-
Pumpe Bei Pumpen für Flüssigkeiten oder Gase, deren Kolben oder Membran
durch einen wechselstromgespeisten Elektromagnet bewegt wird (im folgenden kurz
Schwingpumpen genannt), wird zur Gleichrichtung des durch Längs- oder Drehbewegung
oszillierenden Druckmittels ein oszillierendes Steuerschiebersystem verwendet, das
den periodischen Bewegungen des Arbeitskolbens nacheilt. Diese Gleichrichtung kann
durch eine Selbststeuerung erfolgen. Erfindungsgemäß wird das Steuersc.hiebersystem
durch einen zusätzlichen Schwingmagnet (Steuermagnet) erregt, dessen Strom gegenüber
dem Strom des Schwingmagnets, der den Arbeitskolben antreibt (Antriebsmagnet), elektrisch
nacheilt, wenn dafür gesorgt wird, daß die Phasenverschiebung z%% isclieii erregender
Kraft und Ausschlag desAntriehsinagnets und beim Steuermagnet die gleiche ist. Dies
ist jedoch ohne Schwierigkeiten zu erreichen. DerSteuermagnet kann dabei wesentlich
kleiner sein als der Antriebsmagnet.
-
Bei Verwendung polarisierter Antriebs- oder Steuermagnete wird der
Steuermagnet von einem Wechselstrom gespeist, der gegenüber dem Strom des Antriebsmagnets
um 9o° phasenverspätet ist. Kommen nichtpolarisierte Magnete zur Anwendung, so beträgt
diese Phasenverspätung 45°. Der 9o° phasenverspätete Strom 'kann unv erkettet einem
Drehstromnetz entnommen werden, wobei dem Antriebsmagnet dann der verkettete Strom
des gleichen Drehstromnetzes zugeführt wird. Die Feinabstimmung der Phasenverschiebung
zwischen Steuerschiebersystem und Arbeitskolben oder die Feinabstimmung der Amplitude
kann durch eine einstellbare Luft- oder öldämpfung erfolgen, indem beispielsweise
bei hydraulischen Pumpen das Leckmittel -durch eine einstellbare Drossel zur Dämpfungseinstellung
des Steuerschiebersystems benutzt wird.
-
Das Arbeitskolbensystem wird zweckmäßig auf die Frequenz des erregenden
Systems abgestimmt, um ein Höchstmaß an Energie übertragen zu können. Weiter empfiehlt
es sich, das StePerschiebersystem
auf Resonanz abzustimmen, um
möglichst große Steuerschlitze zu bekommen. Die Schieberausschläge können gegebenenfalls
durch Lecköldämpfung begrenzt werden.
-
Die Phasenlage des Stromes im Steuermagnet gegenüber dem Strom im
Antriebsmagnet kann verschiebbar gemacht werden. Man hat dann die Möglichkeit, durch
Verschiebung der Phasenlage den Druck und die Menge des von der Pumpe ge= förderten
Mittels einzuregeln. Durch Phasenverdrehung kann eine Umkehr der Förderrichtung
herbeigeführt werden. Der Steuermagnet kann gegebenenfalls als Magnetsystem mit
frei schwingendemAnker ausgebildet sein. Sind mehrere Schwingpumpen vorhanden, so
können diese von einem gemeinsamen Steuerschiebersystem gesteuert werden.
-
Um den schädlichen Raum des Pumpenzylinders möglichst klein zu halten,
wird nach einem weiteren Vorschlage der Erfindung der Steuerschieber senkrecht zum
Arbeitskolben angeordnet. Zwecks Vereinfachung im Aufbau und zur Platzeinsparung
empfiehlt es sich ferner, die Federn des Steuerschiebersystems im Innern des hohlen
Steuerschiebers anzuordnen. .Hierdurch erzielt man gleichzeitig eine Herabsetzung
der Schwingungsmasse des Steuerschiebersvstems.
-
In der Zeichnung zeigt Abb. i, wie bei einem Drehstromnetz mit Nulleiter
zwei 9o° phasenverschobene Spannungen abgegriffen werden können. In Abb.2 ist eine
Schwingpumpe mit elektrischer Fremdsteuerung schematisch wiedergegeben.
-
Der Antriebsmagnet ist mit io bezeichnet. Sein Anker i i ist mit dem
Arbeitskolben 12 verbunden. 13 ist der Pumpenzylinder. Die Druckfedern 14 und 15
werden vom Magnet io gespannt und geben ihre Energie beim Verdichten an das Druckmittel
ab. Der Steuerschieber 16 wird vom Steuermagnet 17 in oszillierende Bewegung versetzt.
