DE3122778A1

DE3122778A1 - Elektromagnetische pumpe mit einem halleffektschalter

Info

Publication number: DE3122778A1
Application number: DE19813122778
Authority: DE
Inventors: Michael V. 14886 Trumansburg N.Y. Wiernicki
Original assignee: Purolator Products Co LLC
Current assignee: Purolator Products Co LLC
Priority date: 1980-09-25
Filing date: 1981-06-09
Publication date: 1982-06-24
Also published as: FR2498027A1; CA1175534A; FR2490744A1; FR2498028A1; GB2087657A; GB2087657B; US4413950A; AU7359881A; JPS6321421B2; JPS5762767A

Description

Facet Enterprises, Inc.
Tulsa, Oklahoma 74136
Vereinigte Staaten von Amerika

Elektromagnetische Pumpe mit einem Halleffektschalter

Die Erfindung bezieht sich auf hin- und herbewegbare elektromagnetische Vorrichtungen und insbesondere auf eine durch ein Solenoid angetriebene Pumpe mit einem am Kolben befestigten Magnet zur Betätigung eines Halleffektschalters, um ein Signal mit einer Größe und Polarität zu erzeugen, welches die Position des hin- und herbewegbaren Kolbens angibt.

Kolben elektromagnetischer Fluidpumpen (US-PS 2 994 792, US-PS 3 381 616) haben weite Verbreitung gefunden, wobei jedoch bei diesem in hohem Maße dem Wettbewerb unterliegenden technischen Gebiet Verbesserungen sehr wesentlich sind. Frühere Modelle dieser Pumpen (US-PS 2 994 792) weisen einen elektrischen Schalter in einem Schaltkreis mit einem Solenoid auf, welches entweder mechanisch oder magnetisch durch den Kolben am Ende des Kolbenhubs betätigt wird. Das Schließen des Schalters erregt das Solenoid, welches den Kolben in seine eingefahrene Stellung zurückbewegt. Wenn der Kolben die

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eingefahrene Stellung erreicht, öffnet der Schalter, wodurch das Solenoid aberregt und der Pumpenhub unter " Einwirkung der Kraft einer zusammengedrückten Feder ausgeführt wird. Obgleich diese Pumμοη zufriedenstellend funktionieren und auch eine angemessene Lebensdauer besitzen, ist der elektrische Schalter relativ anfällig und bestimmt die Betriebsdauer der Pumpe.

Zur Erhöhung der Lebensdauer der Pumpe sind Blockieroszillatoren eingesetzt worden (US-PS 3 629 67 4). Blockieroszillatoren eliminieren den elektrischen Schalter und erhöhen die Lebensdauer der Pumpe.

Aufgabe der Erfindung ist es, die in Verbindung mit dem Stand der Technik aufgetretenen Nachteile zu beheben.

Erfindungsgemäß wird dies durch die im Anspruch 1, im Anspruch 10 und im Anspruch 18 angegebenen Merkmale · gelöst, wobei zweckmäßige Ausgestaltungen in den Unteransprüchen angegeben sind.

Die Erfindung beinhaltet demnach eine elektromagnetische Fluidpumpe mit einem hin- und herbewegbaren Kolben, in welcher der mechanische Schalter durch einen Halleffektschalter ersetzt worden ist, welcher ein Signal mit einer Größe und Polarität erzeugt, welches die Stellung des Kolbens kennzeichnet.

Die Erfindung beinhaltet eine elektromagnetische Fluidpumpe mit einem Magnet, welcher an einem Kolben befestigt ist, der in Reaktion auf eine periodische Erregung einer Solenoidspule hin- und herbewegbar ist,, liin Halleffektschalter erzeugt ein Signal, welches die Polarität in Reaktion auf eine Änderung der Richtung des Magnetfelds durch den Halleffektschalter umkehrt, wenn der Magnet mit dem Kolben hin- und herbewegt wird. Ein lediglich auf ein Signal einer vorbestimmten Polarität reagierender elektronischer Schaltkreis erregt eine

fiolenoidspule, welche den Kolben entgegen einer Federkraft zurückzieht. Wenn der Kolben zurückgezogen wird, wird das Magnetfeld über den Halleffektschalter umgekehrt, wodurch die Polarität des erzeugten Signals umgekehrt wird. Der elektronische Schaltkreis reagiert auf die Umkehrung des Signals vom Halleffektschalter und enterregt die Solenoidspule. Der Kolben wird dann durch die Federkraft in entgegengesetzter Richtung bewegt.

