DE2410768C3 - Elektromagnetische Pumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektromagnetische Pumpe mit einer Magnetspule, deren zentrischer Hohlraum mit von beiden Enden her eingreifenden, Axialbohrungen aufweisenden ersten und zweiten

'5 Magnetkernstücken versehen ist, die voneinander getrennt und gegebenenfalls durch unmagnetisches Material verbunden sind, mit einem in der Achse der Magnetspule zwischen einem Saug- und einem Druckventil angeordneten Pumpraum, und mit einem eine

Axialbohrung aufweisenden Anker, der sich aus einer Ruhelage unter Veränderung des Volumens des Pumpraums gegen die Kraft einer Ankerfeder in einen dem Querschnitt des Ankers entsprechenden Hohlraum des ersten Magnetkernstücks verschiebt, wobei die

Stirnfläche des Ankers in dessen Ruhelage etwa mit der äußeren Stirnkante des ersten Magnetkernstücks fluchtet oder kurz davor liegt

Bei einer bekannten Pumpe dieser Art (DE-AS 16 53 354) sind die beiden Magnetkernstücke Rohrab-

M schnitte, deren axiale Länge ihren Durchmesser übersteigt. Sie greifen von beiden Seiten her in den zentrischen Spulenhohlraum ein und sind durch einen Luftspalt oder einen Verbindungsabschnitt aus nicht magnetisierbarer™ Material voneinander getrennt Der

M Tauchanker wird durch eine Feder in einer Ruhelage gehalten, in der die Stirnfläche kurz vor der Stirnkante des ersten rohrförmigen Magnetkernstücks liegt Bei Erregung des Elektromagneten durch im Einweg gleichgerichteten Wechselstrom, wird der Anker beim

Auftreten einer Hablwelle in das ers;p Magnetkernstück hineingezogen und beim Fehlen der Halbwelle durch die Feder zurückgedrückt Ein Pumpraum befindet sich an dem dem ersten Magnetkernstück abgewandten Ende. Er wird durch zwei gleichsinnig öffnende Rückschlag-

ventile, von denen das eine im Anker und das andere im zweiten Magnetkernstück befestigt ist, begrenzt. Beide

Ventile haben ein durch eine eigene Feder belastetes, als Kugel ausgebildete Verschlußstück. Bei derartigen Pumpen hängt die Magnetkraft und

damit die Zusammendrückung der Ankerfeder, insgesamt also der Ankerhub, in erheblichem Umfang von der angelegten Spannung ab. Eine Spannungsänderung von 10% kann zu einer Hubänderung von 100% führen. Mehr- oder Minderspannungen von 10 bis 20% sind aber in der Praxis in Kauf zu nehmen.

Es gibt auch Magnetpumpen (DE-AS 12 73 992), bei denen der Anker eine konische Stirnfläche aufweist, welche einer konischen Stirnfläche des ersten Magnetkernstücks gegenübersteht. Hier bildet das Magnet-

kernstück einen Anschlag, der einen bei einer Überspannung auftretenden Überhub wirksam verhindert. Dies führt aber zu Geräuschen und zu Schwierigkeiten bei der Rückholbewegung des Ankers. Ähnliches gilt auch für eine andere bekannte

"'■ Konstruktion (DE-PS 7 64 086), bei der die Konusflächen einen kleineren Kegelwinkel haben. Hier ist mit Hilfe eines Schalters ein Abschalten des Erregerstromes in einer bestimmten Lage des Ankers möglich. Da aber

vor dem Abschalten je nach Spannung unterschiedlich Marke Magnetkräfte auf den Anker wirkten, ergeben sich unterschiedliche Hübe, die gegebenenfalls auch bis zum Anschlag der Magnetflächen aneinanderführen,

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektromagnetische Pumpe der eingangs beschriebenen Art anzugeben, deren Förderleistung in einem erheblichen Bereich unabhängig von der Versorgungsspannung ist und die geräuscharm arbeitet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Hohlraum des ersten Magnetkerstückes als eine durch eine innere Stirnfläche begrenzte Vertiefung von geringer axialer Länge ausgebildet ist, so daß die Kraft-Weg-Charakteristik des Ankers ein Minimum hat, wenn sich die Stirnfläche des Ankers inmitten der Vertiefung befindet, und daß die Bemessung und Einstellung der Ankerfeder, die Beendigung der Erregung oder andere konstruktive und betriebliche Pumpendaten so gewählt sind, daß der Anker seinen Hub spätestens im Bereich dieses Minimums beendet.

