DE10019108A1

DE10019108A1 - Oscillating piston drive

Info

Publication number: DE10019108A1
Application number: DE10019108A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Dr Bahnen; Josef Prof Dr Hodapp; Gunter Prof Dr Knoll
Original assignee: Leybold Vakuum GmbH
Current assignee: Leybold GmbH
Priority date: 1999-04-19
Filing date: 2000-04-18
Publication date: 2000-11-23
Also published as: DE50008237D1; WO2000063555A1; KR20020001830A; AU3163200A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Schwingkolbenantrieb, insbesondere für eine Schwingkolbenvakuumpumpe, mit einem Gehäuse (2), mit einem im Gehäuse ausgebildeten Zylinder (3), mit einem im Zylinder hin und her bewegbaren Kolben (4), und mit einem elektromagnetischen Antrieb für den Kolben (4), welcher statorseitig einen Elektromagneten (11) und kolbenseitig mindestens einen Permanentmagneten (18, 19) umfasst; zur Verlängerung der Lebensdauer wird vorgeschlagen, dass auch statorseitig Permanentmagneten (15, 16) vorgesehen sind und dass der/ die Permanentmagenet(en) (18, 19) des Kolbens (4) und die Permanentmagneten (15, 16) des Stators so ausgebildet und angeordnet ist (sind), dass der Kolben (4) im Ruhezustand eine im wesentlichen zentrale axiale Lage einnimmt.The invention relates to a vibrating piston drive, in particular for a vibrating piston vacuum pump, with a housing (2), with a cylinder (3) formed in the housing, with a piston (4) movable back and forth in the cylinder, and with an electromagnetic drive for the piston ( 4), which comprises an electromagnet (11) on the stator side and at least one permanent magnet (18, 19) on the piston side; To extend the service life, it is proposed that permanent magnets (15, 16) are also provided on the stator side and that the permanent magnet (s) (18, 19) of the piston (4) and the permanent magnets (15, 16) of the stator are designed and it is arranged that the piston (4) assumes an essentially central axial position in the idle state.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schwingkolbenan trieb, insbesondere für eine Schwingkolbenvakuumpumpe, mit einem Gehäuse, mit einem im Gehäuse ausgebildeten Zylinder, mit einem im Zylinder hin und her bewegbaren Kolben und mit einem elektromagnetischen Antrieb für den Kolben, welcher statorseitig einen Elektromagneten und kolbenseitig mindestens einen Permanentmagneten um fasst.The invention relates to an oscillating piston driven, especially for a vibrating piston vacuum pump, with a housing, with one formed in the housing Cylinder, with one movable back and forth in the cylinder Piston and with an electromagnetic drive for the piston, which has an electromagnet on the stator side and at least one permanent magnet on the piston side sums up.

Ein Schwingkolbenantrieb mit diesen Merkmalen ist aus der DE-A-41 02 710 bekannt. Bei diesem Schwingkolbenan trieb nach dem Stand der Technik befinden sich im Zy linder zwei Federn, von denen sich jeweils eine zwi schen einer der beiden Stirnseiten des Kolbens und der zugehörigen Stirnseite des Zylinders erstreckt. Dadurch wird erreicht, dass der Kolben im Ruhezustand eine zen trale axiale Lage einnimmt. Bei einer ständigen Bean spruchung von Spiralfedern ist eine Ermüdung des Feder werkstoffes unvermeidbar. Die Standzeit von Schwingkol benantrieben nach dem Stand der Technik ist deshalb auf die Lebensdauer des Federwerkstoffes begrenzt. A vibrating piston drive with these features is out DE-A-41 02 710 known. With this oscillating piston according to the state of the art are in the Zy linder two feathers, one of which is between two one of the two end faces of the piston and the associated end face of the cylinder extends. Thereby it is achieved that the piston a zen at rest central axial position. With a constant bean stress on coil springs is fatigue of the spring material inevitable. The service life of Schwingkol state-of-the-art drive is therefore on the life of the spring material is limited.

Der Schwingkolbenantrieb nach der DE-A-41 02 710 ist Bestandteil einer Schwingkolbenpumpe, bei der mindes tens eine der beiden vom Kolben und vom Zylinder gebil deten Kammern die Funktion eines Kompressionsraumes hat. In diesem Raum bzw. in diesen Räumen befinden sich die Spiralfedern. Dieses führt zu unerwünschten Toträu men, wodurch die Pumpwirkung beeinträchtigt ist.The oscillating piston drive according to DE-A-41 02 710 is Part of a vibrating piston pump, in which at least at least one of the two is formed by the piston and the cylinder Deten chambers the function of a compression space Has. In this room or in these rooms are the coil springs. This leads to undesirable deaddew Men, which affects the pumping effect.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schwingkolbenantrieb der eingangs genannten Art derart zu verbessern, dass er den Nachteil ermüdender Federwerkstoffe nicht mehr hat. Außerdem soll erreicht werden, dass der Antrieb für den Einsatz bei Schwing kolbenvakuumpumpen besonders geeignet ist.The present invention is based on the object a vibrating piston drive of the type mentioned to improve so that the disadvantage is more tiring Spring materials no longer has. It also aims to achieve that the drive for use at Schwing piston vacuum pump is particularly suitable.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass statorseitig Permanentmagneten vorgesehen sind und dass der/die Permanentmagnet(en) des Kolbens und die Perma nentmagneten des Stators so ausgebildet und angeordnet ist (sind), dass der Kolben im Ruhezustand eine im we sentlichen zentrale axiale Lage einnimmt. Im Ruhezu stand, das heißt bei stromlosem Elektromagneten, be wirkt die Überlagerung der Magnetfelder, die von den am Kolben und im Stator angebrachten Permanentmagneten er zeugt werden, dass auf den Kolben Kräfte wirken, die diesen axial zentrieren. Dadurch ergibt sich im Ruhezu stand eine definierte, z. B. mittlere Kolbenlage, die allein auf der Wirkung von Magnetkräften beruht und keiner mechanischen Zusatzeinrichtungen, wie Federn, bedarf. According to the invention, this object is achieved in that permanent magnets are provided on the stator side and that the permanent magnet (s) of the piston and the perma The magnet of the stator is designed and arranged in this way is (are) that the piston at rest is a we occupies a significant central axial position. At rest stood, that is, with de-energized electromagnet, be acts the superposition of the magnetic fields by the am Piston and permanent magnet in the stator be witnessed that forces act on the piston that center it axially. This results in calm stood a defined, e.g. B. middle piston position, the is based solely on the effect of magnetic forces and no mechanical additional devices such as springs, requirement.

