CN103534484A - 配量系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于配量液体的配量系统具有用于通过改变电动机的转速来调节所希望的配量的电动机(32)。此外，其具有可通过该电动机(32)驱动的用于泵(53)的偏心驱动器(52,56)，泵(53)具有两个输送方向。其还具有由弹性体的材料构成的泵环(62)和静止的环(70)，其相对于泵环(62)和相对于偏心驱动器(52,56)布置成使得在静止的环(70)与泵环(62)之间形成在垂直于泵(53)的旋转轴线(74)伸延的剖面中观察在周向上伸延的泵腔(120)，其在电动机(32)旋转时改变其形状，以便通过泵腔(120)输送待配量的液体，其中，在抽吸接口与压力接口之间在该泵腔(120)中设置有静止的密封(142)。

Description

配量系统
技术领域
本发明涉及一种用于配量液体的配量系统。
背景技术
在柴油机中的燃烧过程中产生了有毒的废气和氮氧化物NOx。为了去除或分解该氮氧化物已知借助于配量泵将尿素溶液喷入预净化的废气流中。以该方式被释放的氨气在后置的SCR催化器中直至氮氧化物的80%转化成无害的氮气和水。
因为尿素溶液为化学侵蚀性的并且相当流质状的介质(其倾向于结晶析出)，为了其输送使用特殊的泵，在其中尿素溶液不与配量泵的动力总成接触。输送腔例如通过膜片或其它柔性部件与装置腔分离。
在汽车运行期间，泵持续地运转并且在此建立例如5bar的压力。在管路和系统中存在尿素。倘若在汽车停放之后环境温度下降到冰点之下，系统将完全冻结。因为不是所有部件经受住冻结，尿素溶液在汽车停放之后必须被泵回到储备容器中。在已知的系统中，这借助于4/2通路阀(其使输送方向反转)发生。
发明内容
本发明的目的是提供一种新的配量系统。
根据本发明，该目的通过权利要求1的对象来实现。成功提供一种配量系统，其具有非常紧凑的结构，并且其在电动机的一旋转方向上从储备容器中抽吸待配量的液体并且运输至消耗器，而其在另一旋转方向上将该液体从系统的管路中吸出并且运回至储备容器。
由此避免了在实践中在使用4/2通路阀时所产生的问题，即在内燃机切断之后在规定的时间间隔期间使电动机的旋转方向反转。因为其与尿素溶液没有接触，流动方向的反转借助于其是牢靠的，因为这样的马达具有非常高的使用寿命。由此避免了在寒冷时尿素溶液冻结，因为当无尿素溶液被喷射时、即例如在马达切断之后利用这样的马达等很大程度上空地泵吸泵、管路、喷射阀非常简单。
附图说明
本发明的另外的细节和有利的改进方案由接下来所说明的且在附图中示出的、决不应理解为本发明的限制的实施例以及由从属权利要求得出。其中：
图1显示了配量系统30的一实施形式的立体图示，其在该示例中用于配量尿素，其中，输送方向通过多相的、无集电器的外转子马达32来确定而每秒的输送量通过该电动机32的转速来确定，这使能够非常敏感地且节约地调节所希望的配量，
图2显示了在图1的箭头II的方向上观察从上面对图1的配量系统的俯视图，
图3显示了沿着图2的线III-III观察通过配量系统30的纵剖面，
图4显示了沿着图2的线IV-IV观察的俯视图，其从右边显示了图3的配量系统，
图5显示了沿着图2的线V-V观察的俯视图，
图6显示了沿着图5的线VI-VI观察的放大的剖面；该剖面适用于图5的转子位置而在其它转子位置中看起来不一样，
图7显示了沿着图5的线VII-VII观察的放大的剖面；同样如图6的剖面那样该剖面适用于在图5中示出的转子位置，
图8显示了沿着图5的线VIII-VIII观察的放大的剖面；同样如图6和7的剖面那样该剖面适用于图5的转子位置，
图9显示了沿着图5的线IX-IX观察的放大的剖面；同样如图6、7和8的剖面那样该剖面适用于图5的转子位置，以及
图10A至10J显示了用于阐述工作原理的图示。
