Die
Erfindung betrifft eine Membranpumpe zur Förderung und Dosierung eines
Fluids, insbesondere eines flüssigen
Mediums.The
The invention relates to a diaphragm pump for conveying and metering a
Fluids, especially a liquid
Medium.
Im
Stand der Technik sind Dosierpumpen in Form von Kolbenpumpen bekannt,
zum Beispiel aus DE
4328621 A1 und DE 10 2004 002 245 A1 . Hierbei laufen die
Teile des Antriebs, namentlich der elektromagnetische Anker und
die Gleitlager/Kolben-Kombination im zu fördernden Medium. Die bewegten
Teile der Kolbenpumpe stehen in Kontakt mit dem zu fördernden
Fluid und sind ggf. dadurch geschmiert. Ein aggressives Fluid neigt
im Fall der Trocknung in der Regel zum Auskristallisieren. Hierdurch
würde ein
Betrieb der Kolbenpumpe durch ein Verklemmen bzw. Festsetzen der
bewegten Teile in Folge des festen Fluids gestört oder zumindest beeinträchtigt.
Bei einer flüssigen
Harnstofflösung
kann es im Falle der Trocknung zu dem genannten Auskristallisieren
von festen Stoffen kommen. Deshalb sind solche Kolbenpumpen nicht
zur Förderung
eines aggressiven Fluids wie zum Beispiel eine Harnstofflösung geeignet.In the prior art metering pumps in the form of piston pumps are known, for example DE 4328621 A1 and DE 10 2004 002 245 A1 , Here are the parts of the drive, namely the electromagnetic armature and the plain bearing / piston combination in the medium to be conveyed run. The moving parts of the piston pump are in contact with the fluid to be pumped and are possibly lubricated by it. An aggressive fluid tends to crystallize in the case of drying. As a result, operation of the piston pump would be disturbed or at least impaired by jamming or settling of the moving parts as a result of the solid fluid. In the case of a liquid urea solution, in the case of drying, the stated crystallization of solids may occur. Therefore, such piston pumps are not suitable for delivering an aggressive fluid such as a urea solution.
Bei
der Dosierung von fließfähigen Stoffen, insbesondere
von Flüssigkeiten,
ist der Einsatz von Förderpumpen
in Form von Membranpumpen bekannt, die sich durch eine leckagefreie
Arbeitsweise auszeichnen. Im Gegensatz zu einer direkt angetriebenen
Hubkolbenpumpe steht bei einer Membranpumpe ein Verdrängerkolben
nicht direkt mit einem Förderfluid
in Verbindung. Solche Förderpumpen kommen
insbesondere bei der Förderung
eines aggressiven Fluids wie zum Beispiel eine Harnstoff-Wasser-Lösung für einen
Abgasreinigungsprozess bei Kfz-Dieselmotoren zum Einsatz. Ein solcher Abgasreinigungsprozess
ist auch unter der Bezeichnung „selektive katalytische Reduktion", kurz: SCR, bekannt.at
the dosage of flowable substances, in particular
of liquids,
is the use of feed pumps
known in the form of diaphragm pumps, which are characterized by a leak-free
Distinguish way of working. Unlike a directly driven
Reciprocating pump is a displacement piston in a diaphragm pump
not directly with a pumping fluid
in connection. Such delivery pumps come
especially in the promotion
an aggressive fluid such as a urea-water solution for one
Emission control process for automotive diesel engines is used. Such an exhaust gas purification process
is also known as "selective catalytic reduction", SCR for short.
Mittels
der SCR-Technologie wird ein Dieselmotor auf maximale Effizienz
und grenzwertkonforme Partikelemissionen eingestellt. Durch den
Einsatz dieser Technologie lassen sich die Grenzwertstufen Euro
4 und Euro 5 für
die Stickoxidemissionen erreichen. Diese Entstickungstechnologie
erfordert ein Reduktionsmittel. Zumeist wird als Reduktionsmittel AdBlueTM verwendet. Hierbei handelt es sich um
eine wässrige
Harnstofflösung,
die in den Abgasstrom eingedüst
und das benötigte
Reduktionsmittel, nämlich Ammoniak
für die
SCR-Reaktionen im Katalysator freisetzt. Hierdurch werden die NOx-Emissionen
der Dieselabgase wirkungsvoll reduziert und gleichzeitig der Dieselmotor
auf einen günstigen
Wirkungsgrad hin optimiert. Vorteilhaft resultieren hieraus ein
geringer Kraftstoffverbrauch und niedrige Partikelemissionen.By means of the SCR technology, a diesel engine is set to maximum efficiency and compliant particle emissions. By using this technology, the threshold levels Euro 4 and Euro 5 can be achieved for nitrogen oxide emissions. This denitrification technology requires a reducing agent. In most cases, AdBlue ™ is used as the reducing agent. This is an aqueous urea solution which is injected into the exhaust gas stream and releases the required reducing agent, namely ammonia, for the SCR reactions in the catalyst. As a result, the NO x emissions of the diesel exhaust gases are effectively reduced while optimizing the diesel engine to a low efficiency out. This advantageously results in low fuel consumption and low particulate emissions.
Das
Reduktionsmittel AdBlueTM stellt aufgrund
seiner spezifischen Eigenschaften im Detail sehr hohe Entwicklungsanforderungen
an die Abgasnachbehandlungssysteme, mit denen eine Entstickung durchgeführt wird,
hinsichtlich Frostfestigkeit, Verstopfung bei erhöhten Temperaturen
durch Kristallisation sowie Materialverträglichkeit der Medium führenden
Komponenten.Due to its specific properties, the AdBlue TM reducing agent has very stringent development requirements for the exhaust aftertreatment systems, which are used for denitrification, with regard to frost resistance, clogging at elevated temperatures due to crystallization and material compatibility of the medium-carrying components.
DE 10 2004 011 123
A1 zeigt eine Förderpumpe
für ein
Abgasnachbehandlungsmedium, insbesondere eine Harnstoff-Wasser-Lösung für Dieselmotoren,
die bei einem SCR-Verfahren eingesetzt wird. Die Dosierung des Mediums
erfordert jedoch neben der Förderpumpe
eine zusätzliche
Dosiereinrichtung. Ein weiterer Nachteil dieser Pumpe liegt darin,
dass wegen eines direkten mechanischen Antriebs einer Membran durch
einen Hubmagneten vergleichsweise hohe Antriebskräfte erforderlich
sind. Dies kann auch zu ungenauen Förderraten führen. DE 10 2004 011 123 A1 shows a feed pump for an exhaust aftertreatment medium, in particular a urea-water solution for diesel engines, which is used in an SCR process. However, the metering of the medium requires, in addition to the feed pump, an additional metering device. Another disadvantage of this pump is that because of a direct mechanical drive of a membrane by a solenoid comparatively high driving forces are required. This can also lead to inaccurate production rates.
Neben
einem mechanischen Direktantrieb einer Membran, die durch einen
Hubmagneten direkt angesteuert wird, sind insbesondere im Bereich
von Chemiepumpen auch solche bekannt, bei denen eine Membran hydraulisch
angetrieben wird. Die oszillierende Bewegung eines Förderkolbens
wird über eine Hydraulikvorlage
in einem Membranarbeitsraum auf eine Membran übertragen, die den eigentlichen
Förderraum,
der mit dem zu fördernden
Fluid gefüllt
ist, gegenüber
der Atmosphäre
abdichtet. Im Unterschied zu einer direkt mittels eines Hubkolbens
angetriebenen Membran arbeitet eine hydraulisch abgestützte Membran
stets druckausgeglichen und ist deshalb für höhere Förderdrücke mit höheren Leistungen geeignet.
Im Vergleich zu einem mechanischen Direktantrieb der Membran stellt
sich wegen der hohen Drucksteifigkeit des hydraulischen Prinzips
auch eine höhere
Dosiergenauigkeit ein.Next
a mechanical direct drive of a membrane, which by a
Solenoid is controlled directly, are particularly in the field
Chemical pumps are also known as those in which a diaphragm is hydraulic
is driven. The oscillating motion of a delivery piston
is via a hydraulic template
transferred in a membrane working space on a membrane, which is the actual
Pumping chamber,
the one with the to be promoted
Fluid filled
is opposite
the atmosphere
seals. In contrast to a direct by means of a reciprocating piston
driven diaphragm operates a hydraulically supported membrane
always pressure balanced and therefore suitable for higher delivery pressures with higher performance.
Compared to a mechanical direct drive of the diaphragm provides
because of the high pressure rigidity of the hydraulic principle
also a higher one
Dosing accuracy on.
Die DE-U-8437633 zeigt
eine hydraulisch angetriebene Membranpumpe, bei der ein Hydraulikraum
einen Membranarbeitsraum und einen davon durch die Membran getrennten
Förderraum
umfasst. Die genaue Förder-
und Dosiermenge des geförderten
Fluids im Förderraum
der Pumpe stellt sich hierbei durch die Hublänge des Kolbens in dem Membranarbeitsraum
ein. Die Hublänge
des Kolbens variiert zwischen einer Kolbenanfangs- und Kolbenendstellung
in Abhängigkeit
von Antriebselementen wie der Kolbenlänge und der Frequenz der Bewegung. Aufgrund
einer Vielzahl von zu berücksichtigenden Parametern
ist eine exakte Dosierung des zu fördernden Mediums nicht möglich. Vor
allem bei kleinem Hubraum und geringem Hub des Kolbens machen sich
diese Nachteile bemerkbar.The DE-U-8437633 shows a hydraulically driven diaphragm pump, in which a hydraulic space comprises a membrane working space and one of them separated by the membrane delivery chamber. The precise delivery and metering amount of the pumped fluid in the delivery chamber of the pump adjusts itself here by the stroke length of the piston in the membrane working space. The stroke length of the piston varies between a piston start and piston end position depending on drive elements such as the piston length and the frequency of movement. Due to a variety of parameters to be taken into account an exact dosage of the medium to be delivered is not possible. Especially with small displacement and low stroke of the piston, these disadvantages are noticeable.
Ein
weiterer Nachteil der Pumpe gemäß der DE-U-8437633 besteht
darin, dass sie sich auf Grund ihrer robusten Bauart nicht zum Einbau
in einem Kraftfahrzeug eignet. Um Gasblasen aus dem Membranarbeitsraum
entlüften
zu können,
sind an der geodätisch
höchsten
Stelle des Membranarbeitsraums Entlüftungskanäle angeschlossen, die ins Freie
oder in einen geeigneten Behälter
ausmünden.
