DE602004008596T2

DE602004008596T2 - Schwingankerpumpe

Info

Publication number: DE602004008596T2
Application number: DE200460008596
Authority: DE
Inventors: Cesare Bottura; Vito Marchini
Original assignee: Olab SRL
Current assignee: Olab SRL
Priority date: 2004-06-11
Filing date: 2004-06-11
Publication date: 2007-12-27
Anticipated expiration: 2024-06-12
Also published as: DE602004008596D1; EP1607629B1; EP1607629A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schwingankerpumpe, die dazu geeignet ist, den Druck einer Flüssigkeit in einer Leitung zu erhöhen.
Unter verschiedenen bekannten Vorrichtungen, die für den Zweck geeignet sind, den Druck einer Flüssigkeit in einer Leitung zu erhöhen, sind Schwingankerpumpen sehr kostengünstig und kompakt, wie auch einfach im Prinzip ihres Betriebs und deshalb bei ihrer Herstellung, und dies macht sie verlässlich. Jedoch sind sie nicht dazu in der Lage, hohe Drücke zu erzeugen, und deshalb sind sie im Allgemeinen durch relativ anspruchslose Köpfe gekennzeichnet. Ein zusammengesetzter Kolben für eine Schwingankerpumpe ist in der US-A-6554588 dargestellt.
Es ist bekannt, dass das Prinzip des Betriebs, auf dem diese Vorrichtungen basieren, die Benutzung der Aktion eines sich ändernden Magnetfeldes ist, das durch den elektrischen Strom erzeugt wird, der durch einen Schaltkreis fließt.
Der geeignetste Schaltkreis, und deshalb der, welcher am weitesten verbreitet verwendet wird, um ein Magnetfeld H zu erzeugen, ist der Schaltkreis, der durch einen Elektromagnet mit einer Anzahl N Wicklungen gebildet wird, d.h. ein Leiter, in dem der elektrische Strom i, der durch ihn fließt, macht eine Anzahl N vollständiger Wicklungen in die gleiche Richtung. Die magnetomotorische Kraft f_mm ist das Produkt von N·i und zeigt an, dass die Kraft, die in Zusammenhang mit dem Magnetfeld steht, proportional sowohl zu der Stromstärke i als auch zu der Anzahl N von Wicklungen des Elektromagneten ist.
Wenn der Elektromagnet die klassische, geradlinige Gestalt hat, wirkt die magnetomotorische Kraft f_mm, die durch den Strom erzeugt wird, der durch ihn fließt, in dem inneren axialen Bereich des geradlinigen Elektromagneten. In diesem Bereich wird in der Praxis ein Magnetfeld erzeugt, das ähnlich dem ist, das durch die Gegenwart eines Paares magnetischer Pole N-S erzeugt wird, deren Orientierung auf bekannte Weise von der Richtung abhängt, in welcher der Strom i durch den Elektromagneten fließt.
Die herkömmlichen Vorrichtungen, die den Stand der Technik von Schwingankerpumpen bilden, sieht die Gegenwart eines sogenannten sich bewegenden Kerns vor, d.h. eines Elements, das aus einem ferromagnetischen Material gefertigt ist, der im Inneren eines geradlinigen Elektromagneten angeordnet ist, wie zuvor beschrieben, und von einem Strom i gekreuzt wird.
Besagter sich bewegender Kern, üblicherweise angeordnet im Inneren eines Führungselements, welches beispielsweise buchsenartig ausgebildet sein kann, wird induziert, um sich entsprechend besagter f_mm zu bewegen. Offensichtlich ist, da die magnetomotorische Kraft f_mm eine Vektorgröße ist, wie auch der Strom i, der sie erzeugt, die magnetomotorische Kraft f_mm in eine Richtung wirkend, wenn der Strom i ein Gleichstom ist, während, wenn der Strom i ein sinusförmiger Wechselstrom ist, ist die magnetomotorische Kraft f_mm, die er erzeugt ebenfalls vom sinusförmigem, wechselnden Typ.
Das Vorhandensein einer sich ändernden magnetomotorischen Kraft f_mm im Inneren der Windung des Elektromagneten bewirkt, dass der sich bewegende Kern eine wechselnde translatorische Bewegung im Inneren besagten Elektromagneten durchführt.
In der Praxis erzeugt daher ein Wechselstrom eine Rück-und-Vor-Bewegung des sich bewegenden Kerns, und diese Bewegung kann herkömmlicher Weise verwendet werden, um den Saug-Druck-Effekt einer Schwingankerpumpe zur Verfügung stellen, bei welcher der sich bewegende Kern die Funktion eines saugenden und fördernden Kolbens übernimmt.
