DE102004011123A1 - Pumpe zur Förderung eines Abgasnachbehandlungsmediums, insbesondere einer Harnstoff-Wasser-Lösung, für Dieselmotoren - Google Patents

Pumpe zur Förderung eines Abgasnachbehandlungsmediums, insbesondere einer Harnstoff-Wasser-Lösung, für Dieselmotoren Download PDF

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Abstract

Die Pumpe hat ein Pumpengehäuse, in dem ein Pumpelement untergebracht ist, mit dem das Medium aus einem Vorratsbehälter zum Auslaß gefördert wird. DOLLAR A Damit das Abgasnachbehandlungsmedium einwandfrei und unter den bei Dieselfahrzeugen auftretenden Bedingungen zuverlässig gefördert werden kann, ist das Pumpelement ein Kolben, der gegen eine Gegenkraft verschiebbar und durch eine Membran vom Medium getrennt ist. Dadurch ist der Kolben korrosionsbeständig, da er nicht mit dem Medium in Berührung kommt. Die Membran dichtet den Kolben ab, so daß eine Wellenabdichtung im medienberührten Bereich nicht notwendig ist. DOLLAR A Die Pumpe wird bei Abgasnachbehandlungseinrichtungen für Dieselmotoren eingesetzt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Pumpe zur Förderung eines Abgasnachbehandlungsmediums, insbesondere einer Harnstoff-Wasser-Lösung, für Dieselmotoren nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
  • Es sind Reinigungseinrichtungen in Dieselfahrzeugen bekannt, mit denen die Abgase der Dieselmotoren mit einem Medium, vorzugsweise einer 32,5 %-igen Harnstoff-Wasser-Lösung, behandelt werden, um die Stickoxide im Abgas zu reduzieren bzw. vollständig zu entfernen. Zur Förderung des Mediums ist eine Pumpe vorgesehen, die das Medium aus einem Vorratsbehälter fördert.
    •
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Pumpe so auszubilden, daß mit ihr das Abgasnachbehandlungsmedium einwandfrei und unter den bei Dieselfahrzeugen auftretenden Bedingungen zuverlässig gefördert werden kann.
  • Diese Aufgabe wird bei der gattungsgemäßen Pumpe erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
  • Bei der erfindungsgemäßen Pumpe wird das Pumpelement durch einen Kolben gebildet, der beim Pumpvorgang gegen eine Gegenkraft verschiebbar ist. Gegenüber dem zu pumpenden Medium ist der Kolben durch die Membran getrennt. Mit der erfindungsgemäßen Pumpe lassen sich ausreichend hohe Drücke erreichen. Da der Kolben gegen das Medium durch die Membran getrennt ist, ist er korrosionsbeständig, da er nicht mit dem Medium in Berührung kommt. Die Membran dichtet den Kolben ab, so daß eine Wellenabdichtung im medienberührten Bereich nicht notwendig ist. Die Pumpe zeichnet sich durch einen einfachen Aufbau und eine lange Lebensdauer aus.
  • Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.
    •
  • Die Erfindung wird anhand zweier in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen
  • 1 und 2 jeweils im Axialschnitt eine erfindungsgemäße Pumpe in zwei Pumpstellungen,
  • 3 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Pumpe in einer Darstellung entsprechend 2,
  • 4 die Einzelheit Z in 3 in vergrößerter Darstellung.
  • Die Pumpe ist vorteilhaft für den Einsatz von Abgasnachbehandlungseinrichtungen für Dieselmotoren geeignet. Sie kann selbstverständlich auch für andere Pumpaufgaben eingesetzt werden.
  • Die Pumpe hat ein Gehäuse 1, das an einer Stirnseite mit einem zylindrischen Ansatz 2 versehen ist. In das Gehäuse 1 ist wenigstens eine Magnetspule 3 eingebettet. Das Gehäuse 1 hat einen zentralen axialen Aufnahmeraum 4, an dessen Innenwandung ein hülsenförmiges Gleitlager 5 anliegt. Es liegt mit seinem einen Ende auf einer ra dial nach innen gerichteten ringförmigen Schulterfläche 6 auf, die von der Innenwand 7 des Aufnahmeraumes 4 absteht.