Bei dieser Konstruktion ergibt sich bei normaler Erregung des Magneten ein Maximum der Magnetkraft im Vereich derjenigen Lage, in der die Anker tirnfläche mit der Stirnkante des ersten Magnetkernstücks fluchtet Mit dieser großen Kraft wird der Anker aus seiner Ruhelage in die Vertiefung hineingezogen. Bei weiterer Bewegung des Ankers nimmt die Magnetkraft bis zu einem Minimum ab und steigt dann bei Annäherung des Ankers an die innere Stirnfläche des ersten Magnetkernstücks wieder an. Es hat sich gezeigt, daß die Kraft-Weg-Kurven für den in die Vertiefung eingetauchten Anker praktisch unabhängig von den in Kauf zu nehmenden Schwankungen der Versorgungsspannung ist. Wird das Pumpensystem für eine bestimmte Versorgungsspannung, vorzugsweise die minimale Spannung, einjustiert, bleiben auch bei Spannungsänderungen die Verhältnisse bezüglich der Fördermenge, der Öffnungszeiten der Ventile, des Ventilhubs u. dgl. unverändert. Die Vertiefung hat eine geringe axiale Länge, die insbesondere weniger als den Durchmesrer, vorzugsweise weniger als den Radius der Vertiefung ausmacht und auch noch kleiner sein kann, wobei sie den gewünschten Hub nur geringfügig zu überschreiten braucht. Trotzdem kann eine Geräuschbildung wirksam unterdrückt werden. Denn der Anker bewegt sich wegen der längs des absteigenden Astes der Kraft-Wcg-Kurve abnehmenden Magnetkraft zunehmend langsamer. Durch entsprechende Bemessung und Einstellung der Ankerfeder, durch Beendigung der Erregung o. dgl. ist sichergestellt, daß der Anker noch vor Erreichen des Krafiminimums, spätestens aber im Bereich dieses Minimums, zum Stillstand kommt und dann von der Ankerfeder wieder zurückgeführt wird.

Mit besonderem Vorteil ist der äußeren Stirnkante des ersten Magnetkernstücks eine Abschrägung vorgeschaltet und die ebene Stirnfläche des Ankers liegt in der Ruhestellung im Bereich der Abschrägung. Hierdurch läßt sich ein bestimmter Kraftverlauf vor dem Eintritt des Ankers in die Vertiefung vorgeben.

Des weiteren kann die Ruhelage des Ankers durch eine Einstellvorrichtung für die Ankerfelder justierbar sein. Diese Justierung erlaubt es, optimale Verhältnisse bezüglich Hub, Magnetkraft, Geräuschbildung, Federwirkung einzustellen. Die Einstellung geschieht vorzugsweise bei minimaler Spannung.

Mit besonderem Vorteil wird der Elektromagnet mit im Einweg gleichgerichteten Wechselstromhalbwellen eespeist und das Systf »m ist so ausgelegt, daß die Daten des aus Anker und Ankerfeder bestehenden schwingenden Systems so gewählt sind, daß der Anker jeweils eine dem unteren Teil der Abstiegslianke der Kraft-Weg-Kurve entsprechende Lage hat, wenn die Halbwelle endet. Der Anker wird daher in jeder zweiten Halbwelle angezogen, erreicht am Ende dieser Halbwelle seinen Endhub, der von der angelegten Spannung praktisch unabhängig ist und wird in der zweiten Halbperiode von der Ankerfeder zurückgeführt.

lu Ein weiterer Vorteil der Vertiefung von geringer axialer Länge ist es, daß die Pumpe axial kurz gebaut werden kann. Dieser Vorteil kann noch weiter ausgebaut werden, wenn die Vertiefung Teil des Pumpraumes ist. Außerdem gibt sich auf diese "Weise ein

vergleichsweise hoher Förderdruck.

Wenn das Druckventil und das Saugventil je ein durch eine eigene Feder belastetes Verschlußstück aufweisen, können diese Federn vorteilhafterweise für sich einstellbar sein.

