DE1653517A1 - Pumpeinrichtung - Google Patents

Description

FABIAN CWE · .1053517

8 München 2δ . Lipowskystr. 10

Te!. 778956

Unser Reichem mw-lg-10 Datum: 5. März 1967

Emile David long, 321 Sharpe Street, Horseheads, Hew York/USA

Pimpeinrichtung

Die Erfindung betrifft eine elektronisch gesteuerte, elektromagnetische I³UEIpeinrichtung, insbesondere' mit einer Pumpe, die einen elektromagnetisch betätigten,, hin- und hergehenden Kolben || zum Zuführen von Druckmittel besitzt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer derartigen Pumpeinrichtung, die siea durch einen zuverlässigen Betrieb mit hotiem vi/irkungsgrad während einer langen Betriebsdauer auszeichnet, ferner durch eine einfache und wirtschaftliche Konstruktion und die Unabhängigkeit von der Lage der Pumpeinrichtung und von starκ en Schwingungen. . ■

Äusführunjsbeispiele der Erfindung sind nachstehend anhand der

109835/03'23 bad original

Zeichnungen besciirieöen« In diesen zeigt

Pig. 1 in einem Vertikalschnitt nach der Linie 1-1 der Fi". 2 eine bevorzugte Ausfünrungsform der Urz'inaung,

Figo 2 in einer Draufsicht die Anordnung nacn Fl:-;. 1 bei weggenommenem Deckel, vor der Einfünrung der Vergußrasoe,

Fig. 3 ein Schaltschema der Pumpeinrichtung und

Fig» 4 in einem Diagramm die Kennlinie der im Nahmen der Anmeldung verwendeten «Pumpenfeder im Vergleich mit der Kennlinie einer üblichen Feder«.

In Fig. 1 besitzt ein Gehäuse 1 eine Eintrittskammer 2, eine Pumpkammer 3 und eine Austrittskammer M-» Die Eintritt skaim er enthält ein Filter .5· Ein Rückschlagventil 6 ist in einer Hülse 7 angeordnet, die sich abwärts von einer Zwischenwand- 6 erstreckt, welche die Pumpkamm.er 3 von der Eintrittskammer trennte

In der Pumpkammer 3 ist ein-Zylinder, 9 aus nicht-magnetisc/iom Werkstoff axial in einer solchen Stellung angeordnet, daß er die Sintrittskammer 2 mit der Austrittskammer ¹A- verbindet« In dem Zylinder ist ein hohler Kolben 11 aus magnetischem. vTerlcsTjoff verschiebbar gelagert. In dem Kolben ist ein zweites Rückschlagventil 12 so angeordnet, daß beim Hin- und Hergehen des Kolbens Druckmittel.von der Sintrittskammer zu der Austrittskanimer durch den Zylinder 9 tritt. Zur Betätigung des Kolbens 11 dient eine

^109835/0329

-3 - ■.'■.."■■

elektroma_c^netiseiie Sinriclitung mit einem Elektromagneten 13, der in der Pumpkainmer angeordnet ist und den Zylinder und Kolben umgibt;.. Dpr Elektromagnet iiat kreisförmige Polsehuhe 14 und 15» die durch ein zylindrisches Gehäuse 16 aus magnetischem ■-/erkstoff miteinander verbunden sind» Eine Feder 17 trachtet, den Kolben 11 auf..x^:.rtn in eine Stellung zu bewegen, in der er. gegenüber dem Hle^rfcroma^neteii "versetzt ist_o.Beim Einschalten des "Elektromagnete.n "wird der Kolben abwärtsÄezogen, wobei die Feder gespannt wird. Bei ausgeschaltetem Elektromagneten dehnt "-" sich, die Feder aus, so daß der Kolben seinen Druck ausführt«,

Es ist eine Einrichtung "vorgesehen, die periodisch einen StromfluB durch den Elektromagneten herbeiführt, so dais sich der Kolben hin- und herbewegt. IVie am besten in den Figuren 2 und 5 gezeigt ist, besitzt diese Einrichtung eine elektrische Stromauelle 18, deren Einuspol geerdet und deren Pluspol über'einen handbetätigbaren Schalter¹ 20 mit dem Emitter eines ρηρ- !Transistors 19 Yerbunden ist. Der Kollektor dieses {Transistors <(| ist mit dem einen jJnae der T/ickluB.:; des "Zlektrosiagneten 13 verbunden« Das andere Ende der Wicklung des Slektromagneten ist aum ochiießen des Stromlcreises geschlossen. Bei leit fahl gern transistor liegt daher an dem Elektromagneten im -wesentlichen die Spannung der Stromquelle 18„ «-.

