EP1748188B1

EP1748188B1 - Dosierpumpe

Info

Publication number: EP1748188B1
Application number: EP20050016570
Authority: EP
Inventors: Peter Wickelmeier; Elmar Ströhle; Reiner Anderschitz; Markus Jäger
Original assignee: Truma Geraetetechnik GmbH and Co KG
Current assignee: Truma Geraetetechnik GmbH and Co KG
Priority date: 2005-07-29
Filing date: 2005-07-29
Publication date: 2008-09-03
Anticipated expiration: 2025-07-29
Also published as: DE502005005266D1; EP1748188A1

Description

Die Erfindung betrifft gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 eine Dosierpumpe zum Fördern von flüssigem Kraftstoff.
Kraftstoff-Dosierpumpen, insbesondere für Dieselheizgeräte, sind bekannt. Dabei handelt es sich unter anderem um elektromagnetisch betriebene Dosierkolbenpumpen, die Kraftstoff z. B. zu einem unabhängigen Heizaggregat eines Kraftfahrzeugs fördern.
Eine derartige Dosierkolbenpumpe ist in der DE 200 19 406 U1 beschrieben. Die Dosierkolbenpumpe weist eine elektromagnetische Spule auf, die einen axial hin- und herbeweglichen Anker radial umschließt. Mit dem Anker ist ein Pumpkolben verbunden, der in einem Dosierzylinder axial hin- und herbeweglich ist. Vor dem Pumpkolben ist eine Pumpkammer vorgesehen, in die Kraftstoff aus einer den Pumpkolben bzw. den Anker umgebenden Zwischenkammer über eine Verbindungsöffnung einströmen kann, wenn sich der Pumpkolben in einer Saugstellung befindet. Die Saugstellung erreicht der mit dem Anker eine Fördereinheit bildende Pumpkolben durch die Wirkung einer Feder, die die Fördereinheit gegenüber einem gehäusefesten Anschlag abstützt.
Bei Erregung der Spule wird der Anker axial in eine Förderrichtung bewegt, so dass der mit dem Anker verbundene Pumpkolben den in der Pumpkammer befindlichen Kraftstoff verdrängt und über eine Auslassöffnung fördert. Dabei wird der Verbindungskanal zwischen der Zwischenkammer und der Pumpkammer durch den Pumpkolben verschlossen, um ein Rückströmen des Kraftstoffs aus der Pumpkammer in die Zwischenkammer zu vermeiden.
Die Rückbewegung der Fördereinheit aus der Förderstellung in die Saugstellung erfolgt durch Unterbrechen der Erregung der elektromagnetischen Spule und die anschließende Rückstellwirkung der Feder. Die erneute Förderbewegung der Fördereinheit wird durch erneutes Erregen der Spule erreicht.
In der DE 101 03 224 C1 wird eine Dosierpumpe mit einer Ventilanordnung gezeigt. Ein Ventilschieber ist mit einem Anker gekoppelt, der durch Erregung einer Magnetspule gegen die Wirkung einer Feder bewegt werden kann. Der Ventilschieber regelt den Zufluss zu einer Pumpenkammer. Bei Einströmen der Flüssigkeit in die Pumpenkammer wird ein Pumpenkolben gegen die Wirkung einer Feder zurückgedrängt. Nach Schließen des Zuflusses kann die Feder den Pum-penkolben wieder in ihre Ausgangslage zurückbewegen und dabei die Flüssigkeit zum Auslass fördern.
Aus der DE 299 19 575 U1 ist eine Flüssigkeitspumpe nach dem Schwingkolben-/Ankerprinzip bekannt. Dabei wird ein mit einer Ventileinrichtung gekoppelter Kolben durch eine Magnetspule gegen die Wirkung einer Feder zum Fördern von Flüssigkeit aus einer Pumpkammer zum Auslass bewegt.
Der Aufbau dieser Dosierpumpen hat sich im Prinzip bewährt. Dennoch liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Dosierpumpe insbesondere hinsichtlich ihrer Saugleistung und ihrer Geräuschentwicklung zu verbessern.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Dosierpumpe mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Erfindungsgemäß ist in einem Gehäuse eine elektromagnetische Spule angeordnet, die einen axial hin- und herbeweglichen Anker radial umschließt. Mit dem Anker ist ein Pumpkolben fest verbunden, der in einem Dosierzylinder axial hin-und herbeweglich ist. Der Anker und der Pumpkolben bilden zusammen eine Fördereinheit. Stirnseitig vor dem Pumpkolben ist eine Pumpkammer angeordnet, die von dem Dosierzylinder und dem Pumpkolben umschlossen ist. Weiterhin ist eine saugseitige Einlassöffnung zum Zuführen von Kraftstoff, z. B. aus einem Kraftstoffvorrat, vorgesehen. Außerdem ist eine förderseitige Auslassöffnung vorhanden, über die der von der Dosierpumpe geförderte Kraftstoff abgeführt wird. In Strömungsrichtung gesehen ist zwischen der Einlassöffnung und der Pumpkammer eine Zwischenkammer angeordnet. Zwischen der Zwischenkammer und der Pumpkammer ist ein Verbindungskanal vorhanden, der in Abhängigkeit von der Stellung der Fördereinheit öffen- und schließbar ist.
