DD297901A7 - Magnetische pumpe - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine magnetische Pumpe unter Verwendung ferromagnetischer Fluessigkeit. Aufgabengemaesz soll die ferromagnetische Fluessigkeit anstelle der ueblichen Maschinenelemente die UEbertragung der Energie auf das zu pumpende Medium uebernehmen. Erfindungsgemaesz geschieht dies, indem in einem langgestreckten Hohlkoerper mit Ein- und Auslasz Pfropfen aus ferromagnetischer Fluessigkeit mittels Magnetfeldern verfestig- und bewegbar sind. Zweckmaeszig ist ein Dauermagnetsystem zur Verfestigung der Pfropfen im Ruhezustand und eine Spule zur Erzeugung eines ortsveraenderlichen, gegenueber demjenigen des Dauermagnetsystems staerkeren Magnetfeldes vorgesehen. Fig.{magnetisch, Pumpe; ferromagnetisch, Fluessigkeit; Hohlkoerper; Einlasz; Auslasz; Pfropfen; Ringspule; Dauermagnet; Bewegen}

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine magnetische Pumpe universeller Anwendbarkeit unter Verwendung ferromagnetischer Flüssigkeit, die eine Energieübertragung auf das zu pumpende Medium ermöglicht.

Die Pumpe ist anwendbar für flüssige und gasförmige Medien, Schüttgüter und Suspensionen, und zwar zur Druckerzeugung und Förderung der genannten Medien, zu deren Umwälzung oder auch zur Dosierung, z.B. Filteraschedosierung in Kohlekraftwerken, Zementindustrie, wobei auch gefährliche oder aggressive Eigenschaften dieser Medien toleriert werden können.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Am bekanntesten und am weitesten verbreitet sind Pumpen, bei denen entsprechend gestaltete Maschinenelemente das Medium durch Verdrängung fördern bzw. dessen Druck erhöhen (Kolbenpumpen, Membranpumpen, Zahnradpumpen). Weit verbreitet sind auch Kreiselpumpen, bei denen ein Laufrad dem Medium kinetische Energie überträgt, die in einer nachgeordneten Baugruppe (Diffusor) in statischen Druck und damit Förderleistung umgewandelt wird. Diese Pumpen haben folgende Nachteile: Schlechter Wirkungsgrad infolge Festkörperreibung, Berührung vieler Maschinenelemente mit dem zu fördernden Medium, das aggressiv oder sonstwie gefährlich sein kann, komplizierter Aufwand und entsprechend häufige und komplizierte Wartungs- und Reparaturarbeiten, Geräuschbildung.

Diese Nachteile werden zumindest teilweise durch Pumpen beseitigt, bei denen nicht ein Festkörper-Maschinenelement die Förderung/Druckerhöhung bewirkt, sondern ein gasförmiges oder flüssiges Hilfsmedium (Druckluft-, Gas- und Wasserstrahlpumpen). Sie versagen bei der Förderung von Schüttgütern oder wenn ein Kontakt zwischen Hilfs- und zu förderndem Medium unerwünscht ist, wie beispielsweise in der chemischen Industrie.

Schließlich gibt es in Gestalt der elektromagnetischen Pumpen eine technische Lösung, wo ein Magnetfeld und ein elektrischer Strom direkt, ohne jegliche Energieumwandlung die Förderung des Mediums bewirken. Ihre praktische Anwendung ist aber auf elektrisch leitfähige Flüssigkeiten beschränkt (beispielsweise flüssiges Natrium in den Kühlkreisläufen von Kernenergieanlagen) und eine Verschlechterung des Gesamtwirkungsgrades ist dadurch zu erwarten, daß die Elektroenergie in der Form extrem niedriger Spannung und extrem hoher Strom benötigt wird, die im gegenwärtigen Energieverteilungssystem recht ungewöhnlich ist und ggf. mehrfache Energiewandlungen erfordert.

Ähnliches gilt für eine elektromagnetische Induktionspumpe (SU 210622), bestehend aus dem Gehäuse, dem Induktor und einem Kanal, dadurch gekennzeichnet, daß der Induktor zur Vereinfachung des Pumpenanlaufes ausgeführt ist.

Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß man einen ringförmigen Magneten beweglich angeordnet hat und ihn längs des Pumpenkanals verschieben kann.

In der SU 505819 wird in einer als hydraulischem Antrieb genutzten Pumpe eine magnetische Flüssigkeit verwendet, deren Viskosität unter dem Einfluß eines magnetischen Feldes verändert werden kann.