Insofern ist ein Betrieb dieser Pumpe in einer vorbestimmten Lageorientierung
erforderlich. Anders ausgedrückt
ist ein Betrieb dieser Pumpe nicht lageunabhängig möglich.Another disadvantage of the pump according to the DE-U-8437633 is that due to its robust design, it is not suitable for installation in a motor vehicle. To remove gas bubbles from the meme Venting ducts are connected to the geodetically highest point of the membrane working space venting channels, which open into the open or in a suitable container. In this respect, an operation of this pump in a predetermined position orientation is required. In other words, operation of this pump is not possible regardless of location.
Eine
weitere hydraulisch angetriebene Membranpumpe ist aus der DE 40 18 464 A1 bekannt. Hierin
ist eine Membran randseitig zwischen einem Pumpengehäuse und
einem Pumpendeckel eingespannt und im Wesentlichen senkrecht zu
ihrer Längserstreckung
elastisch verformbar, um dadurch ein Fluid anzusaugen bzw. auszustoßen. Die
Membran trennt einen Förderraum
von einem Druckraum. In dem Pumpendeckel sind ein Ansaugkanal und
ein Ausstoßkanal
vorgesehen, die jeweils durch ein Ventil verschließbar sind.
Der Ansaugkanal und der Ausstoßkanal
münden
in den Förderraum,
der an die Membran angrenzt. Auf der entgegengesetzten Seite der
Membran ist ein Verdrängerkolben
verschieblich angeordnet, der bei einer axialen Verschiebung mit seiner
Stirnseite eine Hydraulikflüssigkeit
verdrängt und
dadurch die Membran in den Förderraum
hinein verformt. In bekannter Weise werden durch eine Hin- und Herbewegung
des Verdrängerkolbens
ein Saughub bzw. ein Dosierhub zum Ausstoßen eines Fördermediums erzielt.Another hydraulically driven diaphragm pump is out of the DE 40 18 464 A1 known. Herein, a membrane is clamped on the edge side between a pump housing and a pump cover and is elastically deformable substantially perpendicular to its longitudinal extent, in order to suck in or expel a fluid. The membrane separates a delivery chamber from a pressure chamber. In the pump cover, an intake passage and an exhaust passage are provided, which are each closed by a valve. The suction channel and the discharge channel open into the delivery chamber, which adjoins the membrane. On the opposite side of the membrane, a displacer piston is displaceably arranged, which displaces a hydraulic fluid with its end face during an axial displacement and thereby deforms the membrane into the delivery space. In a known manner, a suction stroke or a metering stroke for ejecting a pumped medium are achieved by a reciprocating movement of the displacer piston.
Der
Verdrängerkolben
nach der DE 40 18 464
A1 wird über
eine Kolbenstange angetrieben. Der Verdrängerkolben ist jedoch nur mit
seiner in Richtung der Membran weisenden Stirnseite in Kontakt mit
der Hydraulikflüssigkeit.
Somit sind der Antrieb bzw. die an dem Verdrängerkolben befestigte Kolbenstange
frei von der Hydraulikflüssigkeit.
Der Antrieb für
den Verdrängerkolben
beansprucht somit nachteilig einen großen Bauraum, was die Membranpumpe
insgesamt sperrig macht.The displacer after the DE 40 18 464 A1 is driven by a piston rod. However, the displacer piston is only in contact with the hydraulic fluid with its end face pointing in the direction of the membrane. Thus, the drive or attached to the displacer piston rod are free of hydraulic fluid. The drive for the displacer thus disadvantageously occupies a large space, which makes the diaphragm pump overall bulky.
DE 21 29 588 B2 beschreibt
eine Membranpumpe, bei der eine Membran hydraulisch angetrieben
ist. Hierzu ist ein von einem Anker eines Elektromagneten angetriebenes
Verdrängerelement
vorgesehen, an dem ein Kolben befestigt ist. Bei einem Antrieb des
Verdrängerelements
durch den Anker wird der Kolben hin- und herbewegt. Der Kolben ragt
in eine Kammer eines Hydraulikteils und verdrängt bei seiner Hin- und Herbewegung
eine Hydraulikflüssigkeit,
wodurch eine Verformung der Membran erzielt wird. Der Elektromagnet
ist gegenüber
dem Hydraulikteil abgedichtet. DE 21 29 588 B2 describes a diaphragm pump in which a diaphragm is hydraulically driven. For this purpose, a driven by an armature of an electromagnet displacer is provided, on which a piston is fixed. When the displacer is driven by the armature, the piston is reciprocated. The piston protrudes into a chamber of a hydraulic part and displaces in its reciprocation, a hydraulic fluid, whereby a deformation of the membrane is achieved. The electromagnet is sealed against the hydraulic part.
Eine
weitere Membranpumpe ist aus DE 84 37 633 U1 bekannt. Auch bei dieser
Membranpumpe ist ein Verdrängerkolben
auf der Druckseite lediglich mit seiner Stirnseite in Kontakt mit
einer Hydraulikflüssigkeit,
die in Richtung der Membran zu deren Verformung verdrängt wird.
Ein Antrieb des Verdrängerkolbens
ist jedoch nicht in Kontakt mit der Hydraulikflüssigkeit und somit separat
davon in dem Pumpengehäuse
angeordnet, was zu nachteilig großen Außenabmessungen führt.Another diaphragm pump is off DE 84 37 633 U1 known. Even with this diaphragm pump, a displacer piston on the pressure side only with its end face in contact with a hydraulic fluid, which is displaced in the direction of the diaphragm to its deformation. However, a drive of the displacer piston is not in contact with the hydraulic fluid and thus separately arranged in the pump housing, resulting in disadvantageously large external dimensions.
DE 101 63 662 A1 beschreibt
eine Membranpumpe in Form einer Verdrängerdosierpumpe mit hydraulisch
angetriebener Membran. Das Pumpengehäuse weist einen Pumpenzylinder
auf, der mit einer Hydraulikflüssigkeit
gefüllt
ist. Zwischen einer Stirnseite des Pumpenkolbens und der Membran
weist der Pumpenzylinder einen Arbeitsraum auf. In dem Pumpenzylinder
ist ein Pumpenkolben längsverschieblich
geführt,
der von einem Ankerkolben für eine
Hin- und Herbewegung innerhalb des Pumpenzylinders angetrieben wird.
Der Ankerkolben ist an einer Seite des Pumpenzylinders befestigt,
die der Membran entgegengesetzt ist. Bei seiner Hin- und Herbewegung
innerhalb des Pumpenzylinders verdrängt der Pumpenkolben die Hydraulikflüssigkeit aus
dem Arbeitsraum in Richtung der Membran, um diese in bekannter Weise
hydraulisch anzutreiben. DE 101 63 662 A1 describes a diaphragm pump in the form of a Verdrängerdosierpumpe with hydraulically driven diaphragm. The pump housing has a pump cylinder which is filled with a hydraulic fluid. Between an end face of the pump piston and the diaphragm, the pump cylinder has a working space. In the pump cylinder, a pump piston is guided longitudinally displaceable, which is driven by an armature piston for reciprocation within the pump cylinder. The armature piston is attached to one side of the pump cylinder, which is opposite to the diaphragm. During its reciprocation within the pump cylinder, the pump piston displaces the hydraulic fluid from the working space in the direction of the membrane in order to drive it hydraulically in a known manner.
An
einer Rückseite
des Ankerkolbens, d.h. entgegengesetzt zu dem Förderkolben ist ein Leckagesammelraum
vorgesehen, der in einem Teil des Pumpenzylinders ausgebildet ist
und somit starre Wandungen aufweist. Sowohl der Pumpenkolben als auch
der Ankerkolben weisen entlang ihrer Längsachse eine Bohrung auf,
die als Leckagerückführung dient.
In dieser Leckagerückführung ist
ein Rückschlagventil
vorgesehen, das eine Strömungsrichtung
nur in Richtung des Arbeitsraums erlaubt. Bei einem Verschieben
des Pumpenzylinders in Richtung der Membran tritt ein Teil der Hydraulikflüssigkeit durch
den notwendigen Gleitlagerspalt an dem Pumpenkolben und dem Ankerkolben
vorbei und gelangt dabei in den Leckagesammelraum. Bei einem erneuten
Saughub, d.h. bei einem Verschieben des Förderkolbens und des Ankerkolbens
weg von der Membran und in Richtung des Leckagesammelraums strömt dann
die dort enthaltene Hydraulikflüssigkeit durch
die Leckagerückführung in
den Arbeitsraum zurück.At
a back
of the armature piston, i. opposite to the delivery piston is a leakage collection chamber
provided, which is formed in a part of the pump cylinder
and thus has rigid walls. Both the pump piston and
the anchor pistons have a bore along their longitudinal axis,
which serves as leakage return.
In this leakage return is
a check valve
provided that a flow direction
only allowed in the direction of the workspace. When moving
of the pump cylinder in the direction of the membrane, a part of the hydraulic fluid passes through
the necessary sliding bearing gap on the pump piston and the anchor piston
over and gets into the leak collection room. In a renewed
Suction stroke, i. during a displacement of the delivery piston and the anchor piston
away from the membrane and towards the leakage collection chamber then flows
through the hydraulic fluid contained there
the leakage return in
the workspace back.
Hierdurch
soll sich für
den Arbeitsraum ein weitgehend konstantes Hydraulikflüssigkeitsvolumen ergeben.hereby
should stand up for
give the working space a largely constant hydraulic fluid volume.
Bei
der Membranpumpe gemäß DE 101 63 662 A1 findet
zwischen den beiden Seiten des Ankers kein Druckausgleich statt,
da die genannte Leckagerückührung, die
als Bohrung in dem Anker und in dem Pumpenkolben ausgebildet ist,
nur zur Leckölergänzung dient.In the diaphragm pump according to DE 101 63 662 A1 There is no pressure equalization between the two sides of the armature, because said leakage return, which is designed as a bore in the armature and in the pump piston, only serves to supplement the leakage oil.
Entsprechend
liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine hydraulisch angetriebene
Membranpumpe mit kompakten Außenabmessungen
und einfachem Antrieb zu schaffen.Accordingly, the invention has the object, a hydraulically driven diaphragm pump with compact outer dimensions and to create a simple drive.
Die
Aufgabe wird durch eine Membranpumpe mit den Merkmalen von Anspruch
1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.The
Task is achieved by a diaphragm pump with the features of claim
1 solved.
Advantageous developments are defined in the dependent claims.
