DE2852577C3 - Schwingankerpumpe - Google Patents

Description

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genügen, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannkräfte der beiden Federn (9, 10) und damit die neutrals Lage des Schwingankers (1) derart einstellbar sind, daß eine Erhöhung der Vorspannkräfte zu einer Bewegung des Schwingankers (1) auf den ringförmigen Magnetpol (4) hin führt, wobei bei einer Erhöhung der Vorspannkräfte eine Förderdruckkurve mit einem ansteigenden und einem sich daran anschließenden abfallenden Ast durchlaufen wird und der Betriebspunkt (A) auf dem abfallenden Ast gewählt wird (F i g. 4).

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schwingankerpumpe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs, wie sie aus der US-PS 39 58 902 bekannt ist.

Bei der bekannten Schwingankerpumpe führt, wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, eine Änderung der angelegten Quellenspannung zu einer linearen Änderung des Förderdrucks. Im dargestellten Beispielsfall tritt bei einer Änderung von ±15% der angelegten Quellenspannung in bezug auf einen bestimmten Wert eine Änderung von etwa ±30% des Förderdrucks der Pumpe auf. Da bei Schwingankerpumpen zur Förderung von Flüssigkeiten, beispielsweise Heizöl, die Fördermenge proportional der Quadratwurzel des Drucks ist, führt eine Änderung von bis zu + 30% des Förderdrucks zu einer Änderung der Fördermenge von etwa ±15%.

Zur Konstanthaltung des Förderdrucks ist es bereits bekannt (DE-AS 19 65 789), die Schwingankerpumpe mit einer gesonderten Konstantspannungseinrichtung auszurüsten. Ein weiterer bekannter Vorschlag geht dahin, den Magnetkreis der Erregerspule einer Schwingankerpumpe magnetisch zu sättigen, so daß der Schwinganker im magnetisch gesättigten Zustand betätigt werden kann. Ein dritter bekannter Vorschlag sieht die Verwendung eines Druckbegrenzungsventils oder eines Drucksteuermechanismus nach Art eines Druckreduzierventils zur Absenkung des Förderdrucks der Schwingankerpumpe vor.

Eine Schwingankerpumpe mit einem Druckbegrenzungsventil oder einem Drucksteuermechanismus besitzt einen komplizierten Aufbau und ist schwierig zu warten. Darüber hinaus sind die Herstellungskosten und die Abmessungen der Pumpe größer.

Bei einer Schwingankerpumpe mit einer Konstant-Spannungseinrichtung ergeben sich ebenfalls höhere Herstellungskosten. Es wurde bereits versucht, zur Verringerung der Herstellungskosten Zenerdioden für die Umwandlung eines halbwellen-gleichgerichteten Wechselstroms in einen Strom mit trapezförmigem Verlauf einzusetzen, um auf diese Weise die Spannung zu stabilisieren. Mit Hilfe dieser Maßnahme ist es zwar möglich, die Amplitudenhöhe einer Sinusschwingung des Quellenstroms zu begrenzen, doch ändert sich die Spannungszeitfläche auf Grund der durch die Span-

<r> nungsschwankung hervorgerufenen Änderung der gesamten Amplitudenhöhe. Als Folge ändert sich ständig der Mittelwert des Stroms, so daß Schwankungen der Quellenspannung nicht zufriedenstellend kompensiert werden können.

Bei der Schwingankerpumpe mit magnetischer Sättigung des Magnetkreises ist es erforderlich, die Magnetisierungskraft dauernd auf einem hohen Wert zu halten, woraus eine Erhöhung der Ampere-Windungszahl und eine Erhöhung des Stromflusses durch die Erregerspule resultieren. Dies führt wiederum zu einem Temperaturanstieg, weicher eine Vergrößerung der Spulenabmessungen notwendig macht Diese Notwendigkeit bedingt wiederum eine Erhöhung der Herstellungskosten und der Pumpenabmeüsungen, so daß dieser Vorschlag aus wirtschaftlicher Sicht wenig befriedigend ist.

Die Aufgabe der Erfindung besteht demgegenüber darin, eine Schwingankerpumpe der eingangs erwähnten Art so auszubilden, daß sie bei einfachem Aufbau ohne Verwendung zusätzlicher Bauteile eine Stabilisierung des Förderdrucks im Falle von Spannungsschwankungen der elektrischen Versorgungsquelle ermöglicht. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die

kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs gelöst.

Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe beruht auf der Überlegung, die zu beiden Seiten des Schwingankers anliegenden Federn in ihren Vorspannkräften derart einstellbar zu gestalten, daß der eingestellte Betriebspunkt auf einem fallenden Ast der Förderdruckkurve liegt. Mit Hilfe dieser Einstellung läßt sich ein Betriebsverhalten der erfindungsgemäßen Schwingankerpumpe erzielen, bei dem sich der betrag des Förderdrucks verringert, wenn die Summe der ι ο Auslenkungen der beiden erwähnten Federn sich vergrößert.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Diagramm für den Verlauf des Förder- is drucks in Abhängigkeit von der Quellenspannung bei einer bekannten Schwingankerpumpe,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine bekannte Schwingankerpumpe,

F i g. 3 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemaß ausgebildete Schwingankerpumpe,

F i g. 4 den Förderdruck und den Strom in Abhängigkeit von der Vorspannung,

F i g. 5, 6 und 8 Diagramme für den Verlauf des Förderdrucks in Abhängigkeit von der Quellenspannung bei verschiedenen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Schwingankerpumpe,

F i g. 7 und 9 den Stromverlauf in Abhängigkeit von der Quellenspannung bei den Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Schwingankerpumpe gemäß jo F i g. 6 bzw. 8,

Fig. 10 die Beziehung zwischen dem Federweg der aus den beiden Federn zusammengesetzten Feder der erfindungsgemäßen Schwingankerpumpe und der daran anliegenden Last, a

Fig. 11-a einen- Schnitt durch den Magnetkreis der erfindungsgemäßen Schwingankerpumpe und

Fig. 11-b d^;e Beziehung zwischen den in Fig. 11-a dargestellten Positionen des Schwingankers und den darauf einwirkenden Kräften.

Bevor die erfindungsgemäße Schwingankerpumpe im einzelnen beschrieben wird, soll das Betriebsverhalten einer Schwingankerpumpe nach dem Stand der Technik anhand von F i g. 2 erläutert werden.

Die in F i g. 2 dargestellte Schwingankerpumpe ist im wesentlichen so konstruiert, daß ein Ankergehäuse 108 aus nichtmagnetischem Material in die axiale Längsbohrung einer elektromagnetischen Erregerspule 121 eingesetzt ist. Die Erregerspule 121 besitzt ein aus einer Spulenabdeckung 105 bestehendes Joch, einen unteren Magnetpfad 104 und einen oberen Magnetpfad 103. In das Ankergehäuse 108 ist ein Schwinganker 101 eingesetzt und kann dort eine hin- und hergehende Gleitbewegung ausführen. An einem Endabschnitt des Ankergehäuses 108 befindet sich unter Abstand in der Nähe des Schwingankers 101 ein Magnetkopf 102, welcher in der Längsachse des oberen Magnetpfades 103 eine reversierende Gleitbewegung ausführen kann. Die auf den Schwinganker 101 wirkende magnetische Anziehungskraft setzt sich zusammen aus einer «ι Spulenanziehungskraft, welche von dem das Ankergehäuse 108 durchsetzenden und in das Ankergehäuse 108 einstreuenden Magnetfluß ausgeübt wird, und einer in einem Luftspalt von dem Magnetkopf 102 erzeugten Anziehungskraft. b5

Der Schwinganker 101 stößt an einen Kolben 106, welcher für eine reversierende Gleitbewegung in einen Zylinder 107 eingesetzt ist, der seinerseits im Grundkörper 101 der Pumpe angebracht ist. Der Schwinganker 101 und der Kolben 106 sind zwischen einer Rückstellfeder 109 und einer Hilfsfeder 110 angeordnet, so daß der Schwinganker 101 und der Kolben 106 in einer Gleichgewichtsposition gehalten werden. Die Rückstellfeder ist zwischen dem unteren Ende des oberen Magnetpfades 103 und dem Schwinganker 101 angebracht, während die Hilfsfeder zwischen einem Flansch 107' des Zylinders 107 und dem oberen Ende des Kolbens 106 angebracht ist. Sobald ein Strom durch die Erregerwicklung 121 fließt, wird die vorstehend erwähnte magnetische Anziehungskraft erzeugt, welche in der Weise auf den Schwinganker 101 einwirkt, daß sich dieser in der Zeichenebene von Fig. 2 nach oben bewegt und sich dadurch die Strecke 1'Ί, zwischen dem Magnetkopf 102 und dem Schwinganker 101 verringert. Dies führt wiederum zu einer Kompression der Rückstellfeder 109 und zu einer Ausdehnung der Hilfsfeder 110. Sobald die Stromzufuhr unterbrochen wird, baut sich die magnetische Anziehungskraft ab. und der Schwinganker 101 wird von der Rückstellkraft der Rückstellfeder 109 in seine Ausgangslage gebracht. Gleichzeitig mit der vorstehend erläuterten Bewegung des Schwingankers 101 führt auch der Kolben 106 eine reversierende Bewegung durch, (viit Hilfe eines intermittierenden Stromdurchgangs durch die Erregerwicklung 121 wird e^;ne Pumpwirkung in der Weise erzielt, daß durch eine Einlaßöffnung 119 eine Flüssigkeit in Richtung des Pfeils A angesaugt wird. Die angesaugte Flüssigkeit fließt durch ein auf der Ansaugseite angeordnetes Rückschlagventil 114, ferner durch die im Zylinder 107 angebrachten Durchlaßöffnungen 122' und 122 sowie durch ein auf der Förderseite der Pumpe angebrachtes Rückschlagventil 115. Von dort wird die Flüssigkeit durch eine Auslaßöffnung 120 in Richtung des Pfeils B ausgestoßen. Durch Drehen einer Justierschraube 116 am oberen Ende des Magnetkopfes 102 in der Weise, daß die Breite des Magnetspaltes U verringert wird, ist es möglich, den Förderdruck der Pumpe zu erhöhen. Umgekehrt wird der Förderdruck der Pumpe verringert, wenn die Breite des Magnetspaltes 4 vergrößert wird. Dies ergibt sich daraus, daß die auf den Schwinganker 101 wirkende magnetische Anziehungskraft umgekehrt proportional dem Quadrat des Magnetspaltes I_a ist.

Der Förderdruck der Pumpe kann ferner verändert werden, wenn die Breite des Magnetspaltes l_ä durch Änderung der Auslenkungen der Rückstellfeder 109 und der Hilfsfeder 110 mittels einer Justierschraube 124 verändert wird, welche luftdicht in den Grundkörper 111 eingeschraubt wird, nachdem der Zylinder 107 mit seiner Unterseite auf einem Sitz 123 positioniert ist.

Zur Fixierung der Justierschrauben 116 und 124 sind Feststellmuttern 117 bzw. 125 vorgesehen. Des weiteren wird die Spulenabdeckung 105 mittels einer Mutter 118 gesichert.

Die in Fig.2 dargestellte, bekannte Schwingankerpumpe besitzt die Eigenschaft, daß Schwankungen der eingeprägten Spannung an der Erregerwicklung 121 zu größeren Änderungen des Förderdrucks führen, wie anhand des Diagramms gemäß Fig. 1 veranschaulicht ist. Aufgrund dieser Eigenschaft ist es erforderlich, die bekannte Schwingankerpumpe mit einer der eingangs erwähnten Einrichtungen auszurüsten, um auch im Falle von Schwankungen der eingeprägten Spannung den Förderdruck der Pumpe im wesentlichen konstant zu halten.

In Fig.3 ist eine erfindungsgemäße Schwinganker-

pumpe dargestellt. Diese Pumpe verfügt über einen Anzeigestab, um auf bequeme Weise die Position des Schwingankers festzustellen, in welcher dieser im Gleichgewicht bzw. im Ruhezustand ist und in welche sich dieser während des Betriebes hinbewegt, und um ferner den Hub des Schwingankers zu messen.

