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Elektromagnetisch betriebene Fördereinrichtung für gasförmige oder
flüssige Mittel mit schwingendem Kolben Die Erfindung bezieht sich auf eine elektromagnetisch
betriebene Förder- oder Verdichtereinrichtung für gasförmige Mittel oder flüssige
Mittel mit schwingendem Kolben. Es ist bekannt, zum mittelbaren Antrieb von Kolben-
oder Meinbranverdichtern elektromagnetische Schwingankermotoren zu verwenden. Der
Anker führt während des Betriebes schwingende Bewegungen auf der Leitbahn aus. Zum
Zwecke der Anwendung bei Absorptionsmaschinen ist auch schon vorgeschlagen worden,
eine elektromagnetisch angetriebene, die Gasumwälzung bewirkende Schwingmembran
zu benutzen, die gleichzeitig als Magnetanker ausgebildet ist. Bei einer bekannten
derartigen Einrichtung wird die Membran frei im Raum schwingend bewegt, um dadurch
eine erforderliche Turbulenz der Gase zu erzeugen. Es ist auch bekannt, den Anker
einer elektromagnetischen Fördereinrichtung als Förderkolben zu verwenden und ihn
in einem Arbeitsraum dichtend zu führen. Gegenüber diesen bekannten Einrichtungen
soll durch die vorliegende Erfindung eine Verminderung der Geräusche und der Baustoffbeanspruchung
erzielt werden, wobei sich auch noch «eitere Vorteile ergeben.
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Durch die vorliegende Erfindung ist nun eine elektromagnetisch betriebene
Fördereinrichtung geschaffen worden, bei der der als Anker dienende oder mit einem
Ankerteil verbundene Förderkolben als ein federndes oder starres Wälzglied in Form
einer Membran oder eines Kolbens ausgebildet ist und in einem aus dem Wälzglied
und Gehäuseteilen gebildeten Arbeitsraum schwingt, wobei entweder das Wälzglied
oder die Polfläche des Magnetgestelles nach einer Kurvenlinie geformt ist.
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Das federnde oder starre Wälzglied wird als Förderkolben eines Verdichters
verwendet, wobei der Förderkolben selbst als Anker ausgebildet sein kann oder von
dein Anker eines elektromagnetischen Schwingmotors angetrieben werden kann. Daneben
besteht noch die Möglichkeit, insbesondere bei einem starren Wälzglied, dieses in
seinem mittleren Teil aus unmagnetischem und an seinem einen oder an beiden Enden
aus magnetischem Bau-
Stoff in der Weise herzustellen, daß die Enden
des Wälzgliedes als die oder der Anker des Schwingmotorenantriebeswirken. Schließlich
kann das Wälzglied auch über Hebel, Rollen o. dgl. durch einen Schwingmotor angetrieben
werden.
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Durch die wälzenden Schwingbewegungen des Förderkolbens arbeitet die
Fördereinrichtung viel geräuschloser, als es mit den bekannten, keineAbwälzbewegung
ausführenden Förderkolben möglich ist. Gleichzeitig ergibt sich eine wesentlich
geringere Beanspruchung der bewegten Teile und eine Verringerung der Verluste, da
bei der erfindungsgemäßen Einrichtung keine Lagerreibung auftritt.
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Der wälzend bewegte Schwingkolben ist wesentlich besser als die bekannten
Einrichtungen für hohe Arbeitsfrequenzen geeignet und ermöglicht es daher, die gleiche
Förderleistung mit kleineren Einheiten, also mit leichterem Gewicht und mit geringerer
Antriebsleistung, zu :erzielen, womit sich wiederum eine Verbesserung des Wirkungsgrades
ergibt.
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Zum Betrieb des elektromagnetischen Teiles der Vorrichtung gemäß der
Erfindung findet vorteilhaft Wechselstrom Verwendung, z. B. der übliche Netzstrom
mit 5ö Perioden pro Sekunde. Es kann jedoch im Rahmen der Erfindung auch Gleichstrom
benutzt werden. In diesem Falle arbeitet das Schwingsystem mit Rückholfeder und
Kontakten als Selbstunterbrecher mit einer jeweils erforderlichen oder gewünschten
Frequenz. Bei Anwendung eines federnden Ankers dient dessen Federkraft gleichzeitig
als Rückholkraft.