Die Erfindung schafft somit eine elektromagnetische Fluidpumpe mit einem Halleffektschalter, welcher die Stellung eines sich hin- und herbewegenden Kolbens ermittelt. Des weiteren schafft die Erfindung eine elektromagnetische Fluidpumpe mit einer Solenoidspule, welche durch einen elektrischen Schaltkreis erregt wird, welcher auf eine Umkehrung der Polarität des durch einen Halleffektschalter erzeugten Signals anspricht. Dor. weiteren schafft: die Erfindung eine elektromagnetische Pumpe, in welcher die Stellung des sich hin- und herbewegenden Kolbens durch eine Halbleitervorrichtung ermittelt wird, welche keine bewegbaren Teile oder elektrischen Kontakte aufweist. Erreicht wird hierdurch insgesamt eine elektromagnetische Fluidpumpe mit einer wesentlich erhöhten Lebensdauer.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigen

Fig. 1 eine Schnittansicht einer elektromagnetischen Pumpe gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine teilweise Schnittansicht der Pumpe zur Erläuterung der Stellung des Magnets relativ zum Halleffektschalter am Ende des Pumpenhubs,

Fig. J einen Teilschnitt der Pumpe zur Darstellung der -Stellung des Magnets relativ zum Hallef-

fektschalter bei einem zurückgefahrenen Kolben,

Fig. 4 ein Schaltdiagramm des elektronischen Schaltkreises,

Fig. 5 eine grafische Darstellung für den Ausgang des Halleffektschalters als Funktion der Kolbenstellung,

Fig. 6 ein Schaltdiagramm einer weiteren Ausführungsform des in Fig. 5 dargestellten Schaltkreises sowie

Fig. 7 ein Schaltdiagramm einer dritten Ausführungsform des elektronischen Schaltkreises.

Die in Fig. 1 allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnete elektromagnetische Pumpe für ein Fluid weist ein zylinderförmiges Gehäuse. 12 mit einem Einlaß 13 und einem Auslaß 15 für das Fluid auf. Innerhalb des Gehäuses 12 befindet sich ein nicht-magnetisches Führungs- oder Zylinderelement 14, welches innerhalb des Gehäuses durch Polelemente oder Ringe 16 und 17 abgestützt ist. Zwischen den Polelementen 16 und 17 ist eine Solenoidspule 18 angeordnet, welche das Führungselement 14 umgibt. Innerhalb des Führungselements 14 und darin frei drehbar ist ein hohler magnetisch permeabler Kolben 22 angeordnet. Am Einlaßende des Kolbens 22 ist ein Einweg-Ventil 20 angeordnet. Ein zweites Einwcgo-Ventil 30 ist am Kinlaßendc dos Führungselements 14 angeordnet. Die Einwegc-Vcntile 20 und 30 wirken in der bekannten Weise zusammen, um einen Fluidstrom durch das Führungselement 14 in einer Richtung vom Einlaß 13 zum Auslaß 15 zu bewirken, wenn der Kolben 22 hin- und herbewegt wird. Eine Feder 24 ist in zusammengedrücktem Zustand innerhalb des Führungselements 14 zwischen dem Kolben 22 und dem Einwege-Ventil 30 angeordnet. Ein Spcrring 26 sperrt die Bciwequnq das

Ventils JO in einer Richtung weg vom Kolben 22. Zwischen dem Fluideinlaß 13 und dem unteren Ende des Führungselements kann ein Filter im Gehäuse 12 angeordnet sein, um Verschmutzungen auszufiltern, welche die Betriebsweise der Pumpe stören könnten.

Ein Anschlagelement 3 4 ist fest am oberen· Ende des Führungselements 14 angeordnet und drückt auf eine Feder 36, die am Anschlagelement 3 4 sowie am oberen Ende des Kolbens 22 anliegt. Die Feder 3 6 dient der Speicherung der.kinetischen Energie des Kolbens über einem Teil des Strömungsbereichs. Diese Energie wird auf den Kolben während des Rückhubs rückgeführt. Ein Resonanzbetrieb wird dadurch mit einer Zunahme an Wirksamkeit und Kapazität gewährleistet. Ein Deckel 3 8 ist auf das obere Ende des Gehäuses 12 bei 3 9 geklemmt oder in sonst einer Weise angeordnet, so daß eine fluidfeste Dichtung erzielt wird. Am Deckel 38 ist ein flexibles Membran 40 starr befestigt, um Spitzenimpulse des Fluiddrucks zu unterdrücken, welche durch den hin- and herbewegenden Kolben erzeugt sind. Die oben beschriebene Pumpe ist von ihrem Aufbau her identisch mit der in der US-PS 4 080 552 dargestellten und beschriebenen Pumpe und stellt einen grundlegenden Aufbau einer elektromagnetischen Fluidpumpe dar.

Fig. 2 und 3 stellen vergrößerte Schnittansichten der Pumpe oberhalb des Polelements 17 dar. Wie aus den Fig. 1 und 2 hervorgeht, ist der Kolben 22 am Ende seines Pumpenhubs dargestellt. Eine nicht-magnetische ringförmige Buchse 42 ist am Kopf des Kolbens 22 mittels eines Paars ineinandergreifender Klauen 44 und 46 befestigt, welche jeweils im Kolben 22 und in der Buchse 42 ausgebildet sind. Ein Ringmagnet 50 ist in einer Ringnut 48 aufgenommen, welche am oberen Ende der Buchse 42 ausgebildet ist. Der Ringmagnet 50 ist in Axialrichtung polarisiert, wobei seine Pole parallel zur Achse des Führungselements 14 angeordnet sind. Die

Buchse 4 2 und, der Magnet. 50 bewegen sich mit dem Kolben 22 in der Führung 14 hin und her.

