EP2617996B1 - Verdrängerpumpe - Google Patents

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EP2617996B1
EP2617996B1 EP13000028.4A EP13000028A EP2617996B1 EP 2617996 B1 EP2617996 B1 EP 2617996B1 EP 13000028 A EP13000028 A EP 13000028A EP 2617996 B1 EP2617996 B1 EP 2617996B1
Authority
EP
European Patent Office
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pump
guide sleeve
sleeve
magnetic
section
Prior art date
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Active
Application number
EP13000028.4A
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English (en)
French (fr)
Other versions
EP2617996A1 (de
Inventor
Daniel Kohli
Stephan Kaufmann
Raphael Frey
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.)
KNF Flodos AG
Original Assignee
KNF Flodos AG
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Filing date
Publication date
Application filed by KNF Flodos AG filed Critical KNF Flodos AG
Publication of EP2617996A1 publication Critical patent/EP2617996A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2617996B1 publication Critical patent/EP2617996B1/de
Active legal-status Critical Current
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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
    • F04B43/00—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members
    • F04B43/02—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having plate-like flexible members, e.g. diaphragms
    • F04B43/04—Pumps having electric drive
    • 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
    • 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
    • F04B17/042—Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors driven by electric motors using solenoids the solenoid motor being separated from the fluid flow
    • 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
    • F04B35/00—Piston pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by the driving means to their working members, or by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors, not otherwise provided for
    • F04B35/04—Piston pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by the driving means to their working members, or by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors, not otherwise provided for the means being electric
    • F04B35/045—Piston pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by the driving means to their working members, or by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors, not otherwise provided for the means being electric using solenoids

Definitions

  • the invention relates to a positive displacement pump, in particular a Hubanker- or solenoid positive displacement pump, with a pump head, in which at least one pump chamber is provided with a at least one pump chamber associated pumping membrane which separates the pump chamber of a linear actuator, and with a linear actuator, the a longitudinally displaceably guided magnet armature which acts on the flat side facing away from the pump chamber of the pumping membrane and which is electromagnetically displaceable by means of a coil against a restoring force in a suction stroke.
  • a positive displacement pump in particular a Hubanker- or solenoid positive displacement pump
  • a pump head in which at least one pump chamber is provided with a at least one pump chamber associated pumping membrane which separates the pump chamber of a linear actuator, and with a linear actuator, the a longitudinally displaceably guided magnet armature which acts on the flat side facing away from the pump chamber of the pumping membrane and which is electromagnetically displaceable by means of a coil against a restoring force in a suction stroke
  • Displacement pumps of the type mentioned above which have a pump head in which at least one pump chamber is provided, which can be designed, for example, in the shape of a spherical cap, are already known as reciprocating pump pumps.
  • the at least one pumping space is associated with a pumping diaphragm which separates the pumping space from a lifting drive.
  • the lifting drive has a guided in the longitudinal direction of the armature, which acts on the pump chamber remote from the flat side of the membrane and by means of an electromagnet against a restoring force is displaceable in a suction stroke.
  • the compression spring has the task to perform the pressure stroke.
  • the suction stroke is carried out by means of the force which is built up by the coil of the electromagnet in the magnetic circuit. It is crucial that the magnetic circuit constructed by the electromagnet is optimally guided by the magnetically conductive components of the pump and transmitted to the armature imparting the pumping movement.
  • a coil of the electromagnet interacts with a magnetically conductive magnetic return element.
  • This magnetic return element has at its opposite sides mutually aligned insertion openings, which passes through a guide sleeve, in which the magnet armature is displaceably guided by the, formed by the insulator sleeve portion of the guide sleeve.
  • a section of the guide sleeve formed by a stator is provided in the through-opening facing away from the pump chamber.
  • the guide sleeve and the stator are made of magnetically conductive material and magnetically separated from one another, formed by an insulator sleeve portion of the guide sleeve.
  • the suction stroke of the positive displacement pump according to the invention is carried out by means of the force which is built up by the coil in the magnetic circuit, it is crucial that this magnetic circuit as optimally as possible by the magnetic conductive components of the pump, namely by magnetic return element, guide sleeve, stator and armature, is performed. It is crucial that in addition to the working air gap between the stator and armature only small as possible parasitic air gaps between the individual components arise because they impede the magnetic flux very strong.
  • these air gaps are reduced by means of the guide sleeve consisting essentially of guide sleeve, insulator sleeve and stator, and the magnetic circuit is optimized, at the same time ensuring good guidance of the magnet armature in the section of the guide sleeve formed by the insulator sleeve.
  • the magnetic flux is conducted from the magnetic return element to the magnet armature via the guide sleeve.
  • the magnetic return element, the guide sleeve, the magnet armature and the stator form a magnetic circuit which shifts the magnet armature connected to the diaphragm against the restoring force in the direction of the stator.
  • the armature and its associated membrane is moved by means of the restoring force in the direction of the pump chamber.
  • the magnet armature is guided in the section of the guide sleeve formed by the insulator sleeve.
  • a particularly simple and at the same time efficient embodiment according to the invention provides that at least one pressure spring serves as the restoring force acting on the magnet armature.
  • the at least one compression spring is supported on the guide sleeve. While the compression spring is supported with its one end portion on the guide sleeve, the compression spring engages with its end portion facing away from the guide sleeve on the magnet armature so that it is moved during the pressure stroke in the direction of the pump chamber.