Bei der Schwingankerpumpe nach Fig.3 ist ein Ankergehäuse 8 in die axiale Längsbohrung einer elektromagnetischen Erregerspule 21 eingesetzt. Auf das obere Ende des Ankergehäuses 8 ist ein ringförmiger Magnetpfad 3 mit Preßpassung aufgesetzt, während auf das untere Ende des Ankergehäuses 8 ein ringförmiger Magnetpol 4 ebenfalls mit Preßpassung aufgesetzt ist. Zwischen dem ringförmigen Magnetpfad 3 und dem ringförmigen Magnetpol 4 befindet sich ein Streubereich 40 für den Magnetfluß, in dessen Nähe ein Schwinganker 1 in dem Ankergehäuse 8 angebracht ist. Der Schwinganker 1 kann sich unter dem Einfluß der Vorspannkräfte einer Hilfsfeder 9 und einer Rückstellfeder 10 hin und her bewegen. Der Streubereich 40 kann in Form eines Luftspaltes oder in Form von nichtmagnetischem Material ausgebildet sein. Eine die Erregerwicklung 21 umgebende Spulenabdeckung 5 und eine untere Platte 26 stellen ein Joch dar, das als magnetischer Rückfluß dient. An der .Spulenabdeckung 5 befindet sich ein Förderanschluß 32, der über eine Verbindungsöffnung 28 mit dem Inneren der Pumpe luftdicht verbunden ist. In das eine Ende des ringförmigen Magnetpfades 3 ist ein Justierstift 16 luftdicht eingeschraubt und trägt an seinem unteren Ende einen Federsitz 33 zur Anbringung der Hilfsfeder 9 zwischen ihm und dem Schwinganker I. Die Rückstellfeder 10 ist zwischen dem Flansch 38 eines Kolbens 6 und einem im Grundkörper 11 ausgebildeten Federsitz angebracht. Der Kolben 6 ist innerhalb eines in dem Grundkörper 11 angebrachten Zylinders 7 für eine reversierende Gleitbewegung eingesetzt und wird in Stoßberührung mit dem Schwinganker 1 gehalten. Der Schwinganker 1 und der Kolben 6 werden von den gleich großen, jedoch entgegengesetzt gerichteten Vorspannkräften der beiden Federn 9 und 10 in eine Stellung bewegt, in welcher sie sich im Gleichgewicht und im Ruhezustand befinden.

Beim Durchtritt eines Stroms durch die elektromagnetische Erregerwicklung 21 bewegt sich der Schwinganker 1 gegen den ringförmigen Magnetpol 4 unter der Wirkung einer elektromagnetischen Anziehungskraft, weiche sich zusammensetzt aus einer Spulenanziehungskraft und einer im Luftspalt zwischen dem Schwinganker 1 und dem Magnetpol 4 erzeugten Anziehungskraft. Hierdurch wird die Rückstellfeder 10 komprimiert und die Hilfsfeder 9 entlastet, wodurch sich der Kolben 6 nach unten bewegt. Sobald der Stromfluß durch die Erregerwicklung 21 unterbrochen wird, baut sich die magnetische Kraft ab und der Schwinganker 1 und der Kolben 6 werden durch die Vorspannkraft der Rückstellfeder 10 in ihren jeweiligen Ausgangszustand zurückgebracht Damit ist eine Hin- und Herbewegung des Schwingankers 1 und des Kolbens 6 beendet Wenn daher die Erregerwicklung 21 von einem impulsförmigen Strom durchflossen wird, der beispielsweise durch Halbwellen-Gleichrichtung von sinusförmigem Wechselstrom erzeugt werden kann, tritt durch eine Einlaßöffnung 19 im Grundkörper 11 Flüssigkeit ein und fließt zunächst durch ein Rückschlagventil 14 auf der Ansaugseite der Pumpe. Im weiteren Verlauf gelangt die Flüssigkeit über eine Öffnung 22 im Grundkörper 11 und eine Druckkammer 27 in den Zylinder 7 sowie über ein Rückschlagventil 15 auf der Förderseite der Pumpe und einen Durchlaß 13 im Grundkörper 11 in das Ankergehäuse 8, von wo die Flüssigkeit durch eine Bohrung 34 im Schwinganker 1 und eine Verbindungs-Öffnung 28 zu dem Förderanschluß 32 fließt. Im Förderanschluß 32 wird die Flüssigkeit durch Rückschlagventile 29 und 30 an einem Zurückfließen gehindert und wird durch ein in den Förderanschluß 32 eingeschraubtes Förderorgan 31 ausgestoßen.

κι Die Rückschlagventile 29 und 30 dienen zur Durchführung folgender Funktionen. Wenn die Pumpe zum Zuführen von Flüssigkeit in einem höher liegenden Speichertank verwendet wird, verhindern die Rückschlagventile 29 und 30 ein Absickern der Flüssigkeit von dem Tank zu der Förderseite der Pumpe oder verhindern das Nachfließen während des Abschaltens der Pumpe. Wenn die Pumpe zum Komprimieren und anschließenden Versprühen von Heizöl in Heizanlagen verwendet wird, können die Rückschlagventile eine Drosselung des Heizölflusses zur Verzögerung eines Druckanstiegs bewirken, um den Förderdruck und damit die Menge des zugeführten Heizöls sowie das Explosionsgeräusch beim Zünden des Heizöls zu verringern. Die Rückschlagventile 29 und 30 stellen keinen Teil der vorliegenden Erfindung dar. Mit 35 ist ein Druckstöße dämpfender Akkumulator bezeichnet.

Für die gewünschte Arbeitsweise einer Schwingankerpumpe der vorstehend beschriebenen Art, d. h., die wirksame Verwendung einer Spulenanziehungskraft und einer in dem erwähnten Luftspalt erzeugten Anziehungskraft, spielen die relativen Positionen des Schwingankers 1 und der Erregerwicklung 21 sowie die Breite des Magnetspaltes zwischen dem Schwinganker 1 und dem ringförmigen Magnetpol 4 eine sehr wichtige Rolle. In F i g. 3 ist mit l\ die Länge der Erregerspule 21 und mit Ua die halbe Länge der Erregerspule 21 bzw. der Abstand des magnetisch neutralen Punktes der Erregerspule 21 bzw. deren axiale Mitte von einem axialen Ende der Erregerspule 21 bezeichnet. Des weiteren ist mit I₂ die axiale Länge des Schwingankers 1 und mit /3 der Abstand des magnetisch neutralen Punktes des Schwingankers 1 von dessen unterem Ende bezeichnet. Im Falle einer vertikal symmetrischen Form des Schwingankers 1 bezüglich feines magnetisch neutralen Punktes ist die Strecke /3 die Hälfte der Länge /2. Des weiteren ist der Abstand zwischen dem magnetisch neutralen Punkt des Schwingankers 1 und dem magnetisch neutralen Punkt der Erregerspule 21 mit It, bezeichnet. Ferner ist der Abstand zwischen dem unteren Ende des Schwingankers 1 und dem oberen Ende des ringförmigen Magnetpols 4 mit /₃ bezeichnet. Wenn die freie Länge sowie die komprimierte Länge der Hilfsfeder 9 mit h\ bzw. h\ und die freie Länge sowie die komprimierte Länge der Rückstellfeder 10 mit Λ2 bzw. h 2 bezeichnet werden, halten diese beiden Federn den Schwinganker 1 und den Kolben 6 dann in einer Gleichgewichtslage, wenn die Beträge ihrer Federauslenkungen umgekehrt proportional zu ihren Federkonstanten Kt und K₂ gemäß folgender Beziehung sind:

hi - A₂

K₂
AT₁

Die Entfernungen zwischen den gegenüberliegenden Enden des Schwingankers 1 bezüglich der Federsitze der beiden Federn 10 und 9 sind mit a und b bezeichnet Ferner ist die Länge des Justierstiftes 16 mit c'

bezeichnet. Die Beträge von /_;, und 4 können durch Messung der überstehenden Länge c des Stiftes 16 bezüglich des oberen Endes des ringförmigen Magnetpfades 3 gerechnet werden, wobei der Justierstift 16 zur Einstellung der Länge b gedreht wird.

Zur Sicherung der berechneten Werte von /„ und 4 und zur Messung der Positionen und der Hübe bei der reversierenden Bewegung des Schwingankers 1 (einschließlich des damit zusammenwirkenden Kolbens 6) sind der Federsitz 33 und der Justierstift 16 mit einer axial verlaufenden Bohrung versehen, in welche ein Anzeigestift 36 für eine reversierende Bewegung eingesetzt ist. Der Anzeigestift 36 ist mit seinem einen Ende in den Schwinganker 1 eingesetzt und an diesem befestigt und trägt an seinem anderen Ende einen Zeiger 37. Das offene Ende des Jusiierstiftcs 16 ist mittels einer aufgeschraubten, durchsichtigen, zylindrischen Kappe 38 abgedichtet. Diese Teile bilden eine Meßvorrichtung zur Durchführung der nachstehend wiedergegebenen Versuche. Eine Feststellmutter 17 dient zur Sicherung des Justierstiftes 16 gegen Verdrehung.

Bei der Durchführung der Versuche wurde der Justierstift 16 entlang seiner Längsachse geschraubt, um die überstehende Länge coder die Summe von /,, und 4 zu variieren, wobei eine kleiner werdende Länge c ein Ansteigen der Vorspannung bedeutet, während an die Erregerwicklung 21 eine durch Halbwellen-Gleichrichtung einer 50-Hz-, 200-V-Wechselspannung gewonnene Spannung angelegt und Kerosin mit einem Fördervolumen von 6,81 l/h versprüht wurde. F i g. 4 zeigt den Förderdruckverlauf der Pumpe und die zugehörigen Erregerstromwerte bei Änderung der Beträge von /,, und 4 in der vorstehend erwähnten Weise. Die Werte von c, l_a und 4 sind längs der Abszisse in mm aufgetragen, während die Beträge des Förderdrucks in kg/cm² und die Stromwerte in mA auf der Ordinate aufgetragen sind. Aus F i g. 4 ist ersichtlich, daß es zwei Punkte gibt, an welchen der Druck den gleichen Wert von 7 kg/cm² besitzt. Und zwar ist dies an den Stellen c.4=16mm und cg=21 mm der Fall, wobei der Stromwert bei Cb etwas größer ist. Der Wert von a ist dabei konstant und beträgt 7,2 mm.

F i g. 5 zeigt den Verlauf des Förderdrucks und des Erregerstroms in Abhängigkeit von der Quellenspannung für den Fall, daß zum Zeitpunkt der Justierung der Werte von c durch Drehen des Justierstiftes 16 Ca= 16 mm und Cs=21 mm betragen und der Förderdruck der Pumpe auf 7 kg/cm² gesetzt wird. Die Werte der eingeprägten Spannung V an der Erregerspule 21 sind längs der Abszisse in Volt aufgetragen, während der Förderdruck P 'ⁿ kg/rm^{2 lln}d der Strom durch die Erregerwicklung 21 in mA längs der Ordinate aufgetragen sind.

