DE2812481A1

DE2812481A1 - Magnetkolbenpumpe zum foerdern von fluiden

Info

Publication number: DE2812481A1
Application number: DE19782812481
Authority: DE
Inventors: Joachim Dipl Ing Teichmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-03-22
Filing date: 1978-03-22
Publication date: 1979-09-27

Description

Magnetkolbenpumpe zum Fördern von Fluiden
Die Anmeldung betrifft eine Magnetkolbenpumpe zum Fördern von vorzugsweise aggressiven Fluiden, d.h. Gasen oder Flüssigkeiten, bei hohen Drücken und hohen Temperaturen, wobei die Pumpe einen in einem Rohr aus nichtmagnetischem Werkstoff frei beweglichen Kolben aufweist, der mit wenigstens zwei entgegengesetzt arbeitenden Kugelventilen in Wirkverbindung steht und über eine Magnetkupplung mit außerhalb des nichtmagnetischen Rohrs angeordneten Permanent-Ringmagneten und wenigstens eine daran angesetzte Schubstange durch einen Elektromotor hin- und herbewegbar ist.
Eine solche Pumpe ist z.B. durch The Review of Scientific Instraments" Bd. 41, Nr. 10, S. 1444 bis 1446, Okt. 1970 bekannt, und zwar in einer in einen beheizten Behälter ("Thermostat") einsetzbaren Ausführung. Eine solche Pumpe ist jedoch nur bei Temperaturen bis etwa 2000 C brauchbar, weil darüber die aus Polytetrafluoräthylen bestehenden Kugeln der Ventile plastische Verformungen erleiden, wodurch sie schon bei mäßig hohen Drücken undicht werden.
Ferner ist bei dieser bekannten Anlage die Durchführung der Schubstange durch die Behälterwand nur mit hohem konstruktivem Aufwand möglich; auch verursacht diese Dichtungsstelle Reibungsverlust und damit eine Mehrbelastung des elektromotorischen Antriebs sowie vorzeitigen Verschleiß.
Im älteren Patent 27 12 552 (noch Patentanmeldung P 27 12 552.6) des gleichen Anmelders ist eine Magnetkolbenpumpe zum Fördern von gasförmigen oder flüssigen Fluiden bei hohen Drücken und hohen Temperaturen vorgeschlagen worden, bei der die Pumpe in einem Thermostaten angeordnet ist und einen in einem Rohr aus nichtmagnetischem Werkstoff frei beweglichen Kolben aus gut magnetisierbarem Werkstoff mit Ausnehmungen für das Fluid aufweist, der über außerhalb des Rohrs und innerhalb eines Mantelkörpers angeordnete Permanent-Ringmagnete und daran angesetzte Verbindungsstangen und weiter über eine Magnetkupplung und eine mittige Schubstange durch einen außerhalb des Thermostaten angeordneten Elektromotor hin- und herbewegbar ist.
Im Pumpenkolben und am Ende des Rohrs sind dabei je ein Kugelventil aus Stahl und für die Dichtung des Hochdrucksystems gegenüber dem Thermostaten Metallringe vorgesehen. Schließlich enthält diese Magnetkupplung in ihrem Mantelkörper axial magnetisierte Permanent-Ringmagnete und in einem mit der Thermostatwand dichtend verbundenen Führungsrohr aus nichtmagnetischem Werkstoff ein frei bewegliches Kernstück aus axial magnetisierten Permanent-Ringmagneten gleicher Anzahl; dabei können auf je zwei Ringmagnete eine Trennscheibe aus weichmagnetisierbarem Werkstoff folgen und die den Trennscheiben benachbarten Seiten der Magnete die gleiche Polarität aufweisen, jedoch im Mantelkörper entgegengesetzt zur Polarität der Magnete des Kernstücks.
