DE2734125A1

DE2734125A1 - Elektromagnetische stroemungsmittelpumpe

Info

Publication number: DE2734125A1
Application number: DE19772734125
Authority: DE
Inventors: John Robert Wilkinson
Original assignee: Purolator Products Co LLC
Current assignee: Purolator Products Co LLC
Priority date: 1976-07-29
Filing date: 1977-07-28
Publication date: 1978-02-02
Also published as: US4086518A; FR2359998A1; JPS5734468B2; JPS5316903A; GB1531119A

Description

Di· Erfindung betrifft eis· «lektroe^netiech· Strömungsmittel* pumpe, insbesondere "

Die frühen, hin- und hergehenden elektromagnetischen Strömung·- mittelpumpen verwendeten mechanisch oder magnetisch betätigte Schalter, um das Ende des Kolbenhubs zu erfassen. Die Betätigung des Schalters legte an die Solenoidspule Spannung, was das Kolbenteil in die Startposition zurückführte. Typische Beispiele dieser elektromagnetischen Pumpen sind in den US-Patenten 2 994 792 und 3 361 069 beschrieben. Diese Schalter unterliegen jedoch sowohl mechanischen Ausfallen als auch der Kontakterosion. Sie waren daher die Hauptursachen für Pumpenausfälle. Eine Alternative zur Verwendung mechanischer Schalter bestand in der Verwendung eines elektronischen Oszillators, der in bestimmten Zeitintervallen die Solenoidspule unter Strom setzte. Einige Pumpen verwendeten freilaufende Oszillatoren, wie beispielsweise im OS-Patent 3 211 798 beschrieben, oder verwendeten einen blockierenden Oszillator, wie im US-Patent 3 381 616 gelehrt. Pumpen mit elektronischen Oszillatoren, die mit konstanter Geschwindigkeit betrieben wurden, arbeiteten über relativ schmale Bereiche der Ausgangsbelastungen hinweg ordentlich. Die Frequenz der Oszillatoren mußte jedoch eingestellt werden, um Veränderungen in den Lastbedingungen zu kompensieren. Solche ■ Pampen waren nicht besonders in den Fällen geeignet, in denen

j die Last statistisch über einen recht großen Bereich fluktuierte!

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j Ein Versuch, mit diesem Problem fertigzuwerden, ist im US-Patent 3 118 383 beschrieben. Hier wird die Verwendung einer Sensorspule gezeiqt, welche an einem oder beiden Enden des Kolbenhubs Signale erzeugte, wodurch der Ausgangsimpuls des Multivibrators vorzeitig eingeleitet oder beendigt wurde. Unter Verwendung dieser Anordnung konnte der Betriebslastbereich der elektromagnetischen Pumpe zu höheren Lasten ausgedehnt werden; der untere Arbeitsbereich wurde jedoch immer noch durch die natürliche Frequenz des Multivibrators bestimmt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Steuerung für eine elektromagnetische Strömungspumpe zu schaffen, die auf den Strömungsmittelbedarf anspricht.

Diese Aufgabe wird durch die im Hauptanspruch beschriebene Erfindung gelöst; vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigen:

Figur 1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße elektromagnetische Strömungsmittelpumpe;

Figur 2a einen Teilquerschnitt durch die Pumpe, in der die Stellung des Kolbens zu Beginn des Pumpenhubs gezeigt ist;

Figur 2b einen Teilquerschnitt der Pumpe, in der die Stellung des Kolbens am Ende des Pumpenhubes gezeigt ist;

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Figur 3 ein Blockdiagramm, in der die Grundelemente des beschriebenen Regelsystems dargestellt sind;

Figur 4 die Schaltungsanordnung der bevorzugten Ausführungsform des Steuersystems;

Figur 5a eine Wellenform, die zum Verständnis der Funktionsweise des Oszillators verwendet wird;

Figur 5 eine Wellenform, welche die Abtast-Impulssignale zeigt, die vom Oszillator erzeugt werden;

Figur 5c eine Wellenform, welche das Ausgangssignal des bistabilen Schalters darstellt.