In Fig.5 geben die mit Punkten bzw. Ringen versehenen Kurven ein Betriebsverhalten bei Einstellung der F^impe auf den Wert ca und die mit Kreuzen bzw. Dreiecken versehenen Kurven ein Betriebsverhalten bei Einstellung der Pumpe auf den Wert ca wieder. Wie man erkennt, erhöhte sich der Förderdruck bei Einstellung der Pumpe auf den Wert Cb im wesentlichen proportional mit einer Erhöhung der eingeprägten Spannung an der Erregerwicklung 21, was einem Betriebsverhalten wie von herkömmlichen Schwingankerpumpen entspricht Dagegen sind bei Einstellung der Pumpe auf den Wert ca die Änderungen des Förderdrucks sehr gering, wobei der Förderdruck ziemlich stabil blieb, sobald die eingeprägte Spannung an der Erregerwicklung 21 170 V überschritt. Des weiteren zeigte der Förderdruck bei Einstellung der Pumpe auf den Wert Cb eine Tendenz nach oben, wenn die Summe der Auslenkungen der Federn 9 und 10 vergrößert wird, um den Schwinganker 1 näher an den ringförmigen Magnetpol 4 heranzubringen (Fig. 4). Wenn dagegen die Pumpe auf den Wert c_A eingestellt wird, verringert sich der Förderdruck bei einer Erhöhung der Summe der Federauslenkungen zum

in Zwecke einer Annäherung des Schwingankers 1 an den ringförmigen Magnetpol 4. Dies stellt ein Verhalten dar, welches dem Verhalten von herkömmlichen Schwingankerpumpen genau entgegen läuft. Die vorstehend dargelegte Verwendung der Rückstellfeder 10 und der Hilfsfeder 9 stellen daher einen der bemerkenswerten Unterschiede zwischen der erfindungsgemäßen Schwingankerpumpe und herkömmlichen Schwingankerpumpen dar. Ein weiterer wichtiger Faktor ist das numerische Verhältnis zwischen /,, und 4-

Das Verhältnis zwischen den Beträgen der Erregerspannung und des Erregerstroms ist so gewählt, daß diese Werte linear proportional zueinander sind. Die Stromwerte sind etwas höher, wenn die Pumpe auf den Wert Cfleingestellt wird.

In den F i g. 6 und 8 ist der Verlauf des Förderdrucks in Abhängigkeit von der Spannung für Förderdrücke von 6 kg/cm², 7 kg/cm² und 8 kg/cm² bei Anlegen einer Wechselspannung von 50 Hz und 200 V an die Erregerwicklung aufgetragen. Diese Änderungen des Förderdrucks wurden erzielt durch entsprechende Änderung der Werte von c, nachdem die Summe der Federauslenkungen vergrößert wurde, um den Schwinganker gegen den ringförmigen Magnetpol 4 zu bewegen und damit die Pumpe in einen Zustand zu

3> bringen, in welchem ihr Förderdruck absinkt. Hinzuzufügen ist, daß für den Fall von F i g. 6 der Wert von a 7,2 mm und im Fall von Fi g. 8 10,7 mm bei ansonsten gleichen Bedingungen betrug. Die F i g. 7 und 9 zeigen die Werte des Erregerstroms in mA, bezogen auf die Spannungswerte gemäß F i g. 6 und 8. In den F i g. 6 bis 9 geben eine gestrichelte Kurve, eine durchgezogene Kurve und eine strichpunktierte Kurve die entsprechenden Kurven für die Förderdrücke von 6 kg/cm², 7 kg/cm² bzw. 8 kg/cm² wieder.

Aus den Diagrammen gemäß Fig. 6 bis 9 ist ersichtlich, daß der Förderdruck bei Spannungsänderungen von ±15% bezüglich 200 V im wesentlichen stabil ist. Man erkennt ferner, daß sich die Stromwerte im wesentlichen linear mit den Spannungsänderungen ändern. Der Spannungs-Förderdruck-Verlauf ist derart, daß sich auch bei Änderung der durch die Austrittsdüse ausgestoßenen Flüssigkeitsmenge keine Änderung zeigt, außer dann, wenn der Justierstift 16 in Richtung auf eine Verringerung des Wertes von c gedreht wird.

Andererseits wird der Förderdruck mehr und mehr stabil. Dies ist der FaIL wenn die Pumpe auf einen geringeren Förderdruck eingestellt wird. Falls es jedoch erforderlich ist, die durch die Düse ausgestoßene Flüssigkeit wesentlich zu erhöhen oder den Förderdruck der Pumpe zu erhöhen, tritt eine der vorstehend erwähnten Tendenz entgegengesetzte Tendenz auf.

Nach Durchführung einer Reihe von Versuchen hat sich gezeigt, daß der Spannungs-Förderdruck-Verlauf der Pumpe stabilisiert werden kann, wenn die Werte von /_a und k und deren Verhältnis zueinander innerhalb bestimmter Bereiche gehalten werden.
Die Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse der Versuche.

ίο

Tabelle

	Nr.	a'	'■'	■■	Λι-Λ'ι	Αΐ-Λ'2	la	(mm)	0,49	50 II/ J(IO V (>,HI l/h-Duse	Strom	50 II/ 200 V Aus- (riltsöHnuny yescli lossen	Strom	Spannungs- l-'örder- druck- stabiliUit
								2,45	0,59	Druck	ImA)	Druck	(in Λ)
		(mm)	(111 111)	(mm ι	(mm)	(m m)	(mm)	3,05	0,65	(kg/enrl	310	(ky/cnri	314
	1	7,2	42	15	9,4	10,6	1,2	3,55	0,69	4,0	312	4,8	315	O
	2	7,2	42	16	9,0	10,0	1,8	4,05	0,73	5,0	316	5,6	318	O
	3	7,2	42	17	8,5	9,5	2,3	4,55	0,76	6,1	320	6,7	325	O
	4	7,2	42	18	8,0	9,0	2,8	5,15	0,78	7,1	322	7,65	328	O
	5	7,2	42	19	7,5	8,5	3,3	5,65	0,79	8,3	324	9,3	334	O
	6	7,2	42	20	7,1	7,9	3,9	5,95	0,49	9,2	328	10,3	337	Δ
	7	7,2	42	21	6,6	7,4	4,4	2,45	0,59	9,8	330	11,2	342	Δ
	8	7,2	42	21,5	6,4	7,1	4,7	3,05	0,65	10,0	310	11.6	312	X
	9	7,2	40	13	9,4	10,6	1,2	3,55	0,69	3,8	312	4.6	314	O
	10	7,2	40	14	9,0	10,0	1,8	4,05	0,73	4,9	316	5,6	316	O
	U	7,2	40	15	8,5	9,5	2,3	4,55	0,76	6,0	320	6,6	324	O
	12	7,2	40	16	8,0	9,0	2,8	5,15	0,78	7,0	324	7,6	327	O
i	13	7,2	40	17	7,5	8,5	3,3	5,65	0,80	8,2	328	9,2	334	O
	14	7,2	40	18	7,1	7,9	3,9	6,15	0,81	9,4	330	10,4	338	Δ
i	15	7,2	40	19	6,6	7,4	4,4	6,75	0,82	9,8	340	11,4	350	Δ
	16	7,2	40	20	6,1	6,9	4,9	6,95	0,69	8,7	350	9,7	360	X
);'■:	17	7,2	40	21	5,7	6,3	5,5	4,05	0,79	7,0	360	7,6	367	X
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	27	10,7	40	20	4,5	5,0	3,3	5,35	8,1	326	9,2	334	ο
28	10,7	40	21	4,0	4,5	3,8		9,0	328	10,4	336	Δ
29	10,7	40	21,5	3,8	4,2	4,1		9,45	10,6	Δ

Aus Tabelle 1 ist ersichtlich, daß auch dann, wenn die Strecke a zwischen dem unteren Ende des Schwingankers 1 und dem Sitz der Rückstellfeder 10 sowie die Länge c'des Justierstiftes 16 variiert werden, es möglich ist, die Werte von I₃ und 4 durch Justieren des Wertes von c auf etwa konstante Bereiche einzustellen und festzulegen und auf diese Weise den Verlauf des Förderdrucks dei Pumpe in Abhängigkeit von der Quellenspannung zu stabilisieren. Der Förderdruck der Pumpe liegt auf dem gleichen Wert wie der vorstehend erwähnte Druck, welcher zum Aussprühen von Kerosin mittels einer Düse in winzig kleine Teilchen bei einem Fördervolumen von 6,81 l/h erforderlich ist. Die in der Tabelle 1 benutzte Angabe »Druck bei geschlossener Auslaßöffnung bezieht sich auf einen Druck, welcher vorherrscht, wenn die Auslaßseite der Pumpe geschlossen ist Es sei darauf hingewiesen, daß in einigen Fällen die Werte des Erregerstroms durch die Erregerwicklung bei geschlossener Auslaßseite etwas größer sind als bei Aussprühen des Öls bzw. Kerosins in winzig kleine Teilchen. Es hat den Anschein, daß bei geschlossener Auslaßöffnung der Schwinganker 1 praktisch in einer ortsfesten Position bleibt, in welcher er einen geringen Abstand von dem ringförmigen Magnetpol 4 besitzt, mit dem Ergebnis, daß der Magnetspalt geringfügig größer ist und daher der Erregerstrom einen größeren Wert besitzt. Der Unterschied in der Größe des Erregerstroms bei geschlossener Auslaßöffnung einerseits und be· Aussprühen des öis bzw. Kerosins in winzig kleine Teilchen andererseits ist, wie aus Tabelle 1 hervorgeht, nicht groß und steht ganz im Gegensatz zu der Stromdifferenz, welche bei Verwendung von Wechselstrom auftritt, so daß insgesamt der Stromwert als etwa konstant angenommen werden kann. Die Werte von 4 und /„ wurden in der vorstehend erläuterten Weise berechnet Es ist möglich, die berechneten Werte von 4 und h mit Hilfe von Messungen der Position des Zeigers 37 zu bestätigen.

Anschließend wurde ein Versuch durchgeführt, um die Position des Schwingankers 1 bei dessen reversierender Bewegung sowie die Länge des Ankerhubs zu messen, indem die Bewegung des Zeigers 37 mit Hilfe eines Stroboskops gemessen wurde. Dabei lag der Wert von ca in der eingestellten Position von 16 mm, so daß

Il

/,, = 2,8 mm und /_ft=4,05mm betrugen, d.h. Werte besaßen, bei denen der Verlauf des Förderdrucks der Pumpe in Abhängigkeit von der Spannung am stabilsten ist, wenn, wie vorstehend erwähnt ist, das öl bzw. das Kerosin durch eine Düse mit einem Fördervolumen von 6,81 l/h ausgesprüht wird. Die dabei erzielten Ergebnisse beweisen, daß bei Förderung des Öls mit einem Förderdruck von 7 kg/cm² das untere Ende des Schwingankers 1 sich nach unten bis zu der Position des oberen Endes des ringförmigen Magnetpols 4, d. h., um eine Strecke von 2,8 mm bewegt und ferner eine reversierende Bewegung über eine Strecke von etwa < 1 mm nach oben und nach unten, d. h., einen Hub von etwa <2mm von dieser Position ausführt. Das Fördervolumen des geförderten Öls betrug 378Ox 1,5 Xi) = 5400 ccm/Stunde. Der Kolben 6 hatte einen Durchmesser von 5 mm und bewegte sich reversierend mit einer Geschwindigkeit von 50 Hüben/ Sekunde, so daß die Hublänge wie folgt berechnet wurde:

5400

60 x 60 x 50 x

//O,5²

= 1,5 mm.

Durch die Einflüsse der Ölleckage zwischen dem Kolben 6 und dem Zylinder 7, durch die Ventil-Wirkungsgrade des Ansaugventils und des Ausstoßventils sowie durch die Kompressibilität des im Kerosin vorhandenen Gases ist die Länge des tatsächlich gemessenen Hubes geringfügig größer als die berechnete Hublänge, wobei der Unterschied etwa <2mm beträgt. Wenn die Düse von der Austrittsöffnung der Pumpe entfernt wird, ergibt sich eine Hublänge des Schwingankers 1 von etwa 6 mm, die sich zusammensetzt aus einer Bewegung bezüglich der stationären Gleichgewichtslage von etwa 1 mm nach oben und etwa 5 mm nach unten. Das Fördervolumen des geförderten Öls betrug dabei 18,5 l/Stunde. Dieser Wert stimmt im wesentlichen mit dem errechneten Wert überein, welcher in der vorstehend erläuterten Weise erhalten wurde. Es sei darauf hingewiesen, daß der obere Totpunkt des Hubes etwa 1 mm oberhalb der stationären Gleichgewichtslage liegt. Dies ergibt sich aufgrund der Massenträgheit der Rückstellfeder 10, deren Einfluß der Schwinganker 1 beim Rückhub ausgesetzt ist. Im Unterschied zu bekannten Schwingankerpumpen liegt bei der erfindungsgemäßen Schwingankerpumpe der untere Totpunkt des Schwingankerhubs etwa 1 mm unterhalb der Oberseite des ringförmigen Magnetpols 4, und zwar unabhängig davon, ob die Pumpe einen hohen Förderdruck aufgrund einer an der Auslaliöfmung befestigten Düse oder einen geringen Förderdruck aufgrund einer offenen Auslaßöffnung besitzt.

