DE9114384U1 - Schwingkolbenpumpe - Google Patents

Description

30364 20/h Gotec S.A.
Rue des Casernes 59

CH 1950 Sion

Schwingkolbenpumpe

Beschreibung
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Die Erfindung betrifft eine Schwingkolbenpumpe zur Förderung flüssiger Medien mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Schwingkolbenpumpen sind Elektromagnet-Kolbenpumpen, deren Kolben unter dem Einfluß eines pulsierenden Magnetfeldes, das von einer mit Wechselstrom beaufschlagten Spule erzeugt wird, Hubbewegungen in einem Zylinder mit der eingeprägten Impulsfrequenz ausführt. Der Kolben, der aus einem magnetisierbaren Werkstoff besteht, ist frei in dem Zylinder beweglich und führt bei jedem Impuls aufgrund der magnetischen Induktion eine Hubbewegung gegen die Kraft einer Feder aus, welche den Kolben nach der Aufhebung der Induktion wieder zurückstellt, wodurch ein weiterer Hub stattfindet.

Der Zu- und Abfluß des flüssigen Mediums zu dem Arbeitsraum des Zylinders wird durch selbsttätige Ventile, z.B. Rückschlagventile, gesteuert. Der Arbeitsraum befindet sich zwischen der der Feder gegenüberliegenden Stirnseite des Kolbens und der Auslaßseite des Zylinders.

Wenn die Schwingkolbenpumpe nicht in Betrieb ist, liegt der Kolben mit seiner dem Arbeitsraum zugewendeten Stirnseite

gewöhnlich an der zugeordneten Innenseite des Zylinders an. Im Betriebszustand und insbesondere bei zunehmendem Druck kommt der Kolben mit der Zylinderstirnseite jedoch nicht mehr in Kontakt. Infolge der Hubbewegungen, die der Kolben mit der Impulsfrequenz des induzierten Magnetfeldes ausführt, entstehen in dem flüssigen Fördermedium hydraulische Druckspitzen, die sich als Körperschall auf die angrenzenden mechanischen Teile wie Zylinder, Leitungen usw. übertragen und zu einer verhältnismässig hohen Geräuschentwicklung führen. Um diese Geräuschentwicklung zu dämpfen, sind Schwingkolbenpumpen der eingangs angegebenen Art bekannt, an deren Druckleitung ein federbelasteter Druckspeicher mittels einer Zweigleitung angeschlossen ist, der die hydraulischen Druckspitzen kappt. Dieser Druckspeicher bedeutet jedoch einen zusätzlichen technischen Aufwand und erhöht den Platzbedarf der Schwingkolbenpumpe.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schwingkolbenpumpe der eingangs angegebenen Art zu schaffen, mit der auf einfache und platzsparende Weise die geschilderte Geräuschentwicklung herabgesetzt werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch die Ausgestaltung nach Anspruch 1 oder 2.

Durch die Anordnung eines volumenkompressiblen Elements unmittelbar im Arbeitsraum der Schwingkolbenpumpe oder nahe diesem, z.B. im Saugraum, werden die in dem Fördermedium entstehenden Druckspitzen schon direkt oder nahe am Ort der Entstehung abgebaut. Untersuchungen haben gezeigt, daß je nach Art und Ausbildung des volumenkompressiblen Elements, von dem nachfolgend Ausführungsbeispiele beschrieben werden, der Platzbedarf außerordentlich gering gehalten werden kann, so daß eine Platzeinsparung durch den glatten Wegfall des Druckspeichers der oben geschilderten bekannten Schwingkolbenpumpen erzielbar ist. Da außerdem keinerlei Anschluß an die Druckleitung notwendig ist, sondern das

volumenkompressible Element schon bei der Montage der Pumpe in den Zylinder eingebaut wird, und das Element überdies sehr einfach gestaltet ist, wird auch der Herstellungsaufwand und damit der Gestehungspreis der Schwingkolbenpumpe herabgesetzt.

