CH623635A5 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Magnetkolbenpumpen-Einrichtung zum Fördern von Fluiden, d. h. Gasen oder Flüssigkeiten, bei hohen Drücken und hohen Temperaturen, bei der die Pumpe einen in einem Pumpenrohr aus nichtmagnetischem Werkstoff frei beweglichen Pumpenkolben mit Ausnehmungen für das zu fördernde Fluid aufweist, wobei im Pumpenkolben und in dem einen Ende des Pumpenrohres je ein Kugelventil vorgesehen ist und die Antriebskraft auf den Pumpenkolben durch ausserhalb des Pumpenrohres angeordnete Permanent-Ringmagnete übertragen wird, die durch eine von einem Elektromotor angetriebene Schubstange hin- und herbewegt werden.

Eine solche Pumpe ist bekannt, vgl. «The Review of Scientific Instruments» Bd. 41, Nr. 10,1444—1446, Okt. 1970. Diese Pumpe ist jedoch nur bei Temperaturen bis 200 °C einsatzfähig, da die dort benutzten Kugeln der Ein-und Austrittventile aus Polytetrafluoräthylen (Teflon) gefertigt sind, das schon bei Temperaturen von ca. 200 °C und massig hohen Drücken plastische Verformungen erleidet, wodurch die Dichtheit des Pumpensystems nicht mehr gewährleistet ist. Ferner ist bei diesem bekannten Pumpensystem die Durchführung für die Schubstange in den beheizten Thermostaten zum Antrieb der Ringmagnete nur mit hohem konstruktiven Aufwand möglich, wobei noch die an der Dichtstelle auftretenden Reibverluste für das elektrische Antriebssystem eine Mehrbelastung und eine vorzeitige Abnutzung der Abdichtung verursachen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Magnet-kolbenpumpen-Einrichtung zu schaffen, die bei Temperaturen bis 300 °C und Drücken bis 700 bar im Dauerbetrieb arbeitet, keiner Abnutzung unterliegt und einen Einsatz auch für aggressive Fluide ermöglicht. Diese Aufgabe wird gemäss dem Anspruch 1 gelöst.

Nachfolgend werden anhand der schematischen Zeichnung Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Magnetkolbenpumpen-Einrichtung beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schema der Magnetpumpen-Einrichtung, wobei die Pumpe in einem beheitzten, unter Druck eines fluiden Mediums stehenden Thermostaten angeordnet ist;

Fig. 2 die Magnetkupplung, die die hin- und hergehende

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Antriebsbewegung auf die Pumpe zu übertragen gestattet;

Fig. 3 die Pumpe;

Fig. 4 eine weitere Ausführungsform der Pumpe;

Fig. 5 eine Ausführungsform der Pumpe mit vier ausserhalb angeordneten Kugelventilen; 5

Fig. 6 eine abgeänderte Ausführungsform des Pumpenkolbens gemäss Fig. 5.

Wie Fig. 1 zeigt sind in einem unter dem Druck eines Fluids — beispielsweise einer Flüssigkeit — stehenden Thermostaten 1, dessen Wandung nur teilweise dargestellt ist, io eine Kolbenpumpe 2 und eine Axial-Bewegung übertragende Magnetkupplung 3 angeordnet. Der Mantelkörper der Magnetkupplung 3 ist durch zwei Verbindungsstangen 4 mit dem Mantelkörper der Pumpe 2 verbunden, so dass letzterer Mantelkörper den Bewegungen des Mantelkörpers der Kupplung 15 3 folgt und dabei längs des Pumpenrohres 5 gleitet. Ein Führungsrohr 6 aus nichtmagnetischem Werkstoff ist mit der Wand des Gehäuses des Thermostaten 1 dicht verbunden. Das im Führungsrohr 6 gleitbar angeordnete Kernstück 3i (Fg. 2) der Magnetkupplung 3 ist über eine Schubstange 7 2o und eine Pleuelstange 8 mit einer Exzenterscheibe 9 gekoppelt, die von einem regelbaren Gleichstrommotor 10 über ein Getriebe 11 in Drehung versetzt wird. Die Axialbewegungen der Schubstange 7 werden von dem mit der Schubstange verbundenen Kernstück 3i mit Hilfe von Perma- 25 nent-Ringmagneten auf den Mantelkörper 3a (Fig. 2) der Kupplung 3 übertragen.

