EP1910673B1 - Schwingankerpumpe mit elektromagnetischem antrieb - Google Patents

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EP1910673B1
EP1910673B1 EP06776456.3A EP06776456A EP1910673B1 EP 1910673 B1 EP1910673 B1 EP 1910673B1 EP 06776456 A EP06776456 A EP 06776456A EP 1910673 B1 EP1910673 B1 EP 1910673B1
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EP
European Patent Office
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pump according
oscillating armature
armature pump
hollow piston
piston
Prior art date
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Not-in-force
Application number
EP06776456.3A
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English (en)
French (fr)
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EP1910673A1 (de
Inventor
Stefan Wiehl
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
KSB AG
Klein Schanzlin and Becker AG
Original Assignee
KSB AG
Klein Schanzlin and Becker AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by KSB AG, Klein Schanzlin and Becker AG filed Critical KSB AG
Publication of EP1910673A1 publication Critical patent/EP1910673A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1910673B1 publication Critical patent/EP1910673B1/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B17/00—Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors
    • F04B17/03—Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors driven by electric motors
    • F04B17/04—Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors driven by electric motors using solenoids
    • F04B17/046—Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors driven by electric motors using solenoids the fluid flowing through the moving part of the motor

Definitions

  • the invention relates to an oscillating armature pump with electromagnetic drive, in particular with solar drive, wherein in a cylindrical interior, a ferromagnetic piston is axially displaceable, generates a voltage applied to an outer coil coil voltage driving forces for the piston, in the piston by a check valve in a flow direction closable flow path is arranged and a second check valve is arranged on a delivery-side pump outlet, wherein a hollow piston is arranged in a non-magnetic housing tube, wherein the hollow piston axially spaced-apart sealing rings.
  • the FR 1407722 A discloses a vibrating armature pump with a magnetic metal piston movably mounted in a cylindrical tube of low magnetic metal.
  • the piston has spaced sealing rings.
  • the DE 806 197 C shows a further oscillating armature pump with a pump piston made of magnetizable material, which is slidably mounted in a tube of magnetically indifferent material.
  • the WO 00/14408 A discloses an electromagnetic pump having a tube surrounded by an annular electromagnetic drive coil and a movable piston formed by two apertured discs and a permanent magnet therebetween.
  • the DE-B 1 653 447 is a vibrating tank pump for conveying oils described.
  • the housing is made up of several, industrially manufactured parts. So are two stator packs by means of a special tool to one special electromagnet core to press. This is square in structure, has a cylindrical bore and is provided on the outside in the middle region with a puncture. The puncture conducts the magnetic flux over the piston and thus generates the desired force effect.
  • a surface coating of the piston with non-magnetic material prevents the risk of so-called sticking of the piston in the bore. Even with the coating, there is the risk that the piston, especially in dirty oil, jammed. This requires the additional arrangement of a filter. Frequent maintenance is the result.
  • the magnetic force generating coils are arranged in unspecified manner with their coil cores.
  • the stator lamination packages wrap the coils.
  • DE 41 26 124 A1 is a magnetic submersible pump for solar powered pumping equipment for pumping water from wells known.
  • a special intake valve is used, which has a plurality of radially distributed over a circumference arranged valve openings.
  • a metal ring is under the action of a compression spring sealingly on all valve ports at the same time.
  • plate-shaped valve elements use.
  • the spring forces of the check valves must be overcome during a conveying movement of the piston.
  • the piston has two axially spaced iron cores, which is why two axially spaced apart coil systems are used. This increases the overall length.
  • the housing outer diameter is many times larger than the effective diameter of the piston.
  • the invention is therefore based on the problem to develop a vibrating armature pump with electromagnetic drive, in particular solar drive, which is due to their simple structure inexpensive and easy to manufacture and maintain, and at the same time has a good flow behavior.
  • the solution to this problem provides that the housing tube is wrapped with at least one coil-shaped wire winding, wherein one or more wire windings are wholly or partially embedded in the housing tube.
  • the new type of vibrating tank pump described is her compared to existing solutions seriously reduced outside diameter of the housing. This results from the fact that the coil-shaped wire winding is wound around the housing tube and thus rests directly on the housing tube.
  • the pump has thereby a very good ratio of housing outside diameter to effective diameter of the hollow piston. The latter can reach up to 85% of the housing diameter.
