CH180763A - Elektrisch angetriebene Flüssigkeitspumpe. - Google Patents

Description

  Elektrisch angetriebene Flüssigkeitspumpe.    Die Erfindung betrifft eine elektrisch       angetriebene        Flüssigkeitsmembranpumpe,    de  ren Arbeitsmembran durch den hin- und her  gehenden Anker eines Elektromagnetes in       schwingende    Bewegung versetzt wird.  



  Gemäss der Erfindung wird der     Elektro-          niagnet    des Aggregates mit Wechselstrom ge  speist und die Bewegungsumkehr des schwin  genden Systems durch die natürliche Inten  sitätsänderung des speisenden Wechselstro  ines in Zusammenwirkung mit einer dem       magnetischen    Anzug des Elektromagnetes  entgegenwirkenden Feder (Schwingfeder)       und    den von der Flüssigkeit auf die Arbeits  membran ausgeübten Gegenkräften erzwun  gen.  



  Es empfiehlt sich, die Federung des       schwingenden    Systems derart zu bemessen  und anzuordnen, dass ihre Eigenfrequenz  gleich der     Frequenz    der wechselnden Anzie  hungskraft des Elektromagnetes ist. Dadurch  kann eine annähernde Resonanz des schwin  genden Systems mit dieser Kraft erreicht    werden. Man kann dabei die Anordnung so  wählen, dass die Bewegung des schwingen  den Systems nicht durch Anschläge begrenzt  ist, so dass dasselbe ohne künstliche Verkür  zung seines Schwingungsweges voll aus  schwingen kann.  



  Noch vorteilhafter ist es, die Eigenfre  quenz des gesamten schwingenden Systems,  und zwar mit Berücksichtigung der in  Schwingung versetzten Massen der Pump  flüssigkeit, der Frequenz der die Bewegung  des Systems erregenden und unterhaltenden  magnetischen beziehungsweise elektrischen  Schwingungen gleichzumachen, so dass eine  praktisch genaue Resonanz zwischen dem  schwingenden System und der Triebkraft  besteht. Dabei kann es von Vorteil sein, die  Pumpe und ihren Antrieb so zu entwerfen,  dass die Masse des schwingenden Systems  oder zumindest von Teilen desselben, insbe  sondere die am Schwingvorgang beteiligte  Flüssigkeitsmasse unter gegebenen Verhält  nissen möglichst klein wird.

        Die Zeichnung zeigt     ein    Ausführungs  beispiel des erfindungsgemässen Aggregates,  dessen Aufbau auch verschiedene Massnah  men und Vorteile grundsätzlicher Art er  kennen lässt, die vorangehend noch nicht be  sprochen wurden.  



  Der die Flüssigkeitspumpe antreibende       Elektromagnet    1 ist ein     Wechselstromelektro-          magnet,    dessen Wicklung 2 vom Netzwech  selstrom durchflossen wird und dadurch auf  den Anker 3 eine ihrer Intensität nach perio  disch sich ändernde Anziehungskraft aus  übt. Er besitzt einen möglichst geschlosse  nen Eisenkreis, um bei geringstem Gewicht  und Raumbedarf eine möglichst' grosse elek  tromagnetische Leistung zur Verfügung zu  stellen. Aus diesem Grunde ist auch die  Zahl und Grösse der den Eisenkreis unter  brechenden Luftspalte auf ein Mindestmass  beschränkt, wobei zwei dieser Luftspalte  eine zur     Schwingungsrichtung    des Ankers  schräge Lage einnehmen.  



  Der Anker 3 ist durch eine gerade  Kolbenstange 4 mit dem     Mittelteil    der Kol  benmembran 5 starr verbunden. Der Rand  dieser Membran ist im Pumpengehäuse 6,  das von Säulen 7 getragen wird, eingespannt.  



  Die Federung des schwingenden Systems  besteht aus den     Schraubenfedern    8 und 9,  die sich einerseits gegen eine auf den Säulen  7 verstellbar angeordnete Tragplatte 10,  anderseits gegen einen Bund 11     bezw.    12  der Kolbenstange 4 stützen. Die Anordnung  der Federn ist so getroffen, dass sie dem       Ausschwingen    des Ankers, ob dasselbe     nun     nach oben oder nach unten erfolgt, entgegen  wirken und daher stets bestrebt sind, das be  wegliche System in seine Mittellage zurück  zuführen.