Zweckmäßig ist der Kolben mit zwei Permanentmagneten ausgerüstet, von denen jeweils einer im Bereich der beiden Stirnseiten des Kolbens angeordnet ist. Jedem dieser kolbenseitigen Permanentmagneten ist jeweils ein statorseitiger Permanentmagnet zugeordnet, und zwar im Bereich der Stirnseiten des Zylinders mit in etwa glei cher radialer Lage.The piston with two permanent magnets is useful equipped, one of which is in the range of is arranged on both ends of the piston. Each this piston-side permanent magnet is a assigned permanent magnet on the stator side, namely in Area of the end faces of the cylinder with approximately the same radial position.

Bei einer besonders einfachen Lösung ist der Kolben mit nur einem in axialer Richtung etwa zentral angeordneten Permanentmagnetring ausgerüstet. Seitlich neben diesem Ring befinden sich je ein statorseitig angeordneter Permanentmagnet, deren Abstände vom Magnetring des Kol bens die Amplitude der Kolbenbewegung bestimmen und die die gewünschte Verzögerung des Kolbens bewirken, wenn er sich einem der Totpunkte nähert.In a particularly simple solution, the piston is included only one arranged approximately centrally in the axial direction Equipped with permanent magnet ring. To the side of this There is a ring on the stator side Permanent magnet, the distances from the magnetic ring of the Kol bens determine the amplitude of the piston movement and the effect the desired deceleration of the piston if he is approaching one of the dead spots.

Sind die Permanentmagneten des Stators zu den korres pondierenden Permanentmagneten des Kolbens in axialer Richtung gegensinnig magnetisiert, dann erzeugen ihre Magnetfelder abstoßende Kräfte. Diese Kräfte haben die Wirkung, dass der sich einer Zylinderstirnseite nä hernde Kolben abgebremst und schließlich die Umkehrbe wegung des Kolbens eingeleitet wird. Ist die Anordnung insgesamt symmetrisch aufgebaut, und zwar sowohl in Be zug auf ihre Abmessungen als auch in Bezug auf die Stärke der Magnetfelder, dann nimmt der Kolben im stromlosen Zustand der Spule des Elektromagneten eine axial mittige Lage ein.Are the permanent magnets of the stator to the corres ponding permanent magnets of the piston in axial Magnetized in opposite directions, then generate their Forces repelling magnetic fields. They have these powers Effect that the near a cylinder face Pistons slowed down and finally the reversing brakes movement of the piston is initiated. Is the arrangement overall symmetrical, both in Be train on their dimensions as well in terms of Strength of the magnetic fields, then the piston takes in currentless state of the coil of the electromagnet one axially central position.

Beim Einsatz des erfindungsgemäßen Antriebes in einer Schwingkolbenvakuumpumpe kann ein in axialer Richtung asymmetrischer Aufbau zweckmäßig sein, da die Symme trieverhältnisse für die Kraftkennlinie maßgebend sind. Ist die Belastung der beiden stirnseitig gelegenen Kom pressionsräume der Pumpe während des Pumpprozesses un symmetrisch, kann durch einen axial unsymmetrischen Aufbau des Antriebs für eine angepasste Kraftkennlinie gesorgt werden.When using the drive according to the invention in a Vibrating piston vacuum pump can be one in the axial direction asymmetrical structure can be useful because the Symme driving conditions are decisive for the force characteristic. Is the load on the two frontal com compression spaces of the pump during the pumping process symmetrical, can be caused by an axially asymmetrical Structure of the drive for an adapted force characteristic be taken care of.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen an Hand von in den Fig. 1 bis 8 schematisch darge stellten Ausführungsbeispielen erläutert werden.Further advantages and details of the invention will be explained with reference to exemplary embodiments shown schematically in FIGS . 1 to 8.

Es zeigenShow it

Fig. 1 und 2 Schnitte durch zwei Ausführungs formen eines Schwingkolbenantriebs nach der Erfin dung, Fig. 1 and 2 show sections through two forms of execution of an oscillating piston drive according to the OF INVENTION dung,

Fig. 3 eine Schwingkolbenvakuumpumpe mit einem Antrieb nach der Erfindung, Fig. 3 is an oscillating piston vacuum pump with a drive according to the invention,

Fig. 4 und 5 Ausführungsbeispiele für Schwing kolbenvakuumpumpen mit jeweils zwei Kolben, FIGS. 4 and 5 embodiments for oscillating piston pumps, each with two piston,

Fig. 6 und 7 Schaltungsbeispiele und FIGS. 6 and 7 Examples circuit and

Fig. 8 ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Schwingkolbenvakuumpumpe nach der Erfindung. Fig. 8 shows another embodiment for a vibrating piston vacuum pump according to the invention.

