DE102006007554A1 - Feed pump for a urea solution, to treat heavy vehicle motor exhaust gases, is an electromotor with an integrated gear pump of two meshing cogwheels rotated by a magnetic field - Google Patents
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Abstract
Description
Technisches Gebiettechnical area
Die Erfindung betrifft eine Förderpumpe, die mit zwei Zahnrädern arbeitet, um zum Beispiel ein Abgasnachbehandlungsmedium auf Harnstoffwasserbasis einer Abgasnachbehandlungseinrichtung, insbesondere im Kraftfahrzeug, zur Verfügung zu stellen.The Invention relates to a feed pump, the with two gears works to, for example, a urea water-based exhaust aftertreatment medium an exhaust gas aftertreatment device, in particular in the motor vehicle, to disposal to deliver.
Stand der Technikwas standing of the technique
Es
ist bekannt, mittels einer Harnstoffwasserlösung, die in das Abgas von
Verbrennungsmotoren, insbesondere Dieselmotoren, eindosiert wird,
den Stickoxidanteil im Abgas zu reduzieren. Die Harnstoffwasserlösung wird
im Kraftfahrzeug mitgeführt
und bedarfsgerecht in den Abgasstrang eindosiert, wobei die Flüssigkeit
aus einem Vorratsbehälter
stammt, der direkt oder indirekt mit einer Förderpumpe verbunden ist. Eine
geeignete Förderpumpe
ist zum Beispiel in der
Weiterhin
ist bekannt, dass die Harnstoffwasserlösung schwer zu behandelnde
Erscheinungen zeigt. So ist zum Beispiel in der zum Anmeldezeitpunkt
unveröffentlichten
Patentanmeldung
Mit dem Begriff Harnstoffwasserlösung sind alle Abasnachbehandlungsmedien gemeint, die insbesondere die Stickoxidmenge im Abgas eindosierend verringern können. Neben der weit verbreiteten Harnstoffwasserlösung sind weitere, vor allem synthetisch herstellbaren, aber auch natürlich existente wässrigen Medien bekannt, die eine ähnliche stickoxidreduktive Wirkung im Abgasstrang entfalten können.With the term urea water solution are meant all Abasnachbehandlungsmedien, in particular the Nitrogen oxide can reduce metering in the exhaust gas. Next The widespread urea water solution are more, especially synthetic producible, but also natural existing aqueous Media known to be a similar one can develop nitrogen oxide-reducing effect in the exhaust system.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Technische AufgabeTechnical task
Unter diesen Rahmenbedingungen ist die Notwendigkeit einer neuen Pumpenkonstruktion gegeben, die als Kraftfahrzeugpumpe für eine Harnstoffwasserlösung geeignet ist, und hierbei mit den besonderen Schwierigkeiten der Kraftfahrzeuganwendung auf der einen Seite und den Anforderungen auf Grund der Harnstoffwasserlösung auf der anderen Seite umgehen können soll.Under These conditions are the need for a new pump design given that suitable as a motor vehicle pump for a urea water solution is, and this with the particular difficulties of the automotive application on the one hand and the requirements due to the urea water solution on the other side should.
Vorteilhaft ist es, wenn die Pumpe so gestaltet ist, dass sie kontinuierlich fördern kann.Advantageous it is when the pump is designed to be continuous promote can.
Technische LösungTechnical solution
Die Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Förderpumpe gemäß Hauptanspruch gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen zu erblicken. Eine entsprechende Abgasnachbehandlungseinrichtung für Kraftfahrzeuge ist dem Anspruch 12 zu entnehmen.The The object is achieved by an inventive pump according to the main claim solved. Advantageous embodiments are in the dependent claims to catch sight of. A corresponding exhaust aftertreatment device for motor vehicles is given in claim 12.
