DE2409659A1

DE2409659A1 - Elektromagnetisch angetriebene, selbsttaetig ansaugende pumpe

Info

Publication number: DE2409659A1
Application number: DE2409659A
Authority: DE
Inventors: Fred L J Rehfeld
Original assignee: ODELL Manufacturing Inc; ODell Manufacturing Inc
Current assignee: ODell Manufacturing Inc
Priority date: 1973-03-01
Filing date: 1974-02-28
Publication date: 1974-09-12
Also published as: FR2220019B1; CA991235A; JPS49118007A; US3841798A; FR2220019A1; GB1451544A

Description

LM 2785

O¹DeIl Manufacturing, Inc. Saginaw, Michigan / USA

Elektromagnetisch angetriebene, selbsttätig ansaugende Pumpe

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetisch angetriebene selbsttätig ansaugende Strömungsmittelpumpe mit zwei hin- und herbeweglichen Pumpenkolben, die, wenn sie einem Magnetfeld ausgesetzt werden, magnetisiert und gegeneinander bewegt werden _t und die von einer elastischen Einrichtung auseinanderbewegt werden, die in Abhängigkeit von der Bewegung der Kolben gegeneinander Energie speichert.

Durch die Erfindung wird eine elektromagnetisch angetriebene, selbsttätig ansaugende Pumpe mit zwei magnetisierbaren Flüssigkeitspumpkolben geschaffen, die in Abhängigkeit von einem Magnetfeld, dem sie ausgesetzt werden, gegeneinander bewegt werden.

Weiterhin wird durch die Erfindung eine elektromagnetisch angetriebene, selbsttätig ansaugende Pumpe mit zwei axial fluchtenden Pumpenkolben geschaffen, die abwechselnd in

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entgegengesetzten Richtungen magnetisiert werden, so daß sie jedesmal, wenn sie magnetisiert werden, gegeneinander ' angezogen werden.

Außerdem wird durch die Erfindung eine selbsttätig ansaugende, elektromagnetisch angetriebene Strömungsmittelpumpe geschaffen, die einen axialen Pumpenzylinder mit einem Einlaß und einem Auslaß, zwei axial fluchtende Pumpenkolben, die in dem Zylinder axial gegeneinander und voneinander weg bewegbar sind, um von dem Einlaß zum Auslaß stromabwärts Strömungsmittel zu bewegen, wobei jeder der Kolben einen magnetisierbaren Abschnitt aufweist, und einen Umfangsdichtungsflansch hat, der die Zylinderwand abdichtet, wenn der Kolben stromabwärts bewegt wird, jedoch radial bewegt wird, um das Strömungsmittel vorbeiströmen zu lassen, wenn der Kolben stromaufwärts bewegt wird.

Auch wird durch die Erfindung eine selbsttätig ansaugende, elektromagnetisch angetriebene Pumpe geschaffen, die zwei fluchtende Pumpenkolben mit magnetisierbaren. Abschnitten, eine ein Magnetfeld erzeugende Spule, die von einer elektrischen Wechselstromquelle erregt wird, um die magnetisierbaren Abschnitte abwechselnd bei entgegengesetzten Halbperioden des Wechselstroms in entgegengesetzten Richtungen zu magnetisieren, und eine elastische Einrichtung aufweist, die auf die Bewegung der Abschnitte in entgegengesetzter Richtung anspricht, um sie in.einer entgegengesetzten Richtung zu bewegen, so daß die Pumpfrequenz zweimal so groß wie die Wechselstromfrequenz ist.

Eine erfindungsgemäß elektromagnetisch angetriebene Flüssigkeitspumpe kann somit bestehen aus einem Pumpenzylinder mit einem Flüssigkeitskanal, der einen Flüssigkeitseinlaß und einen Flüssigkeitsauslaß aufweist, zwei auf ein Magnetfeld ansprechende FlüssigkeitspumpenteiIe, die in dem Kanal

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zwischen entfernten Stellungen und nahen Stellungen bewegbar sind, um vom Einlaß zum Auslaß Flüssigkeit zu pumpen, einer elektromagnetischen Spule zur Erzeugung eines Magnetflußes abwechselnd zunehmender und abnehmender Dichte in dem Kanal um die Flüssigkeitspumpenteile in eine der entfernten und nahen Stellungen zu bringen, wenn die Flußdichte zunimmt, und die Bewegung der Kolbenteile in die andere der nahen und entfernten Stellungen zu bringen, wenn die Flußdichte abnimmt, und einer energiespeichernden elastischen Einrichtung, die auf die Bewegung der Flüssigkeitspumpenteile in eine der nahen und entfernten Stellungen anspricht, um die Kolbenteile in die andere der nahen und entfernten Stellungen zu bewegen, wenn die Magnetflußdichte abnimmt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Figuren 1 bis 6 beispielsweise beschrieben. Es zeigt:

Figur 1 einen Vertikalschnitt einer elektromagnetisch angetriebenen Flüssigkeitspumpe gemäß der Erfindung längs der Linie 1-1 in Fig. 2,

Figur 2 einen Querschnitt der Pumpe längs der Linie 2-2 in Fig. 1, und

Figur 3 bis 6 Vertikalschnitte, aus denen verschiedene Stellungen der beiden Flüssigkeitspumpenkolben während, eines Pumpzyklus hervorgehen.

Eine selbsttätig ansaugende elektromagnetische Pumpe gemäß der Erfindung ist allgemein mit 10 bezeichnet und weist einen ringförmigen, allgemein rechteckigen Magnetkern 12 auf, der zwei obere und untere Schenkel 14 und 16 und Endschenkel 18 und 20 hat, die einen kontinuierlichen, geschlossenen Weg für einen Magnetfluß bilden. Der Eisenkern 12 kann zweckmäßigerweise aus mehreren übereinander gestapelten Schichten aus magnetisierbarem Material bestehen, um die Hystereverlust zu verringern.

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Zwei öffnungen 22 sind in den oberen und unteren Magnetkernschenkeln 14 und 16 vorgesehen, um einen vertikalen Pumpenzylinder 24 aufzunehmen, der einen Flüssigkeitskanal 26 begrenzt, der ein unteres Einlaßende 28 hat, das in Wasser oder in ein anderes zu pumpendes Strömungsmittel taucht ,sowie ein oberes Auslaßende 30. Der Zylinder 24 ist aus nicht magnetischem Material wie Glas hergestellt.

In dem Flüssigkeitskanal 26 ist ein oberer und ein unterer Pumpenkolben 32 bzw. 34 angeordnet. Der Pumpenkolben 32 •hat einen zylindrischen, magnetisierbaren Kern 36 z.B. aus Eisen, der z.B. mit einer weichen Auskleidung 38 aus elastischem Material verbunden ist, die in einem axial in Strömungsrichtung unterhalb befindlichen Flansch 40 endet, der sich normalerweise radial nach außen erweitert und dichtend an der Zylinderwand 24 anliegt, jedoch radial nach innen in die in Fig. 5 gezeigte Stellung bewegbar ist, um Strömungsmittel durchzulassen. Wasser W wird axial vorbei an der elastischen Auskleidung 38 in der Richtung des Pfeils b (Fig. 5) in einer später beschriebenen Weise gedrückt. Wenn der Dichtungsflansch 40 an der Zylinderwand 24 angreift, bewegt sich der Kolben 32 axial in Richtung des Pfeils j nach unten (Fig. 1 und 6) zu dem Auslaß 30.

Die elastische Auskleidung 38 hat eine einstückige Endwand 48 mit einem zusätzlichen Flansch 46 an dem gegenüberliegenden bzw. stromauf wärtigen Ende des Kolbens 32, der sich axial nach unten erstreckt und sich normalerweise radial nach außen erweitert und an der Zylinderwand 24 angreift, jedoch radial nach innen bewegbar ist, wenn sich der Kolben 32 stromaufwärts in die in Fig. 1 gezeigte Stellung bewegt, so daß das Wasser W sich in Richtung des Pfeils b (Fig. 5) zwischen dem Flansch 46 und der Wand 24 bewegen kann. Der Flansch 46 wirkt zusätzlich dazu, daß er eine Pumpwirkung hervorruft, wenn er sich stromabwärts in Richtung des Aus-

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lasses 30 bewegt, auch zur Zentrierung des Kolbens 32 in dem Zylinder 24. Die Auskleidungsendwand 48 wirkt als energiespeichernde, elastische Kappe,.die die untere Endwand des oberen Kolbenkerns 36 bedeckt und die einen Vorsprung 48a für einen noch zu beschreibenden Zweck aufweist.