Es sind auch verschiedene Anwendungen ferromagnetischer Flüssigkeiten in Pumpen bekannt, aber sämtlich in anderer Funktion als bei der Erfindung und in Verbindung mit den oben erwähnten Maschinenelementen, die ihrerseits erst Kontakt mit dem zu pumpenden Medium haben. So ist es bekannt, Verdrängerkolben von Pumpen durch ferromagnetische Flüssigkeiten anzutreiben (SU 505819; US 4129795), eine Schlauchpumpe von außen durch ferromagnetische Flüssigkeit anzutreiben, wobei zugleich auch noch Ventilfunktionen erfüllt werden (US 4053952) oder schließlich eine Kreiselpumpe an ihrem Umfang mittels ferromagnetischer Flüssigkeiten gesteuert mit einem Antrieb zu kuppeln (US 4050851 entsprechend DE 2645305). Nach SU 907300 ist eine Peristaltikpumpe beschrieben, wo mit Hilfe eines umlaufenden Magnetfeldes und einer magnetischen Flüssigkeit von „außen" auf einen ringförmig angebotenen Schlauch eingewirkt und ein Druck zur Förderung eines Mediums erzeugt wird. Auch hier besteht der Nachteil darin, daß zwischen der magnetischen Flüssigkeit und dem zu fördernden Medium ein Bauelement angeordnet ist, das verformt v. .'en muß.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Überwindung der geschilderten Mängel des Standes der Technik mit einfachen, für viele Anwendungsfälle geeigneten Mitteln.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine magnetische Pumpe zu schaffen, bei der eine ferromagnetische Flüssigkeit

anstelle der üblichen Maschinenelemente oder Medien zur Übertragung der Energie auf das zu pumpende Medium dient.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst, indem in einem langgestreckten Hohlkörper mit Ein- und Auslaß Pfropfen aus ferromagnetischer Flüssigkeit mittels Magnetfeldern verfestig- und bewegbar .und.

Zweckmäßig ist es, wenn ein festes Dauermagnetsystem zum Halten der Pfrop' in im Ruhezustand und eine Spule zur Erzeugung eines ortsveränderlichen, gegenüber demjenigen des Dauermagnetsystems stärkeren Magnetfeldes zum Fortbewegen der Pfropfen' jrgesehen sind.

Weiter ist es zweckmäßig, wenn der langgestreckte Körper Rir gform aufweist, worin mindestens zwei Pfropfen unabhängig voneinander verfestig- und bewegbar sind. Im Falle mehrerer Pfropfen müssen Ein- und Auslaß umfangmäßig mindestens soweit voneinander entfernt sein, daß auch zwischen ihnen zwei Pfropfen aufrechterhaltbar sind.

Zur Konzentration des Magnetfeldes ur d zur erhöhten Stabilisierung der Pfropfen ist es zweckmäßig, innerhalb der Pfropfen Eisenkerne anzuordnen.

Die ferromagnetische flüssigkeit in Form der Ffropfen übernimmt hierbei die Funktion von Kolben. Um sie wie gewünscht in Bewegung zu setzen, muß eine Ringspule so angesteuert werden, daß sich in der Bewegungsrichtung das Magnetfeld aufbaut und in gleichem Maße hinter dem bewegten Pfropfen wieder abbaut.

Bei den Ausführungen mit mehreren Pfropfen, wie sie im Ausführungsbeispiel näher beschrieben werden, übernehmen die Pfropfen zusätzlich noch die Funktion von Rückschlagklappen bzw. Ventilen.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung w.-ri nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher orläutert. Die beigefügte Zeichnung beinhaltet die schematische Darstellung einer magnetischen Pumpe (Fig. 1). Zwei Pfropfen 1 und 2 aus ferromagnetischer Flüssigkeit sind in einem hohlen Ring 3 mit Einlaß 4 und Auslaß 5 durch eine Anordnung von Dauermagneten 6 im Aus- und evtl. Havariezustand verfestig- und mittels einer Ringspule 7 im verfestigten Zustand bewegbar. Die Ringspule 7 muß ein stärkeres Feld erzeugen als die Dauermagnete 6 und übor eine Vielzahl von Anschlüssen (von denen zur Vereinfachung nur der nach unten führende Sektor dargestellt ist) jeweils in Bewegungsrichtung (durch Pfeil im hohlen Ring 3 gekennzaichnet) in kleinen Schritten sukzessiv vor den Pfropfen 1 und 2 ein Feld aufbauen und hinter ihnen wieder abbauen. Das Abbauen ist genau so wichtig, wie das Aufbauen, damit die beiden Pfropfen 1 und 2 nicht verschmelzer·, vas nicht die Pumpfunktion, wohl aber die Rückschlagventilfunktion zunichte machen würde. Dieses Fortschalten des Feldes erfolgt analog zu den sogenannten CCD-(charges coupled devices) oder Eimerkettenschaltungen, so daß eine solche unter Position 8 hier zur Steuerung vorgesehen wurde. Ein evtl. erforderlicher Leistungsverstärker wurde nicht dargestellt. Die Wirkungsweise soll nun in 8 zyklisch ablaufenden Phasen dargestellt werden:

1) Die Pfropfen 1 und 2 befinden sich in Ausgangsstellung A und B gehalten durch die Dauermagnete 6 und ggf. auch durch schon eingeschaltete Ringspcle 7.