Wie eingangs erwähnt, sind bekannte Vorrichtungen, welche dieses Funktionsprinzip verwenden, nicht frei von Nachteilen, insbesondere in Bezug auf die niedrigen Werte des Förderdrucks und den Kopf. Um höhere Förderdruckwerte zu erreichen, ist es erforderlich, die magnetomotorische Kraft f_mm zu erhöhen, dies mittels Wirkens mit einem erhöhten Strom der Energieversorgung des Elektromagneten und/oder mittels Erhöhung der Anzahl der Wicklungen desselben. Dies bringt mit sich den Nachteil schließlich Vorrichtungen mit sehr großen und sperrigen Elektromagneten auf Grund der großen Anzahl von Wicklungen N haben, und dass der Wert des elektrischen Widerstands gering gehalten werden muss, selbst mit großen Strömen i im Elektromagneten.
Um diese Nachteile zu umgehen, ist es möglich, den Wert der magnetischen Induktion B zu erhöhen, ohne die Leistung und das Gewicht der Windungen des Elektromagneten (oder der Spule) zu erhöhen. Um dieses Ziel zu erreichen, ist es ausreichend, sich daran zu erinnern, dass der Wert der magnetischen Induktion B, d.h. der Effekt des Magnetfeldes H bestimmt wird durch B = μr·μ0·Hwobei H der Wert des Magnetfeldes ist,
μ₀ der Wert der magnetischen Permeabilität des Vakuums (μ₀ = 4·10^–7) ist,
μ_r der Wert der relativen magnetischen Permeabilität des Mediums ist, in dem die magnetische Induktion erzeugt wird.
Ferromagnetische Materialien haben werden von μ_r, die in die Zehntausende reichen, und deshalb erhöht die Gegenwart eines geeignet gewählten ferromagnetischen Materials, das im Inneren des durch den Elektromagneten erzeugten Magnetfeldes H angeordnet ist, den Wert besagter Induktion.
Eine Lösung, die in bekannten Vorrichtungen angewendet wird, um die Effektivität der magnetischen Induktion B zu erhöhen, besteht darin, zylindrische Buchsen aus ferromagnetischem Material in der Nähe der Enden des Elektromagneten und koaxial zu besagtem Elektromagneten zu positionieren. Besagte magnetische Buchsen erhöhen den N-S-Polarisationseffekt des Magnetfeldes, erhöhen die Zugkraft, die auf den sich bewegenden Kern wirkt, der im Inneren des Elektromagneten und im Inneren besagter magnetischer Buchsen gleiten kann. Dies erhöht den Saug-Druck-Effekt der Pumpe.
Herkömmliche Lösungen für oszillierende Kolbenpumpen haben Mittel zum Regeln des Fluidstroms, d.h. Strömungsregel- oder an/aus-Ventile, die abwechselnd den Einlass und den Auslass regeln oder schließen, und die jeweils nahe der Ansaug- und Auslassleitung angeordnet sind, oder beide nahe nur einer der Leitungen, entweder der Ansaugleitung oder der Auslassleitung, angeordnet sind, und die auch außerhalb des Elektromagneten der Spule angeordnet sind.
Die Fluidströmungs-Regelventile werden üblicherweise mittels Federn in abdichtender Stellung gehalten, die eine geeignet gewählte Steifigkeit haben.
Andere Nachteile beeinflussen auch die Vorrichtungen des Standes der Technik, welche die oben beschriebenen Lösungen verwenden. Unter diesen Nachteilen ist es sicherlich möglich, die konstruktive Komplexität aufzunehmen, da die zwei ferromagnetischen Buchsen an den Enden des Elektromagneten angeordnet sein müssen, und da sie voneinander durch ein drittes ringförmiges Element getrennt werden müssen, benannt als Abstandshalter, der koaxial zu den beiden Buchsen eingepasst ist und aus einem dielektrischen Material gefertigt ist, beispielsweise aus Kunststoff. Darüber hinaus wird ein offensichtliches Bedürfnis empfunden, entsprechend ausgestattete Wicklungen zu erzeugen, die spezifisch für die Anwendung sind, d.h. in der Lage, die ferromagnetischen Lager, den zylindrische Ärmel der Pumpe und den sich bewegenden Kern aufzunehmen, während die Bewegung des Durchflussregelventils ausschließlich durch die Druck/Entlastungszyklen des Fluids bestimmt werden, ohne die Trägheitskräfte zu nutzen, die durch die hin- und hergehende Bewegung der oszillierenden Komponente erzeugt werden.
Ein anderer Nachteil, der den Stand der Technik beeinflusst, ist die Gegenwart der Federn, die erforderlich sind, um die Fluidströmungsregelventile sowohl am Einlass als auch am Auslass in der Abdichtungsstellung zu halten oder zurückzuholen.
Das Erfordernis, besagte Federn vorzusehen, erhöht die Komplexität des Designs bekannter Arten von oszillierender Kolbenpumpen, und erfordert auch das geeignete Bemessen der Größe dieser Komponenten und das Vorsehen von geeigneten Sitzen, um die aufzunehmen.
