DD264483A1 - Elektromagnetische kolbenpumpe zum foerdern einer fluessigkeit - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Kolbenpumpe zum Foerdern einer Fluessigkeit und findet als Kleinstkolbenpumpe mit hoher Leistungsfaehigkeit, insbesondere als Bestandteil einer Gesamtanordnung mit niedriger Bauhoehe innerhalb eines Fluessigkeitskreislaufes Anwendung. Die wesentlichen Merkmale der Erfindung bestehen darin, dass eine mit einer Grund- sowie Deckplatte versehene Anordnung im Mittelpunkt einen Arbeitszylinder mit einem magnetisch leitfaehigen Kolben aufweist, der zum Foerdern einer Fluessigkeit in einem zwischen einer Eintritts- sowie Austrittsoeffnung liegenden Zylinderraum angeordnet ist, dass vom Mittelpunkt aus radial um den Arbeitszylinder in gleichen Winkeln auf der Grundplatte eine erste bis n-te auf den Kolben einwirkende Magnetspule angebracht ist und dass jeweils ein in der ersten bis n-ten Magnetspule angeordneter Spulenkern ueber einen ersten sowie zweiten magnetischen Rueckschluss mit dem magnetisch nicht leitfaehigen Arbeitszylinder verbunden ist.

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf Kolbenpumpen zum Fördern von Flüssigkeiten, die als Antrieb einen Elektromagneten benutzen. Sie findet als Kleinkolbenptimpe mit hoher Leistungsfähigkeit, insbesondere als Bestandteil eines Kühlkreislaufes auf einer Gesamtanordnung mit niedriger Bauhöhe Anwendung.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bekannt sind elektromagnetische Kolbenpumpen, deren abgeschlossener Zylinderraum durch einen schwingenden Anker abwechselnd vergrößert und verkleinert wird und bei denon der schwingrno'o Anker sogleich der Pumpenkolben ist. Die Hinbewegung geschieht durch Magnetkraft und die Rückbewegung durch eine Feder. Die Pumpe ist von einer Magnetspule umgeben, so daß der Kolben in ihrem Inneren schwingt, wobei zur Gewährleistung einer akzeptablen Pumpkraft, die Unterbrechung des magnetischen Rückschlusses im Spuleninneren kleiner als die axiale Abmessung der Spulo ist. In der DE-OS 2734859 ist eine Treibstoffpumpe vorgeschlagen, deren Aufbau stellvertretend für die oben genannten Pumpenmerkmale ist. Nachteilig wirkt sich bei diesen Lösungen einerseits der mittels einer Feder mechanisch vorgespannte Kolben und andererseits der, gegenüber der gegebenen Magnetspulenlänge, relativ knive Kolbenhub aus. Bekannt ist weiterhin eine DE-OS 3132897, in der eine Ausführungsvariante zur Förderung einer Flüssigkeit offenbart wird, bei der zur Hin- und Rückbewegung des Kolbens jeweils eine Magnetspule zur Anwendung kommt. Die beiden Spulen sind axial in einem Abstand voneinander angeordnet und führen in ihrem Inneren einen frei beweglichen Kolben. Eine Steigerung des Pumpvolumens oder der Pumpkraft, also der Pumpleistung führt bei der vorgeschlagenen Anordnung zur Vergrößerung der axialen sowie radialen Abmessungen. Eine weitere Ausführungsform zur Erhöhung der Pumpkraft zeigt eino Anordnung mit zwei starr auf Abstand verbundenen Kolben und den zwei dazugehörigen Spulenpaaren. Dabei tragen beido Kolben zum Fördorn der Flüssigkeit bei.

Nachteilig wirkt sich bei dieser Anordnung aus, daß zur Vergrößerung der Pumpkraft ein zweiter Kolben und ein zweites Spulenpaar benötigt werden und somit ein erhöhter Materialaufwand nötig ist. Die Masse dos schwingenden Organs führt zu erhöhter Vibrationsbelastung der Gesamtanordnung Weiterhin ist auch bei dieser Förderpumpe der Hub des Schwingankers kleiner als die axiale Abmessung der ihn antreibenden Magnetspule