  • the pump according to the invention is therefore also suitable for wells with small bore diameters, which are cheaper to produce.
  • Other advantages are their simple structural design and their manufacturability with simple means.
  • the required output products in the form of housing tube, wire for a winding are also available in countries with a low level of development. No special tools are required for installation and maintenance.
  • the arranged on the hollow piston sealing rings ensure good efficiency even with larger tolerances of hollow piston and housing and at the same time act as a barrier against contamination. They prevent their entry into the space between hollow piston and housing and thus jamming. Worn sealing rings can be replaced with common materials.
  • one or more wire windings are completely or partially embedded in the housing tube.
  • a wire winding can be molded into the housing tube or held by a potting material in and / or on the housing tube. Forming results in even smaller housing outer diameters, and protection is achieved by a potting material.
  • the housing tube consists of a plastic or of a mineral material.
  • the ease of processing is another advantage.
  • such pipes can be easily made locally by simple means. From these mineral materials, clay, ceramic or cement pipes can be created. Ceramic has the advantage of high abrasion resistance.
  • an existing pump is resistant to aggressive media, such as those found in hot dry zones as drinking water with high salt content and higher temperature.
  • the hollow piston consists entirely or partially of hard magnetic material or is formed with a thin-walled piston wall. It has proved to be advantageous permanent magnet material, resulting in a very good efficiency despite the simple structure. A surface coating of the hollow piston protects its material from the pumped medium. Thus, the use of media-resistant special materials can be dispensed with.
  • the sealing rings consist of swellable material. Due to their swelling capability, such sealing rings adapt themselves to the housing tube and thus compensate for greater manufacturing tolerances. Furthermore, they are easy to maintain and possible wear is compensated by the swellability.
  • the non-return valves arranged in the hollow piston and delivery-side pump outlet are advantageously designed by a ball made of non-magnetic material as a non-return element and one or more retention straps which limit the stroke of the check valve.
  • a ball made of non-magnetic material as a non-return element and one or more retention straps which limit the stroke of the check valve.
  • one or more solar panels and an electronics unit form a voltage-generating system and are connected to the wire windings.
  • Fig. 1 shows a pump housing as a cylindrical, consisting of a non-magnetic material housing tube 1 with inflow 2 and outlet opening 3. It can be made of plastic, ceramic, concrete or the like. In the area of the outlet opening 3 , a connection 4 is used for connection to a delivery line (not shown here).
  • the non-magnetic housing tube 1 is wound with a coil-shaped wire winding 5 .
  • the hollow piston 6 may be made of ferromagnetic material as well as wholly or partly of hard magnetic material. It is also possible that - as shown here - one or more permanent magnets 8 are held on the hollow piston 6 .
  • the hollow piston 6 at the same time includes a required to promote the fluid check valve. This consists of non-return element 9, here in the form of a ball, restraint bar 10 and valve seat 11. As a ball material, rubber and for the restraint bar 10 stainless material has proven to be advantageous.
  • the retaining clips 10 may be cross-shaped rods.
  • a check valve In the region of the delivery-side outlet opening 3 is another check valve with the components check element 12, here in the form of a ball, retaining bracket 13 and valve seat 14. It prevents backflow of the fluid from a - not shown here - delivery line during the downward movement of the hollow piston .
  • axially spaced sealing rings 15 and 16 are arranged at two or more locations. They are advantageously made of swellable material, which rests sealingly between the hollow piston 6 and the inner wall of the housing tube 1 under the influence of the fluid.
  • a spring 17 for returning the hollow piston 6 is shown in its initial position shown here before a pump stroke. The spring 17 can be omitted if the return of the hollow piston 6 - as will be described in more detail below - by a magnetic field with a restoring force.
  • the wire winding 5 is connected with the interposition of an electronic unit 18 with an electrical voltage source. If the wire winding 5 is activated by means of a voltage / current pulse of suitable polarity generated by the electronic unit, a magnetic field is formed which exerts a force on the hollow piston 6 which forces it from its shown rest position into a conveying movement upwards. As a result of this movement, the check valve located in the hollow piston 6 is closed and, due to the displacement effect, a fluid located in the housing tube 1 is conveyed through the delivery-side outlet opening 3 . After the voltage / current pulse and completed conveying movement, the electronics unit 18 interrupts the flow of current through the wire winding 5, the magnetic field collapses and no electromagnetic force acts on the hollow piston 6.