Des weiteren kann die Ankerfeder auf der Seite des zweiten Magnetkernstücks angeordnet und an einer von der freien Stirnseite her zugäng'V^en Stützschraube gehalten sein. Mit Hilfe dieser StützscVaube läßt sich die Ankerfeder justieren. Insbesondere kann hierbei die

Ankerfeder-Stützschraube in die Gewindebohrung einer Gegenmutter eingeschraubt sein, die auf das Gewir.de des mit dem ersten Magnetkernstück verbundenen zweiten Magnetkernstücks geschraubt ist. Diese Stützschraube ist von außen bequem zugänglich.

si» Zweckmäßigerweise ist die Ankerfeder eine auf

Druck und Zug belastete Feder, die mit ihrem anderen

Ende an der Stützschraube für den Saugventilsitz angreift.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der

ti Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

F i g. I einen Längsschnitt durch eine elektromagnetische Pumpe,
Fig.2 ein Kraft-Weg-Diagramm der Magnetkraft

ti) über dem Ankerhub und

Fig.3 einen Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel.

Eine Magnetspule 1 ist auf einen Isolierkörper 2 gewickelt und von einem aus einem U-förmigen Blech 3

r, und einer Platte 4 bestehenden Gehäuse aus magnetisierbarem Material umgeben. Die Spule wird mit im Einweg gleichgerichteten Wechselstrom betrieben, kann aber auch mit Gleichstromimpulsen erregt werden.

.ο In den zentrischen Hohlraum 5 der Magnetspule ist von der einen Seite her ein erstes Magnetkernstück 6 mit einem Flansch 7 eingeschoben, das mittels einer Hülse 8 aus nicht magnetisierbarem Material mit einem zweiten Magnetkernsiück 9, z. B. durch Silberlötung,

v-, veiouiiden ist. Dieses zweite Magnetkernstück 9 trägt am unteren Ende ein Gewinde, auf welches eine Gegenmutter 10 mit einem Flansch 11 aufgeschraubt ist. Demzufolge können die Teile 6, 8 und 9 von der einen Seite her in den zentrischen Hohlraum 5 eingeschoben

μ und in dieser Laj»e mittels der Gegenmutter 10 gesichert werden.

Im Inneren des zweiten Magnetkernstücks 9 ist ein Anker 12 angeordnet, der eine Stirnfläche Ij aufweist, die in der veranschaulichten Ruhestellung etwas unter

h) der äußeren Stirnkante 14 des ersten Magnetkernstücks 6 liegt. An dies° Stirnkante 14 schließt sich eine Vertiefung 15 im ersten Magnetkernstück 6 an, die durch eine innere Stirnfläche 16 abgeschlossen ist.

Demzufolge bleibt rings um diese Vertiefung 15 ein zylindrischer Steg 17 stehen.

Das erste Magnetkernstück 6 weist einen Axialkanal 18, eine daran anschließenden Druckventilsitz 19 und in einer anschließenden Erweiterung 20 ein Gewinde 21 auf. Das Druckventil-Verschlußstück ist eine Kugel 22, die durch eine Druckventilfeder 23 belastet ist. Letztere stützt sich an einer Stützschraube 24 ab, die in das Gewinde 21 eingeschraubt ist, einen Axialkanal 25 und einen Innensechskant 26 aufweist. Zusätzlich kann diese Schraube noch einen Reibungskörper 24a zur Drehsicherungaufweisen.

Der Anker 12 hat eine Axialbohrung mit drei Abschnitten 27, 28 und 29, deren Durchmesser, von der Vertiefung 15 aus gesehen, größer wird. Der zweite Abschnitt 28 nimmt eine Saugventilfeder 30 auf. Der dritte Abschnitt 29 ist mit Gewinde 31 verschen und iiiiiniii eine Siüizschraubc 32 sowie eir.e als Druck- und Zugfeder wirkende Ankerfeder 33 auf. In der Stützschraube 32 ist ein Ventilsitz 34 für das als Kugel 35 ausgebildete Verschlußstück des Saugventils vorgesehen. Außerdem ist eine Axialbohrung 36 und ein Innensechskant 37 zur Verstellung vorhanden.

