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 pumpe

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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.
DE19873719460 1986-07-03 1987-06-11 Verfahren zum antreiben eines mit einem schwingankerantrieb verbundenen foerderelementes einer pumpe sowie danach arbeitende pumpe Withdrawn DE3719460A1 (de)

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