DE3607976A1

DE3607976A1 - Pumpe

Info

Publication number: DE3607976A1
Application number: DE19863607976
Authority: DE
Inventors: Juergen Schoenell
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-03-11
Filing date: 1986-03-11
Publication date: 1987-10-01
Also published as: DE3607976C2

Description

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetisch angetriebe ne Pumpe für flüssige und gasförmige Medien mit wenig stens einem Pumpenkolben.

Aus der DE-OS 27 57 594 ist eine elektromagnetisch ange triebene Kolbenpumpe für flüssige und gasförmige Medien bekannt, die aus einem elektromagnetisch angetriebenen Pumpenkolben in einem Pumpenzylinder und den zugehörigen Antriebseinrichtungen zur hin- und hergehenden Bewegung des Pumpenkolbens besteht. Hierbei ist die Anordnung so getroffen, daß der Pumpenzylinder aus elektrisch nicht leitendem und paramagnetischem Werkstoff besteht und von dem Linearkamm oder dem Polysolenoiden eines Linearmotors umgeben ist. Somit bildet sich das Statorfeld längs des Zylindermantels und das Ankerfeld im Pumpenkolben aus.

In der DE-AS 10 52 241 ist eine ventillose Flüssigkeits pumpe für Zimmerfontänen, Zerstäuber und dgl. mit elek tromagnetischem Antrieb durch Einwirkung von überlagerten Gleich- und Wechselfeldern auf den magnetisierbaren, min destens einen Durchtrittskanal aufweisenden oder freilas senden Schwingkolben beschrieben. Der Pumpenzylinder be steht aus einem kurzen Rohr, das über mindestens eine stromlinienförmig verengte Ausstoßdüse in einen flüssig keitsfreien Raum mündet, wobei die Ausstoßdüse die vom Schwingkolben angeregte Flüssigkeitsschwingung gleich richtet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Pumpe der einleitend genannten Art zu schaffen, die ohne hin- und hergehende Kolben arbeitet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein kreisringförmiges Rohr aus einem nichtmagnetisierba ren Material mit wenigstens einem im Innern des Rohres in Rohrrichtung verschieblich angeordneten und dicht geführ ten Kolben vorgesehen ist und auf dem Rohr eine Vielzahl von Magnetspulen gleichmäßig verteilt angeordnet ist so wie eine elektrische Steuereinheit vorgesehen ist, mit der die einzelnen Magnetspulen zeitlich nacheinander an Spannung zu legen sind.

Auf diese Weise gelangt man zu einer elektromagnetisch angetriebenen Pumpe ohne hin- und hergehende Kolben und ohne eigenen Antriebsmotor, so daß diese Pumpe wesentlich weniger Platz bzw. Raum oder Volumen in Anspruch nimmt, als eine vergleichbare Pumpe gleicher Leistung.

Um einen vergleichsweise hohen Druck zu erreichen, können zwei Kolben vorgesehen sein.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann das Rohr aus Keramik bestehen. Es ist jedoch auch möglich, das Rohr aus Kunststoff, Kupfer, Messing oder dgl. auszubilden. Diese Materialien sind nicht magnetisch und verschleißfest.

Zweckmäßigerweise ist der Querschnitt des Rohres rund. Für besondere Fälle kann es von Vorteil sein, den Quer schnitt oval oder anderweitig unrund auszubilden.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß das Rohr mit einem Einlaßstutzen und einem Auslaß stutzen verbunden ist, die einen der Länge von zwei Magnetspulen entsprechenden Abstand voneinander haben.

Hierdurch ist gewährleistet, daß der Kolben innerhalb des Rohres zwischen dem Einlaßstutzen und dem Auslaßstutzen Platz hat und hier einen Strömungskurzschluß zwischen dem Einlaßstutzen und dem Auslaßstutzen verhindert.

Das Rohr kann aus zwei Hälften zusammengesetzt sein, die mittels einer Dichtungsmasse gegeneinander abgedichtet sind. - Die Zweiteiligkeit des Rohres genügt für alle er forderlichen Montagearbeiten.

Zweckmäßig weist das Rohr zwischen dem Einlaßstutzen und dem Auslaßstutzen einen Anschlag auf, gegen den der beim Betrieb der Pumpe in Ruhe befindliche Kolben anliegt, so daß seine Position in der Pumpe genau fixiert ist.