Die Fördereinheit ist zwischen einer Saugstellung und einer Förderstellung bewegbar, wobei in der Saugstellung der Verbindungskanal geöffnet ist, so dass Kraftstoff aus der Zwischenkammer in die Pumpkammer einströmen kann, während in der Förderstellung der Verbindungskanal geschlossen ist und die Einlassöffnung geöffnet ist, so dass Kraftstoff aus der Einlassöffnung in die Zwischenkammer einströmen kann. Das Öffnen und Schließen des Verbindungskanals erfolgt demgemäß in Abhängigkeit von der Stellung der Fördereinheit, insbesondere vom Pumpkolben, der die Öffnung des Verbindungskanals zur Pumpkammer hin öffnen und schließen kann.
Durch den Pumpkolben ist bei seiner Bewegung von der Saugstellung in die Förderstellung Kraftstoff aus der Pumpkammer zu der sich an die Pumpkammer anschließenden Auslassöffnung förderbar. Die Bewegung aus der Saugstellung in die Förderstellung wird auch als Förderbewegung genannt, während die umgekehrte Bewegung als Rückbewegung gilt.
Zwischen der Fördereinheit und einem mit dem Gehäuse verbundenen Anschlag ist eine Federeinrichtung, z. B. eine Schraubenfeder, vorgesehen, die die Fördereinheit in eine Ausgangsstellung zwingt. Die Federeinrichtung ist dementsprechend vorgespannt, um ein zuverlässiges Erreichen der Ausgangsstellung durch die Fördereinheit zu gewährleisten.
Die erfindungsgemäße Dosierpumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsstellung, in die die aus dem Anker und dem Pumpkolben bestehende Fördereinheit durch die gegen den gehäuse- bzw. ortsfesten Anschlag abgestützte Federeinrichtung gezwungen wird, die Förderstellung ist. Bei einer Erregung der elektromagnetischen Spule ist die Födereinheit dann aus der Förderstellung in die Saugstellung bewegbar.
Wie oben erläutert, entspricht bei der oben aus der DE 200 19 406 U1 bekannten Dosierpumpe die Ausgangsstellung der Saugstellung, in der Kraftstoff aus der Zwischenkammer in die Pumpkammer einströmen kann. Die Förderbewegung, also die Bewegung der Fördereinheit aus der Saugstellung in die Förderstellung wird durch die elektromagnetische Erregung der Spule und die dadurch erzwungene Bewegung des Ankers erreicht. Die Rückbewegung aus der Förderstellung in die Saugstellung erfolgt bei diesem Stand der Technik durch die Wirkung der Feder.
Bei der Erfindung hingegen erfolgt die Bewegung der Fördereinheit genau umgekehrt. Mit der Erregung der elektromagnetischen Spule wird die Rückbewegung der Fördereinheit aus der Förderstellung in die Saugstellung erreicht, so dass Kraftstoff in die Pumpkammer einströmen kann. Die Förderbewegung, also das Bewegen der Fördereinheit aus der Saugstellung in die Förderstellung, wird hingegen durch die Federeinrichtung bewirkt.
Es hat sich überraschender Weise herausgestellt, dass sich durch eine erfindungsgemäß vorgesehene Umkehrung der aus dem Stand der Technik bekannten Antriebswirkungen (elektromagnetische Spule einerseits, Federeinrichtung andererseits) eine deutlich geringere Geräuschentwicklung einstellt. Weiterhin kann eine verbesserte Saugleistung festgestellt werden, die eine größere Ansaugleitungslänge ermöglicht. Diese Effekte sind vor allem deshalb überraschend, weil die eigentliche Förderenergie von der Federeinrichtung bereit gestellt wird, während die von außen über die elektromagnetische Spule zugeführte Energie lediglich für die Rückführung der Fördereinheit genutzt wird, obwohl sie prinzipbedingt einem höheren Energiebetrag entsprechen muss, weil sie nicht nur zum Spannen der Federeinrichtung, sondern auch zum Überwinden von Reibungsverlusten etc. dient.