Eine
erfindungsgemäße Membranpumpe
zur Förderung
und Dosierung eines Fluids, insbesondere eines flüssigen Mediums
umfasst einen Förderraum, der
mit dem flüssigen
Medium gefüllt
sein kann, einen in einem Pumpenkörper ausgebildeten Druckraum,
der mit einer Hydraulikflüssigkeit
gefüllt
ist, eine Membran, die den Förderraum
vom Druckraum trennt und dazwischen freischwingend befestigt ist, und
einen in dem Druckraum vorgesehenen Kolbenarbeitsraum, der in Fluidverbindung
mit der Membran steht. Des weiteren umfasst die Membranpumpe einen
hydraulischen Membranantrieb, der einen in Richtung des Kolbenarbeitsraums
verschieblichen Förderkolben
und einen den Förderkolben
in Richtung des Kolbenarbeitsraums antreibenden Antriebskolben aufweist.
Der Förderkolben
wirkt mit seiner Stirnseite mit dem Kolbenarbeitsraum zusammen. Dies
bedeutet, dass der Förderkolben
bei einer Verschiebung hinein in den Kolbenarbeitsraum mit seiner
Stirnseite Hydraulikflüssigkeit
in Richtung der Membran verdrängt.
Der Antriebskolben ist hierbei durch die Hydraulikflüssigkeit
geschmiert, bzw. von dieser umspült.
Des weiteren weist der Druckraum einen Antriebsraum auf, in dem
der Antriebskolben (24) verschieblich aufgenommen ist.
In dem Antriebskolben ist zumindest eine Bohrung ausgebildet ist,
die einen Druckausgleich in dem Antriebsraum angrenzend zu den beiden
Stirnseiten des Antriebskolbens schafft.A diaphragm pump according to the invention for conveying and metering a fluid, in particular a liquid medium, comprises a delivery chamber which can be filled with the liquid medium, a pressure chamber formed in a pump body which is filled with a hydraulic fluid, a membrane which separates the delivery chamber from the pressure chamber and fixed therebetween cantilevered, and provided in the pressure chamber piston working space, which is in fluid communication with the membrane. Furthermore, the diaphragm pump comprises a hydraulic diaphragm drive which has a delivery piston displaceable in the direction of the piston working chamber and a drive piston which drives the delivery piston in the direction of the piston working space. The delivery piston interacts with its end face with the piston working space. This means that the delivery piston displaces hydraulic fluid in the direction of the diaphragm with its end face when it is displaced into the piston working chamber. The drive piston is hereby lubricated by the hydraulic fluid, or lapped by this. Furthermore, the pressure chamber has a drive space in which the drive piston ( 24 ) is slidably received. In the drive piston, at least one bore is formed, which creates a pressure equalization in the drive space adjacent to the two end faces of the drive piston.
Der
Antriebsraum, der in dem Druckraum ausgebildet ist, ist mit der
Hydraulikflüssigkeit
gefüllt, die
somit wie erläutert
eine Verschiebung des Antriebskolbens geeignet schmiert. Auf beiden
Stirnseiten des Antriebskolbens befindet sich Hydraulikflüssigkeit.
Die Bohrung, die in dem Antriebskolben ausgebildet ist und in beide
Stirnseiten des Antriebskolbens mündet, ermöglicht einen erforderlichen
Druckausgleich bei einer Bewegung des Antriebskolbens innerhalb
des Antriebsraums. Hierdurch ist ein Druckausgleich in dem mit der
Hydraulikflüssigkeit gefüllten Antriebsraum
angrenzend zu beiden Stirnseiten des Antriebskolbens bei seiner
Bewegung sichergestellt. Vorzugsweise verläuft die Bohrung im Wesentlichen
parallel zur Längsachse
des Antriebskolbens. Die gewährleistet
in Verbindung mit einem ausreichend großen Durchmesser der Bohrung
möglichst
geringe Strömungsverluste,
wenn die Hydraulikflüssigkeit
zum Druckausgleich die Bohrung durchtritt.Of the
Drive space, which is formed in the pressure chamber, is connected to the
hydraulic fluid
filled, the
thus as explained
lubricates a displacement of the drive piston suitable. On both
End faces of the drive piston is hydraulic fluid.
The bore formed in the drive piston and in both
End faces of the drive piston opens, allows a required
Pressure equalization during movement of the drive piston within
of the drive room. As a result, a pressure equalization in the with the
Hydraulic fluid filled drive compartment
adjacent to both end faces of the drive piston at its
Movement ensured. Preferably, the bore extends substantially
parallel to the longitudinal axis
of the drive piston. The guaranteed
in conjunction with a sufficiently large diameter of the bore
preferably
low flow losses,
if the hydraulic fluid
for pressure equalization, the bore passes.
In
vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann in dem Pumpenkörper zumindest
eine Ausgleichsbohrung ausgebildet sein, die eine Verbindung zwischen
dem Antriebsraum und dem Kolbenarbeitsraum schafft. Somit wird eine
Hydraulikflüssigkeit
aus dem Antriebsraum durch die Verbindung in den Kolbenarbeitsraum
eingespeist, und schafft damit vorbehaltlich einer Stellung des
Förderkolbens
einen einheitlichen Druckraum in der Membranpumpe. Kompakte Abmessungen
des Pumpengehäuses
lassen sich dadurch erzielen, dass die zumindest eine Ausgleichsbohrung
im Wesentlichen parallel zur Längsachse
des Förderkolbens
verläuft.In
Advantageous development of the invention may be in the pump body at least
be formed a compensation hole, which is a connection between
creates the drive space and the piston working space. Thus, a
hydraulic fluid
from the drive space through the connection in the piston working space
fed, thereby creating subject to a position of
delivery plunger
a uniform pressure chamber in the diaphragm pump. Compact dimensions
of the pump housing
can be achieved by the fact that the at least one compensation hole
essentially parallel to the longitudinal axis
of the delivery piston
runs.
In
vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann in den Kolbenarbeitsraum
seitlich zumindest eine Steuerbohrung münden, die mit der Ausgleichsbohrung
in dem Pumpenkörper
in Verbindung steht. Wenn der Förderkolben
mit seiner unteren Stirnseite die Steuerbohrung vollständig überfährt, ist
der Kolbenarbeitsraum von der Steuerbohrung getrennt, wodurch ein
Teil der Hydraulikflüssigkeit
in den Kolbenarbeitsraum in Richtung der Membran verdrängt wird.
Das Produkt aus der Fläche
der unteren Stirnseite des Förderkolbens
und der Strecke, um die der Förderkolben
ab der unteren Kante der Steuerbohrung in Richtung der Membran verlagert
wird, definiert dabei ein Volumen der Hydraulikflüssigkeit,
mit dem die Membran druckseitig beaufschlagt wird. Dieses Volumen
bestimmt letztlich den Grad der Verformung der Membran in Richtung
des Förderraums, um
das zu fördernde
flüssige
Medium auszustoßen.In
Advantageous development of the invention can in the piston working space
laterally open at least one control bore, with the compensation hole
in the pump body
communicates. When the delivery piston
is completely over the control bore with its lower end face, is
the piston working space separated from the control bore, creating a
Part of the hydraulic fluid
is displaced in the piston working space in the direction of the membrane.
The product of the area
the lower end face of the delivery piston
and the route to the delivery piston
shifted from the lower edge of the control bore in the direction of the membrane
is defined as a volume of hydraulic fluid,
with which the membrane is acted on the pressure side. This volume
ultimately determines the degree of deformation of the membrane in the direction
of the delivery room to
the one to be promoted
liquid
Eject medium.
In
vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung können der Antriebskolben und
der Förderkolben
fest miteinander verbunden sein. Alternativ dazu ist auch ein einstückiger Kolben
möglich,
bei dem der Antriebskolben und der Förderkolben einstückig sind. Hierdurch
wird vorteilhaft ein robuster Pumpenaufbau mit möglichst wenig bewegten Teilen
erzielt.In
Advantageous development of the invention, the drive piston and
the delivery piston
be firmly connected. Alternatively, it is also a one-piece piston
possible,
in which the drive piston and the delivery piston are integral. hereby
Advantageously, a robust pump structure with as few moving parts
achieved.
In
vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann der Antriebskolben
als ein Ankerkolben ausgebildet sein, der von einer Magnetspule
umschlossen ist. Bei einem Bestromen der Magnetspule bewegt sich
der Ankerkolben in Folge des erzeugten magnetischen Feldes gegen
den Förderkolben,
um diesen in Richtung des Kolbenarbeitsraums anzutreiben. Ein solcher
Membranantrieb auf Basis des Magnetantriebs des Ankerkolbens zeichnet
sich durch eine stufenlose Einstellung eines Hubs des Ankerkolbens und
damit des Förderkolbens
und einem breiten einstellbaren Bereich bezüglich der Oszillationsfrequenz des
Ankerkolbens aus.In
Advantageous development of the invention, the drive piston
be designed as an armature piston, which is a magnetic coil
is enclosed. When the solenoid is energized, it moves
the armature piston due to the generated magnetic field against
the delivery piston,
to drive this in the direction of the piston working space. Such a
Membrane drive based on the magnetic drive of the anchor piston draws
by a stepless adjustment of a stroke of the anchor piston and
so that the delivery piston
and a wide adjustable range with respect to the oscillation frequency of the
Anchor piston out.
In
einer alternativen Ausführungsform
kann der Antriebskolben elektromotorisch angetrieben werden. Hierbei
ist vorteilhaft ein Rückgriff
auf bewährte
Antriebselemente möglich,
die entsprechend preiswert als Standardbauteil verfügbar sind.
Vorzugsweise ist dabei der Antriebskolben Teil eines Elektromotors.In
an alternative embodiment
The drive piston can be driven by an electric motor. in this connection
is advantageous a recourse
on proven
Drive elements possible,
which are available reasonably priced as a standard component.
Preferably, the drive piston is part of an electric motor.
