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Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Dosierkol- benpumpe, insbesondere zur Förderung von Brennstoff zu einem un- abhängigen Heizaggregat eines Kraftfahrzeuges, bei welcher zur Dosierkolbenbewegung im Dosierzylinder ein gefederter magnetisch leitender und in einem Magnetfeld einer elektromagnetischen Spule gelagerter Anker angebracht ist.
Aus der DE 43 28 621 A1 ist eine elektromagnetische Dosier- kolbenpumpe mit einem magnetisch leitenden Eintittsgehäuse be- kannt, auf dessen einer Seite ein Eintrittsstutzen angeschlossen ist ; die andere Seite des Eintrittsgehäuses ist im vorderen Teil eines magnetisch nichtleitenden Spulenkörpers eingesetzt, in dessen hinterem Teil ein magnetisch leitendes Austrittsgehäuse eingesetzt ist, welches einen magnetisch nichtleitenden Dosier- zylinder, ein Einweg-Austrittsventil und einen Austrittsstutzen enthält. Im axialen Hohlraum des Dosierzylinders ist ein magne- tisch nichtleitender Dosierkolben in Form einer Stange gleitend gelagert, an dessen aus dem Dosierzylinder vorspringendem Ende ein magnetisch leitender Anker befestigt ist.
Wenn kein Magnet- feld rund um die elektromagnetische Spule vorliegt, wird der An- ker in seiner rechten Endlage mittels einer Schraubenfeder gehalten ; wenn ein Magnetfeld rund um die elektromagnetische Spule vorliegt, wird der Anker durch die Anziehungskraft des Magnetfeldes entgegen der Kraft der Schraubenfeder in Richtung zum Austrittsgehäuse gezogen.
Die Magnetfeldlinien treten aus der Stirnseite der elektromagnetischen Spule bzw. aus dem Polschuh der elektromagnetischen Spule in das Eintrittsgehäuse aus und von dort einerseits durch einen ersten Nichtarbeits-Spalt zwischen dem Ankerführungsschaft und dem Hohlraum des Eintrittsgehäuses in den Führungsschaft des Ankers und andererseits durch einen zwei- ten Nichtarbeits-Spalt zwischen der hinteren Stirnfläche des Eintrittsgehäuses und dem Ansatz des Ankerkopfes in den Ankerkopf ein und weiter aus der kegelförmigen Stirnfläche des Ankerkopfes durch den Arbeits-Spalt in die negativ ausgebildete Kegelstirn- fläche des Austrittsgehäuses aus, von wo sich dann die Magnet- feldlinien über den kreisförmigen Polschuh des äusseren Mantels der elektromagnetischen Spule wieder schliessen.
Dabei bringen die im Arbeits-Spalt entstehenden Anziehungskräfte eine Hubbewegung des Ankers zustande, während die in den Nichtarbeits-Spalten entstehenden Anziehungskräfte entweder keine Hubbewegung hervor- bringen oder entgegen der Hubbewegung wirken.
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Beim Fliessen eines intermittierenden elektrischen Stromes durch die elektromagnetische Spule entsteht ein pulsierendes Magnetfeld, das ein pulsierendes Anziehen des kegelförmigen An- kerkopfes zur kegelförmigen Stirnfläche des Austrittsgehäuses hin hervorruft und dadurch eine geradlinige, hin und her gehende Be- wegung des Dosierkolbens im Dosierzylinder bewirkt. Die Druck- kraft, mit welcher der Anker auf den Dosierkolben bei der Hubbewegung wirkt, wird desto grösser, je kleiner der magnetische Widerstand im Arbeits-Spalt und je grösser der magnetische Wider- stand in den Nichtarbeits-Spalten ist. Dabei vergrössern sich die magnetischen Widerstände in dem Arbeits- und in den Nichtarbeits- Spalten mit wachsendem Abstand der einzelnen, spaltbildenden Bauelemente und nehmen mit der Flächenvergrösserung der spaltbil- denden Bauelemente ab.
Ein Nachteil der oben beschriebenen Konstruktion der elek- tromagnetischen Dosierkolbenpumpe ist der relativ grosse magneti- sche Widerstand im Arbeits-Spalt zwischen dem Ankerkopf und der Stirnfläche des Austrittsgehäuses, und der relativ kleine magne- tische Widerstand im zweiten Nichtarbeits-Spalt zwischen der hinteren Stirnfläche des Eintrittsgehäuses und dem Ansatz des Ankerkopfes, was eine Verminderung der Hubkraft des Dosierkolbens verursacht.
