DE4106988A1 - Elektromagnetische verdraengerpumpe - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft generell elektromagneti­ sche Verdrängerpumpen und insbesondere eine geschlossene elektromagnetische Verdrängerpumpe zum Ansaugen und Ausgeben von Chemikalien, Lösungen usw.

Die geprüfte und veröffentlichte JA-Patentanmeldung 57-30 984 lehrt den grundlegenden Aufbau einer herkömmlichen elektro­ magnetischen Verdrängerpumpe. Diese herkömmliche elektromag­ netische Verdrängerpumpe weist einen Kolben auf, der durch die Wirkung eines Magnetfeldes und einer Feder hin- und her­ bewegt wird in einem Zylinder, der mit dem Kolben zusammen eine Arbeitskammer bildet. Eine Ansaug- und eine Ausgabeöf­ fnung sind im Zylinder vorgesehen; alternativ kann die An­ saugöffnung im Kolben und die Ausgabeöffnung im Zylinder enthalten sein.

Die herkömmliche elektromagnetische Verdrängerpumpe ist für Gas geeignet, läßt sich aus Gründen der Konfiguration aber nicht ohne Schwierigkeiten für Flüssigkeiten verwenden. Da weiterhin in der herkömmlichen elektromagnetischen Verdrän­ gerpumpe das Strömungsmittel den Kolben unmittelbar kontak­ tiert, läßt sie sich unabhängig vom Unterschied zwischen Gas und Flüssigkeit nicht ohne Schwierigkeiten für korrodierende Strömungsmittel verwenden. Daher ist die Anwendung dieser elektromagnetischen Verdrängerpumpe nicht auf den gewünsch­ ten breiten Bereich von Strömungsmitteln erweiterbar.

Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine ver­ besserte elektromagnetische Verdrängerpumpe anzugeben, die von den oben erwähnten Nachteilen des Standes der Technik frei ist.

Insbesondere ist es ein Ziel der Erfindung, eine elektromag­ netische Verdrängerpumpe anzugeben, die für Lösungsmittel, Chemikalien und eine breite Vielfalt von Strömungsmitteln einschl. korrodierender Gase und Flüssigkeiten geeignet ist.

Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine elektromagnetische Verdrängerpumpe mit einem in mindestens einer Richtung elektomagnetisch bewegbaren Kolben einen Rahmen, an den ein den Kolben betätigender elektromagneti­ scher Kreis angebracht ist, einen ersten Zylinder, dessen eines axiales Ende am Rahmen festgelegt und dessen anderes Ende geschlossen ist und den Kolben hin- und herbewegbar aufnimmt, wobei der Kolben so gestaltet ist, daß bei seinem Hin- und Herlauf im ersten Zylinder kein Druck entsteht, einen zweiten Zylinder, dessen eines Ende in Axialrichtung am Rahmen festgelegt ist und den ersten Zylinder koaxial so umgibt, daß eine Arbeitskammer zwischen den Zylindern ent­ steht, und einen zusätzlichen Kolben auf, der in der Ar­ beitskammer enthalten ist, um ein Strömungsmittel anzusaugen und auszugeben. Im zweiten Zylinder sind eine Ansaug- und eine Ausgabeöffnung mit jeweils einem Ventil zur Verbindung der Arbeitskammer mit der Außenwelt enthalten; eine Federanordnung komprimiert und expandiert entsprechend der Bewegung des anderen Kolbens und eine magnetische Kopplungs­ einrichtung koppelt den Kolben und den zusätzlichen Kolben magnetisch in radialer Richtung.

Bei der erfindungsgemäßen elektromagnetischen Verdränger­ pumpe sind zwei Kolben durch den ersten Zylinder vollständig voneinander getrennnt und werden von der magnetischen Kopp­ lungseinrichtung miteinander so gekoppelt, daß infolge der Anziehungskraft der beiden Permanentmagneten von der Hin- und Herbewegung des Kolben im ersten Zylinder ein weiterer Kolben durch die magnetische Wirkung bzw. durch die Magnete abwechselnd mit der Federwirkung hin und her mitgenommen wird, wobei das Strömungmittel durch die Ansaug- und die Ausgabeöffnung im zweiten Zylinder abwechselnd angesaugt und ausgegeben wird.