Unter "elastischer Volumenkompressibilität" in dem hier gebrauchten Sinn wird eine Volumenverringerung verstanden, die eine elastische Gegenkraft erzeugt, welche - bei Wegfall des die Kompression bewirkenden Druckes - das Element wieder zu seinem ursprünglichen Volumen zurückführt.

Die am meisten bevorzugte Ausführungsform des elastisch volumenkompressiblen Elements ist ein Körper aus einem elastomeren, gasgefüllte Zellen enthaltenden Material, z.B. einem geschlossenzellig geschäumten Gummi. Derartiges Material ist bahnförmig im Handel erhältlich, so daß sich der Herstellungsvorgang eines solchen Elements auf einen blossen Ausstanzvorgangg beschränkt. Das in den Zellen enthaltene Gas, z.B. Luft, wird durch die hydraulischen Druckspitzen, welche in dem im Arbeitsraum und im Saugraum enthaltenen Fördermedium erzeugt werden, elastisch komprimiert, so daß das Körpervolumen bei jedem Druckhub des Kolbens verringert wird. Aufgrund der elastischen Rückstellkraft des komprimierten Gases in den Zellen, unterstützt durch die elastische Rückstellung des gummielastischen Materials des Körpers selbst, nimmt der Körper augenblicklich sein durch den mittleren Förderdruck bestimmtes Volumen wieder ein, sobald die Druckspitze abgeklungen ist.

Sofern das volumenkompressible Element - gemäß Anspruch 1 unmittelbar im Arbeitsraum oder nahe diesem, z.B. im Saugraum, angeordnet ist, wird neben der Verringerung des Platzbedarfes und der Herabsetzung des Herstellungsaufwandes auch eine Verringerung der Geräuschentwicklung erzielt, weil die hydraulischen

Druckspitzen im Fördermedium unmittelbar am Ort des Entstehens abgebaut werden und daher nur in einem sehr kleinen Bereich der Schwingkolbenpumpe Körperschall in an das Medium angrenzenden mechanischen Teilen entstehen kann. 5

Die Anordnung des volumenkompressiblen Elements in Gestalt eines Körpers aus elastomerem, gasgefüllte Zellen enthaltendem Material - gemäß Anspruch 2 - ist nicht auf den Arbeitsraum oder eine Stelle in der Nähe davon, beschränkt. Vielmehr kann der Körper, z.B. in Form einer Scheibe, aufgrund seiner sehr geringen Abmessungen auch noch außerhalb des Zylinders, z.B. in einer Tasche der Druckleitung, angeordnet werden, ohne daß dadurch ins Gewicht fallender zusätzlicher Platzbedarf entsteht.

Das volumenkompressible Element kann auch durch einen geschlossenen gasgefüllten Balg oder durch teleskopisch ineinander geführte Napfteile gebildet sein, deren Innenraum nach außen abgedichtet ist und die sich durch eine in dem Innenraum angeordnete Feder aneinander abstützen. Bei allen geschilderten Ausführungsbeispielen für das elastisch volumenkompressible Element kann dieses im Zylinder der Schwingkolbenpumpe untergebracht sein und zwar vorzugsweise im Arbeitsraum an der Stirnseite des Zylinders, jedoch auch an der dem Arbeitsraum zugewendeten Stirnseite des Kolbens. Wenn der Zylinder durch das Fördermedium axial durchströmt ist, d.h. das Auslaßventil an der Stirnseite des Arbeitsraumes angeordnet ist, bildet man das volumenkompressible Element vorteilhafterweise in Form einer Ringscheibe aus, so daß der Förderstrom die Ringöffnung durchsetzen kann.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beiliegenden Zeichnungen sowie aus weiteren Unteransprüchen. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine Schwingkolbenpumpe nach der Erfindung, und

Fig. 2 Schnitte durch zwei weitere Ausführungsformen eines volumenkompressiblen Elements.