Auf der Außenfläche der Führung 14 ist benachbart der Bahn des hin- und hergehenden Kolbens 22 ein Halleffektschalter 52 angeordnet. Der Halleffektschalter 52 ist mit Bezug auf den Magneten 50 derart angeordnet, daß dann, wenn der Kolben 22 sich dem Ende seines Kolbenhubs nähert, die Linien 54 des Magnetflusses außen um den Magnet 50 durch den Halleffektschalter 52 in der durch die Magnetflußbahn 54 angezeigten Richtung laufen. Dadurch erzeugt der Halleffektschalter 52 ein Ausgangssignal mit einer ersten Polarität.

Gemäß Fig. 3 ist der Kolben 22 in seiner zurückgezogenen Stellung dargestellt. In dieser Stellung ist der Magnet 50 gegenüber dem Halleffektschalter 52 nach unten bewegt worden und gelangt nun die Magnetflußbahn 54 durch den Halleffektschalter in der entgegengesetzten Richtung als durch die Pfeile bezeichnet ist. Wenn die Richtung der Flußlinien durch den Halleffektschalter umgekehrt sind, kehrt sich auch die Polarität des durch den Halleffektschalter 52 erzeugten Signals um.

Gemäß Fig. 1 wird das durch den Halleffektschalter 52 erzeugte Signal durch einen elektronischen Schalterstromkreis 56 aufgenommen. Der elektronische Schalterstromkreis 56 antwortet auf das Signal vom Halleffektschalter 52 mit der ersten Polarität mit der Erregung der Solenoidspulo 18. Dor clekt vonisehe Schnlt.c;rr>Lromkreis 56 empfängt den elektrischen Strom von einor externen Quelle, wie etwa einer Batterie 58, durch eine isolierte Durchführung 60, welche durch das Gehäuse 12 führt. Der gegenüberliegende Pol der Batterie 58 ist mit dem Gehäuse 12 durch Erdung verbunden. Der Halleffektschalter 52 und der elektrische Schalterstromkreis 56 können innerhalb des Gehäuses 12 oberhalb des Poles 17 eingekapselt sein, indem ein übliches elektro- '

nisches Vergußmaterial· 62 verwendet wird.

Einzelheiten des elektronischen Schalterstromkreises 56, v/elcher die Solenoidspule 18 erregt, sind in Fig. 4 dargestellt. Der positive Pol einer elektrischen Spannungsquelle, wie etwa einer Batterie 58, ist am positiven Pol des Halleffektschalters 52 angeschlossen und an einem Ende der Solenoidspule 18. Der negative Pol der Batterie 58 ist mit dem negativen Eingang des Halleffektschalters 52, mit dem Emitter eines Transistors 62 und mit Erde (common ground) verbunden. Ein Ausgang des Halleffektschalters 52 ist auf die Kathode einer Zenerdiode 64 und auf den Negativeingang eines Vergleichers 70 gelegt. Die Anode der Zenerdiode 64 ist mit , dem positiven Eingang eines Vergleichers 68 und dem Negativeingang des Vergleichers 68 durch einen Widerstand 65 verbunden. Der andere Ausgang des Halleffektjchalters 52 ist auf die Kathode einer Zenerdiode 66 und aui' den Nogativeingang des Vergleichers 68 gelegt. Die Anode der Zenerdiode 66 ist mit dem positiven Eingang des Vergleichers 70 und dom negativen Eingang des Vergleichers 70 durch einen Widerstand 67 verbunden.

Die Ausgänge der Vcrgloicher 68 und 70 sind mit den Setz- (S) und den Rückstell- (R) Eingängen eines bistabilen Schalters, wie etwa eines R.S.Flip-Flops 7 2 verbunden. Der Q -Ausgang des Flip-Flops 7 2 ist mit der Basis des Transistors 60 verbunden, dessen Emitter mit der Basis des Transistors 62 verbunden ist. Die Ko llok Loren der Transistoren (>0 und 62 sind mit dem anderen Ende der Spule 18 verbunden. Die Transistoren 60 und 62 sind in einem bekannten Darlington-Verstärkerkreis angeordnet. Ein Metalloxid-Varistor (MOU) 63 ist parallel zur KolLektor- und Emitterklemme des Transistors 62 geschaltet.

Die Betriebsweise des elektronischen Schalterstromkreises 56 wird unter Bezugnahme auf die Fig. 4 und 5 ge-