Die Magnetspulen sind zweckmäßigerweise auf dem Rohr gleichmäßig verteilt, wobei alle Magnetspulen gleich aus gebildet sind.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Steuereinheit zwischen der ersten und der letzten Magnetspule auf dem Rohr angeordnet ist und als Schritt schaltung ausgebildet ist.

Hierdurch ist es möglich, alle Spulen nacheinander an Spannung zu legen und somit die Spulen entsprechend nach einander zu erregen. Das bedeutet, daß mit der Geschwin digkeit, mit der die Spulen nacheinander erregt werden, ein Magnetfeld entlang des Rohres läuft.

Zweckmäßig ist die Steuereinheit als Thyristorsteuerung ausgebildet. Diese Steuerung ist robust und zuverlässig.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können die Kolben gleich ausgebildet sein und aus magnetisierbarem Materi al, insbesondere aus Weicheisen bestehen. Dabei können die Kolben als Vollkörper ausgebildet sein. - Damit ist sichergestellt, daß die Kolben von dem entlang des Ringes um diesen umlaufenden Magnetfeld mitgenommen werden.

Es empfiehlt sich, daß jeder der beiden Kolben eine Nut mit einem federbelasteten Keil aufweist.

Beim magnetischen Durchfluten des Kolbens wird der Keil gegen die Federkraft angezogen, so daß der Keil gegenüber dem Kolben nicht vorsteht.

Die Nut kann als Ausschnitt ausgebildet und der Keil dem Ausschnitt angepaßt sein. Zweckmäßigerweise sind die Oberfläche des Nutengrundes und/oder die gegenüberliegen de Fläche des Keiles mit Oberflächenkanälchen versehen. Dadurch ist sichergestellt, daß beim Pumpen von Flüssig keiten keine Störungen entstehen, da die Flüssigkeit zwi schen dem Nutengrund und der gegenüberliegenden Fläche des Keiles in den Oberflächenkanälchen abfließen kann.

Es empfiehlt sich, an den Flanken der Nut dem Querschnitt der Nut entsprechende Kunststoffplatten anzuordnen, damit an diesen Stellen der Verschleiß und die Reibung mög lichst gering sind.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann die Pumpe so ausgebildet sein, daß am Außenumfang des Rohres ein Auslaß und gegenüberliegend am Innenumfang des Rohres ein Einlaß für das zu pumpende Medium vor gesehen sind. - Das führt zu einer weiteren Vereinfachung der Pumpe.

Des weiteren empfiehlt es sich, nur einen einzigen Kolben vorzusehen. - Auch diese Maßnahme führt zu einer weiteren Vereinfachung der Pumpe bei gleichzeitig erhöhter Be triebsicherheit.

Zweckmäßig fällt die Mittelachse des Auslaßrohres etwa mit der Resultierenden aus der Fliehkraft und der Strö mungsrichtung zusammen. Somit gelangt man zu einer Pumpe, bei der die Reibungsverluste beim Übergang des zu pumpen den Mediums aus der Pumpe nach außen hin möglichst gering sind.

In weiterer zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist die Anordnung so getroffen, daß der Einlaß dem Auslaß ge genüberliegend so gekrümmt ist, daß die Richtung des ein strömenden Mediums und die Richtung des im Rohr strömen den Mediums einen spitzen Winkel einschließen. - Dabei ist der Winkel so gewählt, daß das durch den Einlaß ein strömende Medium für das durch den Auslaß austretende Me dium eine Führung zu dem Auslaßkanal hin darstellt.

Zum Betrieb der Pumpe kommt Gleichspannung oder Wechsel spannung in Frage. Bei Verwendung von Wechselspannung ist darauf zu achten, daß während des Durchganges des Kolbens durch die Spule die Kurve der Wechselspannung nicht durch Null läuft, um eine Richtungsumkehr der magnetischen Kraft zu verhindern. Die einzelnen Magnetspulen haben zweckmäßigerweise eine Leistung von 80 Watt.

