DE3719460A1 - Verfahren zum antreiben eines mit einem schwingankerantrieb verbundenen foerderelementes einer pumpe sowie danach arbeitende pumpe - Google Patents
Verfahren zum antreiben eines mit einem schwingankerantrieb verbundenen foerderelementes einer pumpe sowie danach arbeitende pumpeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Antreiben eines
mit einem Schwingankerantrieb verbundenen Förderelementes
einer Pumpe, vorzugsweise einer Kolbenpumpe oder einer
Membranpumpe, wobei das Förderelement durch Magnetkraft
angetrieben wird.
Es sind bereits Pumpen bekannt, die einen Schwinganker
antrieb aufweisen. Dabei wird der Arbeitshub des Kolbens,
der mit dem Schwinganker verbunden ist, in die obere Tot
punktlage durch eine Feder ausgeführt und die Rückführung
des Kolbens erfolgt durch den Magnetfeldeinfluß auf den
Anker bei Aktivierung des Stators. Ein solches Schwingsystem
hat den erheblichen Nachteil, daß der Arbeitshub mit zu
nehmendem Gegendruck im Pumpenarbeitsraum sehr schnell
kleiner wird, da jeweils nur der gleichbleibende Federdruck
für den Arbeitshub zur Verfügung steht. Dementsprechend
nimmt auch die Förderleistung in unerwünschter Weise ab.
Bei Versorgung des Schwingankerantriebes mit Netzwechsel
spannung oder gegebenenfalls gleichgerichteter Wechsel
spannung ist weiterhin nachteilig, daß durch den sinusför
migen Halbwellenverlauf der Versorgungsspannung gegen Ende
des Arbeitshubes die Magnetkraft abnimmt und somit gerade
in dem Bereich abnimmt, wo in erhöhtem Maß Antriebskraft
erforderlich wäre.
Bei Pumpen, die einen Kurbelantrieb aufweisen, und somit
auch eine mechanische Kopplung zwischen Antrieb und Kolben
haben, erfolgt durch die sich beim Arbeitshub ändernden
Hebelverhältnisse auch eine Anpassung an einen zunehmenden
Kraftbedarf in Hubrichtung. Bei einem Schwingankerantrieb
besteht eine solche mechanische Verbindung zwischen Kol
ben und Antrieb nicht, sondern es erfolgt hierbei die Kraft
übertragung durch magnetische Kopplung, die aber die vor
erwähnten Nachteile hat.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren
der eingangs erwähnten Art bzw. eine entsprechende Pumpe
zu schaffen, wobei trotz einer magnetischen Kopplung
zwischen Antrieb und Förderelement oder dgl., einerseits
ein auch bei sich ändernden Betriebsbedingungen etwa
gleichbleibender Hub erreicht wird und wobei andererseits
ein verbesserter Wirkungsgrad durch zeitliche Anpassung
der Antriebsleistung an den Kräftebedarfsverlauf vorhan
den ist. Außerdem soll insgesamt das Betriebsverhalten
verbessert sein.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß insbeson
dere vorgeschlagen, daß die Position des Schwingankers
bzw. des Förderelementes innerhalb seines Hubes zumindest
bereichsweise erfaßt oder ermittelt wird und daß in Ab
hängigkeit dieser Position des Schwingankers oder dgl.
der Arbeitsstrom für den Stator des Schwingankerantriebes
gesteuert und/oder zumindest im Bereich einer Endlage
des Förderelementes aus- oder umgeschaltet wird.
Dadurch bleibt der Arbeitsstrom durch die Statorspule so
lange wirksam, bis tatsächlich auch die vorgebene Position
des Förderelementes erreicht ist. Es ist somit praktisch
ein Regelkreis vorhanden, durch den bezüglich des Hubes
des Förderelementes die Vorteile von mechanisch starr
gekoppelten Pumpen erreicht werden. Insbesondere kann prak
tisch unabhängig von sich ändernden Arbeitsdruckverhält
nissen der Hub des Kolbens etwa konstant gehalten werden.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß für eine
Hubbewegung des Förderelementes ein etwa rechteckiger
Stromimpuls in die Statorspule eingespeist wird und daß
das Ende des Impulses etwa entsprechend einer insbesondere
vorgebbaren Endstellung des Förderelementes vorgesehen
ist.
