffnungen eines Gehäuses stehen, welches Gehäuse eine Trennwand aufweist, die in Kombination mit dem Ventilkopf eine Auslaßkammer begrenzt, um Luft bei der Auslaßöffnung von Luft bei der Einlaßöffnung zu trennen, und welches Gehäuse einen Auslaß begrenzt, der in Kommunikation mit der Auslaßkammer und der Außenseite des Gehäuses steht.
  2. Pumpe nach Anspruch 1, bei der der Ventilkopf bezüglich des Gehäuses beweglich ist und mit der Trennwand gleitend dichtet.
  3. Pumpe nach Anspruch 2, bei der der Ventilkopf eine Wand begrenzt, die seine Auslaßöffnung umgibt und die sich angrenzend an die Trennwand so erstreckt, daß sie die Trennwand axial überlappt.
  4. Pumpe nach Anspruch 3, ferner enthaltend eine Dichtung, die zwischen der Gehäusetrennwand und dem Ventilkopf angeordnet ist.
  5. Pumpe nach Anspruch 4, bei der die Dichtung ein O-Ring ist, der in einer peripheren Nut in der Ventilkopfwand angeordnet ist.
  6. Pumpe nach Anspruch 5, bei der die Ventilkopfwand und die Gehäusetrennwand im wesentlichen halbkreisförmig ausgebildet sind.
  7. Pumpe nach Anspruch 1, ferner enthaltend eine Dichtung, die zum Abdichten der Auslaßkammer zwischen der Trennwand und dem Ventilkopf angeordnet ist.
  8. Pumpe nach Anspruch 1, bei der das Gehäuse ferner einen Einlaß begrenzt, der in Kommunikation mit dem Äußeren des Gehäuses und einem Innenraum des Gehäuses und der Einlaßöffnung ist, und bei der das Gehäuse ferner eine Ablenkplatte begrenzt, die zur Unterbrechung der Strömung zwischen dem Einlaß und der Einlaßöffnung angeordnet ist.
  9. Pumpe nach Anspruch 2, bei der der Kolben und der Anker vom Gehäuse durch eine oder mehrere Federn isoliert sind.
  10. Pumpe nach Anspruch 1, bei der das Gehäuse ein erstes Gehäuseteil und ein zweites Gehäuseteil aufweist, wobei das erste und das zweite Gehäuseteil zur Ausbildung der Auslaßkammer die Trennwand und den Ventilkopf zusammenklemmen.
Es folgen 5 Blatt Zeichnungen






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