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Elektromagnetischer Schwingankermotor einer elektromagnetischen Pumpe
Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Motor einer elektromagnetischen
Pumpe mit einem Hohlzylinder aus nichtmagnetisierbarem Material, in dem als Schwinganker
ein Kolben aus magnetisierbarem Material gleitbar entgegen der Wirkung einer Feder
angeordnet ist. Bei diesem Motor ist ein den Zylinder und den Kolben umschließender,
bei Erregung den Kolben entgegen der Kraft der Feder bewegender Elektromagnet vorgesehen.
Die Erregung dieses Elektromagneten wird durch einen Permanentmagneten, gesteuert,
dessen Kraftlinien senkrecht zur Zylinderachse verlauf-en. Der Permanentmagnet ist
auf einem Träger aus nichtmagnetisierbarem Material angeordnet. Dieser Träger ist
um eine zur Zylinderachse senkrechte Achse schwenkbar gelagert, um für die Auslösung
der Umsteuerung erforderliche Bewegungen durchzuführen. Ein Pumpengehäuse aus magnetisierbarem
Material umschließt sowohl den Zylinder als auch den Elektromagneten sowie alle
Steuerorgane.
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Bei derartigen bekannten Ausführungen müssen besondere Mittel vorgesehen
werden, um einen ruckartigen Übergang des schwenkbar angeordneten Permanentmagneten
aus einer Stellung in die andere Stellung zu erreichen. Es ist bekannt, zu diesem
Zweck einen besonderen, von dem Hauptteil des Kolbens durch einen ringförmigen Spalt
getrennten Teil vorzusehen. Die Pole des Permanentmagneten wirken hierbei sowohl
mit diesem durch den ringförmigen Spalt abgesetzten Teil als auch dem Hauptteil
des Pumpenkolbens zusammen. Die Bewegung des Steuermechanismus hängt von der Lage
der durch den Spalt abgesetzten Teile und der Lage des in den Bereich des schwenkbaren
Magneten kommenden Teiles des Kolbens ab. Eine ruckartige Bewegung der Steuervorrichtung
läßt sich mit dieser Anordnung nicht erreichen, da der durch einen Spalt vom Kolben
abgesetzte Teil sich dem schwenkbaren Permanentmagneten nähert oder sich von ihm
entfernt, je nachdem sich der Kolben vom Magneten entfernt oder sich ihm nähert.
Hiermit ergibt sich eine Begrenzung der Pumpenleistung dadurch, daß der Kolbenhub
etwa gleich der Breite der Polschuhe des Permanentmagneten, vermindert um die Breite
des zwischen dem Kolben und dem abgesetzten Teil vorgesehenen Spaltes, bemessen
wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten
Anordnung zu beseitigen und bei einfachem Aufbau der Schaltorgane unter Verminderung
von dem Verschleiß unterworfenen Teilen eine Pumpe mit größerer Leistungsfähigkeit
bei gleichen Gesamtabmessungen zu schaffen.
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Erfindungsgemäß wird die Schwenkbewegung des Permanentmagneten durch
Veränderung der magnetischen Widerstände zweier paralleler Magnetflußwege bewirkt,
von denen sich der eine vom Permanentmagneten aus durch das Pumpengehäuse und der
andere vom Permanentmagneten aus durch den Kolben schließt, wenn dieser in die Nähe
des Permanentmagneten kommt.
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Der schwenkbare Träger trägt an einem Arm den Permanentmagneten und
an einem anderen Arm ein Gewicht, das den schwenkbaren Träger in bezug auf seine
Achse ausbalanciert. Durch diese Ausführung führt der Permanentmagnet eine Bewegung
in Richtung auf den Hohlzylinder oder das Pumpengehäuse aus.
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Der schwenkbare Träger ist in einer bevorzugten Ausführungsform ferner
mit einem Anschlag aus nichtmagnetisierbarem Material versehen; der die Bewegung
des Permanentmagneten gegen das Gehäuse hin begrenzt.