Ein anderer Nachteil bei der Verwendung von abdichtenden Federn ist, dass es erforderlich ist, die koaxiale Anordnung besagter Feder in Bezug auf die entsprechende Dichtung, die mit ihr in Zusammenhang steht, beizubehalten, die beispielsweise pilzförmig sein kann. Das Erfordernis, eine korrekte Ausrichtung der Feder mit der entsprechenden Dichtung zu haben, erhöht die Komplexität der Schritte für den Zusammenbau der Vorrichtung.
Ein anderer Nachteil von Schwingankerpumpen, die Ventilanordnungen verwenden, welche durch eine Feder und eine Dichtung gebildet werden, wird durch die Abdichtung besagter Ventile gebildet, wenn die Pumpe aus ist. Die Federn der abdichtenden Ventile müssen tatsächlich ausreichend verformbar sein, um es besagtem Ventil zu ermöglichen, einfach mittels des Zusammenspiels von Drücken zu öffnen. Dieses funktionelle Erfordernis führt zu der Tatsache, dass besagte Federn keine sehr hohen elastischen Konstanten und deshalb eine hohe Steifigkeit haben können. Dies bringt mit sich, dass, wenn die Pumpe aus ist und deshalb der Druck des Fluids nicht die Schließwirkung, die von der Feder durchgeführt wird, unterstützt, eine Leckage oder ein Tropfen auftreten kann.
Einige herkömmliche Vorrichtungen verwenden als Einlass- und Auslassventile pilzförmige Dichtungen, die an den oben beschriebenen abdichtenden Federn angebracht sind. Diese pilzförmigen Dichtungen haben einen halbkugelförmigen Querschnitt, der an einer Fläche anliegt, um die Einlass- bzw. Auslassleitung zu verschließen, die geeignet stufenförmig oder auf andere Weise mit einer scharfen Kante versehen ist. Das Erfordernis, die Einlass- bzw. Auslassleitungen mit scharfen Kanten zu gestalten, bringt eine weitere Komplizierung des Designs besagter Vorrichtung mit sich. Zusätzlich zur Erhöhung der Komplexität des Designs der Vorrichtung, bringt die Tatsache, dass eine halbkugelförmige Dichtung, die an eine scharfkantige Abdichtfläche anliegt, vorgesehen werden muss, den zusätzlichen Nachteil mit sich, dass besagte Dichtung Beschädigungen weiter ausgesetzt ist; beispielsweise kann die Dichtung den Eindruck des metallischen abdichtenden Sitzes enthalten, und, wenn besagter Eindruck nicht länger exakt mit dem entsprechenden Sitz übereinstimmt, beispielsweise auf Grund axialer Verschiebungen der besagten Dichtung, können Abdichtungsprobleme auftreten.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schwingankerpumpe zur Verfügung zu stellen, die dazu in der Lage ist, die oben genannten Nachteile zu beseitigen oder zu verringern.
In diesem Ziel ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schwingankerpumpe zur Verfügung zu stellen, die keine ferromagnetischen Buchsen hat, gleichzeitig die gleiche Funktion erreicht, die durch besagte Buchsen beim Erhöhen der magnetischen Induktion durchgeführt werden.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schwingankerpumpenvorrichtung zur Verfügung zu stellen, die auf dem Prinzip des Betriebs elektrischer Ventile beruht, so dass es möglich ist, Synergien und Wirtschaftlichkeit in einem Maßstab zur Verfügung zu stellen, der bei der industriellen Herstellung verwendet werden kann.
Dieses Ziel und diese und andere Aufgaben, die im Folgenden besser ersichtlich werden, werden durch eine Schwingankerpumpe erreicht, die eine Spule bekannter Art, welche mit einer langgestreckten Elektromagnet-Wicklung von N Wicklungen mit einer Längsachse versehen ist, eine Ansaugleitung, die koaxial zu besagter Längsachse ist, eine Auslassleitung, die auch koaxial zu besagter Längsachse ist, erste und zweite Ventilmitteln aufweist, die dazu geeignet sind, die Strömung des durchströmenden Fluids in der Ansaugleitung bzw. in der Auslassleitung zu regeln, ferner aufweisend im Inneren der Spule und koaxial hierzu einen sich bewegenden Kern, der aus einem ferromagnetischen Material gefertigt ist, der eine Leitung des sich bewegenden Kerns aufweist, die an ihrem oberen Ende durch einen Einsatz verschlossen ist, der in einer axialen Leitung vorgesehen ist. Der sich bewegende Kern wird durch eine Buchse unterstützt, die aus einem nicht ferromagnetischen Material gefertigt ist, und die auch koaxial zu der Spule ist, und der Kern kann sich frei in axialer Richtung im Inneren der Buchse bewegen. Die Schwingankerpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner einen festen Kern aufweist, der auch aus einem ferromagnetischen Material bestezt, und an einem der Enden des Elektromagneten der Spule angeordnet ist, und dazu geeignet ist, die magnetische Induktion des Schaltkreises zu erhöhen, wenn die Spule von einem elektrischen Strom i durchströmt wird, wobei der feste Kern ferner dazu in der Lage ist, als ein magnetisch anziehender Pol für den sich bewegenden Kern zu wirken, und er ist ferner dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Ventilmittel im Inneren des sich bewegenden Kerns angeordnet ist.