Der Aufbau der Magnetkupplung 3 ist in Fig. 2 dargestellt. Im aus nichtmagnetischen Werkstoff bestehenden Führungsrohr 6 befindet sich ein Kernstück 3i und ausser- 30 halb des Führungsrohres 6 ein ebenfalls gleitbar angeordneter Mantelkörper 3a. Sowohl im Kernstück als auch im Mantelkörper ist die gleiche Anzahl von axial magnetisierten Ringmagneten 12a bzw. 12i vorgesehen. Auf je zwei Ringmagnete folgt ein Trennring 13a bzw. 13i aus weichmagnetisierbarem 3J Werkstoff. Die Ringmagnete des Kernstücks 3i mit den zugehörigen Trennringen sitzen zwischen Endplatten 14i auf einem mit der Schubstange 7 verbundenen Dorn 3b, während das entsprechende Magnetsystem des Mantelkörpers 3a ebenfalls durch Endplatten 14a verschlossen ist.

Die den Trennringen 13a bzw. 13i benachbarten Seiten der Ringmagnete haben die gleiche Polarität; im Mantelkörper 3a jedoch ist die Polarität entgegengesetzt zu der Polarität der Ringmagnete des Kernstücks 3i. Hierdurch wird ein starker Magnetfluss und damit eine hoheKupplungs- 4S kraft erzielt. Ferner bleibt die Magnetkupplung 3 bei einer Stossbelastung stabil.

Der Aufbau der Pumpe 2 ist in Fig. 3 dargestellt. Das Pumpenrohr 5 aus nichtmagnetischem Werkstoff trennt den Mantelkörper 2a der Pumpe 2 von dem Pumpenkolben 15. Da das Pumpenrohr 5 im Innern unter Hochdruck steht,

muss es entsprechend der hohen thermischen und mechanischen Belastung ausgelegt sein. Das Pumpenrohr 5 ist an beiden Enden mit Hilfe von Druckplatten 16 durch Rohrend-stücke 17 mit dem Hochdrucksystem verbunden. Die Abdichtung des Hochdrucksystems gegenüber dem Thermostaten 1 ist durch Metallringe 18 gewährleistet. Diese weisen aussen und innen einen Konuswinkel von 15° auf und werden von den Druckringen 19 an die in der Dichtstelle mit 12° geneigte Innenfläche des Pumpenrohres 5 und an die Aussenfläche der Rohrendstücke 16 gedrückt. Durch die unterschiedliche Konizität der Dichtflächen ist die Berührungsfläche sehr klein und die Dichtwirkung bei vorgegebener Anzugskraft entsprechend günstig.

Unter der Schubwirkung der Verbindungsstangen 4 glei- 65 tet der Mantelkörper 2a, gegenüber dem Pumpenrohr 5 durch wenigstens zwei Führungsstangen 20 gegen Verdrehung gesichert, hin und her. In dem Mantelkörper 2a sind drei

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axial magnetisierte Ringmagnete 21 gegenpolig zwischen zwei Polschuhen 22 eingespannt, die so gestaltet sind, dass sie den Verlauf des magnetischen Feldes in das Innere des Pumpenrohres 5 begünstigen, wo der aus gut magnetisier-barem Werkstoff bestehende Pumpenkolben 15 frei beweglich angeordnet ist und einen magnetischen Schluss für das Magnetfeld der Ringmagnete 21 bildet. In Abhängigkeit von der Bewegung des Mantelkörpers 2a bewegt sich der Pumpenkolben 15 ebenfalls hin und her. Er ist mit Bohrungen und Ausnehmungen und an einem Ende mit einem Kugelventil 23 versehen, um den Durchfluss und die Förderung des fluiden Mediums zu ermöglichen. Ein zweites gegensinnig arbeitendes Kugelventil 24 an dem Rohrstück für den Fluideintritt verhindert den Rückfluss des Fluids bei Rückgang des Pumpenkolbens 15. Die Kugeln der beiden Kugelventile 23 und 24 bestehen aus nichtmagnetischem, hochlegiertem Stahl.

