DE2929061A1

DE2929061A1 - Magnetventilbetaetigte heizoelpumpe

Info

Publication number: DE2929061A1
Application number: DE19792929061
Authority: DE
Inventors: Paul J Haeck; James Harvey Moore Meyer
Original assignee: Sundstrand Corp
Current assignee: Sundstrand Corp
Priority date: 1978-07-18
Filing date: 1979-07-18
Publication date: 1980-01-31
Also published as: IT7949776A0; JPS5517690A; CA1142031A; SE7906157L; FR2431620A1; US4308475A

Description

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Sundstrand Corporation Rockford, Illinois 6II0I V.St.A.

Hagnetventilbetätigte Heizölpumpe

Die Erfindung bezieht sich auf eine magnetventilbetätigte Hyclropumpe, z. B. eine Heizölpumpe, die durch einweggleichgerichteten Wechselstrom betrieben wird.

In den US-Patentschriften 3 874 522 und 3 877 841 Ist eine bekannte magnetventilbetätigte Heize.] pumpe angegeben, wobei ein von einer elektromagnetischen Spule umgebener elektromagnetischer Anker in einer Haupt-Pumpenkammer durch Schraubenfeder:;, die an entgegengesetzten Ankerenden anliegen, gehaltert ist« Hit dem unteren Ankerende ist ein Druckkolben verbunden, dessen unteres Ende in eine Saugdruckkammer einschiebbar ist. Letztere ist von der Haupt-Pumpenkammer durch ein Absperrorgan auf der Auslaßseite der Saugdruckkammer getrennt. Ein weiteres Absperrorgan auf der Saug- oder Einlaßseite der Saugdruckkararoer verhindert, daß Flüssigkeit durch eine Einlaßseite der Saugdruckkammer zurückgefördert wird. Der an die Spule angelegte einweggleichgerichtete Strom erregt die Spule intermittierend, da während jeder Periode Strom nur in einer Richtung durch die Spule

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fließt. Wenn Strun durch die Spule fließt, wird der Anker aufwärts getrieben und drückt die obere Schraubenfeder aufgrund der durch die Erregung der Spule erzeugten elektromagnetischen Kräfte zusammen. Wenn dann der Stromfluß unterbrochen wird, schieben die gespeicherten Kräfte in der oberen Feder den Anker nach unten, und seine Bewegungsenergie bewegt ihn an einer neutralen Federkraftstellung in der Haupt-Pumpenkammer vorbei, wodurch die untere Schraubenfeder zusammengedrückt wird. Bei erneuter Beaufschlagung der Spulen mit Strom wird der Anker wiederum nach oben gegen die obere Feder gedruckt.

Sowohl bei der hier betroffenen als auch bei der vorstehend erläuterten bekannten magnetventilbetätigten Pumpe erfolgt der Arbeitshub des Kolbens beim Aufwärtshub des Ankers, so daß, wenn der Kolben aus der Saugkammer in die Haupt-Pumpenkaminer eintritt, Heizöl durch einen Längskanal im Anker gedruckt und aus der Haupt-Pumpenkammer durch ein Loch in einer Magnetkraft-Einstellstange oder einem Magnetkraft-Einstellverschluß gedrückt wird; dabei dient der Einstellverschluß auch als oberes Gegenkraft-Organ für die obere Ankerfeder.

Unter normalen, idealen Betriebsbedingungen wird die Bewegung des Ankers innerhalb der Haupt-Pumpenkammer durch die die Pumpe beaufschlagende hydraulische Last begrenzt. Infolgedessen werden die Federn des Ankers nicht übermäßig stark zusammengedrückt. Es ist erwünscht, ein übermäßig starkes Zusammendrücken der Federn des Ankers zu vermeiden, da dies zu einem frühzeitigen Versagen der Federn und damit einem Ausfall der Pumpe führen kann. Unter praktischen Betriebsbedingungen können jedoch Luftblasen die Pumpe durchsetzen, oder die Pumpe kann eine gewisse Zeit trockenlaufen, wodurch ein momentaner oder auch längerer Verlust der die Pumpe beaufschlagenden hydraulischen Last eintritt. Ein solcher Verlust der hydraulischen Last kann dazu führen, daß der Anker über seinen normalen Bewegungsbereich hinausbewegt wird, und wenn sich der Anker aufwärts bewegt, kann es

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geschehen, daß er gegen ein Organ wie etwa den Magnetkraft-Einstellverschluß anschlägt, wodurch der Pumpenbetrieb mit unerwünschter Geräuschentwicklung verbunden ist.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer magnetventilbetätigten Heizölpumpe, bei der die Ursache für eine Entwicklung von derartigen Betriebsgeräuschen beseitigt ist, indem verhindert wird, daß das obere Ankerende an dem Verschluß anschlägt, und bei der gleichzeitig ein übermäßig starkes Zusammendrücken der Federn des Ankers dadurch verhindert wird, daß die Aufwärtsbewegung des Ankers in eine Überfahrstellung, die mit Abstand unterhalb des unteren Endes des Verschlusses liegt, begrenzt wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Ausführungsbeispiel die Pumpe in besonderer Weise so ausgebildet, daß der Richtungseffekt der Beaufschlagung des Ankers mit Magnetkräften während des Aufwärtshubs des Ankers bei Abwesenheit einer hydraulischen Last umgekehrt wird, so daß ein Überfahren des Ankers über seine normale Obergrenze hinaus auf eine Stellung unter dem Magnetkraft-Einstellverschluß begrenzt ist. Vorteilhafterweise wird dies dadurch erreicht, daß die Bauteile der Pumpe so angeordnet sind, daß der Magnetkreis die Spule umgibt, so daß eine Zunahme der Ä'nderungsgeschwindigkeit des magnetischen Widerstands im unteren magnetischen Luftspalt erzeugt wird, die eine gleichzeitige Abnahme der Änderungsgeschwindigkeit des magnetischen Widerstands im oberen magnetischen Luftspalt übersteigt, wenn sich der Anker innerhalb der Haupt-Pumpenkammer über eine vorbestimmte Stellung hinaus nach oben bewegt, die mit Abstand oberhalb der neutralen Federstellung und unterhalb des Endverschlusses liegt. Da die den Anker treibende Magnetkraft aus einer Abnahme des magnetischen Gesamtwiderstands des Magnetflußkreises resultiert, wirkt die Magnetkraft, wenn die Abnahmegeschwindigkeit des magnetischen Widerstands des oberen Luftspalts geringer als die Zunahmegeschwindigkeit des magnetischen