Der untere Pumpenkolben 34 hat einen magnetisxerbaren, langgestreckten zentralen Kern 50, der mit einer ähnlichen Auskleidung 52 aus elastischem Material verbunden ist. Die Auskleidung 52 hat ein einstückiges Endteil 54 aus dem gleichen energiespeichernden, elastischen Material, das die · obere bzw. stromabwärtige Endwand des Kolbenkerns 50 bedeckt, sowie einen Vorsprung 54a zum Angriff an dem elastischen Vorsprung 48a des oberen Kolbens, wenn die Kolben 32 und 34 in einer später zu beschreibenden Weise gegeneinander bewegt werden. Wenn die Kolben gegeneinander gezogen werden, werden die elastischen Endteile 48 und 54 zusammengedrückt, um Energie zu speichern und nach einer vorbestimmten Verformung bzw. Kompression bewegen sie die Kolben 32 und 34 auseinander, wie ebenfalls später beschrieben wird. Der obere elastische Teil 54 hat einen einstückigen, axial stromabwärtigen Flansch 56, der gleich dem oberen Kolbenflansch 40 ist, und der sich normalerweise radial nach außen erweitert und an der Zylinderwand anliegt, jedoch verformbar bzw. radial nach innen bewegbar ist, um das Wasser W zwischen dem Flansch 40 und der Zylinderwand 24 durchzulassen. Die elastische Auskleidung 52 weist an dem axial unteren Ende des Kolbens 34 einen zentralen Flansch 58 auf, der axial verläuft und sich normalerweise radial nach außen erweitert und an der zylindrischen Wand 24 angreift, um das Wasser W nach oben in Richtung des Pfeils c (Fig. 1) zu pumpen. Der Flansch 58 ist in der gleichen Weise nach innen verformbar, um das Wasser W durchzulassen. Eine perforierte, elastische Tragscheibe 60 mit Öffnungen 61, die den Aufwärtsstrom des Wassers W zuläßt, ist in dem unteren Ende des Pumpenkanals 26 angeordnet, um zu ver-

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hindern, daß der untere Pumpenkolben 34 durch das Einlaßende 28 des Zylinders 2 4 fällt, wenn die Pumpe nicht in Betrieb ist. Das elastische Material 48 und 54 kann in geeigneter Weise aus natürlichem, vulkanisierten Gummi oder aus Silikongummi bestehen. Das Material kann so ausgewählt werden, daß es eine die optimale Pumpkraft ergebende Federkonstante hat. Silikongummi, der unter dem Warenzeichen "RTV-108" der General Electric Company, Schenectady, New York, vertriebenen Art wurde als für diesen Zweck geeignet festgestellt.

Eine elektrisch erregbare, elektromagnetische Ringspule 62 umgibt den nicht magnetischen Pumpenzylinder 24 und die Kolben 32 und 34, die zusammen einen mittleren Schenkel für den Magnetkern 10 bilden. Die Spule 62 ist über Leitungen 64 an eine Quelle 66 für Wechselstrom mit einer bestimmten Frequenz von z.B. 60 Hz angeschlossen, um ein Wechselmagnetfeld in dem Pumpenkanal 26 zu erzeugen. Bei der positiven Halbperiode des Stroms der Quelle 66 folgt der von der Spule 62 erzeugte Magnetfluß dem durch den Pfeil d bezeichneten Weg in Richtung der Pfeile e. Bei der entgegengesetzten bzw. negativen Halbperiode des Stroms der Quelle 66 folgt der von der Spule 62 erzeugte Fluß dem entgegengesetzten, strichpunktiert gezeichneten Weg ο in der entgegengesetzten, durch den Pfeil ρ angegebenen Weg.

Im Betrieb ist das Pumpeneinlaßende 28 in das Wasser W eingetaucht und die Spulenleitungen 64 sind an die Wechselstromquelle 66 angeschlossen. Es sei angenommen, daß die Kolben 62 und 64 zunächst in den in strichpunktierten Linien in Fig. 1 gezeigten getrennten Stellungen, und daß die Spule 62 zunächst von der positiven Halbperiode des Stroms erregt wird, so daß der aus der Spule 62 austretende Fluß dem Weg d folgt und die Kolbenkerne 36 und 50 derart erregt, daß das untere Ende des Kerns 36 einen Südpol und das obere Ende des Kerns 50 einen entgegengesetzten Pol bzw. einen

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Nordpol hat. Die benachbarten Enden der Kerne werden somit angezogen und die Kolben 32 und 34 bewegen sich gegeneinander in die in Fig. 3 gezeigte Stellung. Wenn die Kolben 32 und 34 einander berühren, greifen die elastischen Endteile 48 und 54 aneinander an und werden zusammengedrückt, um Energie zu speichern. Wenn der Erregerstrom der ersten Halbperiode abnimmt und der sich ergebende Fluß nach einer gewissen Verzögerung abnimmt, überwindet die gespeicherte Energie in dem zusammengedrückten, elastischen Material 48 und 54 die Magnetkräfte, die die Magnetkerne 36 und 50 anziehen, und schiebt die Kolben 32 und 34 in die in Fig.4 gezeigten entfernten Stellungen. Wenn dies eintritt, wird ein partielles Vakuum in der zusammenklappbaren Kammer 70 (Fig. 4) zwischen den Kolben 32 und 34 erzeugt. Da der Druck auf die axialstromabwärtigen Seiten der unteren Kolbenflansche 56 und 58 geringer als der Druck auf die stromaufwärtige Seite der unteren KoIbenflansche ist, bewegt sich das Wasser W nach oben durch die öffnungen 61 in der Tragscheibe 60 axial vorbei an den Flanschen 56 in Richtung des Pfeils g in Fig. 4 in die Kammer 70.