Die in Fig. 1 gezeigte Schwingkolbenpumpe besteht im wesentlichen aus einem im Ganzen mit 1 bezeichneten Elektromagnet, der einen Eisenkern aufweist und durch eine Spule betrieben ist, einem im Eisenkern des Elektromagneten 1 ausgebildeten Zylinder 2 mit einem darin frei verschiebbaren Kolben 3, einem Sauganschluß 4 und einem Druckanschluß 5.

Der Kolben 3 stützt sich über eine im Saugraum angeordnete Druckfeder 6 an einem saugseitigen Dichteinsatz 7 ab, ist jedoch im übrigen frei im Zylinder 2 verschiebbar. Der saugseitige Dichteinsatz 7 sowie der rohrförmig ausgebildete Kolben 3 enthalten je ein Rückschlagventil 8 bzw. 9, die beide in Richtung zum Arbeitsraum 10 öffnen. Der Druckanschluß 5 enthält ebenfalls ein Rückschlagventil 11, das in Richtung auf die nicht gezeigte, an den Druckanschluß 5 anschließende Druckleitung öffnet. Aus der geschilderten Anordnung ergibt sich eine axiale Durchströmung des Zylinders 2 durch das Fördermedium.

Der bis hierher geschilderte Aufbau der Schwingkolbenpumpe und deren Funktion sind bekannt und bedürfen daher an dieser Stelle keiner näheren Erläuterung.

Um die beim Betrieb der Schwingkolbenpumpe in dem Fördermedium auftretenden hydraulischen Druckspitzen abzubauen und dadurch die Geräuschentwicklung zu dämpfen, ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel im Arbeitsraum 10 des Zylinders 2 ein volumenkompressibles Element 12 in Gestalt eines Ringscheiben-Körpers aus Zellgummi angeordnet. Die Ringscheibe ist an dem Ventilgehäuse des druckseitigen Rückschlagventils 11 angeklebt. Ihre obere

und untere Ringfläche ist durch eine geschlossene, d.h. nicht-poröse Haut gebildet. Ihr Außendurchmesser entspricht im wesentlichen dem Innendurchmesser des Zylinders 2; ihre Dicke beträgt bei einem Außendurchmesser von etwa 12 mm beispielsweise 3 mm. Das hierdurch zur Verfügung gestellte Dämpfungsvolumen des Elements 12 reicht aus, die hydraulischen Druckspitzen im Fördermedium soweit abzubauen, daß eine Geräuschminderung um 10 Dezibel und mehr erzielbar ist.

Die Fig. 2 zeigt zwei weitere Ausführungsformen eines elastisch volumenkompressiblen Elements 12' bzw. 12''. Das Element 12' ist ein geschlossener, mit Luft gefüllter Balg z.B. aus dünnem Stahlblech, der ringförmig gestaltet ist.

Sowohl an seinem Außenumfang als auch an seinem Innenumfang weist er einspringende Balgfalten 13 auf, die seine elastische Verformbarkeit erleichtern. Ist der Balg 12' in eine Schwingkolbenpumpe in ähnlicher Weise eingebaut, wie das vorstehend in Zusammenhang mit dem Element 12 geschildert ist, so erfährt er unter dem Einfluß der hydraulischen Druckspitzen jeweils eine - hauptsächlich axiale - Verformung über diejenige Verformung hinaus, die ohnehin aufgrund des Förderdruckes im Medium vorhanden ist.

Das Element 12'* ist ebenfalls ringförmig und besteht aus zwei teleskopisch ineinander geführten Napfteilen 20 und 21. Die beiden Napfteile stützen sich aneinander durch eine in ihrem Inneren untergebrachte Tellerfeder 22 ab und sind durch nicht gezeigte Maßnahmen, z.B. korrespondierende Eindrückungen an ihrer Außenwand, an einem Auseinanderfallen gehindert. Um ein Eindringen von Fördermedium in das Innere des Elements 12'' zu verhindern, kann das ganze Element lose in eine dichte Kunststoffolie eingeschweißt sein.

