DE29821022U1 - Linear angetriebene Pumpe - Google Patents

Description

Linear angetriebene Pumpe

Die vorliegende Erfindung betrifft eine linear angetriebene Pumpe zum Pumpen eines Mediums, mit einem bewegbaren Pumpelement, einer Erregerspule und einer elektronischen Ansteuervorrichtung, wobei ein Spannungssignal durch die Ansteuervorrichtung an die Erregerspule angelegt wird und das resultierende Magnetfeld der Erregerspule eine Bewegung des Pumpelements hervorruft, wodurch eine Fließbewegung des Mediums erzeugt wird.

Derartige linear angetriebene Pumpen sind beispielsweise als Schwingkolbenpumpen, Schwingmembranpumpen oder dergleichen bekannt. Bei solchen linear angetriebenen Pumpen wird durch Anlegen einer Spannung an die Erregerspule ein Magnetfeld aufgebaut, welches das Pumpelement, das sich innerhalb der Erregerspule befindet, gegen eine Vorspanneinrichtung bewegt. Bei einer Schwingkolbenpumpe ist das Pumpelement ein Schwingkolben und bei einer Schwingmembranpumpe ist das Pumpelement eine Schwingmembran. Das Vorspannelement kann beispielsweise eine Feder oder dergleichen sein. Durch die mittels des Magnetfeldes hervorgerufene Bewegung des Pumpelementes wird die Vorspanneinrichtung gespannt. Wird nunmehr die Spannung der Erregerspule abgeschaltet, baut sich das Magnetfeld ab und das Pumpelement wird durch die Vorspannkraft der Vorspanneinrichtung wieder in seine Ausgangslage gedrückt. Durch ein in dem Pumpelement angeordnetes Saugventil und ein auf der Druckseite der Pumpe angeordnetes Druckventil entsteht bei dieser Pumpelementsbewegung ein Fluß des zu pumpenden Mediums.

Bekannte linear angetriebene Pumpen werden entweder mit Wechselstrom oder mit getaktetem Gleichstrom betrieben. Das bedeutet, daß die Ansteuervorrichtung einen Wechselstrom oder einen getakteten Gleichstrom in Form eines Spannungssignales an die Erregerspule anlegt, die daraufhin ein resultierendes Magnetfeld erzeugt. Bei Wechselstrom- bzw. Wechselspannungsbetrieb wird eine Wechselspannung, wie sie beispielsweise in Figur 4 als Sinuswelle dargestellt ist, beispielsweise mit Hilfe einer Diode abgeschnitten. Dabei wird eine Hälfte der Wechselspannung unterdrückt, wie in Figur 5 dargestellt ist, so daß nur noch eine Halbwelle übrig bleibt. Diese Halbwellen werden in der Ansteuervorrichtung erzeugt und an die Erregerspule angelegt, die ein entsprechendes Magnetfeld erzeugt. Im Gleichstrom- bzw. Gleichspannungsbetrieb wird in der Ansteuervorrichtung eine entsprechend getaktete Gleichspannung erzeugt, wie sie beispielsweise in Figur 6 dargestellt ist. Die getaktete Gleichspannung hat auch hier die Form von Halbwellen, wobei jede Halbwelle im wesentlichen einen Rechteckverlauf aufweist, wie in Figur 6 gezeigt ist. Sowohl im Wechselspannungsbetrieb als auch im getakteten Gleichspannungsbetrieb wird jeweils eine gesamte Halbwelle zur Erregung

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der Erregerspule und zur Erzeugung des resultierenden Magnetfeldes bereitgestellt, so daß wesentlich mehr Energie bereitgestellt wird, als für die Bewegung des Pumpelementes tatsächlich notwendig ist. Diese unnötige überschüssige Energie führt zu einer unerwünschten Erwärmung der Pumpe.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist somit, eine linear angetriebene Pumpe zum Pumpen eines Mediums bereitzustellen, mit einem bewegbaren Pumpelement, einer Erregerspule und einer elektronischen Ansteuervorrichtung, wobei ein Spannungssignal durch die Ansteuervorrichtung an die Erregerspule angelegt wird und das resultierende Magnetfeld der Erregerspule eine Bewegung des Pumpelementes hervorruft, wodurch eine Fließbewegung des Mediums erzeugt wird, bei der bei gleichbleibender Förderleistung in jedem beliebigen Arbeitspunkt eine deutlich reduzierte elektrische Aufnahmeleistung und die Vermeidung einer unnötigen Erwärmung gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird durch eine linear angetriebene Pumpe zum Pumpen eines Mediums gemäß Anspruch 1 gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, daß das von der Ansteuervorrichtung erzeugte Spannungssignal aus Spannungspulsen besteht. Im Vergleich zur Bereitstellung eines Spannungssignales aus Halbwellen gewährleistet ein Spannungssignal aus Spannungspulsen, daß zur Erregung der Spule und zur Erzeugung des resultierenden Magnetfeldes nur soviel Leistung bereitgestellt wird, wie zur Bewegung des Pumpelementes tatsächlich notwendig ist. Da das erfindungsgemäße Spannungssignal aus Spannungspulsen zu wesentlich kürzeren Bestromungsintervallen der Erregerspule als im Stand der Technik führt, kann bei gleichbleibender Förderleistung in jedem beliebigen Arbeitspunkt eine deutlich reduzierte elektrische Aufnahmeleistung verwirklicht werden. Da im Stand der Technik nur ein kleiner Teil der bereitgestellten Anregungsleistung für die Bewegung des Pumpelementes notwendig ist, wird der größere verbleibende Teil der Leistung in Wärme umgesetzt. Auch dieser Nachteil wird durch das erfindungsgemäße Spannungssignal aus Spannungspulsen vermieden, da die Spannungspulse beispielsweise durch eine Pulsweitenmodulation dergestalt optimiert werden können, daß nur soviel Leistung zum Erregen der Erregerspule bereitgestellt wird, wie tatsächlich zum Bewegen des Pumpelementes notwendig ist.