Insbesondere bei einer Harnstoffwasserlösung sind nur Kleinstmengen zu fördern, das sind solche Mengen, die weniger als 50 l pro Stunde betragen. In einem in einem Labor untersuchten System muss die Förderleistung sogar nur bei 20 l pro Stunde liegen. Die Förderpumpe muss harnstoffwasserlösungsfest sein. Die Harnstoffwasserlösung ist extrem korrosiv, genauso wie viele ihrer synthetischen Verwandten. Viele gängige metallische Werkstoffe oxidieren, wenn sie in der Harnstoffwasserlösung eingetaucht sind. Gleichzeitig soll die Pumpe möglichst wenige, bewegliche Teile aufweisen, die direkt mit der Harnstoffwasserlösung in Berührung stehen. Ein bekanntes Pumpensystem sind die Zahnradpumpen, die mittels zweier ineinander eingreifender Zahnräder die zu fördernde Flüssigkeit fördern. Die beiden Zahnräder sind zueinander exzentrisch angeordnet. Die einzelnen Räder des jeweiligen Zahnrades können ineinander in einen bestimmten Bereich eingreifen, während zwischen den Zahnrädern in einen anderen Bereich ein Förderraum durch die Exzentrizität eröffnet wird. Weiterhin sind solche Förderpumpen mit Magnetfelderzeugern ausgestattet. In den gängigen Zahnradförderpumpen bewegt der Magnetfelderzeuger entweder eine Welle oder treibt über eine magnetische Kupplung eine Antriebswelle an. Die in den Förderraum weisende oder hinreichende Welle wird in der Regel flüssigkeitsdicht durch zusätzliche Dichtringe abgedichtet.Especially with a urea water solution only very small quantities are to be promoted, these are amounts that are less than 50 liters per hour. In a system tested in a laboratory, the flow rate must be as low as 20 liters per hour. The delivery pump must be urea-water-resistant. The urea water solution is extremely corrosive, as are many of its synthetic relatives. Many common metallic materials oxidize when immersed in the urea water solution. At the same time the pump should have as few moving parts that are in direct contact with the urea water solution. A well-known pump system are the gear pumps, which promote the fluid to be conveyed by means of two intermeshing gears. The two gears are arranged eccentrically to each other. The individual wheels of the respective gear mesh with each other in a certain area, while between the gears in another area a pumping chamber is opened by the eccentricity. Furthermore, such feed pumps are equipped with magnetic field generators. In common gear pumps, the magnetic field generator either moves a shaft or drives a drive shaft via a magnetic coupling. The pointing into the delivery room or sufficient wave is usually sealed liquid-tight by additional sealing rings.
Dem gegenüber ist in der erfindungsgemäßen Förderpumpe keine Welle vorhanden, sie ist wellenfrei. Die eigentliche Förderung erfolgt über die beiden ineinander eingreifenden, im Pumpraum vorhandenen Zahnräder. Die Förderräder können auch so gestaltet sein, dass sie als Gerotorpumpe arbeiten. Die Magnetfelderzeuger liegen außerhalb des Pumpraums. Sie bauen veränderliche Magnetfelder, insbesondere umlaufende Magnetfelder auf, die eine rotierende Bewegung eines der beiden Zahnräder kontaktlos hervorrufen. Die Pumpe folgt in ihrer Rotationsrichtung der Drehrichtung des Feldes. Die Zahnräder befinden sich im Pumpenraum, sie haben keine Dreh- oder Kontaktdurchführung aus dem Pumpenraum raus. Das erzeugte Magnetfeld aus den Magnetfelderzeugern wirkt direkt und unmittelbar auf das bewegende Zahnrad. Durch die Exzentrizität der Anordnung der beiden Zahnräder zueinander schleppt das angetriebene Zahnrad das zweite Zahnrad jeweils stückchenweise mit. Das Magnetfeld, das sich aus den Magnetfelderzeugern aufbaut, verändert seine Erscheinung in zeitlicher Hinsicht im Pumpraum. Das Magnetfeld baut sich auf und durchgreift wenigstens eines der Zahnräder, zum Beispiel induktiv bzw. elektromagnetisch. Hierdurch wird eine Bewegung in wenigstens einem der beiden Zahnräder hervorgerufen.the across from is in the feed pump according to the invention no wave available, it is wave-free. The actual promotion over the two intermeshing, present in the pump room gears. The Conveyor wheels can also be designed so that they work as gerotor pump. The magnetic field generator lie outside the pump room. They build changeable ones Magnetic fields, in particular rotating magnetic fields, the one cause rotational movement of one of the two gears without contact. The pump follows in its direction of rotation of the direction of rotation of Field. The gears are located in the pump room, they have no rotary or contact feedthrough out the pump room. The generated magnetic field from the magnetic field generators acts directly and directly on the moving gear. By the eccentricity the arrangement of the two gears To each other, the driven gear tows the second gear each piece by piece With. The magnetic field that builds up from the magnetic field generators changed his appearance in temporal terms in the pump room. The magnetic field builds up and reaches through at least one of the gears, to Example inductive or electromagnetic. This will cause a movement caused in at least one of the two gears.
