DE3127893A1 - "arbeitsmaschine zum foerdern von fluessigkeiten und gasen - Google Patents

Description

14. Juli 1981 D 8587

Festo-Maschinenfabrik Gottlieb Stoll, 73 Eßlingen/N

Arbeitsmaschine zum Fördern von Flüssigkeiten

und Gasen

Die Erfindung betrifft eine Arbeitsmaschine mit einer Antriebsvorrichtung und einer Pumpenanschlüsse aufweisenden Kolbenpumpe zum Fördern von Flüssigkeiten und Gasen, insbesondere von aggressiven Flüssigkeiten.

Arbeitsmaschinen zum Fördern von Flüssigkeiten und Gasen sind allgemein bekannt. Bei den Flussigkeitspumpen unterscheidet man nach der Funktionsweise Kolben- und Kreiselpumpen. Bei den Kolbenpumpen wird durch einen Verdrängerkörper, der in einem abgegrenzten Raum durch Antrieb von außen bewegt wird,eine abgeteilte Menge des Fördermittels in periodischer Folge gefördert. Kolbenpumpen können nach Art und Antrieb des Verdrängerkörpers in Kolbenpumpen mit hin- und hergehendem Plunger oder scheibenförmigem Kolben, in Flügelpumpen, bei denen eine Verdränger-

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fläche im Kreise hin- und herschwingt, in rotierende Verdrängerpumpen, wie Drehkolbenpumpen, und in Pumpen, bei denen die Flüssigkeit selbst oder Dampf oder Druckluft das Fördern übernehmen, gegliedert werden.

Im Gegensatz zu den Kolbenpumpen erfolgt bei den Kreiselpumpen die Förderung stetig. Charakteristisch ist, daß das mit Schaufeln versehene, rotierende Laufrad, dem die zu fördernde Flüssigkeit durch die Saugleitung zufließt, hier eine Erhöhung der Strömungsenergie erfährt und über einen nachgeschalteten Diffusor oder ein feststehendes Leitrad in die Druckleitung gefördert wird.

Zum Fördern von aggressiven Flüssigkeiten werden gewöhnlich Membranen-Kolbenpumpen herangezogen. Die Verdrängerwirkung des Kolbens wird direkt oder mittelbar mit Hilfe einer Hilfsflüssigkeit (Wasser, Öl) auf eine bewegliche, in das Gehäuse eingespannte Membrane übertragen, deren Werkstoff, z. B. gummiartiges Material, dem Fördergut angepaßt werden kann. Hierbei kann die Verdrängerwxrkung mit der Membrane auch durch Druckluft erzeugt werden. Die Membranen-Kolbenpumpen sind beispielsweise mit dem Nachteil behaftet, daß die geförderte Flüssigkeitsmenge vom Ausschlag der Membrane abhängig ist, wobei eine Leistungserhöhung solcher Membran-Kolbenpumpe zwangsläufig mit einer wesentlichen Vergrößerung der Arbeitsmaschine zusammenhängt.

Der Gebrauch von Kolbenpumpen zur Förderung chemisch und mechanisch aggressiver Flüssigkeiten ist mit dem Nachteil be-

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haftet, daß immer wieder an der Stelle, wo die Verbindung zwischen Antrieb und getriebenem Pumpenteil erfolgt, Leckagen auftreten können. Dies kann zu einer unerwünschten Verseuchung der Arbeitsmaschine und der Umgebung führen und macht Reparaturarbeiten erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zur Vermeidung dieser Nachteile eine Arbeitsmaschine der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der Leckagen ausgeschlossen und der Verschleiß der Arbeitsmaschine minimiert wird. Darüber hinaus soll die Arbeitsmaschine einfach in der Konstruktion sein.

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Antriebsvorrichtung über mindestens ein Verbindungselement mit einem äußeren, auf der aus magnetischem Material bestehenden Außenwand eines beidseitig geschlossenen Pumpzylinders laufenden Magnetsystem verbunden ist, wobei das äußere Magnetsystem mit einem im Pumpenzylinder axial bewegbaren, kolbenstangenlosen Pumpenkolben, der mindestens ein Magnetelement aufweist, über Magnetkraft verbunden ist.

Die durch die Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß keine aus dem Pumpzylinder geführte Antriebsmittel vorhanden sind, so daß auch keine Abdichtungsprobleme bestehen und insbesondere aggressive Flüssigkeiten gepumpt werden können, ohne daß äußere Leckagen auftreten. Eine etwaige innere Leckage am Pumpenkolben verringert allenfalls den Wirkungsgrad der Arbeitsmaschine in gewissem Ausmaß, indem Flüssigkeit von einem Zylinderraum der Pumpe in den anderen

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Zylinderraum übertreten kann. Somit erhält man eine umweltfreundliche, schmutzfreie Flüssigkeitspumpe mit hermetischem Separatantrieb, der mit der aggressiven Flüssigkeit nicht in Berührung kommt. Darüber hinaus wird hierdurch die Anzahl der bewegten Teile auf ein Minimum reduziert, so daß von einer kostengünstigen Lösung gesprochen werden kann. Die erfindungsgemäße Arbeitsmaschine ist außerdem verschleißfest und wartungsarm.

