DE102010044775A1 - The vibration pump - Google Patents
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Abstract
Es wird eine Schwingankerpumpe mit einem Pumpengehäuse, das einen Zylinder zur Aufnahme einer im Wesentlichen linear verstellbaren Pumpenkolbeneinheit (10) umfasst, vorgeschlagen, die wirtschaftlich günstiger als der Stand der Technik herstellbar ist. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Pumpenkolbeneinheit (10) wenigstens ein separates Pumpelement (11) zum Pumpen des Pumpfluids und ein separates Antriebselement (12) zum Antreiben des Pumpelementes (11) aufweist.It is an oscillating armature pump with a pump housing, which comprises a cylinder for receiving a substantially linearly adjustable pump piston unit (10) proposed, which is economically cheaper to produce than the prior art. This is inventively achieved in that the pump piston unit (10) has at least one separate pumping element (11) for pumping the pumping fluid and a separate drive element (12) for driving the pumping element (11).
Description
Die Erfindung betrifft eine Schwingankerpumpe mit einem Pumpengehäuse, das einen Zylinder zur Aufnahme einer im Wesentlichen linear verstellbaren Pumpenkolbeneinheit umfasst, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a vibration pump with a pump housing, which comprises a cylinder for receiving a substantially linearly adjustable pump piston unit, according to the preamble of claim 1.
Stand der TechnikState of the art
Schwingankerpumpen zeichnen sich durch einen in einer Bewegungsachse hin und her schwingenden Kolben aus, der wenigstens teilweise aus magnetischem oder magnetisierbarem Material besteht und über eine elektromagnetische Spule angetrieben wird.Vibrating armature pumps are characterized by a piston swinging back and forth in a movement axis, which at least partially consists of magnetic or magnetizable material and is driven by an electromagnetic coil.
Der Kolben einer Schwingankerpumpe verdrängt beim Eintauchen in einen Zylinder ein darin befindliches Fluid, insbesondere Wasser. Beim Ausfahren aus dem Zylinder wird dieser über einen Kolben wieder mit Fluid bzw. Wasser befüllt, so dass zyklische Pumpvorgänge während der Oszillation des Pumpvorgangs erfolgen können.When immersed in a cylinder, the piston of an oscillating armature pump displaces a fluid located therein, in particular water. When it leaves the cylinder, it is filled with fluid or water again via a piston so that cyclic pumping operations can take place during the oscillation of the pumping process.
Für diese Funktionsweise, ist es erforderlich, den Innenraum des Zylinders Fluid dicht zu gestalten. Diese Abdichtung muss in jeder Stellung des Kolbens gewährleistet sein, weshalb üblicherweise eine Gleitfläche als Dichtfläche ausgebildet wird, die diese Dichtfunktion auch in der Axialbewegung des Kolbens wahrnimmt.For this mode of operation, it is necessary to make the interior of the cylinder fluid dense. This seal must be ensured in each position of the piston, which is why usually a sliding surface is formed as a sealing surface, which also perceives this sealing function in the axial movement of the piston.
Derartige Schwingankerpumpen sind beispielsweise in den Druckschriften
Nachteilig hierbei ist jedoch, dass das Herstellen entsprechender Hinterschneidungen bzw. Verbindungsprozessschritte aufwändig und somit wirtschaftlich kostenträchtig ist.The disadvantage here, however, is that the production of corresponding undercuts or connection process steps consuming and thus economically expensive.
Aufgabe und Vorteile der ErfindungPurpose and advantages of the invention
Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine Schwingankerpumpe mit einem Pumpengehäuse, das einen Zylinder zur Aufnahme einer im Wesentlichen linear verstellbaren Pumpkolbeneinheit umfasst, vorzuschlagen, die wirtschaftlich günstiger als der Stand der Technik herstellbar ist.The object of the invention is in contrast to propose a vibrating armature pump with a pump housing comprising a cylinder for receiving a substantially linearly adjustable pumping piston unit, which is economically cheaper to produce than the prior art.
Diese Aufgabe wird, ausgehend von einer Schwingankerpumpe der einleitend genannten Art, durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Durch die in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung möglich.This object is achieved on the basis of an oscillating armature pump of the aforementioned type, by the characterizing features of claim 1. The measures mentioned in the dependent claims advantageous embodiments and developments of the invention are possible.