Die Ankerfeder 33 ist einerseits an einer Außenfassung 38 der Stützschraube 32 und andererseits an einer Fassung 39 einer weiteren Stützschraube 40 gehalten, die in ein Innengewinde 41 eines Axialkanals 42 der Gegenmutter 10 geschraubt ist. Die Stützschraube 40 besitzt ihrerseits einen Axialkanal 43, einen Innensechskant 44 und gegebenenfalls einen Reibungskörper 45 zur Drehsicherung. Den Umfang des ersten Magnetkernstücks 6 umgibt ein auf der Oberseite des U-förmigen Bleches 3 aufliegender O-Ring 47. Eine obere Platte 48, die einen Teil des Druckraums begrenzt und eine untere Platte 49, die einen Teil des Saugraums begrenzt, liegen mit Umfangsflanschen 50 bzw. 51 an diesen O-Ringen 46 und 47 an. Durch Festspannen der Platten 48 und 49 gegeneinander wird nicht nur die Pumpe gehalten, sondern auch ihr elektrischer Teil gegenüber der zu fördernden Flüssigkeit abgedichtet.

In Fig.2 ist die Magnetkraft F über dem Hub 5 dargestellt. Die Linie L _M bedeutet die Lage der äußeren Stirnkante 14, die Linie L13 die Ruhelage der Stirnfläche 13 des Ankers. Die Abszisse entspricht der Stirnfläche 16 der Vertiefung. Betrachtet man eine Kurve in Hubrichtung, so erkennt man, daß diese bis zu einem Maximum Max, das im Bereich der Linie L u liegt, ansteigt, dann längs eines absteigendes Astes ßzu einem Minimum Min abfällt und schließlich zur Stirnfläche 16 hin wieder ann'eigt. In dem Diagramm sind die Kurven für drei verschiedene Spannungen eingetragen, nämlich für die Nennspannung von 220 V, eine zehnprozentige Überspannung von 242 V und eine fünfzehnprozentige Unterspannung von 187 V. Man erkennt, daß sich die — aus Gründen der zeichnerischen Darstellbarkeit etwas auseinander gezerrten — Kurven im Bereich des absteigenden Astes ß und noch über das Minimum hinaus praktisch decken. Spannungsvariationen spielen daher für die magnetischen Kraftverhältnisse in diesem Bereich keine Rolle.
Der etwas vor der äußeren Stirnkante ruhende Anker

ϋ wird zu Beginn der Erregung mit verhältnismäßigen großer Magnetkraft in die Vertiefung hineingezogen, wobei die Ankerfeder 33 gespannt wird. Bei der weiteren Bewegung des Ankers nimmt die Magnetkraft ab, die Kraft der Ankerfeder und gegebenenfalls der Gegendruck des zu pumpenden Mediums zu, so daß sich der Anker verlangsamt. Das System Iäf3t sich ohne weiteres so einstellen, daß der Anker am unleren Finde des absteigenden Astes ö/.ur Ruhe kommt, sei es infolge des Gleichgewichts zwischen der Magnektkraft und den

\"> ihr entgegenwirkenden Kräfte, sei es infolge des Endes des Erregerimpulses oder beiden Gründen. Da diese Verhältnisse für alle Spannungen gelten, ist aurh sichergestellt, daß der Anker r,i;ht etwa bei Überspannung bis an die Stirnfläche 16 gezogen wird und dort

2() unter Geräuschbildung anschlägt.

Durch Verstellen der Stützschraubc 40 läßt sich die Ruhelage des Ankers ändern und damit eine genaue Anpassung an die gewünschten optimalen Bedingungen er/jelen.

r> Durch Verstellen der Druckventilfeder 23 mittels der Stülzschraube 24 läßt sich der Mindestdruck ändern, bei dem -Jie Förderung erfolgen soll.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 3 werden für die funktionell gleichen Teile wie in Fig. 1 dieselben

«ι Bezugszeichen benutzt. Als Unterschied ist darauf hinzuweisen, daß die Stützfläch·· für die Feder 23 des Druckventils lediglich durch eine eingesprengte Platte 52 gebildet wird. Dies genügt, wenn der öffnungsdruck im Rahmen üblicher Toleranzen gehalten werden soll.

η Die Stützschraube 32, die das Saugventil aufnimmt, ist bereits mit einem Stützring 53 zum Abstützen der Saugventilfeder 30 versehen, so daß diese Teile als Einheit in den Abschnitten 29 der Axialbohrung eingeschraubt werden können.