Es ist Aufgabe der Erfindung, die Magnetkolbenpumpe der eingangs bezeichneten Bauart so zu verbessern, daß sie auch bei hohen Drücken und hohen Temperaturen sowie mit aggressiven Fluiden betriebssicher und verschleißarm arbeitet, also auch keine zur Umgebung hin abzudichtende bewegte Bauteile aufweist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst; denn die StahlkugeXhder Ventile widerstehen hohen Drücken und hohen Temperaturen und sind bei entsprechender Metall-Legierung auch aggressiven Fluiden gegenüber beständig. Das gleiche gilt für die Metall-Dichtungsringe des Hochdrucksystems. Die Schubstangen führen direkt zum Antriebs-Elektromotor, der mit der Magnetkolbenpumpe zu einer Einheit verbunden sein kann, die in der Regel außerhalb des zu fördernden Fluids angeordnet ist, so daß Dichtungen für bewegte Bauteile entfallen. Da die Permanentmagnete des Pumpenkolbens innerhalb einer allseits hermetisch abgeschlossenen Hülse angeordnet sind, kommen sie, ebenso wie die Permanent-Ringmagnete des Mantelkörpers, mit dem Fluid überhaupt nicht in Berührung.
Die Ansprüche 2 bis 6 und 8 kennzeichnen Merkmale, die der Verbesserung der Magnetwirkung der Pumpenkupplung dienen. Die Ansprüche 7 und 9 betreffen die weitere Ausgestaltung der Magnetkolbenpumpe, nämlich als einfach wirkende Pumpe mit zwei eingebauten Kugelventilen und als doppelt wirkende Pumpe mit vier außerhalb angeordneten Kugelventilen.
Anspruch 11 enthält schließlich eine Maßnahme, die dem Schutz der Magnete gegen Angriff durch das Fluid dient, falls die Magnetkolbenpumpe in Ausnahmefällen innerhalb eines mit aggressivem Fluid gefüllten Behälters angeordnet werden sollte; der Antrieb durch einen außerhalb angeordneten Elektromotor erfolgt dann entsprechend dem Vorschlag des älteren Patents 27 12 552 (noch Patentanmeldung P 27 12 552.6-..).
Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung mit zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert; dabei zeigt Fig. 1 die erfindungsgemäße Magnetkolbenpumpe in einfach wirkender Ausführung und Fig. 2 in doppelt wirkender Ausführung; schließlich Fig. 2a einen abgeänderten Pumpenkolben.
In beiden Fällen, die in Fig. 1 bzw. Fig. 2 wiedergegeben sind, muß das Pumpenrohr 5, das den Mantelkörper 2a vom Pumpenkolben 15 trennt, ebensWoiedieser aus nichtmagnetischem Werkstoff bestehen und entsprechend der thermischen und mechanischen Belastung ausgelegt sein. Das Pumpenrohr ist an beiden Enden durch je ein Rohrendstück 17 an das Hochdrucksystem angeschlossen.
Die Abdichtung dieses Systems nach außen erfolgt durch die Metallringe 18,19. Unter der Schubwirkung der Schubstangen 4 gleitet der Mantelkörper 2a, durch zwei Führungsstangen 20 gegen Verdrehen gesichert, hin und her; der Kolben ist durch den magnetischen Kraftschluß der Magnetkupplung mit dem Mantelkörper verbunden und folgt dessen jeweiliger Bewegung.