Zum LeitfähigHiachen des !Pransi*stors 19 wird seine Basis geerdet bzw. mit dem Einuspol der Stromquelle verbunä.en, und zwar über einen induktionsfreien Btrombegrenzun-Tswidorstand 21« Der Wert dieses V/idore.taiides ist so ™ewählt, daß dsr durch ihn hiELdurch-

109835/0329

■ - 4 -

fließende Basisstrom die Basiszone des Transistors stark -' sättigt,-so dal; der Transistor in dem Stromkreis des Elektromagnet en. leitete

Damit der Transistor periodisch gesperrt und dadurch der Elektromagnet. Ij5 stromlos wird und die Feder 17 den Druckhub des Kolbens 11 herbeiführen kann, sind die Basis und der Emitter des Transistors durch einen Schalter 22 miteinander verbunden, ' · d eier durch die Bewegung des Kolbens 11 gesteuert wirdo

Der Schalter 22 ist ein Herkon-Schalter und besitzt zwei Leiter in Form von Zungen aus elastischem, magnetischem Werkstoff, die einseitig an ge einem Ende einer dicht verschlossenen, zylindrischen Eöhre montiert sind. Die freien -Enden der Zungen überlappen einander und stehen normalerweise in geringem Abstand voneinander,, v7enn sich der Schalter zu dem Kraftfluß parallel der Achse in einem Magnetfeld befindet, stehen die einander _Ä 'überlappenden Enden der magnetischen Leiter miteinander in Berührung, so daß der Schalter geschlossen ist,

Gemäß Fig. 2 ist der Schalter 22 in einem wiegenartigen G-estell 23 aus nichtmagnetischem Werkstoff im wesentlichen tangential zu dem Pumpzylinder 9 im Bereich des oberen Endes des-Kolbens angeordnet, wenn dieser in der Endstellung seines Druckhubes an • , den elastischen Widerlagern 24-, 25 (FIg, 1) des Gestells 23 anliegt* Stabförmige Dauermagneten 26 und 27 sind mit dem Gestell 23 fluchtend im wesentlichen -in derselben Horizontalebene wie der Schalter 22 auf entgegengesetzten Seiten des Pumpaylinders 9

10983 5/0329

BAD OHIGiNAL

angeordnet, wobei ungleichnamige Pole einander zugekehrt sind und den Schalter etwas überlappen," aber von seinen Endteilen im Abstand angeordnet sind. Infolge dieser Anordnung befindet sich der Schalter 22 in dem Magnetfeld, das von den Magneten 26, 27 erzeugt wird, und wird der Schalter unter der Wirkung des Kraftflusses dieses Feldes geschlossen, wenn der Elektromagnet den Kolben 11 angezogen hat* Am oberen Ende seines Hubes bildet der Kolben dagegen für den Kraftfluß einen Weg mit kleinem mag-

netischem Widerstand. Dieser Weg schließt den Schalter 22 für ^ den Kr&ftfluß kurz, so daß der Schalter sich öffnen kann.

Zum dauerhaften una starren Verankern aller festen Bestandteile in der Pumpenkamm-'.r und der Austrittskammer werden diese Kammern nach dom Zusammensetzen aller Teile evakuiert und- dann mit einor geeigneten, flüssigen Vergußmasse, beispielsweise einem Epoxyharz, bis zum ITiveau des oberen Endes des Pumpenzylinders 9 gefüllt* Dieser Zylinder kann natürlich aus nichtmagnetischem V/erkotoff bestehen, beispielsweise aus Messing. Im. Rahmen der ^ Erfindung kann der Zylinder aber auch von der Vergußmasse selbst gebildet werden, wie es in Fig. 1 gezeigt ist« Zu diesem Zweck wird vor dem Vergießen ein zylindrischer Dorn eingesetzt, der denselben Durchmesser hat wie der Kolben, zusätzlich des normalen Übermaßes. Nach dem Aushärten des Harzes xvird der Dorn herausgezogen. Das zur Bildung des Zylinders verwendete Harz kann mit einer Substanz imprägniert werden, welche die Reibung herabsetzt und die physikalischen Eigenschaften verbessert.