  • stator limits the suction stroke of the armature in the guide sleeve.
  • a particularly advantageous development according to the invention provides that the stroke of the at least one pumping membrane is adjustable, and that the pump has a pump housing in which the guide sleeve is arranged to be adjustable in the longitudinal direction. By an adjusting movement on the guide sleeve in the direction away from the pump chamber direction of the stroke and with him the flow rate of the pump according to the invention can be increased if necessary.
  • a preferred embodiment of the invention provides that the guide sleeve carries at least in a portion of its outer periphery an external thread which meshes with a stationary relative to the pump housing internal thread.
  • the guide sleeve has a preferably designed as a cross-sectional widening sleeve head, which carries the external thread, and that the internal thread is provided on the pump housing and preferably on an intermediate plate of the pump housing is particularly advantageous.
  • the pumping function can be used, it is expedient if the guide sleeve and in particular the insulator sleeve on the inner peripheral side and / or the magnet armature on the outer peripheral side has a friction-reducing sliding layer.
  • this sliding layer is designed as a polymer layer, in particular as a polytetrafluoroethylene or molybdenum disulfide layer.
  • the magnetic return element of the positive displacement pump according to the invention can be designed as, for example, a U-shaped coil bail. But it is also possible that the magnetic return element of the positive displacement pump according to the invention is designed as a magnetically conductive sleeve, which has at its opposite end faces the insertion openings for the guide sleeve.
  • a positive displacement pump 1 is shown in two versions, which is designed as a positive displacement pump.
  • the positive displacement pump 1 according to the Fig. 1 and 2 which is preferably used as a liquid pump, has a pump housing 2, which has a pump head 3, a drive housing 4 and an intermediate plate 5 provided between the drive housing 4 and pump head 3.
  • a pump chamber 6 is provided, which may be configured, for example, as a spherical cap.
  • the pumping space 6 is connected via at least one inlet 26 to a suction channel 27 and via at least one outlet 28 to a pressure channel 29. While a non-return valve 30 located in the suction channel 27 allows suction of the pumped medium in the direction of the pump chamber 6, prevents a provided in the pressure channel 29 Check valve 31, a return flow of the pumped medium back to the pump chamber. 6
  • the pump chamber 6 is associated with a pump diaphragm 7 made of elastic material, which is clamped between the pump head 3 and the intermediate plate 5 and the pump chamber 6 is separated by a linear actuator.
  • the pumping membrane 7 is here designed as a shaped membrane which, in its central region facing the pumping space 6, has an outer contour which is approximately complementary to the pumping space.
  • the lifting drive has a magnet armature 8, which is guided displaceably in the longitudinal direction.
  • the magnet armature 8 acts on the pump chamber 6 facing away from flat side of the pump diaphragm 7.
  • the armature 8 is electromagnetically displaceable by means of a coil 9 against a restoring force in a suction stroke.
  • the coil 9 cooperates with a magnetically conductive magnetic return element 10.
  • the coil 9 of the electromagnet is clasped with the magnetic return element 10, which at its opposite sides 11, 12 aligned insertion openings 13, 14 has.
  • the guide sleeve 16 and the stator 17, made of magnetically conductive material and in particular are made of soft magnetic material are magnetically separated from one another, formed by an insulator sleeve 18 portion of the guide sleeve 15, which insulator sleeve 18 is made of magnetically non-conductive material.
  • The, different magnetic properties having components of the guide sleeve 15, namely the guide sleeve 16, the insulator sleeve 18 and the stator 17 are here by means of an adhesive or welding process, for example by laser welding, concentrically connected.
  • the insulator sleeve 18 has not only the guide sleeve 16 and the stator 17 to connect with each other and at the same time to prevent direct magnetic inference, but in the insulator sleeve 18 and the membrane anchor 8, which carries out the pumping movement and transmits to the pumping diaphragm 7, guided displaceably.
  • the guide sleeve 16 has a slightly larger clear inner diameter relative to the outer circumference of the magnet armature 8, so that the section formed by the guide sleeve 16 in FIG Fig. 3 guide sleeve 15 shown in more detail surrounds the magnet armature 8 with play.
  • the guide sleeve 16 therefore does not guide the armature 8, but instead has the task of conducting the magnetic flux from the magnetic return element 10 to the armature 8.
  • the tolerances between the guide sleeve 16 and the magnet armature 8 are chosen so that the smallest possible air gap between the guide sleeve 16 and the armature 8 is formed, but also enough to prevent direct contact of the guide sleeve 16 with the armature 8. If the baffle 16 were also made of magnetically non-conductive material, the entire material thickness of the baffle 16 would act as an air gap and the magnetic circuit would be much less efficient and less efficient.
  • the stroke of the magnet armature 8 and thus the flow rate of the positive displacement pump 1 is adjustable.
  • the guide sleeve 15 is arranged adjustable in the longitudinal direction in the pump housing 2.
  • the guide sleeve 15 carries at least in a portion of its outer periphery an external thread 19 which meshes with a relative to the pump housing 2 fixed internal thread.
  • the guide sleeve 16 has a sleeve head 20 designed here as a cross-sectional widening, which carries the external thread 19.
  • the cooperating with the external thread 19 internal thread is provided on the pump housing 2 and preferably on the intermediate plate 5 of the pump housing 2.
  • the position of the guide sleeve 15 can be adjusted axially in the pump housing 2.