Die Beziehung zwischen der Position des Schwingankers und dessen Hub bei Schwingankerpumpen mit ringförmigem Magnetpol des hier beschriebenen Typs ist in mehreren Veröffentlichungen abgehandelt, beispielsweise in der japanischen Grauchsmusterschrift Sho 42-16698 mit dem Titel »Elektromagnetische Vorrichtung vom Vibrationstyp«, in der japanischen Patentschrift Sho 48-25563 mit dem Titel »Verbesserungen bei elektrischen Motoren« und insbesondere in der japanischen Auslegeschrift Sho 51-60002 mit dem Titel »Schwingankerpumpe«. In diesen Veröffentlichungen ist beschrieben, daß Änderungen der magnetischen Anziehungskraft im Vergleich zu Positionsänderungen des Schwingankers langsam erfolgen und daß ein verhältnismäßig stabiles Fördervolumen im Vergleich zu anderen bekannten Pumpen selbst dann erzieh werden kann, wenn die Eingangsspannung der Erreger-

·> wicklung verringert wird. Ein Vergleich der F i g. 4 und 5 zeigt, daß die elektromagnetische Anziehungskraft geringer als 1,5 kg ist, wenn die eingeprägte Spannung den normalen Wert besitzt und daß sich der Mittelwert der elektromagnetischen Anziehungskraft um die

in Hälfte verringert (Werte von 0,7 bis ι kg), wenn der Wert der eingeprägten Spannung um 70% verringert wird. Dies führt zu einer merklichen Verringerung des Förderdrucks, so daß derartige Pumpen für die Praxis nicht geeignet sind, wenn es darum geht, den

i) Förderdruck auf etwa 7 kg/cm² über die gesamte Betriebsdauer hinweg aufrechtzuhalten und den Förderdruck zu stabilisieren, wie es bei der erfindungsgemäßen Pumpe der Fall ist.
Bei der erfindungsgemäßen Pumpe ist die magneti-

:o sehe Anziehungskraft eine lineare Funktion in bezug auf die gegenseitigen Positionen des Schwingankers und der Erregerspu^ sowie in bezug auf die Lage des Luftspaltes zwischen dem Schwinganker und dem ringförmigen Magnetpol. Die Summe der Spulenanzie-

2Ί hungskraft und der in dem Luftspalt erzeugten Anziehungskraft steigt in einer steilen Kurve an. Bevor diese Erscheinung näher erläutert wird, soll anhand von Fig. 10 die Auslenkung und die Last einer sogenannten zusammengesetzten Feder erläutert werden, welche aus

jo der Rückstellfeder und der Hilfsfeder besteht und abhängig von der magnetischen Anziehungskraft arbeitet. In dem Diagramm nach Fig. 10 befindet sich ein Punkt Q. welcher die Auslenkung (h\ — ΛΊ)ηιιη der Hilfsfeder bei Einstellung des Förderdrucks der Pumpe

j5 auf 7 kg/cm² mit Hilfe des Justierstäftes darstellt, auf der Abszisse rechts von einem Punkt O, während sich ein Punkt R, welcher die Auslenkung ffc-Aymm der Rückstellfeder darstellt, auf der Abszisse links von dem Punkt O befindet.

Die Federkonstanten der beiden Federn sind mit K\ bzw. K₂ bezeichnet. Damit befindet sich die Last für den Fall K;(h-, -k'O = K₂(Ii₂-H':) an einem Punkt O' auf einer Linie senkrecht zu der Abszisse durch den Punkt O. Verbindet man die Punkte R und O'. so ergibt sich ein Schnittpunkt /^zwischen der Verlängerung der Geraden ÄO'und einer Geraden senkrecht zu der Abszisse durch den Punkt Q. Des weiteren ergibt sich ein Schnittpunkt P'zwischen einer parallelen Gerade zu der Geraden OP durch den Punkt O'und der Verlängerung der Geraden

PQ- Die Gerade O'P' stellt für die zusammengesetzte Feder den Verlauf der Last in Abhängigkeit von der Auslenkung dar. Wenn der Schwinganker 1, welcher durch die gleich großen, jedoch entgegengesetzt gerichteten Vorspannkräfte der beiden Federn im Punkt O' im stationären Gleichgewicht gehalten wird, durch die magnetische Anziehungskraft gegen den ringförmigen Magnetpol bewegt wird, wird die Rückstellfeder komprimiert und damit ihre Auslenkung vergrößert, wodurch ihre Last ansteigt. Andererseits expandiert sich die Hilfsfeder, wodurch sich ihre Auslenkung verringert und damit ihre Last reduziert Damit vergrößert sich die an der zusammengesetzten Feder angelegte relative Last Dies bedeutet, daß der Schwinganker im Gleichgewicht ist, wenn sich eine Laständerung bezüglich der Auslenkung und eine eine Bewegung des Schwingankers hervorrufende Änderung der magneti schen Anziehungskraft gegenseitig kompensieren. Wenn in der vorstehend erwähnten Weise der

Förderdruck der Pumpe 7 kg/cm² und das Fördervolumen der von der Pumpe geförderten Flüssigkeit 5,4 l/h betragen, bewegt sich der Schwinganker reversierend in eine etwa 2,8 mm unter der Gleichgewichtslage liegende Position oder in eine Position, in welcher sein unteres Ende im wesentlichen bündig mit dem oberen Ende des ringförmigen Magnetpols 4 ist, d. hu mit einem Hub von etwa 2 mm oder 1 mm oberhalb der Gleichgewichtslage und 1 mm unterhalb der Gleichgewichtslage. Verfolgt man diese Erscheinung in Fig. 10, so zeigt sich, daß die Last der zusammengesetzten Feder etwa 1500 g an einem Punkt ζ)"beträgt, welcher um etwa 2,8 mm von dem Punkt O'gegen den Punkt Q' verschoben ist. Diese Last von etwa 1500 g stellt eine mittlere Last dar. In der Praxis arbeitet die zusammengesetzte Feder so, daß sie sich mit einer Last im Bereich zwischen 1000 und 2000 g expandiert und kontrahiert.

Der Kolben 6 besitzt eine Querschnittsfläche von 0,2 cm², so daß er dem Druck von 7 kg/cm² standhalten kann. Es dürfte klar sein, daß die magnetische Anziehungskraft zur Erzielung eines Förderdrucks von 7 kg/cm² eine anziehende Kraft sein muß, welche höher ist als die vorstehend erwähnte Federlast, wenn die Reibungswiderstände der verschiedenen Gleitteile der Pumpe, der Strömungswiderstand der Flüssigkeit, der Wirkungsgrad der Ventile und eine Flüssigkeitsleckage zwischen dem Kolben und dem Zylinder in Betracht gezogen werden.

Nachstehend soll die sogenannte Spulenanziehungskraft erläutert werden, welche zwischen dem Schwinganker und der Erregerwicklung wirkt. Wenn der Schwinganker in die Erregerwicklung eintritt, wird er gesättigt. Unmittelbar bevor der Schwinganker unter den Einfluß des Magnetflusses der Wicklung gerät und wenn der magnetisch neutrale Punkt der Erregerwicklung mit dem magnetisch neutralen Punkt des Schwingankers übereinstimmt, d. h., wenn //,=0 ist, wird die Anziehungskraft gleich Null. Es ist sehr schwierig, die magnetische Anziehungskraft exakt zu bestimmen, da Änderungen dieser Kraft nicht nur von Änderungen der Amperewindungszahl, sondern auch von der Form und den Abmessungen der Erregerwicklung sowie von der Länge und der magnetischen Flußdichte des Schwingankers verursacht werden. Im Falle der vorliegenden Erfindung ist die Länge des Schwingankers kleiner als die Länge der Erregerwicklung, doch ist die Summe aus der Länge des Schwingankers, der Länge des ringförmigen Magnetpfades 3 und der Länge des ringförmigen Magnetpols 4 größer als die Länge der Erregerwicklung. In der Praxis kann die Spulcnunziehungskraft mit folgender, experimentell gefundener Formel berechnet werden:

F, - C- S

N- 1

wobei

S die Querschnittsfläche in cm² des Schwingankers,

/ den Erregerstrom in Ampere,

N die Windungszahl der Erregerwicklung,

L\ die Wicklungslänge in cm,

C eine Konstante im Bereich zwischen 1,6 χ 10 ^! bis

1,9 χ 10-^J(in der Praxis 1,7 χ 10 ^!)und

Fs die Spulenanziehungskraft in kg

bedeuten.

Die maximale Anziehungskraft eines gesättigten Schwingankers ist dem Erregerstrom direkt proportional. Wenn die magnetische Flußdichte des Schwingen kers unterhalb des Knicks der magnetischen Hysteresis kurve liegt, ändert sich die Konstante C direk proportional mit der Amperewindungszahl, wodurch

ι sich die magnetische Anziehungskraft mit dem Quadra des Produktes N ■ /ändert.

Wenn der zylindrische Schwinganker in einer koaxialen Zylinderraum, wie er beispielsweise von den ringförmigen Magnetpol 4 gebildet wird, eintritt und du

in magnetischen Kraftlinien den Schwinganker senkrech zu seiner Seitenfläche zu durchdringen suchen, kann di« magnetische Leitfähigkeit P des Luftspaltes durch folgende Formel ausgedrückt werden:

P-JLl-

Die Ableitung der magnetischen Leitfähigkeit P nach /_rergibtdann:

dP

al, ö

Darausfolgt:

9,81

In den vorstehenden Ausdrücken bedeuten:
P die magnetische Leitfähigkeit,

μ ,

5' die Fläche in m². mit welcher der ringförmige

Magnetpol den Schwinganker überlappt,
^Jl D den Durchmesser des Schwingankers in m,

/,. die Länge, über weiche der Schwinganker der

ringförmigen Magnetpol überlappt,
ö die Breite des Magnetspaltes zwischen derr Schwingankerund dem ringförmigen Magnetpol,
U die magnetomotorische Kraft Nl in Amperewin

düngen und
F₁ die Anziehungskraft in kg.

Dies bedeutet, daß die Anziehungskraft F₁. in eins

4-, Richtung wirkt, in welcher /<■ ansteigt, so daß dei Schwinganker 1 in den ringförmigen Magnetpo hineingezogen wird. Bei der vorliegenden Schwing ankerpumpe wird jedoch der untere Endabschnitt de; Schwingankers 1 geringfügig unter das obere Ende de!

,ο ringförmigen Magnetpols gezogen, wodurch dei Schwinganker in einem unteren Totpunktbereich vor I₁ < 1 mm arbeitet, und zwar unabhängig davon, ob dei Druck zur Druckförderung einer Flüssigkeit fast Null is oder auf einen Wert in der Nähe von 7 kg/cm² ansteigt

,-, Der Schwinganker 1 wird nicht tiefer als ober angegeben in den ringförmigen magnetischen Po hineingezogen.