Die
erfindungsgemäße Membranpumpe
eignet sich für
alle Pumpaufgaben, bei denen eine genaue Dosierung erforderlich
ist. Eine besonders vorteilhafte Verwendung der Membranpumpe liegt
auf dem Gebiet von SCR-Abgasreinigungssystemen,
die bei Dieselkraftfahrzeugen zum Einsatz kommen. Beim SCR-Verfahren
werden die Dieselabgase in einem speziellen Katalysator mit einer
Harnstoff-Wasser-Lösung
behandelt, die von einem Vorratsbehälter in den Abgasstrom eingebracht
bzw. eingespritzt werden. Der aus dem Harnstoffzerfall entstehende Ammoniak
reduziert die Stickoxide im Abgasstrom zu den Spaltprodukten Stickstoff
und Wasser. Mittels der erfindungsgemäßen Membranpumpe lassen sich bezüglich der
Harnstoff-Wasser-Lösung Druck-
und Fördermenge
exakt auf die Werte einstellen, die für eine Soll-Tröpfchengröße beim
Einspritzen zwingend sind. Eine zusätzliche Dosiervorrichtung zum
Einspritzen der Harnstoff-Wasser-Lösung in den Abgasstrom ist
nicht mehr erforderlich. Es versteht sich, dass die erfindungsgemäße Dosierpumpe
sich nicht nur zum Dosieren von aggressiven Medien wie zum Beispiel
einer Harnstoff-Wasser-Lösung
eignet, sondern auch zum Einspritzen von Kraftstoff verwendet werden
kann.The
inventive diaphragm pump
is suitable for
all pumping tasks where an exact dosage required
is. A particularly advantageous use of the diaphragm pump is
in the field of SCR emission control systems,
used in diesel vehicles. In the SCR process
The diesel exhaust gases in a special catalyst with a
Urea-water solution
treated, which is introduced from a reservoir into the exhaust stream
or injected. The ammonia resulting from the decomposition of urea
reduces the nitrogen oxides in the exhaust gas flow to the fission products nitrogen
and water. By means of the diaphragm pump according to the invention can be with respect to the
Urea-water solution pressure
and delivery rate
set exactly to the values required for a target droplet size
Injection is mandatory. An additional dosing device for
Injecting the urea-water solution into the exhaust stream is
not necessary anymore. It is understood that the metering pump according to the invention
not only for dosing aggressive media such as
a urea-water solution
suitable, but also be used for injecting fuel
can.
Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale
nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in
anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne
den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It
it is understood that the above and the following
yet to be explained features
not only in the specified combination, but also in
other combinations or alone, without
to leave the scope of the present invention.
Die
Erfindung ist nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsformen in der Zeichnung
schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung
ausführlich
beschrieben.The
Invention is described below with reference to several embodiments in the drawing
schematically illustrated and with reference to the drawing
in detail
described.
Es
zeigen:It
demonstrate:
1 eine
Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Membranpumpe in einem vollständig montierten
Zustand, 1 a cross-sectional view of a diaphragm pump according to the invention in a fully assembled state,
2 eine
Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Membranpumpe
in einem vollständig
montierten Zustand, 2 a cross-sectional view of another embodiment of the diaphragm pump according to the invention in a fully assembled state,
3 den
Bereich B von 1 in einer vergrößerten Ansicht, 3 the area B of 1 in an enlarged view,
4 eine
Querschnittsansicht eines Förderkolbens, 4 a cross-sectional view of a delivery piston,
5 den
Bereich A von 4 in einer vergrößerten Ansicht, 5 the area A of 4 in an enlarged view,
6 eine
Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Membranpumpe
mit einem Ausgleichsvolumen, 6 a cross-sectional view of another embodiment of the diaphragm pump according to the invention with a compensation volume,
7 eine
Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Membranpumpe,
mit einem Ausgleichsvolumen, 7 a cross-sectional view of another embodiment of the diaphragm pump according to the invention, with a compensating volume,
8 eine
Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Pumpenkopfes für eine Membranpumpe, 8th a cross-sectional view of a pump head according to the invention for a diaphragm pump,
9 eine
Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Pumpenkopfes, 9 a cross-sectional view of another embodiment of the pump head according to the invention,
10 eine
Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Pumpenkopfes,
mit daran montierten Anschlußleitungen, 10 a cross-sectional view of another embodiment of the pump head according to the invention, with connecting leads mounted thereon,
11 eine
Querschnittsansicht eines Pumpenkopfes, der mit einer erfindungsgemäßen Membran
zusammenwirkt, 11 a cross-sectional view of a pump head, which cooperates with a membrane according to the invention,
12 eine
Querschnittsansicht der erfindungsgemäßen Membran von 11, 12 a cross-sectional view of the membrane of the invention of 11 .
13 eine
Teilquerschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Rückschlagventils, 13 a partial cross-sectional view of a check valve according to the invention,
14 eine
Draufsicht auf 13, 14 a top view 13 .
15a eine Querschnittsansicht eines Teils eines
Pumpenkopfes, mit darin montierten erfindungsgemäßen Rückschlagventilen gemäß 13, 15a a cross-sectional view of a portion of a pump head, with check valves according to the invention mounted therein according to 13 .
15b eine Draufsicht aus Richtung des Pfeils C
von 15a, 15b a plan view from the direction of the arrow C of 15a .
16 eine
Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Rückschlagventils, 16 a cross-sectional view of a check valve according to the invention,
17 eine
Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Federmembran, die bei dem
Rückschlagventil
von 16 verwendet wird, 17 a plan view of a spring diaphragm according to the invention, which in the check valve of 16 is used,
18 eine
Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Federmembran,
zur Verwendung bei einem Rückschlagventil, 18 a cross-sectional view of another embodiment of a spring diaphragm according to the invention, for use with a check valve,
19 eine
Draufsicht auf die Federmembran von 18, 19 a plan view of the spring diaphragm of 18 .
20 eine
Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rückschlagventils,
mit der Federmembran von 18 bzw. 19, 20 a cross-sectional view of another embodiment of a check valve according to the invention, with the spring diaphragm of 18 respectively. 19 .
21 eine
Schnittansicht entlang der Linie I-I von 20, und 21 a sectional view taken along the line II of 20 , and
22 eine
prinzipiell vereinfachte Ansicht eines erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystems,
bei dem in einer Leitung von einem Reduktionsmittel-Tank zu einer
vor einem Katalysator angeordneten Einspritzdüse eine Membranpumpe gemäß 1 oder 2 angeordnet
ist. 22 a simplified principle view of an exhaust aftertreatment according to the invention in which in a line from a reducing agent tank to a catalyst arranged in front of a nozzle injection pump according to 1 or 2 is arranged.
Die
Membranpumpe 1 dient zum Fördern eines Fluids, insbesondere
eines flüssigen
Mediums. Ohne dies als Einschränkung
zu verstehen, wird das zu fördernde
Fluid nachstehend nur als flüssiges
Medium bezeichnet. Der Ansaugkanal 9 ist über eine
an dem Kupplungsstutzen 13 angeschlossenen Leitung mit
einem (nicht gezeigten) Tank verbunden, der das flüssige Medium
enthält.
Der Ausstoßkanal 10 ist über eine
an dem entsprechenden Kupplungsstutzen 13 angeschlossene
Leitung mit einer Düse
oder dergleichen verbunden, an den das flüssige Medium zu dosieren ist.
Die Membranpumpe 1 basiert auf dem Prinzip, dass in dem
Förderraum 8 mittels
der Membran 7 abwechselnd ein Saugdruck bzw. ein Überdruck
erzeugt wird. Bei einem Saugdruck wird das flüssige Medium wie durch einen
Pfeil in 1 angedeutet durch den Kupplungsstutzen
hindurch über den
Ansaugkanal 9 in den Förderraum 8 hinein
gesaugt, wobei in Folge des Ansaugdrucks das erste Rückschlagventil 11 öffnet und
das zweite Rückschlagventil 12 schließt. Durch
das Ansaugen wird der Förderraum 8 im
wesentlichen vollständig
mit dem flüssigen
Medium gefüllt.
Bei einer Druckumkehr in dem Förderraum 8,
d.h. bei einem Überdruck, der
durch eine Verformung der Membran 7 in Richtung des Pumpenkopfes 3 entsteht,
wird das flüssige Medium
aus dem Förderraum 8 durch
den Ausstoßkanal 10 ausgestoßen, wobei
in Folge des Überdrucks
das zweite Rückschlagventil 12 in
dem Ausstoßkanal 10 öffnet und
das erste Rückschlagventil 11 in
dem Ansaugkanal 9 schließt. Durch fortwährendes
Ausbilden eines Unter- und Überdrucks
in dem Förderraum 8 wird
das flüssige
Medium mittels der Membranpumpe 1 dosiert.The diaphragm pump 1 serves to convey a fluid, in particular a liquid medium. Without being understood as limiting, the fluid to be delivered is referred to hereinafter only as a liquid medium. The intake channel 9 is about one on the coupling neck 13 connected to a line (not shown) connected to the tank containing the liquid medium. The discharge channel 10 is one on the corresponding coupling stub 13 connected line to a nozzle or the like, to which the liquid medium is to be metered. The diaphragm pump 1 based on the principle that in the delivery room 8th by means of the membrane 7 alternately a suction pressure or an overpressure is generated. At a suction pressure, the liquid medium is as indicated by an arrow in 1 indicated by the coupling neck through the intake passage 9 in the pump room 8th sucked into it, wherein as a result of the suction pressure, the first check valve 11 opens and the second check valve 12 closes. By sucking the delivery chamber 8th essentially completely filled with the liquid medium. At a pressure reversal in the delivery chamber 8th , ie at an overpressure caused by a deformation of the membrane 7 in the direction of the pump head 3 arises, the liquid medium from the pump room 8th through the discharge channel 10 ejected, wherein due to the overpressure, the second check valve 12 in the discharge channel 10 opens and the first check valve 11 in the intake channel 9 closes. By continuously forming a negative pressure and overpressure in the delivery chamber 8th becomes the liquid medium by means of the membrane pump 1 dosed.
Die
Membranpumpe 1 verfügt über einen
hydraulischen Membranantrieb, mit dem die Membran 7 von
der Seite des Druckraums 5 her mit einem Hydraulikvolumen
beaufschlagt wird. Die Membran 7 ist also nicht direkt
mittels eines mechanischen Elements angetrieben, das an der Membran 7 befestigt ist,
sondern erfährt
eine erzwungene Verformung durch die Hydraulikflüssigkeit 6, die in
dem Druckraum 5 enthalten ist. Im Einzelnen umfasst der
hydraulische Membranantrieb 14 einen längsverschieblichen Kolben in
Form eines Förderkolbens 15.
In dem Pumpenkörper 2 ist
ein Kolbenarbeitsraum 16 ausgebildet, der Teil des Druckraums 5 ist.
In einer mittig in dem Pumpenkörper 2 ausgebildeten
Bohrung ist eine Führungshülse 17 eingefasst,
innerhalb der der Förderkolben 15 längsverschieblich
geführt ist.