   Das gesamte     schwingende    System,  einschliesslich der     mitschwingenden    Flüssig  keitsmasse, wird so bemessen, dass seine  Eigenfrequenz genau oder angenähert gleich  der Frequenz der magnetischen Anziehungs  kraft des Elektromagnetes 1 beziehungs  weise der Frequenz des speisenden Wechsel  stromes oder einer Oberwelle desselben ist  (Resonanz). In manchen Fällen kann man  sich     mit    jener Annäherung an die Resonanz    begnügen, die sich dann ergibt,     wunii    bloss  die Eigenfrequenz der Federung der     Fre-          quenz    der Triebkraft entspricht.

   Durch  Heben oder     iSenken    der Platte 10     relativ     zum Bund 11 kann die     Vorspannung    der Fe  dern ein- oder nachgestellt werden. Statt  einer Schraubenfeder kann mit Vorteil auch  eine Feder mit nichtlinearer     Kraft-M'eg-          Charakteristik,    zum Beispiel eine entspre  chend gebaute Kegelfeder verwendet wer  den.  



  Die Kolbenmembran 5 bildet die untere,  der Pumpendeckel 14 die obere Begrenzung  des Arbeitsraumes 13 der Pumpe. Im  Deckel 14 sind als leicht bewegliche Klap  pen, welche ring- oder schlitzförmige     t#ff-          nungen    abdecken, das Saugventil 15 und das  Druckventil 16 der Pumpe angeordnet. Das  Saugventil, und das gleiche gilt vom Druck  ventil, soll möglichst leicht beweglich und  vorzugsweise derart ausgebildet sein, dass  seine Eigenfrequenz gleich der oder höher  als die Eigenfrequenz der Kolbenmembran  5 ist. Oberhalb der Ventile sind im Pum  pengehäuse der Saugraum 17 und der  Druckraum 18 der Pumpenflüssigkeit ange  ordnet, an welche Räume das Saugrohr 19  und das Druckrohr 20 angeschlossen sind.

    Die Ventile sollen vorzugsweise so angeord  net werden, dass der Weg von den Saug- zu  den Druckventilen möglichst kurz ist.  



  Der Saugraum 17 wird oben durch eine  Wand 21 aus elastischem Material, die zum  Beispiel eine     Gummimembran    sein kann,  oder durch eine federbelastete Membran  wand begrenzt und dies hat den Zweck,  Druckstösse auszugleichen und eine mög  lichst konstante Flüssigkeitsströmung wäh  rend des Pumpens aufrecht zu erhalten. Aus  dem gleichen Grunde besitzt auch der  Druckraum 18 eine     membranartige    Decke  22, die sich bei sehr starkem Anwachsen  des Druckes im Raum 18 an die mit Off  nungen 23 versehene, gewölbte Gehäuse  decke 24 anlegt.

   Die Membranen 21 und 22  ersetzen die sonst bei Kolbenpumpen übli  chen Saug- und     Druckwindkessel    und bie  ten diesen gegenüber den Vorteil, dass sie bei      geringem Raumbedarf der hohen Periodizität  des Arbeitsvorganges der erfindungsge  mässen Pumpe gut folgen können. Sie sollen  vorzugsweise genau oder annähernd in Re  sonanz mit der Frequenz des Schwingsystems  stehen, was durch geeignete Bemessung der       aus    elastischem Material bestehenden Mem  branen oder durch die Anordnung von regu  lierbaren Federn zur Abstützung der aus  elastischem oder unelastischem Material be  stehenden Membranen erreicht werden kann.  



  Das beschriebene Aggregat arbeitet etwa  folgendermassen: Wird die Spule 2 des Elek  tromagnetes 1 mit Netzwechselstrom ge  speist, so schwingen der Anker 3 und die  mit ihm verbundenen Teile, also auch die  Kolbenmembran 5, im Takte der Wechsel  stromfrequenz, und die Amplitude dieser  Schwingungen wird dann besonders gross  sein, wenn das schwingende System genau  oder annähernd auf die Frequenz der wech  selnden Anziehungskraft des magnetischen  Feldes abgestimmt ist. Durch die schwin  gende Kolbenmembran 5 wird das Volumen  des Arbeitsraumes 13 abwechselnd vergrö  ssert und verkleinert, so dass bei entsprechen  der Mitwirkung des     Sangventils    15 und  Druckventils 16 Flüssigkeit aus dem Saug  rohr 19 in das Druckrohr 20 gefördert wird.

    Die während jeder Periode ausserhalb des Ar  beitsraumes in der Flüssigkeit auftretenden  Druck- beziehungsweise     Volumsschwankun-          gen    ->erden durch die Membranen 21 und 22       #        in        -isgegliellen.        el        Beim        Saug        ub        wird        nämlich     die Membran 21 unter Zugwirkung, beim  Druckhub die Membran 22 unter Druckwir  kung gesetzt, wobei sie aber abwechselnd,  ungefähr um eine Halbperiode verschoben  arbeiten.

