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Elektromagnetische, vibratorisch betriebene Pumpe für Gase Die Erfindung
betrifft eine elektromagnetische Pumpe, deren Antriebsorgan, welches aus mindestens
einem Anker besteht, :durch die Schwankungen eines magnetischen Feldes mit oder
ohne Hilfe von Federn in hin und her gehende Bewegung versetzt wird.
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In den meisten Apparaten dieser Art werden die Schwankungen des magnetischen
Feldes durch eine besondere Vorrichtung hervorgerufen; bei andern geschieht die
Speisung unmittelbar durch einen Wechselstrom, gewöhnlich durch Netzwechselstrom
mit 40 oder mehr Perioden pro Sekunde, welcher i 6o oder mehr Hübe des Antriebsorgans
pro Sekunde bewirkt.
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Bei einer solchen Frequenz kann die Schwingungsweite des Antriebsorgans,
hauptsächlich wegen der Trägheitserscheinungen, einige Zehntel Millimeter nicht
überschreiten. Trotz der unzweifelhaften Vorteile, welche mit der Einfachheit ihres
Baues und mit ihrer unmittelbaren Anpässung an die geläufigsten Netzströme verbunden
sind, konnten die Pumpen der letztgenannten Art nur sehr geringe Verbreitung zur
Förderung von Flüssigkeiten finden, aber durchaus keine zur Förderung von Gasen.
Die Erfindung schafft nun eine elektromagnetische Pumpe, welche besonders zur Behandlung
von gasförmigen Mitteln bestimmt ist; sie arbeitet noch mit gutem Netzeffekt bei
über a5o Hüben pro Sekunde und mit Schwingungsweiten, welche unter einem halben
Millimeter liegen. Sie arbeitet selbst unter schroffen Schwankungen von Druck und
Lieferung regelmäßig und kann unmittelbar an die üblichen Wechselstromnetze angeschaltet
werden.
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Diese vorteilhaften Eigenschaften der Pumpe werden erfindungsgemäß
insbesondere dadurch erreicht, daß das bewegliche Teil der Pumpe, d. h. der Anker
und der Kolben, wenigstens an einem Hubende, und zwar an demjenigen, für den der
Luftspalt am größten ist, oder an beiden Hubenden gegen ein ortsfestes Organ oder
gegen ortsfeste Organe der Pumpe aus hartem und federndem Werkstoff, vorzugsweise
gegen konzentrisch mit der Pumpenachse angeordnete Flächen, derart stößt, ,daß es
zurückprallt. Das Zurückprallen beschleunigt die Geschwindigkeit jedes Hubes und
erleichtert in dieser Weise die Arbeit bei hoher Frequenz. Ein Zurückprallen gegen
eine nachgiebige, als Feder
wirkende Fläche, wie es an sich bekannt
ist, würde einen umgekehrten Effekt auslösen. Die Beschleunigung der Geschwindigkeit
ermöglicht längere Hübe und hebt somit beträchtlich den Nutzeffekt der Pumpe. Infolge
des Zurückprallens kann man das Gewicht der beweglichen Teile erhöhen, was kräftigere
Apparate bedingt, denn die dynamische Energie wird so ohne merkbaren Verlust von
dem einen Hub auf den andern übertragen. Die Vergrößerung .der Geschwindigkeit und
.der Hublänge bevWirkt kräftigere und reinere Pulsierungen des Gases, wobei die
Pumpenklappen besser geführt werden.
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Die Möglichkeit einer zufriedenstellenden Anwendung einer Pumpe der
angedeuteten Art zur Förderung von Gasen wird durch die größtmögliche Verminderung
des schädlichen Raumes erzielt. Dies wird dadurch ermöglicht, daß das Förderorgan
im wesentlichen aus einem starren Kopien besteht, wobei seine Abdichtung mittels
einer Membran gesichert ist, was bei einer Pumpe mit solch hoher Hubzahl unentbehrlich
ist.
