DE29518782U1 - Electromagnetic piston pump - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Kolbenpumpe zum Fördern von Fluiden. Derartige Pumpen sind auch als sogenannte Schwingankerpumpen bekannt.The invention relates to an electromagnetic piston pump for pumping fluids. Such pumps are also known as so-called oscillating armature pumps.
Schwxngankerpumpen weisen im allgemeinen ein Spaltrohr, das stromabwärts durch einen Pumpenzylinder verlängert wird, einen in dem Spaltrohr und in dem Pumpenzylinder verschiebbar angeordneten Förderkolben, der einen Kolbenkopf und einen durch elastische Mittel belasteten Kolbenschaft aufweist, Dichtungsmittel zwischen dem Förderkolben und einem von dem Pumpenzylinder und dem Kolbenkopf definierten Zylinderraum, eine um das Spaltrohr angeordneten Spule, die ein veränderliches Magnetfeld erzeugt, mit dessen Hilfe der Förderkolben gegen die von den elastischen Mitteln ausgeübte Kraft bewegbar ist, und eine Ventilanordnung auf, die eine unidirektionale Fluidförderung ermöglicht.Swing-armature pumps generally have a can which is extended downstream by a pump cylinder, a delivery piston which is arranged to be displaceable in the can and in the pump cylinder and which has a piston head and a piston shaft loaded by elastic means, sealing means between the delivery piston and a cylinder space defined by the pump cylinder and the piston head, a coil arranged around the can which generates a variable magnetic field with the aid of which the delivery piston can be moved against the force exerted by the elastic means, and a valve arrangement which enables unidirectional fluid delivery.
Bei den elastischen Mitteln handelt es sich im allgemeinen um eine Druckfeder, die dafür sorgt, daß der Kolben im Ruhezustand, d.h. bei Abwesenheit eines Magnetfeldes, in einer Endlage gehalten wird. Ein durch die Spule fließender Strom erzeugt ein Magnetfeld, das den Kolben gegen die Federkraft in eine entgegengesetzte Totlage bewegt. Diese Totlage und damit der Kolbenhub werden von der Magnetfeldstärke und der Vorspannkraft der Druckfeder bestimmt. Wird die Spule mit Wechselstrom betrieben, so findet eine periodische Bewegung des Kolbens statt. Der Kolben besitzt im allgemeinen einen zentralen Durchlaß für das Fördermedium. Das zwischen dem vom Fördermedium durchströmten Raum und der Spule angeordnete Spaltrohr gewährleistet, daß die Spule nicht mit dem Fördermedium in Kontakt kommt.The elastic means are generally a compression spring, which ensures that the piston is held in an end position in the resting state, i.e. in the absence of a magnetic field. A current flowing through the coil generates a magnetic field that moves the piston against the spring force into an opposite dead position. This dead position and thus the piston stroke are determined by the magnetic field strength and the preload force of the compression spring. If the coil is operated with alternating current, the piston moves periodically. The piston generally has a central passage for the conveying medium. The gap tube arranged between the space through which the conveying medium flows and the coil ensures that the coil does not come into contact with the conveying medium.
Der Kolbenkopf und der Pumpenzylinder definieren einen Zylinderraum, in den das Fördermedium über ein in dem Kolbenkopf angeordnetes Saugventil eintreten kann und den esThe piston head and the pump cylinder define a cylinder chamber into which the pumped medium can enter via a suction valve arranged in the piston head and which it
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über ein Druckventil wieder verläßt. Bewegt sich der Kolben so, daß sich der Zylinderraum vergrößert, so öffnet sich durch den dabei entstehenden Unterdruck das Saugventil und das Fördermedium strömt in den Zylinderraum. Dabei ist das Druckventil geschlossen. Bei umgekehrter Bewegung des Kolbens ist das Saugventil geschlossen und der sich im Zylinderraum aufbauende Druck des Fördermediums öffnet das Druckventil und der Kolben schiebt das Fördermedium durch das Druckventil aus. Die bekannten elektromagnetischen Kolbenpumpen besitzen praktisch keine Kolbenführung. Der Förderkolben bewegt sich freischwingend im Pumpenzylinder bzw. im Spaltrohr und wird auf einer Seite durch die Druckfeder und auf der anderen Seite durch eine zum Zylinderraum hin vorgesehene Dichtung nur relativ schlecht geführt. Dabei erweist sich als besonderer Nachteil, daß die Dichtung, bei der es sich in der Regel um einen O-Ring oder eine Manschette handelt, zusätzlich die Aufgabe einer Führung übernehmen muß, wofür diese Elemente prinzipiell nicht ausgelegt sind.via a pressure valve. If the piston moves in such a way that the cylinder space increases, the suction valve opens due to the resulting negative pressure and the conveying medium flows into the cylinder space. The pressure valve is closed. If the piston moves in the opposite direction, the suction valve is closed and the pressure of the conveying medium building up in the cylinder space opens the pressure valve and the piston pushes the conveying medium out through the pressure valve. The known electromagnetic piston pumps have practically no piston guide. The conveying piston moves freely in the pump cylinder or in the can and is only relatively poorly guided on one side by the compression spring and on the other side by a seal provided towards the cylinder space. A particular disadvantage is that the seal, which is usually an O-ring or a sleeve, also has to take on the task of guiding, which these elements are not designed for in principle.