Weitere Charakteristiken und Vorteile der Erfindung werden besser ersichtlich aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten, aber nicht ausschließlichen Ausführungsbeispiel einer Schwingankerpumpe gemäß der Erfindung, die anhand eines nicht beschränkenden Beispiels unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen dargestellt, wobei:
1 eine teilweise geschnittene Frontansicht der Schwingankerpumpe gemäß der Erfindung ist, mit dem sich bewegenden Kern in der Ventilverschlussstellung;
1a eine querverlaufende Schnittdarstellung der ersten regenschirmartigen Dichtung oder des Saugventils gemäß der Erfindung ist;
1b eine querverlaufende Schnittdarstellung der zweiten regenschirmartigen Dichtung oder des Saugventils gemäß der Erfindung ist;
2 eine identische, teilweise geschnittene Frontansicht der Schwingankerpumpe gemäß der Erfindung ist, während dem Schritt des Ansaugens und gleichzeitigen Abgebens, wobei das Saugventil offen und das Auslassventil geschlossen ist;
2a eine vergrößerte Ansicht eines Details von 2 ist, welche das Saugventil in der offenen Stellung darstellt;
3 eine identische, teilweise geschnittene Frontansicht der Schwingankerpumpe gemäß der Erfindung ist, während des Transport des Fluids im Inneren der Pumpe, wobei das Auslassventil offen und das Saugventil geschlossen ist;
3a eine vergrößerte Ansicht eines Details von 3 ist, welche das Auslassventil in der offenen Stellung darstellt;
4 eine identische, teilweise geschnittene Frontansicht eines elektrischen Ventils bekannter Art ist.
Unter Bezugnahme auf 1, weist die Schwingankerpumpe 1 gemäß der Erfindung eine Spule 7 auf, welche durch die Wicklung von N Windungen gebildet wird, welche mit einem Strom i versorgt wird, der ein Magnetfeld H erzeugt.
Die Spule 7 wird vorzugsweise durch eine Kupferwicklung, durch einen Anker, gefertigt aus galvanisiertem Stahl, und durch isolierende Teile, üblicherweise gefertigt aus Kunststoff, gebildet, wie es dem Fachmann bekannt ist. Die Spule 7 ist vorzugsweise verkeilt oder verzahnt, und wird durch den elastischen Ring 4 auf der Buchse 12 gehalten, die aus einem nicht-ferromagnetischen Material gefertigt ist, beispielsweise aus Messing oder Kunststoff, und ist auf das Ansauganschlussstück 2 geschraubt, das ebenfalls aus einem nicht-ferromagnetischen Material gefertigt ist.
Unter Bezugnahme auf 1 ist es möglich, eine Symmetriachse A für die Spule 7 zu erkennen, welche die Symmetrie-Längsachse der Elektromagnetwicklung mit N Windungen ist. Die Schwingankerpumpe gemäß der Erfindung hat eine axiale Symmetrie in Bezug auf diese Symmetrieachse A des Elektromagneten, und insbesondere tritt der Flüssigkeitsstrom in Leitungen auf, die koaxial zu besagter Achse A sind.
Ein fixierter Abstandshalter 13, üblicherweise gefertigt aus Messing oder Kunststoff, ist zwischen die Buchse 12 und das Ansauganschlussstück 2 gelegt und bildet eine Abdichtung sowohl an der Buchse 12 als auch an dem Ansauganschlussstück 2 dank der Dichtungen 14 und 15 vom O-Ring-Typ, die aus einem Elastomer gefertigt sind.
Um den Fluidstrom sicherzustellen, ist der Abstandshalter 13 axial mit einer zentralen, unterstützenden Öffnung 13a und mit einer Mehrzahl von Fluiddurchlassöffnungen 13b versehen, die um die zentrale Öffnung 13a angeordnet sind.
Ein erstes Ventilmittel ist zwischen der Ansaugleitung 2b und dem Abstandshalter 13 im Inneren besagten Abstandshalters 13 und insbesondere in der zentralen unterstützenden Öffnung 13a eingelegt, und wird bei dem Ausführungsbeispiel von 1 durch eine erste Dichtung 3 gebildet, vorzugsweise gefertigt aus einem regenschirmartig geformten Elastomer mit einem Stiel 3a, der mit einer Ausbuchtung an seinem freien Ende versehen ist. Besagter Stiel 3a ist in die zentrale unterstützende Öffnung 13a eingesetzt bis er die erste Dichtung 3 in der richtigen Position blockiert, die durch das Verriegeln der Ausbuchtung 3b eingestellt bleibt. Die obere Klappe 3c der regenschirmartigen Dichtung 3 verweilt an der Innenfläche des Abstandshalters 13, um so die Fluiddurchlassöffnungen 13b abzudecken. Mit dieser regenschirmartigen Ausgestaltung der Dichtung 3 wird, wenn die obere Klappe 3c auf den Fluiddurchlassöffnungen 13b verweilt, ein Durchströmen des Fluids von unten über besagte Dichtung 3 verhindert. Um ein Durchströmen von Fluid zu ermöglichen, muss sich die obere Klappe 3c anheben, um die Fluiddurchlassöffnungen 13b offen zu lassen.