Da bei der erfindungsgemäßen elektromagnetischen Verdränger­ pumpe die Arbeitskammer für das Strömungsmittel auch ohne Dichtung durch die beiden Zylinder vollständig isoliert ist, kann es nicht zur Antriebsseite des Kolbens gelangen, der es pumpt; diese Verdrängerpumpe läßt sich für beliebige Strö­ mungsmittel wie Gase und Flüssigkeiten anwenden. Die erfin­ dungsgemäße Pumpe ist daher sehr gut geeignet bspw. für Lösungsmittelabsaugvorrichtungen oder das Absaugen lösungs­ mittelhaltiger Gase. Die erfindungsgemäße elektromagnetische Verdrängerpumpe hat daher den erheblichen Vorteil, daß sie für einen breiten Bereich von Strömungsmitteln anwendbar ist. Soll weiterhin ein korrodierendes Strömungsmittel ge­ pumpt werden, braucht nicht die gesamte Pumpe aus korrosi­ onsfestem Werkstoff zu bestehen, so daß die Fertigungskosten erheblich geringer werden.

Weitere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung erge­ ben sich aus der folgenden Beschreibung und aus der Durch­ führung der Erfindung. Diese Ziele und Vorteile der Erfin­ dung lassen sich durch die in den beigefügten Ansprüchen dar­ gelegten Merkmale und Besonderheiten erreichen.

Die beigefügten Zeichnungen zeigen eine derzeit bevorzugte Ausführungsform der Erfindung und sollen gemeinsam mit der vorhergehenden allgemeinen Beschreibung der Erfindung und der folgenden speziellen Beschreibung einer bevorzugten Aus­ führungsform derselben ihre Prinzipien erläutern.

Die beigefügten Zeichnungen zeigen die bevorzugte Ausfüh­ rungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 1 ist eine schaubildliche Schnittdarstellung einer elektromagnetischen Verdrängerpumpe bei strom­ losgeschaltetem Elektromagnet und

Fig. 2 ist eine schaubildliche Schnittdarstellung der elektromagnetischen Verdrängerpumpe bei erregtem Elektromagnet.

Es wird nun anhand der Fig. 1 und 2 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektromagnetischen Verdrängerpumpe be­ schrieben.

Wie die Fig. 1 zeigt, weist eine elektromagnetische Verdrän­ ger- bzw. Kolbenpumpe 1 einen Innenkolben 2, der in Axial­ richtung hin- und hergeführt wird, sowie einen Außenkolben 3 auf, der in der gleichen Richtung wie der Innenkolben 2 hin- und herbewegbar ist. Der Innenkolben 2 sitzt in einem ersten Zylinder 4, der Außenkolben 3 in einem zweiten Zylin­ der 5, der außerhalb des ersten Zylinders 4 mit diesem ko­ axial angeordnet ist, wobei die Innen- und Außenumfangsflä­ chen des Außenkolbens 3 in Gleitberührung mit dem ersten und zweiten Zylinder 4, 5 stehen. Der erste und der zweite Zy­ linder 4, 5 sind mittels eines Dichtrings 8 dicht abge­ schlossen auf der Stirnwand eines Rahmens 7 festgelegt, in dem ein magnetischer Kreis 6 zum Antrieb des Innenkolbens 2 angeordnet ist.

Innerhalb des Rahmens 7 befindet sich ein Elektromagnet 11, dessen Spule 10 auf einen Feldkern 9 gewickelt ist. In der Mitte des Innenkolbens 2 befindet sich der Anker 12. Der Elektromagnet 11, der Anker 12, eine (nicht gezeigte) Steu­ erschaltung usw. stellen den magnetischen Kreis 6 dar.

Der erste Zylinder 4 ist so dünn, daß er die magnetische Permeabilität nicht beeinträchtigt, und ist als Zylinder mit einer Bodenfläche aus einem nichtmagnetischen Werkstoff wie nichtrostender Stahl oder dergl. ausgeführt. Der Kopf 5a des zweiten Zylinders 5 enthält eine Ansaugöffnung 15 und eine Ausgabeöffnung 16 jeweils mit einem Ventil 13 bzw. 14.