Die Grundelemente einer sogenannten "on-demand"-elektromagnetischen Strömungsmittelpumpe sind in Figur 1 dargestellt. Die elektromagnetische Strömungsmittelpumpe 10 umfaßt ein im wesentlichen zylindrisches Gehäuse 12 mit einem Stromungsmitteleinlaß 13 und einem Strömungsmittelauslaß 15. Innerhalb des Gehäuses befindet sich ein zylindrisches Führungsteil 14, das dort durch ringförmige Polteile 16 und 17 gehalten wird. Zwischen den Polteilen 16 und 17 befinden sich eine obere und eine untere Sensorwicklung 18 bzw. 19, sowie eine Solenoidwicklung 20, die koaxial innerhalb des Führungsteil 14 angeordnet sind. Innerhalb des zylindrischen Teils 14 befindet sich ein Kolbenteil 22, das sich innerhalb des zylindrischen Teils hin- und herbewegen kann. Der obere Abschnitt 23 des Kolbens 22 ist unterschnitten, wodurch ein Luftspalt zwischen dem Kolbenteil 22 und dem Führungsteil 14 erzeugt wird. Eine Feder 24 ist unter Druck zwischen einem Sprengring 26 am einen Ende des zylinderischen Teils 14 und einem Ende des Kolbenteils 22 eingespannt. Ein Filter 28

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befindet sich zwischen dem Strömungsmitteleinlaß 13 und dem Einlaß 21 zum Kolbenteil 22. Eine Mehrzahl von Ventilen 30 und 31 ist im Strömungsmittelweg durch den Zylinder 14 angeordnet und verhindert einen Strömungsmittelfluß, der kein unidirektionaler Fluß vom Einlaß zum Auslaß durch das Kolbenteil 22 ist, in bekannter Weise.

Am oberen Ende des Führungsteil 14 befindet sich ein Anschlagteil 32, wobei zwischen dem Kolbenteil 22 und dem Anschlagteil 32 ein Federteil 38 eingespannt ist. Das Federteil 38 bildet ein Kissen für den Kolbenteil, wenn dieser das obere Ende seines Hubs erreicht. Eine Kappe 34 ist um das Gehäuse 12, wie bei 35 dargestellt, verklammert oder in anderer Weise so befestigt, daß sich eine Strömungsmitteldichte Verbindung ergibt. Ein Diaphragma 36 ist starr am Rande der Kappe 34, wie bei 35 dargestellt, befestigt, so daß das Innere der Kappe 34 eine hermetisch abgedichtete Kammer bildet. Ein Epoxyd- oder anderes gießbares Material 37 hilft dabei, die verschiedenen Pumpenteile in ihrer Position zu halten; es kann auch dazu verwendet werden, die elektrischen Komponenten zu halten, die anhand der Figur 3 beschrieben werden. Elektrische Leistung aus einer Quelle, beispielsweise einer Batterie 38 oder einer Quelle gleichgerichteter Wechselspannung wird über eine elektrische Durchführung in die Pumpe gespeist. Der elektrische Kreis wird über das Gehäuse 12 und einen Flansch 40 geschlossen, der über einen gemeinsamen Erdkreis mit der Quelle der elektrischen Leistung 38 verbunden ist.