Soweit die Führungshülse 17 nicht
durch den Förderkolben 15 ausgefüllt ist,
ist sie mit der Hydraulikflüssigkeit 6 gefüllt und
bildet damit ebenfalls einen Teil des Druckraums 5. Angrenzend
an einen Fußabschnitt 18 der
Führungshülse 17 ist
in dem Pumpenkörper 2 ein
Anschlagsblock 19 eingefasst. Mit seiner der Führungshülse 17 zugewandten
Oberfläche
bildet der Anschlagsblock 19 eine Bodenfläche 20 für den Kolbenarbeitsraum.
In einem mittigen Bereich des Anschlagsblocks und koaxial zur Längsachse des
Förderkolbens 15 ist
eine Durchgangsöffnung 21 ausgebildet,
die den Anschlagsblock koaxial zur Längsachse des Förderkolbens 15 der
Länge nach durchsetzt.
Entsprechend mündet
diese Durchgangsöffnung 21 zur
Membran 7 hin, wobei unterhalb des Anschlagsblocks 19 ein
Membranarbeitsraum 22 ausgebildet ist. Auch der Membranarbeitsraum 22 ist Teil
des Druckraums 5 und somit mit der Hydraulikflüssigkeit 6 gefüllt.The diaphragm pump 1 has a hydraulic membrane drive, with which the membrane 7 from the side of the pressure chamber 5 ago with a hydraulic volume is applied. The membrane 7 So it is not directly driven by a mechanical element attached to the membrane 7 is fixed, but undergoes a forced deformation by the hydraulic fluid 6 in the pressure room 5 is included. In detail, the hydraulic diaphragm drive comprises 14 a longitudinally displaceable piston in the form of a delivery piston 15 , In the pump body 2 is a piston work space 16 trained, the part of the pressure chamber 5 is. In a center of the pump body 2 trained bore is a guide sleeve 17 enclosed within the delivery piston 15 is guided longitudinally displaceable. As far as the guide sleeve 17 not through the delivery piston 15 filled, it is with the hydraulic fluid 6 filled and thus also forms part of the pressure chamber 5 , Adjacent to a foot section 18 the guide sleeve 17 is in the pump body 2 a stop block 19 edged. With his the guide sleeve 17 facing surface forms the stop block 19 a floor area 20 for the piston workspace. In a central region of the stop block and coaxial with the longitudinal axis of the delivery piston 15 is a passage opening 21 formed, the stop block coaxial with the longitudinal axis of the delivery piston 15 interspersed in length. Accordingly, this passage opening opens 21 to the membrane 7 out, taking below the stop block 19 a membrane workspace 22 is trained. Also the membrane workspace 22 is part of the pressure chamber 5 and thus with the hydraulic fluid 6 filled.
In
dem Pumpenkörper 2 und
in dem oberen Gehäuseteil 4 sind
aneinander angepasste Ausnehmungen ausgebildet, die bei montiertem
oberen Gehäuseteil 4 einen
Antriebsraum 23 ausbilden. Innerhalb des Antriebsraums 23 ist
ein Antriebskolben 24 in Form eines Ankerkolbens verschieblich
aufgenommen. Der Förderkolben 15 durchsetzt
oberhalb der Führungshülse 17 den
Pumpenkörper 2 mit
einem Spiel, wobei seine obere Stirnseite 25 in den Antriebsraum 23 hineinragt.
Der Antriebsraum 23 ist so ausgebildet, dass der darin
verschiebliche Antriebskolben 24 mit einer Längsachse
koaxial zur Längsachse
des Förderkolbens 15 ausgerichtet
ist. Da der Antriebsraum 23 ebenfalls Teil des Druckraums
ist, ist er mit der Hydraulikflüssigkeit 6 gefüllt. Anders ausgedrückt, wird
der Antriebskolben 24 von der Hydraulikflüssigkeit 6 umspült, so dass
er bei seiner Längsverschiebung
in dem Antriebsraum 23 von der Hydraulikflüssigkeit 6 geschmiert
ist. Gleiches gilt für den
Förderkolben 15,
der bei einer Verschiebung in der Führungshülse ebenfalls durch die Hydraulikflüssigkeit
geschmiert ist.In the pump body 2 and in the upper housing part 4 are adapted to each other recesses formed in the mounted upper housing part 4 a drive room 23 form. Inside the drive room 23 is a drive piston 24 slidably received in the form of an anchor piston. The delivery piston 15 interspersed above the guide sleeve 17 the pump body 2 with a game, with its upper end face 25 in the drive room 23 protrudes. The drive room 23 is designed so that the sliding therein drive piston 24 with a longitudinal axis coaxial with the longitudinal axis of the delivery piston 15 is aligned. Because the drive room 23 is also part of the pressure chamber, he is with the hydraulic fluid 6 filled. In other words, the drive piston becomes 24 from the hydraulic fluid 6 lapped so that it is at its longitudinal displacement in the drive space 23 from the hydraulic fluid 6 is lubricated. The same applies to the delivery piston 15 , which is also lubricated by a displacement in the guide sleeve by the hydraulic fluid.
Der
Ankerkolben 24 wird durch ein Erzeugen eines magnetischen
Felds zwangsweise innerhalb des Antriebsraums 23 bewegt.
Hierzu ist zwischen dem oberen Gehäuseteil 4 und dem
Pumpenkörper 2 zumindest
eine Magnetspule 26 befestigt, die zumindest einen Teil
des Ankerkolbens 24 umschließt. Zwischen einer innen liegenden
Stirnseite 27 des oberen Gehäuseteils 4 und einem
daran angrenzenden Teil des Pumpenkörpers 2 ist eine Ausnehmung 28 vorgesehen,
die innerhalb des Antriebsraums 23 eine seitliche umlaufende Öffnung bildet.
Somit wird ein magnetisches Feld, das beim Bestromen der Magnetspule 26 erzeugt
wird, nicht durch einen zumeist metallischen Werkstoff des Pumpenkörpers 2 und/oder
des oberen Gehäuseteils 4 abgeschirmt und
kann auf den Ankerkolben 24 wirken. In Folge dessen wird
der Ankerkolben 24 bei einem Bestromen der Magnetspule 26 innerhalb
des Antriebsraums 23 nach unten, d.h. in Richtung des Förderkolbens 15,
zwangsweise verschoben. Die Magnetspule 26 ist an elektrische
Leitungen 29 angeschlossen, die nach oben, d.h. entgegen
gesetzt zur Membran 7, aus dem oberen Gehäuseteil 4 herausgeführt sind.The anchor piston 24 becomes forcibly within the drive space by generating a magnetic field 23 emotional. For this purpose is between the upper housing part 4 and the pump body 2 at least one solenoid 26 attached, at least part of the anchor piston 24 encloses. Between an inside end face 27 of the upper housing part 4 and an adjacent part of the pump body 2 is a recess 28 provided within the drive space 23 forms a lateral circumferential opening. Thus, a magnetic field is generated when the solenoid is energized 26 is generated, not by a mostly metallic material of the pump body 2 and / or the upper housing part 4 shielded and can on the anchor piston 24 Act. As a result, the anchor piston 24 when energizing the solenoid 26 within the drive space 23 down, ie in the direction of the delivery piston 15 , forcibly postponed. The magnetic coil 26 is on electrical lines 29 connected, the upwards, ie opposite to the membrane 7 , from the upper housing part 4 led out.
Um
einen Druckausgleich für
die in dem Antriebsraum 23 enthaltene Hydraulikflüssigkeit 6 zu schaffen,
weist der Ankerkolben 24 eine Durchgangsöffnung 30 auf,
die im wesentlichen parallel zur Längsachse des Ankerkolbens 24 ist
und in beiden Stirnseiten des Ankerkolbens 24 mündet. Somit
kann die Hydraulikflüssigkeit 6 bei
einer Verschiebung des Ankerkolbens 24 durch die Durchgangsöffnung 30 hindurchtreten,
was zu einem Druckausgleich auf beiden Stirnseiten des Ankerkolbens 24 führt und
somit eine Verschiebung nicht behindert.To equalize the pressure in the drive room 23 contained hydraulic fluid 6 to create, the anchor piston points 24 a passage opening 30 on, which is substantially parallel to the longitudinal axis of the armature piston 24 is and in both ends of the anchor piston 24 empties. Thus, the hydraulic fluid 6 during a displacement of the anchor piston 24 through the passage opening 30 pass, resulting in a pressure equalization on both ends of the armature piston 24 leads and thus does not hinder a shift.
Die
Bohrung, in der innerhalb des Pumpenkörpers 2 die Führungshülse 17 eingefasst
ist, weist oberhalb der Führungshülse 17 einen
Schulterabschnitt 31 auf, der die Bohrung verengt. Der
Förderkolben 15 erstreckt
sich mit seinem Schaft durch den Schulterabschnitt 31 hindurch.
Entgegengesetzt zur Führungshülse 17 sitzt
auf dem Schulterabschnitt 31 eine Spiralfeder 32 auf,
die den Schaft des Förderkolbens 15 umschließt. Ein
Kopfabschnitt 33 der oberen Stirnseite 25 des
Förderkolbens 15 weist
einen größeren Durchmesser als
der Schaft des Förderkolbens 15 auf.
Entsprechend greift die Spiralfeder 32 an den Kopfabschnitt 33 an,
wodurch der Förderkolben 15 in
seiner Längsachse
in den Antriebsraum 23 hinein gedrückt wird. Anders ausgedrückt, ist
der Förderkolben 15 durch
die Spiralfeder 32 in einer Richtung weg von der Membran 7 bzw.
dem Kolbenarbeitsraum 16 vorgespannt.The hole in the inside of the pump body 2 the guide sleeve 17 is bordered, facing above the guide sleeve 17 a shoulder section 31 on, which narrows the bore. The delivery piston 15 extends with its shaft through the shoulder portion 31 therethrough. Opposite to the guide sleeve 17 sits on the shoulder section 31 a coil spring 32 on top of the shaft of the delivery piston 15 encloses. A head section 33 the upper front side 25 of the delivery piston 15 has a larger diameter than the shaft of the delivery piston 15 on. Accordingly, the coil spring attacks 32 to the head section 33 on, causing the delivery piston 15 in its longitudinal axis in the drive space 23 is pressed into it. In other words, the delivery piston 15 through the coil spring 32 in a direction away from the membrane 7 or the piston working space 16 biased.