schildert. Fig. 5 zeigt die differenzielle Ausgangsspannung des Halleffektschalters als eine Funktion der Stärke und Richtung des Magnetfelds und als eine Funktion der Position des Kolbens 22. Wenn der Kolben 22 sich am Ende seines Hubs befindet (Fig. 5) besitzt die Differenzspannung zwischen den zwei Ausgängen des HaIliiffektschalters ein maximales positives Potential V₁ , welches sich mit der Bewegung des Kolbens in seine zurückgefahrene Stellung zu einem maximalen negativen Potential verändert, wie durch die Kurve 7 4 dargestellt ist.. Das Crossoverpotential der Zenerdiode 64 ist an dom auf der Kurve 7 4 mit A bezeichneten Potential gewählt und das Überkreuzpotential der Zenerdiode 66 ist an dem auf der Kurve 7 4 mit B bezeichneten Potential gewählt.Wenn gemäß Fig. 4 der Kolben 22 sich am Ende seines Pumpenhubs befindet, ist die positive Potentialüifferenz zwischen den zwei Ausgangselektroden des Halleffektschalters größer als die Durchbruchsspannung der Zenerdiode 64. Dies macht das auf don Positive ingang des Vergleichers 68 gegebene Potential positiver als das auf dessen Negativcingany ge leg tun Potentials. Gleichzeitig ist das auf den Negativeingang des Vergleichers 70 aufgegebene Potential positiver als das auf dessen Positiveingang gelegte Potential . Der Vergleicher 68 erzeugt ein Ausgangssignal, welches das Flip-Flop 72 setzt. In seiner gesetzten Stellung erzeugt das Flip-Flop 72 ein hohes Signal an seinen Q-Ausgang, welches auf die Basis des Transistors 60 gegeben wird, so daß dieser leitend wirkt. Die Leitfähigkeit des Transistors 60 ergibt einen Basisstrom zum Transistor 62, so daß dieser leitend wirkt. Die Leitung des Transistors 62 erregt die Solenoidspule 18, so daß der Kolben 22 in seine rückyof ahrenc; Position yczoyiMv wird. Nachdem der Kolben 22 den mit 0 bezeichneten Punkt passiert, kehrt die Polarität der auf die Eingänge des Vergleichers 68 gegebenen Signale um, so daß dessen Ausgang geschlossen wird. Das Flip-Flop 7 2 verbleibt in seinem gesetzten Zustand bis der Kolben den

Punkt 13 passiert, an welchem das durch den Halleffektschalter 52 erzeugte Differentialpotential das Crossoverpotential der Zenerdiode 66 übersteigt.. Das Potential am positiven Eingang des Vergleichers 70 übersteigt nun das auf dessen Negativeingang gelegte Potential. Dadurch erzeugt der Vergleicher 70 ein Ausgangssignal, welches das Flip-Flop 72 zurücksetzt und das hohe Signal an dessen Q-Ausgang beendet. Die Beendigung des hohen Signals am Q-Ausgang des Flip-Flops 7 2 spannt die Transistoren 60 und 62 zurück, die die SoIenoidspule 18 aberregen. Das Trägheitsmoment des Kolbens 22 trägt diesen über den Punkt "B" hinaus. An irgendeiner Stelle jenseits des Punkts "B" überwindet die Kraft der Feder 24 die Trägheitskraft des Kolbens. Der Kolben 22 kehrt dann seine Bewegungsrichtung um und boqinnt seinen Pumpenhub und bewegt sich zurück zum Punkt Λ. Kin maximaler Wirkungsgrad wird dadurch erzielt, indem der Punkt "A" so nahe wie möglich am Ende dos Pumponhubs gelegt wird, so daß die magnetische Kraft nicht der Bewegung des Kolbens entgegenwirkt.

Das Flip-Flop 7 2 bleibt in seiner zurückgesetzten Stellung bis der Kolben 22 den Punkt "A" passiert hat, wie in Fig. 5 gezeigt. Nachdem der Kolben den Punkt "A" passiert wird das über den Ausgängen des Halleffektschalters 52 erzeugte differentielle Potential wieder das uberkreuzpotential der Zenerdiode 64 übersteigen und dar Ausgang des Vergleichers 6 8 wird wieder das Flip-Flop 7 2 setzen. Die Solenoidspule 18 wird erregt und zj.c<hl. don KoI bon 22 wieder zurück in seine eingefahrene Stellung. Der oben beschriebene Zyklus wird wiederholt, wobei die Trägheitskraft des Kolbens 22 diesen etwas über die mit "A" und "B" bezeichneten Punkte während eines jeden Zyklus hinausträgt. Der Kolben 22 schwingt deshalb zwischen den Punkten die mit ."Ende des Pumpenhubs" und "eingefahrene Stellung" in Fig. 5 bezeichnet sind. Offensichtlich kann die Auswahl der Punkte "A" und "B" ,so getroffen werden, daß der Pumpen-

hub in der gewünschten Weise verlängert oder gekürzt wird.

Ein weiterer Aufbau des Schaltkreises L>(> ist in Fig. (> wiedergegeben. Diese Schaltung ist grundsätzlich dieselbe wie die in Fig. 4 dargestellte, jedoch mit der Ausnahme, daß die npn-Transistoren 60 und 62 durch pnp-Transistoren 80 und 82 ersetzt sind. Dies gestattet es, ein Ende der Solenoidspule direkt mit der Erde zu verbinden. Die Wirkungsweise der in Fig. 6 dargestellten Schaltung ist identisch der Wirkungsweise der in Fig. 4 dargestellten Schaltung, mit der Ausnahme, daß die Basis des Transistors 80 an don Q-Ausgang des Flip-Flops 7 2 über einen Widerstand 84 gelegt ist. Der Wi- _t derstand 84 und die Zenerdiode 68 besitzen dieselbe Grundfunktion wie der Metalloxid-Vnristör 63 in F i q . 4 , d.n. Schutz des Transistors 82 vor Spannungsspitzen an der Spannungsquelle. Der Q-Ausgang des Flip-Flops ist auch mit der Erde durch die Zenerdiode 86 verbunden. Wenn das Flip-Flop 7 2 durch den Ausgang des Vergleichers 68 gesetzt wird, geht der Q-Ausgang des Flip-Flops 72 herunter, so daß der Transistor 80 in Vorwärtsrichtung betrieben wird·. Die Konduktanz des Transistors 80 stellt den Transistor 82 in Vorwärtsrichtung, so daß die Solenoidspule 18 erregt wird.

