DD292301A5 - Magnetische pumpe - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine magnetische Pumpe, bei der in einem geschlossenen Hohlzylinder 2 mit Ein- und Auslaessen 3.1; 3.2; 4.1; 4.2 ein Pfropfen 1 aus ferromagnetischer Fluessigkeit durch ein festes Dauermagnetsystem 5 und eine Spule 6 zur Erzeugung eines ortsveraenderlichen, gegenueber demjenigen des Dauermagnetsystems 5 staerkeren Magnetfeldes verfestig- und bewegbar ist. Im Pfropfen 1 kann sich auch ein ferromagnetischer Kern befinden. Figur{Pumpe, magnetisch; Fluessigkeit, ferromagnetisch; Magnetfeld; Hohlzylinder; Dauermagnetsystem; Spule, verfestigbar; Spule, bewegbar; Kern, ferromagnetisch}

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung ^N

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine magnetische Pumpe mit universeller Anwendbarkeit unter Verwendung ferromagnetischer Flüssigkeit, die eine direkte Energieübertragung auf das zu pumpende Medium und damit die Vermeidung einer mehrfachen Energiewandlung ermöglicht.

Die Pumpe ist anwendbar für flüssige und gasförmige Medien einschließlich Feststoffsuspensionen und zwar zur Druckerhöhung sowie zur Förderung der genannten Medien, zu deren Umwälzung oder auch Dosierung, wobei gefährliche oder aggressive Eigenschaften dieser Medien toleriert werden können.

Die Erfindung wurde ermöglicht durch die inzwischen sehr weit gediehene Entwicklung ferromagnetischer Flüssigkeiten (auch als „Ferrofloido" bezeichnet), d. h. stabiler Suspensionen ferromagnetischer Feststoffe in einer Flüssigkeit. Einen sehr guten Überblick über den Entwicklungsstand dieser Stoffe gibt das thematische Heft MAG-16 (März 1980) der Zeitschrift „IEEE Transactions on Magnetics".

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Am bekanntesten und am weitesten verbreitet sind Pumpen, bei denen entsprechend gestaltete Maschinenelemente das Medium durch Verdrängung fördern bzw. dessen Druck erhöhen (Kolbenpumpen, Membranpumpen, Zahnradpumpen). Weit verbreitet sind auch Kreiselpumpen, bei denen ein Laufrad dem Medium kinetische Energie überträgt, die in einer nachgeordneten Baugruppe (Diffusor) in statischen Druck und damit in Förderleistung umgewandelt wird. Allen diesen Pumpen ist als Nachteil gemeinsam: schlechter Wirkungsgrad infolge mehrfacher Energiewandlung und Festkörperreibung, Berührung vieler Maschinenelemente mit dem zu fördernden Medium, das aggressiv oder auf anderen Art gefährlich sein kann, komplizierter Aufbau und entsprechend häufige und komplizierte Wartungs- und Reparaturarbeiten, Geräuschbildung. Diese Nachteile werden zumindest teilweise durch Pumpen beseitigt, bei denen nicht ein Festkörper-Maschinenelement die Förderung bzw. Druckerhöhung bewirkt, sondern ein gasförmiges oder flüssiges Hilfsmedium (Druckluft-, Gas- oder Wasserstrahlpumpen). Sie versagen, wenn ein Kontakt zwischen dem Hilts- und dem zu fördernden Mediums unerwünscht ist, wie bspw. in der chemischen Industrie.

Schließlich gibt es in Gestalt der elektromagnetischen Pumpen eine technische Lösung, wo ein Magnetfeld und ein elektrischer Strom direkt, ohne jegliche Energiewandlung die Förderung des Mediums bewirken. Ihr Wirkungsgrad müßte also sehr gut sein. Ihre praktische Anwendung ist aber auf elektrisch leitfähige Flüssigkeiten beschränkt (bspw. flüssiges Natrium im Kühlkreislauf von Kernkraftwerken) und eine Verschlechterung des volkswirtschaftlichen Gesamtwirkungsgrades ist dadurch zu erwarten, daß Elektroenergie in der Form extrem niedrige Spannung und extrem hoher Strom benötigt wird, die im gegenwärtigen Energieverteüungssystem recht ungewöhnlich ist und ggf. mehrfache Energiewandlungen vom Typ elektrisch/elektrisch erfordert. (Der bisher beschriebene Stand der Technik ist übersichtlich zusammenge'.aßt in Meyers Neues Lexikon Bd. 11, Leipzig 1975, S. 243-245.)

Es sind auch verschiedene Anwendungen ferromagnetischer Flüssigkeiten in Pumpen bekannt, aber sämtliche in anderer Funktion als bei der Erfindung und stets in Verbindung mit den o.e. Maschinenelementen, die ihrerseits Kontakt mit dem zu pumpenden Medium haben. Man kann also von einem regelrechten Versagen der Fachwelt sprechen, die den erfinderischen Schritt nicht ging, diese Maschinenelemente ganz durch die ferromagnetische Flüssigkeit zu ersetzen. So ist es bekannt, Verdrängerkolben von Pumpen durch ferromagnetische Flüssigkeit anzutreiben (SU 505819; US 4129795), eine Schlauchpumpe von außen durch ferromagnetische Flüssigkeiten anzutreiben, wobei zugleich auch noch Ventilfunktionen erfüllt werden (US 4053952) oder schließlich eine Kreiselpumpe an ihrem Umfang mittels ferromagnotischer Flüssigkeiten gesteuert mit einem Antrieb zu kuppeln (US 4050851 entsprechend DE 2645305). Kinematisch zeigt die Erfindung Berührungspunkte mit den oszillierenden Freikolbenmaschinen. So ist ein Freikolbenzweitaktmotor mit abgestuftem Kolben und anschließender integrierter Kompressor-Arbeitskammer bekannt (DE 3029287 V Nachteilig ist hierbei der Fertigungsaufwand zur Einhaltung der Toleranzen von abgestuftem Zylinder und Kolben sowie die Beschränkung auf Energieträger für Verbrennungsmotoren.