Ein weiter-3 Merkmal der Erfindung betrifft besondere Eigen-

1098 3 5/0329 BAD original

schäften der Pumpenfeder 17.

Die Kraft-Weg-Kennlinie einer, gewöhnlichen TJruci:-Scßzv:.ube:-ifoder ist in dein ganzen normalen Arbeitsbereich im wesentlichen oine G-ercde-o Fig. 4 zeigt die Bewegung des Kolbens als Funktion der Kraft. Die Kurve A silt für eine Pumpe mit einor üblichen Schrau benfeder." Ausgehend von einer anfänglichen Drucitkraft F-, am Ende des Abwärtslmbes des Kolbens übt die Jeder zu B ε-:? inn des Druckhübes des Kolbens den Druck Fv aus« Die Kurve B stellt die Kraft dar, welche der Elektromagnet -auf den.Kolben ausübt, um die Feder zu spannen, Wenn der Kolben in den Elektromagneten hereingezogen v,lud_, nimmt diese Kraft vor. einem Anfangs wert F,, auf den Wert 3V zu, der erreicht wird, v?enn sich der Kolben dem

Ende seines Abwärtshubes nähert» Durch axe übers chui; kr aft F_n--F-. wird der Kolben nur über die Geschwindigkeit hinaus beschleunigt, bei der er den höchsten Wirkungsgrad hat, wobei " durch Turbulenz und Drosselung der Flüssigkeit in lern. Rückschlagventil 12 Energie verlorengeht,»

Erfindungsgemäß wird ein beträchtlicher Teil dieser Terlustenergie ausgenutzt» /Zu diesem Zweck wird eine Feder mit veränderlicher Federrate verwendet?, deren Kraft-Weg-Kurve annähernd der Kurve B entspricht, so daß ein größerer Teil der von dem Elektromagneten erzeugten Energie in der Feder sesreichert rird und für den Druckhub des Kolbens zur Verfügung steht. Die Kraft nimmt von dem Anfangswert F₁ auf F^ _Su, wobei dar Vertikalabstand zwisc-hen einander entsprechenden Punkten der Kurven B und 0 dieselbe Größenordnung hat -wie zwischen F-^ und F,.. Dieser

10983 5/03 29

BADORlGiNAL

Abstand ent vorteilt der zur Betätigung des Kolbens optimalen Kruftdifferens. Federn mit der gewünschten Kennlinie können spiral— öler kegelstumpfförmig sein oder gemäß 5¹Ig. .1 eine all iiühlicn sunemnende Ganghöhe "besitzen, so daß die ."/indungen von geringer -^anghohre eim.:_der fortschreitend berühren.

In ^etrioc .:irJ urch Schließen des handbetätigbaren Schalters 20 der FlusOol der 3troi.iauelle an den Smltter des Transistors ■ 19 angeschlosaeii. Su diesem Seitpunkt ist der Herkon-Schalter offen, so daß der durch den l'/i der stand 21 fließende Strom die Basiszone des Transistors "sättigt, dieser leitfähig wird und durch den Tilektromagneten 13 Strom fließt. Wenn der Elektromagnet den Kolben'11 aus dem Bereich der Magneten,26, 2? herausgesogen hat, bewirkt der Kraftfluß zwischen den Magneten das Schließen des magnetischen Schalters 22. Dieser schließt jetzt die Basiszone des Transistors für den von dem Widerstand 21 kommenden Basisstrom kurz, -so daß der Elektromagnet IJ stromlos 7/ird. Die Feder 17 dehnt sich dann aus und bewirkt den Druckhub des Kolbens 11, bis dessen oberes Ende in das Feld der Magneten 26, 27 eintritt, so daß der Kolben den magnetischen Schalter for den Kraftfluß kurzschließt, der Schalter sich öffnet und das Gpiel ^r::ied-?rholt 7/ird. Da der Stromkreis "'des Herkon-Sehaltcrs induktionsfrei ist und einen geringen Wert, hat, erfolgt an den Kontakten kaum eine Funkenbildung und kann der Schalter praktisch unbegrenzt lange verwendet werden.