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Widerstands des unteren Luftspalts ist, der Aufwärtsbewegung des Ankers dann entgegen, wenn die anderen Teile des Magnetflußkreises im wesentlichen den gleichen magnetischen Widerstand aufrechterhalten. Wenn daher der Anker den vorbestimmten Punkt erreicht, an dem die Abnahmegeschwindigkeit des magnetischen Widerstands des oberen Luftspalts von der Zunahmegeschwindigkeit des magnetischen Widerstands des unteren Luftspalts überschritten wird, wird die den Anker beaufschlagende Magnetkraft umgekehrt. Dabei hat in vorteilhafter Ausbildung der Erfindung der Anker eine vorbestimmte axiale Länge, die kleiner als die axiale Entfernung zwischen den entgegengesetzten Enden von Abschnitten des Magnetflußwegs durch den oberen und den unteren Luftspalt ist. Vorteilhafterweise ist dabei die Ankerlänge angenähert gleich dem axialen Abstand zwischen dem genannten Punkt der Magnetkraftumkehr in der Pumpenkammer und dem entgegengesetzten Ende des Magnetflußweg-Abschnitts durch den unteren magnetischen Luftspalt.

Ferner wird aufgrund der Konfiguration des dem oberen magnetischen Luftspalt zugeordneten magnetischen Pumpenelements die Magnetflußsättigung eines Teils dieses Elements dazu genutzt, die Änderungsgeschwindigkeit des magnetischen Widerstands des oberen Luftspalts relativ zu der gleichzeitigen Ä'nderungsgeschwindigkeit des magnetischen Widerstands des unteren Luftspalts zu vermindern, wodurch die Größe der den Anker beaufschlagenden Magnetkraft vermindert wird. Vor der Sättigung begrenzt dieser Teil des Elements vorteilhafterweise den magnetischen Widerstand am oberen magnetischen Luftspalt auf einen niedrigen Wert, so daß sich am oberen Luftspalt eine relativ hohe Magnetflußdichte ergibt, so daß z. B. zum Anfahren der Pumpe eine hohe Magnetkraft erzeugt wird, die den Anker aus seiner Neutrallage bewegt. In vorteilhafter Ausbildung der Erfindung hat dabei der sättigbare Teil des Elements die Form einer Ringlippe, die von dem Magnetkraft-Einstellverschluß nach unten vorspringt.

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Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, daß im oberen Ende der Haupt-Pumpenkammer eine Stoßdämpf ervorrichtung angeordnet ist, die zwischen dem oberen Ende des Ankers und dem Endverschluß wirksam ist, um die Aufwärtsbewegung des Ankers in der Kammer in die vorgenannte Überfahrstellung zu begrenzen. Dabei ist die Stoßdämpfervorrichtung vorteilhafterweise durch eine Ausnehmung im Anker gebildet, die sowohl das untere Ende der oberen Ankerfeder als auch eine bestimmte Heizölmenge aufnimmt. Die Lippe des Endverschlusses ist ebenfalls so ausgebildet, daß sie in der Überfahrstellung in die Ausnehmung einschiebbar ist, so daß die Aufwärtsbewegung des Ankers durch Dämpfung des Ölflusses aus der Ausnehmung begrenzt wird.

In weiterer vorteilhafter Ausbildung sind speziell ausgebildete Strömungskanäle im Umfang des Ankers vorgesehen, die einen geraden Durchfluß von Heizöl von einem Ankerende zum anderen erlauben, während dabei gleichzeitig eine starke Vergrößerung des Querschnittsbereichs der magnetischen Luftspalte, Insbesondere des unteren Luftspalts, vermieden wird. Dabei ist die Umfangsweite jedes Strömungskanals am Außenumfang des Ankers kleiner als die größte Kanalweite, gemessen in Umfangsrichtung, im Inneren des Ankers.