  • the hollow piston moves back to its original position.
  • the provision of the hollow piston 6 is supported in the illustration shown by a spring 17 mounted in the housing tube.
  • the pressure-side check valve closes and prevents backflow of the pumped fluid from a connected delivery line.
  • a solar panel 19 As an example of an electrical voltage source, a solar panel 19 is shown. Likewise, a wind generator, a battery buffer or another voltage source can be used.
  • the electronics unit 18 generates from the voltage supplied by the solar panel 19 , the desired voltage pulses for the generation of a magnetic field in the wire winding 5.
  • a capacitor 20 is charged. If this reaches a certain voltage level, the electronics unit activates the wire winding 5, which leads to the above-described conveying movement of the hollow piston 6 .
  • the capacitor 20 is discharged. During the return of the hollow piston, the capacitor 20 is recharged and after recharging the capacitor 20 , the process begins again.
  • the arrangement with all common solar electronics circuits or with other, suitable voltage pulses generating systems can be connected.
  • the electronics unit 18 can also generate voltage pulses with reversed polarity for a provision of the hollow piston 6 , wherein the in Fig. 1 shown spring 17 can also be dispensed with. Equally well can be achieved by applying a voltage to a separate wire winding, which is arranged in particular in the region of top dead center of the conveying movement, the provision of the hollow piston. It is also possible to generate the restoring force by applying a voltage of positive polarity to a wire winding with reverse winding sense.
  • Fig. 2 shows a further embodiment of a pump during the conveying movement.
  • the non-magnetic housing tube 21 is wound with a coil-shaped wire winding 5 , which is here completely formed in the housing tube.
  • the wire coil 5 may be wound on a pipe and held thereon by coating with a resin layer or potting material.
  • the housing tube 21 additionally has a connection 22 for possible connection to a protective element for rejecting coarse materials.
  • Fig. 1 here are no lateral webs 7 for the determination of the starting position available. Instead, the hollow piston 23 rests on the housing bottom.
  • the hollow piston 23 - here entirely made of hard magnetic material - is shown during its conveying movement.
  • the check valve located in the hollow piston 23 is closed and due to the displacement effect, a fluid located in the housing tube 21 is conveyed through the delivery-side outlet opening 24 .
  • the provision of the hollow piston 23 after the conveying movement happens here in contrast to Fig. 1 not with the help of a spring, but by a magnetic field with a restoring force.
  • the electronics unit 25 generates voltage pulses with reversed polarity. In the illustration shown, this is achieved by means of a charging and discharging process of a second capacitor 26 .
  • the capacitor 26 is charged during the conveying movement of the hollow piston 23 .
  • the electronics unit energizes the wire winding 5 to return the hollow piston 23 with a voltage pulse of suitable polarity, in the arrangement shown with reversed polarity compared to that during the conveying movement.
  • the capacitor 26 is discharged.
  • the arrangement is also drivable with other solar electronics circuits or with other, suitable voltage pulses generating systems.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Schwingankerpumpe mit elektromagnetischem Antrieb, insbesondere mit Solarantrieb, wobei in einem zylindrischen Innenraum ein ferromagnetischer Kolben axial verschieblich angeordnet ist, eine an eine äußere Spule angelegte Spulenspannung Antriebskräfte für den Kolben erzeugt, im Kolben ein durch ein Rückschlagventil in einer Strömungsrichtung absperrbarer Strömungsweg angeordnet ist und ein zweites Rückschlagventil an einem förderseitigen Pumpenaustritt angeordnet ist, wobei ein Hohlkolben in einem nichtmagnetischen Gehäuserohr angeordnet ist, wobei der Hohlkolben axial zueinander beabstandete Dichtungsringe aufweist.
  • Die FR 1407722 A offenbart eine Schwingankerpumpe mit einem aus magnetischem Metall bestehenden Kolben, der in einem zylindrischen Rohr aus wenig magnetischem Metall beweglich angeordnet ist. Der Kolben weist beabstandet angeordnete Dichtungsringe auf.
  • Die DE 806 197 C zeigt eine weitere Schwingankerpumpe mit einem Pumpenkolben aus magnetisierbarem Werkstoff, der in einem Rohr aus magnetisch indifferentem Stoff verschiebbar gelagert ist.