Der Innenkolben 2 weist einen vorderen und einen hinteren Kolbenteil 2a bzw. 2b auf, zwischen denen in der Mitte der elektromagnetische Anker sitzt. Der vordere Kolbenteil 2a ist in den ersten Zylinder 4, der hintere Kolbenteil 2b in einen zylindrischen Abschnitt innerhalb des Rahmens 7 einge­ setzt. Innerhalb des Innenkolbens 2 ist eine Schraubfeder 17 zwischen den hinteren Kolbenteil 2b und den rückwärtigen Teil des Rahmens eingesetzt; eine Hilfsfeder 18, die schwä­ cher ist als die Schraubfeder 17, sitzt zwischen dem Vorder­ kolben 2a und dem ersten Zylinder 4. Der Innenkolben 2 liegt auf der Achse des Rahmens 7. Im Ruhezustand der Pumpe (Dar­ stellung der Fig. 1) ist der Anker 12 vom Feldkern 9 weg ge­ ringfügig zum ersten Zylinder 4 hin verschoben. Der vordere Kolbenteil 2a enthält eine kleine Bohrung 2c, so daß der In­ nenraum des ersten Zylinders 4 nicht dicht abgeschlossen ist.

Der Außenkolben 3 ist als Becher ausgeführt, der das äußere Ende des ersten Zylinders 4 umfaßt und zwischen diesem und dem zweiten Zylinder 5 eine Arbeitskammer 19 entsteht, deren Volumen mit der Hin- und Herbewegung des Außenkolbens 3 zu- und abnimmt. Auf den Außenkolben sind Resonanzfedern 20, 21 in Axialrichtung aufgesetzt, die die Hin- und Herbewegung glätten.

Separate Permanentmagneten 22, 23 sind auf dem Innen- und dem Außenkolben 2 bzw. 3 so vorgesehen, daß sie inner- bzw. außerhalb des ersten Zylinder 4 einander gegenüberliegen.

Während der erste Zylinder 4 den Innen- und den Außenkolben 2, 3 vollständig voneinander trennt, werden sie von den beiden Permanentmagneten 22, 23 ständig miteinander gekop­ pelt.

Es soll nun die Arbeitsweise der oben beschriebenen Ausfüh­ rungsform erläutert werden.

Im magnetischen Kreis 6 wird eine anliegende Wechselspannung von einer Steuerschaltung (nicht gezeigt) einweggleichge­ richtet und erregt den Elektromagneten 11 intermittierend und periodisch. Wenn erregt, zieht der Elektromagnet 11 (vergl. Fig. 2) den Anker 12 an; dadurch und mit der Kraft der Hilfsfeder 18 werden der Innenkolben 2 in axialer Rich­ tung bewegt und die Schraubfeder 17 komprimiert. Währenddes­ sen wird entsprechend dem Innenkolben 2 auch der Außenkolben 3 durch die Permanentmagneten 22, 23 bewegt, die einander durch den ersten Zylinder 4 hindurch anziehen; das Volumen der Arbeitsklammer 19 wird dadurch vergrößert. Wie in Fig. 1 gestrichelt gezeigt, öffnet dabei das Ansaugventil 13, so daß Strömungmittel aus der Ansaugöffnung 15 in die Arbeits­ kammer 19 strömen kann.

Erhält der Elektromagnet 11 keine Spannung mehr und ist er nun stromlos, wird der Innenkolben 2 von der Gegenkraft der Schraubfeder 17 zurückbewegt. Entsprechend dieser Bewegung des Innenkolbens 2 bewegt sich auch der Außenkolben 3 und verringert das Volumen der Arbeitskammer 19, so daß, wie in Fig. 1 gestrichelt gezeigt, das Auslaßventil 14 öffnet und das Strömungsmittel in der Arbeitskammer 19 durch die Aus­ laßöffnung 16 ausströmt. Dieser gesamte Vorgang wiederholt sich, so daß das Strömungsmittel an einen gewünschten Ver­ braucher geschickt wird.