Dementsprechend zeichnet sich eine erfindungsgemäße Schwingankerpumpe dadurch aus, dass die Pumpkolbeneinheit wenigstens ein separates Pumpelement zum Pumpen des Pumpenfluids und ein separates Antriebselement zum Antreiben des Pumpelements aufweist. Dies bedeutet, dass im Betrieb gemäß der Erfindung zwei separate bzw. lose Elemente, die sich hin und her schwingende Pumpenkolbeneinheit bilden. Dementsprechend sind die beiden separaten bzw. losen Elemente der Pumpenkolbeneinheit im Betrieb nebeneinander bzw. hintereinander angeordnet, ohne dass eine (materialschlüssige oder kraftschlüssige bzw. unlösbare) Verbindung zwischen den beiden Elementen besteht, d. h. zwischen dem Pumpelement und dem Antriebselement.Accordingly, an oscillating armature pump according to the invention is characterized in that the pumping piston unit has at least one separate pumping element for pumping the pumping fluid and a separate drive element for driving the pumping element. This means that, in operation according to the invention, two separate or loose elements forming the reciprocating pump piston unit. Accordingly, the two separate or loose elements of the pump piston unit are arranged side by side or one behind the other in operation without a (material-fit or frictional or non-detachable) connection between the two elements, ie. H. between the pumping element and the drive element.
Mit Hilfe der beiden im Betrieb separaten Elemente bzw. des Pumpelementes und des Antriebselementes werden Verbindungsprozessschritte bzw. aufwendige, konstruktive Vorkehrungen zum Verbinden der beiden Elemente überflüssig, so dass auf diese gemäß der Erfindung verzichtet wird, was entsprechende Kosten spart. Dementsprechend kann eine Schwingankerpumpe gemäß der Erfindung besonders wirtschaftlich günstig hergestellt werden.With the help of the two separate in operation elements or of the pumping element and the drive element connecting process steps or complex, constructive arrangements for connecting the two elements superfluous, so that it is omitted according to the invention, which saves corresponding costs. Accordingly, an oscillating armature pump according to the invention can be produced particularly economically favorable.
Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass ein Verbinden der beiden Elemente bzw. des separaten Pumpelementes und des separaten Antriebselementes für den ordnungsgemäßen Betrieb der Schwingankerpumpe nicht zwingend notwendig ist. Somit kann z. B. auf einen Quetschvorgang gemäß der
Gemäß der Erfindung sind das im Betrieb separate Pumpelement und das im Betrieb separate Antriebselement in vorteilhafter Weise lose nebeneinander bzw. hintereinander liegend angeordnet, d. h. insbesondere auch während dem Hin- und Herbewegen der Pumpenkolbeneinheit. Beispielsweise sind hierfür plane Kontaktflächen des separaten Pumpelementes und/oder des separaten Antriebselementes von Vorteil.According to the invention, the pump element which is separate during operation and the drive element separate during operation are advantageously arranged loosely next to one another or one behind the other, ie in particular also during the reciprocating movement of the pump piston unit. For example, these are flat contact surfaces of the separate pumping element and / or the separate drive element of advantage.
Vorteilhafterweise weist das Pumpelement einen ersten Anschlag für das Antriebselement und das Antriebselement einen zweiten Anschlag für das Pumpelement auf. Hiermit wird erreicht, dass ein definierter Kontakt bzw. eine definierte Kontaktfläche, nämlich die entsprechenden Anschläge, vorhanden sind, wodurch eine maßgenaue Pumpenkolbeneinheit realisierbar ist. Beispielsweise sind die Anschläge als planere Flächen ausgebildet, so dass vergleichsweise große Kräfte, vor allem vom Antriebselement zum Antreiben des Pumpelementes zwischen den beiden im Betrieb separaten bzw. losen Elementen übertragen werden können. Weiterhin können Wirkkräfte vom Pumpelement zum separaten Antriebselement übertragen werden, beispielsweise vorteilhafte Rückstellkräfte oder dergleichen.Advantageously, the pumping element has a first stop for the drive element and the drive element has a second stop for the pumping element. This ensures that a defined contact or a defined contact surface, namely the corresponding stops, are present, whereby a dimensionally accurate pump piston unit can be realized. For example, the stops are designed as planar surfaces, so that comparatively large forces, especially from the drive element for driving the pumping element between the two in operation separate or loose elements can be transmitted. Furthermore, effective forces can be transmitted from the pumping element to the separate drive element, for example advantageous restoring forces or the like.