Durch die Erfindung wird also eine magnetventilbetätigte Heizölpumpe angegeben mit einem Hauptteil, in dem ein Anker angeordnet ist. Eine Hagnetspule umgibt den Anker, und bei Erregung der Spule wird der Anker in einer Pumpenkammer Im Hauptteil hin- und herbewegt. Ein Kolben ist mit dem Anker verbunden und geht mit diesem hin und her, so daß Heizöl durch ein Ansaug-Absperrorgan und ein Förder-Absperrorgan gepumpt wird. In dem Magnetkreis der Pumpe ist ein magnetisches Element am oberen Ende der Pumpenkammer angeordnet. Es sind Mittel vorgesehen, um die Bewegung des Ankers bei Abwesenheit einer die Pumpe beaufschlagenden hydraulischen Last zu begrenzen, so daß

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der Anker sich v:)n einer normalen oberen Grenzlage aufwärts in eine Überfahrstellung bewegt, die mit Abstand unter dem unteren Ende des magnetischen Elements liegt. Der Magnetkreis umfaßt einen oberen und einen unteren magnetischen Luftspalt an den entgegengesetzten Enden des Ankers, und die Begrenzung der Ankerbewegung erfolgt durch eine solche Ausbildung des Ankers, daß dieser eine Länge hat, die geringer als der in axialer Richtung gemessene Abstand zwischen entgegengesetzten Enden des oberen und des unteren Luftspalts ist, so daß die Richtung der den Anker beaufschlagenden Magnetkraft umkehrbar ist, um zu verhindern, daß der Anker bei Abwesenheit einer auf die Pumpe wirkenden hydraulischen Last an dem magnetischen Element anschlägt. Ferner kann der Anker so ausgebildet sein, daß er eine Stoßdämpfervorrichtung aufweist mit einem Ölreservoir, das sich vom Anker nach oben öffnet und eine ortsfeste Lippe aufnimmt, wodurch ein Überfahren des Ankers ebenfalls verhindert wird.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Querschnittsansicht der magnetventilbetätigten Pumpe nach der Erfindung;

Fig. 2 eine größere Querschnitts-Teilansicht ähnlich Fig. 1, die einige magnetische Bauteile der Pumpe verschoben und nichtmagnetische Teile in Strichlinien zeigt;

Fig. 3 vereinfachte allgemeine Kurven von magnetischem Widerstand und Magnetkraft relativ zur Ankerstellung bei der magnetventilbetätigten Pumpe;

Fig. k eine Querschnittsansicht des Ankers im wesentlichen längs der Linie 4-4· von Fig. 1; und

Fig. 5 eine der Fig. 2 ähnliche Ansicht, wobei der Anker in einer weiter verschobenen Stellung gezeigt ist.

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Die Erfindung wird in Verbindung mit einer magnetventilbetätigten Hydropumpe 10 erläutert; eine solche Pumpe kann etwa zum Fördern einer kleinen Menge Heizöl von einem Tank (nicht gezeigt) zu der Brennerdüse (nicht gezeigt) einer Haushalt-Feuerung eingesetzt werden. Dabei umfaßt die Pumpe einen Hauptteil 11 mit einem daran befestigten magnetischen Gehäuse 13, in dem eine elektromagnetische Spule 14- untergebracht ist. Die Spule 14 ist mit Zuleitungen 15 an eine Wechselstromversorgung (nicht gezeigt) von einweggleichgerichtetem Wechselstrom angeschlossen; die Wechselstromversorgung führt der Pumpe Energie zu. Dabei ist die Spule IA- im Gehäuse 13 auf einem Spulenkörper 16 gehaltert, der an den Innenflächen des Gehäuses befestigt ist. Die Mittenöffnung des Spulenkörpers sowie eine Ausnehmung 18 im Pumpenkörper bilden eine Pumpenkammer 17, und eine teleskopartig mit der Mittenöffnung des Spulenkörpers und der Ausnehmung zusammengefügte nichtmagnetische Buchse 22 enthält bewegliche Elemente einschließlich eines im wesentlichen zylindrischen Ankers 19, der in der Kammer entsprechend der intermittierenden Erregung der Spule 14 durch den einweggleichgerichteten Strom hin- und hergeht. Ein Magnetkreis (vgl. Fig. 2) in der Pumpe ist durch den Anker 19, einen Endverschluß 34 im oberen Ende der Haupt-Pumpenkammer 17, das Gehäuse 13 und einen Dichtungsring 12 gebildet; der Dichtungsring 12 ist mit dem Gehäuse verbunden und in Dichtungsanlage mit der Ausnehmung 18 in diese geschoben.

Im Betrieb wird mit jedem Aufwärtshub des Ankers 19 Hydraulikflüssigkeit in Form von Heizöl aus dem Heizöltank (nicht gezeigt) durch eine Saugbohrung 20 im Pumpenkörper gesaugt. Zum Erzeugen der Saugkraft zum Ansaugen von Heizöl durch die Saugbohrung 20 geht ein Kolben 21 mit kleinerem Durchmesser zusammen mit dem Anker in einer Saugkammer 23 hin und her, die von der Haupt-Pumpenkammer 17 durch einen Zylinder 24 getrennt ist. Das untere Ende der Saugkammer ist mit einem Kanal 25 in Strömungsverbindung, der seinerseits mit der Saugbohrung 20 verbindbar ist

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zum Fördern von Heizöl zur Saugkammer über ein Saugventil 27. Der Kolben 21 ist vom Anker 19 getrennt ausgebildet, wird jedoch durch eine Feder 28 ständig gegen das untere Ankerende gedruckt. Ein Ölpumpensieb 26 zwischen dem Kanal und der Saugbohrung filtert das einströmende Heizöl, und das Saug-Absperrventil 27, das mit Federkraft in die Schließstellung beaufschlagt wird und stromaufwärts von der Saugkammer im Kanal 25 liegt, verhindert ein Ausströmen von Heizöl aus der Saugkammer zum Ölpumpensieb bei jedem Abwärtshub des Kolbens 21.

