Ein Schwingkolbenantrieb mit diesen Merkmalen ist aus der DE-A-41 02 710 bekannt. Bei diesem Schwingkolbenan- trieb nach dem Stand der Technik befinden sich im Zy- linder zwei Federn, von denen sich jeweils eine zwi- schen einer der beiden Stirnseiten des Kolbens und der zugehorigen Stirnseite des Zylinders erstreckt. Dadurch wird erreicht, dass der Kolben im Ruhezustand eine zen- trale axiale Lage einnimmt. Bei einer standigen Bean- spruchung von Spiralfedern ist eine Ermudung des Feder- werkstoffes unvermeidbar. Die Standzeit von Schwingkol- benantrieben nach dem Stand der Technik ist deshalb auf die Lebensdauer des Federwerkstoffes begrenzt.

Der Schwingkolbenantrieb nach der DE-A-41 02 710 ist Bestandteil einer Schwingkolbenpumpe, bei der mindes- tens eine der beiden vom Kolben und vom Zylinder gebil- deten Kammern die Funktion eines Kompressionsraumes hat. In diesem Raum bzw. in diesen Raumen befinden sich die Spiralfedern. Dieses fuhrt zu unerwunschten Totrau- men, wodurch die Pumpwirkung beeintrachtigt ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schwingkolbenantrieb der eingangs genannten Art derart zu verbessern, dass er den Nachteil ermudender Federwerkstoffe nicht mehr hat. Außerdem soll erreicht werden, dass der Antrieb fur den Einsatz bei Schwing- kolbenvakuumpumpen besonders geeignet ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelost, dass statorseitig Permanentmagneten vorgesehen sind und dass der/die Permanentmagnet (en) des Kolbens und die Perma- nentmagneten des Stators so ausgebildet und angeordnet sind, dass der Kolben im Ruhezustand eine im wesentli- chen zentrale axiale Lage einnimmt. Im Ruhezustand, das heißt bei stromlosem Elektromagneten, bewirkt die Uber- lagerung der Magnetfelder, die von den am Kolben und im Stator angebrachten, Permanentmagneten erzeugt werden, dass auf den Kolben Krafte wirken, die diesen axial zentrieren. Dadurch ergibt sich im Ruhezustand eine de- finierte, z. B. mittlere Kolbenlage, die allein auf der Wirkung von Magnetkraften beruht und keiner mechani- schen Zusatzeinrichtungen, wie Federn, bedarf.

Zweckmäßig ist der Kolben mit zwei Permanentmagneten ausgerustet, von denen jeweils einer im Bereich der beiden Stirnseiten des Kolbens angeordnet ist. Jedem dieser kolbenseitigen Permanentmagneten ist jeweils ein statorseitiger Permanentmagnet zugeordnet, und zwar im Bereich der Stirnseiten des Zylinders mit in etwa glei- cher radialer Lage. Sind die Permanentmagneten des Sta- tors zu den korrespondierenden Permanentmagneten des Kolbens in axialer Richtung gegensinnig magnetisiert, dann erzeugen ihre Magnetfelder abstoßende Krafte. Die- se Krafte haben die Wirkung, dass der sich einer Zy- linderstirnseite nahernde Kolben abgebremst und schließlich die Umkehrbewegung des Kolbens eingeleitet wird. Ist die Anordnung insgesamt symmetrisch aufge- baut, und zwar sowohl in Bezug auf ihre Abmessungen als auch in Bezug auf die Starke der Magnetfelder, dann nimmt der Kolben im stromlosen Zustand der Spule des Elektromagneten eine axial mittige Lage ein.

Beim Einsatz des erfindungsgemaen Antriebes in einer Schwingkolbenvakuumpumpe kann ein in axialer Richtung asymmetrischer Aufbau zweckmäßig sein, da die Symme- trieverhaltnisse fur die Kraftkennlinie maßgebend sind. Ist die Belastung der beiden stirnseitig gelegenen Kom- pressionsraume der Pumpe wahrend des Pumpprozesses un- symmetrisch, kann durch einen axial unsymmetrischen Aufbau des Antriebs fur eine angepasste Kraftkennlinie gesorgt werden.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen an Hand von in den Figuren 1 bis 7 schematisch darge- stellten Ausfuhrungsbeispielen erlautert werden.

Es zeigen -Figuren 1 und 2 Schnitte durch zwei Ausfuhrungs- formen eines Schwingkolbenantriebs nach der Erfin- dung, -Figur 3 eine Schwingkolbenvakuumpumpe mit einem Antrieb nach der Erfindung, -Figuren 4 und 5 Ausfuhrungsbeispiele fur Schwing- kolbenvakuumpumpen mit jeweils zwei Kolben und -Figuren 6 und 7 Schaltungsbeispiele.