  • Die WO 00/14408 A offenbart eine elektromagnetische Pumpe mit einem Rohr, das von einer ringförmigen elektromagnetischen Antriebsspule umgeben ist, und einem beweglichen Kolben, der durch zwei mit Öffnungen versehenen Scheiben und einem dazwischen liegenden Permanentmagneten gebildet ist.
  • Durch die DE-B 1 653 447 ist eine Schwingankerpumpe zur Förderung von Ölen beschrieben. Das Gehäuse ist aus mehreren, industriell zu fertigenden Teilen aufgebaut. So sind zwei Ständerpakete mittels eines speziellen Werkzeugs an einen speziellen Elektromagnetkern zu pressen. Dieser ist quadratisch aufgebaut, weist eine zylindrische Bohrung auf und ist auf der Außenseite im mittleren Bereich mit einem Einstich versehen. Der Einstich leitet den Magnetfluss über den Kolben und erzeugt so die gewünschte Kraftwirkung. Eine Oberflächenbeschichtung des Kolbens mit nicht magnetischem Material verhindert die Gefahr des sogenannten Klebens des Kolbens in der Bohrung. Selbst mit der Beschichtung besteht das Risiko, wonach der Kolben, insbesondere bei verschmutztem Öl, verklemmt. Dies erfordert die zusätzliche Anordnung eines Filters. Häufige Wartungsarbeiten sind die Folge.
  • An den planaren Außenflächen des im Querschnitt quadratischen Elektromagnetkerns sind die Magnetkräfte erzeugenden Spulen in nicht näher spezifizierter Weise mit ihren Spulenkernen angeordnet. Die Ständerblechpakete hüllen die Spulen ein. Ein entscheidender Nachteil der vorgestellten Konstruktion ist neben dem fehlenden äußeren Schutzgehäuse ihr großer Gehäuseaußendurchmesser. Dieser steht Anwendungen in kleinen Brunnenbohrungen entgegen.
  • Durch die DE 41 26 124 A1 ist eine Magnettauchpumpe für solarbetriebene Pumpanlagen zur Förderung von Wasser aus Brunnen bekannt. Hierbei findet ein spezielles Ansaugventil Verwendung, welches über mehrere, über einen Umfang radial verteilt angeordnete Ventilöffnungen verfügt. Ein Metallring liegt unter der Wirkung einer Druckfeder dichtend auf allen Ventilöffnungen gleichzeitig an. Hier finden plattenförmige Ventilelemente Verwendung. Bei solchen Pumpen müssen während einer Förderbewegung des Kolbens die Federkräfte der Rückschlagventile überwunden werden. Der Kolben weist zwei axial zueinander beabstandete Eisenkerne auf, weshalb auch zwei axial zueinander beabstandete Spulensysteme Verwendung finden. Dadurch wird die Baulänge vergrößert. Auch bei dieser Pumpe ist der Gehäuseaußendurchmesser um ein Vielfaches größer als der wirksame Durchmesser des Kolbens.
  • Solchen komplexen Schwingankerpumpen gemäß dem Stand der Technik liegen Wirkungsgradoptimierungen zu Grunde, die im industriellen Umfeld erforderlich sind. Dagegen bedingen diese Schwingankerpumpen in Ländern mit einem geringen Entwicklungsstand zusätzliche Schwierigkeiten. Herstellung, Bedienung, Wartung und die Verteilung von Ersatzteilen sind aufgrund der kaum entwickelten Infrastruktur ein gravierendes Hindernis für einen sicheren Betrieb und ein Hindernis für einen Markterfolg. In solchen Ländern muss eine Pumpe bei hoher Betriebssicherheit mit einfachsten Mitteln herzustellen und zu warten sein.
  • Der Erfindung liegt somit das Problem zu Grunde, eine Schwingankerpumpe mit elektromagnetischem Antrieb, insbesondere mit Solarantrieb, zu entwickeln, die bedingt durch ihren einfachen Aufbau preisgünstig und mit einfachen Mitteln herzustellen und zu warten ist, und gleichzeitig ein gutes Förderverhalten aufweist.
  • Die Lösung dieses Problems sieht vor, dass das Gehäuserohr mit mindestens einer spulenförmigen Drahtwicklung umwickelt ist, wobei eine oder mehrere Drahtwicklungen ganz oder teilweise in das Gehäuserohr eingebettet sind.