  • the distance between the armature 8 and the stator 17 can be adjusted.
  • the stroke volume can be varied as needed, which can be generated with the lifting diaphragm 7.
  • a tool engagement surface is provided on the externally accessible and the pump chamber 6 facing away from the front end, which is designed here as a slot 25 for inserting a screwdriver.
  • the suction stroke of the positive displacement pump 1 is carried out by means of the force which is built up by the coil 9 in the magnetic circuit.
  • the magnetically conductive components of the positive displacement pump 1, namely by magnetic return element 10, guide sleeve 16, stator 17 and armature 8 it is crucial that in addition to the stator between 16 and armature. 8 remaining working air gap 21 as small as possible parasitic air gaps between the individual components arise because they impede the magnetic flux very much.
  • the guide sleeve 15 consisting essentially of guide sleeve 16, insulator sleeve 18 and stator 17 and the magnetic circuit is optimized, at the same time ensuring good guidance of the magnet armature 8 in the guide sleeve 15.
  • the magnetic flux is conducted from the magnetic return element 10 to the armature 8.
  • the magnetic return element 10 As soon as the coil 9 is energized, the magnetic return element 10, the guide sleeve 16, the magnet armature 8 and the stator 17 form a magnetic circuit which displaces the magnet armature 8 connected to the pump membrane 7 against the restoring force of a restoring spring 22 in the direction of the stator 17.
  • the armature 8 and its associated pumping membrane 7 is moved by means of the return spring 22 in the direction of the pump chamber 2.
  • the compression spring 22 is supported on the guide sleeve 16.
  • the guide sleeve 16 has, on its end face facing the pump chamber 2, a depression in which the one end region of the pressure spring 22 encompassing the magnet armature 8 is arranged.
  • the magnet armature 8 has at its end region facing the pump chamber 2 an annular flange 23 against which the end region of the compression spring 22 facing the pump chamber 2 abuts or engages.
  • the compression spring 22 presses the magnet armature 8 in a membrane space 24 of the intermediate plate 5.
  • the guide sleeve 16 is a magnetic circuit.
  • the in the Fig. 1 and 2 illustrated embodiments of the positive displacement pump 1 differ only in the embodiment of their magnetically conductive magnetic return element 10.
  • the magnetic return element 10 of in Fig. 1 illustrated positive displacement pump designed as a coil bow, which is configured approximately U-shaped and serving at its opposite sides serving as strap ends 11, 12, the aligned insertion openings 13, 14 has.
  • the magnetic return element 10 is the in Fig. 2 shown displacer 1 and formed, for example, by a round or rectangular pipe section 32, at its opposite end faces in each case an annular disc 33, 34 is provided, wherein the annular openings of these annular discs 33, 34 form the aligned through-openings 13, 14.
  • the guide sleeve 15 in particular in the region of its insulator sleeve 18 on the inner peripheral side and / or the magnet armature 8 on the outer peripheral side have a friction-reducing sliding layer.
  • the sliding layer is configured as a polymer layer, for example as a polytetrafluoroethylene or molybdenum disulfide layer.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Verdrängerpumpe, insbesondere eine Hubanker- oder Solenoid-Verdrängerpumpe, mit einem Pumpenkopf, in dem zumindest ein Pumpraum vorgesehen ist, mit einer dem zumindest einen Pumpraum zugeordneten Pumpmembrane, die den Pumpraum von einem Hubantrieb trennt, und mit einem Hubantrieb, der einen in Längsrichtung verschieblich geführten Magnetanker hat, der an der dem Pumpraum abgewandten Flachseite der Pumpmembrane angreift und der mittels einer Spule elektromagnetisch gegen eine Rückstellkraft in einen Saughub versetzbar ist.
  • Man kennt bereits als Hubankerpumpen ausgestaltete Verdrängerpumpen der eingangs erwähnten Art, die einen Pumpenkopf haben, in dem zumindest ein Pumpraum vorgesehen ist, der beispielsweise kugelkalottenförmig ausgestaltet sein kann. Dem zumindest einen Pumpraum ist eine Pumpmembrane zugeordnet, die den Pumpraum von einem Hubantrieb trennt. Der Hubantrieb weist einen in Längsrichtung geführten Magnetanker auf, der an der dem Pumpraum abgewandten Flachseite der Membrane angreift und der mittels eines Elektromagneten gegen eine Rückstellkraft in einen Saughub versetzbar ist.
  • Arbeitet die vorbekannte Hubankerpumpe im Förderbetrieb, hat die Druckfeder die Aufgabe, den Druckhub auszuführen. Der Saughub wird mittels der Kraft ausgeführt, die durch die Spule des Elektromagneten im magnetischen Kreislauf aufgebaut wird. Dabei ist es entscheidend, dass der durch den Elektromagneten aufgebaute magnetische Kreislauf möglichst optimal durch die magnetisch leitenden Bauteile der Pumpe geführt und auf den die Pumpbewegung vermittelnden Magnetanker übertragen wird.
  • In der DE 199 10 920 A1 wird eine elektromagnetische Schwingankermembranpumpe zur Förderung von Medien gezeigt und beschrieben, wobei die Förderung über einen federbelasteten Schwinganker, der eine Membrane in einem Pumpenabschnitt hin- und herbewegt.