18 ist der Anker dieses Magnets der durch die Federn i9 und 20 gelüftet wird. 21
ist das Gehäuse des Steuerschiebers. 22 :stellt die Druckführung zum Steuerschieber
dar, 23 die Ansaugleitung vom Ülbehälter24 und 25 die Druckleitung zum Druckspeicher.
Das Lecköl kann mittels der einstellbaren DrOSSCI 26 mehr oder weniger gedrosselt
und damit die Dämpfungskraft auf den Steuerschieber eingestellt werden. Der Antriebsmagnet
io wird an die Spannung URS und der Steuermagnet 17 an die Spannung UT des Drehstromnetzes
27 angeschlossen, wobei die Spannung UT der Spannung URS um 9o° nacheilt. Mittels
der Drossel 26 kann die 9o° Feinabstimmung des Steuerschiebers auf die Arheitskolbenbewegung
erfolgen.
-
Beim Beginn des Abwärtshubes des Arbeitskolbens 12 ist der Steuerschieber
16 gerade in der gezeichneten Nullstellung und bewegt sich nach oben, so daß das
Druckmittel in die Druckleitung 25 kommt. Eine halbe Periode später, beim Aufwärtshub
des Arbeitskolbens 12, bewegt sich der Steuerschieber 16 nach unten, wodurch das
01 aus dem Behälter 24 über die Leitung 23 angesaugt wird. Legt man den Steuermagnet
an eine Wechsel-Spannung, deren Phasenlage beliebig verdreht werden kann, z. B.
an die Sekundärspannung eines Drehreglers, so tritt folgendes bei der Schwingpumpe
mit einfachem Antriebsmagnet ein: i. Der Wechselstrom des Steuermagnets liegt in
Phase mit dem Wechselstrom des Antriebsmagnets. Die Pumpenleistung ist gleich Null.
-
2. Wird der Wechselstrom im Steuermagnet iil der Phase gegenüber dem
Wechselstrom im Antriebsmagnet vorverdreht, so nimmt die Pumpenförderung mit wachsendem
Phasenwinkel stetig zu, um bei einer elektrischen Vorverdrehung von 45° den maximalen
Wert zu erreichen, da jetzt Steuerschieber und Arbeitskolben mechanisch um 9o° phasenverschoben
sind. Wegen der quadratischen Zugkraftabhängigkeit und der dadurch bedingten Frequenzverdoppelung
genügen bei einfachen Elektromagneten 45° elektrische Phasenverschiebung der beiden
?@lagtietströme untereinander, um 9o° mechanische Phasenverschiebung zwischen der
Amplitude des Arbeitskolbens und der Amplitude des Steuerkolbens zu erreichen.
-
3. Wird der 1Vechselstrom im Steuermagnet in der Phase gegenüber dem
Wechselstrom im Antriebsmagnet nachverdreht, so fängt die Schwingpumpe ebenfalls
an zu fördern, nur in der entgegengesetzten Flüssigkeitsrichtulig wie bei 2. Wird
diese elektrische Phasenverschiebung auf 9o" gegenüber dem Endzustand voll 2, d.
1i. 45° gegenül@er dem Endzustand von i erhöht, so fördert die Schwingpumpe mit
voller Leistung in der entgegengesetzten Richtung von 2.
-
Wird also die Phasenlage des Steuermagnet-Stromes so eingestellt,
daß bei phasengleichen Wechselspannungen der Steuermagnetstroin um 45° gegenüber
dem Antriebsmagnetstrom voreilt, dann fördert die Schwingpumpe maximale Menge. Wird
der Steuermagnet in den Nullzweig einer phasengesteuerten Wec'hselstrombrücke geschaltet
und die eine Olleitung der Schwingpumpe an das eine Ende eines Druckzvlinders, die
andere Ölleitung an das andere Ende des Zylinders gelegt, so ist man in der Lage,
eine Wegsteuerung des Stellkolbens durchzuführen, sofern der eine Widerstand der
Wechselstrombrücke mit dem Stellkolben verstellt wird. Entweder kann man eine Trehreglerbrückenschaltung
nehmen oder eine einfache Wechselstrolnwiderstandsbrücke mit 9o° Zusatzspannung.
In beiden Fällen schließt man zweckmäßig an Drehstrom an. Bei der ersten Schaltung
darf man das Steuergerät, den Geber. nicht über -I- - 18o° vor- oder nachverdrehen,
bei der zweiten Schaltung besteht dieseEinschränkung ebenfalls, da ein Drehpotentiometer
nur 2X 18o°= 36o° gedreht werden kann. Aller sowohl Widerstände wie Drehregler brauchen
ja, abgesehen von Sonderfällen, nur einen beschränkten Verstellbereich zu haben.