Der aus ferromagnetischem Edelstahl gefertigte, sich bewegende Kern 9, ist stattdessen im Inneren der Buchse 12 angeordnet. Der sich bewegende Kern 9 ist im Wesentlichen wie ein hohler Zylinder geformt, und ist innen mit einer Kammer oder Leitung 9c versehen. Am Boden besagter Kammer oder Leitung 9c ist eine zentrale unterstützende Öffnung 9c, und es sind dort eine Mehrzahl von Fluiddurchlassöffnungen 9a um die zentrale unterstützende Öffnung 9d herum angeordnet. Um besagte unterstützende Öffnung 9d zu verschließen, ist ein zweites Ventilmittel vorgesehen, welches im Inneren besagten bewegten Kerns 9 angeordnet ist, und bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel durch eine zweite Dichtung 5 gebildet ist, die vollständig gleich zur ersten Dichtung 3 ist. Wie die erste Dichtung 3 ist besagte zweite Dichtung regenschirmartig geformt, mit einem Stiel 5a, der mit einer Ausbuchtung 5b endet, und einer oberen Klappe 5c. Besagter Stiel 5a ist in die unterstützende Öffnung 9d eingeführt, bis sie die zweite Dichtung 5 in der richtigen Schließstellung verriegelt, welche durch das Verriegeln der Ausbuchtung 5b definiert wird. Die obere Klappe 5c der regenschirmartigen Dichtung 5 verweilt an der Innenfläche des sich bewegten Kerns 9, um so die Fluiddurchlassöffnungen 9a abzudecken. Mit dieser regenschirmartigen Ausgestaltung der zweiten Dichtung 5 wird, wenn die obere Klappe 5c auf den Fluiddurchlassöffnungen 9a verweilt, ein Durchströmen des Fluids von unten über besagte Dichtung 5 verhindert. Um ein Durchströmen von Fluid zu ermöglichen, muss sich die obere Klappe 5c anheben, um die Fluiddurchlassöffnungen 9a offen zu lassen.
Ein aus ferromagnetischem Edelstahl gefertigter Einsatz 6 ist beim beschriebenen Ausführungsbeispiel an der Spitze des sich bewegenden Kerns 9 vorgesehen, und ist verlässlich starr im Inneren besagten sich bewegenden Kerns 9 angekoppelt. Der Einsatz 6 wird im Inneren von einer axialen Leitung 6a gekreuzt, und wirkt zusätzlich zum Schließen in einem oberen Bereich des sich bewegenden Kerns 9 als Träger für eine Feder 10, die vorzugsweise aus Edelstahl gefertigt ist.
In seinem oberen Teil ist die Buchse 12 durch den festen Kern 11 geschlossen, der auch als Auslassleitung wirkt, da er in axialer Richtung mit der Auslassleitung 11a versehen ist. Besagte Feder 10 wirkt zwischen dem Einsatz 6, der starr mit dem sich bewegenden Kern 9 gekoppelt ist, und dem festen Kern 11.
Die Abdichtung zwischen der Buchse 12 und dem festen Kern 11 wird durch eine ringförmige Dichtung 17 sichergestellt, vorzugsweise gefertigt aus PTFE.
Das Wirkungsprinzip der erfindungsgemäßen Schwingankerpumpe 1 wird nun unter spezieller Bezugnahme auf das Ausführungsbeispiel der 2 und 3 beschrieben.
Die Spule 7 ist bekannter Bauart und gleicht vollständig den Spulen, die für Elektroventile verwendet werden. Wenn die Spule 7 mit Wechselspannung versorgt wird, erzeugt sie ein Magnetfeld, das ähnlich einer alternierenden Bewegung den sich bewegenden Kern 9 bewegt. Der feste Kern 11, der auch als Auslassleitung wirkt, zieht den sich bewegenden Kern 9 auf Grund der Magnetkraft an. Da der Strom i, der durch die Spule 7 strömt, von wechselnder Art ist, bewegt sich der sich bewegende Kern 9, wenn die im inneren Bereich des Elektromagneten erzeugte Magnetkraft ihre Richtung umkehrt, weg vom festen Kern 11.