In den Figuren sind jeweils ein äußeres Gehäuse mit 2, der im Gehäuse 2 ausgebildete Zylinderraum mit 3, der im Zylinder 3 befindliche Kolben mit 4 und seine Lauf buchse mit 5 bezeichnet.In the figures, an outer housing with 2 , the cylinder space formed in the housing 2 with 3 , the piston located in the cylinder 3 with 4 and its barrel bushing 5 .

Im Gehäuse untergebrachte Statorbestandteile des elek tromagnetischen Antriebs nach den Fig. 1 bis 5 sind mindestens eine Spule 8 sowie ein die Spule(n) 8 von drei Seiten umfassendes, im Querschnitt U-förmiges, nach innen offenes Polbauteil 11 (Joch). Weiterhin ist ein rohrabschnitt-förmiges Polbauteil 12 (Leitjoch) vorgesehen, das sich zwischen Spule 8 und Laufbuchse 5 befindet. Schließlich gehören zum Statorsystem zwei Permanentmagneten 15, 16, die sich in den Bereichen der Stirnseiten des Zylinders 3 befinden. Die U-Schenkel des Jochs 11 enden in Höhe dieser Permanentmagneten 15, 16.In the housing accommodated stator elements of elec tromagnetic drive according to FIGS. 1 to 5 are at least one coil 8, and a coil (s) 8 comprehensive three sides, shaped U-cross-section, inwardly open pole member 11 (yoke). Furthermore, a tube section-shaped pole component 12 (guide yoke) is provided, which is located between the coil 8 and the bushing 5 . Finally, the stator system includes two permanent magnets 15 , 16 , which are located in the areas of the end faces of the cylinder 3 . The U-legs of the yoke 11 end at the level of these permanent magnets 15 , 16 .

Kolbenseitige Bestandteile des elektromagnetischen An triebs sind zwei Permanentmagneten 18, 19, die sich in den Bereichen der Stirnseiten des Kolbens 4 befinden. In radialer Richtung sind den Permanentmagneten 18, 19 Polbauteile 21 bis 24 (Fig. 1, 2) zugeordnet. Zweck mäßig sind sie mit diesen Polbauteilen abgedeckt, wobei die stirnseitig befindlichen Abdeckungen 21, 24 Be standteile von Kolbenabdeckscheiben 25, 26 sein können, die in ihren zentralen Bereichen aus nicht ferromagne tischem Werkstoff bestehen. Auch der Kolben 4 besteht im übrigen aus nicht ferromagnetischem Werkstoff.Piston-side components of the electromagnetic drive are two permanent magnets 18 , 19 which are located in the areas of the end faces of the piston 4 . In the radial direction, the permanent magnets 18 , 19 are assigned to pole components 21 to 24 (FIGS . 1, 2). Appropriately, they are covered with these pole components, the frontal covers 21 , 24 may be constituent parts of piston cover plates 25 , 26 , which are made of non-ferromagnetic material in their central areas. The piston 4 is also made of non-ferromagnetic material.

Der Aufbau der in den Fig. 1 bis 5 dargestellten An triebe ist zweckmäßig rotationssymmetrisch. Vorteilhaft ist dabei die Ausbildung ringförmiger Permanentmagne ten, und zwar sowohl am Stator (15, 16) als auch am Kolben (18, 19). Nicht-rotationssymmetrische Lösungen wären aufwendiger in Bezug auf ihre Herstellung.The structure of the drives shown in FIGS . 1 to 5 is expediently rotationally symmetrical. The formation of annular permanent magnets is advantageous, both on the stator ( 15 , 16 ) and on the piston ( 18 , 19 ). Non-rotationally symmetrical solutions would be more complex to manufacture.

Bei allen in den Fig. 1 bis 5 dargestellten Ausfüh rungsbeispielen sind jeweils zwei im wesentlichen stirnseitig angeordnete Permanentmagneten 18, 19 am Kolben vorgesehen. Diese könnten auch durch einen ein stückigen Permanentmagneten ersetzt werden, der zum Beispiel in Form eines Rohres den Kolben 4 umgibt.In all of the embodiments shown in FIGS . 1 to 5, two substantially permanent magnets 18 , 19 are provided on the piston. These could also be replaced by a one-piece permanent magnet which surrounds the piston 4 , for example in the form of a tube.

Zweckmäßig weisen die Schwingkolbenantriebe nach allen Figuren Sensorbauteile auf. Nur in den Fig. 1 und 2 sind solche Sensorbauteile 31, 32 dargestellt. Sie sind ebenfalls ringförmig ausgebildet. Jeweils einer ist im Bereich der beiden Stirnseiten des elektromagnetischen Antriebs angeordnet. Diese Sensoren 31, 32 dienen der Erkennung der Kolbenlage, hauptsächlich im Bereich sei ner Totpunkte. Zweckmäßig sind die Sensoren 31, 32 als Ringspulen ausgeführt. Die in diesen Ringspulen indu zierte Spannung ist von der Kolbenlage abhängig, so dass die erzeugten Signale zur Ansteuerung der Spule(n) 8 verwendet werden können. Statt der Ringspulen können auch Hall-Elemente, optische Sensoren oder Wir belstromsensoren eingesetzt werden.The oscillating piston drives expediently have sensor components according to all the figures. Such sensor components 31 , 32 are shown only in FIGS. 1 and 2. They are also ring-shaped. One is arranged in the area of the two end faces of the electromagnetic drive. These sensors 31 , 32 are used to detect the piston position, mainly in the area of its dead center. The sensors 31 , 32 are expediently designed as ring coils. The voltage induced in these ring coils depends on the position of the piston, so that the signals generated can be used to control the coil (s) 8 . Instead of the ring coils, Hall elements, optical sensors or eddy current sensors can also be used.