  • Vorteilhaft für die neue Art der beschriebenen Schwingankerpumpe ist ihr im Vergleich zu bestehenden Lösungen gravierend reduzierter Gehäuseaußendurchmesser. Dies ergibt sich dadurch, dass die spulenförmige Drahtwicklung um das Gehäuserohr gewickelt ist und somit unmittelbar auf dem Gehäuserohr aufliegt. Die Pumpe weist dadurch ein sehr gutes Verhältnis von Gehäuseaußendurchmesser zu wirksamem Durchmesser des Hohlkolbens auf. Letzterer kann bis zu 85% des Gehäusedurchmessers erreichen. Die erfindungsgemäße Pumpe ist somit auch für Brunnen mit kleinen Bohrdurchmessern geeignet, welche günstiger herstellbar sind. Weitere Vorteile sind ihr einfacher konstruktiver Aufbau sowie ihre Herstellbarkeit mit einfachen Mitteln. Die erforderlichen Ausgangsprodukte in Form von Gehäuserohr, Draht für eine Wicklung sind auch in Ländern mit geringem Entwicklungsstand verfügbar. Zur Montage und Wartung wird kein Spezialwerkzeug benötigt. Die am Hohlkolben angeordneten Dichtungsringe gewährleisten auch bei größeren Maßtoleranzen von Hohlkolben und Gehäuse einen guten Wirkungsgrad und wirken gleichzeitig als Sperrmittel gegen Verunreinigungen. Sie verhindern deren Zutritt in den Raum zwischen Hohlkolben und Gehäuse und damit ein Verklemmen. Verschlissene Dichtungsringe können mit üblichen Materialien ersetzt werden.
  • Erfindungsgemäß sind eine oder mehrere Drahtwicklungen ganz oder teilweise in das Gehäuserohr eingebettet. Eine Drahtwicklung kann in das Gehäuserohr eingeformt werden oder durch ein Vergussmaterial im und/oder am Gehäuserohr gehalten werden. Durch ein Einformen ergeben sich noch kleinere Gehäuseaußendurchmesser und durch ein Vergussmaterial wird ein Schutz erreicht.
  • Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Gehäuserohr aus einem Kunststoff oder aus einem mineralischen Material besteht. Neben einer weltweiten Verfügbarkeit von Rohren aus diesen Materialien ist deren einfache Verarbeitbarkeit ein weiterer Vorteil. Ebenso können solche Rohre problemlos mit einfachen Mitteln lokal hergestellt werden. Aus diesen mineralischen Materialien können Ton-, Keramik- oder Zementrohre erstellt werden. Keramik hat den Vorteil der hohen Abrasionsbeständigkeit. Zusätzlich ist eine daraus bestehende Pumpe beständig gegen aggressive Medien, wie sie in heißen Trockenzonen als Trinkwasser mit hohem Salzgehalt und höherer Temperatur vorhanden sind.
  • Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sehen vor, dass der Hohlkolben ganz oder teilweise aus hartmagnetischem Material besteht oder mit dünnwandiger Kolbenwand ausgebildet ist. Als vorteilhaft hat sich Permanentmagnetmaterial erwiesen, wodurch sich trotz des einfachen Aufbaus ein sehr guter Wirkungsgrad ergibt. Eine Oberflächenbeschichtung des Hohlkolbens schützt dessen Material vor dem Fördermedium. Somit kann auf die Verwendung von medienresistenten Spezialmaterialien verzichtet werden.
  • Nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung bestehen die Dichtungsringe aus quellfähigem Material. Solche Dichtungsringe passen sich aufgrund ihrer Quellfähigkeit von selbst an das Gehäuserohr an und gleichen somit größere Fertigungstoleranzen aus. Weiterhin sind sie einfach zu warten und ein eventueller Verschleiß wird durch die Quellfähigkeit kompensiert.
  • Die im Hohlkolben und förderseitigem Pumpenaustritt angeordneten Rückschlagventile werden vorteilhaft durch eine aus nicht magnetischem Material bestehende Kugel als Rückschlagelement und einem oder mehreren Rückhaltebügeln, die den Hub des Rückschlagventils begrenzen, ausgeführt. Die Kugeln liegen bei geschlossenem Ventil auf einem im Gehäuse und/oder im Hohlkolben angeordneten Ventilsitz auf. Diese Kugeln sind nicht schwimmfähig und liegen unter ihrem Eigengewicht am Ventilsitz an.
