DE102012020274B4 - Electromagnetically driven reciprocating pump with damping element - Google Patents

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Abstract

Eine Hubkolbenpumpe (1) mit einem Antrieb durch einen Elektromagneten (2) enthält einen Anker (3), der eine Kolbenstange (4) antreibt und auf dieser Kolbenstange gelagert ist, einen ersten Verdrängerraum (5), einen zweiten Verdrängerraum (6) und zwei Anschlüsse (7) und (8), wobei der Anker (3) bei seiner Bewegung in die Ruhelage mittels eines Dämpfungselements (10) abgebremst wird,dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (10) aus Elastomermaterial eine Länge von mindestens der Hälfte seines äußeren Durchmessers aufweist und durch Formelemente der Kolbenstange (4), des Ankers (3) und/oder des Anschlusses (7) gelagert und am Ausknicken gehindert wird,und dass das Dämpfungselement (10) eine besonders hohe bewegungsenergieabsorbierende Dämpfungswirkung aufweist, weil es nach dem Aufschlagen auf die Flanschfläche (11) des Einlasses (7) eine komplexe Formänderung vollzieht, die durch einen Steg (14) und einen Hohlraum (15) beeinflusst wirdund dass ein in einer Bohrung (13) des Ankers (3) gelagertes Dämpfungselement (10) eine besonders geringe Federsteifigkeit aufweist, weil es die Bohrung (13) in der Länge überragt, wobei es durch die unterstützende Wirkung der Bohrung am Ausknicken gehindert wird und dass das in einer Bohrung teilweise aufgenommene Dämpfungselement (10) axiale Nuten (16) an seinem Umfang und einen weiteren Hohlraum (17) aufweist, die durch das Zulassen zusätzlicher Materialverlagerungen beim Einfedern die Federsteifigkeit noch weiter herabsetzen und die bewegungsenergieabsorbierende Dämpfungswirkung noch weiter erhöhen.A reciprocating pump (1) with a drive by an electromagnet (2) contains an armature (3) which drives a piston rod (4) and is mounted on this piston rod, a first displacement chamber (5), a second displacement chamber (6) and two Connections (7) and (8), wherein the armature (3) is decelerated during its movement into the rest position by means of a damping element (10), characterized in that the damping element (10) made of elastomeric material has a length of at least half of its outer diameter and is supported by form elements of the piston rod (4), the armature (3) and / or the terminal (7) and prevented from buckling, and that the damping element (10) has a particularly high kinetic energy absorption absorbing effect, because it is after impacting the flange surface (11) of the inlet (7) undergoes a complex deformation which is influenced by a web (14) and a cavity (15) and that in a bore (13) of the armature (3) mounted damping element (10) has a particularly low spring stiffness, because it projects beyond the bore (13), wherein it is prevented by the supporting effect of the bore on buckling and that in a bore partially recorded damping element (10) has axial grooves (16) on its circumference and a further cavity (17) which further reduce the spring stiffness by allowing additional material displacements during compression and increase the kinetic energy absorbing absorption effect even further.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetisch angetriebene Hubkolbenpumpe entsprechend dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs, die Fluid fördert oder dosiert.The invention relates to an electromagnetically driven reciprocating pump according to the preamble of the first claim, which promotes fluid or metered.

Stand der TechnikState of the art

Elektromagnetisch angetriebene Hubkolbenpumpen sind bekannt, zum Beispiel aus den Druckschriften DE 43 28 621 C2 , DE 40 35 835 C2 , DE 37 29 938 C1 und EP 0 288 216 A1 , und es ist auch bekannt, den Ankerkolben des Elektromagneten auf einen Hubendanschlag mittels eines Dämpfungselements aufschlagen zu lassen, wie beispielsweise in den Druckschriften DE 10 2008 013 441 B4 , DE 2008 008 904 A1 und US 5 224 413 A dargestellt. Ein solches Dämpfungselement ist beispielsweise, wie in DE 10 2008 055 609 A1 dargestellt, als O-Ring oder als eine Anordnung von zwei O-Ringen ausgeführt. Auch Dämpfungselemente, die als Elastomerscheibe ausgebildet sind, werden als bekannt vorausgesetzt.Electromagnetically driven reciprocating pumps are known, for example from the publications DE 43 28 621 C2 . DE 40 35 835 C2 . DE 37 29 938 C1 and EP 0 288 216 A1 , And it is also known to make the armature piston of the electromagnet strike on a Hubendanschlag means of a damping element, such as in the publications DE 10 2008 013 441 B4 . DE 2008 008 904 A1 and US 5,224,413 A shown. Such a damping element is, for example, as in DE 10 2008 055 609 A1 shown as an O-ring or as an arrangement of two O-rings. Also, damping elements, which are designed as elastomeric disk, are assumed to be known.