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Für das Wesen der Erfindung ist es belanglos, ob die Vorrichtung mit
am Anker oder am Gehäuse angebrachten Ein- und Auslaßventilen oder ventillos, z.
B. mit einem an sich bekannten Strahleffekt, arbeitet, der im folgßnden noch näher
beschrieben ist. Bei Anwendung von Ventilen werden diese vorteilhaft am Gehäuse
angebracht, um die Maße des Ankers nicht zu vergrößern.
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Es zeigen: Fig. i bis 4 mehrere Ausführungsbeispiele und Einzelheiten
mit den Merkmalen der Erfindung, 'hig. 5 bis io schematisch verschiedene Beispiele
für die Ausbildung des Magnetgestells, des Ankers und der Wicklung, Fig. i i bis
14 verschiedene Einrichtungen, bei denen das als Membran oder Kolben wirkende Wälzglied
mit dem Anker eines Schwingmotors verbunden ist und durch diesen bewegt wird.
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In Fig. i ist mit i das aus lamellierten Blechen bestehende Magnetgestell
bezeichnet. 2 und 3 sind die entsprechend der Wälzkurve geformten Arbeitspole des
Magneten. 4 ist ein Zwischenstück aus unmagnetiscbem Bau-Stoff. An dem Arbeitspol
2 ist ein mit seinem freien Ende in geringen Grenzen federnder Teil 5 befestigt,
der als Verlängerung des Arbeitspoles wirkt. Mit diesem Teil ist durch Nieten oder
Schrauben 9 der als Förderkolben wirkende federnde Anker io fest verbunden. Die
Magnetschenkel 2 und 3 tragen Wicklungen 7 und S. 11 ist (las Gehäuse, dessen vordere
Wand 12 entsprechend der Bewegung des Ankers io geformt ist. An der Wand 1a ist
ein federndes Blech 13 befestigt, das die Ventilöffnungen 14 in der Gehäusewand
12 abdeckt und das.selbst mit Löchern versehen ist, -die gegenüber den Ventilöffnungen
i.I versetzt angeordnet und daher in der Zeichnung nicht dargestellt sind. 15 ist
die Ausblasedüse. Die Vorrichtung wird zweckmäßig mit Wechselstrom betrieben; ihre
Wirkungsweise ist folgende: Bei Stromdurchfluß in der einen Richtung bildet sich
z. B. der Arbeitspol 3 'zum Südpol aus, wobei der Arbeitspol :2 zum Nordpol wird
und gleichzeitig in der Verlängerung 5 bis in den Anker io hinein eine Fortsetzung
des Nordpols vorherrscht. Das frei schwingende Ende des Ankers io steht in der Bereitschaftsstellung
um ein weniges über die Oberkante der Seitenwandung des Gehäuses vor, so daß an
dieser Stelle eine Einlaßöffnung 16 entsteht. Durch die in dem frei schwingenden
Ende des Ankers io und dem Arbeitspol 3 herrschende. entgegengesetzte Polarität
wird der. Anker io vom Arbeitspol 3 zuerst schwach und dann immer kräftiger werdend
angezogen, wobei die in dem Arbeitsraum bei i i befindliche Luft zusammengedrückt
wird, bis sich das Ventilblech 13 anhebt und die verdichtete Luft unter einem gewünscht
hohen Druck durch die Öffnungen 14 und die Düse 15 entweicht. Beim Durchgang des
Stromes durch 'die Amplitudenmitte wird der Magnet kurze Zeit unmagnetisch, so daß
der gespannte Anker in die in der Zeichnung dargestellte Stellung zurückfedert und
die Öffnung 16 erneut freigibt, um beim Richtungswechsel des Stromes wieder angezogen
zu werden, d. h. daß der Anker bei dem üblichen 5operiodischem Netzwechselstrom
ioo Arbeitshübe pro Sekunde ausführt und infolge dieser hohen Schwingungszahl auch
bei kleinen Hüben schon eine große Luftmenge fördert bzw. verdichtet. Die Fortsetzung
5 des Arbeitspoles a besteht zweckmäßig aus federndem, magnetisiexbarem Baustoff,
um durch das Mitschwingen des freien Endes zu erreichen, daß auch bei verhältnismäßig
kleinen Abmessungen der ganzen Vorrichtung ein weites Zurückfedern des Ankers io
erfolgt und.dadurch ein großer Arbeitsraum gebildet wird, ohne daß der Anker selbst
sich bei jedem Arbeitsbub übermäßig stark durchzubiegen
braucht.