  • Im Bereich der Zuström- und/oder Austrittsöffnung der Pumpe sind Anschlussmittel angebracht. Diese ermöglichen die Verbindung mit der Förderleitung und die fallweise zusätzliche Anbringung eines Schutzelementes auf der Saugseite. Damit wird ein Eintritt von Steinen oder Grobmaterialien in die Pumpe verhindert. Diese könnten zu einer Blockade führen.
  • Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sehen vor, dass ein oder mehrere Solarpaneele und eine Elektronikeinheit ein spannungserzeugendes System bilden und mit den Drahtwicklungen verbunden sind.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen
    • Fig. 1
    eine Ausführungsform mit Hohlkolben in Ausgangslage und
    Fig. 2
    eine Ausführungsform mit Hohlkolben während der Förderbewegung.
  • Fig. 1 zeigt ein Pumpengehäuse als ein zylindrisches, aus einem nicht magnetischen Material bestehendes Gehäuserohr 1 mit Zuströmöffnung 2 und Austrittsöffnung 3. Es kann aus Kunststoff, Keramik, Beton oder dergleichen bestehen. Im Bereich der Austrittsöffnung 3 dient ein Anschluss 4 zur Verbindung mit einer - hier nicht dargestellten - Förderleitung. Das nicht magnetische Gehäuserohr 1 ist mit einer spulenförmigen Drahtwicklung 5 umwickelt.
  • Ein im Gehäuserohr 1 in axialer Richtung verschieblich angeordneter Hohlkolben 6 befindet sich in einer Ausgangslage, die durch seitlich in das Pumpeninnere hineinragende Stege 7 definiert ist, welche sich im Abstand zu einem Gehäuseboden befinden. Der Hohlkolben 6 kann aus ferromagnetischem Material sowie ganz oder teilweise aus hartmagnetischem Material bestehen. Es ist auch möglich, dass - wie hier gezeigt - am Hohlkolben 6 ein oder mehrere Permanentmagnete 8 gehalten sind. Der Hohlkolben 6 beinhaltet gleichzeitig ein zur Förderung des Fluids erforderliches Rückschlagventil. Dies besteht aus Rückschlagelement 9, hier in Form einer Kugel, Rückhaltebügel 10 und Ventilsitz 11. Als Kugelmaterial hat sich Gummi und für die Rückhaltebügel 10 rostfreies Material als vorteilhaft erwiesen. Die Rückhaltebügel 10 können kreuzförmig angeordnete Stäbe sein.
  • Im Bereich der förderseitigen Austrittsöffnung 3 befindet sich ein weiteres Rückschlagventil mit den Komponenten Rückschlagelement 12, hier in Form einer Kugel, Rückhaltebügel 13 und Ventilsitz 14. Es verhindert ein Rückströmen des Fluids aus einer - hier nicht dargestellten - Förderleitung während der Abwärtsbewegung des Hohlkolbens 6. Am Hohlkolben 6 sind an zwei oder mehreren Stellen axial mit Abstand zueinander angeordnete Dichtungsringe 15 und 16 angeordnet. Sie bestehen vorteilhaft aus quellfähigem Material, welches unter dem Einfluss des Fluids dichtend zwischen Hohlkolben 6 und der Innenwand vom Gehäuserohr 1 anliegt. Im Gehäuserohr 1 ist eine Feder 17 zur Rückstellung des Hohlkolbens 6 in seine hier dargestellte Ausgangslage vor einem Pumpenhub gezeigt. Auf die Feder 17 kann verzichtet werden, wenn die Rückstellung des Hohlkolbens 6 - wie nachstehend näher beschrieben wird - durch ein Magnetfeld mit einer rückstellenden Kraftwirkung erfolgt.