-
Um die Arbeit der Schwingpumpe von den Spannungsschwankungen möglichst
unabhängig zu machen, empfiehlt es sich, die Spule des Antriebsmagnets so anzulegen,
daß bei Nennspannung bereits Sättigung im Kern des Magnets eingetreten
ist,
so daß der llagnetisierungsstrom sich zwar entsprechend der Spannungsschwankung
ändern 'kann, der von ihm erzeugte Fluß im Luftspalt sich aber im Bereich der größtmöglichen
Spannungsschwankungen von + - ioo/o praktisch nicht ändert. In gleicher Weise wird
man vorteilhaft den Steuermagnet so auslegen, daß er im Bereich der Sättigung arbeitet,
damit der Luftspaltfluh und damit die erregende Magnetkraft sich bei + - io 1/o
Änderungen der Steuerspulenspannung praktisch nicht ändern.
-
Hei dem Atisführungsbeispiel der Abb.3 beiCicli11etl Wie iii .\h1>.
2 io den :\tttriel)smagiiet, i i dessen Anker, 12 den mit diesem verbundenen Arbeitskolben,
13 das Pumpengehäuse, 14, i5 die Gegenfedern des Arbeitskolbens, 16 den hohlen Steuerschieber,
17 den Steuermagnet, 18 dessen Anker und 19, 2o die Federn des Steuersystems. Der
Steuerschieber 16 liegt senkrecht zum Ärbeitskolben 12, so daß die Steuerräume unmittelbar
an den Druckraum des Arbeitskolbens anschließen. Die Steuerfedern 19, 20 sind im
Innern des hohlen Steuerschiebers 16 angeordnet, wobei ihre Vorspannung und damit
die Nullstellung des Schiebers cturcli die Endschrauben 28, 29 einstellbar ist.
Die beiden Federräume sind durch eine Bohrung 30 miteinander verbunden. Falls die
SteuerschieberschN,#ingting gedämpft werden muß, wird an Stelle dieser Bohrung
30 eine Zwischenwand gelassen.
-
Gleichzeitig werden die in den Endschrauben 28,29 vorgesehenen
Bohrungen 31, 32 je nach Dämpfung dimensioniert, hierbei müssen die beiden Räume
33, 34 gegenüber dem Außenöl so weit abgeschlossen sein, daß die Dämpfung der Bohrungen
32, 32 wirksam wird. Die ausgezogenen Pfeile geben die Richtungen des Olstromes
z. B. bei Miasenvoreilung von 1.= (Steuermagnet) gegenüber 1i (.\iitricl)sinagiiet)
an, während die gestrichelten Pfeile die IZeichungen des Ölstromes bei Phasennaclieilung
von f= gegenüber Ii zeigen. 3;. 36 sind die Zu- bzw. Abflußleitungen.
-
Die erhndtingsgemäße Schwingpumpe dient vorzugsweise zum Fördern von
Flüssigkeiten. Sie kann aber auch mit gleichem Vorteil zum Fördern von gasförmigen
Stoffen dienen.
-
Abb. ,4 der Zeichnung zeigt eine Ausführung, bei der zwei gleichartige
Kolbensysteme 37 und 38 vorgesehen sind. Jedes dieser Kolbensysteme 37, 38 wirkt
als Arbeitskolben und außerdem als Steuerschieber. Ihr Antrieb erfolgt durch zwei
getrennte Magnete, Wobei die Magnetkräfte zeitlich um 9o° in ihrer Pliase verschoben
sind (s. Abb. 5, 6). Die Umsteuerung der als Doppelkolbenpumpe arbeitenden Pumpe
kann einfach dadurch geschehen, daß eine der beiden Magnete von z. B. -45° auf +
45° in der Phase verschoben wird. Charakteristisch für die Ausführung der Abb.4
bis 6 ist, daß die beiden Kolben jeweils dann als Steuerschieber arbeiten, wenn
sie den Saughub ausführen. Sie sind in dieser Arbeitsphase deshalb weniger gedämpft
und haben deshalb in dieser Phase eine höhere Amplitude als während ihres Druckhubes.
Dies ist erwünscht, um eine unempfindliche Steuerwirkung zu erhalten. Andererseits
wird ein Anschlagen dadurch vermieden, d'aß der gerade als Steuerschieber wirkende
Kolben durch den anderen Kolben im Olstrom gedrosselt wird. Zur praktischen Anwendung
ist diese Ausführung besonders in Zusammenarbeit mit doppelseitig beaufschlagten
Stellkolben geeignet, da dann ein offener Kreislauf möglich ist und damit die beire
geschlossenen Kreislauf auftretenden Lecköl-#chwierigkeiten vermieden werden.