Bedingt durch Fertigungs- und Montagetoleranzen lenkt sich jedoch der Kolben im Betrieb an dem Ende, an dem die Feder aufliegt, während der Schwingungsbewegung seitlich aus und kann im Extremfall die Innenwand des Spaltrohrs berühren. Dies ist besonders bei wechselndem Druck oder bei der Mitführung von Gasen im Fördermedium der Fall. Durch das im Betrieb stattfindende Anschlagen an das Spaltrohr wird der Kolben abgebremst und es können Schäden an Spaltrohr und Kolbenschaft entstehen. Darüber hinaus ist dieses Anschlagen in erheblichem Maße mit unerwünschter Geräuschentwicklung verbunden. Der Abstand zwischen dem Kolbenschaft und der Innenwand des Spaltrohrs muß jedoch wegen der sonst auftretenden Magnetkraftverluste möglichst kleingehalten werden, so daß er insbesondere nicht so weit vergrößert werden kann, daß ein Anschlagen des Kolbenschaftes vollständig vermieden wird.However, due to manufacturing and assembly tolerances, the piston deflects sideways during operation at the end where the spring rests during the oscillation movement and, in extreme cases, can touch the inner wall of the can. This is particularly the case with changing pressure or when gases are carried in the conveying medium. The impact on the can during operation slows down the piston and can cause damage to the can and piston shaft. In addition, this impact is associated with a considerable amount of undesirable noise. The distance between the piston shaft and the inner wall of the can must be kept as small as possible due to the magnetic force losses that would otherwise occur, so that it cannot be increased so much that impact on the piston shaft is completely avoided.
Aus dem deutschen Gebrauchsmuster G 94 11 449.8 ist eine Kolbenpumpe der oben bezeichneten Art bekannt, bei der zur Lösung dieses Problems eine beispielsweise ausA piston pump of the type described above is known from the German utility model G 94 11 449.8, in which a piston made of, for example,
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Polytetrafluorethylen bestehende, geschlitzte röhrenförmige Gleitfolie zwischen dem Kolbenschaft und dem Spaltrohr vorgesehen ist. Diese Lösung besitzt jedoch zahlreiche Nachteile. Einerseits muß durch das Anbringen der Gleitfolie eine gewisse Vergrößerung des Abstandes zwischen Pumpenzylinder und Förderkolben und damit eine Verringerung der wirksamen Magnetkraft in Kauf genommen werden. Andererseits muß sich die Gleitfolie über die gesamte Länge des Spaltrohrs erstrecken, so daß auch hier bestimmte Fertigungstoleranzen bei wettbewerbsfähigen Herstellungskosten nicht unterschritten werden können und daher ein gewisses Spiel zwischen dem Kolben und der Gleitfolie vorhanden ist. Die seitliche Auslenkung des Kolbens kann demnach nicht vollständig vermieden werden. Dies führt im Betrieb dazu, daß die Folie durch das ständige Anschlagen des Kolbenschaftes zerstört wird. Außerdem können dabei relativ große Partikel von der Folie abgetrennt werden, die dann in den Förderkreislauf gelangen. Auf vielen Einsatzgebieten der elektromagnetischen Kolbenpumpen, wie beispielsweise bei Getränkeautomaten oder bei Kreisläufen mit Magnetventilen sind derartige Partikel im Fördermedium absolut unerwünscht.A slotted tubular sliding film made of polytetrafluoroethylene is provided between the piston shaft and the gap tube. However, this solution has numerous disadvantages. On the one hand, the installation of the sliding film means that a certain increase in the distance between the pump cylinder and the delivery piston and thus a reduction in the effective magnetic force must be accepted. On the other hand, the sliding film must extend over the entire length of the gap tube, so that here too, certain manufacturing tolerances cannot be undercut at competitive manufacturing costs and there is therefore a certain amount of play between the piston and the sliding film. The lateral deflection of the piston cannot therefore be completely avoided. During operation, this leads to the film being destroyed by the constant impact of the piston shaft. In addition, relatively large particles can be separated from the film, which then enter the delivery circuit. In many areas of application for electromagnetic piston pumps, such as in drinks machines or in circuits with solenoid valves, such particles in the delivery medium are absolutely undesirable.