Ein weiterer nicht vernachlässigbarer Nachteil dieser Pumpe ist auch die grosse Masse bzw. das grosse Volumen des Ankerkopfes, was erstens ein grosses Ankergewicht verursacht und zweitens den Freiraum bzw. das Volumen der Flüssigkeit zwischen dem Saugventil und dem Seiteneinlass in den Dosierzylinder verkleinert. Das grössere Ankergewicht hat eine ungleichmässige Brennstoffdosierung bei Lageänderungen der Dosierpumpe zur Folge, da die Gravitati- onskomponente des Ankers entweder in der Richtung oder in der Gegenrichtung der Hubbewegung wirkt. Dies geschieht z. B. bei ei- ner Abwärts- oder Aufwärtsfahrt eines Kraftfahrzeuges.
Der kleine freie Raum bzw. ein kleines Flüssigkeitsvolumen zwischen dem Saugventil und dem Seiteneinlass im Dosierzylinder hat eine starke Druckpulsation der beförderten Flüssigkeit in diesem Raum zur Folge, was eine Gasausscheidung und dadurch Bla- senbildung verursacht. Im oben beschriebenen Fall der Dosierpumpe ist der kleine freie Raum bzw. das kleine Volumen durch eine Hohlraumausbildung im Dosierkolben vergrössert, was aber techno- logisch anspruchsvoll ist.
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Ziel der Erfindung ist es somit, die oben angeführten Nach- teile zu beseitigen, und eine Dosierkolbenpumpe vorzusehen, die sich u. a. durch eine grosse und gleichmässige Dosierkolben-Hubkraft sowie eine exakte Dosierung auszeichnet.
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung eine elektro- magnetische Dosierkolbenpumpe mit den Merkmalen des Anspruches 1 vor. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Dadurch, dass sich die Kopfstirnfläche des Ankers und die äussere Umfangsfläche des Ankerkopfes in Richtung zum Austritts- gehäuse trichterförmig erweitern, wird eine Vergrösserung des Ab- standes zwischen der hinteren Stirnseite des Eintrittsgehäuses und dem hinteren Teil des Ankerkopfes und dadurch auch die er- wünschte Vergrösserung des magnetischen Widerstandes in diesem zweiten Nichtarbeits-Spalt ermöglicht. Das hat bei gleichen Pum- penabmessungen, bei derselben elektromagnetischen Spule und dem gleichen Leistungsbedarf eine grössere Hubkraft des Dosierkolbens zur Folge.
Die trichterförmige Erweiterung des Ankerkopfes ermöglicht auch eine Vergrösserung des freien Raumes bzw. des Flüssigkeits- volumens zwischen dem Saugventil und dem Seiteneinlass des Do- sierzylinders, und dadurch kommt es zur Verkleinerung der Druckdifferenzen, die in diesem Raum zwischen dem Saug- und dem Auspresshub in der Flüssigkeit entstehen, was die Blasenbildung in der herausgepressten Flüssigkeit reduziert.
Eine weitere Folge des trichterförmigen Ankerkopfes ist eine Reduktion der Ankerkopfmasse, woraus sich als Folge der vermin- derten hinzugezählten oder subtrahierten Gravitationskraftkompo- nente der Ankermasse zur resultierenden Anziehungskraft des Magnetfeldes eine gleichmässigere Dosierung des flüssigen Brenn- stoffes bei unterschiedlichen Neigungen der Dosierpumpe ergibt.
Für die Herstellung ebenso wie für die Arbeitsweise ist es vorteilhaft, wenn sowohl die Kopfstirnfläche des Ankers als auch die äussere Umfangsfläche des Ankerkopfes kegelförmig ausgebildet sind. Dabei ist es überdies von Vorteil, wenn der Scheitelwinkel a der kegelförmigen Kopfstirnfläche des Ankers grösser ist als der Scheitelwinkel # der kegelförmigen äusseren Umfangsfläche des An- kerkopfes. Eine solche Konstruktion ermöglicht die Realisierung eines grossen zweiten Nichtarbeits-Spaltes, wodurch sich eine Verminderung der axialen Komponente der magnetischen Kraft er-
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gibt, die entgegen der Anziehungskraft des Magnetfeldes im ar- beitenden Spalt bei der Hubbewegung des Ankers wirkt.