Dadurch ist die Lebensdauer und Betriebssicherheit der Vorrichtung wesentlich erhöht
und es läßt sich auch mit einer kleinen, billig herstellbaren @"orriclitung nach
der Erfindung eine für die verschiedensten Verwendungszwecke hinreichende Luftmenge
fördern. In Fig. i ist zur anschaulichen Darstellung der Weg des Schwingankers übertrieben
groß dargestellt. Die bei Elektroinagneten ohnehin in Kauf zu nehmende Erwärmung
geht beim Gegenstand der Erfindung als Energie nicht verloren, sondern wird zur
Steigerung des Wirkungsrirades ausgenutzt, da jede an das zu fördernde gasförmige
Mittel jeweils während und nach der Verdichtung abgegebene Wärme infolge der Erhöhung
des Energieinhalts dessen Austrittsgeschwindigkeit zusätzlich v erärößert. lm vorliegenden
Fall wird-diese Wärme vorwiegend von dem federnden Anker abgegeben, der sich durch
die häufige t-mmagne.tisierung erwärmt. Selbstverständlich kann die ganze Einrichtung
in einem in der Zeichnung aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellten
Gehäuse beliebiger Form untergebracht sein. In Fig. 2 ist schematisch eine .Düsenanordnung
dargestellt, die nach dem an sich bekannten Strahleffekt wirkt, und, zwar befindet
sich die Düse 15 nach diesem Beispiel direkt an der Wand 12 des Gehäuses. Vor der
Düse 15 ist in einiger Entfernung eine Auffangdüse 17 befestigt, deren Fortsetzung
ein Rohr i8 ist. Bei dieser Ausbildung wird durch den aus der Düse 15 austretenden
Luftstrahl mittels der Düse 17 zusätzliche Luft von außen mitgerissen und es entsteht
bei entsprechender Länge des Rohres 18 und bei zurückfederndem Anker eine Rückstauung,.
durch die verhindert. wird, daß durch die Düse 15 die Luft in den Arbeitsraum i
i zurückgelangt. Auf diese Weise ist es möglich, die Einrichtung nach der Erfindung
ventillos arbeiten zu lassen und dadurch den Verschleiß auch bei Dauerbetrieb auf
ein Mindestmaß zu beschränken.
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Fit-)- 3 zeigt die Ausbildung des Förderkolbens als starren Wälzanker
io für einen Verdichter, der im Zweikammersystem arbeitet. Bei dieser Anordnung
besteht das Magnetgestell vorteilhaft aus zwei 1,Iagneten 2 und 3, die mittels Gleich-
oder Wechselstrom abwechselnd erregt werden und durch ein Zwischenstück i in geeigneter
Weise magnetisch voneinander getrennt sind. Diese Ausführungsart wird sich insbesondere
dort verwenden lassen, wo nur ein Luftstrom ohne hohen Druck erforderlich ist, z.
B. als Ventilator. Der Anker io besteht aus einer flachen, nicht biegsamen Platte
aus inagnetisierbarem Baustoff. An seinen Enden sind Bandfedern i9 und 2o von derselben
Breite wie der Anker angebracht. Der Anker in schwingt zwischen zwei seitlichen
Wänden =1. in denen sich innerhalb der durch die Bandfedern iqun(12o begrenzten
Flächen die Ventilöffnungen 22 und 23 befinden. An einer die Gchä usewandungen verbindenden
Brücke 24. ist eine Druckfeder 25 abgestützt, die in der Schwinrungsmitte des Ankers
auf diesen drückt und somit die Abdichtung der Arbeitskammern gegeneinander gewährleistet.