  • Im Gleitlager 5 befindet sich ein topfförmiger Kolben 8, der gegen die Kraft wenigstens einer Druckfeder 9 axial beweglich ist. Das eine Ende der Druckfeder 9 stützt sich an einem Boden 10 des Kolbens 8 und das andere Ende an der Unterseite einer Einstellschraube 11 ab, die in den Ansatz 2 geschraubt ist. Mit der Einstellschraube 11 kann die Vorspannkraft der Druckfeder 9 stufenlos eingestellt werden. Zur Zentrierung der Druckfeder 9 ist die Einstellschraube 11 an ihrer Unterseite mit einem zentralen Vorsprung 12 versehen, der in das entsprechende Ende der Druckfeder 9 ragt.
  • Der Kolben 8 ist an seinem der Einstellschraube 11 zugewandten Ende mit einem radial nach außen gerichteten Flansch 13 versehen, der in der einen Stellung (2) des Kolbens 8 an einer radial nach außen gerichteten Schulterfläche 14 in der Innenwand 7 des Aufnahmeraumes 4 anliegt. Die Einstellschraube 11 hat an ihrem Umfang eine Ringwand 15, an deren Innenwand der Flansch 13 des Kolbens 8 geführt ist.
  • An das Gehäuse 1 ist an der der Einstellschraube 11 gegenüberliegenden Stirnseite ein Pumpenkopf 16 angeschlossen, vorzugsweise angeschraubt. Der Pumpenkopf 16 hat ein Gehäuse 17 mit einem radial nach außen gerichteten Flansch 18, mit dem der Pumpenkopf 16 flächig und abgedichtet an der Stirnseite des Gehäuses 1 anliegt. Längs des Randes des Flansches 18 befinden sich Befestigungsschrauben 19, mit denen der Pumpenkopf 16 am Gehäuse 1 angeschraubt wird. Der Kopf der Befestigungsschrauben 19 liegt vorteilhaft vertieft im Flansch 18.
  • Im Pumpenkopf befinden sich mit Abstand voneinander zwei Rückschlagventile 20, 21, die jeweils in einem Aufnahmeraum 22, 23 des Pumpenkopfes 16 untergebracht sind. Im Aufnahmeraum 22 befindet sich ein Ventilkörper 24, dessen Außendurchmesser kleiner ist als der Durchmesser des Aufnahmeraumes 22. Der Ventilkörper 24 wird durch wenigstens eine Druckfeder 25 in Richtung auf seine in 1 dargestellte Schließstellung belastet, in der er eine Bohrung 26 im Pumpenkopf 16 verschließt. Die achsparallele Bohrung 26 verbindet den Aufnahmeraum 22 mit einem Pumpenraum 27, der durch eine Membran 28 geschlossen ist. Der Pumpenraum 27 wird im wesentlichen durch eine stirnseitige Vertiefung des Pumpenkopfes 16 gebildet. Die Membran 28 hat einen verstärkten umlaufenden Rand 29, der zwischen dem Gehäuse 1 und dem Flansch 18 des Pumpenkopfes 16 eingespannt ist. Die Membran 28 weist an ihrer dem Kolben 8 zugewandten Seite einen zentralen Ansatz 30 auf, der eine zentrale Bohrung 31 des Bodens 10 des Kolbens 8 durchsetzt. Am freien Ende des Ansatzes 30 befindet sich eine Verdickung 32, die zur Axialsicherung der Membran 28 gegenüber dem Kolben 8 dient. Die Verdickung 32 liegt an der Innenseite des Kolbenbodens 10 und ist so gestaltet, daß die Membran 28 unverlierbar mit dem Kolben 8 verbunden ist.