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Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist eine zuverlässige und betriebssichere elektromagnetische Pumpe, die weiterhin eine Senkung dos Materialeinsatzes gewährleistet.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zug. unde, eine konstruktiv einfache Kolbenpumpe zur Förderung von Flüssigkeiten mit hoher Leistungsfähigkeit zu entwickeln, wobei kleinste axiale Pumpenabmessungen einzuhalten sind. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein mit einer Grund- und Deckplatte versehene Anordnung im Mittelpunkt einen Arbeitszylinder mit einem magnetisch leitfähigen Kolben aufweist, der zum Fördern einer Flüssigkeit in einem zwischen einer Ein- sowie Austrittsöffnung liegenden Zylinderraum angeordnet ist. Vom Mittelpunkt aus ist radial um den Arbeitszylinder in gleichen Winkeln auf der Grundplatte eine erste bis n-te auf den Kolben einwirkende Magnetopule angebracht. Die Achsen der Spulen liegen parallel zur Achse des Zylinders und senkrecht zur Grundplatte. Woiterhin Ist jeweils ein in der ersten bis η-ten Magnetspule angeordneter Spulenkern über einen ersten sowie zweiten magnetischen Rückschluß mit dem Arbeitszylinder verbunden. Die magnetischen Kreise der Spulen werden von dem Arbeitszylinder, der aus magnetisch nicht leitfähigem Material besteht, unterbrochen. Dabei wird der Unterbrechung des η-ten magnetischen Kreises das n-te Teilstück des Arbeitszylinders zugeordnet, sodaß die Summe der ersten bis η-ten Unterbrechungen, deren Längen übereinstimmen, den Gesamthub und damit die Länge des Arbeitszylinders ergeben. Somit treibt jede der η Magnetspulen den Kolben in dem ihr zugeordneten Teilstück des Arbeitszylinders an und führt einen Teilhub aus. Hierzu sind die η Magnetspulen unter Verwendung einer elektromagnetischen Schaltung nacheinander so anzusteuern, daß dio η-ten Teilhübe der Reihenfolge nach den Gesamthub ergeben. Der Kolben, aus einem magnetisch weichem Material bestehend, ist durch den Flüssigkeitsfilm zwischen der Zylinderaußen und -innenwand gut gleitend in dem Arbeitszylinder gelagert.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Lösung wird nachfolgend beschrieben. Durch Zuschalten einer der Magnetspulen an eine Erregerspannung wird in ihr ein magnetisches Feld aufgebaut, dessen Richtungssinn für die Funktionsweise der Pumpenanordnung belanglos ist. Der von dem Feld angetriebene Fluß wird über die magnetischen Rückschlüsse an den Arbeitszylinder geführt und von ihm, dadurch, daß er aus magnetisch nicht leitfähigem Material besteht, unterbrochen. Die Magnetspule ist bestrebt, um ihre Induktivität zu erhöhen, den magnetischen Widerstand zu verkleinern. Der dabei an den Trennflächen der magnetischen Rückschlüsse am Arbeitszylinder entstehende Längszug ist bestrebt den Eisenweg zu verlängern und wird auf den Kolben solange eine Kraft ausüben, bis durch ihn die Unterbrechung des magnetischen Rückschlusses aufgehoben ist. Anschließend wird die Magnetspule von der Erregerspannung getrennt und die nebenliegende zugeschaltet, so daß der Kolben, jetzt den Eisenweg dieser Magnetopule verlängernd, entsprechend weiterbewegt wird. Somit setzt sich ein Gesamthub aus einer Anzahl von Teilhüben zusammen. Ist durch weiteres Fortschalton der Spulen die vollständige Hinbewegung des Kolbens abgeschlossen, wird durch umgekehrte Reihenfolge des Zuschaltons der Magnetspulen die Herbewegung bewirkt.

In vorteilhafter Woise stellt die erfindungsgemälie Lösung bereits unter Verwendung nur eines Kolbens und von mindestens zwei Magnetspulen eine Erhöhung der Leistungsfähigkeit zum Fördern von Flüssigkeiten dar.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen mit η Magnetspulen steigern die Pumpleistung bei Einhaltung der axialen Abmessung der Gesamtanordnung. Dadurch ergeben sich auch günstige Einsparungen an Material bezüglich der Kolbenmaße und Windungslängen der η Magnetspulen. Die Verringerung der Kolbenmaße und der Schwingfrequenz bei gleicher Fördermenge senkt die Vibrationsbelastung der Gesamtanordnung.

Von Vorteil ist auch die niedrige Einbauhöhe der konstruktiv sowie fertigungstechnisch einfachen Lösung, die wartungsfrei ist und einem geringen Verschleiß unterliegt.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an Ausführ jngsbeispielen erläutert werden. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1: im Längsschnitt den Arbeitszylinder mit ungeschnittenom Kolben Fig. 2: die Draufsicht einer Ausführungsform mit vier Magnetspulen

Eine einfache Form der Realisierung der erfi ldungsgemäßen Lösung ist eine nicht dargestellte Ausführungsform mit einem Kolben und zwei Magnetspulen. Zwischen einer Deck- sowie Grundplatte, die aus magnt sch nicht leitfähigem Material bestehen, sind die zwei Magnetspulen montiert. Der Arbeitszylinder, für den ebenfalls magnetisch nicht leitfähiges Material verwendet wird, befindet sich zwischen den Magnetspulen auf halben Abstand. Dio Achse des Arbeitszylinders liegt parallel zu den Achsen der Map.ietspulen.