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Die Einzelheiten des Kolbenteiles 22 und seine Beziehung zu den Sensorspulen 18 und 19 sowie der Solenoidspule 20 sind in Figur 2 dargestellt. Wie oben erläutert, wird das Führungsteil 14 innerhalb des Gehäuses 12 durch die Polteile 16 und 17 getragen. Die obere und die untere Sensorspule 18 bzw. 19 befinden sich, wie dargestellt, konzentrisch zu den Führungsteilen zwischen den Polteilen 16 und 17. Die Sensorspule 18 ist dem Polteil 17, die Sensorspule 19 ist dem Polteil 16 benachbart. Die Solenoidspule 20 befindet sich zwischen den Polteilen 16 und 17 und füllt außerdem das verbleibende Volumen zwischen den Sensorspulen 18 und 19 aus. Das Kolbenteil 22 besitzt einen mittleren Abschnitt 46, einen oberen, hinterschnittenen Abschnitt 42, sowie einen unteren hinterschnittenen Abschnitt 44. Es wird verschiebbar im Führungsteil 14 aufgenommen. Die äußeren Durchmesser des oberen und unteren hinterschnittenen Abschnitts 42 und 44 sind geringfügig kleiner als der AuBendurchmesser des Mittelabschnitts 46. Dadurch ergibt sich ein Abstand bzw. ein Spalt zwischen den Außenflächen des oberen und des unteren hinterschnittenen Abschnitts und der Innenfläche des Führungsteils 14. Die Länge des mittleren Abschnitts 46 ist geringfügig größer als die Entfernung zwischen den beiden Sensorspulen 18 und 19. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist die Länge des mittleren Abschnitts 46 gleich dem Raum zwischen den Sensorspulen 18 und 90 zuzüglich der Breite von einer Sensorspule, so daß der Boden des mittleren Abschnitts 46 auf gleicher Höhe mit der Oberseite der Sensorspule 19 ist, wenn die Oberseite des mittleren Abschnitts 46 in gleicher Höhe mit der Oberseite der Sensorspule 18 ist.

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Zu Beginn des Pumpenhubes wird der Kolben 22 nach unten unter Kompression der Feder 24, wie in Figur 2a, zurückgezogen. In dieser Stellung ist der mittlere Abschnitt 46 der Sensorspule 19, wie dargestellt, benachbart, während der hinterschnittene Abschnitt 42 der Sensorspule 18 benachbart ist. In der Nullstellung, Figur 2b, befindet sich die Ober- und Unterseite des mittleren Abschnitts 46 zwischen den Zonen beider Sensorspulen. Am Ende des Hubes, Figur 2c, ist das obere Ende des mittleren Abschnitts 46 der Sensorspule 18 benachbart und der untere hinterschnittene Abschnitt 44 liegt der Sensorspule 19 gegenüber.

Einzelheiten der elektronischen Steuerung sind im in Figur 3 dargestellten Blockdiagramm gezeigt. Aus einer elektrischen Quelle, beispielsweise einer Batterie 38 wird an die Durchführung 39 Spannung gelegt,die mit einem Ende der Solenoidspule 20, dem Oszillator 62 und dem Detektorkreis 80 für die Abtastimpulse verbunden ist. Der Stromfluß durch die Solenoidspule 20 wird durch den bistabilen Schaltkreis 50 kontrolliert, der Abtastimpulse vom Oszillator 62 und Detektorkreis 80 empfängt.

Wird die Solenoidspule 20 unter Strom gesetzt, so wird das Kolbenteil 22 auf das untere Ende des Führungsteils 14 in Richtung auf die Sensorspule 19 zubewegt, wie dies durch den Pfeil A gezeigt ist. Wenn der Strom aufhört, drückt das Federteil 24 das Kolbenteil 22 in entgegengesetzte Richtung auf die Sensorspule 18 zu. Der Oszillator 62 erzeugt dauernd eine Serie von niedrigen Einschaltdauer- Abtastimpulsen, die vom bistabilen Schalterkreis 50 verstärkt werden und die Solenoidspule 20 eine kurze

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Zeitspanne lang unter Strom setzen, die gleich der Impulsbreite der Abtastimpulse ist. Das Magnetfeld, das von der Solenoidspule 20 während dieser kurzen Zeitspannen unter Strom erzeugt wird, reicht nicht aus, das Kolbenteil gegen das Federteil 24 zu bewegen, und hat daher keinen oder nur wenig Effekt auf die Verschiebung des Kolbenteils durch das Federteil 24.