Für den gesamten Arbeitshub des Förderlementes steht somit
der volle Arbeitsstrom zu Verfügung, so daß auch gegen
Ende des Arbeitshubes mit gegebenenfalls erhöhtem Kräfte
bedarf die volle Antriebskraft zu Verfügung steht.
Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß der
Arbeitsstrom für den Stator bei der Arbeitshublage des
Förderelementes abgeschaltet wird und daß die Rückführung
des Förderelementes in die entgegengesetzte Endlage durch
Rückstellkraft, insbesondere Federkraft erfolgt. Diese
Ausführungsform ist gut dort einsetzbar, wo der Leerhub
des Förderelementes nur einen geringen Kraftbedarf hat.
Durch Verwendung einer Feder zum Rückstellen kommt man
hier mit einem Weicheisen-Anker aus.
Nach einer anderen Ausführungsform, wobei der Schwinganker
antrieb einen Permanentmagneten aufweist, ist vorgesehen,
daß der Arbeitsstrom für den Stator jeweils im Bereich
einer Endlage des Förderelementes umgepolt wird. Bei
dieser Ausführungsform erhält man einen höheren Wirkungs
grad.
Die Erfindung betrifft auch eine Pumpe mit einem oszillie
renden Förderelement, vorzugsweise einem Kolben oder einer
Membrane, welches mit einem elektrischen Schwingankeran
trieb verbunden ist, der einen Hubanker sowie wenigstens
eine an eine Stromquelle angeschlossene Statorspule auf
weist. Diese Pumpe ist erfindungsgemäß insbesondere dadurch
gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur Erfassung der
Position des Ankers bzw. des Förderelementes vorgesehen
ist und daß diese Einrichtung mit einer Steuerung für eine
von der Anker- bzw. Förderelementstellung abhängige Strom
versorgung des Stators verbunden ist. Neben den bereits in
Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren aufgeführten
Vorteilen besteht bei dieser Pumpe auch der erhebliche
weitere Vorteil, daß die Hubzahl pro Zeiteinheit in einem
sehr weiten Bereich variiert werden kann, da hierbei
nicht mit einer in einem Schwingsystem vorgegebenen
Frequenz gearbeitet werden muß.
Zweckmäßigerweise weist die Erfassungs-Einrichtung wenig
stens einen Fühler oder Sensor zumindest des Arbeitshub
endlagen-Bereiches auf. Der Arbeitshub kann dabei ein
Kompressionshub oder aber ein Saughub sein. Durch den
Sensor kann die obere bzw. untere Totpunktlage oder aber
eine totpunktnahe Lage des Förderelementes erkannt werden,
so daß dann bei Erreichen dieser Lage der Statorspulen
strom ab- bzw. umgeschaltet werden kann.
Eine abgewandelte Ausführungsform der Erfindung sieht vor,
daß der Schwingankerantrieb zwei nebeneinander etwa an
den beiden Enden des Hubweges des Ankers angeordnete
Statorspulen aufweist. Mit dieser Anordnung können be
darfsweise auch höhere Antriebskräfte erzeugt werden und
außerdem kommt man hierbei mit einem Weicheisen-Anker
mit sehr geringer Masse aus. Dadurch können auch die
Vibrationen klein gehalten werden.
Bevorzugt ist vorgesehen, daß die Pumpe als Linearkolben
pumpe mit gerade geführtem Kolben ausgebildet ist und daß
der Hubanker insbesondere ein Teil des Kolbens ist oder
selbst den Kolben bildet. Eine solche Pumpe ist beson
ders einfach herstellbar und betriebssicher.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung kann zur Kühlung
der Pumpe eine mit dem Antrieb verbundene Fördervorrich
tung für Kühlmedium verbunden sein. Bei der erfindungs
gemäßen Pumpe kann es bei der vorgesehenen Betriebsweise
zu einer entsprechenden Erwärmung kommen, die durch die
gegebenenfalls vorgesehene Kühlmedium-Fördervorrichtung
reduziert werden kann, so daß auch über längere Zeit ein
sicherer Betrieb der Pumpe möglich ist.
Nach einer Weiterbildung ist vorgesehen, daß für das Förder
element 3 eine Dämpfungseinrichtung 23 zum Dämpfen der
Hubbewegung im Bereich seiner Endstellungen vorgesehen
ist. Durch diese Dämpfungseinrichtung kann einerseits die
Hubumkehr im oberen und unteren Totpunktbereich unter
stützt werden und außerdem wird ein Anschlagen des Kolbens
in den Endstellungen auch beim extremen Betriebsbedingungen
vermieden.
Zusätzliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den
weiteren Unteransprüchen aufgeführt. Nachstehend ist die
Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in den Zeich
nungen näher erläutert.
Es zeigt:
Fig. 1 eine Längsschnittdarstellung einer erfindungs
gemäßen Pumpe,
Fig. 2 eine etwa Fig. 1 entsprechende Längsschnitt-
Darstellung einer Pumpe, jedoch mit Kühl-Förder
vorrichtung,
Fig. 3 eine Längsschnittdarstellung einer Pumpe mit einer
Dämpfungseinrichtung und
Fig. 4 eine etwa Fig. 3 entsprechende Darstellung, hier
jedoch mit gegenüber Fig. 3 abgewandelter Dämpfungs
einrichtung.
Eine in den Figuren gezeigte Pumpe 1 bzw. 1 a ist
als Kolbenpumpe mit einem oszillierenden, durch einen
Kolben 2 gebildeteten Förderelement 3 ausgebildet. Der
Kolben 2 ist längs in einem Zylinder 4 geführt, der an
einem Ende durch den Pumpenkopf 5 abgeschlossen ist. Im
Pumpenkopf befindet sich ein Einlaßventil 6 sowie ein
Auslaßventil 7.
Um den Kolben 2 gemäß dem Doppelpfeil Pf 1 in dem Zylin
der 4 hin und her zu bewegen, ist ein Schwingankerantrieb
8 vorgesehen. Dieser Antrieb weist im wesentlichen einen
den Zylinder 4 außen umgreifenden Stator 9 mit einem
Blechpaket 10 und einer Spule 11 sowie einen mit dem
Kolben 2 verbundenen Anker 12 auf. Die Statorspule 11
ist an eine Steuerung 15 bzw. eine zu dieser gehörenden
Stromquelle angeschlossen. In dem in Fig. 1 gezeigten
Ausführungsbeispiel ist der Anker 12 durch einen gepolten
Permanentmagneten gebildet. Je nach Stromflußrichtung
durch die Statorspule 9 erfolgt somit eine Bewegung des
Kolbens nach rechts oder links.
Erfindungsgemäß ist nun bei der Pumpe eine Einrichtung
vorgesehen, mittels der die Position des Ankers 12 bzw.
des damit verbundenen Förderelementes 3 erfaßt und aus
gewertet werden kann. Dadurch besteht die Möglichkeit,
den Hub des Kolbens 2 durch Umsteuern des durch die Stator
spule 11 fließenden Stromes jeweils entsprechend der vor
gesehenen Hubhöhe vorzunehmen. Im Ausführungsbeispiel sind
als Fühler oder Sensoren 13 kapazitiv arbeitende Sensoren
vorgesehen. Dabei sind hier zur Erfassung beider Hubend
stellungen einerseits in dem Pumpenkopf 5 und anderer
seits in einem bodenseitigen Abschlußdeckel 14 Elektroden
vorgesehen, die an die Steuerung 15 angeschlossen sind.
Als Gegenelektrode jeweils zu einem dieser Sensoren 13
dient der Kolben 2 selbst.
Außer kapazitiven Sensoren können auch induktive, magnet
feldabhängige oder optoelektronische Fühler oder dgl.
vorgesehen sein.
Durch die Meßeinrichtung zur Erfassung der jeweiligen
Anker- bzw. Kolbenstellung besteht die Möglichkeit, den
durch die Statorspule fließenden Strom exakt zu steuern,
so daß für den jeweiligen Arbeitshub des Kolbens auch
eine entsprechende Antriebskraft zur Verfügung steht. Es
können hierbei z.B. rechteckige Stromimpulse vorgesehen
sein, wobei das Ende des Stromimpulses etwa entsprechend
der vorgebbaren Endstellung des Förderelementes vorgesehen
ist. Im Gegensatz zu schwingenden Systemen, die an sinus
förmiger Wechselspannung betrieben werden, hat man dadurch
auch den Vorteil, in der Arbeitshubphase, wo häufig
zur Arbeitshub-Endstellung hin zunehmend Antriebskraft
erforderlich ist, den Statorstrom in voller Höhe fließen
zu lassen. Neben einem höheren Wirkungsgrad ist auch noch
vorteilhaft, daß der Kolbenhub weitgehend unabhängig von
den Arbeitsdruckverhältnissen im Pumpenraum 16 ist.