Solche Dämpfungselemente haben die Aufgabe, die Bremsbeschleunigung und das Anschlagsgeräusch zu vermindern, in etlichen Anwendungen dienen sie zusätzlich zur Abdichtung des benachbarten Anschlusses der Hubkolbenpumpe bei einer Lage des Magnetankers in der durch eine Feder bestimmten Ruhelage.Such damping elements have the task of reducing the braking acceleration and the stop sound, in some applications they additionally serve to seal the adjacent connection of the reciprocating pump at a position of the armature in the determined by a spring rest position.

Zur Erfüllung Ihrer Aufgabe haben die Dämpfungselemente zwei charakteristische Eigenschaften, ihre Federeigenschaft, die durch ein Nachgeben unter Last die Beschleunigung reduziert, und ihre bewegungsenergieabsorbierende Dämpfungswirkung, die bei einer Verformung durch innere Reibung eine Umwandlung der mechanischen Energie in Wärme bewirkt und damit einerseits ein Rückfedern unterbindet, aber andererseits den Anker zusätzlich abbremst.To achieve its object, the damping elements have two characteristic properties, their spring characteristic, which reduces acceleration by yielding under load, and their kinetic energy absorbing damping effect, which, when deformed by internal friction, transforms the mechanical energy into heat, thereby preventing springback but then slows down the anchor additionally.

Mit den bekannten als O-Ring oder gelochte Scheibe ausgebildeten Dämpfungselementen lassen sich die Federsteifigkeit und die Dämpfungswirkung nur in engen Grenzen verändern, es stellt sich in einigen Anwendungsfällen aber die Aufgabe, den Aufprall des Ankerkolbens erheblich besser zu dämpfen und dazu die Federsteifigkeit erheblich zu vermindern und die Dämpfungswirkung zu optimieren. Das wäre beispielsweise mit einer großen Anzahl von hintereinander angeordneten O-Ringen möglich, aber eine solche Anordnung wäre zu lang für den vorgegebenen Bauraum und ließe sich nur mit hohem Aufwand montieren.With the known as O-ring or perforated disc formed damping elements, the spring stiffness and the damping effect can be changed only within narrow limits, it turns in some applications, but the task to significantly dampen the impact of the armature piston and to reduce the spring stiffness significantly and to optimize the damping effect. This would be possible, for example, with a large number of successively arranged O-rings, but such an arrangement would be too long for the given space and could be mounted only with great effort.

Es stellt sich wegen der unterschiedlichen Dämpfungsanforderungen in verschiedenen Anwendungen die zusätzliche Aufgabe, eine jeweils bedarfsgerechte Verminderung der Federsteifigkeit und Optimierung der Dämpfungswirkung des Dämpfungselements zu ermöglichen, möglichst nur durch Veränderungen weniger geometrischer Merkmale des Dämpfungselements oder nur durch Variation von Materialeigenschaften des Dämpfungselements.It arises because of the different damping requirements in various applications, the additional task to allow a needs-based reduction of the spring stiffness and optimization of the damping effect of the damping element, if possible only by changing fewer geometric features of the damping element or only by varying material properties of the damping element.

Die Dämpfungswirkung ist dann optimal, wenn die Bewegungsenergie des Ankers bei einem einmaligen Einfedern des Dämpfungselements gerade so schnell absorbiert wird, dass der Anker nicht zurückfedert. Ist sie größer, wird der Anker unnötig stark abgebremst, ist sie kleiner, kommt es zu einer unerwünschten Rückfederung.The damping effect is optimal when the kinetic energy of the armature is absorbed at a single compression of the damping element just so quickly that the armature does not spring back. If it is larger, the anchor is braked unnecessarily strong, it is smaller, it comes to an undesirable springback.

Wenn ein Dämpfungselement mit erheblicher Länge verwendet werden soll, muss ein Ausknicken verhindert werden.If a damping element with considerable length is to be used, buckling must be prevented.

Schließlich werden eine einfache Montage und geringe Kosten gefordert.Finally, a simple assembly and low costs are required.

Die Aufgaben werden durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Patentanspruchs gelöst, vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen 2 und 3 angegeben.The objects are achieved by the characterizing features of the first claim, advantageous developments are given in the dependent claims 2 and 3.