Die elektromagnetische Spule 62 wird dann von der anderen Halbperiode des Wechselstroms erregt, um den Fluß auf dem Weg ρ zu erzeugen und die Kerne 36 und 50 entgegengesetzt zu magnetisieren, so daß das untere Ende des oberen Kerns 36 nun ein Nordpol und das obere Ende des Kerns 50 nun ein entgegengesetzter Pol bzw. ein Südpol ist, so daß die benachbarten Enden der Kerne 36 und 50 wiederum angezogen und die Kolben 32 und 34 in die in Fig. 5 gezeigten Stellungen zusammengebracht werden, um die Kammer 70 zu verkleinern und das Strömungsmittel in der Kammer 70 nach oben vorbei an den oberen Kolbenflanschen 46 und 40 in Richtung der Pfeile b und h (Fig. 5) zu drücken. Der zunehmende Druck in der Kammer 70 auf die stromabwärtige Seite der oberen KoIbenflansche 46 und 40 ist größer als

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der Druck auf die stromaufwärtige Seite der Flansche 46 und 40, so daß das Strömungsmittel durchgedrückt wird. Der von dem Strömungsmittel in der Kammer 70 auf die stromabwärtige Seite der unteren Kolbenflansche 46 und 58 in Richtung des Pfeils i (Fig. 5) ausgeübte Druck bewegt die Flansche 56 und 58 radial nach außen, so daß diese an dem Zylinder 24 dichtend angreifen und das Wasser W in der Kammer 70 daran hindern, zu dem Einlaß 28 zu strömen. Die elastischen Teile 48 und 50 werden wieder zusammengedrückt und die in den elastischen, energiespeichernden Teilen 48 und 50 gespeicherte Energie drückt die Kolben in die in Fig. 6 gezeigten entfernten Stellungen, so daß das Wasser W wieder nach oben vorbei an den unteren Kolbenflanschen 56 und 58 in Richtung des Pfeils g gedrückt wird und gleichzeitig das Strömungsmittel, das an dem oberen Kolbenflansch 40 herausgedrückt wurde, in Richtung des Pfeils j (Fig. 6) zu dem Auslaß 30 axial nach außen bewegt wird. Der von dem herausgedrückten Strömungsmittel auf die stromabwärtige Seite der Flansche 40 und 46 in Richtung des Pfeils k ausgeübte Druck drückt die Flansche 40 und 46 radial nach außen, so daß diese dichtend an der Wand 24 angreifen und die Bewegung des herausgedrückten Strömungsmittels zu dem Einlaß verhindern. Die Kolben 32 und 34 werden so 120 mal pro Minute gegeneinander und voneinander weg bewegt, so daß die Pumpfrequenz zweimal so groß wie die Wechselstromfrequenz ist.

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Claims

Ansprüche

Von einer elektrischen Stromquelle angetriebene Flüssigkeitspumpe, bestehend aus einem Pumpengehäuse mit einem nicht magnetisierbaren, magnetflußdurchlässigen, sich axial erstreckenden Flüssigkeitskanal mit einem Einlaß und einem Auslaß, einem Flüssigkeitspumpmechanismus mit axial getrennten magnetisierbaren Teilen, die magnetisch sich gegenüberliegende Abschnitte haben, wobei wenigstens eines der Teile zum Pumpen von Flüssigkeit in einem Hin- und Herhub ausgebildet und für eine axiale Pumpbewegung in dem Kanal zwischen einer entfernten Stellung, in der die magnetisierbaren Teile axial voneinander entfernt sind, um dazwischen eine Flüssigkeitsaufnahmekammer zur Aufnahme von Flüssigkeit von dem Einlaß zu bilden, und einer weniger entfernten Stellung angeordnet ist, in der die magnetisierbaren Teile magnetisch aufeinander wirken, und einer Anordnung zur zyklischen Bewegung wenigstens eines der Teile relativ zu dem anderen, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung eine Magnetfelderzeugungseinrichtung (12, 62) aufweist, die mit der Quelle (66) verbunden ist und kontinuierlich ein Magnetfeld vorbestimmter Frequenz mit Halbperioden entgegengesetzter Polarität erzeugt, die die sich gegenüberliegenden Abschnitte der magnetisierbaren Teile (32, 34) während entgegengesetzter Halbperioden abwechselnd magnetisieren, damit die Teile (32, 34) magnetisch aufeinaner einwirken und wenigstens eines der Teile (32, 34) während jeder Halbperiode des Magnetfeldes in der gleichen Richtung bewegt wird.
2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetfelderzeugungseinrichtung an eine Wechselstromquelle (66) angeschlossen ist.