Mit
einer unteren Stirnseite 34 wirkt der Förderkolben 15 mit
dem Kolbenarbeitsraum 16 zusammen. Dies bedeutet, dass
der Förderkolben 15 mit seiner
unteren Stirnseite 34 in den Kolbenarbeitsraum 16 bzw.
der Führungshülse 17 verschieblich
geführt
ist, wobei die untere Stirnseite 34 in Kontakt mit der
Hydraulikflüssigkeit
steht und diese bei einer Verschiebung des Förderkolbens 15 verdrängt. Hierzu ist
es wichtig, dass der Förderkolben
am Rand der unteren Stirnseite mit einer exakten Passung auf den Innendurchmesser
der Führungshülse 17 abgestimmt
ist, so dass ein leckagefreies Verdrängen der Hydraulikflüssigkeit
erzielt wird.With a lower end 34 acts the delivery piston 15 with the piston workspace 16 together. This means that the delivery piston 15 with its lower end face 34 in the piston work space 16 or the guide sleeve 17 slidably guided, with the lower end face 34 in contact with the hydraulic fluid and this in a displacement of the delivery piston 15 repressed. For this it is important that the delivery piston at the edge of the lower end face with an exact fit on the inner diameter of the guide sleeve 17 is tuned so that a leak-free displacement of the hydraulic fluid is achieved.
Der
Betrieb des hydraulischen Membranantriebs 14 funktioniert
nun wie folgt:
In einem Ausgangszustand befindet sich der Ankerkolben 24 in
einem oberen Bereich des Antriebsraums 23, in welche Stellung
er durch die obere Stirnseite 25 des Förderkolbens 15 gedrückt wird,
in Folge der Vorspannung der Spiralfeder 32. Bei einem
Bestromen der Magnetspule 26 wird der Ankerkolben 24 in
Folge des erzeugten Magnetfeldes nach unten, d.h. gegen die obere
Stirnseite 25 des Förderkolbens 15 bewegt.
Da die Feldstärke
des Magnetfeldes ausreichend stark ist, kann die Verschiebung des
Ankerkolbens 24 gegen die Vorspannung der Spiralfeder 32 erfolgen.
Indem der Ankerkolben 24 den Förderkolben 15 in Richtung
des Kolbenarbeitsraums antreibt, verdrängt die untere Stirnseite 34 des
Förderkolbens
die Hydraulikflüssigkeit 6 innerhalb
des Druckraums 5 bzw. des Kolbenarbeitsraums 16.
In Folge dessen wird ein definiertes Volumen der Hydraulikflüssigkeit 6 durch
die Durchgangsöffnung 21 des
Anschlagsblocks 19 hindurch in den Membranarbeitsraum 22 verdrängt, so
dass die Membran 7 in den Förderraum 8 zwangsverformt
wird. Das in dem Förderraum 8 enthaltene
flüssige
Medium bzw. darin enthaltene Restluft wird durch den entstehenden Überdruck
aus dem Förderraum 8 durch
den Ausstoßkanal 10 heraus
gestoßen.
Wenn die Magnetspule 26 entregt wird, drückt die
Spiralfeder 32 den Kopfabschnitt 33 in den Antriebsraum 23 hinein. Gleichzeitig
wird durch den Kontakt mit der oberen Stirnseite 25 der
Ankerkolben 24 in 1 nach oben in
den Antriebsraum 23 zurückgedrückt. Wie
vorstehend erläutert,
stellt die in dem Ankerkolben ausgebildete Durchgangsöffnung 30 einen
Druckausgleich in dem Antriebsraum 23 sicher, wenn der
Ankerkolben 24 darin hin- und herbewegt wird.The operation of the hydraulic diaphragm drive 14 works like this:
In an initial state is the anchor piston 24 in an upper area of the drive space 23 into which position he passes through the upper end face 25 of the delivery piston 15 is pressed, due to the bias of the coil spring 32 , When energizing the solenoid 26 becomes the anchor piston 24 as a result of the generated magnetic field downwards, ie against the upper end face 25 of the delivery piston 15 emotional. Since the field strength of the magnetic field is sufficiently strong, the displacement of the armature piston 24 against the bias of the coil spring 32 respectively. By the anchor piston 24 the delivery piston 15 in the direction of the piston working space displaces the lower end face 34 of the delivery piston, the hydraulic fluid 6 within the pressure chamber 5 or the piston working space 16 , As a result, a defined volume of the hydraulic fluid 6 through the passage opening 21 of the stop block 19 through into the membrane working space 22 displaced, leaving the membrane 7 in the pump room 8th is forcibly deformed. That in the pump room 8th contained liquid medium or residual air contained therein is due to the resulting pressure from the delivery chamber 8th through the discharge channel 10 poked out. When the solenoid 26 is de-energized, pushes the coil spring 32 the head section 33 in the drive room 23 into it. At the same time, the contact with the upper end face 25 the anchor piston 24 in 1 up into the drive room 23 pushed back. As explained above, the through hole formed in the armature piston constitutes 30 a pressure equalization in the drive space 23 sure if the anchor piston 24 is moved back and forth in it.
Mittels
einer geeigneten Ansteuerung der Magnetspule 26 lassen
sich ein Hub und eine Frequenz der Bewegung des Ankerkolbens 24 stufenlos einstellen.
Dies wird sich linear über
die Kopplung des Ankerkolbens 24 mit dem Förderkolben 15 auf das
Volumen an Hydraulikflüssigkeit 6 aus,
mit dem die Membran 7 verformt wird. Im Ergebnis lassen sich
also eine Fördermenge
und ein Förderdruck
für das
zu dosierende flüssige
Medium exakt einstellen.By means of a suitable control of the magnetic coil 26 can be a stroke and a frequency of movement of the anchor piston 24 infinitely adjustable. This will be linear over the coupling of the armature piston 24 with the delivery piston 15 on the volume of hydraulic fluid 6 out, with which the membrane 7 is deformed. As a result, therefore, a flow rate and a delivery pressure for the liquid medium to be metered can be set exactly.
Der
Ankerkolben 24 und der Förderkolben 15 stehen
bei Ihrer translatorischen Bewegung zwar in beiden Richtungen miteinander
in Kontakt, sind jedoch nicht fest miteinander verbunden. Bei einem Bestromen
der Magnetspule 26 beaufschlagt der Ankerkolben 24 den
Förderkolben 15 und
drückt
diesen in Richtung des Kolbenarbeitsraums 16. Ein wichtiges
Merkmal bei diesem Antrieb ist, dass der Antriebskolben 24 in
einer Richtung weg von dem Kolbenarbeitsraum von dem Förderkolben 15 entkoppelt ist.
Lediglich durch die Vorspannung der Spiralfeder 32 bleiben
die beiden Kolben in Anlagekontakt miteinander, wenn die Magnetspule 26 entregt
wird. Dies hat den Vorteil, dass Querkräfte, denen der Ankerkolben 24 quer
zu seiner Längs-
bzw. Verlagerungsrichtung in Folge des Magnetfeldes ausgesetzt werden
sein, nicht auf den Förderkolben 15 übertragen
werden. Demnach bleibt der Förderkolben 15 frei von
solchen Querkräften,
und wird ausschließlich
in einer Richtung, im wesentlichen parallel zu seiner Längsachse,
durch den Ankerkolben angetrieben. Hieraus resultiert ein geringerer
Verschleiß für den Förderkolben und
eine entsprechend hohe Lebensdauer. Daneben unterstützt dies
eine exakte axiale Führung
des Förderkolbens 15 innerhalb
der Führungshülse 17.The anchor piston 24 and the delivery piston 15 Although they are in contact with each other in both directions during their translatory movement, they are not firmly connected to each other. When energizing the solenoid 26 acts on the anchor piston 24 the delivery piston 15 and push it in the direction of the piston working space 16 , An important feature of this drive is that the drive piston 24 in a direction away from the piston working space of the delivery piston 15 is decoupled. Only by the bias of the coil spring 32 the two pistons remain in abutting contact with each other when the solenoid coil 26 is de-energized. This has the advantage that shear forces, which the anchor piston 24 be exposed transverse to its longitudinal or displacement direction due to the magnetic field, not on the delivery piston 15 be transmitted. Accordingly, the delivery piston remains 15 free of such transverse forces, and is driven exclusively in one direction, substantially parallel to its longitudinal axis, by the armature piston. This results in less wear for the delivery piston and a correspondingly long service life. In addition, this supports an exact axial guidance of the delivery piston 15 within the Füh guiding sleeves 17 ,
Die
verschiedenen Grundelemente der Membranpumpe 1, d.h. der
Pumpenkörper 2,
der Pumpenkopf 3 und das obere Gehäuseteil 4, sind miteinander
geeignet verbunden, zum Beispiel durch Schraubgewinde, Verschraubungen,
Paßmaße oder dergleichen.
Eine ausreichende Dichtigkeit der Membranpumpe 1 wird durch
geeignete Dichtungsmittel erzielt, wie etwa O-Ringe 35. Ein O-Ring 35 ist
in einer Nut aufgenommen, die an dem Pumpenkörper 2 seitlich umlaufend
und angrenzend an dem Pumpenkopf 3 ausgebildet ist. Des
weiteren sind O-Ringe 35 in dem Pumpenkörper 2 und dem oberen
Gehäuseteil 4 angrenzend
an eine Wandung der Magnetspule 26 vorgesehen, um ein Austreten
der Hydraulikflüssigkeit
aus dem Arbeitsraum 23 bzw. der seitlich umlaufenden Öffnung 28 angrenzend
an die Spulen zu verhindern. Weitere O-Ringe sind zwischen dem Fußabschnitt 18 und
dem Anschlagsblock 19, dem Anschlagsblock 19 und
dem Pumpenkörper 2,
und den ersten und zweiten Rückschlagventilen 11, 12 und
den entsprechenden Ansaug- und Ausstoßkanälen 9, 10 vorgesehen.The different basic elements of the diaphragm pump 1 ie the pump body 2 , the pump head 3 and the upper housing part 4 , are suitably connected to each other, for example, by screw thread, fittings, mating or the like. Sufficient tightness of the diaphragm pump 1 is achieved by suitable sealing means, such as O-rings 35 , An O-ring 35 is received in a groove on the pump body 2 laterally surrounding and adjacent to the pump head 3 is trained. There are also O-rings 35 in the pump body 2 and the upper housing part 4 adjacent to a wall of the magnetic coil 26 provided to prevent leakage of hydraulic fluid from the working space 23 or the laterally circumferential opening 28 adjacent to the coils to prevent. Other O-rings are between the foot section 18 and the stop block 19 , the stop block 19 and the pump body 2 , and the first and second check valves 11 . 12 and the corresponding intake and exhaust ducts 9 . 10 intended.