  • In der DE 24 10 768 wird eine elektromagnetische Pumpe offenbart, welche durch einen Luftspalt einen magnetischen Rückschluss zwischen einem ersten und einem zweiten Magnetkernstück verhindern soll. Durch den genannten Luftspalt wird jedoch der Wirkungsgrad der Pumpe beeinträchtigt.
  • Die Druckschrift DE 10 2007 030 311 A1 wird als nächst kommender Stand der Technik angesehen und zeigt alle Merkmale des Oberbegriffs von Anspruch 1. Es besteht daher insbesondere die Aufgabe, eine Verdrängerpumpe der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die sich durch einen optimierten Magnetkreislauf, sowie eine optimierte Magnetankerführung und damit durch eine besondere Leistungsfähigkeit mit hohem Wirkungsgrad auszeichnet.
  • Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1.
  • Bei der erfindungsgemäßen Verdrängerpumpe wirkt eine Spule des Elektromagneten mit einem magnetisch leitenden Magnetrückschlusselement zusammen. Dieses Magnetrückschlusselement weist an seinen einander abgewandten Seiten miteinander fluchtende Durchstecköffnungen auf, die eine Führungshülse durchsetzt, in welcher der Magnetanker durch den, von der Isolatorhülse gebildeten Abschnitt der Führungshülse verschieblich geführt ist. Während die dem Pumpraum angenäherte Durchstecköffnung von einem, durch eine Leithülse gebildeten Abschnitt der Führungshülse durchsetzt wird, ist in der dem Pumpraum abgewandten Durchstecköffnung ein, durch einen Stator gebildeter Abschnitt der Führungshülse vorgesehen. Die Leithülse und der Stator sind aus magnetisch leitendem Material hergestellt und von einem, durch eine Isolatorhülse gebildeten Abschnitt der Führungshülse magnetisch voneinander getrennt.
  • Da der Saughub der erfindungsgemäßen Verdrängerpumpe mittels der Kraft ausgeführt wird, die durch die Spule im magnetischen Kreislauf aufgebaut wird, ist es entscheidend, dass dieser magnetische Kreislauf möglichst optimal durch die magnetisch leitenden Bauteile der Pumpe, nämlich durch Magnetrückschlusselement, Leithülse, Stator und Magnetanker, geführt wird. Dabei ist es entscheidend, dass neben dem Arbeitsluftspalt zwischen Stator und Magnetanker nur möglichst kleine parasitäre Luftspalten zwischen den einzelnen Bauteilen entstehen, weil diese den Magnetfluss sehr stark behindern. Bei der erfindungsgemäßen Verdrängerpumpe werden diese Luftspalten mit Hilfe der im Wesentlichen aus Leithülse, Isolatorhülse und Stator bestehenden Führungshülse reduziert und der Magnetkreislauf optimiert, wobei gleichzeitig auch eine gute Führung des Magnetankers im von der Isolatorhülse gebildeten Abschnittes der Führungshülse sichergestellt ist. Über die Leithülse wird der magnetische Fluss vom Magnetrückschlusselement zum Magnetanker geleitet. Sobald die Spule bestromt wird, entsteht über das Magnetrückschlusselement, die Leithülse, den Magnetanker sowie den Stator ein magnetischer Kreislauf, der den mit der Membrane verbundenen Magnetanker gegen die Rückstellkraft in Richtung zum Stator verschiebt. Wenn die Spule nicht mehr bestromt wird, wird der Magnetanker sowie die mit ihm verbundene Membrane mittels der Rückstellkraft in Richtung zum Pumpraum bewegt.
  • Um die im Wesentlichen aus Leithülse, Isolatorhülse und Stator bestehende Führungshülse zu einer Einheit zusammenfassen zu können, ist es zweckmäßig, wenn die Leithülse, die Isolatorhülse und der Stator der Führungshülse miteinander verschweißt, verklebt, verpresst, verlötet oder dergleichen verbunden sind.
  • Um den Magnetanker während der Pumpbewegungen gut führen zu können, ist es vorteilhaft, wenn der Magnetanker in dem, durch die Isolatorhülse gebildeten Abschnitt der Führungshülse geführt ist.
  • Um den magnetischen Fluss vom Magnetrückschlusselement zum Magnetanker zu leiten und um gleichzeitig einen direkten Kontakt der Leithülse mit dem Magnetanker zu verhindern, ist es vorteilhaft, wenn der, durch die Leithülse gebildete Abschnitt der Führungshülse den Magnetanker mit Spiel umgreift.
  • Eine besonders einfache und gleichzeitig effiziente Ausführung gemäß der Erfindung sieht vor, dass zumindest eine Druckfeder als die auf den Magnetanker einwirkende Rückstellkraft dient.
  • Dabei ist es vorteilhaft, wenn die zumindest eine Druckfeder sich an der Leithülse abstützt. Während sich die Druckfeder mit ihrem einen Endbereich an der Leithülse abstützt, greift die Druckfeder mit ihrem, der Leithülse abgewandten Endbereich derart am Magnetanker an, dass dieser während des Druckhubes in Richtung zum Pumpraum bewegt wird.
  • Vorteilhaft ist es, wenn der Stator den Saughub des Ankers in der Führungshülse begrenzt.
  • Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung gemäß der Erfindung sieht vor, dass der Hubweg der zumindest einen Pumpmembrane verstellbar ist, und dass die Pumpe ein Pumpengehäuse hat, in welchem dazu die Führungshülse in Längsrichtung verstellbar angeordnet ist. Durch eine Stellbewegung an der Führungshülse in die dem Pumpraum abgewandte Richtung kann der Hubweg und mit ihm die Förderleistung der erfindungsgemäßen Pumpe bei Bedarf vergrößert werden.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht dazu vor, dass die Führungshülse zumindest in einem Abschnitt ihres Außenumfangs ein Außengewinde trägt, das mit einem relativ zum Pumpengehäuse ortsfesten Innengewinde kämmt. Durch eine Schraubbewegung an der Führungshülse lässt sich somit der Hubweg im gewünschten Maße vergrößern oder verkleinern.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Leithülse einen vorzugsweise als Querschnittserweiterung ausgestalteten Hülsenkopf hat, der das Außengewinde trägt, und dass das Innengewinde am Pumpengehäuse und vorzugsweise an einer Zwischenplatte des Pumpengehäuses vorgesehen ist.
  • Um die Gleitführung des Magnetankers in der Führungshülse derart auszuführen, dass diese eine möglichst große Anzahl von Hubbewegungen mit möglichst geringer Reibung erlaubt, und damit möglichst viel der Energie des Magnetkreises (elektrische Antriebsenergie) in mechanische Arbeit (Hub mal Hubkraft) umgewandelt wird, die für die Pumpfunktion genutzt werden kann, ist es zweckmäßig, wenn die Führungshülse und insbesondere die Isolatorhülse innenumfangsseitig und/oder der Magnetanker außenumfangsseitig eine reibungsmindernde Gleitschicht aufweist. Dabei sieht eine bevorzugte Ausführungsform gemäß der Erfindung vor, dass diese Gleitschicht als eine Polymerschicht, insbesondere als eine Polytetrafluorethylen- oder Molybdändisulfid-Schicht, ausgeführt ist.
  • Das Magnetrückschlusselement der erfindungsgemäßen Verdrängerpumpe kann als beispielsweise U-förmig ausgestalteter Spulenbügel ausgebildet sein. Möglich ist aber auch, dass das Magnetrückschlusselement der erfindungsgemäßen Verdrängerpumpe als magnetisch leitende Hülse ausgebildet ist, die an ihren einander abgewandten Stirnseiten die Durchstecköffnungen für die Führungshülse aufweist.
  • Weiterbildungen gemäß der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie der Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Nachstehend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele noch näher beschrieben.
  • Es zeigt in schematischer Darstellung:
    • Fig. 1
    eine als Solenoid-Verdrängerpumpe ausgestaltete Verdrängerpumpe in einem Längsschnitt, die ein als Spulenbügel ausgebildetes Magnetrückschlusselement aufweist, an welchem eine Führungshülse gehalten ist, in der ein Magnetanker verschieblich geführt ist,
    Fig. 2
    eine mit Fig. 1 vergleichbar ausgestaltete und ebenfalls in einem Längsschnitt gezeigte Verdrängerpumpe, wobei die hier abgebildete Verdrängerpumpe ein Magnetrückschlusselement hat, das als magnetisch leitende Hülse ausgebildet ist, und
    Fig. 3
    die längsgeschnittene Führungshülse der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Verdrängerpumpen-Ausführungen.
  • In den Fig. 1 und 2 ist eine Verdrängerpumpe 1 in zwei Ausführungen dargestellt, die als Solenoid-Verdrängerpumpe ausgestaltet ist. Die Verdrängerpumpe 1 gemäß den Fig. 1 und 2, die bevorzugt als Flüssigkeitspumpe verwendet wird, weist ein Pumpengehäuse 2 auf, das einen Pumpenkopf 3, ein Antriebsgehäuse 4 und eine zwischen Antriebsgehäuse 4 und Pumpenkopf 3 vorgesehene Zwischenplatte 5 hat. Im Pumpenkopf 3 ist zumindest ein Pumpraum 6 vorgesehen, der beispielsweise wie hier kugelkalottenförmig ausgestaltet sein kann. Der Pumpraum 6 ist über wenigstens einen Einlass 26 mit einem Saugkanal 27 und über mindestens einen Auslass 28 mit einem Druckkanal 29 verbunden. Während ein im Saugkanal 27 befindliches Rückschlagventil 30 ein Ansaugen des Fördermediums in Richtung zum Pumpraum 6 zulässt, verhindert ein im Druckkanal 29 vorgesehenes Rückschlagventil 31 eine Rückströmung des Fördermediums zurück zum Pumpraum 6.
  • Dem Pumpraum 6 ist eine Pumpenmembrane 7 aus elastischem Material zugeordnet, die zwischen dem Pumpenkopf 3 und der Zwischenplatte 5 eingespannt ist und den Pumpraum 6 von einem Hubantrieb trennt. Die Pumpmembrane 7 ist hier als Formmembrane ausgebildet, die in ihrem dem Pumpraum 6 zugewandten Zentralbereich eine zum Pumpraum annähernd komplementäre Außenkontur aufweist.
