DE4129018C2 - Pumpe, insbesondere Druckpumpe für ein gasförmiges oder flüssiges Strömungsmedium, insbes. für Luft - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Pumpe gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1.

In vielen Anwendungen sind kleine handliche, elektrisch betriebene Pumpen für gasförmige oder flüssige Medien, insbes. auch für Luft erforderlich.

Ein Anwendungsbereich für kleine elektrisch betriebene Luft-Kompressoren bildet beispielsweise der Fahrzeugbereich und dort speziell die pneumatische Verstellung von Fahrer­ sitzen.

Bekannt ist eine Pumpe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruches 1 (DE-PS 9 72 198), bei der an einem Spulen­ körper eine Stange befestigt ist, die beidendig jeweils einen in einem Arbeitszylinder verschiebbaren Kolben trägt. Die bekannte Konstruktion ist relativ aufwendig. Weiterhin ist es mit dieser bekannten Konstruktion nicht möglich, eine hohe Pumpenleistung mit hohen Wirkungsgrad und geringem Stromver­ brauch mit einer Vielzahl von Pumpenhüben je Zeiteinheit zu realisieren, da im bekannten Fall realtiv große Massen hin- und herbewegt werden müssen.

Bekannt ist weiterhin eine Pumpe (US 4 632 665), bei der der elektrische Antrieb wiederum einen Spulenkörper aufweist. Zusätzlich zu diesem ist ein Hohl-Kolben vorgesehen, der einen gegenüber den Durchmesser der Spule wesentlich redu­ zierten Querschnitt aufweist. Auch diese bekannte Konstruk­ tion ist aufwendig. Bekannt ist schließlich eine Flüssig­ keitsheliumpumpe (DE 29 15 199 B1) die wiederum von dem gleichen Konstruktionsprinzip wie der übrige Stand der Technik Gebrauch macht, nämlich davon, daß zusätzlich zum Antrieb bzw. zu der Teil des Antriebs bildenden Magnetspule noch ein ein gesondertes Konstruktionselement bildender Kolben vorgesehen ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Druckpumpe aufzuzeigen, die sich durch eine besonders einfache und kompakte Bauart auszeichnet.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Druckpumpe entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 ausgebildet.

Bei der erfindungsgemäßen Pumpe dient als elektrischer Antrieb die in einem magnetischen Ringspalt einer Permanent­ magnetanordnung angeordnete Spule, die mit einem sich in seiner Amplitude bzw. Richtung periodisch ändernden Wechsel­ strom, d. h. mit einem sinus- oder impulsförmigen Wechselstrom beaufschlagt wird. Unter Vermeidung von Rückstellelementen lassen sich hierbei bei geringer Stromaufnahme hohe Kräfte für das Hin- und Herbewegen des wenigstens einen Kolbens und damit auch hohe Drücke erreichen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die wenigstens eine Spule der Spulen­ anordnung auf einem hülsenartigen Element, z. B. Spulenkörper aus einem nichtmagnetischen Material, bevorzugt aus einem verschleißfesten und hochbelastbaren Kunststoff (z. B. Teflon) vorgesehen, wobei der Spulenkörper mit einer geschlossenen Seite den Kolben bzw. die Kolbenfläche bildet.

Die erfindungsgemäße Pumpe zeichnet sich durch einen ein­ fachen und kompakten Aufbau, durch kleine bewegte Massen sowie durch einen hohen Wirkungsgrad und geringe Strom­ aufnahme aus. Insbesondere werden bei der erfindungsgemäßen Pumpe auch Getriebeanordnungen zum Umwandeln beispielsweise einer Drehbewegung eines Elektromotors in die hin- und hergehende Kolbenbewegung vermieden.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unter­ ansprüche.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figur, die in vereinfachter Darstellung und im Längsschnitt eine Ausfüh­ rungsform der erfindungsgemäßen Pumpe wiedergibt, näher erläutert.