Durch das Steuer- und Regelsystem für die Arbeitsbewegung
des Kolbens 2 besteht auch die Möglichkeit, daß dem je
weiligen Kraftbedarf entsprechend ein etwa angepaßter
Stromimpuls in die Statorspule eingespeist wird. Dabei
kann einerseits die Amplitude eines z. B. rechteckförmigen
Stromimpulses variiert werden oder aber es besteht auch
noch die Möglichkeit, daß der Arbeitsstrom bei einem
sich über den Arbeitshub ändernden Kraftbedarf des Förder
elementes 3 diesem Kraftbedarf proportional angepaßt wird.
Dies bedeutet, daß der Arbeitsstrom durch die Statorspule
11 zu Beginn eines Arbeitshubes etwas kleiner sein kann als im
weiteren Verlauf der Hubbewegung, wo gegebenenfalls ein
sich aufbauender Gegendruck im Pumpenraum 16 einen er
höhten Kraftbedarf erfordert. Die Steuerung 15 kann für
diese Stromanpassung jeweils die Stellungsrückmeldung
für die jeweilige Lage des Kolbens 2 durch die Sensoren
13 verarbeiten.
Eine weitere Möglichkeit der automatischen Anpassung an
unterschiedliche Betriebsbedingungen kann auch darin be
stehen, daß die Lage des bzw. der Totpunkte des Kolbens 2
in Abhängigkeit von einem diesen beaufschlagenden Gegen
druck unter Berücksichtigung der Stromaufnahme der Stator
spule verändert wird. Man erhält somit praktisch eine
Hubanpassung mit Hubreduzierung, wenn die Antriebsleistungs
grenze überschritten wird. Dadurch wird vermieden, daß
der Kolben bei starkem Gegendruck noch vor Erreichen
seiner Totpunktlage durch diesen Gegendruck stehen bleibt.
Die Steuerung würde hierbei nämlich ein Umsteuern des
Stromes sonst noch nicht veranlassen, da auch die vorge
sehene Totpunktlage noch nicht erreicht ist. Durch die
automatische Hubreduzierung bei Überschreitung der An
triebsleistungsgrenze wird auch in dieser extremen Be
triebssituation ein Stillstand der Pumpe vermieden.
Gegenüber einer zu Fig. 1 bzw. Fig. 2 abgewandelten
Ausführungsform könnte eine der Hubbewegungen des Kolbens 2
auch durch eine an ihm angreifende Feder erfolgen. Da
bei wirkt diese Feder jeweils der Arbeitsbewegung des
Kolbens 2 entgegen und sorgt somit für die Rückstellbe
wegung. Je nach dem, ob die Pumpe als Saugpumpe oder als
Kompressor eingesetzt wird, kann eine z. B. am rückseiti
gen Ende des Kolbens 2 angreifende Feder als Zugfeder
oder als Druckfeder ausgebildet sein. Über diese Feder
könnte dann auch die elektrische Verbindung zwischen Kol
ben 2 und Steuerung 15 erfolgen. Bei Verwendung einer am
Kolben 2 angreifenden Rückstellfeder, die z. B. zwischen
dem Abschlußdeckel 14 und dem Anker 12 angeordnet sein
kann, kann anstatt eines gepolten Permanentmagneten für
den Anker 12 ein Weicheisen-Anker vorgesehen sein. Bei
Verwendung einer Feder zum Rückstellen des Ankers bzw.
Förderelementes in die Arbeitshubanfangsposition kann als
Stromquelle für die Statorspule 11 eine Gleichstromquelle
dienen. Auch hierbei ist es zweckmäßig, einen z. B. recht
eckförmigen bzw. einen an den Kraftbedarf angepaßten Span
nungs- bzw. Stromverlauf vorzusehen.
Anstatt eines Stators 9 könnten auch zwei nebeneinander etwa
an den beiden Enden des Hubweges des Ankers vorgesehen
sein. Auch bei dieser Ausführungsform kann der Anker 12
als Eisenkern ausgebildet sein. Während des Betriebes
schwingt der Anker 12 zwischen den beiden Statoren hin
und her.