In den Figuren sind jeweils ein äußeres Gehäuse mit 2, der im Gehause 2 ausgebildete Zylinderraum mit 3, der im Zylinder 3 befindliche Kolben mit 4 und seine Lauf- buchse mit 5 bezeichnet.

Im Gehause untergebrachte Statorbestandteile des elek- tromagnetischen Antriebs sind mindestens eine Spule 8 sowie ein die Spule (n) 8 von drei Seiten umfassendes, im Querschnitt U-formiges, nach innen offenes Polbau- teil 11 (Joch). Weiterhin ist ein rohrabschnitt-formi- ges Polbauteil 12 (Leitjoch) vorgesehen, das sich zwi- schen Spule 8 und Laufbuchse 5 befindet. Schließlich gehoren zum Statorsystem zwei Permanentmagneten 15,16, die sich in den Bereichen der Stirnseiten des Zylinders 3 befinden. Die U-Schenkel des Jochs 11 enden in Hoche dieser Permanentmagneten 15,16.

Kolbenseitige Bestandteile des elektromagnetischen An- triebs sind zwei Permanentmagneten 18,19, die sich in den Bereichen der Stirnseiten des Kolbens 4 befinden.

In radialer Richtung sind den Permanentmagneten 18,19 Polbauteile 21 bis 24 (Figuren 1,2) zugeordnet. Zweck- m'ci3ig sind sie mit diesen Polbauteilen abgedeckt, wobei die stirnseitig befindlichen Abdeckungen 21,24 Be- standteile von Kolbenabdeckscheiben 25,26 sein konnen, die in ihren zentralen Bereichen aus nicht ferromagne- tischem Werkstoff bestehen. Auch der Kolben 4 besteht im ubrigen aus nicht ferromagnetischem Werkstoff.

Der Aufbau der dargestellten Antriebe ist zweckmaig rotationssymmetrisch. Vorteilhaft ist dabei die Ausbil- dung ringfbrmiger Permanentmagneten, und zwar sowohl am Stator (15,16) als auch am Kolben (18,19). Nicht-ro- tationssymmetrische Lösungen waren aufwendiger in Bezug auf ihre Herstellung.

Bei allen dargestellten Ausfuhrungsbeispielen sind je- weils zwei im wesentlichen stirnseitig angeordnete Per- manentmagneten 18,19 am Kolben vorgesehen. Diese konn- ten auch durch einen einstuckigen Permanentmagneten er- setzt werden, der zum Beispiel in Form eines Rohres den Kolben 4 umgibt.

Zweckmäßig weisen die Schwingkolbenantriebe nach den Figuren 1 und 2 Sensorbauteile 31,32 auf, die eben- falls ringförmig ausgebildet sind und von denen jeweils einer im Bereich der beiden Stirnseiten des elektro- magnetischen Antriebs angeordnet ist. Diese Sensoren 31,32 dienen der Erkennung der Kolbenlage, hauptsach- lich im Bereich seiner Totpunkte. Zweckmäßig sind die Sensoren 31,32 als Ringspulen ausgefuhrt. Die in die- sen Ringspulen induzierte Spannung ist von der Kolben- lage abhangig, so dass die erzeugten Signale zur An- steuerung der Spule (n) 8 verwendet werden können.

Statt der Ringspulen können auch Hall-Elemente, opti- sche Sensoren oder Wirbelstromsensoren eingesetzt wer- den.

Die Schwingkolbenantriebe nach den Figuren 1 und 2 un- terscheiden sich nur in Bezug auf die Ausbildung des Leitjochs 12. Beim Ausfuhrungsbeispiel nach Figur 1 ist es in axialer Richtung symmetrisch ausgebildet. Die auf den Kolben 4 wirkenden Antriebskrafte sind deshalb ebenfalls symmetrisch. Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 2 ist das Leitjoch 12 in axialer Richtung asymme- trisch ausgebildet. Sein Abstand zur Sensor-Spule 32 ist geringer als zur Sensorspule 31. Die im Bereich der Sensorspule 32 auf den Permanentmagneten 19 des Kolbens 4 ausgeubten Antriebskrafte sind deshalb größer als die entsprechenden Antriebskrafte im Bereich des Permanent- magneten 18. Diese Wirkung kann auch durch axial asym- metrische Gestaltung anderer Polbauteile, z. B. der Ab- deckscheiben 21 bis 24, der Ausbildung der Schenkelen- den des Jochs 11 oder dergleichen, erreicht werden. Im ubrigen sind die Schwingkolbenantriebe nach den Figuren 1 und 2 sehr schematisch dargestellt. Mit dem Kolben4 verbundene Antriebselemente wurden weggelassen.