Die Schwingkolbenantriebe nach den Fig. 1 und 2 un terscheiden sich nur in Bezug auf die Ausbildung des Leitjochs 12. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist es in axialer Richtung symmetrisch ausgebildet. Die auf den Kolben 4 wirkenden Antriebskräfte sind deshalb ebenfalls symmetrisch. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist das Leitjoch 12 in axialer Richtung asymme trisch ausgebildet. Sein Abstand zur Sensor-Spule 32 ist geringer als zur Sensorspule 31. Die im Bereich der Sensorspule 32 auf den Permanentmagneten 19 des Kolbens 4 ausgeübten Antriebskräfte sind deshalb größer als die entsprechenden Antriebskräfte im Bereich des Permanent magneten 18. Diese Wirkung kann auch durch axial asym metrische Gestaltung anderer Polbauteile, z. B. der Ab deckscheiben 21 bis 24, der Ausbildung der Schenkelen den des Jochs 11 oder dergleichen, erreicht werden. Im übrigen sind die Schwingkolbenantriebe nach den Fig. 1 und 2 sehr schematisch dargestellt. Mit dem Kolben 4 verbundene Antriebselemente wurden weggelassen.The oscillating piston drives according to FIGS . 1 and 2 differ only in relation to the design of the guide yoke 12 . In the embodiment according to FIG. 1, it is formed symmetrically in the axial direction. The driving forces acting on the piston 4 are therefore also symmetrical. In the embodiment of FIG. 2, the guide yoke 12 is formed asymmetrically in the axial direction. Its distance from the sensor coil 32 is less than the sensor coil 31 . The drive forces exerted in the area of the sensor coil 32 on the permanent magnet 19 of the piston 4 are therefore greater than the corresponding drive forces in the area of the permanent magnet 18 . This effect can also by axially asym metric design of other pole components, for. B. From cover disks 21 to 24 , the formation of the legs of the yoke 11 or the like can be achieved. Otherwise, the oscillating piston drives according to FIGS. 1 and 2 are shown very schematically. Drive elements connected to the piston 4 have been omitted.

Die Fig. 3 zeigt eine Schwingkolbenvakuumpumpe mit ei nem Schwingkolbenantrieb nach der Erfindung. Bei diesem Ausführungsbeispiel bilden der Zylinder 3, die Stirn seiten des Kolbens 4 und die Laufbuchse 5 Teilräume 34, 35, die die Funktion von Kompressionsräumen haben. Jede dieser Pumpstufen hat jeweils einen Einlass 36, 37, der seitlich in den Kompressionsraum 34 bzw. 35 mündet. Da durch haben der Kolben und die Mündungen in an sich be kannter Weise die Funktion von Einlass-Steuerventilen. Fig. 3 shows an oscillating piston vacuum pump with egg nem oscillating piston drive according to the invention. In this embodiment, the cylinder 3 , the end faces of the piston 4 and the sleeve 5 sub-spaces 34 , 35 , which have the function of compression spaces. Each of these pump stages has an inlet 36 , 37 which opens laterally into the compression space 34 and 35 , respectively. Since the piston and the orifices have the function of inlet control valves in a manner known per se.

Auslass-Ventile 41, 42 sind jeweils stirnseitig ange ordnet. Zweckmäßig erstreckt sich die Auslassöffnung im wesentlichen über die gesamte Querschnittsfläche des Zylinders 3 (an sich bekannt aus der DE-A-196 34 517). Die Verschlusselemente sind als sich über den gesamten Querschnitt des Zylinders 3 erstreckende, flexible Tel ler 43, 44 ausgebildet, die zentral am Gehäuse 2 befes tigt sind und peripher durch den erzeugten Druck oder durch die Stirnseiten des Kolbens betätigt werden. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 sind die Kolbenstirn seiten konkav gestaltet. Die Stirnseiten der Zylinder wand oder - wie in Fig. 3 dargestellt - die äußeren Stirnflächen der statorseitigen Permanentmagneten 15, 16 bilden die Ventilsitze. Die aus den Ventilen 41, 42 austretenden Gase treten zunächst in Auslasskammern 45, 46 ein, an die sich die Auslässe 47, 48 anschließen.Exhaust valves 41 , 42 are each arranged on the end face. The outlet opening expediently extends essentially over the entire cross-sectional area of the cylinder 3 (known per se from DE-A-196 34 517). The closure elements are formed as extending over the entire cross section of the cylinder 3 , flexible Tel ler 43 , 44 , which are fastened centrally to the housing 2 and are operated peripherally by the pressure generated or by the end faces of the piston. In the embodiment according to FIG. 3, the piston end sides are made concave. The end faces of the cylinder wall or - as shown in Fig. 3 - the outer end faces of the stator-side permanent magnets 15 , 16 form the valve seats. The gases emerging from the valves 41 , 42 first enter outlet chambers 45 , 46 , to which the outlets 47 , 48 are connected.

