DE3248229C1 - Arbeitsmaschine zum Fördern von Gasen und/oder Flüssigkeiten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Arbeitsmaschine mit einer einen Pumpzylinder sowie einen Kolben, der ein erstes Magnetsystem trägt, und Pumpanschlüsse aufweisenden Kolbenpumpe zum Fördern von Gasen und/oder Flüssigkeiten, insbesondere von aggressiven Flüssigkeiten, und mit einem zweiten hin und her bewegbaren, treibenden Kolben mit einem zweiten Magnetsystem, der mit dem ersten Kolben über die beiden Magnetsysteme in treibender Verbindung steht, wobei die Kolben bzw. die Magnetsysteme durch eine endseitig abschließbare, aus nichtmagnetischem Material bestehende Zylinderlaufbuchse gasdicht getrennt sind.

Derartige Arbeitsmaschinen sind bekannt, und gehen z. B. aus der CH-PS 6 23 635 hervor. Im bekannten Falle ist das den Kolben der Magnetkolbenpumpen-Einrichtung antreibende Magnetsystem über Verbindungsstangen mit einer Magnetkupplung verbunden, die ihrerseits von einem Elektromotor mittels einer Kolbenstange bzw. Schubstange angetrieben wird. Die einzelnen Einrichtungen der bekannten Vorrichtung sind mit Abstand zueinander angeordnet und bestehen aus einer Vielzahl von verschiedenen Bauteilen, was einerseits den Nachteil eines höhen Aufwandes, andererseits auch den Nachteil eines erheblichen Platzbedarfes mit sich bringt. Die bekannte Magnetkolbenpumpen-Einrichtung ist vor allem mit dem Nachteil behaftet, daß zwischen der eigentlichen treibenden Einrichtung (Elektromotor) und der getriebenen Einrichtung (Kolben der Magnetkolbenpumpe) eine Vielzahl· von Einrichtungen zwischengeschaltet ist, so daß ungünstige Kräfteübertragungsverhältnisse zwischen dem Elektromotor und dem Kolben herrschen können, was nicht zuletzt zu erheblichen Energieverlusten führen kann.

Ausgehend von dem obigen Stand der Technik hat sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe zugrunde gelegt, eine Arbeitsmaschine eingangs genannter Art kompakt, also als eine Einheit auszubilden, bei der gewissermaßen geradezu ideale Kräfteübertragungsverhältnisse herrschen, zu schaffen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der zweite Kolben der Kolben eines druckmittelbetätigbaren Arbeitszylinders ist und daß der Pumpzylinder innerhalb des Zylinders des Arbeitszylinders bzw. der Zylinder des Arbeitszylinders innerhalb des Pumpzylinders ortsfest angeordnet ist.

Auf diese Weise erhält man eine Arbeitsmaschine, bei der z. B. die Kolbenpumpe im Arbeitszylinder angeordnet ist, was eine erhebliche Vereinfachung der Arbeitsmaschine bedeutet. Ferner wird auch eine Verringerung der Bauteile erreicht, da keine Verbindungselemente zwischen dem Arbeitszylinder und dem Magnetsystem weder erforderlich noch vorhanden sind. Dies bringt mit sich auch den Vorteil, daß gewissermaßen optimale Kräfteübertragungsverhältnisse zwischen dem treibenden (zweiter Kolben) und dem getriebenen Element (erster Kolben) herrschen. Da zwischen den beiden Kolben keine anderen Elemente geschaltet sind, welche die beiden Kolben miteinander verbinden würden, werden hierdurch auch die Energieverluste minimiert. Schließlich ist auch der Vorteil zu nennen, daß die erfindungsgemäße Arbeitsmaschine aufgrund ihrer minimalen Anzahl von Bauteilen praktisch verschleiß- und wartungsfrei ist.

Weitere Merkmale der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Besonders vorteilhaft ist die Maßnahme, den Arbeitszylinder als einen doppeltwirkenden Druckluftzylinder auszubilden. Durch diese Maßnahme wird besonders einfach und effektiv die Bewegung des getriebenen Kolbens der Kolbenpumpe.erzielt.

Die Erfindung schlägt weiter vor, daß der Pumpzylinder und der Zylinder koaxial angeordnet sind. Durch diese Maßnahme kann die erfindungsgemäße Arbeitsmaschine ohne nennenswerte Schwierigkeiten hergestellt werden.

Ferner sieht die Erfindung vor, daß der Pumpzylinder und der Zylinder endseitig durch gemeinsame Stirndekkel abgeschlossen sind. Durch diese Maßnahme wird eine weitere Vereinfachung in der Herstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzielt.

