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Stopfbüchslose rotierende Verdrängerpumpe für Gase und Dämpfe mit
einem ringförmigen Förderraum Die Erfindung betrifft eine stopfbüchslose rotierende
Verdrängerpumpe für Gase und Dämpfe mit einem ringfömigen Förderraum, in dem Verdrängerkörper
aus magnetisierbarem Werkstoff kreisend mittels von einer äußeren Kraft mechanisch
angetriebener Magnete bewegt werden, wobei in der zwischen Einlaß und Auslaß gelegenen
Dichtungszone des Förderraumes die jeweils benachbarten Verdrängerkörper in engstem
Abstand zueinander stehen.
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Derartige Pumpen sind besonders für die Anwendungsgebiete geeignet,
bei denen die Vermeidung einer beweglichen Abdichtung des Förderraumes gegen die
Atmosphäre gefordert wird, z. B. wenn unter hohem Druck oder unter hohem Vakuum
gearbeitet werden soll, jedoch nur eine verhältnismäßig kleine Druckdifferenz zu
überwinden ist, und wenn die Giftigkeit, Zersetzungsgefahr oder Explosionsgefahr
des zu fördernden Mediums es ratsam erscheinen lassen, auf eine bewegliche Abdichtung
gegen die Atmosphäre zu verzichten.
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Es ist eine Pumpe der eingangs erwähnten Art bekannt, die auch zum
Fördern von Flüssigkeit gedacht ist und ein oder zwei nebeneinander angeordnete
kreisförmige Pumpengehäuse aufweist, in denen gekrümmte Zylinderkolben durch Magnete
bewegt werden, die um eine konzentrisch zum Gehäuse angeordnete Rotationsachse mit
darauf starr befestigten Magnetarmen am inneren Umfang des Pumpengehäuses auf die
Kolben einwirken. Die Flüssigkeitsein- und -austrittsstutzen sind seitlich am Pumpengehäuse
angeordnet. Bei dieser Pumpe ist auch eine weitere Ausführungsform möglich: hier
erfolgt die Fortbewegung der Kolben mittels einer am Pumpengehäuse angeordneten
Wicklung, die ein Drehfeld induziert. Bei beiden Ausführungsformen werden.die Kolben
zwischen Ein- und Austrittsstutzen in der Abdichtzone mit Hilfe von Gleichstrommagneten
abgebremst. Die Herstellung der Pumpe erfordert präzise und teuere Bearbeitung.
Die Kolben haben, wie bereits erwähnt, die Form eines gekrümmten Zylinders, und
die gleitende Bewegung der Kolben zieht einen verhältnismäßig hohen Verschleiß nach
sich.
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Es sind ferner der vorbeschriebenen Ausführungsform ähnliche Drehkolbenmaschinen
bekannt, bei denen das Förderrohr in mehreren Windungen, z. B. spiralförmig in einer
Ebene, kegelspiralförmig oder schraubenförmig, angeordnet ist und der Anfang und
das Ende der Kolbenbahn durch einen Umgehungskanal miteinander verbunden sind. An
Stelle der gekrümmten Zylinderkolben werden in diesem Falle Kugeln verwendet, die
von außen mittels eines Magnetarmes, der auf einer konzentrisch zum Gehäuse angeordneten
Rotationsachse starr befestigt ist, in der Förderbahn bewegt werden. Bei dem spiralförmigen
Gehäuse ist eine Kolbengeschwindigkeitsverringerung mit zunehmender Verdichtung
gegeben; die Beschleunigung der Kugeln aus dem Umgehungskanal heraus erfolgt sehr
plötzlich. Die Pumpen mit schraubenförmiger Förderbahn erfordern wiederum eine besondere
Einrichtung zum Abbremsen der Kugeln unmittelbar hinter dem Fördergutaustrittsstutzen.
In dem Umgehungskanal werden die Kolben nicht mehr mittels Magnetkraft bewegt, sondern
durch den Aufprall des jeweils aus der Förderbahn austretenden und in den Umgehungskanal
eintretenden Kolbens.
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Es ist ferner eine Pumpe bekannt, bei welcher am äußeren Umfang innerhalb
des zylindrischen Gehäuses Magnetwicklungen in unterschiedlicher Stärke und in unterschiedlichen
Abständen vorgesehen sind, unter deren Einfluß sich Segmentkolben mit eingebauten
Induktionswicklungen um eine konzentrisch angeordnete feststehende Achse mit veränderlichen
Winkelgeschwindigkeiten drehen. Durch die Verkleidung der Wicklungen zum Schutz
gegen die Einwirkungen des Fördergutes wird der Wirkungsgrad der Maschine ähnlich
wie beim Spaltmotor verschlechtert. Die Wicklungen sind schwer zugänglich.
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Ergänzend sei noch eine Drehkolbenmaschinenart erwähnt mit gleitend
geführten Kolben von rechteckigem Querschnitt je mit einer Öffnung in der Mitte,
in der sich als Mitnehmer dienende Rollen oder Kugeln radial zwischen zwei angetriebenen
Scheiben
bewegen, die von einer exzentrisch zum Gehäuse angeordneten
rotierenden Welle mitgenommen werden. Durch die radiale Bewegung der Rollen oder
Kugeln und damit der Kolben ändern sich ihre Winkelgeschwindigkeiten.