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine elektromagnetische Kolbenpumpe mit einer verbesserten Führung des Förderkolbens in dem Pumpenzylinder bereitzustellen. Die neuartige Führung soll dabei einfach und preiswert herstellbar sein und ein seitliches Anschlagen des Kolbens im Betrieb verhindern. Es soll außerdem vermieden werden das ein Abrieb von größeren Gleitmaterialpartikeln entsteht, welcher das Fördermedium verunreinigen könnte.The object of the present invention is therefore to provide an electromagnetic piston pump with improved guidance of the delivery piston in the pump cylinder. The new type of guidance should be simple and inexpensive to manufacture and prevent the piston from hitting the side during operation. It should also prevent abrasion of larger sliding material particles, which could contaminate the conveying medium.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine elektromagnetische Kolbenpumpe zum Fördern von Fluiden der obenbezeichneten Art, die dadurch gekennzeichnet ist, daß gemäß einer ersten erfindungsgemäßen Lösung zwischen dem Spaltrohr und dem Kolbenschaft des Förderkolbens wenigstens ein auf dem Umfang des Kolbenschaftes angeordnetes Führungsmittel vorgesehen ist. Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Lösung ist wenigstensThis object is achieved by an electromagnetic piston pump for conveying fluids of the type described above, which is characterized in that, according to a first solution according to the invention, at least one guide means arranged on the circumference of the piston shaft is provided between the can and the piston shaft of the conveying piston. According to a further solution according to the invention, at least
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eine, in Förderrichtung gesehen, unmittelbar vor den
Dichtungsmitteln angeordnete Gleitbuchse als Führungsmittel für den Förderkolben vorgesehen ist, die auf die Mantelfläche des
Kolbenkopfes wirkt. Diese weitere Lösung wird bevorzugt dann eingesetzt, wenn die elastischen Mittel, beispielsweise eine
Druckfeder, bereits für eine gewisse Führung des Kolbenschafts sorgen. Vorteilhaft werden aber die am Kolbenschaft
angeordneten Führungsmittel und die vor den Dichtungsmitteln angeordnete Gleitbuchse gemeinsam als Führungsmittel
eingesetzt.one, seen in the conveying direction, immediately in front of the
Sealing means arranged sliding bush is provided as a guide for the delivery piston, which acts on the outer surface of the piston head. This further solution is preferably used when the elastic means, for example a compression spring, already provide a certain guidance of the piston shaft. However, the piston shaft
arranged guide means and the sliding bush arranged in front of the sealing means together as guide means
used.
Vorteilhaft wird das auf dem Kolbenschaft angeordnete
Führungsmittel etwa 0,1 bis 0,6 mm, bevorzugt etwa 0,1 bis 0,4 mm über die Mantelfläche des Kolbenschaftes hinausragen.
15The piston shaft is advantageously arranged
Guide means protrude approximately 0.1 to 0.6 mm, preferably approximately 0.1 to 0.4 mm, beyond the outer surface of the piston skirt.
15
Vorteilhaft ist wenigstens eines der Führungsmittel ein
Führungsring.Advantageously, at least one of the guide means is a
guide ring.
Bevorzugt sind die Führungsmittel bzw. der Führungsring in der Nähe des durch die elastischen Mittel belasteten Endes des
Kolbenschaftes angeordnet.Preferably, the guide means or the guide ring are located near the end of the
piston skirt.
Dabei hat der Führungsring eine Breite zwischen 1 und 15 mm, bevorzugt zwischen 3 und 8 mm und kann beispielsweise einThe guide ring has a width between 1 and 15 mm, preferably between 3 and 8 mm and can, for example, be a
Kolbenring sein. Aufgrund seiner reduzierten Abmessungen ist der Kolbenring somit sehr preiswert herstellbar. Vorteilhaft wird ein Kolbenring in der Nähe des Endes des Kolbenschaftes angeordnet sein. Weitere Kolbenringe können stromabwärts von diesem ersten Kolbenring auf der Mantelfläche desPiston ring. Due to its reduced dimensions, the piston ring can be manufactured very inexpensively. Advantageously, a piston ring is arranged near the end of the piston skirt. Additional piston rings can be arranged downstream of this first piston ring on the outer surface of the
0 Kolbenschaftes vorgesehen sein. Der Kolbenring kann vorteilhaft in einer entsprechend dimensionierten, in der äußeren
Mantelfläche des Kolbenschaftes ausgesparten Nut angeordnet
sein. Der Ring kann als ganzer Ring in die Nut eingeschnappt oder als offener Ring eingelegt sein. Der Ring braucht nicht
kontinuierlich sein, sondern er kann auch aus einzelnen0 piston skirt. The piston ring can advantageously be provided in a correspondingly dimensioned, in the outer
The piston skirt is recessed in a groove
The ring can be snapped into the groove as a whole ring or inserted as an open ring. The ring does not have to be continuous, but can also be made up of individual
kürzeren Abschnitten bestehen, die über den Umfang der Nut
verteilt sind.shorter sections that extend beyond the circumference of the groove
are distributed.