Vorteilhafte Wirkungenadvantageous effects
Der Pumpraum ist durch einen wannenartig gestalteten Deckel, der als tiefgezogener Zylinder geschaffen sein kann, von dem Raum getrennt, in dem der Magnetfelderzeuger angeordnet ist. Das Pumpengehäuse ist andernends durch einen Flansch verdeckt, durch den Durchbrechungen gehen können, zum Beispiel eine Mediumzuführleitung und eine Mediumabführleitung. Die Wanne hat einen umlaufenden Rand, gegen den der Flansch anliegt. Es führen keine elektrischen Leitungen in den Pumpraum. Der Pumpraum ist somit elektrisch kontaktlos, aber ein elektromagnetisches Feld greift in den Pumpraum. Auch ist der Pumpraum wellenlos. Nur das Aussenzahnrad der beiden Zahnräder lagert auf einem Dorn, der aus dem Flansch hervorsteht, so dass eine exzentrische Anordnung zwischen den beiden Zahnrädern möglich ist. Bis auf die Durchbrechungen im Flansch kann der Pumpraum als hermetisch abgeschlossener Raum im leitungstechnischen Sinne und Flüssigkeitssinn betrachtet werden. Das antreibende Zahnrad rotiert aufgrund des elektrischen Feldes, es kann in der Harnstoffwasserlösung schwimmend angeordnet sein. Nur eine geringe Anzahl Bauteile sind somit mit der korrosiven Harnstoffwasserlösung in Berührung.Of the Pump room is characterized by a trough-shaped lid, which as deep-drawn cylinder can be created, separated from the room, in which the magnetic field generator is arranged. The pump housing is covered at the other end by a flange, through the openings can go for example, a medium supply line and a medium discharge line. The tub has a peripheral edge, against which the flange rests. It lead no electrical lines in the pump room. The pump room is thus electrically contactless, but an electromagnetic field attacks in the pump room. Also, the pump room is undulating. Only the outer gear the two gears superimposed on a mandrel that protrudes from the flange so that an eccentric arrangement between the two gears is possible. Except for the openings in the flange, the pump chamber can be hermetic enclosed space in line technical sense and liquid sense to be viewed as. The driving gear rotates due to the electric field, it can floating in the urea water solution be arranged. Only a small number of components are thus with the corrosive urea water solution in touch.