Es sind aber auch elektromagnetisch angetriebene Freikolbenpumpen bekennt (DE 2757594; DE 3027539), bei denen aber die Werkstoffpaarung fester ferromagnetischer Kolben/unmagnetischer Zylinder Verschleißprobleme aufwirft und überdies die

zuletztgenannte Ausführung gegenüber dor erfindungsgemäßen bei gleicher Hubraumausnutzung die doppelte Anzahl Ventile erfordert.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Überwindung der vielfachen geschilderten Mängel des umfangreichen Standes der Technik mit einfachen, für alle Anwendungsfälle geeigneten Mitteln.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine magnetische Pumpe zu schaffen, bei der eine ferromagnetische Flüssigkeit anstelle der üblichen Maschinenelemente oder Medien zur Übertragung der Energie auf das zu pumpende Medium dient, wozu sie ausreichende Kohäsion gegen Durchdringung seitens des zu pumpenden Mediums bei ausreichender Flexibilität zur Erzielung einer Abdichtwirkung aufgeprägt bekommen muß.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe unter Verwendung ferromagnetischor Flüssigkeit, die unter Einwirkung eines Magnetfeldes erstarrt, dadurch gelöst, daß in einem geschlossenen Hohlzylinder mit zwei Einlassen in der Nähe der Mitte einer Mantellinie und r.«vt I Auslässen mit Rückschlagklappen an den Enden einer Mantellinie ein Pfropfen aus ferromagnetischer Flüssigkeit durch ein festes Dauermagnetsystem und eine Spule zur Erzeugung eines ortsveränderlichen, gegenüber denjenigen des Dauermagnetsystems stärkeren Magnetfeldes verfestig- und bewegbar ist.

Es ist zweckmäßig, wenn innerhalb des Pfropfens ein ferromagnetischer Kern aus festem Werkstoff angeordnet ist

Weiter kann es zweckmäßig sein, wenn dieser Kern hohl ist, wodurch die Beschleunigungsenergie bei Bewegungsumkehr reduziert wird.

Ausführungsbeispiel Diese Ausführungsform der Erfindung arbeitet mit einem Propfen 1 aus ferromagnetischer Flüssigkeit und zeigt Ähnlichkeiten

mit der Doppelhubpumpe. Zur Funktion, die nachstehend in 5 Phasen dargestellt wird, sind Rückschlagklappen 8 unbedingt erforderlich.

1. Der Pfropfen 1 befindet sich in Stellung A und verschließt die Einlaßöffnung 3.2 sowie die Auslaßöffnung 4.1.

2. Das zu fördernde Medium fließt durch die Einlaßöffnung 3.1 in den Hohlzylinder 2.

3. Der Pfropfen 1 bewegt sich ebenfalls gesteuert durch die CCD-Schaltung 7 in die gestrichelt dargestellte Stellung B.

4. Das Medium wird durch die Auslaßöffnung 4.2 gedrückt. Gleichzeitig fließt neu6S Medium durch die Einflußöffnung 3.2 in den Hohlzylinder 2.

5. Der Pfropfen 1 bewegt sich wieder in die Stellung A zurück u.s.f.

Als ferromagnetische Flüssigkeit hat sich eine koloidale Suspension mit über 50Ma.-% Permalloy (22% Fe, 78% Ni) bewährt

Die elektronische Steuerung der Pumpe erfolgt zweckmäßigerweise unter Anwendung einer mikroelektronischen CCD-Schaltung 7.

Zur Optimierung der Kohäsion des Pfropfens 1 aus magnetischer Flüssigkeit unter Einwirkung der fortschaitbaren Spule 6 bzw. bei Stromabschaltung des festen Dauermagnetsystems 5 sowie zur Reduzierung des nichtlinear mit der geforderten Feldstärke und damit mit den geometrischen Abmessungen der Pumpe steigenden Aufwandes zur Erzeugung der Feldstärke, kann die magnetische Flüssigkeit gewissermaßen als Feldkonzentrator einen nicht dargestellten ferromagnetischen Kern aus festem Werkstoff (bspw. Ferrit) umschließen. Die Abgrenzung zu einer bloßen Abdichtung mittels ferromagnetischer Flüssigkeit liegt im vollständigen Einschluß des genannten Kerns.

Zur Herabsetzung der Beschleunigungsenergie kann der Kern hohl ausgeführt werden,.wobei die Wandstärke vorrangig durch die technologische Herstellbarkeit vorgegeben ist.

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   Ί. Magnetische Pumpe unter Verwendung ferromagnetischer Flüssigkeit, die unter Einwirkung eines Magnetfeldes erstarrt., dadurch gekennzeichnet, daß in einem geschlossenen Hohlzylinder (2) mit zwei Einlassen (3.1; 3.2) in der Nähe der Mitte einer Mantellinie und zwei Auslässen (4.1; 4.2) mit Rückschlagklappen (8) an den Enden einer Mantellinie ein Pfropfen (Daus ferromagnetiscner Flüssigkeit durch ein festes Dauermagnetsystem (5) und eine Spule (6) zur Erzeugung eines ortsveränderlichen, gegenüber demjenigen des Dauermagnetsystems (5) stärkeren Magnetfeldes verfestig- und bewegbar ist.
2. 2. Magnetische Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Pfropfens (1) ein ferromagnetischer Kern angeordnet ist.
3. 3. Magnetische Pumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der ferromagnetische Kern hohl ist.