Weiter hat die Erfindung als vorteilhaft erkannt, daß der Kolben des einen Zylinders als zylindrischer Körper, z. B. als Vollkörper ausgebildet ist, und der Kolben des anderen Zylinders als Zylinderring ausgebildet ist, der den erstgenannten Kolben in koaxialer Anordnung umgibt.

Selbstverständlich kann die erfindungsgemäße Arbeitsmaschine auch zum Fördern von Fluiden mit hoher Temperatur verwendet werden, ohne jedoch diese grundsätzlich umbauen zu müssen. In diesen Fällen ist es wünschenswert allenfalls Dichtringe zu wählen, die höheren Temperaturen standhalten.

Ein wichtiger Vorteil der Erfindung besteht darin, daß

sehr viel Raum gespart werden kann, außerdem ergeben sich keine ungünstigen KräfteübertragungsVerhältnisse, wie das bei Zwischenschalten von Gestängen der Fall wäre.

Anhand der einzigen Figur der Zeichnung, die eine erfindungsgemäße Arbeitsmaschine im axialen Längsschnitt darstellt, ist die Ef Firtdüflg anschließend beschrieben.

Die in der Zeichnung dargestellte Arbeitsmaschine zum Fördern von Flüssigkeiten und Gasen besteht im wesentlichen aus einem druckmittelbetätigbaren Arbeitszylinder 1 und aus einer in diesem Arbeitszylinder koaxial angeordneten Kolbenpumpe 3. Die Kolbenpumpe 3 besteht aus einem Pumpzylinder 31, in dem ein in Richtung des Doppelpfeiles 100 hin und her bewegbarer Kolben 32 gelagert ist. Der Kolben 32 teilt den Innenraum der Kolbenpumpe 3 in zwei Arbeitsräume 35 und 36 auf. Die Flüssigkeit kann in die beiden Arbeitsräume 35,36 über Pumpenanschlüsse 37 zugeführt werden.

Der Kolben 11 des Arbeitszylinders 1 ist sowohl mit der Innenwand des Zylinders 13 als auch mit der Außenwand des Pumpzylinders 31 gasdicht verbunden. Die gewünschte Gasdichtheit kann z. B. durch O-Ringe 15, 39 hergestellt werden. Die Ausbildung und Anordnung der Dichtringe 15,39 ist an sich bekannt, weswegen auf sie nicht näher eingegangen wird. In der radialen Innenseite des Kolbens 11 sind mehrere Ringnuten ausgebildet, in denen Ringmagnete 18 mit Abstand zueinander angeordnet sind. Diese radial polarisierten Ringmagnete 18 sind über Magnetkraft mit radial polarisierten Magneten 41, die vom Kolben 32 getragen werden, verbunden. Der Begriff »radiales Magnetfeld« bedeutet, daß die magnetischen Feldlinien in radialer Richtung verlaufen, und zwar bezüglich der gemeinsamen Mittelachse von Kolben 32, Pumpzylinder 31 und Kolben (Läufer) 11. Da die magnetischen Feldlinien stets von einem positiven Magnetpol ausgehen und an einem negativen Magnetpol münden, ist durch die Angabe der Richtung der Feldlinien im Prinzip bereits ausgesorgt, daß sich bei den beiden Kolben 11,32 in radialer Richtung entgegengesetzte Pole gegenüberliegen müssen. Doch läßt sich eine solche Polaranordnung auf verschiedene Arten erzielen. Man kann grundsätzlich eine »radiale Polarisierung« und eine »axiale Polarisierung« unterscheiden.

Die Ringmagnete 41 sind in nicht näher dargestellten Umfangsnuten des Kolbens 32 mit Abstand zueinander angeordnet. Die beiden axialen Stirnseiten des Kolbens 32 weisen Gleitführungsringe 43 sowie Dichtringe 44 auf. Da die Kolbenpumpe 3 für aggressive Flüssigkeiten bzw. Gase vorgesehen ist, werden für die Ausbildung der Gleitringe 43 bzw. Dichtringe 44 Werkstoffe gewählt, die resistent gegen diese zu fördernden Medien sind.

Der Arbeitszylinder 1 sowie die Kolbenpumpe 3 sind durch gemeinsame Stirndeckel 50 gasdicht abgeschlossen. Hierbei handelt es sich mindestens bei einem der Stirndeckel 50 um eine lösbar verbindbare Verbindung mit dem äußeren Zylinder 13 und dem inneren Pumpzylinder 31. In der radialen Außenseite des äußeren Zylinders 13 sind zwei Druckmittelanschlüsse 52 für die Druckmittelzufuhr bzw. -abfuhr in den Arbeitszylinder I vorgesehen. Durch diese öffnungen 52 wird Druckluft zugeführt bzw. abgeführt, wodurch hin- und hergehende Bewegungen des Kolbens 11 bewirkt werden können. Bei diesem Druckmedium (Luft) handelt es sich um ein nicht aggressives Medium, weswegen keine besonderen Vorkehrungen bei der Ausbildung des Kolbens 11 getroffen werden müssen.