   Mit     andern    Worten: Während des       Saughubes    drückt die     3lembran    22 die  Flüssigkeit ab und während des     Drucl.:hubes     saugt die Membran 21 neue Flüssigkeit an.  Die beiden Windkessel sorgen also für die       Erhaltung    der kinetischen Energie.  



  Wird der Pumpe unter sonst gleichen  Verhältnissen eine geringere Flüssigkeits  menge entnommen, so wächst der Druck im    Raum 18, wodurch die Schwingungen der  Membran 5 beziehungsweise des Ankers 3  derart beeinflusst werden, dass der Elektro  magnet     eine    entsprechend geringere Leistung  aufnimmt. Die Arbeitsweise des Aggregates  passt sich also selbsttätig den wechselnden  Betriebsbedingungen an. Tritt aber der  Grenzfall ein, dass dem Druckrohr überhaupt  keine geförderte Flüssigkeitsmenge mehr ent  nommen wird, so arbeitet die Pumpe nur  mehr solange weiter, bis die Membran 22  ihre grösste Ausdehnung erreicht hat, also  am Gehäuse 24 anliegt.

   Ist dies geschehen,  bleibt als nachgiebige Begrenzung der Flüs  sigkeit nur mehr die Kolbenmembran 5 üb  rig, welche durch den im     Arbeitsraum    sich  einstellenden hohen     Flüssigkeitsdruck    in  ihre tiefste Stelle bewegt wird, in welcher  der Anker sich auf die     entsprechenden    Flä  chen des     Elektromagnetkernes    aufsetzt.

   Da  man, wie das Ausführungsbeispiel der Zeich  nung zeigt, den Anker und den Elektro  magnet so ausbilden kann, dass bei vollstän  dig angezogenem Anker praktisch kein     neu-          nenswerter    Luftspalt mehr vorhanden ist,  so     -wird    bei einer Sperrung oder starken  Drosselung der Flüssigkeitsentnahme der  Kern des Elektromagnetes derart geschlos  sen, dass letzterer in bezug auf den speisen  den Wechselstrom wie eine Drosselspule von  hohem induktivem Widerstand wirkt und  daher praktisch fast keinen Strom aufnimmt.  Es ist daher bei einem solchen Aggregat  nicht notwendig, während kürzerer Betriebs  pausen den Wechselstrom abzuschalten.

    Wird nach einer solchen Pause Druckflüs  sigkeit wieder entnommen, sinkt also der  Druck im Raume 18, so setzt sich der Anker  und die Kolbenmembran der Pumpe wieder  selbsttätig in Bewegung, so dass die Anord  nung irgendeines besonderen Flüssigkeits  behälters zum     Ingangsetzen    der Pumpe über  flüssig ist.  



  Es empfiehlt sich, besondere Verbindun  gen, zum Beispiel     enggewickelte    Spiral  federn, zwischen dem feststehenden Gehäuse  und dem schwingenden     .System    vorzusehen,  welche das Ausweichen des letzteren von      seiner vorgeschriebenen Bahn, insbesondere  ein seitliches Abweichen verhindern oder er  schweren.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Elektrisch angetriebene Flüssigkeitsmem- branpumpe, deren Arbeitsmembran durch den hin- und hergehenden Anker eines Elek tromagnetes in schwingende Bewegung ver setzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromagnet mit Wechselstrom gespeist und die Bewegungsumkehr des schwingen den Systems durch die natürliche Intensi tätsänderung des speisenden Wechselstromes in Zusammenwirkung mit einer dem magne tischen Anzug des Elektromagnetes ent gegenwirkenden Feder und den von der Flüs sigkeit auf die Arbeitsmembran ausgeübten Gegenkräften erzwungen wird. UNTERANSPRüCHE 1.

   Pumpe nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung des schwingenden Systems nicht durch An schläge begrenzt ist, so dass dasselbe ohne künstliche Verkürzung seines Schwingungsweges voll ausschwingen kann. 2. Pumpe nach Pateutanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Eigenfrequenz der Federung des schwingenden Systems der Frequenz der wechselnden Anzie hungskraft des Elektromagnetes gleich ist.

   R. Pumpe nach Patentanspruch., dadurch gekennzeichnet, -dass die Eigenfrequenz des gesamten schwingenden Systems un ter Mitberücksichtigung der schwingen den Flüssigkeitsmasse mindestens annä hernd der Frequenz der wechselnden Anziehungskraft des Elektromagnetes gleich ist. Pumpe nach Patentanspruch, gekenn zeichnet durch eine Rückführfederung des schwingenden Systems, welche den aus seiner Mittellage ausschwingenden An ker in diese Lage zurückzuführen sucht, unabhängig davon, nach welcher Seite das Ausschwingen des Ankers erfolgt ist. 5.