Die Ausdrücke "oben", "unten", "vertikal" und "harizontal" sind nur der Einfachheit halber unter Bezugnehme auf die Zeichnung

109835/0329 bad oaie.NAu

verwendet worden« Tatsächlich, ist die Pumpe von ihrer Orientierung vollkommen unabhängig und arbeitet sie in allen Lagen gleich gut©

Die vorstehend beschriebene Schaltung hat den besonderen Vorteil, daß.der Transistor unter DurchbruchsSpannungsbedingungen mit der Induktivität des Kollektorkreises belastet ist. Bei Unterbrechung des Stromflusses' in dem Elektromagneten erzeugt ' · der Zusammenbruch des den Elektromagneten umgebenden Feldes einen G-egen-EKK-Sto-ß in einem Zeitpunkt, in dem die Basio und der Emitter des Transistors durch den Herkon-Schalter 22 kurzge-" schlossen ist. Unter diesen Bedingungen ist die lOurchbruchsspannung zwischen Kollektor und Emitter so hoch, daß keine Fehlfunktion möglich ist«. Durch diese Anordnung wird eine Funkenbildung oder Hundfunkstörung vermieden und die Gebrauchedauer des Transistors praktisch unbegrenzt verlängerte

' Vorstehend wurde ein Ausführungsbeispiel dargestellt uiii beschrieben, das jedoch.- im Panmen des Erfiiidun.^sgedanl-sens abge- . ändert werden kann.

109835/0329 BAD OWGINAL

Claims (1)

1. Patentanspräche:

   - Pumpeinrichtung gekennzeichnet durch ein Gehäuse mit einer Eintrittskammer und einer Austrittskammer, die durch einen Zylinder aus nichtmagnetischem Werkstoff miteinander verbunden sind, einen aus magnetisierbarem Werkstoff bestehenden, hohlen Kolben, der in dem Zylinder verschiebbar gelagert ist, eine Feder, die den Kolben zum Austrittsende des Zylinders zu he^z/egen trachtet, einen den Zylinder und Kolben umgebenden Elektromag- ™ neten, der im stromdurchflossenen Zustand geeignet ist, den Kolben zum Eintrittsende des Zylinders hin zu bewegen, eine Absperreinrichtung, die eine hin- und hergehende Bewegung des "^₁ Kolbens bewirkt, so daß Flüssigkeit aus der Eintrittskammer durch den Kolben in die Austrittskammer strömt, und eine Einrichtung* zum periodischen Erzeugen eines Stromflusses durch den Elektromagneten, v/obei diese Einrichtung ein Mittel zur Erzeugung- eines Magnetfeldes umfaßt, in dem ein Kraftfluß quer über das Austrittsende des Zylinders vorhanden ist, einen im Bereich des {| Austrittgendes des Zylinders angeordneten, magnetisch betätigbaren Schalter, der durch das genannte Magnetfeld betätigbar - ist, und eine von dem genannten Schalter gesteuerte ülinrichtung, die einen Stromfluß durch den Elektromagneten herbeiführt, wenn der Kolben sich dem Austritts ende des Zylinders nähert und einen den Schalter magnetisch kurzschließenden • Leiter ffr den Kraftfluß des Magrietfeldes bildet.

   2* Pumpeinriohtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zuleiTgtgenannte■Einrichtung eine elektrische Stromquelle

   t09836/032S . bad original

   - ίο -

   umfaßt, einen mit dieser Stromquelle und dem -Elektromagneten ' .der Pumpe in einem Stromkreis liegenden Transistor, der im leitfähigen Zustand einen Stromfluß durch den .-^le.itroiiagneten bewirkt, und zwischen dem Schalter und dem Transistor und der Stromquelle vorhandene Leitwege, die so angeordnet sind, daß · bei einem Kurzschluß des Schalters durch den Kolben hinsichtlich des magnetischen Eraftflusses der Schalter den Transistor leitfähig macht.

   3· Pump einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der in dem Gehäuse zwischen der Eintrittskamnier und der· Aus-" tr!toskammer vorhandene Raum derart gefüllt ist, daß der Zylinder, der Elektromagnet, und die in diesem Raum enthaltenen Elemente der Einrichtung zum Herbeiführen eines Stromflusses durch den Elektromagneten unbeweglich festgelegt sind*

   4« Pumpeinrichtung nach Anspruch 3» dadurch .gekennzeichnet, daß der Zylinder aus einem ähnlichen Material besteht wie die Füllung und mit ihr einstückig ist.