Vorteilhafterweise ist das Spannungssignal ein Gleichspannungssignal. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das Pumpelement durch eine Vorspanneinrichtung vorspannbar ist und die Spannungspulse dergestalt eingestellt sind, daß jeder Spannungspuls nur solange ein Magnetfeld mittels der Erregerspule erzeugt, wie zum Vorspannen des Pumpelementes notwendig ist. Für bestimmte Anwendungen kann es vorteilhaft sein, wenn die Ansteuervorrichtung fest mit der Pumpe verbunden ist. Alternativ dazu gibt es

Anwendungen, bei denen es von Vorteil ist, wenn die Ansteuervorrichtung lösbar mit der Pumpe verbunden ist. Die erfindungsgemäße linear angetriebene Pumpe kann beispielsweise eine Schwingkolbenpumpe sein, wobei das Pumpelement in diesem Fall ein Schwingkolben ist. Weiterhin kann die erfindungsgemäße linear angetriebene Pumpe beispielsweise eine Schwingmembranpumpe sein, wobei in diesem Fall das Pumpelement eine Schwingmembran ist.

Die vorliegende Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen 10

Figur 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen linear angetriebenen Pumpe in Form einer Schwingkolbenpumpe,

Figur 2 die in Figur 1 dargestellte Schwingkolbenpumpe im Saugzustand mit vorgespanntem Schwingkolben,

Figur 3 die in Figur 1 dargestellte Schwingkolbenpumpe im Pumpzustand mit sich in Ruheposition befindendem Schwingkolben,

Figur 4 ein Diagramm einer Wechselspannung in Form einer Sinuswelle,

Figur 5 ein Diagramm der in Figur 4 gezeigten Wechselspannung mit abgeschnittenen negativen Halbwellen,

Figur 6 ein Diagramm einer getakteten Gleichspannung mit positiven Halbwellen in Form von Rechtecken, und

Figur 7 ein Diagramm eines erfindungsgemäßen Spannungssignales aus Spannungspulsen.

Figur 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Schwingkolbenpumpe 1. Die Schwingkolbenpumpe 1 umfaßt einen bewegbaren Schwingkolben 2, der entlang einer Längsachse der Schwingkolbenpumpe 1 innerhalb einer Hülse 14 bewegbar ist. Die Hülse 14 und die gesamte Schwingkolbenpumpe 1 hat eine im wesentlichen zylindrische Form, wobei die Hülse 14 von einer Erregerspule 3 umgeben ist. Auf der Saugseite 7 der Schwingkolbenpumpe 1, d. h. auf derjenigen Seite, auf der das zu pumpende Medium angesaugt wird, ist ein Einsatz 10 in die Buchse 9 eingeschraubt. Auf der Saugseite der Buchse 9 ist eine Vorspanneinrichtung in Form einer Feder 6 innerhalb der Hülse 14 vorgesehen, die sich beispielsweise über ein Zwischenelement,

wie in Figur 1 dargestellt ist, an einem Innenanschlag des Einsatzes 10 abstützt und den ebenfalls innerhalb der Hülse 14 angeordneten Schwingkolben 2 in seine Ruheposition in Richtung der Pumpseite 8 vorspannt.