Bei der Bewegung des Pumpenkolbens 15 auf die Magnetkupplung 3 zu, schliesst das Kugelventil 23 und das vor diesem Ventil befindliche Fluid wird durch das Rohrendstück weiter befördert, während das Kugelventil 24 öffnet, so dass Fluid nachströmen kann. In der gegenläufigen Bewegung des Pumpenkolbens 15 arbeiten die Kugelventile 23 und 24 umgekehrt, so dass das vor das Kugelventil 24 gelangte Fluid durch die Ausnehmungen im Pumpenkolben 15 und durch das Kugelventil 23 strömen kann. Die Magnetpumpe 2 fördert also bei jedem Hin- und Hergang einmal.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Pumpe gemäss Fig. 4 ist im Pumpenkolben 15 aus nichtmagnetischem Werkstoff, dessen mittiger Dorn 15' eine Längsbohrung 15'" für das zu fördernde Fluid aufweist, und zwar im verdickten Ende 15" des Dorns, an einer Erweiterung der Bohrung ein Kugelventil 23 vorgesehen. Ferner ist am inneren Ende des entgegengesetzt liegenden Rohrendstücks 17 ein entgegengesetzt wirkendes Kugelventil 24 vorgesehen. Zwischen dem Dorn 15' und einer im Pumpenrohr 5 gleitbar angeordneten zylindrischen Hülse 27 aus nichtmagnetischem Werkstoff, die oben vom verdickten Ende 15" des Dorns und unten von einer Endplatte 26, ebenfalls aus nichtmagnetischem Werkstoff, axial abgeschlossen wird, sind in gleicher Zahl und Höhe wie die im Mantelkörper 2a angebrachten Permanent-Ringmagnete 21a und Trennringe 25a innere Permanent-Ringmagnete 21i und Trennringe 25i aus weichmagnetischem Werkstoff hermetisch dicht untergebracht. Die den Trennringen benachbarten Seiten der Permanent-Ringmagnete weisen dabei die gleiche Polarität auf, im Mantelkörper 2a jedoch ist die Polarität entgegengesetzt zur Polarität der Permanent-Ringmagnete des frei beweglichen Pumpenkolbens 15. Die Permanent-Ringmagnete 21a, 21i und die Trennringe 25a, 25i können aus je einem Ring oder einer Scheibe bestehen, oder aus mehreren Ringen oder Ring-Scheiben zusammengesetzt sein.

Bewegt sich der Pumpenkolben 15 in der durch den Pfeil A angegebenen Richtung, so ist das Kugelventil 23 geschlossen und das hinter diesem Ventil befindliche Fluid wird durch das Rohrendstück 17 weiter befördert, während das Kugelventil 24 öffnet, so dass Fluid nachströmen kann. In der gegenläufigen Bewegung des Pumpenkolbens 15 arbeiten die Kugelventile 23 und 24 umgekehrt, so dass das hinter dem Ventil 24 befindliche Fluid durch die Bohrung 15'" des Pumpenkolbens 15 und dessen Ventil 23 strömen kann. Die Pumpe fördert also bei jedem Hin- und Hergang zusammen nur einmal.

Die nicht hermetisch abgedichteten Teile der Permanent-Ringmagnete und Trennringe sind mit einer gegen Angriff durch das Fluid schützenden Schicht versehen.

Die Anzahl der Permanent-Ringmagnete 21a und 21i und der Trennringe 25a, 25i wird je nach der erforderlichen

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Kraft und Stabilität der Kupplung 3 gewählt, woraus sich die Länge von Mantelkörper 2a und Pumpenkolben 15 ergibt.