Eine erhebliche Vergrößerung der Länge eines beispielsweise rohr- oder zylinderförmigen Dämpfungselements ermöglicht eine deutliche Verminderung der Federsteifigkeit, was eine stärkere Einfederung und eine über einen längeren Weg gestreckte Dämpfungswirkung bewirkt.A considerable increase in the length of an example tubular or cylindrical damping element allows a significant reduction in spring stiffness, which causes a stronger deflection and a stretched over a longer path damping effect.

Das Dämpfungselement unterscheidet sich von einer gelochten Scheibe dadurch, dass seine Länge mindestens die Hälfte seines Durchmessers aufweist. Durch die größere in die Verformung einbezogene Masse des Dämpfungselements im Vergleich zu einem O-Ring oder einer Scheibe ergibt sich auch eine stärkere bewegungsenergieabsorbierende Dämpfungswirkung. Dies wird noch durch die komplexen Materialverdrängungen verstärkt, die sich in einem Dämpfungselement vollziehen, das mit Hohlräumen, einem Steg und/oder mit Nuten versehen ist. Diese Dämpfungswirkung ist bei optimaler Auslegung ausreichend groß, um ein Rückfedern zu verhindern, aber nicht größer, denn sie bewirkt eine zusätzliche Bremsbeschleunigung.The damping element differs from a perforated disc in that its length has at least half its diameter. As a result of the greater mass of the damping element included in the deformation compared to an O-ring or a disk, there is also a stronger kinetic energy absorption damping effect. This is further enhanced by the complex material displacements that take place in a damping element that is provided with cavities, a web and / or with grooves. This damping effect is sufficiently large with optimum design to prevent springback, but not greater, because it causes additional braking acceleration.

Bei einer größeren Länge des Dämpfungselements ergibt sich die Gefahr, dass das Dämpfungselement oder Teile davon unter Belastung ausknicken. Die Gefahr des Ausknickens lässt sich durch eine teilweise Umfassung des Dämpfungselements mittels eines rohrförmigen Metallteils abwenden. Vorteilhafterweise ist das rohrförmige Metallteil als Formelement eines Ankers ausgebildet.With a greater length of the damping element there is a risk that the damping element or parts thereof buckle under load. The risk of buckling can be averted by a partial enclosure of the damping element by means of a tubular metal part. Advantageously, the tubular metal part is designed as a molded element of an anchor.

Vorteile advantages

Die erfindungsgemäße Ausführung des Dämpfungselements ermöglicht eine bedarfsgerechte Verminderung der Federsteifigkeit und Optimierung der Dämpfungswirkung des Dämpfungselements mit einfachen und kostengünstigen Mitteln.The inventive design of the damping element allows a needs-based reduction of the spring stiffness and optimization of the damping effect of the damping element with simple and inexpensive means.

Im Vergleich zu bekannten Dämpfungselementen ergibt sich eine gleich einfache Montage oder sogar eine einfachere Montage, und das Dämpfungselement selbst ist nur geringfügig teurer.Compared to known damping elements results in an equally simple installation or even easier installation, and the damping element itself is only slightly more expensive.

Anwendungapplication

Hubkolbenpumpen mit dem erfindungsgemäßen Dämpfungselement finden in Einrichtungen zur Dosierung und/oder Förderung von Kraftstoff, Additiven oder wässrigen Reagenzien für Heizungsanlagen oder Abgasreinigungsanlagen in Kraftfahrzeugen Anwendung.Piston pumps with the damping element according to the invention are used in devices for metering and / or delivery of fuel, additives or aqueous reagents for heating systems or emission control systems in motor vehicles application.

Figurenlistelist of figures

  • 1: Dosierpumpe mit Dämpfungselement 1 : Dosing pump with damping element
  • 2: Dämpfungselement, durch eine Bohrung gelagert 2 : Damping element, supported by a bore
  • 3: Dämpfungselement mit Nuten 3 : Damping element with grooves

Beispielhafte AusführungExemplary embodiment

Eine Hubkolbenpumpe 1 mit einem Antrieb durch einen Elektromagneten 2, wie in 1 dargestellt, enthält einen Anker 3, der eine Kolbenstange 4 antreibt und auf dieser Kolbenstange gelagert ist, einen ersten Verdrängerraum 5, einen zweiten Verdrängerraum 6, und zwei Anschlüsse 7 und 8.A reciprocating pump 1 with a drive by an electromagnet 2 , as in 1 represented, contains an anchor 3 who has a piston rod 4 drives and is mounted on this piston rod, a first displacement 5 , a second displacement room 6 , and two connections 7 and 8th ,