Bei der Ausführung nach Fig. 3 befinden sich die Sta tor-Permanentmagneten 15, 16 im Zylinder 3. Die Stirn seiten des Kolbens sind mit äußeren, der Größe dieser Magneten entsprechenden Aussparungen 10, 20 ausgerüs tet. Diese Maßnahmen dienen der Vermeidung von Toträu men während des Betriebs der Pumpe.In the embodiment of Fig. 3 are the tor-Sta permanent magnets 15, 16 in the cylinder 3. The end faces of the piston are equipped with outer recesses 10 , 20 corresponding to the size of these magnets. These measures serve to avoid dead spaces during the operation of the pump.

Die Fig. 4 und 5 zeigen Ausführungsbeispiele für Schwingkolbenpumpen, bei denen im Gehäuse 2 mit einer gemeinsamen mittleren Gehäusescheibe 50 jeweils zwei gleichartige Kolben 4, 4' untergebracht sind. Die An triebe sind derart ausgebildet und gesteuert, dass die beiden Kolben 4, 4' gegensinnig schwingen. Infolge des dadurch bewirkten Massenausgleichs sind die Pumpen vi brationsfrei. FIGS. 4 and 5 show embodiments for oscillating piston pumps, are in each of which two similar in the housing 2 with a common central housing plate 50 piston 4, 4 accommodated '. The drives are designed and controlled in such a way that the two pistons 4 , 4 'swing in opposite directions. As a result of the resulting mass balance, the pumps are free of vibrations.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 sind die beiden Pumpstufen der beiden Kolben 4 und 4' parallel geschal tet. Die jeweils schematisch durch Linien angedeuteten Gaswege lassen erkennen, dass das zu fördernde Gas vom Gaseinlass 51 den Kompressionskammern 35 und 34' zuge führt wird. Sie verlassen diese Kompressionskammern durch die Austrittsventile 42, 41'. Von dort aus werden sie jeweils den Kompressionskammern 34 bzw. 35' zuge führt. Die beiden Gasauslässe sind mit 52 und 53 be zeichnet.In the embodiment of Fig. 4, the two pumping stages of the two pistons 4 and 4 'are parallel tet geschal. The gas paths, each indicated schematically by lines, show that the gas to be conveyed is led from the gas inlet 51 to the compression chambers 35 and 34 '. You leave these compression chambers through the outlet valves 42 , 41 '. From there they are fed to the compression chambers 34 and 35 ', respectively. The two gas outlets are marked with 52 and 53 be.

Die dargestellten Auslassventile 41, 42 und 41', 42' sind ähnlich ausgebildet, wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3. Unterschiedlich ist, dass die Stirnseiten der Kolben 4, 4' nicht konkav ausgebildet sondern mit Stößeln ausgerüstet sind, die die zugehörigen Ventil teller betätigen. Andere Ausführungen von Auslassventi len dieser Art sind aus der DE-A-196 34 517 bekannt.The outlet valves 41 , 42 and 41 ', 42 ' shown are similar to those in the exemplary embodiment according to FIG. 3. The difference is that the end faces of the pistons 4 , 4 'are not concave but are equipped with tappets which plate the associated valve actuate. Other versions of Auslassventi len of this type are known from DE-A-196 34 517.

Unterschiedlich gegenüber der Lösung nach Fig. 3 ist weiterhin, dass beide Antriebe der Kolben 4 und 4' je weils in axialer Richtung asymmetrisch ausgebildet sind. Die Jochbauteile 12, 12' sind zur jeweiligen Gas auslassseite (Auslässe 52, 53) hin verlängert. Die aus lassseitigen Permanentmagneten 18 und 19' der Kolben 4 und 4' sind beidseitig mit Polbauteilen 21, 22 bzw. 21', 22' abgedeckt, während den inneren Permanentmagne ten 19, 18' nur jeweils ein Polbauteil 23 bzw. 23' zu geordnet ist. Durch diese Maßnahmen sind die Kraftkenn linien der Antriebe der Tatsache angepasst, dass die äußeren Pumpstufen gegen Atmosphärendruck pumpen.Another difference from the solution according to FIG. 3 is that both drives of the pistons 4 and 4 'are each asymmetrical in the axial direction. The yoke components 12 , 12 'are extended to the respective gas outlet side (outlets 52 , 53 ). The outlet-side permanent magnets 18 and 19 'of the pistons 4 and 4 ' are covered on both sides with pole components 21 , 22 and 21 ', 22 ', while the inner permanent magnets 19 , 18 'each have only one pole component 23 or 23 ' assigned to them is. Through these measures, the force characteristics of the drives are adapted to the fact that the outer pump stages pump against atmospheric pressure.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 sind die vier Pumpstufen hintereinander geschaltet. Die vom Einlass 51 zum Auslass 54 geförderten Gase gelangen nacheinan der durch die Kompressionsräume 34', 34, 35, 35'. Die Lösung nach Fig. 5 weist die Besonderheit der magne tisch betätigten Schließbewegung der Ventile 41, 42, 41', 42' auf. Die tellerartigen Verschlusselemente be stehen zumindest zum Teil (z. B. Außenwand) aus ferroma gnetischem Werkstoff, so dass die Statorpermanentmagne ten 15, 16, 15', 16' eine anziehende Kraft ausüben. Die Öffnung der Teller erfolgt druckgesteuert oder kolben gesteuert (über die dargestellten Stößel), während die Schließbewegung von magnetischen Kräften bewirkt wird.In the embodiment of FIG. 5, the four pumping stages are connected in series. The gases conveyed from the inlet 51 to the outlet 54 pass one after the other through the compression spaces 34 ', 34 , 35 , 35 '. The solution according to Fig. 5 has the special feature of the magnetic table-operated closing movement of the valves 41, 42, 41 ', 42'. The plate-like closure elements are at least partially (e.g. outer wall) made of ferromagnetic material, so that the stator permanent magnets 15 , 16 , 15 ', 16 ' exert an attractive force. The opening of the plates is pressure-controlled or piston-controlled (via the plunger shown), while the closing movement is caused by magnetic forces.