具体实施方式
图1显示了配量系统30的一优选的实施形式的立体图示，如其例如被用于将尿素溶液根据需求喷入柴油机的废气流中。
该配量系统为了其驱动具有多相的无集电器的外转子马达32，其转速特性可借助于PWM控制信号来控制，如这例如从文件EP 1 413 045 B1中已知。其使能够相应于车辆(在其上存在配量系统30)的转速和功率需求来控制马达的转速和旋转方向。为此的元件由发动机控制部的制造商根据相应的车辆的需求来确定并且可根据汽车类型(PKW、LKW、飞机、直升飞机、船等)极强地区分。本发明的优点是，配量系统30适合于非常不同的用途。
马达32具有驱动电子装置、例如三相逆变器。该电子装置在其方面由一组件来控制，该组件用于解码经由线路来输送的PWM信号的占空比(Tastverhaeltnis)pwm并且由此在旋转方向和转速方面控制马达。如果将占空比称为pwm，则作为非绑定的示例得出以下关系：
Pwm 　　　　　运行状态
0%至5%　　　 不允许
95%至100%　　不允许
5%至85%　　　配量运行. 旋转方向=泵吸；n=500至3500 U/min
85%至95%　　 回吸运行. 旋转方向=抽吸；n=500至3500 U/min
相应的解码电路的示例在文件EP 1 413 045 B1中详细地来说明，为了避免冗长来参考其内容。当然，所有已知的电路可被用于改变电动机的转速。
图1显示了对配量系统30的简单的机械结构的一示例，其自然地适合于多种用途，例如还在制药工业中和在食品制造中，或者例如在酿酒厂中，仅列举一些示例。
系统30这里具有基座40，在其处在右边布置有第一支架42，其承载这里作为球轴承示出的轴承元件44。
与支架42有间距地布置有第二支架46，其根据图3承载轴承元件48，其同样作为球轴承示出。
如图3所示，轴承元件44、48布置成使得其相互对齐。在其中支承有轴50，在其上在轴承元件44、48之间紧固有偏心衬套52，其也用作在轴承元件44、48之间的间距保持器。衬套52用于泵53的驱动，其即布置在轴承支架42与46之间。
偏心轴承56的内圈45紧固在偏心衬套52上，其外圈58紧固在环60的内侧上，环60用作对泵环62的支架。
泵环62由合适的合成橡胶(弹性体)制成并且通过喷塑来紧固在环60的环槽64中，使得其跟随环60的运动。它例如可由钢、镍或铜制成。
作为弹性体，在试验中带有缩写PEDM(聚酯-乙烯-二烯-单体)的橡胶证实为有利的。
例如如图8和9所示，泵环62在它的外侧上由静止的环70围绕，环70根据图4借助于螺栓84与基座40相连接并且具有T形的横截面，即平行于配量系统的旋转轴线74的边缘截段76和垂直于旋转轴线74伸延的保持截段78，其径向内边缘以80来标识。
如图4和5所示，静止的环70在其下部区域中变宽并且借助于两个螺栓84与基础件40相连接。静止的环70即在装配的状态中位于支架42、46之间，也就是说轴承44、48彼此紧密地布置并且因此可用作对整个配量系统30的轴承。
在支架46处设置有承载管90，轴50延伸通过其，参见图3。轴50即仅通过轴承44和48来支承。在它的在图3中的左端处紧固马达32的转子94的杯状的磁性轭铁(Rueckschluss)92。在轭铁92的内侧上存在磁环96，其通过气隙98与马达32的内定子100分离。内定子100紧固在承载管90的外侧上。
马达32也具有电路板102，在其上存在马达32的电子构件。电路板102经由线缆104与插头106相连接。马达32经由线缆104来供应以能量、通常以电池的直流电压，并且在线缆104还存在控制线路，经由其来控制马达32的转速和旋转方向。
特别在车辆上，无集电器的马达的大的优点是高的效率，其可利用这样的组件来实现。
马达32经由轴50驱动偏心衬套52，并且其将偏心轴承54置于偏心运动中，使得环60同样被置于该偏心运动中。