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Der Kolbenring kann die Nut ganz ausfüllen, es können jedoch zwischen dem Kolbenring und dem Boden der Nut elastische
Stellmittel, beispielsweise ein oder mehrere O-Ringe angeordnet sein.
5The piston ring can completely fill the groove, but elastic adjusting means, such as one or more O-rings, can be arranged between the piston ring and the bottom of the groove.
5
Die in der Mantelfläche des Kolbenschaftes ausgesparte Nut ist bevorzugt flach und hat eine Tiefe zwischen etwa 0,5 und 5 mm, bevorzugt zwischen etwa 1 und 3 mm.The groove cut out in the outer surface of the piston skirt is preferably flat and has a depth of between about 0.5 and 5 mm, preferably between about 1 and 3 mm.
In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kolbenpumpe ist der Führungsring ein Gleitmantel, der sich über 10 bis 90 %, bevorzugt 50 bis 80 % der Länge des Kolbenschaftes erstreckt. Der Gleitmantel kann ein aufgespritztes thermoplastisches Kunstoffmaterial, beispielsweise eine Schicht aus Polytetrafuorethylen sein, wobei die Mantelfläche des Kolbenschaftes im Bereich des Gleitmantels, etwa durch eine Sandstrahlbehandlung, eine verbesserte Haftfähigkeit besitzt.In a further embodiment of the piston pump according to the invention, the guide ring is a sliding jacket that extends over 10 to 90%, preferably 50 to 80% of the length of the piston shaft. The sliding jacket can be a sprayed-on thermoplastic material, for example a layer of polytetrafluoroethylene, with the outer surface of the piston shaft in the area of the sliding jacket having improved adhesion, for example through a sandblasting treatment.
Im Fall einer Gießbeschichtung wird vorteilhaft eine zwischen 0 und 2 mm, bevorzugt zwischen 0 und 1 mm tiefe Nut in der äußeren Mantelfläche des Kolbenschaftes ausgespart sein.In the case of a cast coating, a groove between 0 and 2 mm, preferably between 0 and 1 mm deep, will advantageously be cut out in the outer surface of the piston skirt.
Ist eine Gleitbuchse als einzige oder zusätzliche Führung vorgesehen, so kann diese in einem Haltering angeordnet und mit einem leichten Schiebesitz gegenüber dem Kolbenkopf ausgeführt sein.If a sliding bush is provided as the only or additional guide, it can be arranged in a retaining ring and designed with a slight sliding fit relative to the piston head.
Unabhängig davon, welche Art der Führung gewählt wird, bestehen die Führungsmittel vorteilhaft aus einem verschleißfesten 0 Gleitwerkstoff mit hoher Druckfestigkeit und mit einem geringem Reibungskoeffizienten. Bevorzugt sind Materialien wie Polytetrafluorethylen, Polyamide oder Verbundwerkstoffe dieser Materialien mit Füllstoffen wie Molybdän, Graphit, Glasfaser oder Bronze.Regardless of which type of guide is chosen, the guide means are advantageously made of a wear-resistant sliding material with high compressive strength and a low coefficient of friction. Materials such as polytetrafluoroethylene, polyamides or composites of these materials with fillers such as molybdenum, graphite, glass fiber or bronze are preferred.
Vorteilhaft erweist sich, daß das Stick-Slip-Verhalten dieser Materialien insofern optimiert ist, daß bei niedrigen Gleitgeschwindigkeiten, z.B. aus der Totlage heraus, oder beiIt is advantageous that the stick-slip behavior of these materials is optimized in that at low sliding speeds, e.g. from the dead center, or at
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hohen Radialkräften, die beispielsweise als Folge der Auslenkung des Kolbens beim Ausschieben des Fördermediums vor allem am Beginn des Druckhubes auftreten können, eine kontinuierliche Beschleunigung des Kolbens gegeben ist. 5high radial forces, which can occur, for example, as a result of the deflection of the piston when pushing out the conveying medium, especially at the beginning of the pressure stroke, a continuous acceleration of the piston is given. 5
Die erfindungsgemäße Pumpe weist zahlreiche Vorteile auf. Da die Führungsmittel relativ geringe Abmessungen aufweisen, können sie mit hoher Präzision preisgünstig hergestellt werden. Die resultierende exaktere Führung des Kolbens ermöglicht es, den Spalt zwischen Führungsmittel und Spaltrohr auf nur wenige Zehntel Millimeter zu minimieren. Beim Betrieb der Pumpe kann es daher allenfalls zu leichten Berührungen zwischen den Führungsmitteln und dem Spaltrohr kommen, die aber nicht mit schlagenden Geräuschen verbunden sind. Die Pumpe arbeitet also wesentlich leiser als bekannte Schwingankerpumpen. Ferner findet kein Abrieb größerer Partikel des Gleitmaterials statt, so daß die Pumpe auch in Bereichen mit besonders hohen Reinheitsanforderungen eingesetzt werden kann.The pump according to the invention has numerous advantages. Since the guide means have relatively small dimensions, they can be manufactured with high precision and at low cost. The resulting more precise guidance of the piston makes it possible to minimize the gap between the guide means and the gap tube to just a few tenths of a millimeter. When the pump is in operation, there may therefore be slight contact between the guide means and the gap tube, but this is not associated with any banging noises. The pump therefore works significantly more quietly than known oscillating armature pumps. Furthermore, there is no abrasion of larger particles of the sliding material, so that the pump can also be used in areas with particularly high cleanliness requirements.