4» Der äußeren Stirnkante 14 der Vertiefung 15 ist eine Abschrägung 54 vorgeschaltet. Die Stirnfläche 13 des Ankers liegt in Höhe dieser Abschrägung 54. Hierdurch wird zusätzlicher Einfluß auf die im Ruhezustand wirkenden Magnetkräfte genommen.

Sowohl in Fig. 1 als auch in Fig. 3 hat das erste Magnetkernstück 6 im Anschluß an den Flansch 7 Schlüsselflächen, also eine von der Kreisform abweichende Form, beispielsweise einen ovalen Querschnitt. Den gleichen Querschnitt hat auch das Spulengehäuse

w in seinem oberen Stirnteil, so daß eine Verdrehung des Magnetsystems gegenüber dem Spulengehäuse unterbunden ist

Die veranschaulichte Pumpe eignet sich für verschiedene Anwendungszwecke. Besonders geeignet ist sie als

ϊϊ Förderorgan für einen mit hydraulischer Flüssigkeit zu beschickenden Motor, der beispielsweise ein Ventil oder ein anderes Organ verstellen soll.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche;

1. Elektromagnetische Pumpe mit einer Magnetspule, deren zentrischer Hohlraum mit von beiden Enden her eingreifenden, Axialbohrungen aufweisenden ersten und zweiten Magnetkernstücken versehen ist, die voneinander getrennt und gegebenenfalls durch unmagnetisches Material verbunden sind, mit einem in der Achse der Magnetspule zwischen einem Saug- und einem Druckventil angeordneten Pumpraum, und mit einem eine Axialbohrung aufweisenden Anker, der sich aus einer Ruhelage unter Veränderung des Volumens des Pumpraums gegen die Kraft einer Ankerfeder in einen dem Querschnitt des Ankers entsprechenden Hohlraum des ersten Magnetkernstücks verschiebt, wobei die Stirnfläche des Ankers in dessen Ruhelage etwa mit der äußeren Stirnkante des ersten Magnetkernstücks fluchtet oder kurz davor Hegt, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum des ersten Magnetkernstückes (6) als eine durch eine innere Stirnfläche (16) begrenzte Vertiefung (15) von geringer axialer Länge ausgebildet ist, so daß die Kraft-Weg-Charakteristik (F i g. 2) des Ankers (12) ein Minimum hat, wenn sich die Stirnfläche des Ankers inmitten der Vertiefung befindet, und daß die Bemessung und Einstellung der Ankerfeder, die Beendigung der Erregung oder andere konstruktive und betriebliche Pumpendaten so gewählt sind, daß der Anker seinen Hub spätestens im Bereich dieses Minimums beendet

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der äußeres? Stirnkante (14) des ersten Magnetkernstückes (6) eine Abschrägung (54) vorgeschaltet ist und die ebene Stirnfläche (13) des Ankers (12) in der Ruhestellung im Bereich der Abschrägung liegt.

3. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ruhelage des Ankers (12) durch eine Einstellvorrichtung (40) für die Ankerfeder (33) justierbar ist.

4. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der der Elektromagnet mit im Einweg gleichgerichteten Wechselstromhalbwellen gespeist ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Daten des aus Anker (12) und Ankerfeder (33) bestehenden schwingenden Systems so gewählt sind, daß der Anker jeweils eine dem unteren Teil der Abstiegsflanke der Kraft-Weg-Kurve (Fig.2) entsprechende Lage hat, wenn die Halbwelle endet.

5. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung (15) TViI des Pumpraumes ist.

6. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der das Druckventil und das Saugventil je ein durch eine eigene Feder belastetes Verschlußstück aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Federn (30; 23) für sich einstellbar sind.

7. Pumpe nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerfeder (33) auf der Seite des zweiten Magnetkernstiicks (9) angeordnet und an einer von der freien Stirnseite her zugänglichen Stützschraube gehalten ist.

8. Pumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerfeder-Stützschraube (40) in die Gewindebohrung (42) einer Gegenmutter (10) eingeschraubt ist, die auf das Gewinde des mit dem ersten Magnetkernstück (6) verbundenen zweiten

Magnetkernstücks (9) geschraubt ist.

9, Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerfeder (33) eine auf Druck und Zug belastbare Feder ist und mit ihrem anderen Ende an der StQtzschraube (32) für den Saugventilsitz (34) angreift.