Die Fig. 6 und 7 zeigen Schaltungsbeispiele für mit Sensorbauteilen ausgerüstete Schwingkolbenantriebe. Die Bauteile des Antriebs sind jeweils im Block 61, die Bauteile der Elektronik im Block 62 untergebracht. FIGS. 6 and 7 show examples of circuit equipped with sensor components oscillating piston drives. The components of the drive are housed in block 61 , the components of the electronics in block 62 .

Fig. 6 zeigt eine Lösung mit nur einer Spule 8, die in Abhängigkeit von den Signalen der Sensoren 31, 32 ange steuert wird. Der Ansteuerung dient eine vier Schalter umfassende Brückenschaltung 63, der zum einen die Spei sespannung U und zum anderen die in einer Logik 64 ver arbeiteten Signale der Sensoren 31, 32 zugeführt wer den. Die vier leistungselektronischen Schalter werden über die Logik 64 so angesteuert, dass die beiden An schlüsse der Spule 8 je nach gewünschter Stromrichtung in der Spule mit dem positiven oder negativen Pol der Gleichspannungsquelle 65 verbunden werden. Fig. 6 shows a solution with only one coil 8 , which is controlled depending on the signals from the sensors 31 , 32 . The control is a four-switch bridge circuit 63 , which on the one hand the supply voltage U and on the other hand the ver processed in a logic 64 signals from the sensors 31 , 32 who the. The four power electronic switches are controlled via the logic 64 so that the two connections to the coil 8 are connected to the positive or negative pole of the DC voltage source 65 , depending on the desired current direction in the coil.

Bei der Anordnung nach Fig. 7 befinden sich zwei ge gensinnig gewickelte Spulen 8' und 8'' im Spulenraum des Antriebs. Sie können nebeneinander oder konzen trisch zueinander angeordnet sein. In diesem Fall muss in beiden Spulen nur eine Stromflussrichtung möglich sein. Das eine Ende der Spulen wird daher fest mit dem positiven Pol der Gleichspannung U verbunden, während die anderen Enden der Spulen mittels zweier leistungs elektronischer Schalter 66, 67 mit dem negativen Pol der Gleichspannung U abwechselnd verbunden werden. Die Ansteuerung der beiden Schalter erfolgt direkt über die Sensoren 31, 32 im oberen und unteren Totpunkt. Diese Anordnung minimiert den leistungselektronischen Auf wand. Sie bedeutet jedoch eine schlechtere Ausnutzung des Spulenraums.In the arrangement according to FIG. 7 there are two coils 8 'and 8 ''wound in opposite directions in the coil space of the drive. They can be arranged side by side or concentrically to each other. In this case, only one direction of current flow must be possible in both coils. One end of the coils is therefore firmly connected to the positive pole of the direct voltage U, while the other ends of the coils are alternately connected to the negative pole of the direct voltage U by means of two power electronic switches 66 , 67 . The two switches are controlled directly via the sensors 31 , 32 at the top and bottom dead center. This arrangement minimizes the power electronics costs. However, it means poorer utilization of the coil space.

Es besteht die Möglichkeit, auf Sensorbauteile im An trieb zu verzichten. In diesem Fall kann die in die Spule(n) im Stator induzierte Spannung als Information zur Erkennung der Kolbenlage herangezogen und die Be stromung der Spule(n) von dieser Information abgeleitet werden.There is the possibility of using sensor components in the an urged to renounce. In this case, the Coil (s) in the stator induced voltage as information used to detect the piston position and the Be current of the coil (s) derived from this information become.

Bezüglich der Steuerung der Spule(n) sind mehrere Vari anten realisierbar. Bei der ersten wird eine Schwing frequenz fest vorgegeben und der Strom in der/den Spu le(n) so vorgegeben, dass diese Frequenz auch erreicht wird. Die Bewegungsumkehr erfolgt in der jeweiligen Endlage. Diese Vorgehensweise wird als Fremdsteuerung bezeichnet. Dieses Prinzip hat den Nachteil, dass es bei einer sehr großen Prozessbelastung zu einer Überla stung der Pumpe kommen kann.Regarding the control of the coil (s) there are several variations antennas possible. The first one is a swing fixed frequency and the current in the / the Spu le (n) specified so that this frequency is also reached becomes. The movement reversal takes place in the respective End position. This procedure is called external control designated. This principle has the disadvantage that it with a very large process load to an overload pump.

Bei einem zweiten Steuergesetz wird das Prinzip der Selbststeuerung verwendet. In diesem Fall wird der ma ximale Strom in der/den Spule(n) vorgegeben und bei ei ner zu großen Belastung die Schwingfrequenz reduziert. Die Bewegungsumkehr erfolgt auch hier dann, wenn der Kolben in der jeweiligen Endlage angekommen ist. In a second tax law, the principle of Self-control used. In this case the ma ximal current in the coil (s) specified and at ei If the load is too high, the oscillation frequency is reduced. The movement reversal also takes place here when the Piston has arrived in the respective end position.