Fig. 2 zeigt noch eine gegenüber Fig. 1 etwas erweiterte
Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Pumpe 1a. Insbeson
dere wegen den bei erfindungsgemäßem Betrieb der Pumpe
vorhandenen hohen Arbeitskräften, kann es zu einer ent
sprechenden Erwärmung der Pumpe kommen. Um nun diese Wärme auf
einfache Weise abführen zu können, ist zur Kühlung eine
mit dem Antrieb verbundene Fördervorrichtung für Kühl
medium, insbesondere Luft vorgesehen. Diese Fördervorrich
tung ist durch eine Lüfterpumpe 17 gebildet, die sich im
Ausführungsbeispiel am rückseitigen Ende der Arbeitspumpe
befindet. Die Lüfterpumpe 17 hat hier einen koaxial zum
Arbeitskolben angeordneten und mit diesem vorzugsweise
einstückig verbundenen Kolben 18. Da die Lüfterpumpe 17
nur vergleichsweise wenig Antriebskraft erfordert, kann
dementsprechend das Fördervolumen groß sein. Dazu ist der
den Kolben 18 führende Lüfterpumpen-Zylinder größer als
der Zylinder der Arbeitspumpe ausgebildet. Das Lüfter
pumpen-Einlaßventil ist mit 19 und das Auslaßventil mit
20 bezeichnet. Um die gesamte Pumpe ist eine Kühlluft
führung durch einen die Pumpe umschließenden Mantel ge
bildet, so daß die angesaugte Luft entsprechend den
Pfeilen Pf 2 im Bereich des Pumpenkopfes, des Zylinders
4 und des Stators 9 vorbeigeführt wird. Die erwärmte,
und durch die Lüfter-Pumpe 17 geförderte Luft wird hinter
dem Auslaßventil 20 abgeführt. Bei dem Pumpenkopf 5 und
dem Zylinder sind noch in den Kühlluftstrom ragende
Kühlrippen 21 angedeutet, die für eine gute Wärmeablei
tung sorgen.
In den Ausführungsbeispielen sind die Pumpen als Linear
kolbenpumpen mit gerade geführten Kolben ausgebildet.
Es besteht aber auch die Möglichkeit, daß der Hubanker
12 mit einer Membrane als Förderelement verbunden ist.
Die in Fig. 2 gezeigte Pumpe hat für die Rückstellbe
wegung des bzw. der Kolben eine Zugfeder 22.
Der Kolben befindet sich hier in seiner Arbeitshuban
fangsposition. Bei dieser Ausführungsform ist die Stator
spule 11 so lange stromdurchflossen, bis der Arbeitskol
ben seine Arbeitshubendposition erreicht hat. Anschlie
ßend wird der Strom durch die in Fig. 1 angedeutete
Steuerung 15 abgeschaltet und die Zugfeder 22 sorgt dann
zum Zurückführen des Kolbens in seine Arbeitshubanfangs
position. Hierbei genügt es, wenn nur für das Erfasen
der Arbeitshubendstellung ein Sensor 13 beim Pumpenkopf
angeordnet ist, der mit dem Kolben als Gegenelektrode
zusammenarbeitet. Die elektrische Verbindung zum Kolben
erfolgt hierbei über die Zugfeder 22.
Erwähnt sei noch, daß anstatt der Anordnung eines Meßfüh
lers im Bereich des Pumpenkopfes auch eine entsprechende
Anordnung von Meßfühlern am rückseitigen Ende der Pumpe
angeordnet sein können, falls die Platzverhältnisse im
Kopfbereich eine Anordnung solcher Elektroden oder Sensoren
nicht ohne weiteres zulassen.
In den Fig. 3 und 4 ist eine etwa Fig. 2 entsprechende
Pumpe im Längsschnitt dargestellt, wobei hier eine Dämpfungs
einrichtung 23 in unterschiedlichen Ausführungsformen vor
gesehen ist. Gemäß Fig. 3 weist der das Förderelement 3
bildende Kolben 2 an seinem dem Pumpenraum 16 abgewandten
Ende einen Ringflansch 25 auf, der ebenso wie der in Fig.
2 erkennbare Ringflansch hier gleichzeitig auch den Kolben
18 für die Lüfter-Pumpe 17 bildet.