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Unter Berücksichtigung der Tatsache, daß in den Pumpen der vorliegenden
Art Vibrationen des ganzen Appar ates .durch die äußerst rasche Hubbewegung des
beweglichen Teils hervorgerufen werden, die sich notwendigerweise sehr bemerkbar
machen, wird der Pumpenkörper, um die lästigen, durch die Vibrationen hervorgerufenen
Geräusche zu dämpfen, in ein Gehäuse eingeschlossen und in diesem mittels eines
geeigneten 'Federsystems elastisch aufgehängt, wobei das Gehäuse einen Teil, und
zwar die Ansaugkammer der Vorrichtung, bildet und mit einem Druckstutzen für das
Druckfluidum versehen ist. Auch die zwischen der Druckkammer ,des Pumpenkörpers
und dem Gehäuse vorgesehene Luftabdichtkappe ist der= art angeordnet, daß der Pumpenkörper
in bezug auf das Übertragen der Vibrationen von dem Gehäuse isoliert wird. Gleichzeitig
hält die Luftabdichtkappe den Pumpenkörper in zentrischer Lage.
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In .der beiliegenden Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Pumpe
gemäß der Er-Endung dargestellt. _ Abb. i und 2 -der Zeichnung veranschaulichen
die Pumpe in zwei senkrechten Schnitten nach rechtwinklig gegeneinander versetzten
Ebenen.
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Abb. 3 ist ein Schnitt nach den Ebenen 3x-3x in. Abb. z.
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Das Antriebsorgan der Pumpe besteht aus zwei geteilten Elektromagneten
i und i' in C-Form, welche beide mit zwei Wicklungen z und 2' versehen sind. Diese
Elektromagnete sind mit den gleichnamigen Polen an derselben Seite montiert und
mittels Schrauben 3 auf einem Steg ¢ unter dem beweglichen, geteilten Anker 5 befestigt.
Die Pumpe besteht aus einer Kammer 6, die durch eine hohle. Scheibe mit zwei Klappen
7 und 8 (Saug- und Druckklappe) gebildet wird, und einem Kolben 9, der durch zwei
starre, aufeinanderliegende Scheiben gebildet und parallel zur Bodenfläche der Kammer
6 angebracht ist. Vollkommene Dichtung des Kolbens ist gesichert durch eine sehr
biegsame und geschmeidige, ringförmige Membran io, welche einerseits zwischen den
beiden Scheiben des Kolbens 9 und anderseits an die Innenwandung der Kammer 6 mittels
eines Ringes i i und Schrauben 12, festgeklemmt ist. Der freie Teil der Membran
hat im Vergleich zu den Kolben 9 eine unbedeutende Oberfläche, so daß die Funktion
des Arbeitsorgans in dieser Pumpe gänzlich dem Kolben vorbehalten ist. Dieser ist
unmittelbar mit dem beweglichen Anker 5 gekuppelt, und zwar durch eine Führungsachse
13, welche gleichzeitig als Bolzen dient und deren Enden gleitend in Lagern 14 und
14' geführt sind. Die Lager sind als breitflanschige Muffen ausgebildet und werden
in Naben eingeschraubt, welche im Mittelpunkt der Kammer 6 und des Steges 4 angebracht
Aind. Der Steg 4 ist samt .dem Antriebsapparat, welchen er trägt, mittels zweier
Schraubenbolzen 15 an zwei Ohren i i' des Ringes i i befestigt. Die Enden
dieser Schraubenbolzen sind mit Rechts- und Linksgewinden versehen,' so daß man
den Abstand zwischen dem Antriebsapparat und der Kammer 6 nach Aufsteckung eines
Schlüssels auf die prismatischen Verlängerungen 15' der Dübel 15 regeln kann. Zwei
Spiralfedern 16, welche in der Mitte je einer der Elektromagneten i und i' angebracht
sind, treiben die Kolben g entgegen der magnetischen Anziehung. Diese Spiralfedern
stützen sich auf die flachen Köpfe 17 der Stellschrauben 17', welche in zwei Querarmen
des Steges 4 sitzen. Die Endflanschen der Lager 14, 14.' dienen als Stoßflächen,
gegen. welche die stählerne Scheibe 5', welche am Anker 5 befestigt ist, bzw. ein
breiter Flansch IS' der Spindel 13 anprallt. Diese Flansche, .deren Stellung regelbar
ist, begrenzen also den Kolbenhub. Sie bezwecken ein Zurückschnellen des Kolbens
an jedem Hubende und sind aus hartem; elastischem Metall gefertigt.