  • Die Drahtwicklung 5 ist unter Zwischenschaltung einer Elektronikeinheit 18 mit einer elektrischen Spannungsquelle verbunden. Wird mittels eines durch die Elektronikeinheit erzeugten Spannungs-/ Stromimpulses geeigneter Polarität die Drahtwicklung 5 aktiviert, so bildet sich ein Magnetfeld aus, welches auf den Hohlkolben 6 eine Kraftwirkung ausübt, die ihn aus seiner gezeigten Ruhelage in eine hier nach oben erfolgende Förderbewegung zwingt. Durch diese Bewegung wird das im Hohlkolben 6 befindliche Rückschlagventil geschlossen und aufgrund der Verdrängerwirkung ein im Gehäuserohr 1 befindliches Fluid durch die förderseitige Austrittsöffnung 3 gefördert. Nach dem Spannungs-/ Stromimpuls und erfolgter Förderbewegung unterbricht die Elektronikeinheit 18 den Stromfluss durch die Drahtwicklung 5, das Magnetfeld bricht zusammen und es wirkt keine elektromagnetische Kraft mehr auf den Hohlkolben 6. Aufgrund seiner Gewichtskraft bewegt sich der Hohlkolben zurück in seine Ausgangslage. Die Rückstellung des Hohlkolbens 6 wird in der gezeigten Darstellung durch eine im Gehäuserohr angebrachte Feder 17 unterstützt. Gleichzeitig schließt sich das druckseitige Rückschlagventil und verhindert eine Rückströmung des geförderten Fluids aus einer angeschlossenen Förderleitung.
  • Als Beispiel für eine elektrische Spannungsquelle ist ein Solarpaneel 19 gezeigt. Ebenso kann ein Windgenerator, ein Batteriepuffer oder eine andere Spannungsquelle Anwendung finden. Die Elektronikeinheit 18 erzeugt aus der vom Solarpaneel 19 gelieferten Spannung die gewünschten Spannungsimpulse für die Erzeugung eines Magnetfeldes in der Drahtwicklung 5. Durch die mittels Solarpaneel umgewandelte Sonnenenergie wird ein Kondensator 20 geladen. Erreicht dieser einen bestimmten Spannungspegel, aktiviert die Elektronikeinheit die Drahtwicklung 5, wodurch es zu oben beschriebener Förderbewegung des Hohlkolbens 6 kommt. Der Kondensator 20 wird dabei entladen. Während der Rückstellung des Hohlkolbens wird der Kondensator 20 erneut aufgeladen und nach erneuter Ladung des Kondensators 20 beginnt der Vorgang von vorne.
  • Neben der dargestellten, auf einem einfachen Lade- und Entladevorgang eines Kondensators beruhenden Elektronikeinheit ist die Anordnung mit allen gängigen Solarelektronikschaltungen oder mit anderen, geeignete Spannungsimpulse erzeugenden Systemen verbindbar. Die Elektronikeinheit 18 kann für eine Rückstellung des Hohlkolbens 6 auch Spannungsimpulse mit umgekehrter Polarität erzeugen, wobei auf die in Fig. 1 dargestellte Feder 17 auch verzichtet werden kann. Ebenso gut kann durch Anlegen einer Spannung an eine separate Drahtwicklung, die insbesondere im Bereich des oberen Totpunkts der Förderbewegung angeordnet ist, die Rückstellung des Hohlkolbens erreicht werden. Dabei ist es auch möglich, die Rückstellkraft durch Anlegen einer Spannung positiver Polarität an eine Drahtwicklung mit umgekehrtem Wickelsinn zu erzeugen.
  • Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Pumpe während der Förderbewegung. Das nicht magnetische Gehäuserohr 21 ist mit einer spulenförmigen Drahtwicklung 5 umwickelt, die hier ganz in das Gehäuserohr eingeformt ist. Ebenso kann die Drahtwicklung 5 auf ein Rohr gewickelt sein und daran durch Überziehen mit einer Harzschicht oder durch Vergussmaterial gehalten sein. Das Gehäuserohr 21 besitzt zusätzlich einen Anschluss 22 zur möglichen Verbindung mit einem Schutzelement zur Abweisung von Grobmaterialien. Im Unterschied zu Fig. 1 sind hier keine seitlichen Stege 7 für die Bestimmung der Ausgangslage vorhanden. Statt dessen liegt der Hohlkolben 23 am Gehäuseboden auf.