Wie aus den Fig. 11 -a und 11 -b hervorgeht, werde! zur Messung der Betriebsstellungen des Schwinganker:

w) 1 im Ankergehäuse 8 und der Arbeitskräfte de: Schwingankers 1 die Rückstellfeder 10 und di< Hilfsfeder 9 sowie der Kolben 6 entfernt. Bei Anleget einer halbwellen-gleichgerichteten Spannung von 50 H; und 200 V und bei Fehlen einer Flüssigkeit auf de

tvi Ansaugseite bewegte sich der Schwinganker 1 mit eine Vibrationsbewegung sehr geringer Intensität oder blie in einer Lage entsprechend /,· von 4 mm praktisc stehen. Wenn sich der Schwinganker t auf der rechte

Seite von Fig. 11 -a befand, bewegte er sich nach links. Wenn die Pumpe entsprechend der Darstellung gemäß F i g. 3 vertikal angeordnet wurde, bewegte sich der im unteren Bereich der Pumpe befindliche Schwinganker 1 nach oben. In beiden Fällen zeigte der Schwinganker 1 in einer Lage entsprechend /_c von 4 mm eine Vibrationsbewegung sehr geringer Intensität oder blieb in dieser Lage praktisch stehen. Wenn sich andererseits der Schwinganker 1 auf der linken Seite von F i g. 11 -a befand, bewegte er sich nach rechts aufgrund der plötzlich ansteigenden magnetischen Anziehungskraft und zeigte dann in einer Stellung entsprechend l_c von 4 mm eine Vibrationsbewegung sehr geringer Intensität.

Aus vorstehendem ist ersichtlich, daß sich die Arbeitsposition und der Hub des Schwingankers 1 in Abhängigkeit verschiedener Bedingungen ändern. Hierzu zählen die von der Rückstellfeder und der Hilfsfeder bewirkte Gleichgewichtslage, der Druck und das Fördervolumen der geförderten Flüssigkeit, und zwar auch dann, wenn der Erregerstrom durch die Erregerspule ein halbwellen-gleichgerichteter Strom mit dem gleichen Wert ist. Für eine praktische Anwendung der Pumpe muß daher das Verhältnis zwischen der magnetischen Anziehungskraft und der Last der zusammengesetzten Feder in der Weise bestimmt werden, daß das Hubende des Schwingankers 1 oder dessen oberer Totpunkt an einer Stelle liegen, bei welcher der Wert von /<- kleiner als 1 mm ist.

Es scheint, daß die elastischen Federkräfte in der Weise wirken, daß sie die Anziehungskraft F_c überwinden, welche die Überlappungsabschnitte des Schwingankers 1 und des ringförmigen Magnetpols 4, d. h., den Wert von l_c zu vergrößern sucht.

Bei der erfindungsgemäßen Schwingankerpumpe ist der untere Endabschnitt des Schwingankers 1 als vorspringender, ringförmiger Kranz ausgebildet und entsprechend ist auch der ringförmige Magnetpol 4 mit einem vorspringenden ringförmigen Kranz versehen. Der Magnetfluß versucht daher von der Kante des unteren Endes des Schwingankers 1 zu dem ringförmigen Magnetpol 4 zu fließen, so daß nur ein ganz geringer Streufluß auftritt und damit der Schwinganker 1 mit einem hohen Wirkungsgrad arbeitet. Der mit /., bezeichnete Raum zwischen dem unteren Ende des Schwingankers 1 und dem oberen Ende des ringförmigen Magnetpols 4, welcher mit der Längsachse der Erregerwicklung 21 fluchtet, kann als Magnetspalt betrachtet werden.

Die Anziehungskraft im Spalt einer Vorrichtung, welche einen Magnetpol oder Magnetkopf für einen Schwinganker aufweist, kann generell mit der folgenden, experimentell gefundenen Formel ausgedrückt werden:

9,81

wobei

μ. eine Konstante = Απ χ 10 ⁷ Henry/m = 4jt χ 10-^q Henry/cm,

B die magnetische Flußdichte in Weber/cm²,
S die Querschnittsfläche des Eisenkerns in cm² und
Fc die im Luftspalt wirkende Anziehungskraft in kg

bedeuten.

Der Wert von B kann bei Kenntnis der Amperewindungen der elektromagnetischen Erregerwicklung und der Abmessungen des Magnetpfades berechnet werden.

Wenn die Reluktanz des |ochs bzw. des magnetischen Rückschlusses und die dadurch hervorgerufene Streuung vernachlässigt werden, gilt folgende Beziehung:

Wenn der Magnetpfad nicht gesättigt ist, ergibt sich aus den beiden vorstehend genannten Formeln folgende Beziehung:

ν,-= 6,35· 10"S" (-^-

wobei

5" die effektive Fläche der Stirnseite des ringförmigen Kranzes am unteren Ende des Schwingankers 1 bedeutet.

Im Falle einer Wechselstrom-Erregerspule verringert sich die Reaktanz bei größer werdendem Magnetspalt infolge der Bewegung des Schwingankers, wodurch der Erregerstrom stark ansteigt. In entsprechender Weise verringert sich der Erregerstrom stark, wenn der Spalt kleiner wird. Andererseits wird bei einer Gleichstrom-Erregerwicklung der Erregerstrom durch Änderungen der Spaltbreite nicht beeinflußt. Bei der Durchführung der Versuche mit der erfindungsgemäßen Pumpe wurde ein halbwellen-gleichgerichteter Wechselstrom und

jo damit ein Gleichstrom verwendet. Aus diesem Grund sind die in Fig.4 und in Tabelle 1 veranschaulichten Änderungen des Erregerstromwertes aufgrund der Änderungen der Betriebsstellung des Schwingankers oder Änderungen der Breite /_a des Spaltes sehr gering.

Zur Berechnung der Amperewindungen können die auf einem Amperemeter während des Pumpenbetriebes abgelesenen Werte verwendet werden. Wenn jedoch ein elektrischer Stromkreis und ein Magnetkreis sich gegenseitig durchsetzen, wie dies bei Verwendung eines

4(i halbwellen-gleichgerichteten Stroms zur Erregung einer einen Schwinganker betätigenden Wicklung der Fall ist, benutzt der Strom die zeitlich veränderliche obere Hälfte einer Wechselstromschwingung, so daß sich der von der magnetomotorischen Kraft eines derartigen Stroms erzeugte Magnetfluß in dem Magnetkreis mit einer Stromänderung ändert. Aufgrund dieser Tatsache tritt eine Selbstinduktionserscheinung auf, aufgrund derer eine entgegengesetzt gerichtete elektromotorische Kraft in dem elektrischen Stromkreis induziert wird. Dadurch wird wiederum eine der Stromänderung in dem elektrischen Stromkreis entgegenwirkende elektromotorische Kraft induziert. Wenn daher der Wert des Erregerstroms ansteigt, wird eine der Stromrichtung entgegengesetzt gerichtete elektromotorische Kraft induziert, welche den Stromanstieg verhindert; in entsprechender Weise wird bei einer Verringerung des Stromwertes eine elektromotorische Kraft in Stromrichtung induziert, welche die Stromverringerung verhindert. Die durch die Selbstinduktion

bd induzierte elektromotorische Kraft e ist der Ableitung des Stroms / (A) nach der Zeit t (Sekunden) proprotional:

d/ dl

(V)

wobei die Proportionalitätskonstante L die Selbstinduktivität in Henry darstellt. Wird eine Änderung des

verketteten Magnetflusses in bezug auf eine Stromänderung d/mit άΦ bezeichnet, dann gilt

άφ = L d i
bzw.

d/ '

Wie vorstehend bereits dargelegt wurde, setzt sich die in der erfindungsgemäßen Schwingankerpumpe wirkende magnetische Anziehungskraft aus den vorstehend erwähnten positiven magnetischen Kräften F₁, F₁- und Fc zusammen und wird von der erwähnten Selbstinduktionsspannung beeinflußt. Des weiteren wird zwischen dem oberen Ende des Schwinggnkers 1 und dem ringförmigen Magnetpfad 3 eine entgegengesetzt gerichtete Magnetkraft F\-sowie eine entgegengesetzt gerichtete Magnetkraft F\ erzeugt, wenn der Wert von k negativ wird oder wenn der Mittelpunkt des Schwingankers 1 die Mitte bzw. den magnetisch neutralen Punkt der Erregerspule 21 im Betrieb des Schwingankers 1 passiert. Die Resultierende der negativen Magnetkräfte muß daher von der Resultierenden der positiven Magnetkräfte abgezogen werden, was die Verhältnisse unübersichtlich gestaltet. Des weiteren variiert die zusammengesetzte magnetische Anziehungskraft in Abhängigkeit von der Gesamtform des Magnetpfades, dem Luftspalt, der magnetischen Permeabilität und der gegenseitigen Lage des Schwingankers und der Erregerwicklung. Aufgrund dessen ergeben sich große Schwierigkeiten bei der Berechnung der zusammengesetzten magnetischen Anziehungskraft des Schwingankers 1 in jeder seiner Betriebsstellungen. Fig. 11-b zeigt die tatsächlich gemessenen Werte der Arbeitskraft Fin gdes Schwingankers 1 an verschiedenen Positionen im Magnetpfad bzw. im Ankergehäuse 8. Dabei sind die Positionen des Schwinganker 1 auf der Abszisse und die Werte der magnetischen Anziehungskraft auf der Ordinate aufgetragen. Aus diesem Diagramm ist ersichtlich, daß die Arbeitskraft des Schwingankers 1 rasch ansteigt, wenn dessen linkes Ende gemäß der Darstellung in Fig. la (entsprechend dem oberen Ende des Ankers gemäß der Darstellung in Fig. 3) vollständig in die Erregerwicklung 21 eingetreten ist, und daß die Arbeitskraft des Schwingankers 1 rasch absinkt, wenn dessen rechtes Ende (bzw. dessen unteres Ende bei der Darstellung gemäß Fig.3) eine mit dem oberen Ende des ringförmigen Magnetpols zusammenfallende Lage überschreitet, d.h., 4 = 0 und /_c=0 ist. Sobald der Schwinganker 1 eine Position erreicht, in welcher sein magnetisch neutraler Punkt den magnetisch neutralen Punkt der Erregerwicklung 21 passiert hat und in welcher das rechte Ende des Schwingankers 1 in den ringförmigen Magnetpol 4 um etwa 4 mm eingetreten ist, d.h., wenn /_t-=4 mm ist, befindet sich die Resultierende der positiven Kräfte F₁, Fc und Fc mit der Resultierenden der negativen Kräfte F's und F'c im Gleichgewicht, wodurch der Schwinganker 1 praktisch stillsteht. Es scheint, daß der Schwinganker 1 eine Vibrationsbewegung geringer Intensität aufgrund des intermittierenden Hindurchtritts eines halbwellen-gleichgerichteten Stroms und dessen Änderung d//df ausführt.

