DE2509598B2 - Membranpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Membranpumpe für gasförmige Medien gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Die erfindungsgemäße Membranpumpe findet hauptsächlich Anwendung bei Abgasreinigungssystemen von Kraftfahrzeugen. Hierfür hat man bislang in erster Linie Kreiselpumpen eingesetzt, deren Liefermenge infolge ihres Antriebs durch den Kraftfahrzeugmotor proportional mit der Motordrehzahl ansteigt. Wenn dem Abgasreinigungssystem, z. B. einem thermischen Reaktor, bei niederen oder mittleren, jedoch nicht unbedingt höheren Motordrehzahlen Sekundärluft zugeführt werden soll, besteht bei diesen bekannten Pumpen die Schwierigkeit, daß die Liefermenge bei den relativ niedrigen Motordrehzahlen zu gering ist, so daß Pumpen mit großem Volumen vorgesehen werden müssen. Auch bei herkömmlichen Membranpumpen für gasförmige Medien steigt die Liefermenge proportional mit der Motordrehzahl an und ist darüber hinaus deren Lebensdauer infolge der ebenfalls proportional mit der Motordrehzahl anwachsenden Schwingungsfrequenz und Trägheitskräfte kurz. Aus der französischen Patentschrift 7 51074 ist eine Einspritzpumpe mit ebenfalls im gesamten Drehzahlbereich stetig zunehmenden Luftmengen bekannt, wobei zur automatischen Einstellung der Hubhöhe des Pumpenkolbens zwischen diesem und der von der Antriebswelle betätigten Pleuelstange ein weiches Verbindungsglied in Form von ein oder mehreren Federn angeordnet ist. Hierdurch wird erzielt, daß bei geringen Motordrehzahlen infolge der geringen auf den Kolben wirkenden Kräfte dieser nur eine schwache Hubbewegung vornehmen kann, während bei höheren Motordrehzahlen zunehmend die gesamte Hublänge der Pleuelstange auch bei der Pumpe wirksam wird. In ähnlicher Weise beschreibt die britische Patentschrift 3 50 817 eine Membranpumpe mit zwei an gegenüberliegenden Seiten der Membran anliegenden Federn. Die sich zwischen dem Exzenter an der Antriebswelle und der Membran erstreckende Feder dient der Kraftübertragung auf die Membran, während die an der anderen Seite der Membran liegende Feder der Kraft der einen Feder entgegenwirkt. Im wesentlichen wird hierdurch das Vorsehen einer starren Verbindung zwischen Antriebswelle und Membran umgangen und findet eine Pumpenabgabe nur statt, wenn die Federkraft an der einen Seite der Membran größer als die Federkraft und der anstehende Druck an der anderen Seite wird. Grundsätzlich jedoch ist die Pumpenabgabe abhängig von der Drehzahl der Antriebswelle.

Demgegenüber üegi der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Membranpumpe der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Gattung zu schaffen, deren Liefermenge bis zu einer bestimmten Drehzahl der Antriebswelle stetig ansteigt, jedoch ab der bestimmten Drehzahl rasch abfällt und damit dem Bedarf an Zuführluft bei Abgasreinigungssystemen von Kraftfahrzeugen gerecht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale im Patentanspruch 1 gelöst.
Bei eier Erfindung ist die sich zwischen der Membran

jo und der Pleuelstange erstreckende Feder hinsichtlich ihrer Federkonstante so auf die bewegten Schwungmassen abgestimmt, daß ab einer bestimmten Drehzahl der Antriebswelle das System in Resonanz gerät und damit der Hub der Membran stark abfällt, so daß auch die Menge an ausgestoßener Luft oder gasförmigem Medium rasch abnimmt. Durch Ausnutzung der Resonanzerscheinung im System erfordert die Pumpe eine nur geringe Energie zu ihrer Betätigung. Des weiteren läßt sich die erfindungsgemäße Membranpumpe leichi hinsichtlich ihrer Liefermenge auf einen optimalen Wert bei einer gewünschten Drehzahl der Antriebswelle einstellen, da hierzu nur die Auswahl einer Feder mit angemessener Federkonstanten erforderlich ist. Die Membranpumpe nach der Erfindung kann somit im Vergleich zu Kreiselpumpen kompakt ausgebildet werden, hat ein geringes Gewicht und läßt sich preisgünstig herstellen. Die Lebensdauer der Membran ist ebenfalls höher als bei Systemen mit stetig proportional zur Motordrehzahl ansteigenden Liefermengen, da infolge der Beendigung der Pumpenwirkung ab einer bestimmten Drehzahl die bei hohen Drehzahlen ansonsten einwirkenden Trägheitskräfte nicht anliegen.
Vorzugsweise handelt es sich gemäß einer Weiterbildung im Unteranspruch 2 bei der Feder um eine einfache Schraubenfeder, da hierdurch die kompakte Ausbildung der Membranpumpe als auch deren einfache Fertigung und Zusammenbau weiter gefördert wird.

Andere Weiterbildungen der Erfindung sind gegenstand der Unteransprüche 3 und 4.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 einen schematischen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Membranpumpe,

F i g. 2 ein Diagramm, welches den Hub einer Membran in bezug auf die Drehzahl eines Nockens bei der Membranpumpe der F i g. 1 darstellt, und

F i g. 3 ein Diagramm, das die Liefermenge der Membranpumpe in bezug auf die Drehzahl des Nockens darstellt.