   Pumpe nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker mit Be zug auf den Kern des Elektromagnetes derart angeordnet ist, dass bei völlig an gezogenem Anker ein nur von Stossfugen unterbrochener, geschlossener magne tischer Eisenkreis besteht. 6. Pumpe nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens in einem der an den Arbeitsraum der Pumpe grenzenden, von diesem durch Ventile getrennten Flüssigkeitsraume ein schwin gungsfähiger Wandteil als Druckaus gleichsvorrichtung vorgesehen ist. 7. Pumpe nach Unteranspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl im Druck raum, als auch im Saugraum ein schwin gungsfähiger Wandteil als Druckaus gleichsvorrichtung vorgesehen ist. B. Pumpe nach Unteranspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der schwingungs fähige Wandteil als Membran gebildet ist. 9.

   Pumpe nach Unteranspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der schwingungs fähige Wandteil elastisch ausgebildet ist. 10. Pumpe nach Unteranspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der schwingungs fähige Wandteil auf Resonanz mit der Frequenz des schwingenden, vom Elek tromagneten angetriebenen Arbeitsorga- nes der Pumpe abgestimmt ist. 11. Pumpe nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzugsbewe gung des Anker. den Saughub des Ar- beitsorganes der Pumpe bewirkt. 12.

   Pumpe nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die am Kräftespiel des Schwingvorganges mitwirkenden Teile der Pumpe und ihres Antriebes so angeordnet, ausgebildet und bemessen sind, dass das schwingende System sich je nach der zu bewältigenden Förder- leistung selbsttätig einstellt und einer Abnahme der Förderleistung eine Ver- ringerung der aufgenommenen elektri schen Energie entspricht. 1.3.

   Pumpe nach Unteranspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die am Kräftespiel des Schwingvorganges mitwirkenden Teile der Pumpe und ihres Antriebs so angeordnet, ausgebildet und bemessen sind, dass das schwingende System sich. je nach der zu bewältigenden Förder- leistung selbsttätig einstellt und einer Abnahme der Förderleistung eine Ver ringerung der aufgenommenen elektri schen Energie entspricht. 14. Pumpe nach Unteranspruch 6, gekenn zeichnet durch Federn zur Beeinflus sung des schwingungsfähigen Wandteils. 15. Pumpe nach Unteranspruch l-1, dadurch gekennzeichnet, dass die Federung des schwingungsfähigen Wandteils regulier bar ist. 16.

   Pumpe nach Unteranspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anschlag den Weg des schwingungsfähigen Wandteils begrenzt. <B>17.</B> Pumpe nach Patentanspruch, gekenn zeichnet durch eine Vorrichtung zur Justierung der Federung des schwingen den Systems. 18. Pumpe nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Saugventil der art ausgebildet ist, dass seine natürliche Arbeitsfrequenz mindestens gleich hoch wie die Schwingungsfrequenz des Ar beitsorganes ist. 1.9. Pumpe nach Unteranspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anschlag den Weg des membranförmigen Wandteils begrenzt. ?0. Pumpe nach Unteranspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anschlag den Weg des schwingungsfähigen Wandteils begrenzt. 21..

   Pumpe nach Unteranspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der schwingungs fähige Wandteil in solcher Nähe des in den Arbeitsraum führenden Ventils an geordnet ist, dass eine gleichmässige Flüssigkeitsströmung durch die Pumpe aufrechterhalten wird. 22. Pumpe nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse der schwingenden starren Systemteile so klein gewählt ist, dass sie die Grösse der Eigenfrequenz des gesamten schwingen den Systems in praktisch vernachlässig- barer Weise beeinflusst. 23.

   Pumpe nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse der schwingenden starren Systemteile so klein gewählt ist, dass sie die Grösse der Eigenfrequenz des gesamten schwingen den Systems in praktisch vernachlässig- barer Weise beeinflusst. 24. Pumpe nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse der schwingenden starren Systemteile so klein gewählt ist, dass sie die Grösse der Eigenfrequenz des gesamten schwingen den Systems in praktisch vernachlässig- barer Weise beeinflusst. 25.

   Pumpe nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse der schwingenden starren Systemteile so klein gewählt ist, dass sie die Grösse der Eigenfrequenz des gesamten schwingen den Systems in praktisch vernachlässig- barer Weise beeinflusst.