  • An der der Bohrung 26 des Pumpenkopfes 16 gegenüberliegenden Seite mündet in den Aufnahmeraum 22 eine Bohrung 33, die in einer Anschlußplatte 34 vorgesehen ist. Sie ist an der vom Gehäuse 1 abgewandten Stirnseite des Pumpenkopfes 16 abgedichtet befestigt.
  • Im Aufnahmeraum 23 des Pumpenkopfes 16 befindet sich ebenfalls ein Ventilkörper 35, der gleich ausgebildet ist wie der Ventilkörper 24, jedoch um 180° verdreht zu ihm im Aufnahmeraum 23 angeordnet ist. Mit dem Ventilkörper 35 wird eine Bohrung 36 verschlossen, die parallel zur Bohrung 33 in der Anschlußplatte 34 vorgesehen ist. Der Ventilkörper 35 wird durch wenigstens eine Druckfeder 37 im Aufnahmeraum 23 in Richtung auf seine Schließstellung (2) belastet. Der Außendurchmesser des Ventilkörpers 35 ist kleiner als der Durchmesser des Aufnahmeraumes 23. In den Aufnahmeraum 23 mündet eine Bohrung 38, die im Pumpenkopf 16 vorgesehen ist und parallel zur Bohrung 26 liegt. Die Bohrung 38 verbindet den Pumpenraum 27 mit dem Aufnahmeraum 23.
  • Die Druckfeder 25 des Rückschlagventils 20 stützt sich mit einem Ende an der Anschlußplatte 34 und mit ihrem anderen Ende am Ventilkörper 24 ab. Die Druckfeder 37 stützt sich mit ihrem einen Ende am Boden des Aufnahmeraumes 23 und mit ihrem anderen Ende am Ventilkörper 35 ab.
  • Die Bohrungen 33, 36 münden in Anschlüsse 39, 40, die an der vom Pumpenkopf 16 abgewandten Stirnseite der Anschlußplatte 34 vorgesehen sind und über die das zu fördernde Medium angesaugt bzw. abgegeben wird.
  • In der Stellung gemäß 1 ist die Magnetspule 3 bestromt, so daß der Kolben 8 gegen die Kraft der Druckfeder 9 so weit verschoben wird, bis der Kolben mit seinem Flansch 13 an der Einstellschraube 11 anliegt (1). Die Membran 28 wird, da sie axial fest mit dem Kolben 8 verbunden ist, mitgenommen, wodurch sie einen Unterdruck in den Bohrungen 26, 38 erzeugt. Dies hat zur Folge, daß der Ventilkörper 24, unterstützt durch die Kraft der Druckfeder 25, in seine Schließstellung gelangt, in der er die Bohrung 26 verschließt. Der Ventilkörper 35 wird unter der Saugkraft gegen die Kraft der Druckfeder 37 von der Anschlußplatte 34 abgehoben. Dadurch kann über den Anschluß 40 und die Bohrung 36 das Medium in den Aufnahmeraum 23 gelangen. Hier strömt das angesaugte Medium am Ventilkörper 35 vorbei über die Bohrung 38 in den Pumpenraum 27.
  • Anschließend wird die Bestromung der Magnetspule 3 abgeschaltet. Dies hat zur Folge, daß der Kolben 8 unter der Kraft der Druckfeder 9 so weit zurückgeschoben wird, bis er mit seinem Flansch 13 an der Schulterfläche 14 des Pumpengehäuses 1 zur Anlage kommt (2). Bei diesem axialen Verschiebevorgang wird die Membran 28 mitgenommen und elastisch verformt. Das im Pumpenraum 27 befindliche Medium wird dadurch unter Druck gesetzt. Dies hat zur Folge, daß das Medium den Ventilkörper 35 in seine in 2 dargestellte Schließstellung verschiebt, unterstützt durch die Kraft der Druckfeder 37. Dadurch wird die Bohrung 36 in der Anschlußplatte 34 gesperrt. Gleichzeitig wird jedoch der Ventilkörper 24 durch das unter Druck gesetzte Medium gegen die Kraft der Druckfeder 25 zurückgeschoben, so daß die Bohrung 26 im Pumpenkopf 16 freigegeben wird. Das Medium gelangt somit in den Aufnahmeraum 22 und kann am Ventilkörper 24 vorbei in die Bohrung 33 und damit in den Anschluß 39 strömen.