Es ist weiters günstig, wenn der axiale Hohlraum des Aus- trittsgehäuses zumindest im dem Anker zugewandten Bereich als Kegelfläche, die sich in Richtung zum Anker verjüngt, ausgebildet ist, und wenn die äussere Mantelfläche des in ihm gelagerten Do- sierzylinders zumindest im dem Anker zugewandten Bereich als Ke- gelfläche, die sich in Richtung zum Anker verjüngt, ausgebildet ist. Dies ermöglicht eine maximal mögliche Vergrösserung der Ke- gelstirnfläche des Austrittsgehäuses und dadurch eine Verminde- rung des magnetischen Widerstandes, was eine Vergrösserung der Anziehungskraft des magnetischen Feldes zwischen der Kegelstirn- fläche des Austrittsgehäuses und der Stirnfläche des Ankerkopfes zur Folge hat.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines in der Zeich- nung dargestellten Ausführungsbeispieles noch weiter erläutert.
In der Zeichnung zeigen: Fig.l einen Längsschnitt durch die elektromagnetische Dosierkolbenpumpe ; undFig.2 das magnetische Kraftfeld im Bereich A gemäss Fig.l in vergrössertem Massstab.
Gemäss Fig.l enthält die gezeigte elektromagnetische Dosier- kolbenpumpe ein magnetisch leitendes Eintrittsgehäuse 1, an wel- chem an einer Seite ein Eintrittsstutzen 2 zur Befestigung eines nicht gezeichneten Zuleitungsschlauches für die Zufuhr von flüs- sigem Brennstoff angebracht ist ; andere Seite des Eintritts- gehäuses 1 ist in den vorderen Teil eines magnetisch nicht leitenden Spulenkörpers 3 einer elektromagnetischen Spule 31 eingepresst. In den hinteren Teil des Spulenkörpers 3 ist ein magnetisch leitendes Austrittsgehäuse 4 eingepresst, das an der Austrittsseite einen zylindrischen Absatz 41 aufweist, in den eine magnetisch leitende Muffe 42 mit einem Innengewinde einge- presst ist, in das ein Körper 51 eines einseitig wirkenden Aus- lassventils eingeschraubt ist.
Der Körper 51 des Auslassventiles ist an der vom Ventilsitz abgewandten Seite mit einem Stutzen 52 versehen, dessen Stirnfläche als einstellbarer Anschlag für einen Dosierkolben 6 dient. Im Körper 51 des Auslassventiles ist ein Austrittsstutzen 5 zum Anschluss eines nicht gezeichneten Brenn- stoffableitungsschlauches angebracht. Der magnetisch nicht lei- tende Dosierkolben 6 ist in einem magnetisch nichtleitenden Dosierzylinder 7 gleitend gelagert, der mit einem Seiteneinlass 71 zur Zufuhr der gepumpten Flüssigkeit versehen ist, der durch
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die obere Kante des Dosierkolbens 6 gesteuert wird. Der Dosier- zylinder 7 ist mit seinem hinteren zylindrischen Aussenmantel-Teil in die Muffe 42 eingepresst.
Der übrige Teil des Aussenmantels, der in Form eine sich in Richtung zum Anker verjüngenden Kegels ausgebildet ist, bildet zusammen mit einer inneren Kegelfläche 43 des Austrittsgehäuses 4 einen im Querschnitt kreisringförmigen Zuleitungskanal 72 zum Seiteneinlass 71 des Dosierzylinders 7.
Am vorderen Ende des Dosierkolbens 6 ist ein magnetisch leitender Anker 8 angebracht. Der Anker 8 besteht aus einem zy- lindrischen Führungsschaft 81, der in einen sich trichterförmig erweiternden Ankerkopf 82 übergeht. Der Führungsschaft 81 des Ankers 8 ist mit einem Radialspiel im Hohlraum des Eintrittsge- häuses 1 angebracht, und seine mit einer Dichtung versehene Stirnfläche wird von einer Schraubenfeder 61 gegen einen Saug- ventilsitz 21 gedrückt, der im Hohlraumabsatz des Eintrittsge- häuses 1 vorgesehen ist. Der trichterförmige Ankerkopf 82 ist mit einer äusseren kegelförmigen Umfangsfläche 821, die in eine äussere zylindrische Fläche des Ankerschaftes 81 übergeht, sowie mit ei- ner kegelförmigen Kopfstirnfläche 822, die in einen Absatz zur Abstützung der Schraubenfeder 61 übergeht, ausgebildet.