Das Magnetfeld, welches von der Solenoidspule auf die Abtastimpulse hin erzeugt wird, induziert jedoch Signale in den beiden Sensorspulen 18 und 19. Diese sind in Reihe zwischen die Signaleingänge des Detektorkreises 80 für die Abtastimpulse geschaltet. Die beiden Sensorspulen sind, wie gezeigt, so angeschlossen, daß das in der Sensorspule 18 induzierte Signal dem Signal entgegengerichtet ist, welches in der Sensorspule 19 erzeugt wird. Wenn das Kolbenteil 22 in der zurückgezogenen Stellung ist, die in Figur 2a dargestellt ist, ist das von der Sensorspule 19 erzeugte Signal vorherrschend. Es erfolgt kein Ausgangssignal aus dem Detektorkreis 80. Am Ende des Pumphubs befindet sich das Kolbenteil 22 an seiner obersten Position, die in Figur 2c gezeigt ist. Der mittlere Abschnitt 46 des Kolbenteils 22 ist dann der Sensorspule 18 benachbart. Dies verringert den Luftspalt zwischen dem Kolbenteil 22 und der Sensorspule 18, wodurch das in der Sensorspule 18 induzierte Signal größer als das in der Sensorspule 19 induzierte Signal wird. Die Differenz der induzierten Signale wird vom Detektorkreis 80 erfaßt, der ein Ausgangssignal erzeugt. Dieses triggert den bistabilen Schalter 50 in den volleitenden Zustand. Der bistabile Schalter 50 bleibt in diesem volleitenden Zustand, bis er durch den nächstfolgenden niedri-

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gen Einschaltdauer-Impuls vom Oszillator in den Ausgangszustand zurückgestellt wird. Das Zeitintervall zwischen den niedrigen Einschaltdauerimpulsen, die vom Oszillator 62 erzeugt werden, wird so gewählt, daß die Solenoidspule 20 hinreichend lange aktiviert wird, damit der Kolben vollständig gegen die Kraft des Federteils 24 in die Startposition von Figur 2a zurückgezogen wird. Der bistabile Schalter 50 wird in den Ausgangszustand durch den nächstfolgenden niedrigen Einschaltdauer-Impuls zurückgestellt; das Kolbenteil wird wiederum auf die Sensorspule 18 zu durch das Federteil 24 gedrückt. Der bistabile Schalter läßt wiederum Strom durch die Spule 20 kurzzeitig fließen, wobei er auf die vom Oszillator 62 herrührenden Signale anspricht, bis der mittlere Abschnitt 46 des Kolbens wiederum in der Nähe der Sensorspule 18 ist. Der Detektorkreis 80 erzeugt erneut ein Signal, welches den Schalter 50 in den volleitenden Zustand bringt; der Pumpenzyklus wird wiederholt.

Die Einzelheiten des bistabilen Schalters 50, das Oszillators 62 und des Detektorkreises 80 sind in dem Schaltungsdiagramm von Figur 4 dargestellt. Ein Ende der Solenoidspule 20 ist mit der Durchführung 39 verbunden, an der von einer Quelle 38 Spannung anliegt, wie anhand der Figur 3 erörtert. Das gegenüberliegende Ende der Solenoidspule 20 ist mit den Kollektoren der Transistoren 52 und 54 verbunden. Der Emitter des Transistors 52 ist mit der Base des Transistors 54 und der Emitter des Transistors 54 ist mit Erde verbunden. Auf diese Weise wird ein herkömmlicher Darlington-Verstärker mit hohem Verstärkungsfaktor gebildet. Die Basis des Transistors

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52 ist mit dem Ausgang eines Oder-Tors 56 verbunden. Das Oder-Tor 56 ist so ausgestaltet, daß es ein Ausgangssignal erzeugt, wenn

einem der beiden
an/ beiden Eingangsanschlüssen negative Eingangssignale liegen.

Ein Eingang des Oder-Tors 56 ist mit dem Q-Ausgang eines herkömmlichen JK-Flip-Flop 58 verbunden. Der andere Eingang des Oder-Tors 56 ist mit einem Verbindungspunkt 64 verbunden, welcher der Ausgangsanschluß des Oszillators 62 ist. Der Verbindungspunkt 64 ist außerdem mit einem Inverterverstärker 60 verbunden, dessen Ausgang mit dem Takteingang (ck) des Flip-Flop 58 verbunden ist.