Gemäß Fig. 1 ist im Kolben 15, dessen mittiger Dorn 15' eine Längsbohrung 15''' für das zu fördernde Fluid aufweist, und zwar im verdickten Ende 15'' des Dorns, an einer Erweiterung der Bohrung ein Kugelventil 23 vorgesehen. Ferner ist am inneren Ende des entgegengesetzt liegenden Rohrendstücks 17 ein entgegengesetzt wirkendes Kugelventil 24 vorgesehen. Zwischen dem Dorn 15' und einer im Pumpenrohr 5 gleitbar angeordneten zylindrischen Hülse 27 aus nichtmagnetischem Werkstoff, die (in der Zeichnung) oben vom verdickten Ende 15 " des Dorns und unten von einer Endplatte 26, ebenfalls aus nichtmagnetischem Werkstoff, axial abgeschlossen wird, sind in gleicher Zahl und Höhe wie die im Mantelkörper 2a angebrachten Permanent-Ringmagnete 21a und Trennringe 25a innere Permanent-Ringmagnete 21i und Trennringe 25i aus weichmagnetischem Werkstoff hermetisch dicht untergebracht.
Die den Trennscheiben benachbarten Seiten der Permanentmagnete weisen dabei die gleiche Polarität auf, jedoch im Mantelkörper entgegengesetzt zur Polarität der Permanentmagnete des frei beweglichen Kolbens 15.
Bewegt sich der Kolben in der in Fig. 1 durch den Pfeil A angegebenen Richtung, so ist das Kugelventil 23 gegeschlossen und das hinter diesem Ventil befindliche Fluid wird durch das Rohrendstück weiterbefördert, während das Ventil 24 öffnet, so daß Fluid nachströmen kann. In der gegenläufigen Bewegung des Kolbens arbeiten die Ventile umgekehrt, so daß das hinter dem Ventil 24 befindliche Fluid durch die Bohrung 1cm"' des Pumpenkolbens 15 und dessen Ventil 23 strömen kann. Die Pumpe fördert also bei jedem Hin- Hergang zusammen nur einmal.
In Fig. 2 ist eine doppeltflutig arbeitende Magnetkolbenpumpe dargestellt. Auch in diesem Fall sind die inneren Permanent-Ringmagnete 21i und Trennringe 25i des Pumpenkolbens 15 in einer zylindrischen Hülse 27 aus nichtmagnetischem Werkstoff, die von zwei Endplatten 26, ebenfalls aus nichtmagnetischem Werkstoff, axial abgeschloßen wird, hermetisch dicht untergebracht und durch einen mittigen Dorn 15 fest miteinander verbunden.
An die beiden Rohrendstücke 17 sind mittels eines T-förmigen Verzweigungsstücks 17' je zwei Leitungsstücke 17'', 17 " ' des Hochdrucksystems angeschlossen, in denen je ein entgegengesetzt zum anderen arbeitendes Kugelventil 24, 23 bzw. 24', 23' angebracht ist Bewegt sich der Kolben durch entsprechendes Gleiten des Mantelkörpers 2a in der angegebenen Pfeilrichtung B, dann sind die Ventile 24 und 23' geschlossen und das hinter dem Kolben befindliche Fluid wird durch das Ventil 23 gepumpt, wobei gleichzeitig weiteres Fluid durch das Ventil 24' nachströmt. In der gegenläufigen Bewegung ergibt sich der ent gegengesetzte Pumpvorgang, d.h.9 die Ventile 23 und 24' sind geschlossen und Fluid wird vom Kolben durch das offene Ventil 23' in die Druckleitung gepumpt, wobei gleichzeitig weiteres Fluid durch das offene Ventil 24 nachströmt.
In Fig. 2a ist noch eine abgeänderte Ausführung des Pumpenkolbens 15 mit scheibenförmigen Permanent-Ringmagneten 21i und Trennscheiben 25i dargestellt, die zusammen mit den Endplatten 26 innerhalb der Hülse fest verbunden sind.
Leerseite