Vorzugsweise ist wenigstens ein erstes Federelement zur Kraftbeaufschlagung der Pumpkolbeneinheit und/oder des Pumpelements vorgesehen. Beispielsweise ist das erste Federelement derart ausgebildet, dass die Antriebsbewegung etwas gebremst wird. Die Antriebsbewegung kann vorzugsweise durch wenigstens einen elektrischen Antrieb, insbesondere durch eine elektromagnetische Spule erzeugt werden. Hierdurch wird eine vorteilhafte bzw. definierte Pumpbewegung bzw. Antriebsbewegung zum Antreiben des separaten bzw. losen Pumpelementes realisierbar.Preferably, at least one first spring element is provided for applying force to the pumping piston unit and / or the pumping element. For example, the first spring element is designed such that the drive movement is somewhat slowed down. The drive movement can preferably be generated by at least one electric drive, in particular by an electromagnetic coil. As a result, an advantageous or defined pumping movement or drive movement for driving the separate or loose pumping element can be realized.
Vorteilhafterweise gewährleistet dass erste Federelement, dass die beiden losen bzw. separaten Teile begrenzt und zusammengehalten bzw. verbunden sind, insbesondere im Ruhezustand als auch während dem Pumpvorgang bzw. der Pumpbewegung.Advantageously, this ensures that the first spring element that the two loose or separate parts are limited and held together or connected, in particular in the idle state and during the pumping or the pumping movement.
In einer vorteilhaften Variante der Erfindung ist wenigstens ein zweites Federelement zur Kraftbeaufschlagung der Pumpenkolbeneinheit und/oder des Antriebselementes und/oder des ersten Federelementes vorgesehen, wobei die Federkraft des zweiten Federelementes in vorteilhafter Weise der Federkraft des ersten Federelementes entgegengerichtet ist. In vorteilhafter Weise wird das zweite Federelement mittels des Antriebs bzw. der Antriebseinheit gespannt bzw. zusammengedrückt.In an advantageous variant of the invention, at least one second spring element is provided for applying force to the pump piston unit and / or the drive element and / or the first spring element, wherein the spring force of the second spring element is advantageously directed counter to the spring force of the first spring element. Advantageously, the second spring element is tensioned or compressed by means of the drive or the drive unit.
Vorteilhafterweise drückt bzw. pumpt das zweite Federelement das Fluid, d. h. der Federhub des zweiten Federelementes entspricht im Wesentlichen dem Pumphub der Schwingankerpumpe gemäß der Erfindung. Hiermit kann das zweite Federelement als Rückstellfeder zum Rückstellen der Pumpkolbeneinheit bzw. der beiden im Betrieb separaten Elemente, d. h. des separaten Pumpelementes und des separaten Antriebselementes, ausgebildet werden. Hierbei wirkt die Federkraft des zweiten Federelementes in vorteilhafter Weise als Rückstellkraft zum Rückstellen der Pumpkolbeneinheit, wobei in vorteilhafter Weise beim Rückstellen zugleich gepumpt wird.Advantageously, the second spring element pushes or pumps the fluid, d. H. the spring stroke of the second spring element substantially corresponds to the pumping stroke of the oscillating armature pump according to the invention. Hereby, the second spring element as a return spring for returning the pump piston unit or the two separate in operation elements, d. H. the separate pumping element and the separate drive element, are formed. In this case, the spring force of the second spring element acts in an advantageous manner as a restoring force for returning the pump piston unit, being pumped at the same time advantageously in resetting.
Vorzugsweise besteht das Antriebselement im Wesentlichen aus einem ferromagnetischen Material. Hiermit wird ermöglicht, dass mindestens eine elektromagnetische Antriebsspule oder dergleichen die Pumpkraft bzw. die Pumpenergie auf das Pumpelement der Pumpkolbeneinheit in vorteilhafter Weise überträgt bzw. dies damit beaufschlagt wird. Es hat sich gezeigt, dass ein Antrieb der linear hin und her bewegbaren Schwingankerpumpe bzw. deren Pumpkolbeneinheit mittels einer elektromagnetischen Spule besonders wirtschaftlich günstig herstellbar und betreibbar ist.Preferably, the drive element consists essentially of a ferromagnetic material. This makes it possible for at least one electromagnetic drive coil or the like to transfer the pumping force or the pumping energy to the pumping element of the pumping piston unit in an advantageous manner or to act on it. It has been shown that a drive of the oscillating armature pump, which can be moved linearly back and forth, or its pumping piston unit, can be produced and operated in a particularly economically favorable manner by means of an electromagnetic coil.