Der Ausgang des Oszillators ist der Verbindungspunkt 64. Der Verbindungspunkt 64 ist mit der Durchführung 39 über einen Widerstand 66, mit der Basis eines Transistors 68 und mit dem Kollektor des Transistors 70 verbunden. Der Kollektor des Transistors 68 ist mit der Basis des Transistors 70 und mit Erde über einen Widerstand 72 verbunden. Der Emitter des Transistors 70 ist mit Erde verbunden. Der Emitter des Transistors ist mit der Durchführung 39 über einen Widerstand 74 und mit einer Elektrode eines Kondensators 76 verbunden. Die gegenüberliegende Elektrode des Kondensators 76 ist über einen Widerstand 78 mit Erde verbunden.

Der Detektorkreis 80 für die Abtastimpulse weist zwei Transistoren 82 und 84 auf, deren Emitter zusammengeschlossen und mit der Durchführung 39 über einen Widerstand 68 verbunden sind. Widerstände 88 und 90 sind in Reihe zwischen die Durchführung 39 und Erde geschaltet und bilden einen Spannungsteiler, der am Verbin-

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dungspunkt 92 ein Vorspannungspotential erzeugt. Die Basis des Transistors 84 ist direkt mit der Verbindungsstelle 92 verbunden, wogegen die Basis des Transistors 82 mit dem Verbindungspunkt 92 über die in Serie geschalteten Sensorspulen 18 und 19, wie dargestellt, verbunden ist. Der Kollektor des Transistors 84 ist mit Erde verbunden; der Kollektor des Transistors 82 ist mit der Basis des Transistors 96 und über einen Widerstand 94 mit Erde verbunden. Der Kollektor des Transistors 96 ist mit der Durchführung 39 über einen Widerstand 98 mit dem J-Eingang des Flip-Flop 58 verbunden, wogegen der Emitter des Transistors 96 mit Erde verbunden ist.

Die Funktionsweise der elektronischen Steuerung wird anhand der Figur 4 und der in Figur 5 gezeigten Wellenformen beschrieben. Wenn elektrische Spannung an die Durchführung 39 gelegt wird, fließt durch den Widerstand 74 ein Strom und lädt den Kondensator 76 mit einer bestimmten Geschwindigkeit auf, wie dies durch die Zeit T₁ in Figur 5 angedeutet ist. Gleichzeitig fließt über den Widerstand 66 ein Strom zur Erde durch die Eingangsimpedanzen des Oder-Tors 56 und des Inverterverstärkers 60. Dadurch entsteht eine Vorspannung an der Basis des Transistors 68, die etwas geringer ist als das an die Durchführung 39 gelegte Potential. Der Transistor 68 bleibt blockiert, da das an seinem Emitter liegende Potential geringer ist als das an der Basis liegende Potential. Wenn die Ladung am Kondensator 76 die Vorspannung übersteigt, die an der Basis des Transistors 68 liegt, leitet der Transistor 68 und führt dem Transistor 70 Basisstrom zu, wodurch dieser leitet. Die Leitung des Transistors 70 ver-

