DE202022105705U1

DE202022105705U1 - Hochdruckpumpe

Info

Publication number: DE202022105705U1
Application number: DE202022105705.2U
Authority: DE
Original assignee: Genima Innovations Marketing GmbH
Current assignee: Genima Innovations Marketing GmbH
Priority date: 2022-10-10
Filing date: 2022-10-10
Publication date: 2022-10-27
Anticipated expiration: 2032-10-11

Abstract

Hochdruckpumpe, umfassend eine Archimedische Schraube oder Schnecke mit Füllung einer magnetorheologischen Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetorheologische Flüssigkeit in einem Mittelteil der Hochdruckpumpe durch ein Magnetfeld versteifbar ist.

Description

Hintergrund der Erfindung
Hohe Drücke (über 60 bar) in einem Arbeitsmedium sind mit einer einzelnen Pumpe schwer zu erreichen. Bisher wurde zur Erzielung hohen Druckes eine Kaskade von Pumpen verwendet, die den Druck erhöhen.
Neben hohem Materialaufwand, hohen Kosten, hohem Gewicht und großem Platzbedarf besteht hier vor allem eine erhöhte Ausfallwahrscheinlichkeit aufgrund einer erhöhten Anzahl von beweglichen Bauteilen und Dichtungen.
Stand der Technik
Das Fraunhofer Institut beschreibt in einem Artikel magnetorheologische Flüssigkeiten, diese sind Suspensionen von magnetisierten Teilen in einer Trägerflüssigkeit. Durch das Anlegen eines Magnetfeldes versteift sich das Medium reversibel durch magnetische Wechselwirkungen. (Link zuletzt aufgerufen am 29.03.2022:

https://www.cesma.de/de/materialien/smarte-fluessigkeiten/magnetorheologischefluessigkeiten.html)

Beispielhaft für dieses Funktionsprinzip ist DE 10 2007 016 548 A1 , ein System und eine Vorrichtung für einen Maschinenkühlmittelpumpenantrieb für ein Fahrzeug, bei dem die magnetorheologische Flüssigkeit als Fluid für die Kupplung dient.
EP 2 217 359 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Konditionierung einer magnetisierbaren, Partikel enthaltenden Suspension. Das Trägermedium der magnetisierten Partikel fließt durch eine Vorrichtung, an der durch einen Elektromagneten ein Magnetfeld angelegt ist. Die Vorrichtung besitzt einen Spalt, der um eine zentrale Drehachse rotiert und durch den das Medium fließen kann. Die Suspension wird in Gegenwart des Magnetfeldes geschert, dies wird aufgehoben, nachdem die Suspension durch den Spalt fließt. Die Erfindung dient als Kühlsystem, um mit der Suspension Wärme abzutragen.
Bekannt sind verschiedene Pumpen oder Einspritzsysteme, wie beispielsweise beschrieben in EP 3 252 299 A1 , bei denen sich Metall- oder Eisenspäne in einer Flüssigkeit befinden. Diese sind jedoch ungewollt und können Leitungen zerstören, weshalb Magnete genutzt werden, um die Partikel entfernen zu können.
EP 2 616 704 B1 beschreibt eine magnetorheologische Übertragungsvorrichtung, nämlich eine Kraft- oder Drehmomentübertragungseinrichtung, wobei diese zwischen einer ersten Komponente und einer zweiten Komponente, die sich zur ersten bewegt oder ruht, durch die magnetorheologische Flüssigkeit verändert werden kann. Die Übertragungsvorrichtung wird beispielsweise für die Verwendung als Lenkradsperre, Kupplung oder Bremse vorgeschlagen.
Eine Schneckenpumpe mit Einsatz von rheologischen Fluiden ist bisher nicht bekannt.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist die Einsparung von Antriebsenergie durch Erzielung hohen Druckes in einem Arbeitsmedium mit einer einzigen Pumpe anstelle mehrerer, meist kaskadierender Pumpen, bei gleichzeitiger Gewichtsersparnis und geringem Platzbedarf, somit also eine Effizienzsteigerung bei der Druckherstellung.
Lösung
Dies wird dadurch gelöst, dass als Arbeitsmedium in einer Schneckenpumpe magnetorheologische Flüssigkeiten oder Gels verwendet werden, die während des Pumpvorganges in der Schnecke durch ein Magnetfeld versteift werden und dort als Schubelement wirken.
Durch die Versteifung ist ein wesentlich höherer Druck im Arbeitsmedium zu erreichen als dies bei herkömmlichen Pumpen mit herkömmlichen Flüssigkeiten möglich ist.
Das flüssige Arbeitsmedium verliert nach dem Verlassen des Wirkungsbereiches des Magnetfeldes die Steifigkeit und verlässt druckbehaftet als flüssiges Arbeitsmedium das Anlagengehäuse.
In anderen Worten betrifft die Erfindung eine Hochdruckpumpe, umfassend eine Archimedischen Schraube oder Schnecke mit Füllung einer magnetorheologischen Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetorheologische Flüssigkeit in ihrem Mittelteil durch ein Magnetfeld versteifbar ist.
Bevorzugt ist es vorgesehen, dass die Hochdruckpumpe weiterhin Permanentmagnete zur Erzeugung des Magnetfelds umfasst.
Weiterhin ist es bevorzugt vorgesehen, dass die Permanentmagnete als Stabmagnete ausgebildet sind, deren Längsachsen orthoganal zu einer Längsachse der Archimedischen Schraube oder Schnecke sowie kreisförmig um die Längsachse der Archimedischen Schraube oder Schnecke angeordnet sind und die quer zu ihrer Längsachse polarisiert magnetisiert sind, so dass das von den Permantmagneten erzeugte Magnetfeld parallel zur Längsachse der Archimedischen Schraube oder Schnecke verläuft.
Weiterhin ist es bevorzugt vorgesehen, dass die Achse der Schnecke quer polarisiert magnetisiert ist.
Alternativ bevorzugt ist es vorgesehen, dass die Hochdruckpumpe weiterhin mindestens einen Elektromagneten zur Erzeugung des Magnetfelds umfasst.
Bevorzugt ist es vorgesehen, dass die Schnecke außen tangential mit Spulendraht umwickelt ist.
Weiterhin ist es bevorzugt vorgesehen, dass die Schnecke mit Paketen von Spulendrähten umgeben ist, wobei Längsachsen der Spulendrähte orthoganal zu einer Längsachse der Archimedischen Schraube oder Schnecke sowie kreisförmig um die Längsachse der Archimedischen Schraube oder Schnecke angeordnet sind, so dass das von den Permantmegnaten erzeugte Magnetfeld quer zur Längsachse der Archimedischen Schraube oder Schnecke verläuft.
Weiterhin ist es bevorzugt vorgesehen, dass die magnetorheologische Flüssigkeit aus einem Hydrauliköl mit darin suspendierten feinen Eisenfeilspänen besteht.
Vorteile gegenüber herkömmlichen Hochdruckpumpen
Einerseits ergibt sich daraus eine hohe Energieeffizienz durch die verringerte Reibung, andererseits ein vergleichsweise geringerer Verschleiß und niedrigere Betriebsgeräusche.
Hohe Drücke bis 150 bar bzw. gleichbleibende Förderleistungen bis 100 bar sind durch die erfindungsgemäße Verwendung einer magnetorheologischen Flüssigkeit sogar in einer vergleichsweise kostengünstigen Pumpe erreichbar, die im gewöhnlichen Betrieb nur Drücke bis 30 bar erreichen kann.
Die Pumpe kann mit zwei Magneteinwirkungen betrieben werden: Mit einer Elektromagnetspule für hohen Druck und hohe Förderleistung oder mit starken Permanentmagneten (z.B. Neodym) für kleinere Anlagen. Letztere ermöglichen auch eine stromunabhängige Nutzung im Handbetrieb.
Figurenliste