  • Der Hubantrieb weist einen Magnetanker 8 auf, der in Längsrichtung verschieblich geführt ist. Der Magnetanker 8 greift an der dem Pumpraum 6 abgewandten Flachseite an der Pumpmembrane 7 an. Der Magnetanker 8 ist mittels einer Spule 9 elektromagnetisch gegen eine Rückstellkraft in einen Saughub versetzbar. Die Spule 9 wirkt dazu mit einem magnetisch leitenden Magnetrückschlusselement 10 zusammen. Dabei ist die Spule 9 des Elektromagneten mit dem Magnetrückschlusselement 10 umklammert, das an seinen einander abgewandten Seiten 11, 12 miteinander fluchtende Durchstecköffnungen 13, 14 hat. Diese Durchstecköffnungen 13, 14 werden von einer Führungshülse 15 durchsetzt, in welcher der Magnetanker 8 durch den, von der Isolatorhülse 18 gebildeten Abschnitt der Führungshülse 15 verschieblich geführt ist. Um diese Führungshülse 15 fest mit dem Magnetrückschlusselement 10 zu verbinden, wird die Führungshülse 15 durch die Durchstecköffnungen 13, 14 gestoßen. Dabei wird die dem Pumpraum 6 angenäherte Durchstecköffnung 13 von einem, durch eine Leithülse 16 gebildeten Abschnitt der Führungshülse 15 und die dem Pumpraum 6 abgewandte Durchstecköffnung 14 von einem, durch einen Stator 17 gebildeten Abschnitt der Führungshülse 15 durchsetzt. Die Leithülse 16 und der Stator 17, die aus magnetisch leitendem Material und insbesondere aus weichmagnetischem Material hergestellt sind, werden von einem, durch eine Isolatorhülse 18 gebildeten Abschnitt der Führungshülse 15 magnetisch voneinander getrennt, welche Isolatorhülse 18 dazu aus magnetisch nicht-leitendem Material hergestellt ist. Die, unterschiedliche magnetische Eigenschaften aufweisenden Bestandteile der Führungshülse 15, nämlich die Leithülse 16, die Isolatorhülse 18 und der Stator 17, sind hier mittels eines Klebe- oder eines Schweißverfahrens, beispielsweise durch Laserschweißen, konzentrisch verbunden.
  • Die Isolatorhülse 18 hat nicht nur die Leithülse 16 und den Stator 17 miteinander zu verbinden und gleichzeitig einen direkten magnetischen Rückschluss zu verhindern, vielmehr wird in der Isolatorhülse 18 auch der Membrananker 8, der die Pumpbewegung ausführt und auf die Pumpmembrane 7 überträgt, verschieblich geführt.
  • Die Leithülse 16 weist demgegenüber einen gegenüber dem Außenumfang des Magnetankers 8 etwas größeren lichten Innendurchmesser auf, so dass der durch die Leithülse 16 gebildete Abschnitt der in Fig. 3 noch näher dargestellten Führungshülse 15 den Magnetanker 8 mit Spiel umgreift. Die Leithülse 16 führt den Magnetanker 8 daher nicht -, sondern hat stattdessen die Aufgabe, den magnetischen Fluss vom Magnetrückschlusselement 10 zum Magnetanker 8 zu leiten. Die Toleranzen zwischen der Leithülse 16 und dem Magnetanker 8 sind dabei so gewählt, dass ein möglichst geringer Luftspalt zwischen der Leithülse 16 und dem Magnetanker 8 entsteht, jedoch auch genug, um einen direkten Kontakt der Leithülse 16 mit dem Magnetanker 8 zu verhindern. Wäre die Leithülse 16 ebenfalls aus magnetisch nicht-leitendem Material hergestellt, würde die ganze Materialdicke der Leithülse 16 wie ein Luftspalt wirken und der Magnetkreis wäre viel weniger leistungsfähig und weniger effizient.
  • Bei der hier dargestellten Verdrängerpumpe 1 ist der Hubweg des Magnetankers 8 und damit auch die Förderleistung der Verdrängerpumpe 1 verstellbar. Dazu ist im Pumpengehäuse 2 die Führungshülse 15 in Längsrichtung verstellbar angeordnet. Die Führungshülse 15 trägt zumindest in einem Abschnitt ihres Außenumfangs ein Außengewinde 19, das mit einem relativ zum Pumpengehäuse 2 ortsfesten Innengewinde kämmt. Bei der hier dargestellten Pumpen-Ausführung weist die Leithülse 16 einen hier als Querschnittserweiterung ausgestalteten Hülsenkopf 20 auf, der das Außengewinde 19 trägt. Das mit dem Außengewinde 19 zusammenwirkende Innengewinde ist am Pumpengehäuse 2 und vorzugsweise an der Zwischenplatte 5 des Pumpengehäuses 2 vorgesehen. Durch das an der Führungshülse 15 vorgesehene Außengewinde 19 kann die Position der Führungshülse 15 im Pumpengehäuse 2 axial verstellt werden. Dadurch lässt sich der Abstand zwischen dem Magnetanker 8 und dem Stator 17 einstellen. Je nach Position der Führungshülse 15 lässt sich bei Bedarf das Hubvolumen variieren, das mit der Hubmembrane 7 generiert werden kann. Dazu ist an dem von außen zugänglichen und dem Pumpraum 6 abgewandten Stirnende eine Werkzeugangriffsfläche vorgesehen, die hier als Schlitz 25 zum Einsetzen eines Schraubendrehers ausgestaltet ist.