Ein drittes Ausführungsbeispiel des Schaltkreises 56 ist in Fig. 7 dargestellt. Gemäß Fig. 7 ist der positive Pol der Batterie Γ3 8 nn den I'oe; it i.ve i nqanq d<\ⁱ; Halleffektschalters 52, den Kollektor eines ersten Transistors 54 und den Kollektor eines zweiten Transistors 100 durch die Solenoidspule 18 angeschlossen. Der Negativpol der Batterie 58 ist mit dem Negativeingang des Halleffektschalters, dem Emitter des Transistors 94 durch den Widerstand 98, dem Emitter des Transistors 100 und mit Erde verbunden. Der Emitter des Transistors 94 ist auch mit der Basis des Transistors 100 verbunden und mit der Erde durch einen zum

Widerstand 96 parallelen Kondensator 98 gekoppelt.

Ein Ausgang des Halleffektschalters 52 ist mit der Kathode der Zenerdiode 92 verbunden, welche ein überkreuzpotential gleich dem auf der Kurve 74 der Fig. 4 "A" bezeichneten Potential besitzt. Die Anode der Zenerdiode 92 ist unmittelbar mit dem positiven Eingang des Vergleichers 90 verbunden und mit dem Negativeingang des Vergleichers 90 durch einen Widerstand 93. Der andere Ausgang des Halleffektschalters 52 ist unmittelbar mit dem Negativeingang des Vergleichers 90 verbunden. Der Ausgang des Vergleichers 90 ist an die Basis des Transistors 94 angeschlossen.

Die Betriebsweise des in Fig. 7 dargestellten Schaltkreises ist wie folgt: Wenn der Kolben 22 sich am Ende seines Pumpenhubs befindet, ist der Ausgang des Hall-Schalters größer als das Crossoverpotential der Zener diode 92, '-so daß das auf den positiven Eingang des Vergleichers 90 gegebene Potential positiver als das auf dessen Negativeingang gegebene Potential ist. Der Vergleicher 90 erzeugt ein Signal, welches den Transistor 94 in Vorwärtsrichtung stellt, so daß dieser leitend wird. Das Leitvermögen des Transistors 94 spannt den Transistor 100 in Vorwärtsrichtung, so daß dieser die Solenoidspule 18 erregt und den Kondensator 98 lädt. Die Erregung der Solenoidspule 18 zieht den Kolben 22 wie zuvor in seine eingefahrene Stellung zurück. Wenn der Kolben 22 den in Fig. 4 mit 0 bezeichneten Punkt passiert, kehrt das Potential an den Ausgängen des Halleffektschalters die Polarität um, so daß das Signal vom Vergleicher 90 zur Basis des Transistors 94 endet. Dies stellt den Transistor 94 wieder zurück, so daß dieser nicht mehr leitet. Der Transistor 100 ist weiter durch die Entladung des Kondensators 98 in Vorwärtsrichtung gespannt. Die Werte des Widerstands 96 und des Kondensators 98 sind so gewählt, so daß der Transistor 100 weiter in Vorwärtsrichtung betrieben

wird bis der Kolben den Punkt "B" erreicht. Wie zuvor beschrieben, trägt die Trägheitskraft des Kolbens 22 diesen ein kurzes Stück über den Punkt B in din zurüc-kgcfalircne Stellung. Die !.''udoi 1-M drückt dann drn Kolben nach vorne auf seinen Puinpenhub bis er den Punkt "A" erreicht, wo der Differentialausgang des Halleffektschalters 52 das uberkreuzpotential der Zenerdiode 92 übersteigt. An diesem Punkt erzeugt der Vergleicher 90 wieder ein Ausgangssignal, so daß die Transistoren 94 und 100 in Vorwärtsrichtung betrieben sind und die Solenoidspule 18 erregen und den Kondensator 98 laden. Der Kreislauf wiederholt die Schwingung des Kolbens zwischen seiner zurückgefahrenen (eingefahrenen) Stellung und dem Ende seines Pumpenhubs. ,

Innerhalb des Rahmens der Erfindung ist es möglich, die Schaltungen abzuwandeln, weicht» aul die Änderung dor Polarität des Halleffektschalters ansprechen, um periodisch eine Solenoidspule zu erregen und hierüber ein bewegliches Element hin- und herzubewegen. Die Erfindung ist nicht auf die Steuerung der Schwingbewegung des Kolbens in einer Pumpe beschränkt, sondern kann auch für ein bewegliches Element in anderen Vorrichtungen Verwendung finden.