Unmittelbar stromabwärts von der Saugkammer 23 innerhalb des Kanals 25 liegt ein Förder-Absperrorgan 29, das durch eine Feder in die Schließstellung beaufschlagt ist und durch das Heizöl zu einer Bohrung 30 strömt, die mit dem unteren Ende der Haupt-Pumpenkammer 17 in Strömungsverbindung steht. Infolgedessen wird bei jedem Abwärtshub des Kolbens 21 das vorher in die Saugkammer 23 durch eine Aufwärtsbewegung des Kolbens zwischen der oberen und der unteren Strichlinienstellung (vgl. Fig. 1) angesaugte Heizöl quer zum Förder-Absperrorgan 29 in die Haupt-Pumpenkammer gefördert. Mit dem nächsten Aufwärtshub des Kolbens 21 wird dann die gleiche Heizölmenge aus der Haupt-Pumpenkammer vom Kolben 21 abgefördert, wenn ein Teil des Kolbens in die Haupt-Pumpenkammer von der Saugkammer 23 her eintritt.

Während Heizöl vom Eintrittsende der Haupt-Pumpenkammer 17 zum oberen Austrittsende der Kammer 17 strömt, strömt es durch eine Serie von Umfangsschlitzen oder -kanälen 31, die im Anker 19 ausgebildet sind und sich in Längsrichtung durch diesen erstrekken und sich an entgegengesetzten Ankerenden öffnen. Nach Fig. 4 öffnen sich die Schlitze auch radial vom Anker weg. Am Austrittsende der Pumpenkammer 17 durchströmt das Heizöl ein Loch 33 im magnetischen Endverschluß 34 zu einer Förderkammer 35, die durch ein Anschlußstück 36 gebildet ist, das auf den Endverschluß 34 geschraubt ist und diesen im Austrittsende der Haupt-Pumpenkammer 17 festlegt. Eine Förderbohrung 37 bringt

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die Kammer 35 mit einer zum Brenner (nicht gezeigt) führenden Auslaßleitung in Strömungsverbindung.

In der Förderkammer 35 ist ein Magnetventil 39 hin- und herbewegbar, das Umfangsschlitze 38 aufweist, so daß Heizöl während des Pumpvorgangs an den Ventilseiten in der Kammer vorbeiströmen kann. Nach Fig. 1 wird das Magnetventil jedoch in eine Stellung gedrückt, die die Bohrung 37 verschließt, und zwar durch eine zwischen dem Magnetventil 39 und dem Endverschluß 34 wirksame Feder 40. Wenn die Spule IA- anfänglich erregt wird, um den normalen Pumpbetrieb der Pumpe auszulösen, wird das Magnetventil 39 durch die Kraft der Feder 40 überwindende Magnetkräfte nach unten gegen den Endverschluß 34 gezogen. Die magnetischen Hysterese-Kennlinien des Werkstoffs, aus dem der Hauptteil des Magnetventils 39 besteht, sind so gewählt, daß das Magnetventil während der Beaufschlagung der Spule mit dem einweggleichgerichteten Strom ständig geöffnet bleibt, jedoch beim Abschalten der Pumpe wird das Magnetventil 39 natürlich durch die Feder 40 in die Schließstellung gedrücktj so daß der Heizölstrom aus der Kammer 35 unterbrochen wird.

Damit der Anker 19 hin- und hergehen kann, wenn die Spulen 14 der Pumpe mit einweggleichgerichtetem Wechselstrom beaufschlagt werden, wird der Anker durch eine obere Feder 41 in Richtung auf eine mit der Feder 28 neutrale Federkraftstellung (vgl. Fig. 2} nach unten gedrückt. In dieser Stellung ist der magnetische Widerstand an einem Luftspalt (der durch den doppelt-kreuzschraffierten Bereich 43 bezeichnet ist) am oberen Ende des Ankers viel größer als der magnetische Widerstand in dem Teil des Magnetflußwegs an dem ringförmigen Luftspalt (vgl. den doppeitkreuzschraffierten Bereich 44, der nur in Fig. 2 gezeigt ist) nahe dem unteren Ende des Ankers. Wenn Infolgedessen der einweggleichgerichtete Strom zuerst an die Spule 14 angelegt wird, wird der Anker durch die Magnetkraft aufwärts gezogen (vgl. Fig. 2), solange Strom durch die Spule fließt, und zwar deshalb,

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weil durch die anfängliche Aufwärtsbewegung des Ankers die Tendenz besteht, den magnetischen Gesamtwiderstand des Hagnetkreises zu vermindern. Da während einer Periode Strom nur in einer Richtung durch die Spule fließt, bewirkt die Feder 41, daß der Anker bei jedem Stromzyklus einmal einen Abwärtshub ausführt. Z. B. bei einem Strom von 60 Hz gehen der Anker und der zugehörige Kolben 21 60mal in jeder Sekunde hin und her. Teilweise aufgrund der durch die bewegten Pumpenteile erzeugten Bewegungsenergie erfolgt jedoch nicht sofort mit dem Verlust des Stromflusses durch die Spule 14· eine Bewegungsumkehr des Ankers am oberen Ende seines Hubs. Aber aufgrund der Dämpfungswirkung des durch die Anker-Kanäle 31 strömenden Heizöls und der von der Pumpe beim Unterdrucksetzen des Heizöls ausgeführten Arbeit ist die normale Aufwärtsbewegung des Ankers unter hydraulischer Last begrenzt, so daß ein Anschlagen des oberen Ankerendes am unteren Ende des Endverschlusses 34 vermieden wird. Während des Betriebs der Heizölpumpe der hier erläuterten Art kann jedoch hin und wieder eine Luftblase durch die Pumpe gefördert werden, oder die Pumpe kann trockenlaufen, so daß der Hub des Ankers nicht gegen eine beträchtliche hydraulische Last, eventuell auch gegen keine hydraulische Last, ausgeführt wird. In einem solchen Fall bewegt sich der Anker über seine normalen Hin- und Herbewegungsgrenzen weiter nach oben. Ein wiederholtes übermäßig starkes Zusammendrücken der wirksamen Federn der Pumpe kann zu einer Ermüdung der Federn und einem Versagen der Pumpe führen, und wenn das obere Ankerende gegen den Endverschluß 34 schlägt, tritt ein unerwünschtes Betriebsgeräusch auf.