1 zeigt die Hochdruckpumpe (1), bestehend aus Anlagengehäuse (1) Elektromagnet (2), Schnecke (3), Einlass-Halteplatte (4), Antrieb (5), Auslass-Halteplatte (6), Gegenlager (7), Druckmessung (8), Absperrventil mit Blende (9), Überführungsleitung (10), Ausdehnbehälter (11), dem Auslass für das druckbehaftete Arbeitsmedium (12), dem Einlass für das drucklose Arbeitsmedium (13) und einem Tank (14) für das Arbeitsmedium.
2 zeigt die Hochdruckpumpe in Seitenansicht mit Auslass für das druckbehaftete Arbeitsmedium (12), Anlagengehäuse (1) Elektromagnet (2) und Schnecke (3).

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102007016548 A1 [0004]
EP 2217359 A1 [0005]
EP 3252299 A1 [0006]
EP 2616704 B1 [0007]

Claims

Hochdruckpumpe, umfassend eine Archimedische Schraube oder Schnecke mit Füllung einer magnetorheologischen Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetorheologische Flüssigkeit in einem Mittelteil der Hochdruckpumpe durch ein Magnetfeld versteifbar ist.
Hochdruckpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckpumpe weiterhin Permanentmagnete zur Erzeugung des Magnetfelds umfasst.
Hochdruckpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete als Stabmagnete ausgebildet sind, deren Längsachsen orthoganal zu einer Längsachse der Archimedischen Schraube oder Schnecke sowie kreisförmig um die Längsachse der Archimedischen Schraube oder Schnecke angeordnet sind und die quer zu ihrer Längsachse polarisiert magnetisiert sind, so dass das von den Permantmegnaten erzeugte Magnetfeld parallel zur Längsachse der Archimedischen Schraube oder Schnecke verläuft
Hochdruckpumpe nach mindestens einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachse der Schnecke quer polarisiert magnetisiert ist.
Hochdruckpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckpumpe weiterhin mindestens einen Elektromagneten zur Erzeugung des Magnetfelds umfasst.
Hochdruckpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnecke außen tangential mit Spulendraht umwickelt ist.
Hochdruckpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnecke mit Paketen von Spulendrähten umgeben ist, wobei Längsachsen der Spulendrähte orthoganal zu einer Längsachse der Archimedischen Schraube oder Schnecke sowie kreisförmig um die Längsachse der Archimedischen Schraube oder Schnecke angeordnet sind, so dass das von den Permantmagneten erzeugte Magnetfeld quer zur Längsachse der Archimedischen Schraube oder Schnecke verläuft
Hochdruckpumpe nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetorheologische Flüssigkeit aus einem Hydrauliköl mit darin suspendierten feinen Eisenfeilspänen besteht.