Um den Anzieh-Abstoss-Effekt zu vergrößern, ist es möglich, ein Diodenmittel zu verwenden, um die Versorgungsspannung gleichzurichten. In diesem Fall ist die Feder 10, die vorzugsweise aus Edelstahl gefertigt ist, zwischen dem sich bewegenden Kern 9 und dem festen Kern 11 zwischengelagert, und wirkt entlang der gemeinsamen Achse A der zwei Kerne, wobei sie sich deren gegenseitige Annäherung entgegensetzt. Auf diese Weise wird die Anzahl, die der sich bewegende Kern 9 während eines Betriebszyklus durch den festen Kern 11 angezogen wird, verdoppelt, und die Feder 10, die zwischen den zwei Kernen angeordnet ist, wird verwendet, um die Kraft anzuwenden, die besagte Kerne gegenseitig voneinander beabstandet. Wenn die Feder 10 durch die Kompression auf Grund der Annäherung des sich bewegenden Kerns 9 an den festen Kern 11 eine Belastung erreicht, welche die Anziehungskraft, die durch das Magnetfeld auferlegt wird, überseigt, stößt sie den sich bewegenden Kern 9 ab, und bewegt ihn weg vom festen Kern 11.
Wie aus der bislang beschriebenen Struktur offensichtlich und in 2 dargestellt ist, wird, wenn der sich bewegende Kern 9 dem festen Kern 11 annähert, ein teilweises Vakuum über der ersten Dichtung 3 im Inneren des Abstandshalters 13 erzeugt, insbesondere wird ein teilweises Vakuum in dem Bereich des Stiels 9b des sich bewegenden Kerns 9 erzeugt, und eine Kompression wird in dem Bereich über der zweiten Dichtung 5 erzeugt, die in dem sich bewegenden Kern 9 aufgenommen ist. Der Effekt des über der ersten Dichtung 3 erzeugten teilweisen Vakuums saugt das Liquid durch die Saugleitung 2b in die Pumpe, da die Annäherung des sich bewegenden Kerns 9 zu dem festen Kern 11 das Anheben der oberen Klappe 3c der ersten Dichtung 3 erlaubt mit folgendem Öffnen der Fluiddurchlassöffnungen 13b.
Die Kompression des Bereichs über der zweiten Dichtung 5 schiebt indessen die Flüssigkeit in Richtung der Auslassleitung 11a, da die zweite Dichtung 5 noch die Öffnungen 9a auf Grund der Massenträgheit und des Drucks, der auf die obere Klappe 5c des Schirms wirkt.
Im nachfolgenden Schritt, der in 3 dargestellt ist, bei dem die Feder 10 den sich bewegenden Kern 9 weg von dem festen Kern 11 bewegt, wird stattdessen ein Druck in dem Bereich über der ersten Dichtung 3 erzeugt und ein teilweises Vakuum im Bereich über der zweiten Dichtung 5 erzeugt. Der Effekt der Kompression ist, die erste Dichtung 3 gegen ihren Dichtsitz zu pressen, und somit die Fluiddurchlassöffnungen 13b zu verschließen und das Rückströmen des Wassers aus der Pumpe durch die Saugleitung 2b zu verhindern. Der Effekt des teilweisen Vakuums in dem Bereich über der zweiten Dichtung 5 ist stattdessen, Wasser aus dem Volumen zu ziehen, das zwischen der ersten Dichtung 3 und der zweiten Dichtung 5 enthalten ist. Die Massenträgheit und das teilweise Vakuum ermöglichen es in der Tat, die obere Klappe 5c der zweiten Dichtung 5 anzuheben, und folglich die Fluiddurchlassöffnungen 9a zu öffnen.
Das Betriebsprinzip, wie oben beschrieben, bringt mit sich, dass bei jedem halben Zyklus ein Wassertransport über der zweiten Dichtung 5 auftritt, und in dem nächsten hablen Zyklus Wasser von diesem Bereich nach außerhalb der Pumpe transportiert wird oder überfließt.
Eine Doppellippen-Elastomerdichtung 8, vorzugsweise von selbstschmierender Art, ist ferner oberhalb des Abstandshalters 13 vorgesehen und stellt die Abdichtung zwischen dem Stiel 9b des sich bewegenden Kerns 9 und der Kammer 12a sicher, die im Teil unter der Buchse 12 ausgebildet ist, und in dem der Abstandshalter 13 verkeilt ist. Die Doppellippen-Dichtung 8 kann eine translatorische Bewegung in dem Bereich der Kammer 12a ausführen, der zwischen dem Stiel 9b des sich bewegenden Kerns 9 und dem Abstandshalter 13 eingeschlossen ist. Die Gestalt, Position und Beweglichkeit, die für die Doppellippen-Dichtung 8 beschrieben wurde, optimiert das Zusammenspiel von Drücken, die zu dem Ansaugen des Wassers durch die Saugleitung 2b und zu seiner Kompression in der Auslassleitung 11a führt.