  • Die Höhe des Pumpendruckes ist abhängig von der Federstärke der Druckfeder 9, mit welcher der Kolben 8 betätigt wird. Mit der Einstellschraube 11 kann der Pumpendruck nach der Montage feinjustiert werden.
  • Vorteilhaft ist die der Membran 28 zugewandte Stirnseite 41 des Kolbenbodens 10 so gewölbt (1), daß die Membran 28 in der ausgelenkten Lage gemäß 2 flächig an der Stirnseite 41 anliegt (2). Auf diese Weise wird die Membran 28 optimal abgestützt und verschleißt dementsprechend nur wenig.
  • Die Pumpe bildet die Kombination aus einer Schwingkolbenpumpe und einer Membranpumpe. Der Schwingkolbenteil mit dem Kolben 8 dient als wartungsfreier Antrieb, während die Membran 28 das Pumporgan bildet. Beim Pumpvorgang kommt lediglich die Membran 28 mit dem Medium in Berührung, nicht jedoch der Kolben 8. Dadurch kann das Material der Membran 28 optimal an das zu pumpende Medium angepaßt werden. Der Kolben 8 kommt nicht mit diesem Medi um in Berührung und kann darum aus einem entsprechend kostengünstigen Material gefertigt werden.
  • Mit der Pumpe lassen sich Drücke erreichen, beispielsweise in der Größenordnung von etwa 5 bar. Die Pumpe ist gegen wässerige Lösungen korrosionsbeständig, da der Schwingkolbenteil durch die Membran 28 gegen das Medium abgedichtet ist. Im Membranpumpenteil ist eine Wellenabdichtung nicht vorgesehen, so daß damit zusammenhängende Probleme nicht auftreten. Die beschriebene Pumpe ist einfriersicher, da sich der Pumpenkolben 8 im Ruhezustand (unbestromter Magnet, 2) in der Position kleinsten Pumpentotvolumens 27 befindet. Beim Einfrieren des Mediums kann das entstehende Zusatzvolumen durch den gegen die Feder 9 zurückweichenden Kolben 8 aufgenommen werden. Die Pumpe läßt sich über die Erregerspule 3 ohne weiteres beheizen, so daß auch ein eigenständiges Auftauen des Mediums nach einem eventuellen Einfrieren möglich ist. Die Pumpe arbeitet wartungsfrei zumindest über die Lebensdauer des Fahrzeuges, in das sie eingebaut ist.
  • Die Pumpe gemäß den 3 und 4 unterscheidet sich von der zuvor beschriebenen Ausführungsform im wesentlichen dadurch, daß anstelle der Kolbenfeder 9 eine in die Membran 28 integrierte Tellerfeder 9' vorgesehen ist, die von der Membran dicht umschlossen wird. Die Tellerfeder 9' sitzt auf einem Befestigungsteil 42, der ebenfalls in die Membran 28 eingebettet ist und von dem der Ansatz 30 absteht, der aus der Membran 28 ragt und als Gewindestift ausgebildet ist. Er wird in den Boden 10 des Kolbens 8 geschraubt. Der Befestigungsteil 42 und der Ansatz 30 sind vorteilhaft einstückig miteinander ausgebildet. Die Membran 28 besteht vorzugsweise aus thermoplastischem oder vulkanisiertem Elastomer.