In Fig. 11-b symbolisieren eine durchgezogene Kurve, eine gestrichelte Kurve und eine strichpunktierte Kurve die magnetische Anziehungskraft bei Verwendung halbwellen-gleichgerichteter Wechselspannungen von 50 Hz und 200 V, von 50 Hz und 170 V bzw. von 50 Hz und 230 V. Es wurde bereits vorstehend dargelegt, daß dann, wenn die Pumpe auf einen Förderdruck von 7 kg/cm² gesetzt und zum Aussprühen einer Flüssigkeit in winzig kleine Teilchen mit eimern Fördervolumen von 6,81 l/h verwendet wird, die Betriebsstellungen des Schwingankers 1 derart sind, daß sich dieser mit einer Amplitude bis zu 1 mir nach oben

ίο und unten bezüglich einer Position entsprechend 4=0 bewegt, bei welcher das untere Ende des Ankers mit dem oberen Ende des ringförmigen Magnetpols 4 zusammenfällt Dies ist der Fall, wenn l_c ± 1 mm ist. Es sei angenommen, daß /,..= ± 1 mm ist oder der

π Schwinganker 1 mit einem Hub von 2 mm arbeitet, daß sich die Geschwindigkeit des Schwingankers von einer Anfangsgeschwindigkeit K₀ = O auf die Maximalgeschwindigkeit Ki innerhalb des Zeitintervalls ändert, in welchem sich 4 von 1 mm auf 0 mm ändert, und daß sich die Geschwindigkeit des Schwingankers von der Maximalgeschwindigkeit auf die Endgeschwindigkeit K₂ = O innerhalb des Zeitintervalls ändert, in welchem sich Ic von 0 auf +1 mm ändert. Es sei ferner angenommen, daß die Zeitdauer t_x für eine Änderung

J5 der Geschwindigkeit von K₀ auf Ki gleich der Zeitdauer r₂ für eine Änderung der Geschwindigkeit von Ki auf K₂ ist. Da als Erregerstrom ein halbwellen-gieichgerichteter Wechselstrom von 50 Hz verwendet wird, ergibt sich fi = /2 zu '/50X '/2 χ '/2 = '/200 Sekunden.

in Damit gilt:

K₁ - V₂ = 0

	1/2 _ Hl ~	K1 2 + 2 aS a ι2 - a I	,200 J	.S1 = S' = 1 mm
		2 ' 2 I
40	a =	80m/Sek.2	16m/Sek.	a' = -SOm/Sek.3
	Vx =	τ/2 aS = VQ

« Bei einem Gewicht des Schwingankers von 20 g beträgt die Kraft / zum Bewegen des Schwingankers

entsprechend der Beziehung /= = 0,16 kg. Für den

Betrieb der Pumpe zur Erzielung des erforderlichen Förderdrucks ist eine magnetische Anziehungskraft erforderlich, welche der Kraft f entspricht plus der Summe aus Verlustkräften infolge des Reibungswiderstandes der gleitenden Pumpenteile und des Strömungswiderstandes der Flüssigkeit und aus einer Kraft zur Erzeugung des Förderdrucks der Pumpe. Wenn der Förderdruck der Pumpe 7 kg/cm² und der Durchmesser des Kolbens 5 mm betragen, muß die erforderliche Kraft zur Erzeugung dieses Förderdrucks zumindest größer als 7 x|o,5²

1,4 kg sein. Es versteht sich, daß die

vorstehend erwähnte magnetische Anziehungskraft einen Wert besitzen sollte, welcher die vorstehend erwähnten Verluste einschließt, d. h. einen Wert, welcher sich aus dem Quotienten zwischen der Kraft und dem Wirkungsgrad der Pumpe ergibt. Bei der erfindungsgemäßen Pumpe besitzen jedoch die Rückstellfeder 10 und die Hilfsfeder 9 eine Eigenschaft, welche als »Federhammerwirkung« bezeichnet wird,

bei der die Federn die Trägheitsenergie des Schwingankers 1 absorbieren, wenn dieser den unteren und den oberen Totpunk« an den festgelegten Stellen seiner reversierenden Bewegung erreicht; die absorbierte Energie wird dann über die Rückstellkraft der Federn freigesetzt Aus diesem Grund wire; die Flüssigkeit in der Pumpe schlagartig unter Druck gesetzt, wodurch eine Resonanz zwischen der reversierenden Bewegung des Schwingankers und des Kolbens einerseits unu den Vorspannkräften der Federn andererseits erzeugt wird, woraus eiiie Erhöhung der Ausgangsleistung der Pumpe resultiert

Die vorstehend dargelegte Wirkungsweise wird gestützt von den dargelegten Ergebnis der Versuche. Wenn nämlich die Düse an der Austrittsöffnung der Pumpe entfernt und die Austrittsöffnung offengelassen wird oder wenn der Strömungswiderstand der Flüssigkeit an der Austrittsöffnung der Pumpe verringert wird, ändert sich die Arbeitsposition des Schwingankers in der Weise, daß der obere Totpunkt des Anker-Rückhubs nach oben um 1 mm bezüglich der Position verschoben wird, in welcher der Schwinganker aufgrund der Vorspannkräfte der Federn 9 und 10 im Ruhezustand bleibt.

Wenn der Kolben 6 bei seinem Anfangshub die Flüssigkeit innerhalb des Zylinders 7 komprimiert und diese aus dem Rückschlagventil 15 auf der Förderseite über den Durchlaß 13 in das Ankergehäuse 8 treibt oder wenn der Schwinganker 1 durch die magnetische Anziehungskraft in Richtung des ringförmigen Magnetpols 4 gezogen wird, verringert sich das Volumen des Ankergehäuses 8 um einen Betrag, welcher dem Betrag entspricht, um welchen der Kolben 6 in den Zylinder 7 eintritt. Das von dem Kolben 6 bei dessen Eintritt in den Zylinder 7 verdrängte Volumen wird in das Ankergehäuse 8 geleitet, so daß sich die Flüssigkeil lediglich innerhalb der Pumpe bewegt und nicht durch die Auslaßöffnung bzw. den Förderanschluß 31 gefördert wird. Wenn die magnetische Anziehungskraft abgebaut wird, erfolgen gleichzeitig die Ansaug- und Fördervorgänge der erfindungsgemäßen Pumpe beim Rückhub des Kolbens 6 aufgrund der Vorspannkraft der Rückstellfeder 10. Kurz gesagt wird der Förderdruck der Pumpe von der elastischen Rückstellkraft einer zusammengesetzten Federbelastung der Rückstellfeder 10 und der Hilfsfeder 9 bestimmt, wobei die magnetische Anziehungskraft nur eine solche Intensität zu besitzen braucht, daß sie die Auslenkungen der Federn so lange vergrößert, bis eine bestimmte elastische Rückstellkraft für die Erzielung eines bestimmten Förderdrucks oder einer bestimmten zusammengesetzten Federbelastung erzeugt ist und die Federauslenkungen gleich der vorstehend erwähnten magnetischen Gesamt-Anziehungskraft in bezug auf die Position des Schwingankers sind.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 wurden die Ansaug- und Fördervorgänge der Pumpe für den Fall beschrieben, daß eine Flüssigkeit auf der Förderseite über das Rückschlagventil 15, den Durchlaß 13, das Ankergehäuse 8 und den Förderanschluß 31 ausgestoßen wird. Selbst wenn der Förderanschluß 31 geschlossen und der Akkumulator 3.5 entfernt werden, um die Flüssigkeit durch eine Öffnung im Grundkörper 11 gegenüber der Ansaugöffnunj: 19 auszustoßen, führt der Kolben 6 die gleichen Ansauj,- und Förderoperationen so lange aus, wie das Ankergehäuse 8 in Verbindung mit dem Rückschlagventil 15 auf der Förderseite gehalten wird. Falls der Durchgang 13 r icht mit dem Rückschlagventil 15 auf der Förderseite verbunden wird, erfolgt eine Flüssigkeitsfederung in einem sogenannten Förderhub, bei welchem der Schwinganker 1 von der magnetischen Anziehungskraft gegen den ringförmigen Magnetpol 4 angezogen wird oder der Kolben 6 in den Zylinder 7 eintritt, während eine Saugoperation bei einem Rückhub erfolgt, bei welchem der Kolben β in seine Ausgangslage durch die elastische Rückstellkraft der Rückstellfeder 10 zurückgestellt wird.

ίο Die elastische Rückstellkraft der Rückstellfeder 10 wird bei dem Förderhub nicht verwendet, so daß die Feder 10 nur während des Saughubs in Funktion ist. Die Federkraft der Rückstellfeder 10 sollte jedoch gleich der magnetischen Anziehungskraft während des Förder-

H hubs sein und sollte synchron zu der Anzahl der eingeprägten Stromimpulse an der Erregerwicklung 21 oder der Anzahl der Hübe des Schwingankers 1 sein. Die Rückstellfeder 10 muß daher eine hohe Federkonstante besitzen. Durch die Versuchsergebnisse wurde nachgewiesen, daß eine Feder mit den gleichen Spezifikationen wie die in Fig. 3 dargestellte Fedsr für die erfindungsgemäße Pumpe verwendet werden kann.

Die Beziehung zwischen den Positionen des Schwingankers 1 in dem Ankergehäuse 8 und den dabei

r> auftretenden magnetischen Anziehungskräften soll nachstehend im einzelnen unter Bezugnahme auf die Fig. 11 -a und 11 -b erläutert werden. In Fig. 11 -b ist auf der Abszisse die Strecke /</ in mm aufgetragen, welche bei der Bewegung des rechten Endes des Schwingan-

id kers (bzw des unteren Endes des Schwingankers im Falle von Fig. 3) zurückgelegt wird. Auf der Ordinate von Fig. 11 -b ist eine magnetische Anziehungskraft Fin Gramm aufgetragen, welche an jedem Punkt der genannten Bewegung tatsächlich gemessen wurde. Eine

j) ausgezogene Kurve, eine gestrichelte Kurve und eine strichpunktierte Kurve geben den Verlauf der magnetischen Anziehungskraft bei Verwendung einer halbwellen-gleichgerichteten Wechselspannung von 50 Hz und 200 V, von 5C Hz und 170 V bzw. von 50 Hz und 230 V

4(1 als Erregerspannung wieder. In diesem Zusammenhang wurde bereits festgestellt, daß bei einer Spannung von 200 V der Schwinganker 1 in einer Position entsprechend Ic stillsteht. In dieser Position besteht ein Gleichgewicht zweier entgegengesetzt wirkender, zusammengesetzter magnetischer Anziehungskräfte. Die erste dieser zusammengesetzten magnetischen Anziehungskräfte besteht aus der bei Übereinstimmung des magnetisch neutralen Punktes des Schwingankers 1 mit dem magnetisch neutralen Punkt der Erregerwicklung 21 längs deren Längsachse, d.h., bei /*=0 ausgeübten Spulenanziehungskraft und der im Luftspalt vorhandenen und so gerichteten Anziehungskraft, daß der Abstand zwischen dem rechten Ende des Schwingankers 1 und dem linken Ende des ringförmigen

)5 Magnetpols 4 = 0 wird, d. h., /', = 0 ist, und der Wert von Ic beim Eintritt des rechten Ednabschnittes des Schwingankers 1 ansteigt. Die zweite dieser zusammengesetzten magnetischen Anziehungskräfte besteht aus der im Luftspalt zwischen dem Schwinganker 1 und dem

bo ringförmigen Magnetpfad 3 vorhandenen Anziehungskraft und einer derart wirkenden Spulenanziehungskraft, daß /ft<0 wird. Wenn die Erregerspannung 170 V beträgt, stoppt der Schwinganker in einer Position entsprechend /_r von 5 mm und wenn der Erregerstrom

b5 230 V beträgt, stoppt der Schwinganker 1 in einer Position entsprechend l_c von 3 mm. Es wurde festgestellt, daß der Weg l_d, um welchen der Schwinganker 1 von der zusammengesetzten magnetischen Anziehunes-

kraft von links nach rechts in F i g. 11 -a (bzw. von unten nach oben im Falle von Fig. 3) bewegt werden kann, etwa 18 mm bei einer Erregerspannung von 200 V beträgt. Es liegt in der Konstruktion des Magnetpfades, in welchem sich der Gleichgewichtspunkt der positiven und negativen magnetischen Anziehungskräfte nach links in Fig. 11 -a bewegt, daß der Wert von /₍- um so kleiner wird, je höher die eingeprägte Erregerspannung an der Erregerwicklung 21 ist.

Der Punkt, an welchem das rechte Ende des Schwingankers 1 mit dem linken Ende des ringförmigen Magnetpols 4 zur Deckung gelangt, d. h.,/'., = 0und /_t=Q ist, ist in F i g. 11 -b mit (^''bezeichnet.