Das erste Zahnrad, das Innenzahnrad, sieht von außen betrachtet wie ein kreisrunder Ring aus, in dessen Mitte, ebenfalls in ungefähr gleicher Höhe wie das Innenzahnrad, ein auf dem Dorn des Flansches liegendes Außenzahnrad, angeordnet ist. Das Innenzahnrad schleppt das Außenzahnrad bei zahnmäßigem Eingriff solange mit, wie ein Zahneingriff sichergestellt ist. Somit kann nach einer Ausgestaltung das Magnetfeld so gestaltet werden, dass vor allem das äußere Zahnrad gut durchsetzt wird. Der Magnetfelderzeuger kann zum Beispiel durch eine Anzahl von Spulen, die auf Transformatorblechen lagern, und von diesen getragen werden, aufgebaut werden. Die Spulen werden nach und nach unterschiedlich angesteuert, sie erzeugen hierdurch ein wechselndes Magnetfeld. Die Spulen des Magnetfelderzeugers sind außerhalb des Pumpraums angeordnet. Sie befinden sich vorzugsweise in dem Bereich, der dem Flansch abgewandt ist. Dieser Abschnittsfortsatz des Flansches, der kreisrund, also ringartig, sein kann, ist ein flüssigkeitsfreier Bereich, in dessen Mitte der Flüssigkeitsraum vorhanden ist, in dem die Zahnräder sich drehen. Der Magnetfelderzeuger und die Zahnräder bilden zusammen somit eine Rotationsebene. Die Zahnräder und der Magnetfelderzeuger liegen bis auf minimale Abweichungen alle in der gleichen Rotationsebene gemäß einer vorteilhaften Ausbildung.The first gear, the internal gear, looks like a circular from the outside Ring in, in its center, also at about the same height as the Internal gear, an outer gear located on the mandrel of the flange, is arranged. The internal gear drags the external gear when tooth engaging as long as, how a meshing is ensured. Thus, can According to one embodiment, the magnetic field be designed so that especially the outer gear is well enforced. The magnetic field generator can, for example, by a number of coils which are supported on transformer plates, and be carried by these are built. The coils will be gradually driven differently, they generate thereby a changing magnetic field. The coils of the magnetic field generator are outside arranged the pump room. You are preferably in the Area that faces away from the flange. This section extension of the flange, which may be circular, that is ring-like, is a liquid-free Area in the middle of the liquid space is present in which the gears turn around. The magnetic field generator and the gears form together thus a plane of rotation. The gears and the magnetic field generator all but the smallest deviations are in the same plane of rotation according to a advantageous training.
Als elektromagnetisches Prinzip lässt sich mit dem als Rotor arbeitender Innenzahnkranz des ersten Zahnrades ein klassisch bekannter, magnetisierbarer Elektromotor dadurch aufbauen, dass das erste Zahnrad magnetisierbar ist. Vorteilhaft füllt der Magnet die zylinderförmige Wanne des Pumpengehäuses als Ring aus. In dem inneren Hohlraum dieses Ringes liegt der zweite Zahnkranz des zweiten Zahnrads. Der gesamte Zylinderraum ist bis auf den Förderraum in seiner Höhe durch die beiden Zahnräder, deren Höhen miteinander vergleichbar ist, ausgefüllt.When electromagnetic principle itself with the working as a rotor inner ring gear of the first gear build a classically known, magnetizable electric motor, that the first gear is magnetizable. Advantageously fills the Magnet the cylindrical one Tub of the pump housing as a ring. In the inner cavity of this ring is the second Sprocket of the second gear. The entire cylinder space is up on the conveyor room in its height through the two gears, their heights is comparable to each other, filled out.
Nach einem weiteren motorischen Prinzip können in dem, zum Beispiel metallischen, Ring des äußeren Zahnrades Dauermagnete eingeklebt sein. Hierdurch wird die magnetische Wirkung verstärkt.To Another motor principle can be found in the, for example, metallic, Ring of the outer gear Permanent magnets glued. This will cause the magnetic effect strengthened.
Nach einem weiteren motorischen Prinzip kann das äußere, angetriebene Zahnrad durch seine Formgebung, insbesondere der Zahngestaltung, dem Reluktanzprinzip folgen, in dem das Zahnrad sich in dem Magnetfeld der Magnetfelderzeuger ausrichtet, obwohl das Zahnrad selber nicht magnetisierbar ist.To Another motor principle, the outer, driven gear by its shape, in particular the tooth design, the reluctance principle follow, in which the gear is in the magnetic field of the magnetic field generator aligns, although the gear itself is not magnetizable.
Die Wahl des geeigneten motorischen Prinzips ergibt sich unter anderem aus der Werkstoffwahl des als Läufer agierenden ersten, größeren Zahnrades.The choice of the appropriate motor principle results, inter alia, from the choice of material of the as a runner acting first, larger gear.