Das Hauptanwendungsgebiet dieser Pumpe liegt bei der Ver wendung in Kühlschränken. Dabei ist es möglich, wegen des geringeren Raumbedarfes der Pumpe das Fassungsvermögen des Kühlschrankes um ein Volumen von etwa 10 l ohne zu sätzlichen Aufwand zu vergrößern.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeich nung dargestellten Ausführungsbeispieles des näheren er läutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäß aus gebildete Pumpe gemäß einem ersten Ausfüh rungsbeispiel längs der Linie I-I der Fig. 2,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II der Fig. 1,

Fig. 3 einen Kolben zur Verwendung in der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Pumpe,

Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie IV-IV der Fig. 3,

Fig. 5 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäß aus gebildete Pumpe gemäß einem zweiten Ausfüh rungsbeispiel längs der Linie I-I der Fig. 2 und

Fig. 6 einen Kolben zur Verwendung in der in den Fi guren 5 und 2 dargestellten Pumpe.

Die Pumpe gemäß dem in den Fig. 1 bis 4 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel besteht aus einem kreisring förmigen Rohr 1 aus einem nicht magnetischen Material, wie beispielsweise Keramik, Kunststoff, Kupfer, Messing oder dgl. Das Rohr 1 besteht aus den beiden Rohrhälften 2 und 3, wobei in die Rohrhälfte 3 ein Einlaßstutzen 4 und in die Rohrhälfte 2 ein Auslaßstutzen 5 mündet. Die beiden Rohrhälften 2 und 3 sind an den beiden Verbindungsstellen 6 und 7 mittels Dichtungen 8 und 9 gegeneinander abgedichtet.

Auf dem Rohr 1 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel dreizehn Magnetspulen 10 bis 22 in gleichmäßigem Abstand voneinander angeordnet, wobei die Magnetspulen auf Spu lenkörpern 23 angeordnet und mittels Isolierungen 24 gegen einen Kühlkörper 25 mit Kühlrippen 26 isoliert sind.

Des weiteren ist eine Steuereinheit 27 vorgesehen, die im dargestellten Ausführungsbeispiel als Thyristorsteuerung ausgebildet ist. Mit der als Schrittschaltung wirkenden Thyristorsteuerung können die Magnetspulen 10 bis 22 zeitlich nacheinander an Spannung gelegt werden.

Die keilförmigen Zwischenräume 28 zwischen den einzelnen Magnetspulen 10 bis 22 sind mit einem elektrisch isolie renden Kunststoff ausgefüllt bzw. ausgegossen.

Im Inneren 29 des Rohres 1 sind zwei Kolben 30 und 31 angeordnet, die aus einem magnetisierbaren Material, ins besondere Weicheisen bestehen und als Vollkörper ausge bildet sind. jeder der beiden Kolben 30 und 31 weist eine Nut 32 mit einem mit einer Feder 33 belasteten Keil 34 auf. An den Seiten der Nut sind Kunststoffplatten 35 und 36 vorgesehen, durch die die Reibung und der Verschleiß möglichst gering gehalten werden können. Die Oberfläche des Nutengrundes ist mit in der Zeichnung nicht darge stellten Oberflächenkanälchen versehen, damit hier be findliche Flüssigkeit abfließen kann und hier nicht zu Störungen führt.

Der Kühlkörper 25 besteht aus einem oberen Teil 37 und einem unteren Teil 38, wobei diese beiden Teile 37 und 38 durch eine Teilungsebene 39 voneinander getrennt sind. Der untere Teil 38 hat eine Fußfläche 40, während der obere Teil 37 eine Kopffläche 41 aufweist. Diese beiden Flächen 40 und 41 sind so ausgebildet, daß mehrere Kühl körper 25 und somit mehrere Pumpen übereinander gestapelt werden können.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist an der Trenn stelle 7 zwischen den beiden Ringhälften ein Anschlag 42 vorgesehen, gegen den der Keil 34 des Kolbens 30 anliegt, wenn er nicht magnetisch durchflutet ist.