Nach der Erfindung wird eine vom Magnetkreis erzeugte Magnetkraft dazu genutzt, den Anker 19 an einer zu weiten Aufwärtsbewegung über die normale Bewegungs-Obergrenze zu hindern, indem der Richtungseffekt der Magnetkraft auf den Anker umgekehrt wird, so daß das obere Ankerende daran gehindert wird, am Endverschluß 34 anzuschlagen und Geräusche zu erzeugen und ein zu starkes Zusammendrücken und vorzeitiges Versagen der oberen

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Feder 41 verhindert wird. Zu diesem Zweck umfaßt der Magnetkreis (der teilweise durch eine allgemeine Magnetflußlinie 45 dargestellt ist) in der Pumpe einen ersten Abschnitt 46 durch den oberen Luftspalt 43 und einen zweiten Abschnitt 47 durch den unteren Luftspalt 44, wobei die Zunahmegeschwindigkeit des magnetischen Widerstands des Magnetflußwegs im unteren Luftspalt in einer vorbestimmten Stellung des Ankers, die nach oben von seiner neutralen Federkraftstellung in der Haupt-Pumpenkammer 17 beabstandet ist und unterhalb des Endverschlusses 34 liegt, die Abnahmegeschwindigkeit des magnetischen Widerstands im oberen Luftspalt übersteigt. Mit Hilfe dieses Aufbaus wird der Anker 19 selbst bei Trockenlauf der Pumpe daran gehindert, an dem Endverschluß 34 anzuschlagen (vgl. Anker-Überfahrgrenze in Fig. 2), und die Feder 41 kann nicht übermäßig stark zusammengedrückt werden.

Dabei ist die repräsentative allgemeine Magnetflußlinie 45 des Magnetkreises für die erläuterte Pumpe nur in Fig. 2 dargestellt, und der Magnetkreis wird im Gegenuhrzeigersinn, beginnend mit dem Endverschluß 34, längs der Linie 45 von der Oberfläche des Endverschlusses zum Magnetventil 39 weitergeführt durch den Flächenkontakt des Magnetventils 39 und des Endverschlusses während der Beaufschlagung der Spule 14 mit einweggleichgerichtetem Wechselstrom. Vom Magnetventil 39 überspannt der Magnetkreis einen einen unveränderlichen Abstand aufweisenden Luftspalt 48 (doppelt-kreuzschraffiert in Fig. 2), der zum magnetischen Gehäuse 13 und durch dieses und den magnetischen Dichtungsring 12 verläuft. Vom Dichtungsring wird der Magnetkreis längs dem Abschnitt 47 der Flußlinie 45 über den unteren Luftspalt 44 zum Anker 19 und durch diesen vervollständigt. Am oberen Ankerende wird der Magnetkreis schließlich längs dem Abschnitt 46 der Flußlinie 45 durch den oberen Luftspalt 43 zum Endverschluß 34 geschlossen.

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Der Magnetkreis ist zwar als Strichlinie gezeichnet, es ist jedoch zu beachten, daß der Gesamt-Magnetfluß im Magnetkreis einen dreidimensionalen Raum einnimmt, so daß der Magnetflußverlauf innerhalb des unveränderlichen Luftspalts 48 eine gleichbleibende, im wesentlichen rohrartige Konfiguration hat. Der Flußweg im Luftspalt 43 ist jedoch in bezug auf Größe und Dichte mit der Bewegung des Ankers 19 in der Haupt-Pumpenkammer 17 veränderbar. Dabei wird eine Umkehr des Richtungseffekts der Magnetkraft dadurch erzielt, daß auch die Größe des unteren Luftspalts 44 mit der Bewegung des Ankers verändert wird. Insbesondere wird die Größe des unteren Luftspalts so geändert, daß bei einer ausgewählten Ankerstellung, die nach oben von der neutralen Federkraftstellung beabstandet ist und unterhalb des Endverschlusses 34 liegt, die Ä'nderungsgeschwindigkeit des magnetischen Gesamtwiderstands des Magnetkreises ihre Richtung umkehrt, so daß der Richtungseffekt der Magnetkraft des Magnetkreises umgekehrt wird.