Bei einem dritten Steuergesetz wird das zweite Steuer gesetz insofern abgewandelt, als dass die Bewegungsum kehr bereits vor dem Erreichen der Endlage durchgeführt wird. Damit kann der Schwingkolbenmotor beim "Anpumpen" oder bei zu großer dauerhafter Last vor Überlastung ge schützt werden. Zusätzlich kann das System für kleinere Kräfte ausgelegt und damit kostengünstiger realisiert werden. Dies gilt auch für das zweite Steuergesetz.With a third tax law, the second tax law in so far as that the movement movement returned before reaching the end position becomes. This enables the oscillating piston engine to "pump up" or if the permanent load is too high, ge before overload be protected. In addition, the system can be used for smaller Forces designed and thus realized more cost-effectively become. This also applies to the second tax law.

Das in der Fig. 8 dargestellte Ausführungsbeispiel ei ner Schwingkolbenvakuumpumpe nach der Erfindung unter scheidet sich von der Ausführung nach Fig. 3 dadurch, dass der Kolben 4 mit nur einem Permanentmagnetring 20 ausgerüstet ist, der in axialer Richtung zentral ange ordnet ist. Er umgibt den Mantel des Kolbens 4, so dass die beiden statorseitigen Permanentmagneten 15, 16 in einem Abstand, der der Amplitude der Kolbenbewegung entspricht, seitlich daneben angeordnet werden können. Der statorseitige Teil des Linearantriebs ist dieser Anordnung der Permanentmagneten 15, 16, 20 angepaßt. Es sind zwei Spulen 8', 8'' vorgesehen, die von einem Joch 11 mit einem zentralen Jochbauteil 11' umfaßt werden. Die Stirnseite des radial nach innen gerichteten zen tralen Jochbauteiles 11' umgibt den Permanentmagnetring 20. Die Stirnseiten der inneren, sich axial erstrecken den Jochbauteile liegen den statorseitigen Permanentma gneten 15, 16 von außen an.The embodiment shown in FIG. 8 egg ner oscillating piston vacuum pump according to the invention differs from the embodiment according to FIG. 3 in that the piston 4 is equipped with only one permanent magnet ring 20 , which is arranged centrally in the axial direction. It surrounds the jacket of the piston 4 , so that the two stator-side permanent magnets 15 , 16 can be arranged laterally next to it at a distance which corresponds to the amplitude of the piston movement. The stator-side part of the linear drive is adapted to this arrangement of the permanent magnets 15 , 16 , 20 . Two coils 8 ', 8 ''are provided, which are surrounded by a yoke 11 with a central yoke component 11 '. The end face of the radially inward central yoke component 11 ′ surrounds the permanent magnet ring 20 . The end faces of the inner, axially extending the yoke components lie on the stator-side permanent magnets 15 , 16 from the outside.

Fig. 8 läßt weiterhin einen zweckmäßigen Aufbau des Kolbens 4 erkennen. Er besteht beispielhaft aus zwei Topfbauteilen 70, 71, die im Bereich ihre offenen Sei ten z. B. durch Kleben miteinander verbunden sind. Dazu können je ein axial gerichteter Vorsprung 72 bzw. 73 dienen, die im zusammengefügten Zustand konzentrisch einander anliegen. Weiterhin sind die Topfbauteile 70, 71 im Bereich ihrer offenen Seiten jeweils mit einem sich radial erstreckenden Rand 74 bzw. 75 ausgerüstet. Der Abstand dieser Ränder 74, 75 von der jeweiligen of fenen Stirnseite der Topfbauteile 70, 71 ist so ge wählt, dass sie im zusammengefügten Zustand eine umlau fende Nut 76 bilden, deren Breite der Breite des Perma nentmagnetringes 20 entspricht. Mit dieser Lösung kön nen eine sichere Befestigung des Ringes 20 auf dem Kol ben 4 sowie eine möglichst geringe Kolbenmasse erreicht werden. Fig. 8 also shows an expedient structure of the piston 4 . It consists, for example, of two pot components 70 , 71 , which in the area of their open sides, for. B. are connected by gluing. An axially directed projection 72 or 73 can each serve for this purpose, which in the assembled state lie concentrically on one another. Furthermore, the pot components 70 , 71 are each equipped with a radially extending edge 74 and 75 in the region of their open sides. The distance between these edges 74 , 75 from the respective open end of the pot components 70 , 71 is selected so that in the assembled state they form a circumferential groove 76 , the width of which corresponds to the width of the permanent magnet ring 20 . With this solution, a secure attachment of the ring 20 to the piston 4 and the lowest possible piston mass can be achieved.

Claims

1. oscillating piston drive, in particular for a oscillating piston vacuum pump, with a housing ( 2 ), with a cylinder ( 3 ) formed in the housing, with a piston that can be moved back and forth in the cylinder ( 4 ), and with an electromagnetic drive for the piston ( 4 ), which comprises an electromagnet ( 11 ) on the stator side and at least one permanent magnet ( 18 , 19 ) on the piston side, characterized in that permanent magnets ( 15 , 16 ) are also provided on the stator side and that the ( 20 ) or the permanent magnet (s) ( 18 , 19 ) of the piston ( 4 ) and the permanent magnets ( 15 , 16 ) of the stator is designed and arranged (are) such that the piston ( 4 ) assumes an essentially central axial position in the idle state.