Ein Grund für die überraschend niedrige Geräuschentwicklung wird darin gesehen, dass die Kraft der die Fördereinheit bewegenden Federeinrichtung sich gegen Ende der Förderbewegung abschwächt. Die vorgespannte Federeinrichtung erreicht dann ihre größte Länge und kann aufgrund der Federkennlinie nur noch eine relativ geringe Kraft auf die Fördereinheit und damit auf den Pumpkolben ausüben. Mit dieser verhältnismäßig geringen Kraft wird der Kraftstoff schließlich zur Auslassöffnung gedrückt. Der Pumpkolben bzw. der Anker wird seinerseits mit der verhältnismäßig geringen Kraft gegen einen Anschlag gedrückt, wodurch die Förderstellung erreicht wird. Durch die geringe Kraft und die unter Umständen geringere Bewegungsgeschwindigkeit der Fördereinheit wird der Stoß am Anschlag beim Erreichen der Förderstellung verringert, was die geringere Geräuschentwicklung zur Folge hat.
Da bei der erfindungsgemäßen Dosierpumpe der Förderhub des Pumpkolbens allein durch die Federkraft erzeugt wird, hat die an der elektromagnetischen Spule angelegte elektrische Spannung keinen Einfluss auf den Förderhub. Vielmehr ist der Förderhub im Wesentlichen konstant, auch wenn unterschiedliche Spannungen zum Erregen der Spule angelegt werden. Die elektrische Spannung muss lediglich ausreichend groß sein, damit die elektromagnetische Kraft der Spule ausreicht, die Fördereinheit gegen die Wirkung der Federeinrichtung zu bewegen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist in der Saugstellung die Einlassöffnung durch die Fördereinheit verschlossen. Auf diese Weise wird ein Rückströmen des Kraftstoffs aus der Zwischenkammer in die Einlassöffnung, insbesondere bei der Rückbewegung der Fördereinheit aus der Förderstellung in die Saugstellung, vermieden.
Weiterhin besonders vorteilhaft ist es, wenn der Anschlag an der Einlassöffnung ausgebildet ist. Da der Anschlag mit dem Gehäuse verbunden sein muss, also ortsfest im Gehäuse vorgesehen sein soll, kann er an der Einlassöffnung relativ dicht an dem Pumpkolben bzw. dem Anker positioniert werden.
Vorzugsweise ist die Federeinrichtung stirnseitig vor dem Anker, nämlich insbesondere zwischen dem Anker und der Einlassöffnung, angeordnet. So ist eine direkte Übertragung der Kraft auf die den Anker umfassenden Fördereinheit möglich.
Vorteilhafterweise ist in der Auslassöffnung ein Rückschlagventil angeordnet, durch dass nur eine Strömungsrichtung weg von der Pumpkammer zugelassen wird. Auf diese Weise wird ein Rückströmen des Kraftstoffs aus der Auslassöffnung in die Pumpkammer vermieden, wenn der Pumpkolben aus der Förderstellung in die Saugstellung rückbewegt wird.
Diese und weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden nachfolgend anhand eines Beispiels unter Zuhilfenahme der Figur erläutert. Die einzige Figur zeigt einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Dosierpumpe.
Die erfindungsgemäße Dosierpumpe weist ein Gehäuse 1 auf, das stirnseitig in einen Eintrittsflansch 2 und einen Austrittsflansch 3 übergeht.
Im Inneren des Gehäuses 1 ist eine elektromagnetische Spule 4 vorgesehen, die über eine nicht dargestellte Versorgungsleitung elektrischen Strom erhalten kann, um erregt zu werden. Die Spule 4 wird von einem Spulenkörper 5 gehalten.
In dem Eintrittsflansch 2 ist ein Eintrittsstutzen 6 sowie ein Saugventilsitz 7 eingesetzt. In einer Ausnehmung des Eintrittsstutzens 6 ist weiterhin ein Kraftstofffilter 8 vorgesehen. An dem Eintrittsstutzen 6 kann eine Zuleitung angeschlossen werden, über die Kraftstoff von einem Kraftstoffvorrat durch die Ansaugwirkung der selbstansaugenden Dosierpumpe herangeführt wird.