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Leerseite

Claims

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Facet Enterprises, Inc.,
Tulsa, Oklahoma 74136
Vereinigte Staaten von Amerika

Patentansprüche: >

( 1.j Elektromagnetische Pumpe für ein Fluid, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (12) mit einem Einlaß (13) und einem Auslaß (15), ein im Gehäuse (12) angeordnetes zylindrisches Führungselement (14) zur Bildung einer ätrömungsbahn für das Fluid durch das Gehäuse, wobei ein Ende des Führungselements in der Nähe des Einlasses (13) und das andere Ende in der Nähe des Auslasses (15) angeordnet ist, durch einen magnetisch permeablen Kolben (22) , welcher im Führungselement (14) angeordnet und darin frei, hin- und herbewegbar ist, eine Ventileinrichtung zur Gewährleistung eines Fluidstroms durch das Führungselement in einer Richtung in Reaktion auf die Hin- und Herbe- . wegung des Kolbens (22), durch eine den Kolben (22) gegen das Ende des Führungselements (14) in der Nähe

■ des Auslasses (15) drückende Vorspanneinrichtung (24), eine konzentrisch um das Führungselement. (14) angeordnete Solenoidspulo (18) für die Bewegung des Kolbens (22) gegen das Ende des Führungselcments in der Nähe des Auslasses entgegen der Kraft der Vorspanneinrichtung, einen am Kolben (22) befestigten Magnet (50),

eine benachbart der Bewegungsbahn des hin- und herbewegbaren Magnets angeordnete Halleffekteinrichtung (52) zur Erzeugung von Signalen in Reaktion auf das mägnecische Feld des Magnets, welche die Stellung des KoI-Ihmiu angeben, sowie durch eine elektronische Schalteinrichtung zur periodischen Erregung der Solenoidspule (18) in Reaktion auf die durch die Halleffekteinrichcung erzeugten Signale.

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die magnetischen Pole des Magneten (50) parallel zur Achse des zylinderförmigen Führungselements (14) angeordnet sind, und daß die Achse der Empfindlichkeit des magnetischen Felds der Halleffekteinrichtung senkrecht zur Achse des zylinderförmigen Führungselements angeordnet ist.

3. Pumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Halleffekteinrichtung zwischen den äußersten Enden der Hin- und Herbewegung des Magnets (50) angeordnet ist, wobei die Halleffekteinrichtung ein Signal erzeugt, welches sich von einer ersten Größe und Polarität, wenn sich der Magnet an einem äußersten Ende seiner Bewegungsbahn befindet, zu einer zweiten Größe umgekehrter Polarität am entgegengesetzten äußersten Ende der Bewegungsbahn verändert.

4. Pumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die elektronische Schalteinrichtung eine gegenüber Polarität empfindliche Einrichtung zur Urzeugung eines Vorspannsignals in Reaktion auf die Signale, welche durch die Halleffekteinrichtung mit der ersten Polarität erzeugt sind, und für die Beendigung des Signals in Reaktion auf die Signale mit umgekehrter Polarität, und daß die Einrichtung eine Halbleiter-Schalteinrichtung zur Erregung der Solenoidspule in Reaktion auf das Vorspannsignal-aufweist.

A J. t
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b. L'umpe nach Anspruch 4 , dadurch y υ k ο η η zeichnet, daß die polaritätsempfindliche Einrichtung einen ersten Vergleicher zur Erzeugung eines Setz-Signals (S) in Reaktion auf das Signal aufweist, welches durch die Halleffekteinrichtung mit der ersten Polarität erzeugt ist, sowie einen zweiten Vergleicher zur Erzeugung eines Rückstell-Signals (R) in Reaktion auf das Signal aufweist, welches durch die Halleffekteinrichtung mit umgekehrter Polarität erzeugt ist,.und daß die Einrichtung eine bistabile Schalteinrichtung zur Erzeugung des Vorspannsignals in Reaktion auf das Sctz-Signal und zur Beendigung des Vorspannsignals in Reaktion auf das Rückstell-Signa1 (H) aufweist:.

6. Pumpe nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ilalbleiter-Sehalteinrichtung wenigstens einen Transistor aufweist, dessen Kollektor- und Emitterelektroden in Reihe mit der SoIenoidspule (18) geschaltet sind.

7. Pumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiter-Schalteinrichtung ein Darlington-Verstärker ist, welcher in Reihe mit der Solenoidspule (18) geschaltet ist.

8. Pumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Halbleiter-Schalteinrichtung einen ersten durch das Vorspannsignal in Vorwärtsrichtung betriebenen Transistor, einen zweiten Transistor, dessen Kollektor- und Emitterelektroden in Reihe mit der Solenoidspule geschaltet und dessen Basis mit dem Emitter des ersten Transistors verbunden ist, sowie eine Verzögerungseinrichtung umfaßt, welche an die Basis des zweiten Transistors angeschlossen igt, um den zweiten Transistor in die Stellung für Vorwärtsbetrieb für eine vorbestimmte Zeit nach Beendigung des Vorspannsignals auf den ersten Transistor zu bringen.

y. Pumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Verzögerungseinrichtung.ein R-C zeitkonstantes Netz ist, welches einen zwischen der Basis und dem Emitter des zweiten Transistors angeordneten Widerstand sowie einen parallel zum Widerstand geschalteten Kondensator umfaßt.