Die vorstehenden Angaben sind leichter verständlich mit Hilfe der folgenden Erläuterung und dem Wissen, daß die Magnetkraft F , die den Anker 19 beaufschlagt, eine Funktion des Quadrats des Flusses φ durch den Magnetkreis, multipliziert mit der Ä'nderungsgeschwindigkeit des magnetischen Gesamtwiderstands R.. des Magnetkreises relativ zur Ankerverschiebung x, also

τ— ist. Ferner ist der Magnetfluß φ eine Funktion der magneto-

motiven Kraft MMF der Spule und des umgekehrten magnetischen Gesamtwiderstands R,. Die allgemeine Magnetkraftgleichung wird wie folgt geschrieben:

F _ l,2iüt_ 1/MMÖ^ m * ~ 2 * dx - "2 V^Rt/ ^dx

Ferner ist der magnetische Gesamtwiderstand R. des Magnetkreises in jeder Stellung des Ankers 19 gleich der Summe der magnetischen Widerstände der einzelnen Bauteile und kann wie folgt geschrieben werden:

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R_t = R_{f +} R_{1 +} R_{u +} R_c (2)

mit R_f = magnetischer Widerstand des unveränderlichen Spalts 48,

R, = magnetischer Widerstand des unteren Spalts 44, R = magnetischer Widerstand des oberen Spalts 43, und R = magnetischer Widerstand der magnetischen Teile des Magnetkreises.

Ferner ist der magnetische Widerstand R für jeden Abschnitt des Magnetflußwegs eine Funktion seiner Länge vv, gemessen in Längsrichtung des Wegs, dividiert durch seinen Querschnittsbereich A, und wird aus der folgenden Gleichung erhalten:

^R =

mit u = Permeabilität des Mediums, durch das der Magnetfluß

geht, relativ zum freien Raum, und u = Permeabilität des freien Raums, eine Konstante.

Wenn die Gleichung (2) für den magnetischen Gesamtwiderstand auf den hier betroffenen Magnetkreis angewandt wird, sind die magnetischen Widerstände R„ und R des größenunveränderlichen Luftspalts 48 bzw. der magnetischen Teile des Magnetkreises konstant, weil die Flußweglänge und der Querschnittsbereich (vgl. die Gleichung (3)) in diesen Teilen des Magnetkreises im wesentlichen unverändert bleiben, wenn die Spule 14 erregt wird. Infolgedessen hängt die Ä'nderungsgeschwindigkeit des magnetischen Gesamtwiderstands R. direkt von der Änderungsgesehwindigkeit der ma-

Xr

gnetischen Widerstände R und R, des oberen bzw. des unteren Luftspalts 43 bzw. 44 ab.

Um im unteren Luftspalt 44 eine größere Ä'nderungsgeschwindigkeit des magnetischen Widerstands als im oberen Luftspalt 43 in einer vorbestimmten Stellung des Ankers 19 zu erreichen, wird dabei

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die axiale Länge des Ankers so gewählt, daß sie kleiner als die axial gemessene Entfernung zwischen dem oberen und dem unteren Luftspalt ist und insbesondere nahezu gleich dem Abstand - gemessen in axialer Richtung relativ zum Anker zwischen der oberen Endlage des Ankers, wenn dieser seine magnetische Neutrallage einnimmt, und dem unteren Luftspalt ist. Der Anker ist dann in einer magnetischen Neutrallage, wenn eine Bewegung in eine von beiden Richtungen keine Verminderung des magnetischen Widerstands des Magnetkreises insgesamt erzeugt, so daß der Anker nicht mit einer Magnetkraft beaufschlagt wird. Bevorzugt liegt die magnetische Neutrallage des Ankers oberhalb der normalen Bewegungsobergrenze des Ankers. Die Auswirkung dieses strukturellen Merkmals beim Betrieb der Pumpe ist in Verbindung mit der Grafik nach Fig. 3 leichter verständlich.

Dabei sind die magnetischen Widerstandskurven für den oberen Luftspalt 43, den unteren Luftspalt 44 und den magnetischen Gesamtwiderstand als geradlinige Kurven dargestellt, um die Erläuterung zu vereinfachen. Es ist jedoch zu beachten, daß eine wahre Wiedergabe dieser drei magnetischen Widerstandskurven zeigen würde, daß sie nicht geradlinig, sondern krummlinig sind. Unter Berücksichtigung dieser Tatsache und unter der Annahme der Anfangs-Erregung der Magnetventilspule 14 durch Strom wird also der Anker 19 aus seiner neutralen Federstellung durch die den Anker gegen die Kraft der Feder 41 beaufschlagende magnetische Kraft F nach oben gezogen. Während der Aufwärtsbewegung des Ankers vermindert sich die Länge des oberen Luftspalts 43. Entsprechend der Gleichung (3) für den magnetischen Widerstand nimmt die Größe des magnetischen Widerstands ab, während der Flußweg durch den Luftspalt relativ zu dessen Querschnittsbereich kürzer wird. Die Kurve R in Fig. 3 bezeichnet ganz allgemein den magnetischen Widerstand des oberen Luftspalts in bezug auf die Ankerstellung x. Die Vertikallinie 0 durch die Mitte der Kurve bezeichnet die neutrale Federkraftstellung, wobei die Ankerstellung oberhalb der neutralen Federkraftstellung

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nach rechts positiv (+x) und die darunter befindliche Ankerstellung nach links negativ (-x) angegeben ist. Aus der Kurve R ist ersichtlich, daß über eine gewisse Entfernung χ der Ankerbewegung aus der neutralen Federkraftstellung des Ankers die zum oberen Luftspalt gehörige Abnahmegeschwindigkeit des magnetischen Widerstands größer als die Zunahmegeschwindigkeit des magnetischen Widerstands des unteren Luftspalts 44, der durch die Kurve R, wiedergegeben ist, ist. Infolgedessen nimmt in der Summationskurve der magnetischen Widerstände R. die Neigung der Summationskurve mit relativ hoher Geschwindigkeit ab. An einem Punkt S in der magnetischen Widerstandskurve R jedoch flacht die Neigung stark ab und bezeichnet eine Änderung der Abnahmegeschwindigkeit des magnetischen Widerstands des oberen Luftspalts 43 in bezug auf χ auf eine geringere Abnahmegeschwindigkeit, was erwünscht ist zum Vermindern der Kraft F und damit der Beschleunigung des Ankers nach oben vor der Umkehr seiner Bewegungsrichtung, Dabei wird diese erwünschte Ä'n-