Bei der wie oben beschrieben arbeitenden elektromagnetischen Verdrängerpumpe ist die Arbeitskammer 19 vom magnetischen Kreis 6 und dem Innennkolben 2, der als Antrieb wirkt, voll­ ständig getrennt, so daß das Strömungsmittel durch sie flie­ ßen kann; genauer gesagt: Strömungsmittel befindet sich nur in dem Raum zwischen dem ersten Zylinder 4 und dem zweiten Zylinder 5. Die erfindungsgemäße elektromagnetische Verdrän­ gerpumpe 1 ist also sowohl für Gase als auch für Flüssigkei­ ten geeignet. Auch wenn das Strömungsmittel korrodierend ist, brauchen nur die die Arbeitskammer 19 bildenden Zylin­ der 4, 5 und Teile der Anordnung wie der Außenkolben 3 aus korrosionsfestem Werkstoff zu bestehen.

Claims (6)

1. Elektromagnetische Verdrängerpumpe (1) mit einem in mindestens einer Richtung elektromagnetisch bewegbaren Kol­ ben, gekennzeichnet durch
einen Rahmen (7) zur Halterung eines den Kolben (2) be­ tätigenden elektromagnetischen Kreises (6),
einen ersten Zylinder (4), dessen eines axiales Ende am Rahmen (7) befestigt und dessen anderes Ende geschlossen ist und den Kolben (2) enthält derart, daß der Kolben (2) in ihm hin- und herlaufen kann, wobei der Kolben (2) so gestaltet ist, daß er beim Hin- und Herlauf im ersten Zylinder (4) keinen Druck erzeugt,
einen zweiten Zylinder (5), dessen eines axiales Ende am Rahmen (7) befestigt ist und der den ersten Zylinder ko­ axial unter Bildung einer Arbeitskammer zwischen den Zylin­ dern umgibt,
einen in der Arbeitskammer hin- und herbewegbaren zu­ sätzlichen Kolben (3) zum Ansaugen und Ausgeben eines Strö­ mungsmittels,
eine Ansaugöffnung (15) und eine Ausgabeöffnung (16) im zweiten Zylinder (5) mit jeweils einem Ventil (13 bzw. 14), wobei die Ansaug- und die Ausgabeöffnung die Arbeitskammer (19) über die Ventile (13 bzw. 14) mit der Außenwelt ver­ binden,
eine Federanordnung (20, 21), die mit der Bewegung des zusätzlichen Kolbens (3) abwechselnd komprimiert und expan­ diert werden, und
eine magnetische Kopplungseinrichtung (22, 23), die den Kolben (2) und den zusätzlichen Kolben (3) radial koppelt.

2. Verdrängerpumpe nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der erste Zylinder (4) aus nichtmagnetischem Werkstoff besteht, daß der zusätzliche Kolben (3) becherförmig gestaltet ist und das andere Ende des ersten Zylinders (4) aufnimmt, und daß die magnetische Kopplungseinrichtung (22, 23) zwei Permanentmagneten auf­ weist, von denen einer am Kolben (2) und der andere am zu­ sätzlichen Kolben (3) einander inner- und außerhalb des er­ sten Zylinders (4) gegenüberliegend angebracht sind.

3. Verdrängerpumpe nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der magnetische Kreis (6) einen am Rahmen (7) befestigten Kern (9) sowie mindestens zwei symmetrisch und mittig in diesem angeordnete Magnet­ pole, eine auf den Kern (9) gewickelte Spule (10) sowie einen Anker (12) aufweist, der am Kolben (2) befestigt und zwischen den Magnetpolen axial bewegbar ist.

4. Verdrängerpumpe nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Kolben (2) einen vorderen Kolbenteil (2a), der eine Öffnung an beiden Enden in axialer Richtung enthält und axial im ersten Zylinder (4) geführt ist, einen im Rahmen (7) axial geführten hinteren Kolbenteil (2b) sowie einen Zwischenteil aufweist, auf dem sich der elektromagnetische Anker befindet.

5. Verdrängerpumpe nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Kolben eine Rückführfeder (17) um den Anker in die Ausgangslage relativ zum Kern zu­ rückführt, sowie eine Hilfsfeder (18) aufweist, die den Kol­ ben (2) mit einer schwächeren als der Kraft der Rückführfe­ der (17) in die entgegengesetzte Richtung drückt.

6. Verdrängerpumpe nach Anspruch 1 bis 5, gekenn­ zeichnet durch eine Federanordnung aus zwei Schraub­ federn (20, 21), die bei nicht erregtem magnetischem Kreis die beiden Permanentmagneten (22, 23) in die radial kleinst­ mögliche Entfernung voneinander drücken.