Die in der Figur dargestellte elektrisch betätigbare Pumpe eignet sich als Luftpumpe bzw. Luftkompressor und zeichnet sich durch eine besonders kleine, kompakte Bauart aus, so daß diese Pumpe insbes. auch für eine Verwendung in Kraftfahr­ zeugen, beispielsweise für eine pneumatische Verstellung eines Kraftfahrzeugsitzes geeignet ist.

Die Pumpe besteht aus einem Gehäuse, welches sich bei der dargestellten Ausführungsform aus drei ringförmigen Gehäuse­ teilen 1, 2 und 3 zusammensetzt, die jeweils achsgleich mit einer Längsachse L der Pumpe angeordnet sind und in Richtung dieser Längsachse aneinander anschließen. Die Gehäuseteile 1-3 sind an ihren Außen- und Innenflächen jeweils kreis­ zylinderförmig ausgebildet. Weiterhin weisen die Gehäuseteile 1-3 jeweils den gleichen Außendurchmesser auf. Die beiden äußeren Gehäuseteile 1 und 2 sind identisch ausgebildet und besitzen auch den gleichen Innendurchmesser. Das zwischen den Gehäuseteilen 1 und 2 angeordnete mittlere Gehäuseteil 3 besitzt einen im Vergleich zu den Gehäuseteilen 1 und 2 etwa größeren Innendurchmesser.

Die Gehäuseteile 1 und 2 bilden im Inneren jeweils einen Zylinderraum 4 mit veränderbarem Volumen, der an dem im Gehäuseteil 3 abgewandten Ende des Gehäuseteiles 1 bzw. 2 jeweils durch einen Zylinderdeckel 5 verschlossen ist und an der diesem Zylinderdeckel gegenüberliegenden Seite durch die Kolbenfläche 6 eines in Richtung der Längsachse L über einen vorgegebenen Hub hin- und herverschiebbaren Kolbens 7 begrenzt ist. Bei der dargestellten Ausführungsform ist der Kolben 7 als Doppelkolben mit zwei Kolbenflächen 6 für die beiden Zylinderräume 4 ausgebildet. Der maximale Hub des Kolbens 7 ist kleiner als die axiale Länge eines der beiden Gehäuseteile 1 bzw. 2.

Durch mehrere sich parallel zur Längsachse L erstreckende Spannbolzen 8 sind die beiden Zylinderdeckel 5 und die zwischen diesen angeordneten Gehäuseteile 1-3 miteinander verbunden bzw. verspannt, und zwar unter Verwendung jeweils einer Ringdichtung 8′ zwischen dem Gehäuseteil 1 bzw. 2 und dem benachbarten Zylinderdeckel 5. In jedem Zylinderdeckel 5 ist zum Ansaugen von Umgebungsluft ein Luftansaugkanal 9 mit auswechselbarem Luftfilter 10 sowie für die Abgabe der komprimierten Luft ein Auslaßkanal 11 mit einem Innengewinde zum Anschluß einer Druckluftleitung vorgesehen. Im Luft­ ansaugkanal 9 befindet sich ein Einlaßventil 12 und im Auslaßkanal 11 ein Auslaßventil 13.

Der Kolben 7 besteht im wesentlichen aus einer Hülse 14 aus Kunststoff (beispielsweise Teflon), die mit ihrer Achse achsgleich mit der Längsachse L angeordnet ist und an beiden Enden durch einen kreisscheibenförmigen, die jeweilige Kolbenfläche 6 bildenden Wandabschnitt 15 verschlossen ist, der senkrecht zur Längsachse L angeordnet und ebenfalls aus Kunststoff gefertigt ist. Bevorzug sind die Wandabschnitte 15 einstückig mit der Hülse 14 hergestellt.