0 Aufgrund des nur geringen Überstandes der Führungsmittel über die Mantelfläche des Kolbens, ist die Verringerung der auf den Kolben wirkenden Magnetkraft vernachlässigbar.0 Due to the small protrusion of the guide means over the outer surface of the piston, the reduction in the magnetic force acting on the piston is negligible.
Die Herstellungskosten der erfindungsgemäßen elektromagnetischen Kolbenpumpe werden gegenüber herkömmlichen Kolbenpumpen praktisch nicht erhöht, weil einerseits beispielsweise die Materialkosten der zusätzlich erforderlichen Kolbenringe sehr gering sind und andererseits das Einbringen der Nuten in die Mantelfläche des Kolbens sehr einfach möglich ist.The manufacturing costs of the electromagnetic piston pump according to the invention are practically not increased compared to conventional piston pumps because, on the one hand, for example, the material costs of the additionally required piston rings are very low and, on the other hand, the grooves can be introduced into the outer surface of the piston very easily.
Bei der Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kolbenpumpe, bei welcher die Führung des Kolbens im Zylinder entweder ausschließlich oder zusätzlich dadurch verbessert wird, daß, in Förderrichtung gesehen, unmittelbar vor den Dichtungsmitteln eine Gleitbuchse zwischen dem Kolben und dem Zylinder angeordnet ist, tritt aufgrund der geringen axiale Ausdehnung der Buchse kein übermäßiger Reibungsverlust auf.In the embodiment of the piston pump according to the invention, in which the guidance of the piston in the cylinder is improved either exclusively or additionally by the fact that, viewed in the conveying direction, a sliding bush is arranged between the piston and the cylinder immediately in front of the sealing means, no excessive friction loss occurs due to the small axial expansion of the bush.
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Die Gleitbuchse führt also zu einer zusätzlichen Abstützung des Kolbens. Der leichte Schiebesitz wirkt sich außerdem vorteilhaft auf die Lebensdauer der Dichtungsmittel aus, da sich beispielsweise bei Verwendung von Fluorkunststoffen kleinste Partikel in die Kolbenfläche einbetten können, was zu einer Verminderung der Reibung mit den Dichtungselementen führt.The sliding bushing therefore provides additional support for the piston. The slight sliding fit also has a beneficial effect on the service life of the sealing means, since, for example, when using fluoroplastics, the smallest particles can become embedded in the piston surface, which leads to a reduction in friction with the sealing elements.
Die Vielzahl der zur Verfügung stehenden Werkstoffe für die Kolbenführung gestattet eine optimale Anpassung an die durch die Fördermedien gegebenen Belastungen sowohl in chemischer als auch in physikalischer Hinsicht.The variety of materials available for the piston guide allows optimal adaptation to the loads imposed by the pumped media, both chemically and physically.
Darüber hinaus ist insbesondere eine sehr gute Anpassung an die Spaltrohr- oder Zylinderwerkstoffe gegeben. Das Spaltrohr kann beispielsweise aus glasfaserverstärktem Kunststoff, Kupferlegierungen, rostfreiem Stahl, Oxidkeramik oder Siliziumcarbid bestehen. Wesentlich ist lediglich, daß der verwendete Werkstoff nicht magnetisierbar ist und die notwendige Festigkeit für den inneren Überdruck bei Dauereinsatz hat und auch eine ausreichende Beständigkeit gegen thermische Belastungen besitzt.In addition, there is a particularly good adaptation to the can or cylinder materials. The can can be made of, for example, glass fiber reinforced plastic, copper alloys, stainless steel, oxide ceramics or silicon carbide. The only important thing is that the material used is not magnetizable and has the necessary strength for the internal overpressure during continuous use and also has sufficient resistance to thermal stress.
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung werden im 5 folgenden bevorzugte Ausfuhrungsformen anhand der beigefügten Zeichnung beschrieben.For a better understanding of the present invention, preferred embodiments are described below with reference to the accompanying drawings.