2) Das zu fördernde und/oder zu verdichtende Medium fließt durch den Einlaß 4 in den hohlen Ring 3 und füllt den Raum zwischen D und C aus.

3) Nun tritt die Steuerung in Gestalt der CCD-Schaltung 8 in Funktion und bewegt den Pfropfen 1 im Uhrzeigersinn bis zum Punkt C und drückt das Medium durch den Auslaß 5.

4) Gleichzeitig bewegt sich der Pfropfen 2 zum Punkt B.

5) Der Pfropfen 1 bewegt sich über den Auslaß 5 zum Punkt B.

6) In dieser Stellung der Pfropfen 1 und 2 füllt sich der Raum zwischen D und C wieder auf mit dem zu fördernden Medium.

7) Der Pfropfen 2 bewegt sich von Punkt /. 2u C und drückt das Medium durch den Auslaß 5.

8) Der Pfropfen 1 bowegt sich zum Punkt A und der Pfropfen 2 zum Punkt B, womit die Ausgangslage wieder erreicht ist. Ais Material für den hohlen Ring 3 muß nichtmagnetisches Material, beispielsweise Plaste, technische Keramik oder Glas eingesetzt werden.

Die Arbeitsweise der Pumpe ist von ihrer Lage im Raum umbhäiigig. Sie kann durch entsprechende Steuerung in beiden Drehrichtungen betrieben werden.

Bei Stromausfall oder im ausgeschalteten Zustand werden die Pfropfen 1 und 2 durch ein System von Dauermagneten 6 fixiert. Die beschriebene Anordnung kann je nach Verwendungszweck variiert werden. Als Umwälzpumpe füllt das zu fördernde Medium den Raum zwischen D und C von Anfang aus. Als Druck- oder Süffelpumpe (Schmutzwasserpumpe) verschließen die Pfropfen 1 und 2 im Ruhezustand den Einlaß 4 und den Auslaß 5 verhindern zum einen einen Druckabfall hinter der Pumpe und zum anderen ein Fließen des Mediums vom Einlaß 4 zum Auslaß 5, oder ohne Pumpbewegung. Beim Anlauf der Pumpe vollführt de' Pfropfen 1 eine Umdrehung, ohne Medium zu fördern. Die Förderung beginnt mit dem Umlauf des Pfropfens 2. So kann die Pumpe auch als Gasverdichter arbeiten.

Prinzipiell kann die Ring-Ausführung auch zur Förderung von Schüttgütern, also als Förderband eingesetzt werden. Man arbeitet dann vorzugsweise mit einer größeren Anzahl Propfen, was auch eine entsprechende Anzahl Dauermagnetsysteme erfordert, aberzugleich den Vorteil hat, daß bei Stromausfall die Pfropfen einen kleineren Weg zu ihrer Ruhelage zurückzulegen haben, die statistische Wahrscheinlichkeit also vermindert wird, daß sie zusammenfließen.

Claims (2)

1. Magnetische Pumpe, bestehend aus einem ringförmigen Hohlkörper mit Ein- und Auslaß und der Verwendung ferromagnetischer Flüssigkeit, die unter der Einwirkung eines Magnetfeldes erstarrt, dadurch gekennzeichnet, daß im Hohlkörper (3) mindestens 2 Pfropfen (1), (2) aus ferromagnetischer Flüssigkeit durch Magnetfelder unabhängig voneinander bewegbar angeordnet sind und daß Ein- und Auslaß soweit voneinander entfernt sind, daß zwischen ihnen mindestens 2 Pfropfen anordenbarsind.

2. Magnetische Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein festus Dauermagnetsystem (6) und eine Spule (7) zur Erzeugung eines ortsveränderlichen, gegenüber demjenigen des Da jermagnetsystems (6) stärkeren Magnetfeldes vorgesehen sind.

2. Magnetische Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Pfropfen aus ferromagnetischer Flüssigkeit Eisenkerne angeordnet sind.