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Der Pumpenkörper, d. h. das Ganze der bisher beschriebenen Teile,
ist innerhalb .eines ihn umgebenden Gehäuses 18 elastisch aufgehängt, welches einen
Teil der Pumpe bildet und das Geräusch zu dämpfen vermag. Die Aufhängung geschieht
mittels zweier Paare Spiralfedern i9, i9', welche in zwei senkrechten, rechtwinklig
zueinander und durch die Achse des Apparates geführten Ebenen
angebracht
sind. Die Federn wirken durch Druck und sind auf dem Boden bzw. unter dem Deckel
des umgebenden Gehäuses 18 abgestützt. Der Pumpenkörper ist in diesem Gehäuse zentrisch
geführt mittels einer Kappe 2o aus elastischem und biegsamem Material, deren 'Umfang
mittels eines Ringes 22 gegen den Rand 6' einer zylindrischen Kammer und in ihrer
Mitte zwischen, dem Deckel 18' und einem Verbindungsstutzen 2i für den Ausfluß des
Gases eingeklemmt ist.
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Im Boden des Gehäuses 18 sind Öffnungen i8a und 18b vorgesehen, durch
welche -die Schraubenbolzen 15 bzw. die Stellschrauben 17' zu erreichen sind. Das
Gehäuse 18 dient ebenfalls als. Saugkammer zur Dämpfung der Schallwellen, welche
beim Durchgang des Gases durch die Öffnungen 1811 und 18b entstehen. Das Pumpengehäuse
wird vorzugsweise auf eine Unterlage aus Filz gestellt. Hierdurch wird ein doppelter
Vorteil erreicht, nämlich daß die äußerlichen Schwingungen gedämpft und das Gas
vor seinem Eintritt in das Gehäuse 18 filtriert wird.
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Die Wirkungsweise .der Pumpe ist folgende: Im Augenblick, wo der Wechselstrom
in die Wicklungen der Elektromagnete fließt, wird der Anker 5 der Wirkung der Federn
16 entgegen angezogen; darauf wird er durch dieselben Federn zurückgestoßen, während
der magnetische Fluß auf Null fällt. Der in dieser Weise einer hin und her gehenden
Bewegung unterworfene Kolben saugt das Fluidum aus .dem Innern des Gehäuses 18 oder
der Saugkammer a an, und zwar durch die Öffnungen 18a und 18b sowie durch die Klappe
7, und drückt es durch die Klappe 8 in die Druckkammer b, welche durch die Klappe
2o begrenzt ist, um :durch den Stutzen 21 zu entweichen.
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Trotz der hohen Frequenz und geringen Länge der Kolbenhübe und trotz
der verhältnismäßig großen und veränderlichen Kräfte, welche auf den Anker und folglich
auf das gesamte bewegliche Gerät einwirken (bei einer Pumpe mit einer Kolbenfläche
von 40 cm2, welche kaum 15 Watt verbraucht und bis zu o,5 Atm. Druck erzeugt, schwankt
die auf den beweglichen Teil ausgeübte Kraft zwischen o und 2o kg), bleiben die
Schwingungen in genauem Synchronismus mit den Schwankungen des magnetischen Feldes.
Dieser Synchronismus, welcher für das gute Arbeiten der Pumpe unentbehrlich ist,
wird durch das Zurückprallen des beweglichen Gerätes gegen eine harte, elastische
Fläche erzielt. Die durch Flansch 14' gebildete Parallelfläche wird so eingestellt,
daß der schädliche Raum möglichst klein wird.
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Die durch das Zurückprallen erzielten Vorteile treten auf bei Pumpen
für gasförmige Mittel.
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Die starre Befestigung des- Kolbens an dem Anker bedingt für das gesamte
Arbeitsorgan die gleiche Arbeitsschwingung in allen Punkten, welche frei von l,Tebenschwingungen
ist.
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Die Erfindung ist keineswegs auf die oben beschr iebenen Ausführun@gsformnen
beschränkt. So ist es z. B. möglich, auf dieselbe Achse mehrere Förderorgane anzubringen,
welche entweder in Parallel- oder in Serienschaltung, einfach oder doppelt wirkend,
arbeiten. Anderseits kann der Elektromagnet antreibend wirken, während der Anker
stillsteht. Diese beiden Glieder, welche zusammen ein elektromagnetisches Element
bilden, können auch beide Wicklungen tragen.