Insbesondere während des Ansaugens der Flüssigkeit verhindert die Doppellippen-Dichtung 8, dass die Flüssigkeit, die über der zweiten Dichtung 5 angeordnet ist, daran, zurück nach unten zu fließen, und dem Spalt zwischen dem sich bewegenden Kern 9 und der Buchse 12 zu folgen, während sie, während des Auslassens, wenn die Flüssigkeit von der Leitung 9c über der zweiten Dichtung 5 gefördert wird, verhindert, dass besagte Flüssigkeit nach oben vorwärtsgetrieben wird, und außerhalb des sich bewegenden Kerns 9 passiert.
Es wurde herausgefunden, dass die Schwingankerpumpe, die so beschrieben ist, es ermöglicht, die Nachteile bekannter Vorrichtungen, die gegenwärtig verwendet werden, beseitigt.
Insbesondere erlaubt die oben beschriebene Schwingankerpumpe, den Effekt des Magnetfeldes, das den Elektromagneten erzeugt wird, durch den ein Strom fließt, zu verstärken, ohne dass es sich auf Buchsen verlagert, die koaxial zur Buchse 12 sind. Auf diese Weise ist die Vorrichtung kleiner, leichter und kompakt.
Ein anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass der feste Kern 11 sowohl als ein Element für die Verstärkung des Magnetfeldes als auch als Auslassleitung verwendet wird, was zum Vorteil der strukturellen Einfachheit wiederum eine Optimierung von Gewichten und Abmessungen bewirkt.
Ein anderer Vorteil besteht darin, dass regenschirmartige Dichtungen als Ventilmittel verwendet werden, und entsprechend deren Verformbarkeit und Gestalt wirken, welche gemäß den einhergehenden Druckkräften studiert und bemessen werden. Die erlaubt, wie erwähnt, die oben angemerkten und in Zusammenhang mit der Verwendung von elastischen Federn unterstützten Ventilmitteln stehenden Nachteile zu vermeiden, insbesondere die Größen- und Abdichtungsprobleme, die mit der Wahl der Steifigkeit der Federn in Zusammenhang stehen, und die Komplikationen des Designs der Bereiche der Pumpe, an denen die Dichtung anliegt, mit einer konsequenten Vereinfachung des konstruktiven Designs besagter Pumpe und ihres Zusammenbaus.
Ein weiterer Vorteil, der durch die erfindungsgemäße Schwingankerpumpe erreicht wird, ist die Tatsache, dass sie Spulen vom Typ verwendet, der normalerweise für ähliche Vorrichtungen verwendet wird, insbesondere, um elektrische Ventile vorzusehen, und deshalb ist es möglich, die Herstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit der Herstellung bekannter Typen von Vorrichtungen zu verbinden, was gewichtige ökonomische Vorteile bringt.
Der Fachmann kann einfach erkennen, dass die oben beschriebene Schwingankerpumpe verschiedenen Modifikationen und Variationen unterworfen werden kann, die alle im Schutzbereich des oben beschriebenen erfinderischen Konzepts liegen.
Folglich darf der Schutzumfang der Ansprüche nicht durch die Darstellungen oder durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel, das in der Beschreibung durch ein Beispiel vorgestellt wurde, begrenzt sein, vielmehr müssen die Ansprüche all die Kennzeichen patentfähiger Neuheit umfassen, die in der vorliegenden Erfindung enthalten sind, einschließlich aller Kennzeichen, die als Äquivalent durch einen Fachmann behandelt würden.
All die Details können ferner mit anderen, technisch äquivalenten Elementen ersetzt werden, und die Materialien und Abmessungen können gemäß den Anforderungen unterschiedlich sein, vorausgesetzt, dass sie für den Betrieb der Vorrichtung wie beschrieben geeignet sind.
Wo technische Merkmale, die in einem Anspruch erwähnt sind, von Bezugszeichen gefolgt werden, wurden diese Bezugszeichen allein für den Zweck zur Erhöhung der Verständlichkeit der Ansprüche eingefügt, und folglich haben diese Bezugszeichen keinerlei beschränkenden Effekt auf die Interpretation jedes Elements, das anhand eines Beispiels durch solche Bezugszeichen gekennzeichnet wurde.

Claims

Schwingankerpumpe aufweisend eine Spule (7) von bekannter Art, die mit einer N-fachen langgestreckten Elektromagnetwicklung mit einer Längsachse (A) versehen ist, eine Saugleitung (2b), die koaxial zu besagter Längsachse (A) ist, eine Auslassleitung (11a), die ebenfalls koaxial zu besagter Längsachse (A) ist, und erste und zweite Ventilmittel (3, 5), die dazu geeignet sind, die Strömung des durchströmenden Fluids in der Saugleitung (2b) bzw. der Auslassleitung (11a) zu regeln, ferner aufweisend im Inneren besagter Spule (7) und koaxial dazu einen sich bewegenden Kern (9), der aus einem ferromagnetischen Material gefertigt ist, welcher eine Leitung (9c) des sich bewegenden Kerns (9) aufweist, der an seinem oberen Ende durch einen mit einer axialen Leitung (6a) versehenen Einsatz (6) verschlossen ist, wobei besagter sich bewegender Kern (9) durch eine Buchse (12) unterstützt wird, die aus einem nicht ferromagnetischen Material gefertigt ist und ebenfalls koaxial zu besagter Spule (7) ist, wobei besagter sich bewegender Kern (9) sich frei axial im Inneren besagter Buchse (12) bewegen kann, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner einen festen Kern (11) aufweist, der ebenfalls aus ferromagnetischem Material gefertigt ist, der an einem der Enden des Elektromagneten besagter Spule (7) angeordnet ist, und dazu geeignet ist, die magnetische Induktion des Schaltkreises zu erhöhen, wenn besagte Spule von einem elektrischen Strom (i) durchquert wird, wobei besagter fester Kern (11) dazu in der Lage ist, als ein magnetisch anziehender Pol für besagten sich bewegenden Kern (9) zu dienen, und dass besagte zweite Ventilmittel (5) im Inneren besagten sich bewegenden Kerns (9) angeordnet ist.
Schwingankerpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass besagte erste Ventilmittel (3) und besagte zweite Ventilmittel (5) durch Dichtungen gebildet sind, die vorzugsweise aus einem Elastomer gefertigt sind und regenschirmartig mit einem Stiel (3a, 5a) und einer oberen Klappe (3c, 5c) sind.
Schwingankerpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede der ersten und zweiten regenschirmartigen Dichtungen (3, 5) dazu geeignet ist, mit besagtem Stiel (3a, 5a) in eine unterstützende Öffnung (13a, 9d) einzudringen, die speziell jeweils in dem Bereich über besagter Saugleitung (2b) bzw. in dem unteren Bereich besagter Leitung (9c) besagten sich bewegenden Kerns (9) vorgesehen ist, wobei jede besagter regenschirmartiger Dichtungen (3, 5) dazu in der Lage ist, mit besagter oberer Klappe (3c, 5c) derselben eine oder mehrere Fluiddurchlassöffnungen (13b, 9a) der ersten bzw. zweiten Dichtung zu verschließen, die benachbart besagter unterstützender Öffnung (13a, 9d) angeordnet sind.
Schwingankerpumpe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass jede der ersten und zweiten regenschirmartigen Dichtungen (3, 5) weiter an dem Ende besagten Stiels (3a, 5a) eine Ausbuchtung (3b, 5b) aufweist, die dazu geeignet ist, besagten Stiel (3a, 5a) mit besagter unterstützender Öffnung (13a, 9d) zu koppeln, so dass besagte obere Klappe (3c, 5c) besagte Fluiddurchlassöffnungen (13b, 9a) verschließt, wenn besagte Dichtung in der geschlossenen Stellung ist.
Schwingankerpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei besagte Buchse (12) nach oben durch besagten festen Kern (11) geschlossen ist, wobei die Dichtung zwischen besagter Buchse (12) und besagtem festen Kern (11) durch eine Dichtung (17) gesichert ist.
Schwingankerpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass besagte Buchse (12) fest mit einem Anschlussansaugstück (2) verbunden ist, durch das besagte Saugleitung (2b) geht, ferner ein fixierter Abstandshalter (13) zwischen besagter Saugleitung (2b) und besagter Buchse (12) vorgesehen ist, wobei besagter Abstandshalter vorzugsweise aus einem Kunststoff oder Messing gefertigt ist, und axial zu besagter unterstützender Öffnung (13a) vorgesehen ist.
Schwingankerpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Dichtung (8) aufweist, die im Inneren einer Kammer (12a) angeordnet ist, welche in dem unteren Teil besagter Buchse (12) vorgesehen ist und durch besagten Abstandshalter (13) begrenzt ist, wobei besagte Dichtung (8) dazu geeignet ist, eine Dichtung zwischen besagtem Stiel (9b) besagten sich bewegenden Kerns (9) und besagter Kammer (12a) zu bilden.
Schwingankerpumpe nach Anspruch 6, wobei eine O-Ring Dichtung (14) zwischen besagtem Abstandshalter (13) und besagter Buchse (12) vorgesehen ist.
Schwingankerpumpe nach Anspruch 6, wobei eine O-Ring Dichtung (15) zwischen besagtem Abstandshalter (13) und besagtem Ansauganschlussstück (2) vorgesehen ist.
Schwingankerpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass besagter Abstandshalter (13) mit besagter erster Dichtung (3) mittels einer ersten Feder (4) verbunden ist.
Schwingankerpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass besagte Auslassleitung (11a) im Inneren besagten festen Kerns (11) angeordnet ist.
Schwingankerpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Feder (10) aufweist, die zwischen besagtem festen Kern (11) und besagtem Einsatz (6) besagten sich bewegenden Kerns (9) angeordnet ist.
Schwingankerpumpe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass sie auf besagter Spule (7) ein Diodenelement aufweist, das dazu in der Lage ist, den Strom (i) gleichzurichten, der die Spule (7) versorgt.