Dabei zeigt:It shows:
Figur 1 einen axialen Schnitt durch eine erfindungsgemäße elektromagnetische Kolbenpumpe mit einer ersten Ausführungsform der auf dem Kolbenschaft angeordneten Führungsmittel;Figure 1 shows an axial section through an electromagnetic piston pump according to the invention with a first embodiment of the guide means arranged on the piston shaft;
Figur 2 eine zweite Ausführungsform der auf dem Kolbenschaft angeordneten Führungsmittel im vergrößertenFigure 2 shows a second embodiment of the guide means arranged on the piston shaft in an enlarged
Teilschnitt;partial cut;
Figur 3 eine dritte Ausführungsform der auf dem Kolbenschaft angeordneten Führungsmittel im vergrößertenFigure 3 shows a third embodiment of the guide means arranged on the piston shaft in an enlarged
Die in Figur 1 dargestellte Schwingankerpumpe 10 weist einen aus magnetisierbarer Material bestehenden Förderkolben 13 auf, der aus einem als eigentlicher Kolben wirkenden Kolbenkopf 13a und einem Kolbenschaft 13b besteht. Im dargestellten Fall hat der Kolbenkopf 13a einen geringeren Durchmesser als der Kolbenschaft 13b. Der gesamte Kolben 13 weist axial einen Durchlaß 27 auf, der von dem Fördermedium durchströmt werden kann. Der Durchlaß 27 endet am kopfseitigen, d.h. am stromabwärts gelegenen Ende in einem Saugventil 17, das durch eine Zugfeder 18 gegen das als Sitz ausgebildete Ende des Kolbenkopfes 13a gepreßt wird. Der Kolben 13 ist in einer zylinderförmigen Anordnung bestehend aus einem Pumpenzylinder 11 und Spaltrohr 12 verschiebbar. Der Innendurchmesser des Pumpenzylinders 11 entspricht, mit dem nötigen Spiel, dem Außendurchmesser des Kolbenkopfes 13a, während der Innendurchmesser des Spaltrohrs 12 an den Außendurchmesser des Kolbenschaftes 13b angepaßt ist. Der Kolbenkopf 13a und der Pumpenzylinder 11 definieren einen Pumpenraum 16. Der Pumpenraum ist zwischen der Außenfläche des Pumpenkopfes und der Innenfläche des Pumpenzylinders mit Hilfe von Dichtungselementen 24 abgedichtet, die beispielsweise als 0-Ring oder als Manschette ausgeführt sein können. Der Zylinderraum 16 weist eine durch ein Druckventil 19 verschlossene öffnung auf, an die sich ein Druckstutzen 26 anschließt. Das Druckventil 19 ist durch eine Feder 20 belastetThe oscillating armature pump 10 shown in Figure 1 has a delivery piston 13 made of magnetizable material, which consists of a piston head 13a acting as the actual piston and a piston shaft 13b. In the case shown, the piston head 13a has a smaller diameter than the piston shaft 13b. The entire piston 13 has an axial passage 27 through which the conveying medium can flow. The passage 27 ends at the head side, i.e. at the downstream end, in a suction valve 17, which is pressed by a tension spring 18 against the end of the piston head 13a designed as a seat. The piston 13 can be moved in a cylindrical arrangement consisting of a pump cylinder 11 and a can 12. The inner diameter of the pump cylinder 11 corresponds, with the necessary clearance, to the outer diameter of the piston head 13a, while the inner diameter of the split tube 12 is adapted to the outer diameter of the piston shaft 13b. The piston head 13a and the pump cylinder 11 define a pump chamber 16. The pump chamber is sealed between the outer surface of the pump head and the inner surface of the pump cylinder using sealing elements 24, which can be designed as an O-ring or as a sleeve, for example. The cylinder chamber 16 has an opening closed by a pressure valve 19, to which a pressure connection 26 is connected. The pressure valve 19 is loaded by a spring 20.
Der Pumpenschaft 13b weist Querlöcher 13c vom Durchlaß 27 nach 0 außen auf, damit der während der Ansaugbewegung entstehende Raum zwischen dem Verbindungsbereich Kolbenschaft/Kolbenkopf mit Fördermedium gefüllt werden kann.The pump shaft 13b has transverse holes 13c from the passage 27 to the outside so that the space between the piston shaft/piston head connection area created during the suction movement can be filled with pumped medium.
An das stromaufwärts liegende offene Ende des Schaftes 13b schließt sich ein Ansaugstutzen 25 an.An intake port 25 is connected to the upstream open end of the shaft 13b.
Das Spaltrohr 12 ist von einer Spule 15 umgeben, die mit einer (nicht-dargestellten) Stromversorgung verbunden ist. DasThe gap tube 12 is surrounded by a coil 15 which is connected to a power supply (not shown). The
9 &Mgr;/362349 μ/36234
Spaltrohr 12 verhindert dabei, daß Fördermedium mit den elektrischen Bauteilen der Spule 15 in Kontakt kommt.The gap tube 12 prevents the conveying medium from coming into contact with the electrical components of the coil 15.