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Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung in
Verbindung mit den Zeichnungen, in denen darstellt Fig. 1 einen senkrechten, im
wesentlichen durch die Mittellängsachse einer elektromagnetischen Pumpe gelegten
Schnitt, Fig. 2 einen Schnitt im wesentlichen nach Linie 2-2 der Fig. 1, Fig.3 einen
Schnitt ähnlich der Fig.2 zur Darstellung der Lage und des Magnetflusses des Permanentmagneten,
wenn der Kolben aus dem Bereich seines Magnetflusses herausgezogen ist.
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In Fig. 1 der Zeichnung ist ein Hohlzylinder 1 aus nichtmagnetisierbarem
Material dargestellt, in dem
ein hohler Kolben 2 aus magnetisierbarem
Material gleitbar angeordnet ist. Eine Feder 3 hält normalerweise den Kolben 2 in
seiner oberen Stellung entgegen der Wirkung einer Pufferfeder 4, und eine Vorrichtung
ist vorgesehen., um den Kolben nach abwärts zu ziehen. Diese Vorrichtung weist einen
Elektromagneten auf, der den Zylinder 1 umschließt und eine Erregerspule 5 und scheibenförmige
Polstücke 6 und 7 besitzt, die fest in einem zylindrischen Pumpengehäuse 8 aus magnetisierbarem
Material angeordnet sind.
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Eine Vorrichtung ist vorgesehen, um periodisch den Elektromagneten
zu erregen und auf diese Weise eine Hin- und Herbewegung des Kolbens 2 zu bewirken.
Diese Vorrichtung weist eine Batterie 9 auf, die bei 11 geerdet und über einen Schalter
12 und eine Leitung 13 mit einer Klemme 14 der Erregerspule 5 des Elektromagneten
verbunden ist. Die gegenüberliegende Klemme 15 der Erregerspule ist durch eine Leitung
16 mit einem Kontaktstück 17 verbunden, das fest auf dem Polschuh 7 angeordnet ist,
von ihm aber, wie bei 18 angedeutet, isoliert ist. Ein bewegbares Kontaktstück 19
ist auf einem Feder-Blatt 21 angeordnet, das auf einem schwenkbaren Träger 22 aus
nichtmagnetisierbarem, elektrisch leitendem Material befestigt ist, wobei dieser
Träger auf dem Polschuh 7 angeordnet und um die Achse 23 drehbar gelagert ist, um
das Kontaktstück 19 in und außer Berührung mit dem festen Kontaktstück 17 zu bringen.
Der schwenkbare Träger 22 ist bei 24 geerdet, um den elektrischen Kreis zu schließen.
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Ein kleiner Permanentmagnet 25 ist an' einem Arm des Trägers 22 angeordnet
und paßt sich ungefähr, wie am besten aus Fig. 2 zu ersehen ist, dem Außenumfang
des Zylinders 1 an. Dieser Permanentmagnet bewegt sich auf den Zylinder zu und von
dem Zylinder weg, je nachdem wie der schwenkbare Träger 22 um seine Achse 23 schwingt.
Der Permanentmagnet 25 ist so magnetisiert, daß die Linien seines Magnetflusses
in Ebenen verlaufen, die senkrecht zu der Achse des Zylinders 1 liegen. Mit anderen
Worten durchdringen die magnetischen Kraftlinien, wenn der Permanentmagnet in die
Nähe des Zylinders kommt, teilweise den Zylinder, wie in Fig. 2 gezeigt ist. Ein
Teil des Flusses des Magneten durchdringt auch den angrenzenden Teil des Pumpengehäuses
8, das so einen Parallelweg für den Fluß liefert, wie in Fig. 3 gezeigt ist, wobei
die Flußdichte in den beiden parallelen Zweigen vom Verhältnis der Luftspalte in
den beiden Zweigen abhängt.