In Fig. 5 ist als dritte Ausführungsform der Pumpe eine doppelflutig arbeitende Magnetkolbenpumpe dargestellt. Auch in diesem Fall sind die inneren Permanent-Ringmagnete 21i und Trennringe 25i des Pumpenkolbens 15 in einer zylindrischen Hülse 27 aus nichtmagnetischem Werkstoff, die von zwei Endplatten 26, ebenfalls aus nichtmagnetischem Werkstoff, axial abgeschlossen wird, hermetisch dicht untergebracht und durch einen mittigen Dorn 15' fest miteinander verbunden. An die beiden Rohrendstücke 17 sind mittels eines T-förmigen Verzweigungsstücks 17' je zwei Leitungsstücke 17", 17'" des Hochdrucksystems angeschlossen, in denen je ein entgegengesetzt zum anderen arbeitendes Kugelventil 24, 23 bzw. 24', 23' angebracht ist.

Bewegt sich der Pumpenkolben 15 durch entsprechendes Gleiten des Mantelkörpers 2a in der angegebenen Pfeilrichtung B, dann sind die Kugelventile 24 und 23' geschlossen und das hinter dem Pumpenkolben 15 befindliche Fluid s durch das Kugelventil 23 gepumpt, wobei gleichzeitig weiteres Fluid durch das Ventil 24' nachströmt. In der gegenläufigen Bewegung ergibt sich der entgegengesetzte Pumpvorgang, d. h. die Kugelventile 23 und 24' sind geschlossen und Fluid wird vom Pumpenkolben 15 durch das offene Ven-io til 23' in die Druckleitung gepumpt, wobei gleichzeitig weiteres Fluid durch das offene Ventil 24 nachströmt.

In Fig. 6 ist noch eine abgeänderte Ausführung des Pumpenkolbens 15 mit scheibenförmigen Permanentmagneten 21i und Trennscheiben 25i innerhalb der Hülse darge-15 stellt, die zusammen mit den Endplatten 26 fest verbunden sind.

5 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

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1. Magnetkolbenpumpen-Einrichtung zum Fördern von Fluiden, d. h. Gasen oder Flüssigkeiten, bei hohen Drücken und hohen Temperaturen, bei der die Pumpe (2) einen in einem Pumpenrohr (5) aus nichtmagnetischem Werkstoff frei 5 beweglichen Pumpen-Kolben (15) mit Ausnehmungen für das zu fördernde Fluid aufweist, wobei im Pumpenkolben: (15) und in dem einen Ende des Pumpenrohres (5) je ein Kugelventil (23, 24) vorgesehen ist und die Antriebskraft auf den Pumpenkolben (15) durch ausserhalb des Pumpen- 10 rohres (5) angeordnete Permanent-Ringmagnete übertragen wird, die durch eine von einem Elektromotor (10) angetriebene Schubstange (7) hin- und herbewegt werden, dadurch gekennzeichnet, dass in der Pumpe (2) die Kugeln der Kugelventile (23, 24) aus Stahl bestehen und für die Dich- is tung des Hochdrucksystems Metallringe (18,19) vorgesehen sind, und dass Verbindungsstangen (4) den mehrere Permanent-Ringmagnete (21) enthaltenden Mantelkörper (2a) der Pumpe (2) mit dem Mantelkörper (3a) einer Magnetkupplung (3) verbinden, deren Kernstück (3i) in einem dicht ver- 20 schlossenen Führungsrohr (6) frei bewegbar angeordnet ist und aus axial magnetisierten Permanent-Ringmagneten (12i) besteht, die auf einem Dorn (3b) befestigt sind, der mit der Schubstange (7) verbunden ist, wobei der Mantelkörper (3a) die gleiche Zahl festangeordneter, axial magnetisierter Ring- 25 magnete (12a) wie das Kernstück (3i) aufweist.