An diesem Ringflansch 25 sind an dessen radial orientierten
Stirnseiten Pufferlemente 24 vorgesehen, die sich in den
Endstellungen jeweils an gegenüberliegenden Gehäuseteilen
abstützen können. Im Ausführungsbeispiel ist der Ring
flansch 25 in einem erweiterten Zylinderabschnitt 26 ge
führt, wobei als Dämpfungsanschläge hier einerseits der
Abschlußdeckel 14 und andererseits der Ansatz 34 beim
Übergang vom Pumpen-Zylinder 4 zu dem erweiterten Zylinder
abschnitt 26 dienen.
Die Pufferlemente 24 können beispielsweise aus Gummi,
Kunststoff oder ähnlichem elastischen Material bestehen.
Sie können als z. B. runde Pufferteile ausgebildet sein,
wobei wenigstens an zwei diametralen Stelen des Ring
flansches 25 solche Puffelemente 24 vorgesehen sind.
Gegebenenfalls können auch am Umfang des Ringflansches 25
verteilt mehrere Pufferelemente vorgesehen sein. Auch
besteht die Möglichkeit, jeweils auf den gegenüberliegenden
Stirnseiten ringförmig durchgehende Pufferelemente vorzu
sehen.
Eine andere Ausführungsform einer Dämpfungseinrichtung 23
zeigt noch Fig. 4. Bei dieser Dämpfungseinrichtung 23 ist
eine pneumatische Dämpfung vorgesehen. Sie arbeitet mit
einem Kolben-Zylinder-System, welches einen weitgehend
kompressionsfreien mittleren Hubbereich und daran an
schließend Kompressionsbereiche aufweist. Bei diesem Aus
führungsbeispiel ist der äußere Ringflansch 25 in einem
in Hubrichtung beidseits begrenzten Dämpfungszylinder 29
geführt. Der Ringflansch 25 bildet hier einen Dämpfungs
kolben 28.
Um in erwünschter Weise nur nahe den Endstellungen des
Arbeitshubes des Kolbens 2 eine Dämpfung zu erzielen, hat
der Dämpfungszylinder 29 innenseitig etwa im mittleren
Hubbereich eine Umströmungsausnehmung 30. Solange sich der
Dämpfungskolben 28 in diesem Bereich befindet, kann das
im Dämpfungszylinder befindliche Füllmedium außen an ihm
vorbei durch die Ausnehmung 30 umströmen. Erst wenn der
Dämpfungskolben 28 seitlich der Umströmungsausnehmung 30
mit dem Dämpfungszylinder 29 dichtet, ergibt sich eine
entsprechende Dämpfung. Damit die Dämpfung möglichst
kontinuierlich zunehmend mit der Annäherung an den jewei
ligen Totpunkt erfolgt, schließen sich an die Umströmungs
ausnehmung 30 in Hubrichtung seitliche Übergangsabschnitte
31 an. Diese Übergangsabschnitte 31 können durch konische
Zylinderwandbereiche gebildet sein, wobei die Schräge
dieser Bereiche den Dämpfungsverlauf mitbestimmt.
Gegebenenfalls können die Übergangsabschnitte 31 auch in
Richtung zum oberen und unteren Totpunkt unterschiedlich
ausgebildet sein, um so eine Anpassung an unterschiedliche
Kraftbeaufschlagungsverhältnisse beim Arbeitshub und beim
Leerhub des Kolbens 2 zu ermöglichen. Die Umströmungsaus
nehmung 30 kann durch einen oder auch mehrere Ringnutab
schnitte 32 in der Dämpfungszylinderwand 33 gebildet sein.
Alle in der Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung
dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in
beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich
sein.