2. Drive according to claim 1, characterized in that the piston ( 4 ) is equipped on the end face with a permanent magnet ( 18 or 19 ) and that a stator-side permanent magnet ( 15 or 16 ) in the area of the end faces of the cylinder ( 3 ) located.

3. Drive according to one of claims 1 or 2, characterized in that the stator-side Per manentmagneten ( 15 , 16 ) in the cylinder ( 3 ) and that the end faces of the piston ( 4 ) are each equipped with recesses, the dimensions correspond to the stator-side permanent magnets ( 15 , 16 ).

4. Drive according to one of claims 1 to 3, characterized in that on the stator side a pole component (yoke) ( 11 ) is provided, which is U-shaped in cross section and whose U-leg at the level of the stator-side permanent magnets ( 15 , 16 ) end up.

5. Drive according to claim 4, characterized in that the U-shaped pole component ( 11 ) comprises one or more coils ( 8 , 8 ', 8 '') of three sides.

6. Drive according to claim 5, characterized in that between the coil or the coil (s) and the cylinder ( 3 ) there is a further, approximately tube-shaped pole component ( 12 ).

7. Drive according to one of the preceding claims, characterized in that the permanent magnets ( 18 , 19 ) on the piston ( 4 ) axially arranged pole parts ( 21 to 24 ) are assigned.

8. Drive according to claim 1 or 2, characterized in that the piston is equipped with only one, in the axial direction approximately centrally arranged permanent magnet ( 20 ).

9. Drive according to claim 8, characterized in that a stator-side permanent magnet ( 15 , 16 ) is provided laterally next to the piston-side permanent magnet ( 20 ) and that the distance of the stator-side permanent magnet ( 15 , 16 ) of the amplitude of the piston movement corresponds.

10. Drive according to claim 8 or 9, characterized in that two coils ( 8 ', 8 '') lying next to each other in the axial direction are provided, that a yoke ( 11 ) comprises coils that the end face of a central yoke component ( 11 ') surrounds the piston-side permanent magnet ( 20 ) and that the end faces of the inner, axially extending yoke components lie against the stator-side permanent magnet ( 15 , 16 ) from the outside.

11. Drive according to one of claims 1 to 10, characterized in that it is rotationally symmetrical and that the permanent magnets ( 15 , 16 , 18 , 19 , 20 ) are each annular.

12. Drive according to one of claims 1 to 11, characterized characterized in that the pole components and / or the Magnetic forces built up axially symmetrically or ge are choosing.

13. Drive according to one of claims 1 to 11, characterized characterized in that the pole components and / or the Magnetic forces built up axially asymmetrically or ge are choosing.

14. Drive according to one of the preceding claims, characterized in that it is equipped with sensors ( 31 , 32 ) for detecting the piston position.

15. Vibration piston vacuum pump with a drive according to one of claims 1 to 14, characterized in that at least one of the two chambers ( 34 , 35 ) formed by the piston ( 4 ) and by the cylinder ( 3 ) is equipped with an inlet valve and with an outlet valve is.

16. Pump according to claim 15, characterized in that a laterally opening into the chamber inlet line ( 36 ) is provided, the mouth together with the piston ( 4 ) forms an inlet valve.

17. Pump according to claim 15 or 16, characterized in that pressure or piston-controlled outlet valves ( 41 , 42 ) are provided.

18. Pump according to claim 17, characterized in that the closure pieces ( 43 , 44 ) of the outlet valves ( 41 , 42 ) are designed as plates and extend substantially over the entire cross section of the cylinder ( 3 ).

19. Pump according to claim 18, characterized in that the closing movement of the plates ( 43 , 44 ) takes place by spring forces.

20. Pump according to claim 18, characterized in that the closing movement of the plates ( 43 , 44 ) takes place by magnetic forces.

21. Pump according to claim 20, characterized in that the plates ( 43 , 44 ) at least partially consist of ferromagnetic material and that the outer end face of the stator permanent magnets ( 15 , 16 , 15 ', 16 ') form the valve seat.

22. Pump according to one of claims 15 to 21, characterized in that one or more cylinder / piston pairs ( 3 , 4 , 3 ', 4 ') are placed in the housing ( 2 ).

23. Drive or pump according to one of the preceding claims, characterized in that switching means ( 63 , 66 , 67 ) controlled by sensors ( 31 , 32 ) or by other piston bearing-dependent signals for controlling the coil (s) ( 8 , 8 ' , 8 '') are provided.

24. Method of operating a pump or an drive according to claim 13, characterized in that the frequency of the piston movement and / or the maximum current specified in the coil (s) becomes.

25. The method according to claim 24, characterized in net that the reversal of motion is already before the Er range of the end position is carried out.

26. The method according to claim 24 or 25 for operating a pump according to claim 22, characterized in that the associated drives are controlled so that the pistons ( 4 , 4 ') swing in pairs opposite each other.

27. Piston for a vibrating piston pump according to one of claims 15 to 22, characterized in that it consists of two pot components ( 70 , 71 ) which are equipped in the region of their open end faces with connecting means ( 72 , 73 ).

28. Piston according to claim 27 for a pump according to one of claims 8 to 10, characterized in that the pot components ( 70 , 71 ) in the region of their open end faces are equipped with edges ( 74 , 75 ) which, in the assembled state, have an annular groove Form ( 76 ) for receiving the magnetic ring ( 20 ).