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Wenn der Kolben 2 in der Nähe des oberen Endes seines Hubes ist, tritt
er in den Bereich des Flusses des Permanentmagneten 25 und liefert einen Weg von
verhältnismäßig niedrigem magnetischem Widerstand für diesen Fluß. Der Magnet wird
infolgedessen kräftig auf den Kolben zu angezogen und schwenkt den Träger 22 um
seine Achse 23, wodurch das Kontaktstück 19 mit dem Kontaktstück 17 in Berührung
gebracht wird; und zwar bevor der Magnet an dem Zylinder 1 anliegt. Die sich als
Folge hiervon ergebende Erregung des Elektromagneten zieht den Kolben 2 entgegen
der Kraftwirkung der Feder 3 abwärts, bis der Kolben den Bereich des Einflusses
des Permanentmagneten 25 verläßt, wodurch der magnetische Widerstand für den permanentmagnetischen
Fluß durch den Zylinder 1 hindurch beträchtlich vergrößert wird. Es wird so bewirkt,
daß der größere Teil dieses Flusses durch den parallel geschalteten Weg über den
angrenzenden Teil des Gehäuses 8 tritt, wodurch der Permanentmagnet nachdem Gehäuse
hin angezogen wird, indem der Träger 22 in Fig. 1 im Sinne des Uhrzeigers herumgeschwenkt
wird und indem die Berührung der Kontaktstücke 19 und 17 aufgehoben wird. Die Bewegung
des schwenkbaren Trägers im Sinne des Uhrzeigers wird durch einen auf dem Träger
ausgebildeten Anschlag 26 aus nichtmagnetisierbarem Material begrenzt, der derart
angeordnet ist, daß er an ein Trennwandglied 20 aus nichtmagnetisierbarem Material
anschlägt und dadurch einen genügenden Luftspalt zwischen dem Permanentmagneten
25 und dem Gehäuse 8 aufrechterhält, um sicherzustellen, daß der Magnet nach dem
Zylinder 1 hin zurückgezogen wird, wenn der Kolben 2 in seine obere Stellung zurückkehrt.
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Der scheibenförmige Polschuh 7 weist an seinem Außenumfang einen Einschnitt
27 auf, durch den der ein Gegengewicht 29 tragende Arm 28 des schwenkbaren Trägers
22 hindurchragt. Das Gewicht 29 ist derart bemessen und angeordnet, daß es den schwenkbaren
Träger in eine Gleichgewichtslage in bezug auf seine Achse 23 bringt.
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Wie bereits bekannt, trägt der Kolben 2 ein Rückschlagventil 31 an
seinem unteren Ende, und ein zweites Rückschlagventil 32 ist in einem Schalenglied
33 angeordnet, das an dem unteren Polschuh 6 befestigt ist, wodurch bei einer Hin-
und Herbewegung des Kolbens 2 bewirkt wird, daß Flüssigkeit aus der Einlaßkammer
34 des Gehäuses angesaugt und in die Auslaßkammer 35 gefördert wird.
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Es ist leicht zu erkennen, daß die Anordnung der beiden parallel zueinander
geschalteten Magnetflußwege den Permanentmagneten 25, von denen jeder veränderliche
Luftspalte hat, in der Wirkung einem Schnappschalter ähnelt, indem die Bewegung
des schwenkbaren Trägers, die durch das Übergewicht des Magnetflusses in dem einen
oder anderen Wege bewirkt wird, plötzlich vor sich geht. Es ist gefunden worden,
daß es bei dieser Anordnung unnötig ist; bei der Bearbeitung die üblichen engen
Toleranzen zu beachten, die bei Einrichtungen dieser Art allgemein erforderlich
sind, und daß kleinere und demgemäß weniger kostspielige Magneten ausreichen, um
eine zuverlässige Arbeitsweise sicherzustellen.
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Angesichts der Tatsache, daß die Polarität des Permanentmagneten 25
quer zur Achse des Elektromagneten liegt, ist es für die Arbeitsweise des Permanentmagneten
unbeachtlich, ob das obere Ende des Kolbens ein Nordpol oder ein Südpol wird, wenn
die Erregerspule 5 des Elektromagneten erregt wird. Es bedeutet daher keinen Unterschied,
welcher Pol der Batterie 9 geerdet wird. Es ist sogar gefunden worden, daß Pumpen,
die in Übereinstimmung mit der angemeldeten Erfindung ausgeführt sind, ruhig und
wirkungsvoll bei einem Wechselstrom von 60 Hz ohne Überhitzung arbeiten.