Mit
der Membranpumpe 1 wird eine Medientrennung zwischen dem
Druckraum 5 und dem Förderraum 8 erzielt,
die dazu führt,
dass auf der Seite des Druckraums, also in 1 oberhalb
der Membran 7, nahezu beliebige Materialien für die Elemente der
Membranpumpe 1 eingesetzt werden können. Solche Materialien müssen weder
vom Grundwerkstoff noch von einer eventuellen Oberflächenbehandlung
mit dem zu fördernden
flüssigen
Medium kompatibel sein. Somit können
diese Materialien auf ihre magnetischen, mechanischen, fertigungstechnischen
bzw. wirtschaftlichen Eigenschaften hin optimiert sein, ohne auf
eine Materialverträglichkeit
mit einem möglicherweise
aggressiven flüssigen
Medium Rücksicht
zu nehmen. Dies trifft insbesondere dann zu, wenn das flüssige Medium
eine wässrige Harnstoff-Lösung ist.With the diaphragm pump 1 is a media separation between the pressure chamber 5 and the pump room 8th achieved, which leads to that on the side of the pressure chamber, ie in 1 above the membrane 7 , almost any materials for the elements of the diaphragm pump 1 can be used. Such materials need not be compatible with either the base material or any surface treatment with the liquid medium to be delivered. Thus, these materials can be optimized for their magnetic, mechanical, manufacturing or economic properties, without taking into account a material compatibility with a potentially aggressive liquid medium. This is especially true when the liquid medium is an aqueous urea solution.
Die
genannte Trennung zwischen Druck- und Förderraum ermöglicht auf
Seiten des Förderraums,
d.h. im Bereich des Pumpenkopfes, eine relativ freie Werkstoffauswahl,
da hier von den Gehäuseteilen
lediglich die Funktionen Medium leiten, Druck aushalten sowie Aufnehmen
der Membran-, Ventil- und Anschlußteile von Bedeutung sind.
Neben metallischen Bauteilen sind entsprechend auch preiswerte Kunststofflösungen realisierbar.
Insbesondere ein möglicher
hoher Integrationsgrad von Kunststoffteilen lassen eine nahezu beliebige
Anordnung der Kupplungsstutzen 13 bzw. sonstiger hydraulischer Anschlüsse zu.The said separation between the pressure and delivery chamber allows on the side of the pumping chamber, ie in the region of the pump head, a relatively free choice of materials, since here of the housing parts only perform the functions of medium, withstand pressure and receiving the membrane, valve and connector parts of importance are. In addition to metallic components and inexpensive plastic solutions are correspondingly feasible. In particular, a possible high degree of integration of plastic parts can be almost any arrangement of the coupling neck 13 or other hydraulic connections too.
Die
Darstellung von 1 zeigt, dass die Membranpumpe 1 im
wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet ist. Hieraus resultiert
vorteilhaft ein kompakter Bauraum, der die Membranpumpe 1 insbesondere
in mobilen Anwendungen geeignet macht.The representation of 1 shows that the diaphragm pump 1 is formed substantially rotationally symmetrical. This advantageously results in a compact space, the membrane pump 1 especially suitable in mobile applications.
In 2 ist
eine Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Membranpumpe 1 gezeigt.
Diese Ausführungsform entspricht
in weiten Teilen jener von 1, wobei gleiche
Bauteile mit gleichen Bezugszeichen benannt und zur Vermeidung von
Wiederholungen nicht erneut erläutert
sind.In 2 is a cross-sectional view of another embodiment of the diaphragm pump according to the invention 1 shown. This embodiment largely corresponds to that of 1 , wherein like components are designated by like reference numerals and are not explained again to avoid repetition.
Bei
der in 2 gezeigten Membranpumpe 1 ist eine der
Membran 7 entgegen gesetzte Oberfläche des Membranarbeitsraums 22 nicht
kegelförmig, sondern
kalottenförmig
ausgebildet. Im Zentrum der Kalotte mündet die Durchgangsöffnung 21,
die einen Durchlass von dem Kolbenarbeitsraum oberhalb des Anschlagsblocks 19 bis
hin zur Membran 7 ermöglicht.
Wie vorstehend erläutert,
ist der Membranarbeitsraum 22 unterhalb des Anschlagsblocks 19 ebenfalls
Teil des Druckraums 5 bzw. des Kolbenarbeitsraums 16.
Die Funktionsweise der Membran 7 innerhalb des Förderraums 8 ändert sich
durch die kalottenförmige
Ausbildung der Oberfläche
des Membranarbeitsraums 22 nicht.At the in 2 shown diaphragm pump 1 is one of the membrane 7 opposite surface of the membrane working space 22 not conical, but dome-shaped. In the center of the dome opens the passage opening 21 having a passage from the piston working space above the stop block 19 up to the membrane 7 allows. As explained above, the membrane working space is 22 below the stop block 19 also part of the pressure room 5 or the piston working space 16 , The functioning of the membrane 7 within the pump room 8th changes due to the dome-shaped formation of the surface of the membrane working space 22 Not.
Ein
weiterer Unterschied bei der Ausführungsform nach der 2 sind
die an einer Unterseite des Pumpenkopfes 3 befestigten
Kupplungsstutzen 13',
die wesentlich länger
ausgeführt
sind. Somit eignen sich die Kupplungsstutzen 13' für ein Anschließen von
flexiblen Schläuchen
oder dergleichen, die problemlos über eine jeweilige Außenumfangsfläche des
Kupplungsstutzens 13' gezwungen werden.Another difference in the embodiment according to the 2 are those on a bottom of the pump head 3 attached coupling socket 13 ' that are made much longer. Thus, the coupling nozzles are suitable 13 ' for connection of flexible hoses or the like which easily over a respective outer peripheral surface of the coupling stub 13 ' are forced.
In
gleicher Weise wie bei der Ausführungsform
nach 1 sind bei der Ausführungsform nach 2 innerhalb
des Pumpenkörpers 2 Ausgleichsbohrungen 36 ausgebildet,
die im wesentlichen vertikal und somit parallel zur Längsachse
des Förderkolbens 15 verlaufen.
Die Ausgleichsbohrungen 36 münden mit ihren oberen Enden
jeweils in dem Antriebsraum 23.In the same way as in the embodiment according to 1 are in the embodiment according to 2 inside the pump body 2 equalization bores 36 formed, which is substantially vertical and thus parallel to the longitudinal axis of the delivery piston 15 run. The compensation holes 36 open with their upper ends respectively in the drive space 23 ,
Die
Führungshülse 17,
die mit ihrem Inneren einen Teil des Kolbenarbeitsraums 16 bildet,
weist oberhalb des Fußabschnitts 18 seitlich
zwei Steuerbohrungen 37 auf. Die Steuerbohrungen 37 münden mit
ihrem einen Ende an der Innenumfangsfläche der Führungshülse 17, und mit ihrem
anderen Ende in einer an die Führungshülse 17 angrenzenden
Ausnehmung 38 des Pumpenkörpers 2. Die Ausgleichsbohrungen 36 münden jeweils
in der Ausnehmung 38. Somit bilden die Ausgleichsbohrungen 36 eine
Verbindungsleitung zwischen dem Antriebsraum 23 und der
Ausnehmung 38. Entsprechend kann die Hydraulikflüssigkeit 6 von
dem Antriebsraum 23 über
die Ausgleichsbohrungen 36, die Ausnehmung 38 und die
Steuerbohrungen 37 in den Kolbenarbeitsraum 16 gespeist
werden, mit dem die untere Stirnseite 34 des Förderkolbens 15 zusammenwirkt.The guide sleeve 17 with their interior part of the piston workspace 16 forms, points above the foot section 18 laterally two pilot holes 37 on. The tax holes 37 open at one end to the inner peripheral surface of the guide sleeve 17 , and with its other end in one to the guide sleeve 17 adjacent recess 38 of the pump body 2 , The compensation holes 36 each open in the recess 38 , Thus, the compensation holes form 36 a connecting line between the drive space 23 and the recess 38 , Accordingly, the hydraulic fluid 6 from the drive room 23 over the equalization holes 36 , the recess 38 and the tax holes 37 in the piston work space 16 be fed, with the lower end face 34 of the delivery piston 15 interacts.
Zur
Verdeutlichung der Verdrängung
der Hydraulikflüssigkeit 6 in
den Kolbenarbeitsraum 16 durch die untere Stirnseite 34 des
Förderkolbens 15 bei
dessen Verschiebung in Richtung der Membran ist der Bereich B von 1 in 3 vergrößert gezeigt.
Es versteht sich, dass die Ausführungsform
gemäß 2 in
Bezug auf den Bereich B von 1 analog
aufgebaut ist.To clarify the displacement of the hydraulic fluid 6 in the piston work space 16 through the lower front side 34 of the delivery piston 15 in its displacement in the direction of the membrane is the area B of 1 in 3 shown enlarged. It is understood that the embodiment according to 2 in terms of area B of 1 is constructed analogously.
Der
Förderkolben 15 ist
Innerhalb der Führungshülse 17 verschieblich
geführt,
wobei seine untere Stirnseite in Richtung des Kolbenarbeitsraums 16 weist
und darin die Hydraulikflüssigkeit 6 verdrängt. In
der Wandung der Führungshülse 17 sind die
beiden Steuerbohrungen 37 ausgebildet, die eine Fluidverbindung
zwischen dem Kolbenarbeitsraum unterhalb der unteren Stirnseite 34 und
dem Teil der Ausnehmung 38 außerhalb der Führungshülse 17 schaffen.
Der Förderkolben 15 überfährt bei
seinem Verschieben innerhalb der Führungshülse 17 mit einem Umfangsrand
der unteren Stirnseite 34 die beiden Steuerbohrungen 37.
In der Darstellung von 3 sind die Mündungen der Steuerbohrungen 37 an
der Innenumfangsfläche
der Führungshülse 17 nur
teilweise von dem Förderkolben 15 verdeckt.
Der gesamte Kolbenarbeitsraum 16, d.h. auch die Durchgangsöffnung 21,
die sich in dem Anschlagsblock 19 in den Membranarbeitsraum 22 hinein
erstreckt, ist mit der Hydraulikflüssigkeit 6 gefüllt.The delivery piston 15 is inside the guide sleeve 17 slidably guided, with its lower end face in the direction of the piston working space 16 points and therein the hydraulic fluid 6 repressed. In the wall of the guide sleeve 17 are the two tax holes 37 formed, the fluid communication between the piston working space below the lower end face 34 and the part of the recess 38 outside the guide sleeve 17 create. The delivery piston 15 passes over during its displacement within the guide sleeve 17 with a peripheral edge of the lower end face 34 the two tax holes 37 , In the presentation of 3 are the mouths of the tax holes 37 on the inner peripheral surface of the guide sleeve 17 only partially from the delivery piston 15 covered. The entire piston workspace 16 , ie also the passage opening 21 that is in the stop block 19 in the membrane workspace 22 extends into it, with the hydraulic fluid 6 filled.