Zweckmäßigerweise wird die kurvenförmige Wälzbahn auf dem Magnetgestell und die
Unterseite des Ankers sowie dessen seitlicher Rand geschliffen, um eine hinreichende
Abdichtung der Arbeitskammern gegeneinander und gegen die umgebende Luft zu erreichen.
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Fig.4 zeigt eine ähnliche Ausbildung wie Fig. i, jedoch mit dem Unterschied,
daß hierbei die Wicklung 8 in einem quer lamellierten Magnetgestell i untergebracht
ist. Die Wicklung kann durch unmagnetische _ Zwischenlagen 26 abgedeckt sein.
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Fig. 5 zeigt schematisch ebenfalls eine der Fig. i ähnliche Ausführung,
bei der jedoch nur einer der Magnetschenkel mit einer Wicklung versehen ist. Gehäuseteile
sind bei dieser und den folgenden Abbildungen aus Gründen der Einfachheit nicht
dargestellt.
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Fig. G stellt ein Ausführungsbeispiel dar, bei dem die Oberfläche
des lamellierten *Magnetgestells i mit gerader Oberfläche geformt ist. Dabei ist
der federnde Anker io selbst gebogen. Der federnde Anker wird bei jedem Arbeitshub
-#-on der Oberfläche des Magnetgestells angezogen.
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NTach dem Beispiel der Fig. 7 ist ebenfalls ein gebogener Anker io
und gleichzeitig eine gekrümmte Oberfläche des Magnetgestells i vorgesehen. Der
Anker ist in der 'Titte des Magnetgestells i befestigt, so daß sich wieder zwei
Arbeitskammern ergeben.
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Bei der Ausführung nach Fig. 8 trägt das l.agnetgestell i an seinen
Enden in Lagern drehbare Rollen 27 und 28, auf denen der federnde Anker io gelagert
ist: Die Polfläche des Magnetgestells ist konkav eingezogen, wodurch der Arbeitsraum
zwischen der Polfläche und dem Anker gebildet wird. Der Anker wird bei jedem Arbeitshub
von der Polfläche angezogen, wobei er sich an seinen Enden auf den Rollen 27 und
28 abwälzt. An geeigneter Stelle sind - in der Zeichnung nicht dargestellt - Druck-
oder Blattfedern bzw. Gummistricke vorgesehen, die eine Verschiebung des Ankers
aus seiner örtlichen Lage verhindern.
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Die Lagerurig und Befestigung eines starren Wälzgliedes kann vorteilhaft
nach dem in Fig. (9 dargestellten Beispiel erfolgen. Hierbei sind an dem Magnetgestell,
(las aus den abwechselnd erregten :\Iägiieten 2 un(1 3
und dem unmagnetischen
Zwischenteil i besteht, im Abstand voneinander Führungsbänder oder Drähte 29 und
30 wechselseitig je mit ihrem einen Ende am Magnetgestell und mit ihrem anderen
Ende am Wälzanker io befestigt. Diese für Wälzglieder anderer Art bekannte Anordnung
hat den Vorteil einer guten Führung des Wälzankers auch bei Dauerbetrieb.
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Selbstverständlich kann dabei z. B. der mittlere Teil des Wälzgliedes
ebenfalls aus unmagnetischem Baustoff bestehen, so daß nur die Enden als die Anker
der abwechselnd erregten Magnete wirken. Dieser Antrieb ist im folgenden als Fremdantrieb
bezeichnet.