^dRu

derung von -j— durch das Vorhandensein einer nach unten vorspringenden magnetischen Lippe 49 erzielt, die mit dem unteren Ende des Endverschlusses 34 einstückig ausgeführt ist. Die Lippe dient zwar einerseits als Halterung für das obere Ende der Feder A-I, sie sorgt aber andererseits auch für einen kürzeren oberen Luftspalt 4-3 bei der Anfangserregung der Spule 14, wodurch der magnetische Widerstand an diesem Luftspalt auf einen niedrigen Wert begrenzt wird, so daß eine hohe Magnetkraft F erzeugt wird, die den Anker bei Erregung der Spule 14 verschiebt. Wenn jedoch die Lippe 49 magnetisch gesättigt ist (vgl. den Punkt S in der Kurve R_u)> erzeugt sie keine weitere Verminderung des magnetischen Widerstands bei der weiteren Aufwärtsbewegung des Ankers. Daher erfolgt jede weitere Abnahme des magnetischen Widerstands am oberen Luftspalt primär aufgrund einer Verminderung der Spaltlänge und steht in keiner wesentlichen Beziehung zur Nähe des oberen Ankerendes an der Lippe.

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Wenn sich der Anker nach oben bewegt, ändert sich aufgrund der vorbestimmten Länge des Ankers 19 der dem unteren Luftspalt 44 zugehörige magnetische Widerstand ebenfalls, seine Stärke nimmt jedoch infolge der Abnahme des Bereichs A des Luftspalts 44 mit der Aufwärtsbewegung in Übereinstimmung mit der Gleichung (3) zu. Infolgedessen nimmt (vgl. Fig. 3) die Größe des magnetischen Widerstands R, des unteren Luftspalts zu, so daß die Neigung der Kurve R, positiv ist. In einer vorbestimmten Entfernung oberhalb der neutralen Federkraftstellung steigt die Zunahmegeschwindigkeit des magnetischen Widerstands des unteren Luftspalts steil an, so daß sie die Abnahmegeschwindigkeit des magnetischen Widerstands des oberen Luftspalts für die gleiche Lage des Ankers 19 übersteigt. Dabei ist diese Zunahme der Änderungsgeschwindigkeit des magnetischen Widerstands des unteren Luftspalts primär auf die Bewegung des unteren Ankerendes nach oben über eine Schulter 50 hinaus zurückzuführen; die Schulter 50 ist durch einen Ausschnitt 51 im magnetischen Dichtungsring 12 am Gehäuse 13 gebildet. Beim Bewegen des Ankers nach oberhalb der Schulter 50 wird die Länge des unteren Luftspalts sehr stark vergrößert, so daß die A'nderungsgeschwindigkeit des magnetischen Widerstands des Magnetflußwegs im unteren Luftspalt mit der weiteren Aufwärtsbewegung des Ankers auf einer Luftspaltlänge basiert, die wesentlich größer als die Luftspaltlänge ist, die den unteren Stellungen des Ankers relativ zu der Schulter zugeordnet ist.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Aufwärtsbewegung des Ankers 19 in die Überfahrstellung (vgl. Fig. 5) durch eine Stoßdämpfervorrichtung im oberen Ende der Haupt-Pumpenkammer 17 begrenzt wird. Dazu ist der Anker mit einer länglichen, im wesentlichen zylindrischen Ausnehmung oder einem Reservoir 53 (vgl. Fig. 5) mit der gleichen allgemeinen Querschnittsform, jedoch geringfügig größer als der seitliche Querschnittsbereich, der durch die radial äußere Fläche der Lippe 49 begrenzt ist, ausgebildet. Das untere Ende der Ausnehmung ist geschlossen, so daß im Normalbetrieb der Pumpe öl im

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Reservoir 50 angesammelt wird. Wenn jedoch eine Luftblase die Pumpenkammer 17 durchsetzt, so daß der Anker sich zu weit bewegt, wird seine Aufwärtsbewegung in eine Überfahrstellung begrenzt, die mit Abstand unterhalb einer unteren Endfläche 54 des Endverschlusses 34 liegt, und zwar durch den Dämpfungseffekt, der durch das Öl erhalten wird, wenn dieses zwischen die Lippe 49 und die Innenwandungen des Reservoirs gedrückt wird.

Vorteilhafterweise sind die Kanäle 31 des Ankers 19 von einer solchen besonderen Querschnittsform, daß der Ölstrom gerade am Anker vorbeiströmt, ohne daß sich eine wesentliche Vergrößerung des Querschnittsbereichs und/oder der Länge der magnetischen Luftspalte 43 und 44 ergibt. Zu diesem Zweck ist die Umfangsweite jedes Kanals 31 im Äußeren des Ankers kleiner als die größte Umfangsweite jedes Kanals im Inneren des Ankers (vgl. Fig. 4).