Beim Betrieb der Pumpe befindet sich zunächst der Kolben 30 in der in Fig. 1 dargestellten Lage zwischen dem Ein laßstutzen 4 und dem Auslaßstutzen 5, während der andere Kolben 31 sich in Richtung des Pfeiles 43 durch das Innere 29 des Rohres 1 bewegt. Bei dieser Bewegung wird das zu pumpende Medium in Richtung der Pfeile 44,45 und 43 durch den Einlaßstutzen 4 in das Innere 39 des Rohres 1 gesaugt, während gleichzeitig das in Drehrichtung vor dem Kolben 31 befindliche Medium in Richtung der Pfeile 46,47 und 48 durch das Innere 29 des Rohres 1 und durch den Auslaßstutzen 5 aus der Pumpe herausgedrückt wird.

Während dieses Umlaufes des Kolbens 31 verharrt der Kolben 30 in seiner in Fig. 1 dargestellten Lage an dem Anschlag 42. Sobald der Kolben 31 seinen Umlauf beendet hat, wird die Magnetspule 10 erregt, wodurch der Keil 34 des Kolbens 30 angezogen wird, so daß der Kolben 30 den Anschlag 42 verlassen und seinen Umlauf durch das Innere 29 des Rohres 1 beginnen kann, während der Kolben 31 in die Lage geht und dort verharrt, die bis dahin der Kolben 30 eingenommen hatte.

Diese Vorgänge wiederholen sich ständig, wenn die Magnet spulen 10 bis 22 durch die Thyristorsteuerung 27 nachei nander mit elektrischer Spannung beaufschlagt und somit die Kolben 30, 31 erregt werden. Dadurch wird erreicht, daß ein Magnetfeld gleichmäßig um das Rohr 1 umläuft und jeweils abwechselnd einen der beiden Kolben 30 und 31 mit gleicher Umlaufgeschwindigkeit mitnimmt.

Die Pumpe gemäß dem in den Fig. 5, 2 und 6 dargestell ten zweiten Ausführungsbeispiel besteht aus einem kreis ringförmigen Rohr 50 aus einem nichtmagnetischen Materi al, wie bereits unter Fig. 1 beschrieben. Das Rohr 50 besteht aus den beiden Rohrhälften 51 und 52, die an den beiden Verbindungsstellen 53 und 54 mittels Dichtungen 55 und 56 gegeneinerander abgedichtet sind. An der Rohr hälfte 52 ist ein nach außen führender Auslaßstutzen 57 und ein von innen her zu dem Rohr 50 führender Einlaß stutzen 58 vorgesehen. Die Mittelachse 59 des Auslaßroh res 57 fällt in etwa mit der in der Zeichnung nicht näher dargestellten Resultierenden aus der ebenfalls in der Zeichnung nicht näher veranschaulichten Fliehkraft und der Strömungsrichtung 60 in Rohrrichtung zusammen. Damit werden unnötige Reibungsverluste zwischen dem zu pumpen den Medium und dem Auslaßrohr vermieden.

Dem Auslaßrohr 57 gegenüberliegend ist das Einlaßrohr 58 so gekrümmt, daß die Richtung 61 des einströmenden Medi ums und die Richtung 60 des im Rohr 50 strömenden Mediums einen spitzen Winkel einschließen. Dadurch ist gewährlei stet, daß das durch das Einlaßrohr 58 strömende Medium für das durch das Auslaßrohr 57 austretende Medium eine Führung zu dem Auslaßrohr hin darstellt.

Auf dem Rohr 50 sind 15 Magnetspulen 62 bis 76 gleichmä ßig verteilt, die mittels einer Steuereinrichtung 77, die auch in diesem Ausführungsbeispiel als Thyristorsteuerung ausgebildet ist, zeitlich nacheinander an Spannung gelegt werden.

Beim Betrieb der Pumpe läuft der einzige Kolben 78 mit der gleichen Geschwindigkeit, mit der die einzelnen Mag netspulen 62 bis 76 an Spannung gelegt werden, im Inneren des Rohres 50 um. Dabei schiebt der Kolben 78 das in Laufrichtung vor ihm befindliche zu pumpende Medium in Richtung der Pfeile 60 durch das Auslaßrohr 57 in Rich tung des Pfeiles 79 nach außen. Gleichzeitig wird weite res zu pumpendes Medium durch den Einlaßstutzen 58 in Richtung des Pfeiles 61 in das Innere des Rohres 50 hi neingesaugt und bildet am Eingang des Einlaßstutzens 58 in das Rohr 50 eine Führung für das durch den Auslaßkanal 57 austretende Medium.