  • Der Saughub der Verdrängerpumpe 1 wird mittels der Kraft ausgeführt, die durch die Spule 9 im magnetischen Kreislauf aufgebaut wird. Um den magnetischen Kreislauf während des Bestromens der Spule 9 möglichst optimal durch die magnetisch leitenden Bauteile der Verdrängerpumpe 1, nämlich durch Magnetrückschlusselement 10, Leithülse 16, Stator 17 und Magnetanker 8 zu führen, ist es entscheidend, dass neben dem zwischen Stator 16 und Magnetanker 8 verbliebenen Arbeitsluftspalt 21 möglichst kleine parasitäre Luftspalten zwischen den einzelnen Bauteilen entstehen, weil diese den Magnetfluss sehr stark behindern. Bei der Verdrängerpumpe 1 werden diese Luftspalten mit Hilfe der im Wesentlichen aus Leithülse 16, Isolatorhülse 18 und Stator 17 bestehenden Führungshülse 15 reduziert und der Magnetkreislauf optimiert, wobei gleichzeitig auch eine gute Führung des Magnetankers 8 in der Führungshülse 15 sichergestellt ist. Über die Leithülse 16 wird der magnetische Fluss vom Magnetrückschlusselement 10 zum Magnetanker 8 geleitet. Sobald die Spule 9 bestromt wird, entsteht über das Magnetrückschlusselement 10, die Leithülse 16, den Magnetanker 8 sowie den Stator 17 ein magnetischer Kreislauf, der den mit der Pumpmembrane 7 verbundenen Magnetanker 8 gegen die Rückstellkraft einer Rückstellfeder 22 in Richtung zum Stator 17 verschiebt. Wenn die Spule 9 nicht mehr bestromt wird, wird der Magnetanker 8 sowie die mit ihm verbundene Pumpmembrane 7 mittels der Rückstellfeder 22 in Richtung zum Pumpraum 2 bewegt.
  • Die Druckfeder 22 stützt sich an der Leithülse 16 ab. Die Leithülse 16 weist dazu an ihrer dem Pumpraum 2 zugewandten Stirnseite eine Einsenkung auf, in der der eine Endbereich der den Magnetanker 8 umgreifenden Druckfeder 22 angeordnet ist. Der Magnetanker 8 weist an seinem dem Pumpraum 2 zugewandten Endbereich einen Ringflansch 23 auf, an dem der dem Pumpraum 2 zugewandte Endbereich der Druckfeder 22 anliegt oder angreift. Im stromlosen Zustand der Spule 9 drückt die Druckfeder 22 den Magnetanker 8 in einen Membranraum 24 der Zwischenplatte 5. Sobald die Spule 9 bestromt wird, entsteht über das Magnetrückschlusselement 10, die Leithülse 16, den Magnetanker 8 und den Stator 17 ein magnetischer Kreislauf. Beim Arbeitsluftspalt 21 zwischen dem Magnetanker 8 und dem Stator 17 wird dabei eine Kraft aufgebaut, welche die Kraft der Druckfeder 22 übersteigt und mit der somit der Magnetanker 8 auf den Stator 17 gezogen werden kann. Mit der sich mit dem Magnetanker 8 mitbewegenden Pumpmembrane 7 kann schließlich beispielsweise Flüssigkeit in den Membranraum 24 der Zwischenplatte 5 gezogen werden, die dann anschließend, wenn die Spule 9 nicht mehr bestromt wird, mittels der Druckfeder 22 wieder ausgestoßen wird.
  • Die in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungen der Verdrängerpumpe 1 unterscheiden sich lediglich in der Ausgestaltung ihres magnetisch leitenden Magnetrückschlusselementes 10. Dabei ist das Magnetrückschlusselement 10 der in Fig. 1 dargestellten Verdrängerpumpe als Spulenbügel ausgebildet, der etwa U-förmig ausgestaltet ist und an seinen als einander abgewandte Seiten dienenden Bügelenden 11, 12 die miteinander fluchtenden Durchstecköffnungen 13, 14 hat. Demgegenüber ist das Magnetrückschlusselement 10 der in Fig. 2 gezeigten Verdrängerpumpe 1 hülsenförmig ausgestaltet und beispielsweise durch einen runden oder rechteckigen Rohrabschnitt 32 gebildet, an dessen einander abgewandten Stirnseiten jeweils eine Ringscheibe 33, 34 vorgesehen ist, wobei die Ringöffnungen dieser Ringscheiben 33, 34 die miteinander fluchtenden Durchstecköffnungen 13, 14 bilden.