Wenn die in Fig. 3 dargestellte erfindungsgemäße Pumpe durch Beaufschlagen mit einer halbwellengleichgerichteten Wechselspannung vnn 50 Hz und 200 V in Betrieb gesetzt wird, um durch eine Düse eine Flüssigkeit mit einem Fördervolumen von 6,81 l/h bei einem Förderdruck von 7 kg/cm² auszustoßen, bleibt der Schwinganker 1 in einer Position stehen, in welcher die Entfernung I₁₁ zwischen dem unteren Ende des Schwingankers 1 und dem oberen Ende des ringförmigen Magnetpols 2,8 mm beträgt, wie dies vorstehend bereits erläutert wurde. Die in Fig. 10 dargestellte Gerade für den Verlauf der Last der zusammengesetzten Feder in Abhängigkeit von der Auslenkung ist in Fig. 11-b als Gerade ΟΆΡΆ durch den Punkt O_x veranschaulicht (siehe auch den Punkt A in F i g. 4), welche links von der Stelle Q" verläuft und den Wen /., = 2.8 mm repräsentiert. Es hat sich gezeigt, daß die Schnittstelle dieser Geraden mit der gestrichelten Kurve, der durchgezogenen Kurve und der strichpunktierten Kurve in Fig. 11-b in der Nähe einer Stelle liegen, welche eine magnetische Anziehungskraft von l_c= 1 mm praktisch am unteren Totpunkt des Hubes des Schwingankers 1 besitzt. Wenn ein halbwellen-gleichgerichteter Strom durch die Erregerwicklung 21 derart hindurchgeleitet ist, daß praktisch keine Unterschiede in den Betätigungskräften des Schwingankers 1 trotz der unterschiedlichen Spannungen von 170 V. 200 V und 230 V auftreten, und wenn die Summe der Federauslenkungen so justiert ist. daß die Auslenkung der zusammengesetzten Feder und der daran angelegten Last gleich der den Schwinganker 1 betätigenden magnetischen Anziehungskraft ist. so ergibt sich eine Schwingankerpumpe, welche eine sehr stabile Spannungs-Förderdruckcharakteristik besitzt.

In Fig. 11-b findet sich ein Punkt ΟΉ (entsprechend Punkt B in Fig.4). welcher einen Wert von /.. von 5.5 mm repräsentiert, auf der Verlängerung der Geraden Q'O'h- Die Federcharakteristik entsprechend der Geraden O'hP'bdurch den Punkt O'b wurde in bezug auf die gestrichelt, durchgezogen und strichpunktiert eingezeichneten Stellkraftkurven für den Schwinganker 1 untersucht. Es zeigte sich, daß die Schnittstellen dieser Geraden und der Kurve sehr stark voneinander auseinander liegen, was in deutlichem Gegensatz zu den Schnittpunkten der Geraden ΟΆ,ΡΆ steht, welche sehr eng beieinander liegen. Dies zeigt, daß Änderungen des Förderdrucks in bezug auf Änderungen der Erregerspannung in dem Maße größer werden, wie sich der Gleichgewichtspunkt des Schwingankers 1 von seiner Ruhelage entfernt. Diese Tatsache erklärt die gleiche Erscheinung, die bereits anhand eines Vergleichs der Kurven Pa und Pßgemäß F i g. 5 erläutert wurde.

In F i g. 4 ist mit A der Punkt bezeichnet, an welchem der Förderdruck der Pumpe auf 7 kg/cm² eingestellt und die Spannungs-Förderdruckcharakteristik der Pumpe stabilisiert ist. Dieser Punkt A kann erreicht werder wenn die Summe der Auslenkungen der Hilfsfeder9une der Rückstellfeder 10 erhöht wird, um die Strecke I_n um /i,zu verringern und damit den Förderdruck der Pumpi abzusenken. In der gleichen Figur ist mit B ein Punk bezeichnet, an welchem der Förderdruck auf dei gleichen Pegel wie bei dem Punkt A eingestellt ist indem die Strecken /,, und //, durch Verringerung de Summe der Federauslenkungen vergrößert wurden um bei dem sich jedoch der Förderdruck linear mi Spannungsänderungen ändert. Dies macht deutlich, dal bei der erfindungsgemäßen Pumpe der Punkt A al· Einstellpunkt selektiert werden muß, um die Spannungs Förderdruckcharakteristik zu stabilisieren.

Wenn der Punkt A als Justierpunkt gewählt wird, se zeigt dieser Punkt offensichtlich einen Sättigungszu stand auf der die magnetische Flußdichte und die magnetomotorische Kraft repräsentierenden Hystere siskurve, entsprechend der Kurve Pa in F i g. 5 und dei Kurvendarstellungen in Fig. 6 und 8. Aus de Erläuterung der Kurve Pn in F i g. 5 ist jedocl ersichtlich, daß die erwähnte Selbstinduktionserschei nung nicht auf der magnetischen Sättigung beruht. LJnc zwar ergibt sich dies aus der Beschreibung der Kurve P₁ in F i g. 5.

Wenn das untere Ende des Schwingankers 1 noc! weiter unter das obere Ende des ringförmige! Magnetpols 4 eintritt und damit die Strecke /, größe wird, zeigt der aus dem ringförmigen Magnetpfad 2 dem Schwinganker 1 und dem ringförmigen Magnetpo 4 bestehende Magnetkreis einen sogenannten magneti sehen Sättigungszustand, in welchem die magnetische Anziehungskraft der Erregerwicklung 21 auch be steigender Erregerspannung praktisch stabil ist. De Schwinganker 1 wird jedoch durch die resultierende Kraft aus der Gesamtsumme der positiven magneti sehen Anziehungskräfte Fs. F₁ und Fr. sowie dei Gesamtsumme der negativen magnetischen Anzie hungskräfte F's und F\ einerseits und aus den de Anziehungskraft Fc und damit einer Erhöhung de: Wertes von I₁- entgegenwirkenden Federkräften dei Federn 9, 10 andererseits gegen den ringförmiger Magnetpol 4 getrieben, wobei der Förderdruck dei Pumpe in einem Spannungsbereich von 200 V ± 20 \ im wesentlichen als stabil angesehen werden kann. Wie anhand von Fig. 11-b bereits erläutert wurde, ist e: möglich, den Förderdruck der Pumpe im wesentlicher stabil zu halten, wenn die auf den Schwinganker 1 wirkende magnetische Anziehungskraft am unterer Totpunkt des Ankerhubs so eingestellt wird, daß sie gleich der durch die Auslenkung der zusammengesetz ten Feder angelegten Last ist. solange wie Änderunger der eingeprägten Erregerspannung in dem angegebe nen Bereich bleiben. Es ist durch die magnetische Anziehungskraft F_c bedingt, daß die magnetische Anziehungskraft für jede Spannung einen Anstieg in dei Position /_a=0 aufweist

Wenn die Strecke 4 zwischen dem magnetiscl neutralen Punkt der Erregerwicklung 21 und den magnetisch neutralen Punkt des Schwingankers 1 au dessen Längsachse einen negativen Wert annimmt, win die Kraft Fs negativ, wodurch die den Schwinganker i gegen den ringförmigen Magnetpol 4 treibende Kraf geringer wird und der Wirkungsgrad der Pumpe abnimmt Ein negativer Wert von l_c bedeutet, daß de magnetisch neutrale Punkt des Schwingankers
unterhalb des magnetisch neutralen Punktes de Erregerwicklung 21 liegt

Wenn die Strecke k kleiner ist als die Strecke /,, zwischen der Stirnfläche des Schwingankers 1 und der gegenüberliegenden Stirnfläche des ringförmigen Magnetpols 4 oder wenn die Strecke 4 Null ist, können bei verhältnismäßig kleinem Förderdruck und Fördervolumen erheblich größere Änderungen des Förderdrucks der Pumpe nicht auftreten, da der Wert Fc extrem größer als der Wert von Fs ist. Ein solcher Betriebszustand macht jedoch von der magnetischen Anziehungskraft keinen Gebrauch, da der Wert von Fs merklich ι ο verringert ist.

Nachstehend soll die Tabelle 1 unter Bezugnahme auf die Diagramme gemäß Fig.4 und Fig. 11-b erläutert werden. Die Tabelle 1 zeigt die Auslenkung (77; — ΛΊ) der Hilfsfeder 9, die aus den Werten von a, c' und c errechnete Auslenkung (hi-h'2) der Rückstellfeder 9 und die mit Hilfe der Position des Zeigers 37 erhaltenen Werte von l_ä und Ib. Bei der Versuchsdurchführung wurde eine halbwellen-gleichgerichtete Wechselspannung von 50 Hz und 200 V an die Erregerwicklung 21 angelegt und an der Austrittsöffnung der Pumpe eine Sprühdüse für eine Förderkapazität von 6,81 l/h angebracht, um die Beziehung zwischen den vorstehend erwähnten Werten und den Förderdruckwerten herzustellen. Ferner wurde das Verhältnis I_nZIb errechnet und 2> ebenfalls in Tabelle 1 dargestellt. Unterschiedliche Werte für die in Tabelle 1 dargestellten Ströme weisen darauf hin, daß ein Erregerstrom mit diesen verschiedenen Werten durch die Erregerwicklung 21 floß, als die Förderdruckwerte der Pumpe geändert wurden. An- jo schließend wurden die Versuche bei geschlossenem Austrittsende der Pumpe durchgeführt. Die Tabelle 1 zeigt für diesen Fall die Werte des inneren Pumpendrucks und des Erregerstroms durch die Erregerwicklung 21. Unter der Annahme, daß der Schwinganker 1 in der vorstehend erwähnten Gleichgewichtslage bei geschlossener Austrittsöffnung der Pumpe stillsteht, wurden die Änderungen des Erregerstromwertes in bezug auf Änderungen der Strecke k zwischen den magnetisch neutralen Punkten des Schwingankers 1 und 4,) der Wicklung 21 sowie in bezug auf Änderungen der Entfernung l_d zwischen dem oberen Ende des ringförmigen Magnetpols 4 und dem unteren Ende des Schwingankers 1 ermittelt. Wie aus der Tabelle 1 ersichtlich ist, waren die Änderungen bezüglich der Strecke /_a etwas größer als bezüglich der Strecke Ib. doch sind die Unterschiede sehr gering. Insbesondere in demjenigen Bereich, in welchem die Spannungs-Förderdruckcharakteristik stabilisiert ist, lagen diese Unterschiede innerhalb eines Bereiches von 1%. Die Stabilität der Spannungs-Förderdruckcharakteristik ist in Tabelle 1 mit dem SymbolO versehen, wenn die Förderdruckwerte praktisch stabil waren, wie anhand der Kurve p* in F i g. 5 und der anderen Kurven in den F i g. 6 und 8 für einen Spannungsbereich von 200 V ± 30 V veranschaulicht ist Des weiteren ist in Tabelle 1 die Stabilität mit dem Symbol Δ versehen, wenn lineare Änderungen der Spannungs-Förderdruckcharakteristik bei Spannungsänderungen zwischen 170 V und 230 V auftraten. Schließlich ist die Stabilität mit dem Symbol X t,o versehen, wenn die Spannungs-Förderdruckcharakteristiken einen linearen Anstieg entsprechend der Kurve Pb in F i g. 5 oder einen geradlinigen Verlauf entsprechend F i g. 1 zeigten.

Aus Tabelle 1 ist ersichtlich, daß bei den Beispielen, bei denen der Förderdruck in bezug auf Änderungen der 200-V-Erregerspannung von etwa ±15% relativ stabil ist (d. h„ die Beispiele, die mit dem Symbol O markiert sind), wenn der Justierstift zwecks Änderung und Einstellung des Förderdrucks auf verschiedene Werte gedreht wird, bei denen eine Düse für eine Förderkapazität von 6,81 l/h bei einem Förderdruck von 7 kg/cm² an der Austrittsöffnung der Pumpe befestigt ist, das Verhältnis /_a/4 im wesentlichen im Bereich zwischen 0,75 und 0,3 liegt.

Die hier erläuterte Spannungs-Förderdruckcharakteristik der erfindungsgemäßen Pumpe wurde mit einer Düse an der Austrittsöffnung der Pumpe erzielt, welche eine Förderkapazität von 6,81 l/h besaß. Aus der in Tabelle 1 wiedergegebenen Pumpencharakteristik ergibt sich ohne weiteres, daß dann, wenn das Fördervolumen der geförderten Flüssigkeit verringert wird oder eine Düse mit einer geringeren Kapazität an der Austrittsöffnung der Pumpe angebracht wird, das Verhältnis lyib unter 0,3 absinkt. Wenn beispielsweise eine Düse mit einer Förderkapazität von 1,82 l/h an der Pumpe befestigt wird, beträgt das Verhältnis von Flüssigkeitsmenge zu Hublänge des Förderplungers 0,4/1,5 = 0,27 im Vergleich zu einer Pumpe, an deren Austrittsöffnung eine Düse mit einer Förderkapazität von 6,81 l/h angebracht ist.