Aus der vorstehenden Erläuterung ist also ersichtlich, daß eine neue und verbesserte magnetventilbetätigte Pumpe 10 geschaffen wird, die speziell dazu ausgebildet ist, die Erzeugung von Betriebsgeräuschen zu vermeiden und die obere Feder 41 bei Abwesenheit einer hydraulischen Last nicht übermäßig stark zusammenzudrücken. Vorteilhafterweise wird dies dadurch erzielt, daß der Richtungseffekt der vom Hagnetkreis in der Pumpe erzeugten magnetischen Kraft umgekehrt wird, um den Anker 19 nach unten anstatt nach oben zu treiben, wenn dieser sich über eine vorbestimmte Stellung in der Pumpenkammer 17 hinaus nach oben bewegt hat.

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Claims

Ansprüche

flj Magnetventilbetätigte Heizölpumpe, mit einer Pumpenkammer mit einem Ein- und einem Austrittsende, einem in der Pumpenkammer angeordneten beweglichen Organ, das in axialer Richtung aus einer Ruhestellung zwischen einer normalen Ober-
und Untergrenze unter hydraulischer Last hin- und hergeht
zum Fördern von Heizöl durch die Pumpenkammer, wobei das
bewegliche Organ ein Anker ist, mit einer dem Anker zugeordneten Magnetspule, die bei Erregung den Anker verschiebt, und mit einem Magnetkreis, der einen Magnetflußweg um die
erregte Spule bildet und nahe dem Austrittsende der Pumpenkammer ein magnetisches Element aufweist,

gekennzeichnet d u r c h

eine Vorrichtung (19; 49, 5Oj zum Begrenzen der Bewegung ües Ankers (19) bei Abwesenheit einer die Pumpe fc-iö· verklagenden hydraulischen Last, so daß der Anker (19) sich oberhalb
der normalen Ober grenze in eine Überfahrstellung bewegt-, die mit Abstand unterhalb des UGierendes des magnetischen Elements (3A-) liegt.
2. Pumpe nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Anker (19) in der Pumpenkammer (17) eine vorbestimmte Stellung hat, in der die vom Magnetkreis erzeugte Hagnetkraft neutral ist, und daß die vorbestimmte Stellung mit Ab-

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stand über der iuhestellung liegt, so daß die bei erregter Spule (14) den Anker (19) beaufschlagende Magnetkraft ihre Richtung umkehrt, wenn sich der Anker (19) an dieser Stellung vorbeibewegt, wodurch der Anker beim Vorbeilauf an der vorbestimmten Stellung entgegengesetzt zu seiner Bewegungsrichtung beaufschlagt wird.
3. Pumpe nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Magnetkreis einen oberen (43) und einen unteren (44) magnetischen Luftspalt nahe entgegengesetzten Enden des Ankers (19) aufweist, daß der Magnetflußweg einen ersten und einen zweiten Abschnitt (46, 47) durch den oberen bzw. den unteren Spalt (43, 44) umfaßt, wobei der erste Abschnitt (46) eine Abnahmegeschwindigkeit des magnetischen Widerstands bei Aufwärtsbewegung des Ankers (19) hat, die größer als eine gleichzeitige Zunahmegeschwindigkeit des magnetischen Widerstands des zweiten Abschnitts (47) ist, wenn sich der Anker (19) unterhalb der vorbestimmten Stellung befindet, und kleiner als die gleichzeitige Zunahmegeschwindigkeit des magnetischen Widerstands des zweiten Luftspalts (44) ist, wenn sich der Anker (19) oberhalb der vorbestimmten Stellung befindet.
4. Pumpe nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Länge des Ankers (19) kleiner als der in axialer Richtung gemessene Abstand zwischen entgegengesetzten Enden des ersten und des zweiten Abschnitts (46, 47) des Magnetflußwegs ist.
5. Pumpe nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Länge des Ankers (19) ungefähr gleich dem in axialer Richtung gemessenen Abstand zwischen der vorbestimmten magnetisch neutralen Ankerstellung und dem entgegengesetzten Ende des zweiten Abschnitts (47) des Magnetflußwegs ist.

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6. Pumpe nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,

daß in dem Anker (19) mehrere diesen im wesentlichen axial durchsetzende Kanäle (31) gebildet sind, wobei sich jeder Kanal (31) von entgegengesetzten Enden des Ankers (19) über dessen Länge von dessen Außenfläche öffnet, und wobei jeder Kanal (31) eine solche Querschnittsform hat, daß die Öffnung des Kanals (31) von der Anker-Außenfläche weg enger als die Hauptweite der Querschnittsfläche des Kanals (31) ist.
7. Pumpe nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,

daß das magnetische Element (34·) innerhalb des Magnetkreises oberhalb des oberen Luftspalts (4-3) liegt und einen Abschnitt (49) aufweist, der nach einer anfänglichen Aufwärtsbewegung des Ankers (19) über dessen Ruhestellung hinaus magnetisch sättigbar ist.
8. Pumpe nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Abschnitt des magnetischen Elements (34) eine ringförmige Lippe (49) ist, die vom magnetischen Element (34) nach unten zum Anker (19) hin vorspringt.
9. Pumpe nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß im oberen Ende der Pumpenkammer (17) eine Stoßdämpfervorrichtung (49, 53) vorgesehen ist, so daß das Überfahren des Ankers (19) auf die Überfahrstellung begrenzbar ist.
10. Pumpe nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Stoßdämpfervorrichtung ein Ölreservoir (53) im Anker (19), das sich davon nach oben öffnet, und eine Lippe (49) umfaßt, die vom magnetischen Element (34) nach unten vorspringt

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und in das Reservoir (53) einschiebbar ist, wenn der Anker

(19) seine normale Obergrenze überfährt, so daß die Aufwärtsbewegung des Ankers (19) gedämpft wird.

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