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Durch die Erfindung sollen die Nachteile der bekannten Konstruktionen
vermieden und eine neue stopfbuchslose rotierende Verdrängerpumpe der eingangs erwähnten
Art geschaffen werden, die sehr einfach und zweckmäßig gebaut ist und bei der die
Magnete in einer besonderen Weise geführt und angetrieben sind. Die Pumpe soll sowohl
im Druckgebiet als auch im Vakuumgebiet zur Überwindung von kleinen bis mittleren
Druckunterschieden mit bestem Erfolg verwendet werden können.
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Dazu wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Magnete konzentrisch
zum ringförmigen Förderraum in einer ortsfesten Gleitbahn geführt sind und mittels
eines Armsternes angetrieben werden, der starr mit der Antriebswelle verbunden ist,
welche achsparallel exzentrisch zum Förderraum angeordnet ist, so daß sich die Abstände
zwischen den einzelnen Verdrängerkörpern während des Umlaufs vergrößern und verkleinern
und in der Dichtungszone fast Null sind.
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Ferner wird vorgeschlagen, daß die Verdrängerkörper Kugeln sind.
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Der Durchmesser der ringförmigen Gleitbahn für die unmittelbar neben
dem Förderraum kreisenden Magnete soll dem mittleren Kreisdurchmesser des Förderraumringes
entsprechen.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist noch eine Ausführungsform
vorgesehen, die auch zur Förderung von Flüssigkeiten geeignet und so ausgebildet
ist, daß die Verdrängerkörper nicht durch mechanisch angetriebene Einzelmagnete,
sondern durch das magnetische Drehfeld einer den größeren Bereich des ringförmigen
Förderraums umgebenden ersten Drehstromwicklung zur Förderung bewegt werden und
im Bereich der Dichtungszone des Förderraums von einem, dem Feld der ersten entgegengesetzt
gerichteten Drehfeld einer zweiten Drehstromwicklung abgebremst werden. Als magnetisches
Feld kann auch ein Drehstromfeld angewendet werden.
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In der Zeichnung sind zwei verschiedene Ausführungsformen der Verdrängerpumpe
gemäß der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen Fig. 1 und 1 a eine Pumpe
mit mechanisch angetriebenen Einzelmagneten, Fig. 2 eine Pumpe mit zwei Drehstromwicklungen.
Gemäß Fig. 1 und 1 a bildet ein kreisförmig gebogenes Rohr 31 aus nichtmagnetisierbarem
Werkstoff mit einem Eintrittsstutzen 32 und einem Austrittsstutzen 33 den
Pumpenförderraum. Die Dichtungszone zwischen Einlaß und Auslaß ist mit 35 bezeichnet.
Mehrere Gleichstrommagnete 36 kreisen um die exzentrisch zum Förderraum
31 angeordnete Antriebswelle A und nehmen auf ihrem Wege die im Raum 31 laufenden
Kugeln 37 aus magnetisierbarem Werkstoff mit. Die Kugeln 37 bilden somit
die Verdrängerkörper. Der Weg der Kraftpole 36 ist durch eine ortsfeste Gleitbahn
39 festgelegt, die konzentrisch zum ringförmigen Förderraum 31 angeordnet ist. Auf
der Welle A ist ein Armstern mit Armen 40
befestigt, auf denen die Magnetpole
36 radial gleiten können. Während der Rotation verschieben sich die Pole 36 längs
der Arme 40 und sind der Drechachse der Welle A in der Dichtungszone 35 am
nächsten; hier sind die Abstände zwischen den einzelnen Verdrängerkörpern fast Null.
Aus der Fig. 1 a, die den Seitenriß zu Fig. 1 darstellt, sind die Arme
40 mit den Magneten 36 und die Führungseinrichtung bzw. Gleitbahn
39 besonders gut ersichtlich. Die Bewegung der Körper 37 im Förderraum bewirkt
die Förderung des zu pumpenden Mediums.
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Der Durchmesser der Verdrängerkörper darf im Hinblick sowohl auf ihre
fördernde als auch auf ihre abdichtende Tätigkeit nur wenig kleiner sein als der
Durchmesser des den Förderraum bildenden Rohres. Selbstverständlich können außer
Elektromagneten auch permanente Magnete verwendet werden. Der Armstern mit den Magneten
36 wird von einem nicht gezeigten Motor angetrieben.
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Bei der Ausführung nach Fig. 2 sind in der gleichen Anordnung wie
bei der Ausführung nach Fig. 1 ein Förderraum 41, ein Saug- und ein Druckstutzen
42 und 43 sowie eine Dichtungszone 45 dargestellt. Mit 46 ist die Drehstromwicklung
bezeichnet, die das Drehfeld für die Mitnahme von Kugeln 47 im Förderraum
erzeugt. Die Drehstromwicklung 48 ruft ein Drehfeld hervor, das in umgekehrter
Richtung wirkt wie jenes der Wicklung 46 und damit die Kugeln 47
in
der Dichtungszone 45 abbremst. Diese Ausführungsform eignet sich auch für
die Förderung von Flüssigkeiten.