Die Hülse 14 umschließt einen an seiner Außenfläche im wesentlichen kreiszylinderförmig ausgebildeten Kern 16, der mit seiner Achse achsgleich mit der Längsachse L angeordnet ist. Die Länge des Kernes 16 ist gleich oder in etwa gleich dem Abstand, den die einander zugewandten Innenfläche der Wandabschnitte 15 voneinander aufweisen, und zwar abzüglich des maximalen Hubes des Kolbens 7. An den beiden Enden bildet der Kern 16 jeweils einen Abschnitt 17 mit einem gegenüber dem sonstigen Außendurchmesser des Kernes 16 etwas ver­ größerten Außendurchmesser. Weiterhin ist die Länge des Kernes so gewählt, daß dieser im Bereich seiner beiden Enden und insbes. auch im Bereich der dortigen Abschnitte 17 von einer Teillänge des jeweiligen Gehäuseteiles 1 bzw. 2 konzentrisch umschlossen wird, so daß sich insbes. zwischen der Außenfläche des Abschnittes 17 und der Innenfläche des ringförmigen Gehäuseteiles 1 bzw. 2 ein Ringspalt 18 gerin­ gerer Breite ergibt, der in einen im wesentlichen zwischen der Innenfläche des Gehäuseteils 3 und der Außenfläche des Kernes 16 gebildeten Ringspalt 19 größerer Breite übergeht. In seiner Mitte ist der Kern 16 durch einen Gewindebolzen 20 gehalten, der sich radial zur Längsachse L durch das Gehäuseteil 3 sowie durch den Kern 16 hindurch erstreckt und mit seinem Gewinde in einem Gewinde des Gehäuseteiles 3 gehalten ist.

Die beiden Gehäuseteile 1 und 2 sind jeweils ringförmige Permanentmagneten, von denen jeder die beiden unterschied­ lichen Magnetpole an den Stirnseiten des Ringes aufweist. Das Gehäuseteil 3 besteht aus einem ferromagnetischen Material. Die Gehäuseteile 1 und 2 sind so angeordnet, daß sie jeweils mit dem Pol eines Typs, beispielsweise mit dem N-Pol auf einen der beiden Zylinderdeckel, beispielsweise auf den in der Figur linken Zylinderdeckel 5 weisen. Der Kern 16 ist ein stabförmiger Permanentmagnet, der an seinen Enden, d. h. an den dortigen Bereichen 17 die beiden unterschiedlichen Pole bildet und in bezug auf diese Pole in der gleichen Richtung orientiert ist, wie dies von den Gehäuseteilen 1 und 2 gebildeten Permanentmagneten, d. h. bei der für die Gehäuse­ teile 1 und 2 angenommenen Polung weist der N-Pol des Kernes 16 ebenfalls zu dem in der Figur linken Zylinderdeckel 5. Im Bereich der beiden Enden ist die Hülse 14 jeweils mit einer Ringspule 21 versehen, die die Längsachse L konzentrisch umschließt und in Richtung dieser Längsachse mehrere Win­ dungen nebeneinander aufweist sowie mehrlagig ausgebildet ist. Die axiale Länge jeder Ringspule 21 in Richtung der Längsachse L ist etwas größer als der maximale Hub des Kolbens 7 und zwar derart, daß in jeder der beiden End­ stellungen des Kolbens 7 die beiden Ringspulen 21 mit jeweils einem Teilbereich in dem zwischen der Außenfläche des Abschnittes 17 und der Innenfläche des Gehäuseteils 2 gebildeten Ringspalt 18 liegen.

Über hochflexible Leitungen sind die beiden Spulen 21 mit einer Quelle für einen in seiner Richtung sich periodisch ändernden Strom (sinus- oder impulsförmige Wechselspannung) anschließbar, so daß bei angeschlossenen Spulen 21 diese und damit auch der Kolben 7 insgesamt in Richtung der Längsachse L hin- und herbewegt wird. Für den Anschluß der Ringspulen 21 können auch Schleifkontakte vorgesehen sein.