Wie in der Figur 1 zu sehen ist, wird das Medium, das auf der Saugseite 7 von der Schwingkolbenpumpe 1 angesaugt wird und auf der Pumpseite 8 ausgestoßen wird, durch entsprechende Innenbohrungen des Einsatzes 10, der Feder 6, des Schwingkolbens 2 und der restlichen Elemente geleitet. An dem der Druckseite 8 zugewandten Ende des Schwingkolbens 2 ist ein Saugventil 4 angeordnet, das beispielsweise, wie in Figur 1 dargestellt ist, die Form eines konischen Pfropfens haben kann, der die Innenbohrung des Schwingkolbens 2 in der Ruheposition des Schwingkolbens 2, die der Pumpposition der Schwingkolbenpumpe 1 entspricht, verschließt. Der Pfropfen des Saugventiles 4 ist gegen die Spannung einer Feder in Richtung der Druckseite 8 bewegbar.

Auf der Druckseite 8 ist ein Zwischenelement 12 in die Hülse 9 eingeschraubt, in das wiederum ein Einsatz 11 eingeschraubt ist. Dasjenige Ende der Hülse 2, an dem das Saugventil 4 angeordnet ist, ragt in die Innenbohrung des Zwischenelementes 12 hinein. Zwischen dem Zwischenelement 12 und dem Einsatz 11 auf der Druckseite 8 der Schwingkolbenpumpe 1 ist ein Druckelement festgelegt, daß ein Druckventil 5 aufweist. Das Druckventil 5 besteht, ähnlich wie das Saugventil 4, aus einem konisch zulaufenden Prop fen, der die Innenbohrung des Druckelementes verschließt und gegen die Spannung einer Feder in Richtung des Pumpendes 8 durch Druckbeaufschlagung bewegbar ist. Der Pfeil in der Bohrung des Einsatzes 11 auf der Druckseite 8 gibt die Fließrichtung des zu pumpenden Mediums an.

An der Erregerspule 3 ist eine Ansteuervorrichtung 13 angeordnet, die die Erregerspule 3 gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem Spannungssignal ansteuert, wie es beispielsweise in Figur 7 dargestellt ist. Durch die Spannungspulse des von der Ansteuervorrichtung 13 erzeugten und der Erregerspule 3 zugeführten Spannungssignales wird von der Erregerspule 3 ein Magnetfeld aufgebaut, durch das der Schwingkolben 2 gegen die Vorspannung der Feder 6 zur Saugseite 7 bewegt wird. Der Schwingkolben 2 besteht dabei vorteilhafterweise aus einem magnetisierbaren Material. Die Höhe und die Länge der Spannungspulse des Spannungssignales, wie es beispielsweise in Figur 7 dargestellt ist, sind dabei dergestalt optimiert, daß die Stärke und die Dauer des von der Erregerspule 3 erzeugten Magnetfeldes gerade ausreichen, das Pumpelement 2 gegen die Vorspannung der Feder 6 in seine Saugposition zu bewegen, die in Figur 2 dargestellt ist.

In dem in Figur 7 dargestellten Beispiel eines erfindungsgemäßen Spannungssignales haben die mit durchgezogenen Linien dargestellten Spannungspulse ca. eine Länge von &pgr;/4. Die als mögliche Alternative mit gestrichelten Linien dargestellten Spannungspulse haben die gleiche Höhe, sind jedoch etwas langer. Damit soll angedeutet werden, daß die Dauer der Spannungspulse des von der Ansteuervorrichtung 13 erzeugten Spannungssignales hinsichtlich einer optimalen elektrischen Leistungsaufnahme der erfindungsgemäßen Pumpe optimiert werden können, so daß die von der Ansteuervorrichtung 13 erzeugte Ansteuerleistung gerade zum Bewegen des Schwingkolbens 2 in die Saugposition ausreicht und keine überflüssige Wärme erzeugt wird. Selbstverständlich kann auch die Größe der von der Ansteuervorrichtung 13 erzeugten Spannungspulse entsprechend optimiert werden. Weiterhin haben die in Figur 7 gezeigten Spannungspulse des erfindungsgemäßen Spannungssignales eine im wesentlichen rechteckige Form. Es sind jedoch auch andere entsprechend an die jeweiligen Erfordernisse angepaßten Pulssignalformen verwendbar.