In dem Austrittsflansch 3 ist ein Austrittsstutzen 9 mit einem Stellelement 10 eingeschraubt. Die Einschraubtiefe des Stellelements 10 lässt sich variieren, um dadurch das Volumen einer später noch erläuterten Pumpkammer und somit die Fördermenge der Dosierpumpe einstellen zu können.
In Strömungsrichtung gesehen vor dem Austrittsstutzen 9 ist ein Rückschlagventil 11 angeordnet, das eine Auslassöffnung 12 öffnen und schließen kann.
In dem Austrittsflansch 3 ist weiterhin über einen Presssitz ein Dosierzylinder 13 gehalten, in dem ein Pumpkolben 14 axial hin- und herbeweglich ist.
Stirnseitig vor dem Pumpkolben 14 ist eine durch den Dosierzylinder 13 und den Pumpkolben 14 definierte Pumpkammer 15 angeordnet. In der Figur weist die Pumpkammer 15 eine minimale Größe auf. Da der Pumpkolben 14 jedoch axial bewegbar ist (in der Figur nach rechts), lässt sich das Volumen der Pumpkammer 15 vergrößern. Insbesondere ist es möglich, die Pumpkammer 15 über Verbindungskanäle 16 mit einer im Prinzip hülsenförmigen, den Dosierzylinder 13 umgebenden Zwischenkammer 17 in Verbindung zu bringen. Dazu ist es erforderlich, dass die der Pumpkammer 15 zugewandte stirnseitige Kante des Pumpkolbens 14 soweit nach rechts bewegt wird, dass die Öffnungen der Verbindungskanäle 16 zu der Pumpkammer 15 hin freiliegen.
Um zu vermeiden, dass die Stirnseite des Pumpkolbens 14 hart gegen die Stirnseite des Stellelements 10 anschlägt, ist ein federelastischer Anschlag 18 an die Pumpkammer 15 anschließend vorgesehen.
Auf der der Pumpkammer 15 gegenüberliegenden Seite des Pumpkolbens 14 ist auf den Pumpkolben 14 ein Anker 19 mit Hilfe eines Pressverbands fest aufgesetzt. Der Anker 19 wirkt mit der elektromagnetischen Spule 4 zusammen, wie später noch erläutert wird. Zwischen dem Anker 19 und dem Saugventilsitz 7 ist an der dem Pumpkolben 14 abgewandten Seite des Ankers 19 eine Feder 20 eingesetzt. In dem Saugventilsitz 7 ist außerdem eine Einlassöffnung 21 ausgebildet, über die Kraftstoff in die Zwischenkammer 17 einströmen kann. Um eine Verteilung des Kraftstoffs in der Zwischenkammer 17 und damit eine Zuführung des Kraftstoffs von der Einlassöffnung 21 zu dem Verbindungskanal 16 und der Pumpkammer 15 zu erreichen, ist es erforderlich, dass am Umfang des Ankers 19 ein ausreichend großer (z.B. hülsenförmiger) Spalt 22 zum Gehäuse 1 bzw. Austrittsflansch 3 vorhanden ist. Durch den Spalt 22 kann Kraftstoff in Axialrichtung strömen.
Der Anker 19 bildet zusammen mit dem Pumpkolben 14 eine Fördereinheit 23, die zwischen einer in der Figur gezeigten Förderstellung und einer Saugstellung hin- und herbewegbar ist. In der Förderstellung ist der Verbindungskanal 16 durch den Pumpkolben 14 verschlossen, während die Einlassöffnung 21 geöffnet ist, so dass Kraftstoff aus der Einlassöffnung 21 in die Zwischenkammer 17 einströmen kann.
In der nicht dargestellten Saugstellung befindet sich die Fördereinheit 23 in einer Position, in die der Anker 19 in der Figur nach rechts bewegt wird, bis er an einem an der Stirnseite des Saugventilsitzes 7 ausgebildeten Anschlag 24 anliegt. Vorzugsweise trägt der Anker 19 seinerseits einen federelastischen Anschlag 25, um ein hartes Auftreffen auf den Anschlag 24 zu vermeiden. Selbstverständlich kann auch der ortsfeste Anschlag 24 mit einer Federelastizität ausgestattet werden. Der Anschlag 25 bzw. der gegenüberliegende ortsfeste Anschlag 24 sollten möglichst weich bzw. mit hoher Elastizität ausgestaltet sein, um ein hartes Auftreffen des Ankers 19 auf den Saugventilsitz 7 zu vermeiden. Dadurch kann die Geräuschentwicklung weiter reduziert werden.
In dieser Saugstellung ist der Pumpkolben 14 so weit nach rechts bewegt, dass über die Verbindungskanäle 16 eine kommunizierende Verbindung zwischen der Zwischenkammer 17 und der Pumpkammer 15 besteht, so dass Kraftstoff aus der Zwischenkammer 17 in die Pumpkammer 15 einströmen kann.