Die äussere kegelförmige Umfangsfläche 821 des Kopfes 82 und eine hintere Stirnfläche 11 des Eintrittsgehäuses 1 definieren einen zweiten Nicht-Arbeits-Spalt, der durch das Radialspiel zwischen dem äusseren Umfang des Ankerkopfes 82 und dem inneren Hohlraum des Spulenkörpers 3 mit dem Arbeits-Spalt verbunden ist, welcher durch die kegelige Kopfstirnfläche 822 und durch eine Kegelstirnfläche 44 des Austrittsgehäuses 4 begrenzt ist. Sowohl das Eintrittsgehäuse 1 als auch das Austrittsgehäuse 4 sind mit magnetisch leitenden Polschuhen 12,45 in Form von Scheibenflan- schen versehen, an deren äusseren Umfangsflächen ein magnetisch leitender Mantel 32 des Elektromagneten angebracht ist.
Gemäss Fig.2 ist der Scheitelwinkel a der kegeligen Kopfstirnfläche 822 grösser'als der Scheitelwinkel # der kegeligen Umfangsfläche 821 des Ankerkopfes 82.
Die beschriebene elektromagnetische Dosierkolbenpumpe funk- tioniert wie folgt : kein elektrischer Strom durch die Er- regerwicklung der elektromagnetischen Spule 31 fliesst, entsteht rund um die Spule 31 kein magnetisches Feld, und der Anker 8 wird zusammen mit dem Dosierkolben 6 durch die vorgespannte Schrau- benfeder 61 in seine rechte Endlage gedrückt. In dieser Endlage
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sitzt die Stirnseite des Ankerschaftes 81 am Saugventilsitz 21 und schliesst die Flüssigkeitszufuhr ab, wobei zugleich die obere Kante des Dosierkolbens 6 den Seiteneinlass 71 des Dosierzylin- ders 7 offen lässt, so dass Flüssigkeit, die sich im Arbeits- und Nichtarbeits-Spalt befindet, durch den kreisringförmigen Zulei- tungskanal 72 und den Seiteneinlass 71 oberhalb des Dosierkolbens 6 angesaugt wird.
Das einseitig wirkende Auslassventil im Aus- trittsgehäuse 4 ist dabei geschlossen.
Falls durch die Erregerwicklung der elektromagnetischen Spule 31 Strom fliesst, bildet sich rund um die Spule 31 ein mag- netisches Feld, dessen Magnetlinien über die nachfolgend der Reihe nach genannten magnetisch leitenden Teile der Pumpe ge- schlossen werden : 12, Eintrittsgehäuse 1, Ankerschaft 81 und Ankerkopf 82, Austrittsgehäuse 4, Polschuh 45 und Mantel 32 der elektromagnetischen Spule 31. Weil alle vorstehend genannten magnetisch leitenden Teile der Dosierkolbenpumpe nicht in direk- tem Kontakt miteinander stehen, schliesst sich der magnetische Fluss über dem Arbeits- und Nichtarbeits-Spalt in welchen magne- tische Kräfte entstehen. Dabei ist die Resultierende der Kräfte, die beim Durchdringen des ersten Nichtarbeits-Spaltes zwischen dem Ankerschaft 81 und dem Eintrittsgehäuse 1 entsteht, gleich Null. Eine Resultierende Fl (vgl.
Fig.2) aus Magnetkräften im zweiten Nichtarbeits-Spalt zwischen der hinteren Stirnfläche 11 des Eintrittsgehäuses 1 und der äusseren kegelförmigen Umfangs- fläche 821 des Ankerkopfes 82 ist zur Achse des Dosierkolbens 6 geneigt, so dass ihre axiale Komponente Fla minimiert wird (siehe Fig.2). Die axiale Komponente F2a einer Resultierenden F2 aus Magnetkräften im Arbeits-Spalt zwischen der kegelförmigen Stirn- fläche 44 des Austrittsgehäuses 4 und der Kopfstirnfläche 822 des Ankerkopfes 82 wird als Folge der Vergrösserung der bereits er- wähnten, einander zugewandten Kegelflächen vergrössert.
Die resultierende Anziehungskraft Fp, weche den Dosierhub des Ankers 8 bzw. des Dosierkolbens 6 gegen die Kraft der Schraubenfeder 61 hervorruft, Fp = F2a-Fla, ist grösser als bei vergleichbaren Dosierkolbenpumpen mit gleichen Abmessungen und gleichem Leistungsbedarf, bei welchen aber der Ankerkopf 82 nicht trichterförmig aufgeweitet ist.
Die beschriebene elektromagnetische Dosierkolbenpumpe ist insbesondere als Dosierpumpe für flüssige Brennstoffe, wie z.B.
Dieselöl, Benzin oder Heizöl, für unabhängige Heizaggregate von
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Kraftfahrzeugen und überall dort, wo eine exakte Dosierung bzw. eine minimale Dosierstreuung bei verschiedenen Neigungen der Dosierpumpe verlangt wird, mit Vorteil anwendbar.