Wenn eine Pumpe mit einem sogenannten »Gewehrbüchsen«-Brenner verwendet wird, welcher nur einen Förderdruck von 3 kg/cm² benötigt, so ergibt sich unter Heranziehung der Werte von Tabelle 1 ein ungefähr errechneter Wert von 0,114 für das Verhältnis /.///> Selbst wenn das Verhältnis von l_a/k gleich 0,1 ist, kann im Hinblick auf die in den verschiedenen Diagrammen dargestellte Pumpencharakteristik die Pumpe praktisch verwendet werden, vorausgesetzt, daß die Änderungen der Erregerspannung in einem Toleranzbereich von ±10% bleiben.

Wenn die von der Pumpe geförderte Flüssigkeitsmenge erhöht werden soll oder wenn eine Düse mit einer Förderkapazität von 13,62 l/h erforderlich ist, wird die Hublänge des Kolbens zweimal so groß als bei der im vorliegenden Beispielsfall betrachteten Pumpe, an der eine Düse mit einer Förderkapazität von 6,81 l/h angebracht war. In diesem Fall kann der gewünschte Förderdruck und das gewünschte Fördervolumen der Flüssigkeit dadurch erzielt werden, daß der Wert des Verhältnisses /_a und Ib durch Einstellung des Justierstiftes in größerem Maß geändert wird. Dabei wird natürlich die Spannungs-Förderdruckcharakteristik der Pumpe gegenüber einer Pumpe mit einer Düse für eine Förderkapazität von 6,81 l/h verringert, wenn die Pumpe so ausgelegt wird, daß sie eine passende Ausgangscharakteristik besitzt.

Wenn die von der Pumpe geförderte Flüssigkeitsmenge oder ihr Förderdruck weiter erhöht werden sollen oder wenn eine Pumpe mit einer höheren Kapazität erforderlich ist, muß die Amperewindungszahl und damit die Größe der Erregerwicklung entsprechend vergrößert werden, um die Ausgangsleistung der Pumpe zu erhöhen. Die Spezifikationen müssen dann natürlich so geändert werden, daß die Größe, die Form und die magnetischen Eigenschaften des Schwingankers, des Kolbens, des ringförmigen Magnetpfades, des ringförmigen Magnetpols und des umgebenden Jochs sowie die Abmessungen der Rückstellfeder und der Hilfsfeder unter Wahrung des Gleichgewichtsverhältnisses geändert werden. Wenn ein Kolben mit dem gleichen Durchmesser wie bei einer Pumpe mit einer Förderkapazität von 6,81 l/h für eine Förderkapazität von 22,7 l/h verwendet wird, muß die Länge des Kolbenhubs um den Faktor 5/1,5=334

erhöht werden, woraus eine Vergrößerung der Werte für 4 und It, resultiert. In diesem Fall liegt der Wert des Verhältnisses h/k nahe an 1, doch ist auch in diesem Fall die Differenz λ = /i— 4 positiv und konstant.

Aus vorstehendem ist ohne weiteres ersichtlich, daß mit der Erfindung eine Pumpe geschaffen wurde, bei welcher die Spannungs-Förderdruckcharakteristik im wesentlichen stabil ist und bei der praktischen Anwendung auch dann keine Probleme auftreten, wenn der Wert des Verhältnisses /.,///, noch weiter an 1 angenähert wird, was dann der Fall ist, wenn die Pumpe mit dem vorstehend erwähnten »Gewehrbüchsen-Brenner« einer speziellen Bauart und unter Bedingungen verwendet wird, bei denen die Leistungsquelle entweder stabil ist oder Spannungsänderungen im Bereich zwischen ± 10% und ±5% zeigt.

Wie vorstehend bereits dargelegt wurde, muß die erfindungsgemäße Pumpe der Bedingung

0,1 < 4/4 < 1

genügen, damit ihr Förderdruck trotz Spannungsänderungen stabilisiert werden kann.

Wenn der Förderdruck der Pumpe erhöht werden soll, muß deren Ausgangsleistung ebenfalls erhöht werden. Hierzu müssen die alten Teile durch neue Teile in der vorstehend erwähnten Weise ersetzt werden. Der Wert des Verhältnisses l_a/h sollte dabei jedoch in dem vorgenannten Bereich bleiben.

Bei den Ausführungsbeispielen gemäß Tabelle 1, die mit dem Symbol O für eine stabile Spannungs-Förderdruckcharakteristik markiert sind, führt eine Verringerung der Werte für 4 und l_b aufgrund einer Erhöhung der Federauslenkungen und damit einer Bewegung des Schwingankers 1 gegen den ringförmigen Magnetpol 4 zu einer Verringerung des Förderdrucks. Dagegen führt eine Erhöhung der Werte 4 und l_b zu einer Erhöhung des Förderdrucks. In Fig. 4 repräsentiert die von dem höchsten Punkt der Druckkurve aus gesehen linke Seite der Druckkurve mit dem Punkt a die vorgenannte Charakteristik, wohingegen die rechte Seite der Druckkurve mit dem Punkt b eine Charakteristik repräsentiert, welche der vorgenannten und anhand von Fig.5 und Tabelle 1 erläuterten Charakteristik entgegengesetzt ist.

Es ist ferner aus Fig. 11-b eindeutig ersichtlich, daß eine Verringerung des Wertes von 4 zu einer Verringerung des Förderdrucks führt, wobei jedoch die Spannungs-Förderdruckcharakteristik auf der rechten Seite der zwischen den beiden Geraden O'bP'b und ΟΆΡΆ verlaufenden Mittelabschnitte der dargestellten Kraftkurven stabil ist, wohingegen eine Verringerung des Wertes von 4 ?u einer Erhöhung des Förderdrucks führt und sich die Spannungs-Förderdruckcharakteristik auf der linken Seite der erwähnten Mittelabschnitte der dargestellten Kraftkurven linear ändert

Anhand der Fig.3 und il-a soll nunmehr die Konstruktion der erfindungsgemäßen Schwingankerpumpe mit der stabilen Spannungs-Förderdruckcharakteristik näher erläutert werden. Der magnetische Streuflußbereich 40 zwischen dem ringförmigen Magnetpol 4 und dem im Abstand dazu angeordneten ringförmigen Magnetpfad 3 ist so ausgebildet, daß der größere Teil ihrer Länge /5 auf der Seite des ringförmigen Magnetpols 4 und nicht auf der Seite des ringförmigen Magnetpfades 3 in bezug auf den magnetisch neutralen Punkt der Erregerwicklung 21 liegt. Anders ausgedrückt, ist die Strecke zwischen dem oberen Ende des Magnetpols 4 und dem magnetisch neutralen Punkt der Erregerwicklung 21 größer als die Strecke zwischen dem unteren Ende des ringförmigen Magnetpfades 3 und dem magnetisch neutralen Punkt

κι der Erregerwicklung 21, so daß der Schwinganker 1 während seines gesamten Betriebes in den ringförmigen Magnetpfad 3 eingepaßt ist. Falls ein Abschnitt des Schwingankers 1 von einer Länge A mit einer größeren, rechtwinklig zu der Ankerachse gelegten Querschnittsfläche (vgl. Fig. 11-a) in den ringförmigen Magnetpfad 3 eingepaßt ist und den magnetischen Streuflußbereich 40 im wesentlichen ausfüllt, so daß zwischen dem an den Magnetpol 4 angrenzenden Ende des Schwingankers 1 und dem oberen Ende des Magnetpols 4 ein Spalt vorhanden ist, so wirkt dieser Spalt in der Weise, daß der Magnetfluß darin konzentriert wird und die magnetische Anziehungskraft eine erhöhte Wirkung zeigen kann.

Bei der in F i g. 3 dargestellten Ausführungsform der Erfindung werden die stationäre Gleichgewichtsposition des Schwingankers bzw. die Werte von /,, und Ib durch Drehen des Justierstiftes 16 justiert, um so die Auslenkungen (h\ — h\) und (ti2 — h'₂) der Hilfsfeder 9 bzw. der Rückstellfeder 10 zu justieren, wodurch die

jo Pumpe auf einen gewünschten Förderdruck eingestellt wird. Alternativ hierzu ist es möglich, Justierungen durchzuführen, wie sie bei bekannten Schwingankerpumpen (vgl. japanische Patentschrift Sho 51-24726) üblich sind, welche gleichzeitig als elektromagnetisches Ventil dienen, indem eine Justierschraube auf der äußeren Umfangsfläche des ringförmigen Magnetpfades 3 oder des ringförmigen Magnetpols 4 angebracht wird. Der Förderanschluß 32 kann mit dem Gewindeabschnitt des Magnetpfades 3 verschraubt werden, oder es kann der Grundkörper 11 mit dem Gewindeteil des Magnetpols 4 verschraubt werden, wobei der jeweilige Gewindeabschnitt gedreht werden kann, um den Magnetpfad bzw. den Magnetpol 4 nach oben und nach unten zu bewegen und damit durch Justierung der Werte von 4 und k die Pumpe auf einen gewünschten Förderdruck einzustellen.

Aus Tabelle 1 ist ersichtlich, daß dann, wenn die Pumpe auf den gleichen Förderdruck und das gleiche Fördervolumen durch Drehen der Justierschraube 16 eingestellt wird, sich die Auslenkungen (h\—h\) und (h₂-h'₂) der Hilfsfeder 9 bzw. der Rückstellfeder 10 in der Weise ändern, daß die Werte von 4 und k unabhängig von dem Wert für a im wesentlichen konstant sind.

Selbst dann, wenn sich die Summe der Auslenkungen (fti-A'i) und (h₂-h'₂) ändert, ist das Verhältnis der Änderungen der Auslenkungen dieser beiden Federn stets umgekehrt proportional zu deren Federkonstanten K\ bzw. K₂. Aus diesem Grund beginnt die

Federkennlinie der zusammengesetzten Feder am stationären Gleichgewichtspunkt der beiden Federn und unterliegt keiner Änderung.

Hierzu i I Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Schwingankerpumpe, die insbesondere mit einer einen pulsierenden Gleichstrom abgebenden Strom · quelle verbunden ist, mit einer Erregerwicklung, einem Gehäuse, das längs der Längsachse der Erregerwicklung angebracht ist, einem ringförmigen Magnetpfad und einem ringförmigen Magnetpol, die an gegenüberliegenden Enden der Längsachse innerhalb der Erregerwicklung unter Abstand in unmittelbarer Nachbarschaft zueinander angeordnet sind, derart, daß sie einen dazwischenliegenden magnetischen Streuflußbereich bilden, einem Schwinganker, der in das Gehäuse eingepaßt und in Richtung der Längsachse des Gehäuses innerhalb von Magnetpfad und -pol gleitend hin- und herbeweglich ist und der mit einem Endabschnitt zu jedem Zeitpunkt des Betriebes und des Stillstandes der Pumpe in dem ringförmigen Magnetpfad liegt, wobei der Schwinganker in Druckberührung mit einem Kolben in der Nähe des magnetischen Streuflußbereiches durch Vorspannkräfte einer Hilfsfeder und einer Rückstellfeder im Gleichgewicht gehalten werden und wobei eine Strecke k ^ zwischen dem magnetisch neutralen Punkt der Erregerwicklung und dem magnetisch neutralen Punkt des Schwingankers auf dessen Längsachse sowie eine Strecke h zwischen demjenigen Ende des ringförmigen Magnetpols, das in bezug auf die Arbeitsrichtung des Schwingankers bei Erregung der Wicklung vor dem Schwinganker liegt, und dem gegenüberliegenden Ende des Schwingankers der Beziehung