Ist das Element 12'' in der Schwingkolbenpumpe in ähnlicher Weise untergebracht, wie das zuvor in Zusammenhang mit dem Element 12 geschildert wurde, so

erfährt es unter den Druckimpulsen eine axiale Zusammendrückung gegen die Kraft der Tellerfeder 22. Diese stellt den ursprünglichen Abstand der Napfteile 20 und 21 jeweils wieder her, sobald der Druck absinkt.
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Die erfindungsgemässe Dämpfungseinrichtung ist nicht auf die vorstehend geschilderten Ausführungsbeispiele beschränkt. So muß das aus einem elastomeren, geschäumten Material bestehende Element 12 keineswegs die gezeigte Scheibenform, insbesondere Ringscheibenform, aufweisen, sondern kann z.B. auch in Form eines kleinen Klotzes in einer seitlichen Wandausnehmung des Zylinders 2 untergebracht sein. Weiterhin ist es auch möglich, einen Körper aus dem genannten Material stromab von dem druckseitigen Rückschlagventil 11 in einer Kanalerweiterung des Druckanschlusses 5 oder der nicht gezeigten anschließenden Druckleitung anzuordnen. Auch kann die Anzahl der verwendeten Elemente gesteigert werden, so daß z.B. im Arbeitsraum und im Saugraum je ein Element vorgesehen ist.

Claims (9)

30 364 20/h Gotec S.A. Rue des Casernes 59 CH 1950 Sion Schwingkolbenpumpe Ansprüche 15

1. Schwingkolbenpumpe zur Förderung flüssiger Medien, mit einem Zylinder (2), der von einer ein pulsierendes Magnetfeld im Zylinder erzeugenden elektrischen Spule umgeben ist oder von dem Spulenkern gebildet wird, mit einem in dem Zylinder gegen die Kraft einer Feder (6) durch die magnetische Induktion verschiebbaren Kolben (3), mit Ventilen (8, 9, 11), die den Zu- und Abfluß des Mediums in den bzw. aus dem Zylinder selbsttätig steuern, und mit einer Dämpfungseinrichtung (12, 12', 12'') zur Dämpfung der im Betrieb in dem Medium auftretenden Förderdruckspitzen,

dadurch gekennzeichnet,
daß die Dämpfungseinrichtung ein in oder nahe dem Arbeitsraum (10) des Zylinders (2) angeordnetes, elastisch volumenkompressibles Element (12, 12', 12") ist.

2. Schwingkolbenpumpe nach dem Oberbegriff des Anspruches 1,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Dämpfungseinrichtung ein elastisch volumenkompressibles Element in Form eines Körpers

aus einem elastomeren, gasgefüllte Zellen enthaltenden Material ist.

3. Schwingkolbenpumpe nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß das Material des Körpers geschlossenzellig geschäumter Gummi ist.

4. Schwingkolbenpumpe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper Scheibenform hat, wobei die Großflächen der Scheibe glatt ausgebildet sind.

5. Schwingkolbenpumpe nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß das elastisch volumenkompressible Element ein geschlossener gasgefüllter Balg (12') ist.

6. Schwingkolbenpumpe nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet, daß der Balg aus Kunststoff besteht.

7. Schwingkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elastisch volumenkompressible Element (12'') durch teleskopisch ineinander gefügte Napfteile (20, 21) gebildet ist, deren Innenraum nach außen abgedichtet ist und die sich durch eine in dem Innenraum angeordnete Feder (22) aneinander abstützen.

8. Schwingkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das elastisch volumenkompressible Element (12, 12', 12'') an der Stirnseite des Arbeitsraumes (10) des Zylinders (2) oder an der Stirnseite des Kolbens (3) befestigt ist.

9. Schwingkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das elastisch volumenkompressible Element in dem die Feder (6) enthaltenden Saugraum des Zylinders (2) untergebracht ist.