在泵环62的径向的外侧与保持截段78的径向的内侧80之间存在泵腔120，参见图5和7。
因为泵环62以其外侧80持续地在保持件78的内侧上滚压，泵腔120持续地改变其形状并且由此将位于泵腔120中的配量流体从入口运输至出口。
为了阻止该液体仅在泵腔120中循环，在合适的部位处设置有两个接口122、124，其与泵腔120的在那里的截段相连接，参见图5。
当轴50即顺时针旋转时，如图5的箭头128所示，泵腔120的左边部分缩小，使得液体通过接口122被压出，参见图5的箭头130，而泵腔120的右边部分扩大，使得液体通过接口124被抽吸，参见图5的箭头132。
当轴50与箭头128的方向相反地旋转、即逆时针地旋转时，这些过程在相反的方向上进行，也就是说在该情况中液体从接口124被压出，并且通过接口122来抽吸液体。以该方式即可将同一泵53用于配量液体且还用于泵出液体。
图1、3以及4至6显示了，在泵环62的开口中设置有楔140，其具有两个功能：
a) 其在径向上使泵环62叉开，使得其以其叉开的外部截段142持续地密封地贴靠向静止的环70的内侧80并且由此阻止所泵吸的流体又直接流回至抽吸侧。
b) 其防止泵环62相对于静止的环70旋转，使得泵腔120(在静止的环70与泵环62之间)密封并且没有流体可从其中泄漏出。
例如如图8所示，泵环62具有侧向的突起或法兰142、144，其沿着保持件78的侧翼146、148延伸并且被按压板151、152压向这些侧翼，使得泵腔120对保持件78保持(固定)和密封，参见图8。在从边缘80向侧翼146、148的过渡处，保持截段78分别具有隆起状的加宽部145、145'，其在那里进一步改善密封。
按压板146、148通过螺栓(其中的一个在图6中示出)在向彼此的方向上被按压。泵腔120(其在实施形式中具有小于1毫米的最大高度)即仅经由接口122、124与外界相连接并且此外气密地封闭。
图10A至10J用于阐述工作原理。附图标记与在图1至9中的相同。然而，环60(泵环62紧固在其处)不单独示出。
为了说明，在每个图中绘出了位置指示器170，其指示了在顺时针旋转时偏心衬套52的最高点的位置，如下：
图10A　　 12点
图10B　　 1点30
图10C　　 3点
图10D　　 4点30
图10E　　 6点
图10F　　 7点30
图10G　　 9点
图10H　　 10点30
图10J　　　12点
图10A和10J因此是相同的。
即通过偏心轴承56将泵环62在周向上连续前进地、依次地在部位(作为示例)12点(图10A)、1点30(图10B)、3点(图10C)等处强烈地压在一起，使得在那里泵腔120不再可透过并且因此流体在泵腔120中被顺时针地向前运输并且通过接口122向外泵。同时通过接口124来再抽吸新的流体。
在逆时针旋转时，接口122变成抽吸接口，而接口124变成压力接口，这并未示出，因为其简单地相应于图10A至10J的镜像。
所说明的配量系统30是非常易于维护的，因为泵53可容易地来更换。当然，在本发明的框架中大量变体和变型是可能的。

Claims (14)

1. 一种用于配量液体的配量系统，所述配量系统(30)具有：
用于通过改变电动机的转速来调节所希望的配量的电动机(32)；
通过所述电动机(32)能够驱动的用于泵(53)的偏心驱动器(52,56)，所述泵(53)具有两个输送方向；
静止的环(70)；
由弹性体的材料构成的泵环(62)，
所述泵环(62)相对于静止的所述环(70)是抗扭的；
其中，静止的所述环(70)相对于所述泵环(62)和相对于所述偏心驱动器(52,56)布置成使得在静止的环(70)与泵环(62)之间来形成在垂直于所述泵(53)的所述旋转轴线(74)伸延的剖面中观察在周向上伸延的泵腔(120)，其在所述电动机(32)旋转时改变其形状，以便通过所述泵腔(120)输送待配量的液体，其中，在相应的抽吸接口(124;122)与相应的压力接口(122;124)之间在所述泵腔(120)中设置有静止的密封(142)。