Claims

Patentansprüche Magnetkolbenpumpe zum Fördern von vorzugsweise aggressiven Fluiden, d.h. Gasen oder Flüssigkeiten, bei hohen Drücken und hohen Temperaturen, wobei die Pumpe einen in einem Rohr aus nichtmagnetischem Werkstoff frei beweglichen Kolben aufweist, der mit wenigstens zwei entgegengesetzt arbeitenden Kugelventilen in Wirkverbindung steht und über eine Magnetkupplung mit außerhalb des nichtmagnetischen Rohrs angeordneten Permanent-Ringmagneten und wenigstens eine daran angesetzte Schubstange durch einen Elektromotor hin- und herbewegbar ist, d a d u r c h g e k e n n z e 1 c h n e t, daß a) die Kugeln (23, 24 bzw. auch 23', 24') dieser Ventile aus Stahl bestehen, b) für die Dichtung des durch je ein Rohrendstück (17) an das Pumpenrohr (5) angeschlossene Hochdrucksystems gegenüber der Umgebung Metallringe (18,19) vorgesehen sind, c) die Schubstangen (4) an einem die axial magnetisierten Permanent-Ringmagnete (21a) enthaltenden Mantelkörper (2a) befestigt sind, d) der Pumpenkolben (15) ebenfalls aus nichtmagnetischem Werkstoff besteht, die gleiche Zahl axial magnetisierter Permenentmagnete (21i) von gleicher Höhe und von Scheiben- oder Ringform trägt sowie eine im Pumpenrohr gleitbar angeordnete, auch an beiden axialen Enden geschlossene und hermetisch abdichtende zylindrische Hülse (27) aus nichtmagnetischem Werkstoff aufweist.
2) Magnetkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen jeweils zwei Permanentmagneten (21a bzw.

21i) ein Trennring oder eine Trennscheibe (25a bzw.

25i) aus weichmagnetisierbarem Werkstoff angeordnet ist, wobei die den Trennringen oder Trennscheiben benachbarten Seiten der Permenentmagnete die gleiche Polarität aufweisen, im Mantelkörper (2a) jedoch entgegengesetzt zur Polarität der Magnete des Pumpenkolbens (15).
3) Magnetkolbenpumpe nach Anspruch 1 oder 2, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Permenentmagnete (21a,21i) aus mehreren Ringen oder Scheiben zusammengesetzt sind, die an ihren Anliegestellen Gegenpole aufweisen.
4) Magnetkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Trennringe oder Trennscheiben (25a, 25i) aus mehreren Ringen oder Scheiben zusammengesetzt sind.
5) Magnetkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Anzahl der Ringmagnete (21a, 21i) und der Trennringe oder Trennscheiben (25a, 25i) je nach der erforderlichen Kraft und Stabilität der Kupplung gewählt wird, woraus sich die Länge von Mantelkörper (2a) und Pumpenkolben (15) ergibt.
6) Magnetkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da dur c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Pumpenkolben (15) einen mittigen Dorn (15') enthält, durch den die Permenent-Ringmagnete (21i) und Trennringe (25i), z.B. mittels eines verdickten Endes (15 " ) und einer ebenfalls aus nichtmagnetischem Werkstoff bestehenden Endplatte (26) bzw. mittels zwei solcher Endplatten, axial zusammengespannt sind (Fig. 1 bzw. 2).
7) Magnetkolbenpumpe nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß im mittigen Dorn (15') des Pumpenkolbens (15) eine Längsbohrung (ins''') für das zu fördernde Fluid und im verdickten Ende (15 " ) das eine Kugelventil (23) vorgesehen ist, während das andere Kugelventil (24) am inneren Ende des entgegengesetzt liegenden Rohrendstücks (17) angeordnet ist (Fig.1).
8) Magnetkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Pumpenkolben (15) Permanent-Scheibenmagnete (21i) und Trennscheiben (21i) sowie zwei Endplatten (26) enthält, die innerhalb der Hülse (27) fest miteinander verbunden sind.
9) Magnetkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6 oder 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß an die beiden Rohrendstücke (17) mittels eines vorzugsweise T-förmigen Verzweigungstücks (17') je zwei Leitungsstücke (17", 17"') des Hochdrucksystems angeschlossen sind, in denen je ein entgegengesetzt zum anderen arbeitendes Kugelventil (24, 23 bzw. 24', 23') angebracht ist (Fig. 2).
10. Magnetkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Mantelkörper (2a) gegenüber dem Pumpenrohr (5) durch wenigstens zwei Längsführungsstangen (20) gegen Verdrehen gesichert ist.
11. Magnetkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die nicht hermetisch abgedichteten Teile der Permanentmagnete und Trennringe mit einer gegen Angriff durch das Fluid schützenden Schicht versehen sind.