10. Verfahren zur Hin- und Herbewegung eines magnetisch permeablen Elements entlang einer vorbestimmten Bahn in einer elektromagnetischen Vorrichtung, welche ein das magnetisch permeable Element in eine Richtung entlang der Bahn drückendes federndes Element sowie eine Solenoidspule aufweist, um das magnetisch permeable Element in entgegengesetzte Richtung entgegen der Kraft des Federelements zu ziehen, gekennzeichnet durch Befestigung eines Magnets am magnetisch leitenden Element, wobei dessen Magnetpole parallel zur Bewegungsrichtung des magnetisch permeablen Elements entlang der Bahn angeordnet sind, durch Anordnung eines Halleffektsschalters, welcher empfindlich ist auf die Richtung des Magnetfelds, welches durch den zwischen den zwei äußersten Enden der Bewegungsbahn des Magnets befindlichen Magnet erzeugt ist, wenn dieser mit dem magnetisch permeablen Element hin- und herbewegbar ist, um ein differentielles Signal mit einer Größe und Polarität zu erzeugen, welches die Position des magnetisch leitenden Elements entlang der Bewegungsbahn angibt, durch Betätigung eines elektronischen Schaltkreises zur Erregung der Solenoidspule in Reaktion auf das differentielle Signal mit einer Größe und Polarität kennzeichnend für das magnetisch leitende Element, welches in eine Position in der Nähe des Endes der Bewegungsbahn unter dem Einfluß der durch das Federelement erzeugten Kraft verschoben worden ist, sowie durch Betätigung desselben elektronischen Schalt-. Kreises zur Aberregung der Solenoidspule in Reaktion auf das Signal mit einer Größe und Polarität, welche

kennzeichnend für das magnetisch permeable Element ist, welches in eine Position in der Nähe des anderen Endes der Bewegungsbahn unter dem Einfluß der durch die erregte Solenoidspule erzeugten Kraft gezogen worden ist.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Betätigung der elektronischen Schalteinrichtung zur Erregung der Solenoidspule folgende Verfahrensschritte aufweist, nämlich Feststellung, wann das Dif f urc.uiU.als Lyn.i.1 uj.no vorbei« LlmmLe Gi.ölio und eine erste Polarität aufweist, um ein Setz-Signal zu erzeugen, Schaltung einer bistabilen Einrichtung in einen ersten Zustand in Reaktion auf das Setz-Signal zur Erzeugung eines Vorspannsignals, Schaltung einer Tran-₍ sistoreinrichtung in Reihe mit der Solenoidspule zur Steuerung des Stromes auf die.Spule sowie Schaltung des Transistors (in Vorwärtsrichtung) in seinen leitenden Zustand, wobei das Vorspannsignal der Erregung der Solenoidspule dient.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrensschritt der Betätigung dos elektronischen Schaltkreises zur Aberrocjunq der Solenoidspule folgende Verfahrensschritte umfaßt, nämlich Ermittlung, wann das differentielle Signal eine vorbestimmte Größe und Polarität entgegengesetzt zur ersten Polarität besitzt, um ein Rückstell-Signal zu erzeugen, Schaltung der bistabilen Einrichtung in ihren zweiten Zustand in Reaktion auf das Rückstell-Signal zur Beendigung des Vorspannsignals, durch Schaltung der Transistoreinrichtung in Rückwärtsbetrieb mit Beendigung des Vorspannsignals auf den nicht-leitenden Zustand der Transistoreinrichtung zur Aberregung der Solenoidspule.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch g ρ -

k (,· ti η '/ ο 1 <„■ ti 11 <* 1 , da Ii <!!<· 11.1 I I ·■ I I <-kt '-I m 1 < iii um] ein erstes Signal bei einem ersten Ausgangspol und ein

zweites Signal bei einem zweiten Ausgangspol erzeugt und das differentielle Signal die Differenz zwischen dem ersten und zweiten Signal darstellt, wobei im ersten Verfahrensschritt der Ermittlung die Größe der Differenz zwischen dem ersten und zweiten Signal mit einer vorbestimmten Polarität zur Erzeugung des Setz-Signals verglichen wird und wobei im zweiten Verfahrensschritt der Ermittlung die Größe der Differenz zwischen dem ersten und zweiten Signal mit einer entgegengesetzten Polarität zur Erzeugung des Rückstell-Signals verglichen wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , daß der erste und zweite Verfahrensschritt der Ermittlung durch einen ersten und zweiten Vergleicherkreis ausgeführt werden.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet , daß die bistabile Einrichtung ein R-S Flip-Flop-Schaltkreis ist.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Transistoreinrichtung ein Darlington-Verstärker ist.