In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die Antriebsvorrichtung ein doppelt wirkender Druckluftzylinder ist. Durch die Bestückung der Arbeitsmaschine mit einer pneumatischen Antriebsvorrichtung ergibt sich eine weitere Minimierung des Verschleißes innerhalb der ganzen Arbeitsmaschine.

Dadurch, daß erfindungsgemäß das Verbindungselement eine in Längsrichtung des Pumpenzylinders linear getriebene Welle enthält, die zweckmäßigerweise von der nach außen geführten Kolbenstange des Druckluftzylinders gebildet wird, wird erreicht, daß man eine besonders teilarme Anordnung erreicht.

Durch das erfindungsgemäße Merkmal nach Anspruch 5 wird erreicht, daß das Auftreten etwaiger Verkippungen vermieden wird.

Die zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 6 ergibt eine für Montage- und Reparaturzwecke günstige Ausbildung, wobei man verschieden dimensionierte Antriebsvorrichtungen und Kolbenpumpen kombinieren kann.

Durch die vorteilhafte Ausbildung der Erfindung nach Anspruch erhält man einen radialen Abstand zwischen Antriebsvorrichtung und Kolbenpumpe, so daß diese beiden Teile platzsparend nebeneinander angeordnet werden können.

Durch weitere Merkmale der Erfindung wird erreicht, daß die magnetische Wechselwirkung zwischen den beiden Magnetsystemen (äußeres und inneres Magnetsystem) optimalisiert wird, und daß die innere Magnetanordnung gegen die aggressive Flüssigkeit geschützt wird.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus der einzigen Figur der Zeichnung hervor, die eine erfindungsgemäße Arbeitsmaschine im Längsschnitt darstellt.

Die in der Zeichnung dargestellte Arbeitsmaschine zum Fördern von Flüssigkeiten und Gasen besteht im wesentlichen aus einer Antriebsvorrichtung 1, die über ein Verbindungselement 2 mit einem beidseitig geschlossenen unmagnetischen Pumpzylinder 3 verbunden ist. Das Verbindungselement 2, das eine Welle 4 enthält, die von der Kolbenstange, die mit dem Kolben 5 der Antriebsvorrichtung 1 verbunden ist, und dem Gelenk 6 besteht, verbindet die Antriebsvorrichtung 1 mit dem Magnetsystem 8, das als eine hohlzylindrische Mitnehmer-Magnetanordnung ausgebildet ist. Die Antriebsvorrichtung 1 ist in diesem Fall als ein doppelt wirkender Druckluftzylinder ausgebildet. Der Pumpzylinder 3 besteht aus rostfreiem und nichtmagnetischem Mate-

rial, ζ-, B. nichtmagnetischem Edelstahl, Messing oder einem gegebenenfalls faserverstärkten Kunststoff. An seinen beiden Enden weist der Pumpzylinder 3 Verbindungsrohre 10 auf.

Der Kolben 11 hat einen aus Aluminium oder einem anderen nicht magnetischen Material mit geringem Gewicht gefertigten Kolben-r körper. Dieser trägt axial aufeinander—folgend Permanent-Ringmagnete 13, zwischen denen Distanzscheiben 14 angeordnet sind. Zu beiden Seiten der insgesamt hohlzylindrischen Anordnung von Ringmagneten 13 trägt der Kolbenkörper teilweise in Nuten des letzteren einsitzende und über die Kolbenkörperoberfläche überstehende und im Gleitsitz auf der Rohrinnenwand laufende Gleitführungsringe 15. Axial außerhalb der Gleitführungsringe 15 ist jeweils ein elastomerer Dichtring 16 vorgesehen, der ebenfalls in einer Nut des Kolbenkörpers einsitzt. Die beiden Stirnflächen des Kolbens 11 tragen jeweils einen nicht näher dargestellten Puffer, über den der Kolben an einem nicht wiedergegebenen feststehenden Anschlag abgebremst werden kann.

Die äußeren Mantelflächen der Ringmagnete 13 haben geringeren Abstand zur Innenwand des Pumpzylinders 3. Da aber die Anordnung der Ringmagnete 13 zu beiden Seiten durch die Gleitführungsringe 15 und die Dichtringe 16 abgeschlossen ist, ist es nicht möglich, daß von der Herstellung des Pumpzylinders 3 in diesem verbliebene Verunreinigungen in den kleinen Spalt zwischen der Außenseite der Ringmagnetanordnung des Kolbens 11 und die Innenseite des Rohres gelangen.