Die beiden Kolben 11, 32 sind miteinander lediglich durch Magnetkraft verbunden, weswegen der Pumpzylinder 31 aus nichtmagnetisierbarem Material, z. B. aus Kunststoff, gewählt wird. Es bestehen auch keine anderen Verbindungen zwischen dem Arbeitsraum der Kolbenpumpe 3 und dem Arbeitsraum des Arbeitszylinder 1, so daß auch keine Leckagen bzw. Verbindungen der genannten Arbeitsräume zu befürchten sind. Der Kolben 11, der als ein den Pumpzylinder 31 ringförmig umschließender Läufer ausgebildet ist, ist ein treibender Kolben, der durch die Druckmittelzufuhr bei 52 in Bewegung gebracht werden kann. Hingegen ist der Kolben 32 ein getriebener Kolben, der auf Grund der Bewegung des Kolbens 11 in Bewegung gesetzt wird. Die Anzahl der Ringmagnete bei den beiden Kolben 11,32 hängt von mehreren Voraussetzungen ab: Zum einen ist die Art des zu fördernden Mediums zu berücksichtigen, zum anderen auch Frequenz, mit der das Medium gefördert wird. Wenn es sich z. B. um Gase handelt, die mit geringer Frequenz gefördert werden sollen, wenn also der Kolben 32 »langsam« hin und her bewegt werden soll, dann reichen weniger Magnete bzw. schwächere Magnete aus. Hingegen ist es bei »hoher« Frequenz des Kolbens 32 und beim Fördern von Flüssigkeiten erforderlich, daß die Anzahl der Magnete sowie deren Magnetkraft erheblich größer ist als bei der ersten diskutierten Möglichkeit. Aus den ganzen Überlegungen ergibt sich, daß die axiale Länge der beiden Kolben 11,32 nach Bedarf größer bzw. kleiner gewählt wird, je nachdem, ob viele oder wenige Ringmagnete verwendet werden sollen.

In einem nicht näher dargestellten Beispiel kann der Pumpzylinder den Zylinder des Arbeitszylinders umgeben, so daß der Arbeitszylinder mittig in der Kolbenpumpe angeordnet ist.

In diesem Fall werden dann an den inneren Kolben geringere Materialanforderungen gestellt, da er keinen aggressiven Medien ausgesetzt ist.

Sowohl im ersten als auch im zweiten Ausführungsbeispiel können die Ringmagnete 18 bzw. 41 durch Distanzscheiben 60 bzw. 62 voneinander mit Abstand gehalten werden. Die Distanzscheiben 60, 62 sind in nicht näher dargestellten Innen- bzw. Außenumfangsnuten der kolbenstangenlosen Kolben 11,31 angeordnet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (5)

Patentansprüche:

1. Arbeitsmaschine mit einer einen Pumpzylinder sowie einen Kolben, der ein erstes Magnetsystem trägt, und Pumpanschlüsse aufweisenden Kolbenpumpe zum Fördern von Gasen und/oder Flüssigkeiten, insbesondere von aggressiven Flüssigkeiten, und mit einem zweiten hin und her bewegbaren, treibenden Kolben mit einem zweiten Magnetsystem, der mit dem ersten Kolben über die beiden Magnetsysteme in treibender Verbindung steht, wobei die Kolben bzw. die Magnetsysteme durch eine endseitig abschließbare, aus nichtmagnetischem Material bestehende Zylinderlaufbuchse gasdicht getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kolben (11) der Kolben eines druckmittelbetätigbaren Arbeitszylinders (1) ist und daß der Pumpzylinder (31) innerhalb des Zylinders (13) des Arbeitszylinders (1) bzw. der Zylinder (13) des Arbeitszylinders (1) innerhalb des Pumpzylinders (31) ortsfest angeordnet ist.

2. Arbeitsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitszylinder (1) ein doppelt wirkender Druckluftzylinder ist.

3. Arbeitsmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpzylinder (31) und der Zylinder (13) koaxial angeordnet sind.

4. Arbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpzylinder (31) und der Zylinder (13) endseitig durch gemeinsame Stirndeckel (50) abgeschlossen sind.

5. Arbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (32) des einen Zylinders (31) als zylindrischer Körper, z. B. Vollkörper ausgebildet ist und der Kolben (11) des anderen Zylinders (13) als Zylinderring ausgebildet ist, der den erstgenannten Kolben (32) in koaxialer Anordnung umgibt.

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