Die in Figur 1 dargestellte Kolbenposition entspricht der Ruhelage des Kolbens 13, d.h. der Lage, die sich bei Abwesenheit eines Magnetfeldes durch die Wirkung der Feder 14 einstellt. Fließt nun ein Strom durch die Spule 15, so wirkt das dadurch entstehende Magnetfeld auf den magnetisierbaren Kolbenschaft 13b und bewegt den Kolben 13 gegen die Kraft der Feder 14 in Richtung Ansaugstutzen 25. Bei der Bewegung des Kolbens 13 aus der Ruhelage in Richtung Ansaugstutzen 25 vergrößert sich der Zylinderraum 16. Der dadurch im Zylinderraum 16 entstehende Unterdruck bewirkt ein Öffnen des Saugventils 17 und das Fördermedium kann durch den Ansaugstutzen 25, den Kolbendurchlaß 27 und das geöffnete Saugventil 17 in den Zylinderraum 16 einströmen. Verringert sich dann die auf den Kolben wirkende Magnetkraft wieder, so bewegt sich der Kolben 13 aus seiner maximalen Auslenkung in Richtung Ruhelage zurück. Dabei erhöht sich der Druck im Zylinderraum 16 und das Saugventil 17 schließt. Bei einem bestimmten Druck öffnet sich das Druckventil 19 und das im Zylinderraum 16 befindliche Fördermedium wird Richtung Druckstutzen 26 geschoben.The piston position shown in Figure 1 corresponds to the rest position of the piston 13, i.e. the position that is established in the absence of a magnetic field through the action of the spring 14. If a current now flows through the coil 15, the resulting magnetic field acts on the magnetizable piston shaft 13b and moves the piston 13 against the force of the spring 14 in the direction of the intake port 25. When the piston 13 moves from the rest position in the direction of the intake port 25, the cylinder chamber 16 enlarges. The negative pressure thus created in the cylinder chamber 16 causes the suction valve 17 to open and the conveying medium can flow into the cylinder chamber 16 through the intake port 25, the piston passage 27 and the open suction valve 17. If the magnetic force acting on the piston then decreases again, the piston 13 moves back from its maximum deflection towards the rest position. The pressure in the cylinder chamber 16 increases and the suction valve 17 closes. At a certain pressure, the pressure valve 19 opens and the conveying medium in the cylinder chamber 16 is pushed towards the pressure port 26.
Die Führung des Kolbenschaftes 13b im Spaltrohr 12 erfolgt über einen Kolbenring 21, der in eine in der Außenfläche des Kolbenschaftes 13b ausgesparten Nut eingesetzt ist. Der Kolbenring 21 und seine zugehörige Nut befinden sich an dem der Feder 14 zugewandten Ende des Kolbens. Als weitere Führung ist 0 in der Nähe der Kolbendichtung 24 eine in einem Haltering 23 angeordnete Gleitbuchse 22 vorgesehen.The piston shaft 13b is guided in the can 12 by a piston ring 21 which is inserted into a groove cut out in the outer surface of the piston shaft 13b. The piston ring 21 and its associated groove are located at the end of the piston facing the spring 14. A sliding bush 22 arranged in a retaining ring 23 is provided as a further guide near the piston seal 24.
In Figur 2 ist eine zweite Ausfuhrungsform der auf dem Kolbenschaft 13b angeordneten Führungsmittel dargestellt. Die in der Mantelfläche des Kolbenschaftes 13b ausgesparte Nut ist so tief , daß zwischen Nut und Kolbenring 21 ein elastischer 0-Ring 28 angeordnet werden kann. Die Abmessungen des Kolbenrings 21 sind hier so gewählt, daß eine leichte Berührung der WandFigure 2 shows a second embodiment of the guide means arranged on the piston shaft 13b. The groove cut out in the outer surface of the piston shaft 13b is so deep that an elastic O-ring 28 can be arranged between the groove and the piston ring 21. The dimensions of the piston ring 21 are selected here so that a slight contact with the wall
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ständig gegeben ist. Aufgrund der geringen Berührfläche und der guten Gleiteigenschaften treten aber keine signifikanten Reibungskräfte im Betrieb auf. Wenn sich der Kolbenring 21 mit der Zeit etwas abnützt, dann sorgt der elastische O-Ring 28 für ein kontinuierliches Nachjustieren des Kolbenrings, so daß die korrekte Positionierung auch nach längerem Gebrauch aufrechterhalten bleibt.is always present. However, due to the small contact area and the good sliding properties, no significant friction forces occur during operation. If the piston ring 21 wears out somewhat over time, the elastic O-ring 28 ensures that the piston ring is continuously readjusted so that the correct positioning is maintained even after prolonged use.