17. Verfahren nach Anspruch 10 oder 16, dadurch gekennzeichnet , daß die Vorrichtung eine elektromagnetische Pumpe für ein Fluid und das magnetisch permeable Element ein hin- und herbewegbarer Kolben ist.

ia. Klcktromngnetischer Schaltkreis für die Hin- und llorbowoijunq eines magnetisch leitenden Elements entlang einer vorbestimmten Bahn in einem elektromagnetischen Betätigungsglied mit einem das magnetisch permeable Element in eine erste Richtung entlang der Bahn drückendes federndes Element und einer Solenoidspule, um das magnetisch permeable Element in entgegengesetz-

be Richtung entgegen der Kraft des federnden Elements zu ziehen, gekennzeichnet , durch einen Magnet (50), welcher mechanisch und funktionell mit dem magnetisch permeablen Element gekoppelt ist, um mit der Hin- und Herbewegung des Elements entlang einer .vorbestimmten Bahn sich hin- und herzubewegen, einen in der Nähe der Bewegungsbahn des Magnets angeordneten Magnetfelddetektor zur Erzeugung eines Signals für die Position des sich hin- und herbewegenden magnetisch permeablen Elements, eine elektronische Schalteinrichtung zur Erregung der Solenoidspule in Reaktion auf ein durch den Detektor erzeugtes Signal, welches angibt, daß das magnetisch permeable Element sich einem Ende der Bewegungsbahn nähert, und dür die Abcrregung der Solenoidspule in Reaktion auf ein Signal vom Detektor, welches angibt, daß das magnetisch permeable Element sich dem entgegengesetzten Ende der Bewegungsbahn nähert.

19. Elektromagnetischer Schaltkreis nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet , daß der Detektor ein Halleffektschalter (52) ist.

20. Schaltkreis nach Anspruch 19, dadurch ge--Kennzeichnet , daß die Pole des Magnets parallel zur vorbestimmten Bewegungsbahn des Magnets angeordnet und der Halleffektschalter zwischen den Endstellungen der Magnetbewegung angeordnet ist.

21. Schaltkreis nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet , daß der Magnet am magnetisch permeablen Kolben befestigt ist.

22. Schaltkreis nach Anspruch 21, dadurch g e. Kennzeichnet , daß das durch den Halleffoktochalter erzeugte Signal eine erste Größe und eine erste Polarität aufweist, wenn sich das magnetisch permeable Element an einem Ende seiner Bewegungsbahn be-

findet und cine zweite Größe: mit cj nor umy ekel ir ten Poiar.il-.'it. aufweist, wenn das magnetisch permeable Element sich am anderen Ende der Bewegungsbahn befindet.

23. Schaltkreis nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet , daß die elektronische Schalteinrichtung eine polaritätsempfindliche Einrichtung zur Erzeugung eines Vorspannsignals in Reaktion auf die Signale aufweist, welche durch die Halleffekteinrichtung mit der ersten Polarität erzeugt sind und zur Beendigung des Signals in Reaktion auf die Signale mit umgekehrter Polarität und weiter eine Halbleitcr-Schalteinrichtung zur Erregung der Solenoidspule in Reaktion auf das Voropannsignal aufweist.

24. Schaltkreis nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet , daß die polaritätsempfindliche Einrichtung einen ersten Vergleicher zur Erzeugung oinea Sotz-Signals (S) in Reaktion auf das durch die Halleffekteinrichtung mit der ersten Polarität erzeugten Signal, einen zweiten Vergleicher zur Erzeugung eines Rückstell-Signals in Reaktion auf das durch die Halleffekteinrichtung mit der umgekehrten Polarität erzeugten Signal und eine bistabile Schalteinrichtung zur Erzeugung des Vorspannsignals in Reaktion auf das Setz-Signal und zur Beendigung des Vorspannsignals in Reaktion auf das Rückstell-Signal aufweist.

25. Schaltkreis nach Anspruch 23, dadurch g e k e η μ /. e i ί· Ii π ο ( , daß die II.ι Lb I e i. I er-!!c:ha.l te i in- i chi Liny won i cj:;l (uir; einen Tram; i.r; tor aufweist., dessen Kollektor-und Emitterelektroden in Reihe mit der Solenoidspule geschaltet sind.

26. Schaltkreis nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet , daß die Halbleiter-Schalteinrichtung ein Darlington-Verstärker ist.

27. Schaltkreis nach Anspruch 23, dadurch g e kennzeichnet , daß die Halbleiter-Schalteinrichtung einen ersten durch das Vorspannsignal in Vorwärtsrichtung betriebenen ersten Transistor, einen zweiten Transistor, dessen Kollektor- und Emitterelektroden in Reihe mit der Solenoidspule geschaltet und dessen Basis mit dem Emitter des ersten Transistors verbunden ist, sowie eine Verzögerungseinrichtung aufweist, welche mit der Basis des zweiten Transistors verbunden ist, um den zweiten Transistor in den Betrieb in Vorwärtsrichtung für eine vorbestimm to '/Sei t nach Picendi rjuncj des Vorr.panns i gnal s*. auf dcMi crsl.cn Tram-si,-stor zu bringen.

28. Schaltkreis nach Anspruch 27» dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungseinrich- · bung ein R-C zeitkonstantes Netz ist, welches einen zwischen der Basis und dem Emitter des zweiten Transistors geschalteten Widerstand und einen parallel zum Widerstand geschalteten Kondensator aufweist.

29. Schaltkreis nach Anspruch 18 oder 23, dadurch gekennzeichnet , daß das elektromagnetische Betätigungsglied eine Fluidpumpe ist, und daß das magnetisch permeable Element ein Kolben ist, wobei die Hin- und Herbewegung des Kolbens Fluid durch die Pumpe fördert.