Bei seiner Bewegung in die durch die Feder 9 bestimmte Ruhelage wird der Anker 3 mittels eines Dämpfungselements 10 abgebremst, wobei dieses Dämpfungselement durch einen Körper aus Elastomermaterial gebildet wird, der wegen seiner Länge und/oder seines Materials eine besonders geringe Federsteifigkeit und eine optimale Dämpfungswirkung aufweist. Dabei werden die Federsteifigkeit und die Dämpfungswirkung durch die Materialeigenschaften und einige geometrische Merkmale des Dämpfungselements bedarfsgerecht festgelegt, wobei die Länge des Dämpfungselements mindestens die Hälfte seines äußeren Durchmessers beträgt.When moving in through the spring 9 certain rest position becomes the anchor 3 by means of a damping element 10 braked, this damping element is formed by a body made of elastomeric material, which has a particularly low spring stiffness and optimum damping effect because of its length and / or its material. The spring stiffness and the damping effect are determined by the material properties and some geometric features of the damping element as needed, the length of the damping element is at least half its outer diameter.

Das Dämpfungselement 10 dichtet in einer vorteilhaften Ausführung in der Ruhelage des Ankers 3 den Anschluss 7 zum ersten Verdrängerraum 5 ab, indem es auf einer Flanschfläche 11 des Anschlusses mit einer geeigneten Dichtkante oder einem abdichtenden Radius aufliegt.The damping element 10 seals in an advantageous embodiment in the rest position of the anchor 3 the connection 7 to the first displacement room 5 by putting it on a flange surface 11 the connection rests with a suitable sealing edge or a sealing radius.

Das in einer Ausführung gemäß 2 in einer Bohrung 13 des Ankers 3 gelagerte Dämpfungselement 10 weist ebenfalls eine besonders geringe Federsteifigkeit auf, weil es die Bohrung 13 in der Länge überragt, gleichzeitig wird es aber durch die unterstützende Wirkung der Bohrung am Ausknicken gehindert.In an embodiment according to 2 in a hole 13 of the anchor 3 mounted damping element 10 also has a particularly low spring stiffness, because it is the bore 13 protruding in length, but at the same time it is prevented by the supportive effect of the bore on buckling.

Das hier gezeigte Dämpfungselement 10 weist eine besonders hohe bewegungsenergieabsorbierende Dämpfungswirkung auf, weil es bei dem Aufschlagen auf die Flanschfläche 11 des Einlasses 7 eine komplexe Formänderung vollzieht, die durch einen Steg 14 und einen Hohlraum 15 bewirkt wird. Die Maße des Stegs und des Hohlraums dienen dabei zur Einstellung der bedarfsgerechten Dämpfungswirkung.The damping element shown here 10 has a particularly high kinetic energy absorption absorbing effect, because when it hits the flange surface 11 of the inlet 7 a complex change of shape takes place through a bridge 14 and a cavity 15 is effected. The dimensions of the web and the cavity serve to adjust the demand-based damping effect.

Der Steg 14 wird in einer abdichtenden Ausführung des Dämpfungselements auch zur Abdichtung zwischen dem Anschluss 7 und dem Verdrängerraum 5 bei einer Lage des Ankers 3 in der Ruhelage genutzt.The jetty 14 is also used in a sealing embodiment of the damping element for sealing between the terminal 7 and the displacement room 5 at a position of the anchor 3 used in the rest position.

In einer nicht abdichtenden Ausführung des Dämpfungselements ist die Fläche, die die Flanschfläche 11 berührt, durch Kerben 18 unterbrochen.In a non-sealing embodiment of the damping element, the surface is the flange surface 11 touched, by notches 18 interrupted.

Das in einer Bohrung teilweise aufgenommene Dämpfungselement 10 gemäß 3 weist an seinem Umfang Nuten 16 und/oder innen einen weiteren Hohlraum 17 auf, die durch das Zulassen zusätzlicher Materialverlagerungen beim Einfedern die Federsteifigkeit noch weiter herabsetzen und die bewegungsenergieabsorbierende Dämpfungswirkung noch weiter erhöhen. Dabei dienen beispielsweise die geometrischen Maße der Nuten zur bedarfsgerechten Einstellung der Federsteifigkeit und der Dämpfungswirkung.The partially received in a bore damping element 10 according to 3 has grooves at its periphery 16 and / or inside another cavity 17 on, which further reduce the spring stiffness by allowing additional material displacements during compression and increase the kinetic energy absorbing absorption effect even further. In this case, for example, the geometric dimensions of the grooves serve to adjust the spring stiffness and the damping effect as needed.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1.1.
Hubkolbenpumpereciprocating pump
2.Second
Elektromagnetelectromagnet
3.Third
Ankeranchor
4.4th
Kolbenstangepiston rod
5.5th
Erster VerdrängerraumFirst displacement room
6.6th
Zweiter VerdrängerraumSecond displacement room
7.7th
Anschlussconnection
8.8th.
Anschlussconnection
9.9th
Federfeather
10.10th
Dämpfungselementdamping element
11.11th
Flanschflächeflange
13.13th
Bohrungdrilling
14.14th
Stegweb
15.15th
Hohlraumcavity
16.16th
Nutgroove
17.17th
Hohlraumcavity
18.18th
Kerbescore