Harnstoffwasserlösung ist gefriergefährdet. Aus diesem Grund soll das Flüssigkeitsvolumen möglichst gering sein. Neben der nahezu vollzylindrischen Ausfüllung des Pumpraums, bis auf einen Förderraum, dient die direkte Zuleitung über die Durchbrechungen in den Pumpraum für einen möglichst kurzen Förderweg, der die elektromagnetische Effizienz der Förderpumpe steigert.Urea water solution is freeze at risk. For this reason, the liquid volume as low as possible be. In addition to the almost fully cylindrical filling of the pump room, up to a delivery room, serves the direct supply over the openings in the pump space for the shortest possible delivery path, which increases the electromagnetic efficiency of the feed pump.
Durch die Anordnung ortsfester Dichtungen, insbesondere O-Ringdichtungen der kreisrunden, zylinderförmigen Teile, können flüssigkeitsabgeschlossene Räume gebildet werden. Die Langzeitstabilität der Förderpumpe ist gewährleistet, weil die Dichtungen sich nicht bewegen, sondern nach einer vorteilhaften Ausgestaltung nicht unmittelbar permanent mit der Harnstoffwasserlösung in Berührung stehen. Das kreisrunde Pumpgehäuse bzw. Rotorgehäuse zusammen mit dem kreisrunden Spulengehäuse und dem Spulengehäusedeckel werden durch gleichmäßig beabstandete Schrauben auf dem Flansch geschraubt. Alternativ kann auch eine andere geeignete flächenpressungsbildende Anschlagsvariante gewählt werden. An den jeweiligen Übergängen des einen Teils mit dem gegenüberliegenden zweiten Teil, zum Beispiel Pumpgehäuse und Flansch bzw. Spulengehäuse und Spulengehäusedeckel, sind Dichtungen angeordnet. Somit braucht für eine flüssigkeitsdichte Abdeckung nur ein O-Ring auf den Flansch angeordnet zu werden und ein weiterer O-Ring muss unter dem Spulengehäusedeckel angeordnet werden.By the arrangement of stationary seals, in particular O-ring seals the circular, cylindrical Parts, can liquid completed Spaces formed become. The long-term stability the feed pump is guaranteed because the seals do not move, but after a favorable Design not immediately permanent with the urea water solution in contact stand. The circular pump housing or rotor housing together with the circular coil housing and the coil housing cover are spaced by evenly spaced Screws screwed on the flange. Alternatively, a other suitable surface pressure forming Stop variant selected become. At the respective transitions of the a part with the opposite second part, for example pump housing and flange or coil housing and Coil cover, are arranged seals. Thus, only needs for a liquid-tight cover an o-ring to be placed on the flange and another O-ring must be under the bobbin case cover to be ordered.
Die Zahnform, insbesondere eine gerundete Zahnform, des äußeren als Rotor arbeitende erste Zahnrad und des innenliegenden zweiten Zahnrads sind aufeinander abgestimmt, wobei durch eine günstige Gestaltung eine Reluktanzeigenschaft geschaffen werden kann.The Tooth shape, in particular a rounded tooth shape, of the outer than Rotor working first gear and the inner second gear are matched, with a favorable design a reluctance property can be created.
Das erfinderische Prinzip lässt sich nach einem anderen Aspekt auch so beschreiben, dass die elektrische Kontaktierung über den Spulengehäusedeckel bis zu dem Magnetfelderzeuger, zum Beispiel über eine Ansteuerungselektronik, erfolgt und in dem Raum für den Magnetfelderzeuger endet. Danach setzt sich nur noch ein leitungsfreies elektromagnetisches Feld fort, das eine Rotationsbewegung zum Beispiel durch Induktion in dem Rotor der Pumpe, die wellenfrei ist, hervorruft.The inventive principle to describe themselves in another aspect, that the electric Contacting via the bobbin case cover up to the magnetic field generator, for example via a control electronics, done and in the room for the magnetic field generator ends. After that, only a wire-free electromagnetic field, which is a rotational movement for example by induction in the rotor of the pump, which is free of waves.