Durch jeden der Spannungspulse von der Ansteuervorrichtung 13 wird die Erregerspule 3 erregt und erzeugt in ihrem Inneren ein entsprechendes Magnetfeld, durch das der Schwingkolben 2 entgegen der Spannung der Feder 6 zur Saugseite 7 hin bewegt wird. Diese Situation ist in Figur 2 dargestellt. Durch die Punkte und die Pfeile in den Bohrungen der jeweiligen Elemente ist das zu pumpende Medium und dessen Fließbewegung dargestellt. Durch die Bewegung des Schwingkolbens 2 zur Saugseite 7 entsteht durch das zu pumpende Medium ein Druck auf den Pfropfen des Saugventiles 4, durch den dieser gegen die ihm zugeordnete Feder in Richtung zur Druckseite 8 gedrückt wird und die Innenbohrung des Schwingkolbens 2 öffnet, so daß das zu pumpende Medium von der Saugseite 7 durch den Einsatz 10, die Feder 6, den Schwingkolben 2 und das Saugventil 4 in die Innenbohrung des Zwischenelementes 12 bis zum verschlossenen Druckventil 5 fließen kann. Da erfindungsgemäß die Spannungspulse des an die Erregerspule 3 angelegten Spannungssignales dahingehend optimiert sind, daß der Schwingkolben 2 zur Saugseite 7 hin bewegt wird, schaltet sich mit dem Ende des jeweiligen Spannungspulses das von der Erregerspule 3 erzeugte Magnetfeld ab und der Schwingkolben 2 wird durch die Feder 6 in Richtung zur Pumpseite 8 bewegt. Diese Situation ist in Figur 3 dargestellt. Am saugseitigen Umkehrpunkt der Bewegung des Kolbens 2 läßt der Druck auf den Propfen des Saugventiles 4 nach, der durch die Spannung der ihm zugeordneten Feder zur Saugseite hin bewegt wird und die Innenbohrung des Schwingkolbens 2 verschließt. Da jedoch der gesamte Schwingkolben 2 zur Pumpseite 8 hin bewegt wird, wird das sich zwischen dem Schwingkolben 2 und dem Druckventil 5 befindende Medium zusammengedrückt, wodurch der Druck auf den Pfropfen des Druckventiles 5 erhöht wird und dieser gegen die Spannung der ihm zugeordneten Feder zur Pumpseite 8 gedrückt wird und die

Innenbohrung des Druckelementes zwischen dem Zwischenelement 12 und dem Einsatz 11 freigibt, so daß das Medium durch die Innenbohrung des Einsatzes 11 zur Druckseite 8 abfließen kann. Sind die Druckverhältnisse wieder ausgeglichen, so verschließt sich das Druckventil 5 wieder, woraufhin der Schwingkolben 2 durch das durch den nächsten Spannungspuls erzeugte Magnetfeld wieder zur Saugseite 7 bewegt wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Erregerspule 3 durch die Ansteuervorrichtung 13 mittels des aus Spannungspulsen bestehenden Spannungssignäles jeweils nur solange mit Spannung beaufschlagt, bis durch das von der Erregerspule 3 erzeugte Magnetfeld der Schwingkolben 2 gegen den Druck der Feder 6 zur Saugseite hin bewegt ist. Da die Größe und die Länge der von der Ansteuervorrichtung 13 erzeugten Spannungspulse somit an die jeweiligen Erfordernisse, wie z. B. die Größe der verwendeten Pumpe, angepaßt werden können, wird keine überflüssige Leistung erzeugt, die zu einer Erwärmung der Pumpe führt. Weiterhin kann bei gleichbleibender Förderleistung in jedem beliebigen Arbeitspunkt eine deutlich reduzierte elektrische Aufnahmeleistung erzielt werden. Andererseits kann bei gleichbleibender elektrischer Aufnahmeleistung und bei gleichbleibender Baugröße der entsprechenden Pumpe eine größere Förderleistung in jedem beliebigen Arbeitspunkt realisiert werden, da die Spannungspulse schneller aufeinanderfolgen können, als bei den im Stand der Technik verwendeten Halbwellen.

Claims (7)

7 Ansprüche

1. Linearangetriebene Pumpe (1) zum Pumpen eines Mediums, mit

einem bewegbaren Pumpelement (2), einer Erregerspule (3) und einer elektronischen Ansteuervorrichtung (13), wobei ein Spannungssignal durch die Ansteuervorrichtung (13) an die Erregerspule (3) angelegt wird und das resultierende Magnetfeld der Erregerspule (3) eine Bewegung des Pumpelementes (2) hervorruft, wodurch eine Fließbewegung des Mediums erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das von der Ansteuervorrichtung (13) erzeugte Spannungssignal aus Spannungspulsen besteht.

2. Linearangetriebene Pumpe (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannungssignal ein Gleichspannungssignal ist.

3. Linearangetriebene Pumpe (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpelement (3) durch eine Vorspanneinrichtung (6) vorgespannt ist und die Spannungspulse dergestalt eingestellt sind, daß jeder Spannungspuls nur so lange ein Magnetfeld mittels der Erregerspule (3) erzeugt, wie zum Bewegen des Pumpelementes (2) gegen die Vorspanneinrichtung (6) notwendig ist.

4. Linearangetriebene Pumpe (1) gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuervorrichtung (13) fest mit der Pumpe (1) verbunden ist.

5. Linearangetriebene Pumpe gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuervorrichtung (13) lösbar mit der Pumpe (1) verbunden ist.

6. Linearangetriebene Pumpe gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,

daß das Pumpelement (2) ein Schwingkolben ist. 35

7. Linearangetriebene Pumpe gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpelement (2) eine Schwingmembran ist.