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Zur Vermeidung unerwünschter Schwingungen wird das Ankergewicht gegenüber
dem des Ständers möglichst klein gewählt. In Fig. io ist"gezeigt, daß zwei oder
mehrere Anker an einem Magnetgestell vorgesehen werden können. Wird zu diesem Zweck
beispielsweise das in Fig. 6 dargestellte Magnetgestell verwendet, so ergeben sich,
wie Fig. io zeigt, zwei Arbeitskammern, wobei die Anker durch ihr gleichzeitiges
Ansprechen die 'in dem System auftretenden Schwingungen kompensieren. ' Der schon
erwähnte Fremdantrieb liegt auch bei den in den Fig. i i bis 14 dargestellten Ausführungen
vor, und zwar zeigt die Fig. i i schematisch ein Magnetgestell i, dessen Arbeitspole
2 den am federnden Wälzglied 31 befestigten Ankerteil io entsprechend der Frequenz
der Stromimpulse anziehen. Die Rückstellung und Führung des Ankers io erfolgt durch
das federnde Wälz--glied 31 selbst.
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In Fig. 12 sind an einer starren Zwischenwand 32 zwei Blattfedern
31 befestigt und durch eine mitschwingende Wand 33 miteinander verbunden. An dieser
Wand 33 ist über ein Halteglied 34 der Anker io befestigt, der durch die an dem
lamellierten Magnetgestell 35 vorgesehenen Arbeitspole 36 angezogen und durch eine
nicht dargestellte Rückholfeder in die Bereitschaftsstellung zurückgestellt wird.
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Die in Fig. 13 gezeigte Ausführung besteht aus dem kreisrunden
oder kurvenförmigen Gehäuseteil i, der an beiden Seiten überstehende Wandungen 2
hat, wobei zwischen diesen Wandungen sich ein an dein Gehäuse i befestigtes federndes
Wälzglied 3 befindet. Das freie Ende dieses Federbandes wird über einen Hebel 34
durch den Anker io des Schwingmotors 35 auf dem äußeren Umfang des Gehäuses i festgezogen
und mittels einer an geeigneter Stelle befindlichen Rückholfeder q.3 in die Bereitschaftsstellung
zurückgebracht. Zweckmäßig ist zwischen dem freien Ende des Federbandes 3 und dem
Gehäuse i eine Rolle 4.4 vorgesehen, die einesteils zur Abdichtung und anderenteils
zur Vermeidung der Reibung zwischen dem Ende des Federbandes und der Gehäusewandung
dient.
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Fig. 14 zeigt die Vorrichtung nach Fig. 13
im Schnitt. Die Wirkungsweise
ist folgende: Die Bandfeder 3 steht in der gezeigten Stellung über die obere Kante
der seitlichen Wandungen 2 so weit hervor, daß sich zwischen der Bandfeder und der
oberen Kante eine Einlaßöffnung bildet. Wird jetzt der Anker io des Magneten von
den Arbeitspolen 36 angezogen, so wird die Bandfeder 3 über den Hebel 34 mitgenommen;
die Bandfeder verdichtet die zwischen dem Gehäuse i, den Wänden und der Feder 3
befindliche Luft, bis über eine Auslaßöffnung die Spannung des Ventilbleches 45
überwunden wird und dieses sich von der Wandung i abhebt. Auf diese Weise gelangt
die verdichtete Luft in dem durch das Gehäuse i gebildeten Druckkessel 46, in dem
sich ein regelbares Auslaßventil 47 befindet.
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Der Luftförderer gemäß der Erfindung läßt sich auch zum Betriebe eines
Staubsaugers verwenden. Der Saugrüssel oder eiri festes Saugmundstück sowie der
Staubfang können .dabei entweder an die Einlaßöffnung 16 (Fig. i), an den Auffangtrichter
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(Fig.2) oder auch an beiden angeschlossen sein. Für diesen Verwendungszweck
eignet sich insbesondere die schon .beschriebene ventillose Bauart.
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Aus den dargestellten Ausführungen ergibt sich ohne weiteres, daß
die Erfindung sich nicht auf diese gezeigten Beispiele und Formgebungen beschränkt,
sondern es lassen sich, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, noch weitere
Abwandlungen der baulichen Ausgestaltung des Erfindungsgedankens schaffen.