Das Magnetsystem 8, das von einer hohlzylindrischen Mitnehmer-Magnetanordnung gebildet ist, ist im wesentlichen spiegelbildlich zum Kolben 11 ausgebaut, wobei die Spiegelfläche eine mitten zwischen den Rohroberflächen liegende Zylinderfläche ist. Dem Kolbenkörper 11 entspricht so ein Hülsenteil 20, welches aber im Hinblick auf die Verminderung des magnetischen Streufeldes aus magnetisierbarem Material hergestellt ist. Das Hülsenteil 20 umgibt axial aufeinanderfolgende Permanent-Ringmagnete 21, die durch dazwischenliegende Distanzscheiben 23 getrennt sind. Die Ringmagnete 21 sind zwischen zwei ebenfalls aus magnetisierbarem Material gefertigte und mit dem Hülsenteil· 20 verschraubte Stirnwände 24 eingespannt. Die Stirnwände 24 weisen eine nach innen offene Nut 26 auf, in der ein Abstreifring aufgenommen ist. Der Abstreifring sorgt beim Magnetsystem 8, bei dem die innere Manteifläche der hohlzylindrischen Magnetanordnung der Ringmagnete 21 nur geringen Abstand von der Oberfläche des Pumpzylinders 3 aufweist, dafür, daß keine Fremdkörper in den kleinen Spait zwischen den Ringmagneten 21 und der Pumpzylinderoberfläche eintreten können.

In die Zylinderräume 30, 31 des Pumpzylinders 3 münden nicht näher dargestellte Pumpanschlüsse, an die beispielsweise Verbindungsrohre 10 angeschlossen sind. Durch ein nicht näher dargestelltes System von Druck- und Saugventilen kann eine optimale Ausnutzung der dargestellten Pumpe erreicht werden.

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Die dargestellte Arbeitsmaschine funktioniert wie folgt: Die periodisch sich wiederholende Hin- und Herbewegung des Kolbens 5 in der Antriebsvorrichtung 1 wird über die Welle 4, das Gelenk 6 und das Zwischenstück 32 an das Magnetsystem übertragen. Da das Magnetsystem 8 an der Außenwand 33 des Pumpzylinders 3 gleitet und da der Kolben 11 mehrere Ringmagnetelemente 13 aufweist, sind der Kolben 11 und das Magnetsystem miteinander magnetisch verbunden. Bei der Bewegung der hohlzylindrischen Mitnehmer-Magnetanordnung 8 auf der Außenwand des Pumpzylinders 3 wird der Kolben 11, der mit demselben magnetisch verbunden ist, in gleicher Richtung bewegt. Bei der Bewegung der Mitnehmer-Magnetanordnung 8 in Richtung des Pfeiles 34 wird die im Zylinderraum 30 enthaltene Flüssigkeit vom Pumpzylinder 3 hinausgedrückt,und der Zylinderraum 31 erweist sich bei dieser Bewegung als Saugseite der Pumpe. Die Frequenz der Hin- und Herbewegung des Kolbens 11 ist durch diese Anordnung durch die Frequenz des Kolbens 5 der Antriebsvo r r i chtung 1 best immt,

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Claims (9)

14. Juli 1981 D 8587

Festo-Maschinenfabrik Gottlieb Stoll, 73 Eßlingen/N

Arbeitsmaschine zum Fördern von Flüssigkeiten

und Gasen

Ansprüche :

1 ,) Arbeitsmaschine mit einer Antriebsvorrichtung und einer Pumpenanschlüsse aufweisenden Kolbenpumpe zum Fördern von Flüssigkeiten und Gasen, insbesondere von aggressiven Flüssigkeiten, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsvorrichtung 1 über mindestens ein Verbindungselement 2 mit einem äußeren, auf der aus unmagnetischem Material bestehenden Außenwand 33 eines beidseitig geschlossenen Pumpzylinders 3 laufenden Magnetsystem 8 verbunden ist, wobei das äußere Magnetsystem 8 mit einem im Pumpzylinder 3 axial bewegbaren, kolbenstangenlosen Pumpkolben 11,' der mindestens ein Magnetelement aufweist, über Magnetkraft verbunden ist,

2. Arbeitsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsvorrichtung 1 ein doppelt wirkender Druckluftzylinder ist.

3. Arbeitsmaschine nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement 2 eine in Längsrichtung des Pumpzylinders 3 linear getriebene Welle 4 enthält, die zweckmäßigerweise von der nach außen geführten Kolbenstange des Druckluftzylinders 1 gebildet wird.

4. Arbeitsmaschine nach.einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsvorrichtung 1 mit dem äußeren Magnetsystem 8 gelenkig verbunden ist.

5. Arbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gelenk 6 am dem Pumpzylinder 3 zugewandten Ende der Welle 4 angeordnet ist.

6. Arbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen der Antriebsvorrichtung 1 und dem äußeren Magnetsystem 8 lösbar ist.

7. Arbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Welle 4 und das äußere Magnetsystem 8 ein sich in radialer Richtung erstreckendes Zwischenstück 32 zwischengeschaltet ist.

8. Arbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Magnetsystem 8 von einer hohlzylindrischen Mitnehmer-Magnetanordnung und daß mindestens ein Magnetelement 13 des Pumpkolbens 11 scheiben- oder ringförmig

ausgebildet ist.

9. Arbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem mindestens einem Magnetelement 13 gebildete Magnetanordnung des Pumpkolbens 11 voneinander getrennten Pumpzylinderräumen 30,31 hin von einer Pumpkolbenpartie oder einem Gleitring 15 oder einem Dichtungsring 16 aus gegen aggressive Medien beständigem Material abgedeckt ist.