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ringert das Potential, welches an der Basis des Transistors 68 liegt. Die Leitung des Transistors 68 wächst, was den Basisstrom zum Transistor 70 erhöht und diesen stärker leitend werden läßt. Dies wiederum senkt das Potential, welches an der Basis des Transistors 68 liegt, weiter ab. Die Transistoren 68 und werden schnell vollständig leitend; das Potential am Verbindungspunkt 64 fällt rasch nahezu auf Erdpotential ab, wie dies an der Wellenform "b" von Figur 5 gezeigt ist. Der Kondensator 76 wird über den Transistor 68, den Widerstand 72 und den Widerstand 78 in der Zeitspanne D₂ entladen, wie dies an der Wellenform "a" von Figur 5a dargestellt ist. Wenn der Kondensator 76 entladen ist, wird der Stromfluß durch den Transistor 68 durch den Stromfluß durch den Widerstand 74 begrenzt, was seinerseits den Basisstrom im Transistor 70 verringert. Die Reduktion des Stromflusses im Basiskreis des Transistors 70 erhöht den effektiven Widerstand des Transistors 70; das Potential am Verbindungspunkt 64 kehrt rasch auf die anfängliche Vorspannung zurück, wie dies an der Wellenform 5 "b" dargestellt wird. Damit wird ein Oszillationszyklus abgeschlossen. Der Stromfluß durch den Widerstand 74 beginnt den Kondensator 76 zu laden und der Zyklus wird wiederholt. Für die in Figur 1 dargestellte elektromagnetische Strömungsmittelpumpe werden die Werte der Widerstände 72,74 und 78 sowie der Wert des Kondensators 76 so gewählt, daß sich eine Ladezeit T₁ von ungefähr 15 Millisekunden und eine Entladezeit T₂ von ungefähr 0,5 Millisekunden ergibt. Die Lade- und Entladezeit T₁ bzw. T_ können selbstverständlich auf andere Werte eingestellt werden, je nach den Erfordernissen der besonderen elektromagnetischen Pumpe, die von dem Schaltkreis betrieben

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werden soll.

Das Ausgangssignal des Oszillators 62 am Verbindungspunkt 64 besteht in einer Reihe von negativen, niedrigen Einschaltdauerimpulsen, die in bestimmten Zeitintervallen, wie in Figur 5b angedeutet, erzeugt werden. Die vom Oszillator 62 erzeugten negativen Impulse werden am Eingang des Oder-Tors 56 empfangen, welches an der Basis des Transistors 52 positive Impulse erzeugt. Der Transistor 52 spricht auf die niedrigen Einschaltdauerimpulse an und liefert einen Basisstrom zum Transistor 54, wodurch dieser leitet. Die Leitung der Transistoren 52 und 54 läßt momentan Strom durch die Solenoidspule 20 fließen. Aufgrund der kurzen Dauer des Stromflusses und der Induktivität der Solenoidspule 20 wird von der Spule nur ein schwaches Magnetfeld erzeugt. Dieses schwache Magnetfeld reicht nicht aus, das Kolbenteil 22 gegen die Kraft des Federteil 24 zu bewegen; es reicht jedoch aus, Stromflüsse in den Sensorspulen 18 und 19 hervorzurufen. Wie zuvor angedeutet, sind die induzierten Ströme gleich und einander entgegengesetzt und löschen daher einander aus, wenn das Kolbenteil sich zwischen den Sensorspulen 18 und 19 wie in Figur 2b befindet. Wenn sich jedoch das Kolbenteil 22 am Ende seines Hubs befindet, wird der Luftspalt in der Nähe der Sensorspule 18 aufgrund der Anwesenheit des mittleren Abschnitts 46 verringert und der in der Sensorspule 18 induzierte Strom wird vergrößert. Gleichzeitig befindet sich der hinterschnittene Abschnitt 44 in Nähe der Sensorspule 19 und das Signal in der Sensorspule wird reduziert. Die beiden induzierten Ströme stehen nun nicht mehr im Gleichgewicht und die in Serie geschal-

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'. teten Sensorspulen 18 und 19 weisen einen resultierenden Strom auf, der gleich der Differenz der beiden induzierten Ströme ist. Der sich ergebende Stromfluß erfolgt in Richtung von der Basis des Transistors 84 zur Basis des Transistors 82. Dieser Stromfluß zur Basis des Transistors 82 ist dem normalen Basisstrom entgegengesetzt; der Transistor 82 wird nichtleitend. Wenn der Strom aufhört, durch den Transistor 82 zu fließen, wird der Basisstrom zum Transistor 96 beendet und der Transistor 96 wird nichtleitend. Ein positves Impulssignal wird an seinem Kollektor erzeugt. Das positive Impulssignal wird an den J-Eingang des Flip-Flop 58 gelegt, was das Flip-Flop 58 in den Zustand J oder