Die beschriebene Pumpe zeichnet sich durch eine relativ einfache und kompakte Bauart aus und weist bei einer geringen Stromaufnahme und bei ausreichend hohem Druckauslaßkanal 11 einen hohen Wirkungsgrad auf. Insbes. vermeidet die Vor­ richtung auch Getriebe zur Umwandlung einer drehenden Antriebsbewegung in eine hin- und hergehende Bewegung für den Kolben 7.

Claims (10)

1. Pumpe, insbesondere Druckpumpe, für ein gasförmiges oder flüssiges Strömungsmedium, insbesondere für Luft, mit wenigstens einem, einen Arbeits- bzw. Zylinderraum (4) bildenden Zylinder, mit einem in dem Zylinder in einer Zylinderachse (L) um einen vorgegebenen Hub hin- und herbewegbaren Kolben (7), der eine den Arbeits- bzw. Zylinderraum (4) begrenzende Kolbenfläche (6) bildet, sowie mit einer einen elektrischen Antrieb für den Kolben (7) bildenden Magnetspulenanordnung, die ein hülsen­ artiges Element (14), welches an einem Ende mit einem Wandabschnitt (15) verschlossen ist, sowie wenigstens eine die Zylinderachse (L) konzentrisch umschließende Magnetspule (21) aufweist und die in einem die Zylinder­ achse (L) ebenfalls konzentrisch umschließenden Magnet­ spalt (18, 19) einer Permanentmagnetanordnung für eine hin- und hergehende Bewegung in Richtung der Zylinder­ achse (L) angeordnet ist, wobei die wenigstens eine Magnetspule (21) mit einem sich periodisch ändernden Strom beaufschlagbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das hülsenartige Element (14) den Kolben und der Wandab­ schnitt (15) des hülsenartigen Elementes die Kolbenfläche (6) bilden.

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie als doppelseitig wirkende Pumpe bezüglich Arbeitszylinder und Kolben jeweils symmetrisch zu einer die Zylinderachse (L) schneidenden Ebene ausgebildet ist.

3. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetspalt (18, 19) zwischen wenigstens einem äußeren ringförmigen Gehäuse (1-3) und einem inneren zylinderförmigen Kern (16) gebildet ist, und daß wenigstens ein äußeres ringförmiges Gehäuseteil (1, 2) und/oder der innere Kern (16) von einem Permanentmagneten gebildet sind.

4. Pumpe nach Anspruch 3 in Rückbeziehung auf Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (16) durch einen Gewindebolzen (20) in dem hülsenartigen Element (14) gehalten ist.

5. Pumpe nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Magnetspule (21) mit einem sich in seiner Richtung periodisch ändernden Strom, vorzugsweise mit einem sinusförmigen Wechselstrom oder mit einem impulsförmigen Strom beaufschlagbar ist.

6. Pumpe nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Magnetspule (21) wendelartig mit mehreren in Richtung der Zylinderachse (L) nebeneinander angeordneten Windungen ausgebildet ist.

7. Pumpe nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Magnetspule (21) radial zur Zylinder­ achse (L) mehrlagig ausgebildet ist.

8. Pumpe nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Magnetspule (21) oder die Magnetspulen­ anordnung in Richtung der Zylinderachse (L) eine axiale Breite aufweisen, die wenigstens gleich dem maximalen Hub des Kolbens (7) ist.

9. Pumpe nach einem der Ansprüche 3-8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß wenigstens ein äußeres ringförmiges Gehäuseteil (1, 2) mit seiner inneren Ringfläche wenigstens ein Teil der den Zylinderraum (4) radial begrenzenden Innenfläche des Arbeitszylinders bildet.

10. Pumpe nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Magnetspule (21) unmittelbar an­ schließend an dem die Kolbenfläche (6) bildenden Wand­ abschnitt (15) des Kolbens (7) vorgesehen ist.