Claims (29)
1. Verfahren zum Antreiben eines mit einem Schwinganker
antrieb verbundenen Förderelementes einer Pumpe, vor
zugsweise einer Kolbenpumpe oder einer Membranpumpe,
wobei das Förderelement od. dgl. durch Magnetkraft
angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet,
daß die Position des Schwingankers bzw. des Förder
elementes innerhalb seines Hubes zumindest bereichsweise
erfaßt oder ermittelt wird und daß in Abhängigkeit dieser
Position des Schwingankers od. dgl. der Arbeitsstrom
für den Stator des Schwingankerantriebes gesteuert und/oder
zumindest im Bereich einer Endlage des Förderelementes
aus- oder umgeschaltet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
für eine Hubbewegung des Förderelementes ein etwa recht
eckiger Stromimpuls in die Statorspule eingespeist wird,
und daß das Ende des Impulses etwa entsprechend einer
insbesondere vorgebbaren Endstellung des Förderelementes
vorgesehen ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Arbeitsstrom für den Stator bei der Arbeitshubend
stellung des Förderelementes abgeschaltet wird und daß
die Rückführung des Förderelementes in die entgegengesetzte
Endlage durch Rückstellkraft, insbesondere Federkraft
erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich
net, daß bei einem einen Permanentmagneten auf
weisenden Schwingankerantrieb der Arbeitsstrom für den
Stator jeweils im Bereich einer Endlage des Förder
elementes umgepolt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge
kennzeichnet, daß für eine Hubbewegung des Förderele
mentes ein dem jeweiligen Kraftbedarf etwa angepaßter
Stromimpuls in die Statorspule eingespeist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Lage des bzw. der Totpunkte des
Förderelementes in Abhängigkeit der Betriebsbedingungen,
insbesondere eines das Förderelement beaufschlagenden
Gegendruckes unter Berücksichtigung der Stromaufnahme der
Statorspule verändert wird im Sinne einer Hubreduzierung
bei Überschreitung der Antriebsleistungsgrenze.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Arbeitsstrom bei einem sich über
den Arbeitshub ändernden Kraftbedarf des Förderelementes
diesem proportional angepaßt wird.
8. Pumpe mit einem oszillierenden Förderelement, vorzugs
weise einem Kolben oder einer Membrane, welches mit
einem elektrischen Schwingankerantrieb verbunden ist,
der einen Hubanker sowie wenigstens eine an eine Strom
quelle angeschlossene Statorspule aufweist, insbesondere
zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche
1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung
zur Erfassung der Position des Ankers bzw. des Förder
elementes (3) vorgesehen ist und daß diese Einrichtung
mit einer Steuerung (15) für eine von der Anker- bzw.
Förderelementstellung abhängige Stromversorgung des
Stators (9) verbunden ist.
9. Pumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die
Erfassungs-Einrichtung wenigstens einen Fühler oder
Sensor (13) zumindest zum Erfassen des Arbeitshubend
lagen-Bereiches aufweist.
10. Pumpe nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet,
daß der Schwingankerantrieb (8) eine Feder (22) od. dgl.
Rückstellelement zum Rückstellen des Ankers (12) bzw.
des Förderelementes (3) in die Arbeitshubanfangsposition
aufweist und daß als Stromquelle eine Gleichstromquelle
mit vorzugsweise etwa rechteck-förmigem Spannungsverlauf
vorgesehen ist.
11. Pumpe nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet,
daß der Anker (12) frei hin- und herbewegbar gelagert
ist und einen Permanentmagneten aufweist und daß als
Stromquelle eine Wechselstromquelle mit vorzugsweise
etwa rechteckförmigen Spannungsverlauf vorgesehen ist.
12. Pumpe nach Anspruch 8, 9 oder 11, dadurch gekennzeich
net, daß der Schwingankerantrieb (8) zwei nebeneinander
etwa an den beiden Enden des Hubweges des Ankers (12)
angeordnete Statoren (9) aufweist.
13. Pumpe nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekenn
zeichnet, daß als Sensor(en) (13) ein vorzugsweise kapa
zitiver, gegebenenfalls ein induktiver, ein magnetfeldabhängiger
oder ein optoelektronischer Fühler (13) vorgesehen ist (sind).
14. Pumpe nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekenn
zeichnet, daß bei einem kapazitiven Sensor (13) eine
Elektrode durch das Förderelement (3) selbst oder durch einen
Teil von diesem gebildet ist und daß eine Gegenelektrode
insbesondere an dem dem Förderelement im oberen und/oder
unteren Totpunkt jeweils direkt benachbarten Pumpen
gehäuseteil od. dgl. vorgesehen ist.
15. Pumpe nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Pumpe als Linearkolbenpumpe mit
gerade geführtem Kolben (2) ausgebildet ist und daß
der Hubanker (12) insbesondere ein Teil des Kolbens
ist oder selbst den Kolben bildet.
16. Pumpe nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Hubanker (12) mit einer Membrane
als Förderelement (3) verbunden ist.
17. Pumpe nach einem der Ansprüche 8 bis 16, dadurch ge
kennzeichnet, daß zur Kühlung der Pumpe eine mit dem
Antrieb verbundene Fördervorrichtung für Kühlmedium
vorgesehen ist.