Vorzugsweise besteht das Antriebselement im Wesentlichen aus magnetischem bzw. magnetisierbarem Material, insbesondere magnetischem bzw. magnetisierbarem Metall, vorzugsweise magnetischem bzw. magnetisierbarem Edelstahl. Bei der Verwendung von Edelstahl als Material für das Antriebselement ist von besonderem Vorteil, dass dieses Material auch in flüssigen Medien wie beispielsweise Wasser im Allgemeinen nicht rostet bzw. nicht oxidiert. Hierdurch wird die Lebensdauer der erfindungsgemäßen Schwingankerpumpe in vorteilhafter Weise lang ausgebildet.Preferably, the drive element consists essentially of magnetic or magnetizable material, in particular magnetic or magnetizable metal, preferably magnetic or magnetizable stainless steel. When using stainless steel as the material for the drive element is of particular advantage that this material also in liquid media such as water in general does not rust or not oxidized. As a result, the life of the vibrating armature pump according to the invention is formed advantageously long.
Dagegen könnte durchaus auch ein magnetisches bzw. magnetisierbares Material wie (rostende) Stähle verwendet werden, die z. B. mit einer Oberflächenbelegung entsprechend korrosionsbeständig ausgebildet werden. Es hat sich jedoch gezeigt, dass entsprechende Belegungen oder Beschichtungen etc. durch das Hin- und Herbewegen bzw. das Schwingen der Pumpkolbeneinheit abgenützt werden, was zu einem nachteiligen Verschleiß führt und das rostende Material freilegen kann. Erfindungsgemäße Schwingankerpumpen sollten ca. 40 Millionen Hübe oder mehr ohne nachteilige Beeinträchtigung ausführen können. Dies ist vor allem mit einem Edelstahl als Material für das Antriebselement in vorteilhafter Weise erreichbar.On the other hand, a magnetic or magnetizable material such as (rusting) steels could certainly be used, the z. B. be formed with a surface coverage correspondingly resistant to corrosion. However, it has been found that appropriate occupancies or coatings etc. are worn away by the reciprocation or oscillation of the pumping piston unit, which leads to disadvantageous wear and can expose the rusting material. Rocker armature pumps according to the invention should be able to perform about 40 million strokes or more without adverse effect. This can be achieved in an advantageous manner, especially with a stainless steel as the material for the drive element.
In einer besonderen Weiterbildung der Erfindung besteht das Pumpelement im Wesentlichen aus einem Kunststoff, wobei vor allem Thermoplaste und/oder Duroplaste, insbesondere auch Mischungen von beiden, in Frage kommen. Es hat sich gezeigt, dass entsprechende Kunststoffe besonders gute Gleiteigenschaften haben und zudem billig sind. Gerade die Dichtfunktion des Pumpelements wird mit einem vorteilhaften Kunststoff besonders gut realisierbar. Beispielsweise kann als Thermoplast Polyacetat, PEEK, Vespel oder dergleichen und/oder als Duroplast BMC oder dergleichen verwendet werden. Diese Kunststoffe sind einerseits beständig gegenüber Chemikalien und/oder kostengünstig und/oder weisen eine vorteilhafte Gleiteigenschaft auf.In a particular embodiment of the invention, the pumping element consists essentially of a plastic, wherein above all thermoplastics and / or thermosets, in particular mixtures of the two come into question. It has been shown that corresponding plastics have particularly good sliding properties and are also cheap. Especially the sealing function of the pumping element is particularly well realized with an advantageous plastic. For example, as the thermoplastic, polyacetate, PEEK, Vespel or the like and / or thermoset BMC or the like can be used. On the one hand, these plastics are resistant to chemicals and / or inexpensive and / or have an advantageous sliding property.
Alternativ hierzu kann auch ein Edelstahl als Material für das Pumpelement verwendet werden. Dieses Material zeichnet sich bei der Verwendung für das Pumpelement vor allem dadurch aus, dass es abriebfest und korrosionsbeständig sowie trockenlaufresistent und/oder temperaturbeständig ist.Alternatively, a stainless steel may be used as the material for the pumping element. This material is characterized in the use of the pumping element mainly by the fact that it is resistant to abrasion and corrosion and dry run resistant and / or temperature resistant.
Ausführungsbeispielembodiment
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand der Figuren nachfolgend näher erläutert.An embodiment of the invention is illustrated in the drawing and will be explained in more detail with reference to FIGS.