Die Dosierpumpe arbeitet folgendermaßen:

Bei der in der Figur gezeigten Förderstellung (Ausgangsstellung) wird die Fördereinheit 23 durch die Wirkung der vorgespannten Feder 20 nach links gedrückt, so dass der Pumpkolben 14 die Verbindungskanäle 16 verschließt. Die Förderstellung wird auch als Ausgangsstellung bezeichnet, weil sie durch die Fördereinheit 23 aufgrund der Wirkung der vorgespannten Feder 20 erreicht wird, ohne dass von außen Energie zugeführt werden muss. Bei Erregung der elektromagnetischen Spule 4 wird der Anker 19 und damit die gesamte Fördereinheit 23 nach rechts in die Saugstellung gezogen, so dass der Verbindungskanal 16 geöffnet und Kraftstoff in die Pumpkammer 15 einströmen kann. Gleichzeitig wird die Einlassöffnung 21 durch den Anker 19 verschlossen. Die Feder 20 wird dabei zusätzlich vorgespannt.
Bei einer Stromlosschaltung der elektromagnetischen Spule 4 verliert diese ihre Erregung, so dass sie den Anker 19 nicht mehr halten kann. Aufgrund der Wirkung der vorgespannten Feder 20 wird der Anker 19 mit dem Pumpkolben 14 nach links, in die Förderstellung (Ausgangsstellung) verschoben. Die Fördereinheit 23 vollzieht somit eine Förderbewegung, bei der der in der Pumpkammer 15 vorhandene Kraftstoff nach dem Verschließen der Verbindungskanäle 16 durch den Pumpkolben 14 in die Auslassöffnung 12 gepresst wird. Das Rückschlagventil 11 öffnet daraufhin, so dass Kraftstoff in den Austrittsstutzen 9 und damit schließlich zu dem dahinter anschließbaren Verbraucher gefördert wird.
Danach wird die elektromagnetische Spule wieder erregt, um die Fördereinheit 23 in Rückbewegungsrichtung in die Saugstellung zu bewegen, wodurch auch die Feder 20 wieder vorgespannt wird.
Die eigentliche Förderbewegung wird somit allein durch die Feder 20 bewirkt, während die Rückbewegung aufgrund der elektromagnetischen Wirkung der Spule 4 erfolgt.
Trotz der hohen Taktfrequenz, mit der die Pumpe arbeitet, wird eine gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Dosierpumpen eine deutliche geringere Geräuschentwicklung erzielt.