  • Der Hohlkolben 23 - hier ganz aus hartmagnetischem Material bestehend - wird während seiner Förderbewegung gezeigt. Während dieser Bewegung ist das im Hohlkolben 23 befindliche Rückschlagventil geschlossen und aufgrund der Verdrängerwirkung wird ein im Gehäuserohr 21 befindliches Fluid durch die förderseitige Austrittsöffnung 24 gefördert. Die Rückstellung des Hohlkolbens 23 nach erfolgter Förderbewegung geschieht hier im Gegensatz zu Fig. 1 nicht mit Hilfe einer Feder, sondern durch ein Magnetfeld mit einer rückstellenden Kraftwirkung. Dazu erzeugt die Elektronikeinheit 25 Spannungsimpulse mit umgekehrter Polarität. In der gezeigten Darstellung wird dies mittels eines Lade- und Entladevorgangs eines zweiten Kondensators 26 erreicht. Dazu wird während der Förderbewegung des Hohlkolbens 23 der Kondensator 26 geladen. Die Elektronikeinheit beaufschlagt die Drahtwicklung 5 zur Rückstellung des Hohlkolbens 23 mit einem Spannungsimpuls geeigneter Polarität, in der gezeigten Anordnung mit umgekehrter Polarität im Vergleich zu derjenigen während der Förderbewegung. Der Kondensator 26 wird dabei entladen. Die Anordnung ist aber auch mit anderen Solarelektronikschaltungen oder mit anderen, geeignete Spannungsimpulse erzeugenden Systemen antreibbar.

Claims (15)

  1. Schwingankerpumpe mit elektromagnetischem Antrieb, insbesondere mit Solarantrieb, wobei in einem zylindrischen Innenraum ein ferromagnetischer Kolben axial verschieblich angeordnet ist, eine an eine äußere Spule angelegte Spulenspannung Antriebskräfte für den Kolben erzeugt, im Kolben ein durch ein Rückschlagventil in einer Strömungsrichtung absperrbarer Strömungsweg angeordnet ist und ein zweites Rückschlagventil an einem förderseitigen Pumpenaustritt angeordnet ist, wobei ein Hohlkolben (6, 23) in einem nichtmagnetischen Gehäuserohr (1, 21) angeordnet ist, wobei der Hohlkolben (6, 23) axial zueinander beabstandete Dichtungsringe (15, 16) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuserohr (1, 21) mit mindestens einer spulenförmigen Drahtwicklung (5) umwickelt ist, wobei eine oder mehrere Drahtwicklungen (5) ganz oder teilweise in das Gehäuserohr (21) eingebettet sind.
  2. Schwingankerpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drahtwicklungen (5) in das Gehäuserohr (21) eingeformt sind.
  3. Schwingankerpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drahtwicklungen (5) durch ein Vergussmaterial im und/oder am Gehäuserohr (1, 21) gehalten sind.
  4. Schwingankerpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuserohr (1, 21) aus einem Kunststoff oder aus einem mineralischen Material besteht.
  5. Schwingankerpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkolben (6, 23) ganz oder teilweise aus hartmagnetischem Material besteht.
  6. Schwingankerpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkolben (6, 23) mit dünnwandiger Kolbenwand ausgebildet ist.
  7. Schwingankerpumpe nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkolben (6, 23) mit einer Oberflächenbeschichtung versehen ist.
  8. Schwingankerpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungsringe (15, 16) aus quellfähigem Material bestehen.
  9. Schwingankerpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückschlagelemente (9, 12) der Rückschlagventile aus nicht magnetischem Material bestehen.
  10. Schwingankerpumpe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückschlagventile als an sich bekannte Kugelrückschlagventile ausgebildet sind.
  11. Schwingankerpumpe nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Rückhaltebügel (10, 13) den Hub der Rückschlagelemente (9, 12) begrenzen.
  12. Schwingankerpumpe nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückschlagelemente (9, 12) bei geschlossenem Ventil auf einem im Gehäuse und/oder im Hohlkolben (6, 23) angeordneten Ventilsitz (11, 14) aufliegen.
  13. Schwingankerpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Zuström- (2) und/oder Austrittsöffnung (3, 24) der Pumpe Anschlussmittel (4, 22) angebracht sind.
  14. Schwingankerpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein spannungserzeugendes System mit den spulenförmigen Drahtwicklungen (5) verbunden ist.
  15. Schwingankerpumpe nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Solarpaneele (19) und eine Elektronikeinheit (18, 25) das spannungserzeugende System bilden.
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