Die Figur 3 zeigt eine Schwingkolbenvakuumpumpe mit ei- nem Schwingkolbenantrieb nach der Erfindung. Bei diesem Ausfuhrungsbeispiel bilden der Zylinder 3, die Stirn- seiten des Kolbens 4 und die Laufbuchse 5 Teilraume 34, 35, die die Funktion von Kompressionsraumen haben. Jede dieser Pumpstufen hat jeweils einen Einlass 36,37, der seitlich in den Kompressionsraum 34 bzw. 35 mundet. Da- durch haben der Kolben und die Mundungen in an sich be- kannter Weise die Funktion von Einlass-Steuerventilen.

Auslass-Ventile 41,42 sind jeweils stirnseitig ange- ordnet. Zweckmäßig erstreckt sich die Auslassöffnung im wesentlichen uber die gesamte Querschnittsflache des Zylinders 3 (an sich bekannt aus der DE-A-196 34 517).

Die Verschlusselemente sind als sich uber den gesamten Querschnitt des Zylinders 3 erstreckende, flexible Tel- ler 43,44 ausgebildet, die zentral am Gehäuse 2 befes- tigt sind und peripher durch den erzeugten Druck oder durch die Stirnseiten des Kolbens betatigt werden. Beim Ausfuhrungsbeispiel nach Figur 3 sind die Kolbenstirn- seiten konkav gestaltet. Die Stirnseiten der Zylinder- wand oder-wie in Figur 3 dargestellt-die äußeren Stirnflachen der statorseitigen Permanentmagneten 15, 16 bilden die Ventilsitze. Die aus den Ventilen 41,42 austretenden Gase treten zunachst in Auslasskammern 45, 46 ein, an die sich die Auslässe 47,48 anschließen.

Bei der Ausfuhrung nach Figur 3 befinden sich die Sta- tor-Permanentmagneten 15,16 im Zylinder 3. Die Stirn- seiten des Kolbens sind mit äußeren, der Grole dieser Magneten entsprechenden Aussparungen 10,20 ausgerus- tet. Diese Maßnahmen dienen der Vermeidung von Totrau- men während des Betriebs der Pumpe.

Die Figuren 4 und 5 zeigen Ausfuhrungsbeispiele fur Schwingkolbenpumpen, bei denen im Gehause 2 mit einer gemeinsamen mittleren Gehausescheibe 50 jeweils zwei gleichartige Kolben 4,4'untergebracht sind. Die An- triebe sind derart ausgebildet und gesteuert, dass die beiden Kolben 4,4'gegensinnig schwingen. Infolge des dadurch bewirkten Massenausgleichs sind die Pumpen vi- brationsfrei.

Beim Ausfuhrungsbeispiel nach Figur 4 sind die beiden Pumpstufen der beiden Kolben 4 und 4'parallel gescnal- tet. Die jeweils schematisch durch Linien angedeuteten Gaswege lassen erkennen, dass das zu fordernde Gas vom Gaseinlass 51 den Kompressionskammern 35 und 34'zuge- fuhrt wird. Sie verlassen diese Kompressionskammern durch die Austrittsventile 42,41'. Von dort aus werden sie jeweils den Kompressionskammern 34 bzw. 35'zuge- fuhrt. Die beiden Gasauslasse sind mit 52 und 53 be- zeichnet.

Die dargestellten Auslassventile 41,42 und 41', 42' sind ahnlich ausgebildet, wie beim Ausfuhrungsbeispiel nach Figur 3. Unterschiedlich ist, dass die Stirnseiten der Kolben 4,4'nicht konkav ausgebildet sondern mit Stößeln ausgerustet sind, die die zugehorigen Ventil- teller betatigen. Andere Ausfuhrungen von Auslassventi- len dieser Art sind aus der DE-A-196 34 517 bekannt.

Unterschiedlich gegenuber der Losung nach Figur 3 ist weiterhin, dass beide Antriebe der Kolben 4 und 4'je- weils in axialer Richtung asymmetrisch ausgebildet sind. Die Jochbauteile 12,12'sind zur jeweiligen Gas- auslassseite (Auslasse 52,53) hin verlangert. Die aus- lassseitigen Permanentmagneten 18 und 19'der Kolben 4 und 4'sind beidseitig mit Polbauteilen 21,22 bzw.

21', 22'abgedeckt, wahrend den inneren Permanentmagne- ten 19,18'nur jeweils ein Polbauteil 23 bzw. 23'zu- geordnet ist. Durch diese MaBnahmen sind die Kraftkenn- linien der Antriebe der Tatsache angepasst, dass die aueren Pumpstufen gegen Atmospharendruck pumpen.