  • 3 zeigt den Kolben 8 in einer Stellung entsprechend 2 des vorigen Ausführungsform. Die Spule 3 ist nicht bestromt und der Kol ben 8 unter der Kraft der Tellerfeder 9' so weit verschoben, daß er mit seinem Flansch 13 an der Schulterfläche 14 des Pumpengehäuses 1 anliegt. Die Membran 28 liegt flächig an der gewölbten Stirnseite 41 des Kolbenbodens 10 an.
  • Wird die Spule 3 bestromt, wird der Kolben 8 gegen die Kraft der Tellerfeder 9' so weit verschoben, bis er mit seinem Flansch 13 an der Einstellschraube 11 anliegt.
  • Die Funktion der Pumpe ist im übrigen gleich wie bei der Ausführungsform nach den 1 und 2.

Claims (27)

  1. Pumpe zur Förderung eines Abgasnachbehandlungsmediums, insbesondere einer Harnstoff-Wasser-Lösung, für Dieselmotoren, mit einem Pumpengehäuse, in dem ein Pumpelement untergebracht ist, mit dem das Medium von wenigstens einem Zulauf zu wenigstens einem Auslaß förderbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpelement ein Kolben (8) ist, der gegen eine Gegenkraft verschiebbar und durch eine Membran (28) vom Medium getrennt ist.
  2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (8) ein Hohlkolben ist.
  3. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (8) gegen die Kraft wenigstens einer Feder (9; 9') verschiebbar ist.
  4. Pumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (9) eine Druckfeder ist.
  5. Pumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (9') eine Tellerfeder ist.
  6. Pumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Tellerfeder (9') in die Mem bran (28) integriert ist.
  7. Pumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Tellerfeder (9') von der Membran (28) dicht umschlossen ist.
  8. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (28) aus thermoplastischem oder vulkanisiertem Elastomer besteht.
  9. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (8) von wenigstens einer Magnetspule (3) umgeben ist.
  10. Pumpe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (8) durch Bestromen der Magnetspule (3) verschiebbar ist.
  11. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (8) einen Boden (10) aufweist.
  12. Pumpe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (28) mit dem Kolben (8), vorzugsweise seinem Boden (10), in Verschieberichtung des Kolbens (8) fest verbunden ist.
  13. Pumpe nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (28) mit einem Ansatz (30) durch den Boden (10) des Kolbens (8) ragt.
  14. Pumpe nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansatz (30) von einem in die Membran (28) eingebetteten Befestigungsteil (42) absteht.
  15. Pumpe nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Tellerfeder (9') auf dem Befestigungsteil (42) gehalten ist.
  16. Pumpe nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansatz (30) als Gewindestift ausgebildet ist.
  17. Pumpe nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansatz (30) in den Boden (10) des Kolbens (8) geschraubt ist.
  18. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (28) bei nicht betätigter Magnetspule (3) flächig am Boden (10) des Kolbens (8) anliegt.
  19. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (28) mit ihrem Rand (29) zwischen dem Pumpengehäuse (1) und einem Pumpenkopf (16) eingespannt ist.
  20. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (28) einen Pumpenraum (27) begrenzt.
  21. Pumpe nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpenraum (27) im Pumpenkopf (16) vorgesehen ist.
  22. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Zulauf (40) durch ein Rückschlagventil (21) gegen den Pumpenraum (27) absperrbar ist.
  23. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaß (39) durch ein Rückschlagventil (20) sperrbar ist.
  24. Pumpe nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Rückschlagventile (20, 21) gegensinnig zueinander arbeiten.
  25. Pumpe nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückschlagventile (20, 21) jeweils einen Ventilkörper (24, 35) aufweisen, der in einem Aufnahmeraum (22, 23) untergebracht ist.
  26. Pumpe nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser der Ventilkörper (24, 35) kleiner ist als der Innendurchmesser der Aufnahmeräume (22, 23).
  27. Pumpe nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmeräume (22, 23) mit dem Pumpenraum (27) leitungsverbunden sind.
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