2. 根据权利要求1所述的配量系统，在其中所述泵环(62)在相应的所述抽吸接口(124;122)与相应的所述压力接口(122;124)之间的区域中具有凹口(141)，保持件(140)延伸通过所述凹口(141)，所述保持件(140)将所述泵环(62)的位于该区域中的截段(142)向外压向静止的所述环(70)并且由此在那里引起在所述泵腔(120)中持久的密封。
3. 根据权利要求2所述的配量系统，在其中所述保持件(140)通过至少一个凹口(125)在所述泵(53)的静止的系统(151,152)中来引导并且由此在运行中阻止所述泵环(62)相对于该静止部分旋转。
4. 根据权利要求2或3所述的配量系统，在其中所述泵环(62)的被所述保持件(140)向外压的部分(142)在周向上观察将在其一侧上的抽吸腔与在其另一侧上的压力腔分离。
5. 根据前述权利要求中任一项所述的配量系统，在其中所述泵环(62)在其径向内侧上通过塑料喷注连接与金属环(60)相连接，所述金属环(60)在其方面尤其经由轴承与所述偏心驱动器(56)处于驱动连接中。
6. 根据前述权利要求中任一项所述的配量系统，在其中所述泵环(62)在其径向外侧上与静止的所述环(70)在形成在静止的环(70)与泵环(62)之间的在周向上伸延的所述泵腔(120)的情况下局部地以合适的形式来连接。
7. 根据权利要求6所述的配量系统，在其中所述泵环(62)具有凸肩(142,144)，其沿着静止的所述环(70)的侧翼(146,148)延伸，并且在其中设置有按压件(151,152)，其将所述凸肩(142,144)压向静止的所述环(70)的这些侧翼。
8. 根据前述权利要求中任一项所述的配量系统，在其中由所述电动机(32)能够驱动的所述偏心驱动器具有带有外周缘的衬套(52)，其偏心于驱动轴(50)地来构造，所述驱动轴(50)与所述衬套(52)处于驱动连接中。
9. 根据权利要求8所述的配量系统，在其中在偏心衬套(52)的外周缘上布置有滚动轴承(56)的内圈，所述滚动轴承(56)的外圈与金属环(60)相连接，所述金属环(60)在其方面通过塑料喷注连接与所述泵环(62)相连接。
10. 根据前述权利要求中任一项所述的配量系统，其具有彼此有间距地布置的带有轴承元件(44,48)的两个支架(42,46)，所述轴承元件(44,48)用于支承轴(50)，其中，在所述支架(42,46)中的一个处设置有承载元件(90)，其在远离所述支架(42,46)的方向上延伸并且在所述承载元件(90)上布置有多相的、电子整流的外转子马达(32)的内定子(100)，所述外转子马达(32)关联有外转子(94)，其与所述轴(50)的自由端相连接并且在运行中用于驱动所述轴(50)，并且其与所述内定子(100)在运行中共同作用。
11. 根据权利要求10所述的配量系统，在其中所述轴(50)延伸通过承载管(90)。
12. 根据权利要求10或11所述的配量系统，在其中，用于待配量的液体的所述泵(53)布置在这两个轴承支架(42,46)之间，其中，所述轴(50)构造用于驱动所述泵(53)的偏心驱动器(52,56)。
13. 根据权利要求10至12中任一项所述的配量系统，在其中液体流动通过所述泵(53)的方向通过所述外转子马达(32)的旋转方向来确定。
14. 根据前述权利要求中任一项所述的配量系统，在其中所述电动机在定子(100)与转子(94)之间具有起磁性作用的气隙(98)。
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