"set" bringt. Dadurch wird am Q-Ausgang ein negatives Signal erzeugt. Das negative Signal am Q-Ausgang des Flip-Flop wird an den anderen Eingang des Oder-Tors 56 gelegt, welches ein Ausgangssignal erzeugt, das die Transistoren 52 und 54 leitend macht. Nun fließt Strom über die Solenoidspule 20, die ein Magnetfeld erzeugt, welches das Kolbenteil 22 gegen die Kraft der Federteile, wie in Figur 2a gezeigt, zurückzieht. Der nächste Abtastimpuls wird vom Inverterverstärker 60 invertiert und stellt das Flip-Flop 58 zurück. Dadurch wird das am Q -Ausgang des Flip-Flop 58 erzeugte negative Signal beendet. Dies wiederum beendigt die Leitung der Transistoren 52 und 54. Die Solenoidspule 20 wird, während sich das Flip-Flop 58 im Zustand "set" befindet, hinreichend lange unter Strom gesetzt, daß der Kolben in die Anfangsstellung des Pumpenhubs, die in Figur 2b gezeigt ist, zurückgezogen wird. Das Kolbenteil 22 bewegt sich nunmehr nach oben, indem das Federteil 24 mit einer Rate Druck ausübt, die dem Strömungsmittelbedarf proportional ist. Die Position des

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Kolbenteils wird periodisch durch die Abtastimpulse, die vom Oszillator 20 erzeugt werden, abgetastet. Wenn das Kolbenteil wiederum das Ende seines Hubes erreicht, triggert der Abtastimpuls den Detektorkreis 80, das Flip-Flop wird wiederum in den Zustand "set" gebracht und das Kolbenteil wird wiederum in die Ausgangsstellung zurückgezogen.

Großamplitudige Spannungsstoße, die in den Sensorspulen 18 und 19 induziert werden, wenn das Solenoid desaktiviert wird, stören beim Abtasten der Kolbenstellung nicht, da durch das Flip-Flop-Taktsignal eine Verzögerung entsteht. Die Solenoidspule wird in sehr viel kürzerer Zeit als die Verzögerungsperiode de-energisiert, indem man den Darlington-Verstärker aus den Transistoren 52 und 54 in der Hochspannungs- "advanced"-Mode arbeiten läßt, wenn der Darlingtonverstärker abgestellt wird.

Zwei wichtige Merkmale des beschriebenen Steuersystems sind:

1. Die Stellung des Kolbenteils wird in häufigen Zeitintervallen überwacht, um zu bestimmen, wann das Ende des Hubs erreicht ist. Weder elektrisches Rauschen noch zeitweilige Unterbrechungen in der Stromversorgung stören den Pumpenbetrieb;

2. die Verwendung von zwei Sensorspulen in entgegengesetzter Serienschaltung minimalisiert die Effekt der Temperatur und von Spannungsschwankungen in der Versorgungsquelle.

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Claims

Dp V_{1 Cars}te

Facet Enterprises, Inc. D»P¹· ^ρϊιγδ*^;'r.örina

Dr.-lng- ^w·

South YaIe wn»ertetraee23

_|OOO Mönch·«» *

Tulsa, Oklahoma 74136 Anwaltsakte

M-4299 USA 5. Juli 1977

Elektromagnetische Strömungsmittelpumpe

Patentansprüche

f 1.^Elektromagnetische Strömungsmittelpumpe, insbesondere "on demand "-Strömungsmittelpumpe, dadurch gekennzeichnet, daß sie umfaßt

eine elektromagnetische Pumpe (10) mit einem magnetisch permeablen Kolben (22), der zwischen einer Ausgangsstellung und einer Endstellung hin- und herbewegbar ist, mit einer Federeinrichtung (24), welche den Kolben aus der Ausgangsstellung in die Endstellung in einer variablen Zeitspanne drückt, welche eine Funktion der Pumpenlast ist, mit einer Solenoidspule (20), welche den Kolben (22) aus der Endstellung in die Ausgangsstellung auf einen Stromfluß mit einer bestimmten Dauer zurückzieht und mit einer Sensoreinrichtung (18,19), welche ein induziertes Ausgangssignal auf einen Stromfluß