Claims

1. Elektromagnetisch angetriebene Pumpe für flüssige und gasförmige Medien mit wenigstens einem Pumpenkolben, dadurch gekennzeichnet, daß ein kreisringförmiges Rohr (1) aus einem nichtmag netisierbaren Material mit wenigstens einem im Innern des Rohres (1) in Rohrrichtung verschieblich angeord neten und dicht geführten Kolben (30, 31) vorgesehen ist und auf dem Rohr (1) eine Vielzahl von Magnet spulen (10 bis 22) gleichmäßig verteilt angeordnet ist sowie eine elektrische Steuereinheit (27) vorgesehen ist, mit der die einzelnen Magnetspulen (10 bis 22) zeitlich nacheinander an Spannung zu legen sind.

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Kolben (30, 31) vorgesehen sind.

3. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (1) aus Keramik, Kunststoff, Kupfer, Messing oder dgl. besteht.

4. Pumpe nach einem oder mehreren der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (1) im Querschnitt rund ist.

5. Pumpe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (1) im Querschnitt oval ist.

6. Pumpe nach einem oder mehreren der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (1) mit einem Einlaßstutzen (4) und einem Auslaßstutzen (5) verbunden ist, die einen der Länge von zwei Magnet spulen entsprechenden Abstand voneinander haben.

7. Pumpe nach einem oder mehreren der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (1) aus zwei Hälften (2, 3) zusammengesetzt ist, die mittels einer Dichtungsmasse (8, 9) gegeneinander abgedichtet sind.

8. Pumpe nach einem oder mehreren der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (1) zwischen dem Einlaßstutzen (4) und dem Auslaßstutzen (5) einen Anschlag (42) aufweist.

9. Pumpe nach einem oder mehreren der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetspulen (10 bis 22) auf dem Rohr (1) gleichmäßig verteilt sind.

10. Pumpe nach einem oder mehreren der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerein heit (27) zwischen der ersten (10) und der letzten Magnetspule (22) auf dem Rohr (1) angeordnet ist und als Schrittschaltung ausgebildet ist.

11. Pumpe nach einem oder mehreren der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerein heit (27) als Thyristorsteuerung ausgebildet ist.

12. Pumpe nach einem oder mehreren der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (30, 31) gleich ausgebildet sind und aus magnetisier barem Material bestehen.

13. Pumpe nach einem oder mehreren der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (30, 31) aus Weicheisen bestehen.

14. Pumpe nach einem oder mehreren der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (30, 31) als Vollkörper ausgebildet sind.

15. Pumpe nach einem oder mehreren der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der beiden Kolben (30, 31) eine Nut (32) mit einem federbelaste ten Keil (34) aufweist.

16. Pumpe nach einem oder mehreren der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (32) als Ausschnitt ausgebildet und der Keil (34) dem Aus schnitt angepaßt ist.

17. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Nuten grundes und/oder die gegenüberliegende Fläche des Keiles mit Oberflächenkanälchen versehen sind.

18. Pumpe nach einem oder mehreren der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an den Flanken der Nut (32) dem Querschnitt der Nut entsprechende Kunststoffplatten (35, 36) angeordnet sind.

19. Pumpe nach einem oder mehreren der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Außenumfang des Rohres (50) ein Auslaß (57) und gegenüberliegend am Innenumfang des Rohres (50) ein Einlaß (58) für das zu pumpende Medium vorgesehen sind.

20. Pumpe nach einem oder mehreren der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein einziger Kolben (78) vorgesehen ist.

21. Pumpe nach einem oder mehreren der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelachse (59) des Auslaßrohres (57) etwa mit der Resultieren den aus der Fliehkraft und der Strömungsrichtung (60) zusammenfällt.

22. Pumpe nach einem oder mehreren der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß dem Auslaß gegenüberliegend so gekrümmt ist, daß die Richtung (59) des einströmenden Mediums und die Richtung (60) des im Rohr (50) strömenden Mediums einen spitzen Winkel einschließen.

23. Pumpe nach einem oder mehreren der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das durch den Einlaß (58) einströmende Medium durch das durch den Auslaß (57) austretende Medium eine Führung zu dem Auslaßrohr (57) hin darstellt.