   5« Pumpeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß . die das magnetische Feld erzeugende Einrichtung im Bereich von entgegengesetzten Seiten des Zylinders ungleichnamige Pole besitzt und der magnetisch bää tigbare Schalter parallele, einan·* der überlappende, magnetische Kontaktzungen hat, die in dem/ Magnetfeld angeordnet sind und sich parallel zu der Richtung des Kraftflusses zwischen-den Magnetpolen erstrecken»

   109835/0329

   - Ii -

   ΰ. · ⁷unreinrichtung nach Anspruch 5j dadurch, gekennzeichnet, daß ..lic löntalctsuii-^en des Schalters so montiert sind, daß sie einanilv'r. normrilcrv.eiue nicht berühren, aber die einander überlaOpenden Teile duron den Kraftfluß des Kagnetfeldes.aneinandergehalten v/.^rden, sofern der Schalter nicht durch den in dem Baum zwischen den Polen befindlichen Kolben für den Kraftfluß kurzgeschlossen istc '

   ■/. ...pudereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitverbindungen des Transistors und des Schalters eine . Vinrichtung sum Zuführen eines Stroms durch die Basis-Smitter-Grencschicht des Transistors in einer solchen StarIb aufweisen, daij äie Basiszone des Transistors stark gesättigt und daher der Transistor für einen Stromfluß durch den Elektromagneten leitfähig v;ird, -.-obei der Schalter so geschaltet ist» daß er im geschlossenen Zustand die Basis-Smitter-Grenzschicht des Transistors kurzschließt, so dal? der Stromfluß durch diese Grenzschicht unterbrochen und, äer Transistor für einen Stromf IuE durch den Ul artrom^gneten gesr;errt -Ä^rird_o .

   E. Purr:->cin.riclr^un ; nach Juisi>ruch 1, dadurch, gekenna.eichnot, daß die

   mg sum Erzeugen eines Stromflusses durch den Slelctro-511 eine eiolitrisca:- G-leichstromcuelle besitzt, ferner ο inen Transistor, eizicn Leiter, der einen Pol der S^ro-ncueHe mit ien "sitter des Transistors verbindet, einen Leiter, der* den Kollalrbor des Transistors mit einem Ende der //icklun™ des ilelitromasnoten verbindet, einen Leiter, der.das and'-re Snde . ' aer .vickluii"' i/js .jic-rtroraa-gnoton mit aom aiidertii Pol der 'itrom-

   109835/032 9

   ■ - 12 -

   quelle verbindet, einen Strombegrenzungswiderstand zwischen der Basis, des Transistors und dem anderen Pol der Stromquelle und eine den magnetisch betätigbaren Schalter enthaltende Verbindung zwischen dem einen Pol der Stromquelle und der Basis des Transistors.

   9« Pumpe inr ic htunn; nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dais die α Einrichtung zum. Herbeiführen eines Stromflusses durch den üle-itromagiie/cen eine elektrische - GlGichütromquelle umfaßt, ferner einen pnp-Transistor, dessen Emitter mit dem Pluspol, der Stromquelle und dessen Kollektor über den Elektromagneten mit dem Minuspol der Stromquelle verbunden ist, einen Strom- =. begrenzungGwiderstana. zwischen der Basis des Transistors und dem llinus öl α .r Stromquelle und einen den magnetisch betätigbaren Schalter enthaltenden Nebenschluß weg zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors.)

   * 10. Elektronisch gesteuerte, elektromagnetische Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Kolben,zum Aus— ".trittsende i.s Zylinders zu bewegen "urxcajende. Ji'ecer no au.v;e- = bildet ist, dal;, ihre Druckkraft proportional stärker steigt als einer linearen Funktion des Drucldiube-^ entüprichto

   χ!. lUEiiJeinrichtun,-; nach Anspruch 1, dadurch .gekennzeichnet-, dal? ·

   die ^T;"raft- '/e^-Kurve der Feder annähernd der Er aft -Weg-Kurve - ■ dos von ium .'illelrtroraagneten betätigten Kolbens entspricht.

   109835/0329