In F i g. 1 ist eine Membranpumpe 1 für Luft oder dergleichen mit einem Gehäuse 2 dargestellt, welches aus einem Deckel 3 und einem Unterteil 4 besteht Der Deckel 3 hat eine Einlaßöffnung 5 und eine Auslaßöffnung 6, in welchen Rückschlagventile 7, z. B. Tellerventile, angebracht sind. Der Deckel 3 und das Unterteil 4 sind fest und strömungsmitteldicht mittels geeigneter Einrichtungen, wie Schrauben, miteinander verbunden.

Eine Membrananordnung 8 ist innerhalb des Gehäuses 2 befestigt Die Membrananordnung 8 umfaßt eine flexible Membran 9, welche an ihrem äußeren Umfang zwischen dem Deckei 3 und dem Unterteil 4 abgedichtet eingeklemmt ist, um eine Verdichtungskammer 10 innerhalb des Gehäuses 2 zu bilden. Die Membrananordnung 8 enthält auch eine federnde Einrichtung, wie eine Schraubenfeder 11, deren eines Ende mittels einer Halterung 12 an der Membran 9 angebracht ist, während das andere Ende von einer an einer Stange 13 befestigten Halterung gestützt wird. Die Stange 13 erstreckt sich durch eine in der Mitte des Bodens des Unterteils 4 angeordnete Bohrung 14.

Eine Verbindungseinrichtung umfaßt eine Pleuelstange 15, deren eines Ende mittels eines Zapfens an der Stange 13 angelenkt ist Das andere Ende der Pleuelstange 15 ist drehbar auf einem Nocken 16 angebracht, der an einer Kurbelwelle oder Ausgleichswelle des nicht dargestellten Motors angebracht ist und dadurch angetrieben wird.

Die Membranpumpe 1 ist so ausgelegt, daß sie die Resonanz der Membrananordnung 8 verwendet, damit die Liefermenge der Membranpumpe bei kleinen oder mittleren Drehzahlen des Motors hoch ist, jedoch bei hohen Drehzahlen extrem niedrig ist Angenommen, daß die Masse m das Gewicht der Membran mit der Hälfte des Gewichtes der Feder und k die Federkonstante der Schraubenfeder Ϊ1 ist, to wird die Frequenz ω_π der Eigenschwingung der Membrananordnung durch

die Formel ω_π

dargestellt Wird weiter angenom-

men, daß ω die Drehzahl des Nockens 16 ist, so wird die Frequenz der angeregten Schwingung, die durch die Stange 13 der Membrananordnung über die Pleuelstange 15 bewirkt wird, durch ω dargestellt Wie in Fig. 2 gezeigt ist, steigt der Hub der Membrcn 9 stetig über

ίο den Hub des Nockens 16 bei einer Steigerung der Drehzahl ω desselben. Wenn die Drehzahl ω des Nockens 16 gleich der Frequenz a>„ der Eigenschwingung der Membrananordnung 8 ist, d. h., wenn ein Resonanzpunkt erreicht wird, erreicht der Hub der Membran 9 das Maximum, so daß die Liefermenge der Membranpumpe ebenfalls ein Maximum erreicht wie in F i g. 3 dargestellt ist Ein weiterer Drehzahlanstieg des Nockens 16 verursacht ein schnelles Absinken des Hubes der Membran 9, wodurch die Liefermenge der Membranpumpe ebenfalls abnimmt.

Bei der herkömmlichen Luftpumpe steigt die Liefermenge proportional zum Drehzahlanstieg des Nockens, wie in F i g. 3 mit der strichpunktierten Linie dargestellt ist. Gemäß der Erfindung wird die Membran 9 so angetrieben, daß sie am Resonanzpunkt der Membrananordnung über den Hub des Nockens 16 hinausgehoben wird, so daß eine Liefermenge der Membranpumpe oberhalb des theoretisch wirksamen Volumens von 100% erreicht werden kann. Es versteht

jo sich, daß die Federkonstante k der Schraubenfeder 11 entsprechend ausgewählt ist, um eine maximale Liefermenge der Membranpumpe 1 zu erreichen, wenn die Drehzahl des Nockens, d. h. des Motors, eine gewünschte Größe erreicht, weil es erwünscht ist.

Sekundärluft von der Auslaßöffnung 6 der Membranpumpe zum Abgasreinigungssystem bei niederen oder mittleren Drehzahlen des Motors zuzuführen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Membranpampe für gasförmige Medien, mit einem Gehäuse, einer im Gehäuse gehaltenen und zusammen mit diesem eine Druckkammer bildenden flexiblen Membran, Öffnungen zum Zu- und Ausführen des Mediums in und aus der Druckkammer und einer die Membran mit einer auf- und abbewegbaren, von einer Antriebswelle betätigten Pleuelstange verbindenden Feder, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (11) mit ihrem einen Ende fest an der Membran (9) und mit ihrem anderen Ende fest an der Pleuelstange (13) befestigt ist, und daß die Federkonstante der Feder so auf die Schwungmassen von Feder und Membran abgestimmt ist, daß bis zu einer bestimmten Drehzahl der Antriebswelle (16) der Pumpenausstoß stetig ansteigt, jedoch bei Überschreiten der bestimmten Drehzahl auf einen niedrigen Wert abfällt.

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder eine Schraubenfeder (11) ist

3. Pumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flexible Membran (9) einen verstärkten, zentralen Bereich (12) hat, an dem das eine Ende der Schraubenfeder (11) befestigt ist, und daß die Schraubenfeder außerhalb der Druckkammer (10) angeordnet ist.

4. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (16) die Kurbelwelle eines Kraftfahrzeugmotors ist.