Claims

Dosierpumpe zum Fördern von flüssigem Kraftstoff, mit
- einer in einem Gehäuse (1) angeordneten elektromagnetischen Spule (4), die einen axial hin- und herbeweglichen Anker (19) radial umschließt:
- einem mit dem Anker (19) zu einer Fördereinheit (23) fest verbundenen Pumpkolben (14), der in einem Dosierzylinder (13) axial hin- und herbeweglich ist;

- einer stirnseitig vor dem Pumpkolben (14) angeordneten und von dem Dosierzylinder (13) und dem Pumpkolben (14) umschlossenen Pumpkammer (15);

- einer Einlassöffnung (21) zum Zuführen von Kraftstoff;

- einer in Strömungsrichtung gesehen zwischen der Einlassöffnung (21) und der Pumpkammer (15) vorgesehenen Zwischenkammer (17);

- einem in Abhängigkeit von der Stellung der Fördereinheit (23) öffen- und schließbaren Verbindungskanal (16) zwischen der Zwischenkammer (17) und der Pumpkammer (15); wobei

- die Fördereinheit (23) in Abhängigkeit von einem Erregungszustand der Spule (4) zwischen einer Saugstellung und einer Förderstellung bewegbar ist,

- in der Saugstellung der Verbindungskanal (16) geöffnet ist, so dass Kraftstoff aus der Zwischenkammer (17) in die Pumpkammer (15) einströmen kann;

- in der Förderstellung der Verbindungskanal (16) geschlossen ist und die Einlassöffnung (21) geöffnet ist, so dass Kraftstoff aus der Einlassöffnung (21) in die Zwischenkammer (17) einströmen kann;

- durch den Pumpkolben (14) bei der Bewegung der Fördereinheit (23) von der Saugstellung in die Förderstellung Kraftstoff aus der Pumpkammer (15) zu einer sich an die Pumpkammer (15) anschließenden Auslassöffnung (12) förderbar ist; und wobei

- zwischen der Fördereinheit (23) und einem mit dem Gehäuse (1) verbundenen Anschlag (24) eine Federeinrichtung (20) vorgesehen ist, die die Fördereinheit (23) in eine Ausgangsstellung zwingt;
dadurch gekennzeichnet, dass
- die Ausgangsstellung die Förderstellung ist; und dass

- die Fördereinheit (23) bei einer Erregung der elektromagnetischen Spule (4) aus der Förderstellung in die Saugstellung bewegbar ist.
Dosierpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Förderbewegung, nämlich eine Bewegung der Fördereinheit (23) aus der Saugstellung in die Förderstellung, ausschließlich durch die Wirkung der Federeinrichtung (20) durchführbar ist.
Dosierpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Saugstellung die Einlassöffnung (21) durch die Fördereinheit (23) verschlossen ist.
Dosierpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlag (24) an der Einlassöffnung (21) ausgebildet ist.
Dosierpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinrichtung (20) stirnseitig vor dem Anker (19), insbesondere zwischen dem Anker (19) und der Einlassöffnung (21) angeordnet ist.
Dosierpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Auslassöffnung (12) ein Rückschlagventil (11) angeordnet ist, durch dass nur eine Strömungsrichtung weg von der Pumpkammer (15) zugelassen wird.