  • Um eine gute Gleitführung des Magnetankers 8 in der Führungshülse 15 zu erreichen und um möglichst viel elektrische Antriebsenergie in mechanische Arbeit umzuwandeln, die für die Pumpfunktion zur Verfügung steht, kann die Führungshülse 15 insbesondere im Bereich ihrer Isolatorhülse 18 innenumfangsseitig und/oder der Magnetanker 8 außenumfangsseitig eine reibungsmindernde Gleitschicht aufweisen. Dabei wird eine Ausführung bevorzugt, bei welcher die Gleitschicht als Polymerschicht, beispielsweise als Polytetrafluorethylen- oder Molybdändisulfid-Schicht, ausgestaltet ist.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Verdrängerpumpe
    2
    Pumpengehäuse
    3
    Pumpenkopf
    4
    Antriebsgehäuse
    5
    Zwischenplatte
    6
    Pumpraum
    7
    Pumpmembrane
    8
    Magnetanker
    9
    Spule
    10
    Magnetrückschlusselement
    11
    (obere) Seite des Magnetrückschlusselementes
    12
    (untere) Seite des Magnetrückschlusselementes
    13
    (obere) Durchstecköffnung
    14
    (untere) Durchstecköffnung
    15
    Führungshülse
    16
    Leithülse
    17
    Stator
    18
    Isolatorhülse
    19
    Außengewinde
    20
    Hülsenkopf (an der Leithülse 16)
    21
    Arbeitsluftspalt
    22
    Druckfeder
    23
    Ringflansch
    24
    Membranraum
    25
    Werkzeugangriffsfläche
    26
    Einlass
    27
    Saugkanal
    28
    Auslass
    29
    Druckkanal
    30
    Rückschlagventil (im Saugkanal 27)
    31
    Rückschlagventil (im Druckkanal 29)
    32
    Rohrabschnitt (als Magnetrückschlusselement gemäß Fig. 2)
    33
    (obere) Ringscheibe (des Magnetrückschlusselementes gemäß Fig. 2)
    34
    (unsere) Ringscheibe (des Magnetrückschlusselementes gemäß Fig. 2)

Claims (14)

  1. Verdrängerpumpe (1) mit einem Pumpenkopf (3), in dem (3) zumindest ein Pumpraum (6) vorgesehen ist, mit einer, dem zumindest einen Pumpraum (6) zugeordneten Pumpmembrane (7), die (7) den Pumpraum (6) von einem Hubantrieb trennt, und mit einem Hubantrieb, der einen in Längsrichtung verschieblich geführten Magnetanker (8) hat, der (8) an der dem Pumpraum (6) abgewandten Flachseite der Pumpmembrane (7) angreift und der (8) mittels einer Spule (9) elektromagnetisch gegen eine Rückstellkraft in einen Saughub versetzbar ist, und die Spule (9) mit einem Magnetrückschlusselement (10) zusammenwirkt, und der Magnetanker durch den, von einer Isolatorhülse (18) gebildeten Abschnitt einer Führungshülse (15) verschieblich geführt ist, die an einander abgewandten Seiten (11, 12) des Magnetrückschlusselementes (10) vorgesehene Durchstecköffnungen (13, 14) durchsetzt, und die dem Pumpraum (6) abgewandte Durchstecköffnung (14) von einem, durch einen Stator (17) gebildeten Abschnitt der Führungshülse (15) durchsetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Pumpraum (6) angenäherte Durchstecköffnung (13) von einem durch eine Leithülse (16) gebildeten Abschnitt der Führungshülse (15) durchsetzt ist, und dass die Leithülse (16) und der Stator (17), welche aus magnetisch leitendem Material hergestellt sind, von einem, durch die Isolatorhülse (18) aus magnetisch nicht-leitendem Material gebildeten Abschnitt der Führungshülse (15) magnetisch getrennt sind.
  2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leithülse (16), die Isolatorhülse (18) und der Stator (17) der Führungshülse (15) miteinander verschweißt, verklebt oder dergleichen verbunden sind.
  3. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der, durch die Leithülse (16) gebildete Abschnitt der Führungshülse (15) den Magnetanker (8) mit Spiel umgreift.
  4. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Druckfeder (22) als die auf den Magnetanker (8) einwirkende Rückstellkraft dient.
  5. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Druckfeder (22) sich an der Leithülse (16) abstützt.
  6. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (17) den Saughub des Magnetankers (8) in der Führungshülse (15) begrenzt.
  7. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Hubweg der zumindest einen Pumpmembrane (7) verstellbar ist, und dass die Pumpe (1) ein Pumpengehäuse (2) hat, in welchem (2) dazu die Führungshülse (15) in Längsrichtung verstellbar angeordnet ist.
  8. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungshülse (15) zumindest in einem Abschnitt ihres Außenumfangs ein Außengewinde (19) trägt, das mit einem relativ zum Pumpengehäuse (2) ortsfesten Innengewinde kämmt.
  9. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Leithülse (16) einen vorzugsweise als Querschnittserweiterung ausgestalteten Hülsenkopf (20) hat, der das Außengewinde (19) trägt, und dass das Innengewinde am Pumpengehäuse (2) und vorzugsweise an einer Zwischenplatte (5) des Pumpengehäuses (2) vorgesehen ist.
  10. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungshülse (15) insbesondere im Bereich ihrer Isolatorhülse (18) innenumfangsseitig und/oder der Magnetanker (8) außenumfangsseitig eine reibungsmindernde Gleitschicht aufweist.
  11. Pumpe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitschicht als eine Polymerschicht, insbesondere als eine Polytetrafluorethylen- oder Molybdändisulfid-Schicht, ausgestaltet ist.
  12. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetrückschlusselement (10) als vorzugsweise U-förmig ausgestalteter Spulenbügel ausgebildet ist.
  13. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetrückschlusselement eine magnetisch leitende Hülse aufweist, die an ihren einander abgewandten Stirnseiten (11, 12) die Durchstecköffnungen (13, 14) für die Führungshülse (15) aufweist.
  14. Pumpe nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetisch leitende Hülse des Magnetrückschlusselementes (10) durch einen beispielsweise runden oder rechteckigen Rohrabschnitt (32) gebildet ist, an dessen einander abgewandten Stirnseiten jeweils eine Ringscheibe (33, 34) vorgesehen ist, wobei die Ringöffnungen dieser Ringscheiben (33, 34) die miteinander fluchtenden Durchstecköffnungen (13, 14) bilden.
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