Im Einzelnen zeigenShow in detail
Die Schwingankerpumpe
Das Pumpengehäuse
Eine Pumpenkolbeneinheit bzw. ein Pumpenkolben
Der Pumpenkolben
An der dem Magnetteil
Auf der dem Kolben
Der Pumpenkolben
Eine erste Druckfeder
Auf der gegenüberliegenden Seite wird die Druckfeder
Auf der dem Kolbenteil
Auf der gegenüberliegenden Seite der Druckfeder
Die Schwingankerpumpe
Durch Beaufschlagung der Spule
Gemäß der Erfindung liegen die beiden separaten Teile
Bei Eindringen des Kolbenteils
Beim Zurückschwingen des Pumpenkolbens
Während des Rückzugs des Kolbenteils
Nachdem der Zylinder
In der dargestellten Ausführungsform liegt das Magnetteil
Die Funktion der Querbohrung
Durch die beidseitige Federlagerung des Pumpenkolbens
Durch die Abstützung der Druckfedern
Bei einer mehrteiligen Ausführung des Pumpenkolbens
Von besonderem Vorteil ist, dass im Magnetteil
Darüber hinaus bietet die zwei- oder mehrteilige Ausgestaltung des Pumpenkolbens
Demzufolge ist die erfindungsgemäße Pumpe eine Kolbenpumpe
Eine vorteilhafte Spannungshalbwelle bewirkt in der Pumpe
a) magnetische Wirkung auf den Pumpenkolben
Der beim Anlegen einer Spannungshalbwelle durch die Spule
Um eine möglichst große magnetische Kraftwirkung zu erreichen, ist die Spule
Sobald der Strom zu fließen beginnt und die magnetische Wirkung des Spulenfeldes größer wird als die Kraft, mit welcher der Kolben
Nachdem die magnetische Kraftwirkung der Spule
b) Pumpvorgang z. B. ohne Gegendruckb) pumping z. B. without back pressure
Der Kolben
Der hydraulische Druckkolben
Bewegt sich der Kolben
Sobald der Kolbenhub sein Maximum erreicht hat und der Kolben
Weil der Kolben
Sobald die Dämpfungsfeder
c) Pumpvorgang bei einem Gegendruck von z. B. p = 12 bar: c) pumping at a back pressure of z. Eg p = 12 bar:
Sobald auf der Pumpenausgangsseite der Durchfluss beispielsweise mit einer Drossel verringert wird, baut sich am Pumpenausgang ein entsprechender Gegendruck auf. Dieser Gegendruck bewirkt, dass der Kolben
Die Verschiebung des Kolbens
Der kleinere Kolbenhub hat zur Folge, dass weniger Wasser in der Druckkammer verdrängt wird. Wird die Drossel ganz geschlossen, so wird der Kolben
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- SchwingankerpumpeThe vibration pump
- 22
- Pumpengehäusepump housing
- 33
- Jochyoke
- 44
- SpuleKitchen sink
- 55
- KontaktContact
- 66
- Ankeraufnahmeanchor recording
- 77
- Zylinderteilcylinder part
- 88th
- Flanschflange
- 99
- Ringschulterannular shoulder
- 1010
- Pumpenkolbenpump pistons
- 1111
- Kolbenteilpiston part
- 1212
- Magnetteilmagnetic part
- 1313
- Zylindercylinder
- 1414
- Stegweb
- 1515
- Stegweb
- 1616
- Querstegcrosspiece
- 1717
- DurchgangsöffnungThrough opening
- 1818
- Druckfedercompression spring
- 1919
- Dichtkörpersealing body
- 2020
- Anschlussstutzenspigot
- 2121
- Stützringsupport ring
- 2222
- Druckfedercompression spring
- 2323
- Dichtkörpersealing body
- 2424
- Zwischenteilintermediate part
- 2525
- Querbohrungcross hole
- 2626
- axialer Durchlassaxial passage
- 2727
- axialer Durchlassaxial passage
- 2828
- Druckfedercompression spring
- 2929
- Anschlagscheibestop disc
- 3030
- Anschlagattack
- 3131
- Druckfedercompression spring
- 3232
- Ausnehmungrecess
- 3333
- Abstufunggradation
- 3434
- Anschlusstülleconnection nozzle
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- EP 0288216 B1 [0005, 0011] EP 0288216 B1 [0005, 0011]
- DE 102005048765 A1 [0005] DE 102005048765 A1 [0005]
- DE 60016905 T2 [0005, 0011] DE 60016905 T2 [0005, 0011]
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