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OWQlKAL INSPECT«*-

in der Solenoidspule (20) hin erzeugt, das einen Wert besitzt, welcher die Stellung des Kolbens (22) anzeigt; einen Oszillator (62) der eine Folge von Abtastsignalen in bestimmten ZeitintervaIlen erzeugt, die an die Solenoidspule (20) angelegt einen Stromfluß in dieser für eine Zeitspanne hervorrufen, die wesentlich kürzer ist als die minimale Dauer,

länger
wobei die bestimmten Intervalle/als die minimale Dauer und wesentlich kürzer als die variable Zeitspanne sind; einen Detektor (80), der ein Rückführsignal auf ein induziertes Ausgangssignal hin erzeugt, welches von der Sensoreinrichtung (18,19) auf den Stromfluß in der Solenoidspule (20) hin erzeugt wird, der von den Abtastsignalen hervorgerufen wird und einen Wert besitzt, der anzeigt, daß sich der Kolben (22) an der Endstellung befindet; einen bistabilen Schalter (50) im Kreis der Solenoidspule (20), der einen Stromfluß durch die Solenoidspule (20) auf ein Rückführsignal hin hervorruft und den Stromfluß durch die Solenoidspule (20) auf das nächstfolgende Abtastsignal hin beendet;

eine Spannungsquelle, die den Solenoid (20), den Oszillator (62), den Detektor (80) und den bistabilen Schalter (50) speist.
2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoreinrichtung mindestens eine Sensorspule (18) ist, die magnetisch mit der Solenoidspule (20) mittels des magnetisch permeablen Kolbens (22) verbunden ist; ^!

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daß der Kolben (22) einen ersten Abschnitt (46) mit einem bestimmten Durchmesser und einen ersten hinterschnittenen Abschnitt (42) mit einem Durchmesser, der kleiner als der bestimmte Durchmesser ist, umfaßt, wobei der erste Abschnitt (46) in Nähe der Sensorspule (18) in der Endstellung des Kolbens (22) ist und der hinterschnittene Abschnitt (42) in Nähe der Sensorspule (18) in allen anderen Stellungen ist, wobei sich ein Luftspalt zwischen dem Kolben (22) und der Sensorspule (18) ergibt, der die magnetische Verbindung zwischen der Solenoidspule (20) und der Sensorspule (18) durch den Kolben (22) schwächt;

und daß der Detektor (80) ein Komparator ist, der das Rückführsignal auf die Veränderung des in der der Sensorspule (18) induzierten Signales hin erzeugt, wenn der erste Abschnitt (46) des Kolbens (22) in Nähe der Sensorspule (18) in der Endstellung ist, und zwar aufgrund der verstärkten magnetischen Verbindung zwischen der Solenoidspule (20) und der Sensorspule (18).
3. Pumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoreinrichtung eine zweite Sensorspule (19) enthält, die in Serie bei entgegengerichtetem Signal mit der ersten Sensorspule (18) liegt, wobei beide Sensorspulen (18,19) mit der Solenoidspule (20) über den Kolben (22) verknüpft sind, daß i das Kolbenteil (22) weiter einen zweiten hinterschnittenen , Abschnitt (44) mit einem Durchmesser enthält, der kleiner ;

als der Durchmesser des ersten Abschnitts (46) ist, wobei !

j der zweite hinterschnittene Abschnitt (44) der zweiten ι

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Sensorspule (19) benachbart ist, wenn sich der Kolben (22) an der Endstellung befindet, und der erste Abschnitt (46) der zweiten Sensorspule (19) in allen anderen Stellungen des Kolbens (22) benachbart ist und das von den Sensorspulen

erzeugte Signal (18,19)/eine erste Polarität besitzt, wenn sich der Kolben

(22) in der Endstellung befindet, und die entgegengesetzte Polarität, wenn sich der Kolben (22) in allen anderen Stellungen befindet;

und daß der Komparator (80) ein Rückführsignal nur auf ein Signal hin erzeugt, welches die erste Polarität besitzt.

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