Durch diese geschickte Anordnung sind keine Drehdurchführungen mehr abzudichten, insgesamt kommt die Förderpumpe mit sehr wenigen, vorzugsweise ausschließlich statischen, Dichtungen aus. Auch kommt die Förderpumpe mit einem geringen Zusatzvolumen aus, das möglichst gering gehalten werden soll. Die Harnstoffwasserlösung soll solange im Vorratsbehälter verbleiben, wie sie nicht in den Abgasstrang hinein dosiert werden muss. Die Harnstoffwasserlösung im gesamten Dosierstrang inklusive der Förderpumpe soll möglichst gering sein. Die Förderpumpe kommt mit wenigen bewegenden Teilen aus, sie ist aufgrund der geringen Anzahl der Bauteile besonders automotiv tauglich.By this clever arrangement are no rotary joints to seal more, total comes the delivery pump with very few, preferably only static, seals out. Also comes the delivery pump with a small additional volume, which are kept as low as possible should. The urea water solution should as long as in the reservoir remain as they are not dosed into the exhaust system got to. The urea water solution in the entire dosing line including the feed pump should be possible be low. The pump comes with few moving parts, it is due to the low Number of components particularly suitable for automotive use.
Eine solche Förderpumpe kann zwischen Vorratstank und Dosierventil und gegebenenfalls einem Dosierzwischenspeicher angeordnet werden, um das Abgasnachbehandlungsmedium, das irgendwo in Lastkraftwagen mitgeführt wird, zum Abgaskrümmer an der Verbrennungskraftmaschine zu fördern. Auch trägt diese kleine, energetisch optimierte Förderpumpe zu einer minimalen Gewichtserhöhung im Kraftfahrzeug bei.A such feed pump can between storage tank and metering valve and optionally a Dosing buffers are arranged to the exhaust aftertreatment medium, which is carried somewhere in trucks, to the exhaust manifold to promote the internal combustion engine. Also wearing this little, energetically optimized feed pump to a minimal weight increase in the motor vehicle.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenShort description the drawings
Die
Erfindung kann noch besser verstanden werden, in dem die beiliegenden
die
die
die
Ausführungsform(en) der Erfindung Embodiment (s) of the invention
Im
Folgenden werden die
Eine
solche Förderpumpe
kann in einer Abgasnachbehandlungseinrichtung
Nur
der Außenring
des ersten Zahnrads
Ein
alternatives, motorisches Prinzip der erfindungsgemäßen Pumpe
Ein
zweites, alternatives, motorisches Prinzip der erfindungsgemäßen Pumpe
Es
ist für
den Fachmann selbstverständlich,
dass nur eine beschränkte
Anzahl an Ausführungsbeispielen
näher beschrieben
worden sind, je nach Gestaltung des als Rotor arbeitenden ersten
Zahnrades kann der Magnetfelderzeuger aus mehr oder weniger als
den beschriebenen vier Spulen aufgebaut werden. Durch eine günstige Abstimmung
zwischen Spulenanzahl und Form des Zahnrades wird in Übereinstimmung
mit der Ansteuerung durch die Steuerelektronik die Förderdrehzahl
der Pumpe bestimmt. Nach einem Aspekt der Erfindung entfallen Drehdurchführungen,
der Pumpraum wird im Wesentlichen als hermetisch abgeschlossen betrachtet,
in dem nur zwei sich bewegende Teile, ein äußeres und ein inneres Zahnrad,
schwimmend in der Förderflüssigkeit
bzw. auf einem Dorn gelagert vorhanden sind. Durch die Anordnung
der Magnetfelderzeuger in der Rotationsebene der beiden Zahnräder wird
eine kompakte Einheit aufgebaut, die günstig ein zu nutzendes Magnetfeld
generiert. Als magnetischer Spalt ist nur der Abstand, der sich
aus dem Pumpgehäuse
Tabelle 1 Bezugszeichenliste Table 1 list of reference numerals
Claims (12)
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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ID=38288790
Family Applications (1)
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DE102006007554A Withdrawn DE102006007554A1 (en) | 2006-02-16 | 2006-02-16 | Feed pump for a urea solution, to treat heavy vehicle motor exhaust gases, is an electromotor with an integrated gear pump of two meshing cogwheels rotated by a magnetic field |
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Country | Link |
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DE (1) | DE102006007554A1 (en) |
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