Fig. 1 führt die Gestalt mg der magnetisch weichen Rückschlüsse 6.1,.... 6.n aus und zeigt den im Arbeitszylinder 1Ί frei beweglichen, magnetisch weichen Kolben 10. Auf die Darstellung von Ventilen wird vorzichtet. Die Pumpe ist geeignet bei entsprechender Ausgestaltung der Ventile, in jeder Bewegungsrichtung einen Arboitshub zu verrichten. Zum Anschluß von entsprechenden Schläuchen erhält der Arbeitszylinder 11 an jodorn Ende einen Zapfen 9.1,9.2. Die eingebrachten Federringo 8.1, 8.2 hindern den Kolben 10 am Verlassen dos Arbeitszylinders 11 bei abgeschalteter Pumpe und am oventuellon überschwingen durch zu hoch gewählte Pumpfrequenz. Auf ihrem Träger ist die Pumpe mittels dor Gummipuffer 5.1,..., 5.4 montiert. Der magnetische Kreis Φ der η-ten Magnetspule, der den Arbeitszylinder 11 umschließt und von diesem magnetisch unterbrochen wird, sowie aus den magnetischen Rückschlüssen 6.1,..., 6.n und dom Spulenkern 4.n besteht, ist durch Material und Geometrie so bemessen, daß er einen hohen magnetischen Fluß gewährleistet. Eine geeignete elektronische Schaltung steuert die Magnetspulen wechselseitig an, so daß der Kolben oine schwingende Bewegung ausführt. Die Pumpe eignet sich sehr gut zur Miniaturisierung. Sie unterliegt geringstem Vorschleiß und ist wartungsfrei. Bei dor Wahl von entsprechenden Werkstoffen für den Arbeitszylinder und den Kolben ist sie für die Modiz'ntechnik ebenso wie für die Lebensmittelindustrie geeignet. Fig.2 zeigt die Draufsicht einer Ausführunpsform mit vier Magnetspulen. Ohne die Höhe der Gesamtanordnung, die im Wesentlichen von der Spulenlänge bestimmt wird, gegenüber der Ausfü. -ungsform mit zwei Magnetspulon zu verändern, ist diese Pumpe durch erheblichen Loistungszuwachs gekennzeichnet. Sie verfügt über die vierfache Pumpkraft, ein anderthalbfaches Pumpvolumen und einen um die Hälfte in soinor Längonabmossung und soinem Gewicht reduzierten Kolben 10. Diese Pumpe eignet sich durch ihre Form für Anwendungen, in denen eine geringe Einbauhöhe und ein hohos Maß an Pumpkraft gefordert sind. Beispielsweise kann sie auf elektronischen Baugruppen zur Unterstützung derer lokaler Flüssigkeitskühlkroisläufe implementiert worden.

Claims (4)

1. Elektromagnetische Kolbenpumpe zum Fördern einer Flüssigkeit unter Verwendung eines in einem Arbeitszylinder beweglichen Kolbens, wobei die Bewegung des Kolbens auf die Änderung des magnetischen Widerstandes zurückzuführen ist, gekennzeichnet dadurch, daß

— eine mit einer Deck- sowie Grundplatte (1; 2) versehene Anordnung im Mittelpunkt den Arbeitszylinder (11) mit einem Kolben (10) aufweist, der zum Fördern einer Flüssigkeit in einem zwischen einer Eintritts- und Austrittsöffnung (7.1; 7.2) liegenden Zylinderraum angeordnet ist,

— vom Mittelpunkt aus radial um den Arbeitszylinder (11) in gleichen Winkeln auf der Grundplatte (2) eine erste bis n-te auf den Kolben einwirkende Magnetspule (3,1;...; 3.n) angebracht ist.

— jeweils in der ersten bis η-ten Magnetspule (3.1;... 3.n) angeordneter Spulenkern (4.1;...; 4.n) über einen ersten sowie zweiten magnetischen Rückschluß (6.1;...; 6.n) mit dem Vbeitszylinder (11) verbunden ist.

2. Elektromagnetische? Kolbenpumpe nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Achsen der ersten bis η-ten Magnetspulen (3.1;...; 3.n) jeweils parallel zur Achse des Arbeitszylinders (11) und senkrecht zur Grundplatte (2) angeordnet sind.

3. Elektromagnetische Kolbenpumpe nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß der Arbeitszylinder (11) aus magnetisch nicht leitfähigem Material besteht.

4. Elektromagnetische Kolbenpumpe nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Kolben (10) und die magnetischen Rückschlüsse (6.1;...; 6.n) aus magnetisch weichem Material bestehen.