Figur 3 zeigt eine dritte Ausführungsform der auf dem Kolbenschaft 13b angeordneten Führungsmittel. In eine auf der Außenseite des Schaftes 13b ausgesparte Nut ist eine Polytetrafuorethylen-Schicht 3 0 als Gleitmantel aufgespritzt. Vor dem Aufspritzen wurde die Nut durch Sandstahlen so behandelt, daß die Haftung der Polytetrafuorethylen-Schicht verbessert wird. Der Gleitmantel 3 0 erstreckt sich über den größten Teil der Länge des Kolbenschaftes 13b.Figure 3 shows a third embodiment of the guide means arranged on the piston shaft 13b. A polytetrafluoroethylene layer 30 is sprayed onto a groove on the outside of the shaft 13b as a sliding jacket. Before spraying, the groove was treated by sandblasting so that the adhesion of the polytetrafluoroethylene layer was improved. The sliding jacket 30 extends over most of the length of the piston shaft 13b.
In den Figuren 2 und 3 ist die das Spaltrohr 12 umgebende Spule der Einfachheit halber nicht dargestellt.In Figures 2 and 3, the coil surrounding the gap tube 12 is not shown for the sake of simplicity.
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Kolbenführung erlaubt auch Einsatz eines neuartigen Förderkolbens. Der in Figur 1 dargestellte Kolben ist einstückig aus einem magnetisierbaren Metall hergestellt. Es ist jedoch auch möglich, den Kolben als Spritzgußformteil herzustellen, wobei im Bereich des Kolbenschaftes eine Hülse aus magnetisierbarem Metall, aufgrund der Korrosionsbeständigkeit meist aus Edelstahl, mit eingegossen wird. Die Gußform ist dann so ausgebildet, daß ein Führungsring aus dem thermoplastischen Material des Gußkörpers bereits beim Gießen gebildet wird. Ebenso können die für den Druckausgleich im Bereich des Spaltrohrs nötigen Queröffnungen schon beim Gießen erzeugt werden. Der neue Förderkolben ist also wesentlich preiswerter als bekannte Edelstahl-Förderkolben erhältlich. Im Bereich des Kolbenkopfes kann eine dünnwandige Hülse aus verschleißfestem Material vorgesehen sein, beispielsweise aus Edelstahl, Keramik, Siliziumkarbid oder auch aus Kunststoff. Wird ein verschleißfester chemikalienresistenter thermoplastischer Kunststoff verwendet,The piston guide proposed according to the invention also allows the use of a new type of delivery piston. The piston shown in Figure 1 is made in one piece from a magnetizable metal. However, it is also possible to produce the piston as an injection molded part, whereby a sleeve made of magnetizable metal, usually made of stainless steel due to its corrosion resistance, is cast in the area of the piston shaft. The mold is then designed in such a way that a guide ring made of the thermoplastic material of the cast body is already formed during casting. The transverse openings required for pressure equalization in the area of the can can also be created during casting. The new delivery piston is therefore significantly cheaper than known stainless steel delivery pistons. A thin-walled sleeve made of wear-resistant material can be provided in the area of the piston head, for example made of stainless steel, ceramic, silicon carbide or even plastic. If a wear-resistant, chemical-resistant thermoplastic is used,
11 M/3623411M/36234
so kann der Formkörper, abgesehen von der magnetisierbaren Metallhülse auch aus einem einheitlichen Material bestehen.The molded body can also consist of a uniform material, apart from the magnetizable metal sleeve.
Die erfindungsgemäße elektromagnetische Kolbenpumpe besitzt vielfältige Einsatzmöglichkeiten, beispielsweise in ölbrennern, in Getränkeautomaten, Aquarien und in Bewässerungsanlagen, bei der Wasserversorgung in Booten oder Wohnwägen oder in Reinigungsanlagen.The electromagnetic piston pump according to the invention has a wide range of possible applications, for example in oil burners, in drinks vending machines, aquariums and in irrigation systems, in the water supply in boats or caravans or in cleaning systems.
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Claims (17)
Dichtungsmitteln zwischen dem Förderkolben und einem von dem Pumpenzylinder und dem Kolbenkopf definierten Zylinderraum, einer um das Spaltrohr angeordneten Spule, die ein veränderliches Magnetfeld erzeugt, mit dessen Hilfe der Förderkolben gegen die von den elastischen Mitteln ausgeübte Kraft bewegbar ist, unda delivery piston which is arranged displaceably in the can and in the pump cylinder and which has a piston head and a piston shaft loaded by elastic means,
Sealing means between the delivery piston and a cylinder space defined by the pump cylinder and the piston head, a coil arranged around the gap tube which generates a variable magnetic field by means of which the delivery piston can be moved against the force exerted by the elastic means, and
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