Beim Ausfuhrungsbeispiel nach Figur 5 sind die vier Pumpstufen hintereinander geschaltet. Die vom Einlass 51 zum Auslass 54 geförderten Gase gelangen nacheinan- der durch die Kompressionsraume 34', 34,35,35'. Die Lösung nach Figur 5 weist die Besonderheit der magne- tisch betatigten Schliebewegung der Ventile 41,42, 41', 42'auf. Die tellerartigen Verschlusselemente be- stehen zumindest zum Teil (z. B. Außenwand) aus ferroma- gnetischem Werkstoff, so dass die Statorpermanentmagne- ten 15,16,15', 16'eine anziehende Kraft ausuben. Die Offnung der Teller erfolgt druckgesteuert oder kolben- gesteuert (uber die dargestellten Stößel), wahrend die Schliebewegung von magnetischen Kraften bewirkt wird.

Die Figuren 6 und 7 zeigen Schaltungsbeispiele fur mit Sensorbauteilen ausgerustete Schwingkolbenantriebe. Die Bauteile des Antriebs sind jeweils im Block 61, die Bauteile der Elektronik im Block 62 untergebracht.

Figur 6 zeigt eine Lösung mit nur einer Spule 8, die in Abhangigkeit von den Signalen der Sensoren 31,32 ange- steuert wird. Der Ansteuerung dient eine vier Schalter umfassende Bruckenschaltung 63, der zum einen die Spei- sespannung U und zum anderen die in einer Logik 64 ver- arbeiteten Signale der Sensoren 31,32 zugefuhrt wer- den. Die vier leistungselektronischen Schalter werden uber die Logik 64 so angesteuert, dass die beiden An- schlusse der Spule 8 je nach gewunschter Stromrichtung in der Spule mit dem positiven oder negativen Pol der Gleichspannungsquelle 65 verbunden werden.

Bei der Anordnung nach Figur 7 befinden sich zwei ge- gensinnig gewickelte Spulen 8'und 8''im Spulenraum des Antriebs. In diesem Fall muss in beiden Spulen nur eine Stromflussrichtung moglich sein. Das eine Ende der Spulen wird daher fest mit dem positiven Pol der Gleichspannung U verbunden, wahrend die anderen Enden der Spulen mittels zweier leistungselektronischer Schalter 66,67 mit dem negativen Pol der Gleichspan- nung U abwechselnd verbunden werden. Die Ansteuerung der beiden Schalter erfolgt direkt uber die Sensoren 31,32 im oberen und unteren Totpunkt. Diese Anordnung minimiert den leistungselektronischen Aufwand. Sie be- deutet jedoch eine schlechtere Ausnutzung des Spulen- raums.

Es besteht die Moglichkeit, auf Sensorbauteile im An- trieb zu verzichten. In diesem Fall kann die in die Spule (n) im Stator induzierte Spannung als Information zur Erkennung der Kolbenlage herangezogen und die Be- stromung der Spule (n) von dieser Information abgeleitet werden.

Bezuglich der Steuerung der Spule (n) sind mehrere Vari- anten realisierbar. Bei der ersten wird eine Schwing- frequenz fest vorgegeben und der Strom in der/den Spu- le (n) so vorgegeben, dass diese Frequenz auch erreicht wird. Die Bewegungsumkehr erfolgt in der jeweiligen Endlage. Diese Vorgehensweise wird als Fremdsteuerung bezeichnet. Dieses Prinzip hat den Nachteil, dass es bei einer sehr groben Prozessbelastung zu einer Uberla- stung der Pumpe kommen kann.

Bei einem zweiten Steuergesetz wird das Prinzip der Selbststeuerung verwendet. In diesem Fall wird der ma- ximale Strom in der/den Spule (n) vorgegeben und bei ei- ner zu großen Belastung die Schwingfrequenz reduziert.

Die Bewegungsumkehr erfolgt auch hier dann, wenn der Kolben in der jeweiligen Endlage angekommen ist.

Bei einem dritten Steuergesetz wird das zweite Steuer- gesetz insofern abgewandelt, als dass die Bewegungsum- kehr bereits vor dem Erreichen der Endlage durchgefuhrt wird. Damit kann der Schwingkolbenmotor beim"Anpumpen" oder bei zu gober dauerhafter Last vor Uberlastung ge- schutzt werden. Zusatzlich kann das System fur kleinere Krafte ausgelegt und damit kostengunstiger realisiert werden. Dies gilt auch fur das zweite Steuergesetz.