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3. Pumpe nach Anspruch 1/ dadurch gekennzeichnet, daß die

" ' Magnetfelderzeugungseinrichtung aus einer Spule (62) zur Magnetisierung der sich gegenüberliegenden Abschnitte der Teile (32, 34) besteht, so daß diese entgegengesetzte Polarität haben, und einander anziehen.
4. Pumpe nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Vorspannungseinrichtung, um eines der magnetisierbaren Teile am Ende einer jeden Halbperiode in seine Ausgangsstellung zurückzubringen, die elastische Mittel (48a, 54a) aufweist , die in Abhängigkeit von der Bewegung des einen Teils (32, 34) gegen das andere Energie speichern .
5. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetisierbaren Teile (32, 34) in dem.Kanal (26) axial fluchtend angeordnet sind, und daß die Magnetfelderzeugungseinrichtung eine Spule (62) und einen Kern (12) aufweist, die die Teile (32, 34) abwechselnd entgegengesetzt magnetisieren, um die Polarität der gegenüberliegenden Abschnitte der Teile (32, 34) umzukehren.
6. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile (32, 34) ventilartige Ausbildungen (56, 58) aufweisen, die den Strömungsmittelstrom von dem Einlaß (28) zu der Kammer (70) ermöglichen, wenn das eine Teil sich so bewegt, daß die Teile in die entfernte Stellung kommen, jedoch den umgekehrten Strom verhindert, wenn sich das Teil so bewegt, daß die Teile (32, 34) in die weniger entfernte Stellung kommen.
7. Pumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß radial nach innen und außen bewegbare Umfangsdichtungen (56, 58, 40, 48) an den Teilen (32, 34) vorgesehen sind, die an dem Kanal (26) im radial äußeren Zustand angreifen, und den Strömungsmittelfluß zu dem Auslaß (30) verhindern,

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und in. dem radial inneren Zustand, in dem sie von dem Kanal (26) entfernt sind, den Strömungsmittelstrom zu dem Auslaß (30) zulassen.
8. Pumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungen (56, 58, 40,-48) radial vorstehen und sich normalerweise axial in stromabwärtiger Richtung erweitern.
9. Pumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungen aus Planschen an elastischen Hülsen (38) für die Teile (32, 34) bestehen, die die Teile (32, 34) magnetisch nicht abschirmen.
10. Pumpe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Flansche (56, 58, 40, 48) an dem stromabwärtigen und dem stromaufwärtigen Ende eines jeden Teils (32, 34) vorgesehen sind, um eine axiale Fluchtung zu erreichen.
11. Pumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein verformbares, elastisches Gummielement (48a, 54a) zwischen den Teilen (32, 34) vorgesehen ist, um die entfernte Anordnung der Teile (32, 34) wieder herzustellen.
12. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetisierbaren Teile (32, 34) aus beweglichen Kolben in dem Kanal (26) bestehen, und daß eine Ausbildung (48a, 54a) vorgesehen ist, um eines der magnetisierbaren Teile (32, 34) zurückzubewegen und beide Teile (32, 34) in die Ausgangsstellung zu bringen, die beiden Kolben entgegenwirkt und zwischen diesen angeordnet ist. "
13. Pumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Energiespeichereinrichtung zum Zurückbewegen der Teile in die entfernte Stellung aus einem elastischen Vorsprung (48a, 54a) an wenigstens einem der Teile (32, 34) besteht.

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14. Pumpe nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Energiespeichereinrichtung aus einem zentralen Vorsprung (48a, 54a) an jedem der Teile besteht, die aneinander angreifen und verformt werden, wenn die Teile (32, 34) gegeneinander bewegt werden, und die die Teile (32, 34) elastisch in die entfernten Stellungen am Ende einer jeden Halbperiode bewegen.
15. Pumpe nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine perforierte Anschlageinrichtung (60) in dem Kanal (26), die die axiale Bewegung wenigstens eines der Kolben (34) in einer Richtung weg voneinander begrenzt.

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