Claims (3)

Eine Hubkolbenpumpe (1) mit einem Antrieb durch einen Elektromagneten (2) enthält einen Anker (3), der eine Kolbenstange (4) antreibt und auf dieser Kolbenstange gelagert ist, einen ersten Verdrängerraum (5), einen zweiten Verdrängerraum (6) und zwei Anschlüsse (7) und (8), wobei der Anker (3) bei seiner Bewegung in die Ruhelage mittels eines Dämpfungselements (10) abgebremst wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (10) aus Elastomermaterial eine Länge von mindestens der Hälfte seines äußeren Durchmessers aufweist und durch Formelemente der Kolbenstange (4), des Ankers (3) und/oder des Anschlusses (7) gelagert und am Ausknicken gehindert wird, und dass das Dämpfungselement (10) eine besonders hohe bewegungsenergieabsorbierende Dämpfungswirkung aufweist, weil es nach dem Aufschlagen auf die Flanschfläche (11) des Einlasses (7) eine komplexe Formänderung vollzieht, die durch einen Steg (14) und einen Hohlraum (15) beeinflusst wird und dass ein in einer Bohrung (13) des Ankers (3) gelagertes Dämpfungselement (10) eine besonders geringe Federsteifigkeit aufweist, weil es die Bohrung (13) in der Länge überragt, wobei es durch die unterstützende Wirkung der Bohrung am Ausknicken gehindert wird und dass das in einer Bohrung teilweise aufgenommene Dämpfungselement (10) axiale Nuten (16) an seinem Umfang und einen weiteren Hohlraum (17) aufweist, die durch das Zulassen zusätzlicher Materialverlagerungen beim Einfedern die Federsteifigkeit noch weiter herabsetzen und die bewegungsenergieabsorbierende Dämpfungswirkung noch weiter erhöhen.A reciprocating pump (1) with a drive by an electromagnet (2) contains an armature (3) which drives a piston rod (4) and is mounted on this piston rod, a first displacement chamber (5), a second displacement chamber (6) and two Connections (7) and (8), wherein the armature (3) is decelerated during its movement into the rest position by means of a damping element (10), characterized in that the damping element (10) made of elastomeric material has a length of at least half of its outer diameter and is supported by form elements of the piston rod (4), the armature (3) and / or the terminal (7) and prevented from buckling, and that the damping element (10) has a particularly high kinetic energy absorption absorbing effect, because it is after striking the flange surface (11) of the inlet (7) undergoes a complex deformation, which is influenced by a web (14) and a cavity (15) and that in a Bohr ung (13) of the armature (3) mounted damping element (10) has a particularly low spring stiffness, because it extends beyond the bore (13) in length, being prevented by the supporting effect of the bore on buckling and that in a bore partially received damping element (10) has axial grooves (16) on its circumference and a further cavity (17), which further reduce the spring stiffness by allowing additional material displacements during compression and increase the kinetic energy absorbing absorption effect even further. Hubkolbenpumpe nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (10) in der Ruhelage des Ankers (3) den Anschluss (7) zum ersten Verdrängerraum abdichtet, indem es auf einer Flanschfläche (11) des benachbarten Anschlusses mit einer geeigneten Dichtkante oder einem abdichtenden Radius aufliegt.Reciprocating pump after Claim 1 characterized in that the damping element (10) in the rest position of the armature (3) seals the connection (7) to the first displacement by rests on a flange (11) of the adjacent terminal with a suitable sealing edge or a sealing radius. Hubkolbenpumpe nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass in einer nicht abdichtenden Ausführung des Dämpfungselements die Fläche, die die Flanschfläche (11) berührt, durch Kerben (18) unterbrochen ist.Reciprocating pump after Claim 1 characterized in that in a non-sealing embodiment of the damping element, the surface which contacts the flange surface (11) is interrupted by notches (18).
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