18. Pumpe nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß
die Fördervorrichtung im wesentlichen als Lüfter-Pumpe
mit einem vorzugsweise am Arbeitspumpenraum-fernen Ende
des Schwingankerantriebes (8) angeordnetem Förderelement
(18) ausgebildet ist.
19. Pumpe nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet,
daß am Außenmantel der Arbeitspumpe (1, 1 a) eine Kühl
mittelführung vorgesehen ist, die an den Ein- oder Aus
laß der Lüfter-Pumpe angeschlossen ist.
20. Pumpe nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Förderelemente (3 und 18) der Ar
beitspumpe (1, 1 a) und der Lüfter-Pumpe (17) koaxial zu
einander angeordnet sind und einen vorzugsweise da
zwischen liegenden gemeinsamen, im wesentlichen durch
den Anker gebildeten Antriebsteil haben.
21. Pumpe nach einem der Ansprüche 8 bis 20, dadurch
gekennzeichnet, daß für das Förderelement (3) eine
Dämpfungseinrichtung (23) zum Dämpfen der Hubbe
wegung im Bereich seiner Endstellungen vorgesehen ist.
22. Pumpe nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die
Dämpfungseinrichtung (23) an zumindest einer der
Stirnseiten des Förderelementes und/oder an diesen
gegenüberliegenden Gehäuseteilen Pufferelemente (24)
aufweist.
23. Pumpe nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet,
daß das Förderelement (3) vorzugsweise an seinem dem
Pumpenraum (16) abgewandten Ende einen etwa radial
nach außen weisenden, in einem erweiterten Zylinder
abschnitt (26) geführten Ringflansch (25) hat, an dem
die Pufferelemente (24) angebracht sind und in etwa
axialer Richtung vorstehen.
24. Pumpe nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet,
daß die Pufferelemente (24) aus Gummi, Kunststoff
oder dgl. elastischem Material bestehen.
25. Pumpe nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß
die Dämpfungseinrichtung (23) durch ein Kolben-
Zylinder-System (27) gebildet ist, welches einen
weitgehend kompressionsfreien mittleren Hubbereich
und daran anschließend Kompressionsbereiche aufweist.
26. Pumpe nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß
das Förderelement (3) einen äußeren Ringflansch (25)
als Dämpfungskolben (28) der Dämpfungseinrichtung
(23) und als Dämpfungszylinder (29) einen erweiterten
Abschnitt (26) des Pumpenzylinders (4) aufweist und
daß der Dämpfungszylinder (29) innenseitig etwa im
mittleren Hubbereich eine Umströmungsausnehmung (30)
hat.
27. Pumpe nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß
die Umströmungsausnehmung (30) in Hubrichtung seit
liche Übergangsabschnitte (31) aufweist, in deren
Bereich die Dichtigkeit zwischen Dämpfungskolben (28)
und Dämpfungszylinder (29) in Richtung zu den Tot
punktstellungen vorzugsweise kontinuierlich zu
nimmt.
28. Pumpe nach einem der Ansprüche 25 bis 27, dadurch
gekennzeichnet, daß die Umströmungsausnehmungen (30)
durch eine Ringnut oder einen oder mehrere Ringnut
abschnitte (32) in der Dämpfungszylinderwand (33)
gebildet ist.
29. Pumpe nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet,
daß die Übergangsabschnitte (31) durch konische
Zylinderwandbereiche gebildet sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19873719460 DE3719460A1 (de) | 1986-07-03 | 1987-06-11 | Verfahren zum antreiben eines mit einem schwingankerantrieb verbundenen foerderelementes einer pumpe sowie danach arbeitende pumpe |
Applications Claiming Priority (2)
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DE3622340 | 1986-07-03 | ||
DE19873719460 DE3719460A1 (de) | 1986-07-03 | 1987-06-11 | Verfahren zum antreiben eines mit einem schwingankerantrieb verbundenen foerderelementes einer pumpe sowie danach arbeitende pumpe |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE3719460A1 true DE3719460A1 (de) | 1988-01-07 |
Family
ID=25845214
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19873719460 Withdrawn DE3719460A1 (de) | 1986-07-03 | 1987-06-11 | Verfahren zum antreiben eines mit einem schwingankerantrieb verbundenen foerderelementes einer pumpe sowie danach arbeitende pumpe |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3719460A1 (de) |
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-
1987
- 1987-06-11 DE DE19873719460 patent/DE3719460A1/de not_active Withdrawn
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