(2) im Pumpenkolben (15) der aus nichtmagnetischem Werkstoff besteht, in gleicher Zahl und Höhe axial magnetisierte Permanent-Ringmagnete (21i) und Trennringe (25i) untergebracht sind, wie im Mantelkörper (2a), und eine im Pum- 40 penrohr (5) gleitbar angeordnete, an beiden axialen Enden geschlossene und hermetisch abdichtende zylindrische Hülse (27) aus nichtmagnetischem Werkstoff vorgesehen ist (Fig. 4).

2. Magnetkolbenpumpen-Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Magnetkupplung (3)

auf je zwei Ringmagnete (12a, 12i) ein Trennring (13a bzw. 13i) aus weichmagnetisierbarem Werkstoff folgt, wobei die 30 den Trennringen benachbarten Seiten der Ringmagnete die gleiche Polarität aufweisen, im Mantelkörper (3a) die Polarität jedoch entgegengesetzt zu der Polarität der Ringmagnete des Kernstückes (3i) ist (Fig. 2).

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PATENTANSPRÜCHE

3. Magnetkolbenpumpen-Einrichtung nach den Ansprü- 35 chen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Pumpe

4. Magnetkolbenpumpen-Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Pumpe 4S (2) zwischen je zwei Permanent-Ringmagneten (21a bzw. 21i) ein Trennring (25a bzw. 25i) aus weichmagnetisierbarem Werkstoff angeordnet ist, wobei die den Trennringen benachbarten Seiten der Permanent-Ringmagnete die gleiche Polarität aufweisen, im Mantelkörper (2a) jedoch die Polari- 50 tät entgegengesetzt zur Polarität der Permanent-Ringmagnete des Pumpenkolbens (15) ist.

5. Magnetkolbenpumpen-Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Pumpe (2)

die Anzahl der Permanent-Ringmagnete (21a, 21i) und der 55 Trennringe (25a, 25i) je nach der erforderlichen Kraft und Stabilität der Magnetkupplung (3) gewählt wird, woraus sich die Länge von Mantelkörper (2a) und Pumpenkolben (15)

ergibt.

6. Magnetkolbenpumpen-Einrichtung nach den Ansprü- fi0 chen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpenkolben (15) einen mittigen Dorn (15') enthält, auf dem die Permanent-Ringmagnete (21i) und die Trennringe (25i)

axial zusammengespannt sind.

7. Magnetkolbenpumpen-Einrichtung nach Anspruch 6, fi5 dadurch gekennzeichnet, dass im mittleren Dorn (15') des Pumpenkolbens (15) eine Längsbohrung (15"') für das zu fördernde Fluid und im verdickten Ende (15") des Pumpenkolbens das Kugelventil (23) vorgesehen ist, während das andere Kugelventil (24) am inneren Ende des entgegengesetzt liegenden Rohrendstücks (17) angeordnet ist (Fig. 4).

8. Magnetkolbenpumpen-Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantelkörper (2a) der Pumpe (2) gegenüber dem Pumpenrohr (5) durch wenigstens zwei Längsführungsstangen (20) gegen Verdrehen gesichert ist, und die nicht hermetisch abgedichteten Teile der Pemanent-Ringmagnete und- der Trennringe mit einer gegen Angriff durch das Fluid schützenden Schicht versehen sind.

9. Magnetkolbenpumpen-Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanent-Ringmagnete (21a, 21i) und die Trennringe (25a, 25i) aus je einem Ring oder einer Ring-Scheibe bestehen, oder aus je mehreren Ringen oder Ring-Scheiben zusammengesetzt sind.

10. Magnetkolbenpumpen-Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Pumpe (2) an die beiden Rohrendstücke (17) mittels eines vorzugsweise T-förmigen Verzweigungsstücks (17') je zwei Leitungsstücke (17", 17"') des Hochdrucksystems angeschlossen sind, in denen je ein entgegengesetzt zum anderen arbeitendes Kugelventil (24, 23 bzw. 24', 23') angebracht ist (Fig. 5).