Wenn
der Förderkolben 15,
ausgehend von der in 3 gezeigten Stellung, weiter
in Richtung der Membran verschoben wird, überfährt der Umfangsrand der unteren
Stirnseite 34 vollständig
die beiden Steuerbohrungen 37. Wenn der Umfangsrand der
unteren Stirnseite 34 eine untere Kante 39 einer jeweiligen
Steuerbohrung 37 überfährt, dann
ist der verbleibende Kolbenarbeitsraum 16 unterhalb der unteren
Stirnseite 34 von den Steuerbohrungen 37 getrennt.
Dies hat zur Folge, dass dieser Teil des Kolbenarbeitsraums dann
nicht mehr mit der außerhalb der
Führungshülse 17 befindlichen
Hydraulikflüssigkeit 6 gespeist
wird. Nach dem genannten Überfahren
der unteren Kante 39 durch den Umfangsrand der unteren
Stirnseite 34 liegt also ein abgeschlossenes Volumen in
dem Kolbenarbeitsraum 16 vor. Das Volumen der Hydraulikflüssigkeit 6,
welches in Folge der Verschiebung nach unten durch die Durchgangsöffnung 21 hindurch
in Richtung der Membran 7 verdrängt wird, bestimmt sich aus
dem Produkt der Flächen
der unteren Stirnseite 34 des Förderkolbens 15 mit
der Strecke, um die sich der Förderkolben
innerhalb des Kolbenarbeitsraums ab der unteren Kante 39 in
Richtung der Membran 7, d.h. in Richtung der Bodenfläche 20,
bewegt. Mit der Membranpumpe 1 lässt sich insbesondere ein kleines
Volumen der Hyfraulikflüssigkeit
exakt in Richtung der Membran 7 dosieren. Hieraus resultiert
eine nur geringe Verformung der Membran 7 und entsprechend
ein nur geringes Fördervolumen
für das
flüssige
Medium pro Arbeitstakt, bei gleichwohl hohen Förderdrücken.When the delivery piston 15 , starting from the in 3 shown position, is moved further in the direction of the membrane, passes over the peripheral edge of the lower end face 34 completely the two control bores 37 , If the peripheral edge of the lower end face 34 a lower edge 39 a respective control bore 37 passes over, then the remaining piston working space 16 below the lower end 34 from the tax holes 37 separated. This has the consequence that this part of the piston working space then no longer with the outside of the guide sleeve 17 located hydraulic fluid 6 is fed. After passing the lower edge 39 through the peripheral edge of the lower end face 34 So is a closed volume in the piston working space 16 in front. The volume of hydraulic fluid 6 resulting in the downward displacement through the passage opening 21 through in the direction of the membrane 7 is displaced, determined by the product of the surfaces of the lower face 34 of the delivery piston 15 with the distance around which the delivery piston is within the piston working space from the lower edge 39 in the direction of the membrane 7 ie in the direction of the floor area 20 , emotional. With the diaphragm pump 1 In particular, a small volume of Hyfraulikflüssigkeit can be exactly in the direction of the membrane 7 dosing. This results in only a small deformation of the membrane 7 and correspondingly only a small delivery volume for the liquid medium per working cycle, with nevertheless high delivery pressures.
Die
Strecke, um die sich der Förderkolben 15 mit
seiner unteren Stirnseite 34 in Richtung der Membran 7 verschieben
lässt,
wird durch die Bodenfläche 20 beschränkt. An
der unteren Stirnseite 34 ist eine Erhebung 40 ausgebildet,
die bei der Verschiebung des Förderkolbens 15 in 3 nach
unten in Kontakt mit der Bodenfläche 20 gelangt.
Falls die Erhebung 40 die Bodenfläche 20 berührt, ist
dadurch ein unterer Totpunkt des Förderkolbens 15 definiert.
Die Erhebung 40 ist nur in einem mittigen Bereich der unteren
Stirnseite 34 ausgebildet und durch eine Nut 41 begrenzt.
Ein Außenumfangsrand
der unteren Stirnseite 34 springt radial außen von
der Nut 41 nach innen zurück, so dass die Erhebung 40 in
einer Ebene senkrecht zur Längsachse
des Förderkolbens 15 über den
Außenumfangsrand
der unteren Stirnseite 34 hervorsteht. Hierdurch wird bewirkt,
dass bei einem Kontakt der Erhebung 40 mit der Bodenfläche 20 der
Außenumfangsrand
der unteren Stirnseite 34 nicht in Kontakt mit der Bodenfläche gelangt.
Entsprechend ist diese Außenumfangsfläche auch
keinem Verschleiß unterworfen,
wenn der Förderkolben 15 mit
seiner unteren Stirnseite 34 oszillierend gegen die Bodenfläche 20 stößt. Da sich
somit eine Kante des Umfangsrandes der unteren Stirnseite 34,
die nach dem Überfahren
der Steuerbohrung 37 den Kolbenarbeitsraum 16 von
der Steuerbohrung 37 abtrennt, nicht abgenutzt wird, ist
ein äußerst exaktes Volumen
innerhalb des Kolbenarbeitsraums durch die Bewegung des Förderkolbens 15 möglich. Insbesondere
bei kleinen verdrängten
Volumina in dem Kolbenarbeitsraum, bzw. bei nur geringen Membranbewegungen
für ein
kleines, zu dosierendes Volumen des flüssigen Mediums ist dies von
großer
Bedeutung. Daneben stellt sich eine hohe Lebensdauer ein.The route around which the delivery piston 15 with its lower end face 34 in the direction of the membrane 7 is moved through the floor area 20 limited. At the lower end 34 is a survey 40 formed during the displacement of the delivery piston 15 in 3 down in contact with the floor surface 20 arrives. If the survey 40 the floor area 20 touched, is thereby a bottom dead center of the delivery piston 15 Are defined. The assessment 40 is only in a central area of the lower end 34 formed and through a groove 41 limited. An outer peripheral edge of the lower end face 34 jumps radially outward from the groove 41 back inside, so the survey 40 in a plane perpendicular to the longitudinal axis of the delivery piston 15 over the outer peripheral edge of the lower end face 34 protrudes. This causes that in a contact of the survey 40 with the bottom surface 20 the outer peripheral edge of the lower end face 34 does not come into contact with the floor surface. Accordingly, this outer peripheral surface is also not subject to wear when the delivery piston 15 with its lower end face 34 oscillating against the floor surface 20 encounters. Since thus an edge of the peripheral edge of the lower end face 34 after passing the control bore 37 the piston workspace 16 from the control bore 37 Separating, not wearing, is an extremely accurate volume within the piston working space due to the movement of the delivery piston 15 possible. This is of great importance, in particular with small displaced volumes in the piston working space, or with only slight membrane movements for a small volume of the liquid medium to be metered. In addition, a long service life arises.
An
dem Umfangsrand der unteren Stirnseite 34 des Förderkolbens,
der mit einer Innenwandfläche der
Führungshülse 17 zusammenwirkt,
ist kein Dichtungsmittel in Form eines Kolbenrings oder dergleichen
erforderlich. Der Kontakt des Umfangsrands mit der Innenwandfläche entspricht
einer Metall-Metall-Paarung.
Durch die hohe Viskosität
der Hydraulikflüssigkeit
ist durch ein geeignet kleines Spaltmaß zwischen dieser Metall-Metall-Paarung
eine Leckageströmung
verhindert und ein entsprechend genaues Verdrängen von Hydraulikflüssigkeit
durch die untere Stirnseite 34 gewährleistet.At the peripheral edge of the lower end face 34 the delivery piston, with an inner wall surface of the guide sleeve 17 cooperates, no sealant in the form of a piston ring or the like is required. The contact of the peripheral edge with the inner wall surface corresponds to a metal-metal pairing. Due to the high viscosity of the hydraulic fluid leakage leakage is prevented by a suitably small gap between this metal-metal pairing and a correspondingly accurate displacement of hydraulic fluid through the lower end face 34 guaranteed.
In 4 ist
der Förderkolben 15 in
einer Seitenschnittansicht gezeigt. Der Bereich A von 4 ist
in 5 nochmals vergrößert gezeigt. Die Erhebung 40 steht
erkennbar von einem Umfangsrand der unteren Stirnseite 34 hervor,
und ist davon durch die umlaufende kreisförmige Nut 41 getrennt.
Bei einem Kontakt der unteren Stirnseite 34 mit der Bodenfläche 20 bleibt
der Umfangsrand der unteren Stirnseite 34 von der Bodenfläche 20 beabstandet
und ist deshalb keinem Verschleiß unterworfen.In 4 is the delivery piston 15 shown in a side sectional view. The area A of 4 is in 5 shown enlarged again. The assessment 40 is seen from a peripheral edge of lower end face 34 from, and is by the circumferential circular groove 41 separated. For a contact of the lower front side 34 with the bottom surface 20 remains the peripheral edge of the lower end face 34 from the bottom surface 20 spaced and is therefore not subject to wear.
Durch
das Verschieben des Förderkolbens 15 innerhalb
der Führungshülse 17 über die
untere Kante der Steuerbohrungen 37 hinaus wird wie erläutert, ein
definiertes Volumen der Hydraulikflüssigkeit in Richtung der Membran 7 verdrängt. Hierdurch
entsteht in dem Hydraulikraum 5 ein Unterdruck, der im wesentlichen
dem verdrängten
Volumen der Hydraulikflüssigkeit
entspricht. Aus diesem Grund ist es für ein Verschieben des Förderkolbens 15 mit
möglichst geringem
Strömungswiderstand
wichtig, in dem Druckraum 5 einen Druckausgleich zu schaffen.
Hierfür
weist das obere Gehäuseteil 4 eine
Belüftungsöffnung 42 (2)
auf, die in die Umgebung oder einen geeigneten Druckausgleichsbehälter mündet. Durch die
Belüftungsöffnung 42 kann
der Druckraum 5 in Verbindung mit Umgebungsluft stehen,
so dass in dem Druckraum 5 Atmosphärendruck herrscht. Beim Verschieben
des Förderkolbens 15 zu
seinem unteren Totpunkt gelangt ein Luftvolumen durch die Belüftungsöffnung 42 in
den Druckraum 5 hinein, welches Luftvolumen dem Volumen
an Hydraulikflüssigkeit entspricht,
das der Förderkolben 15 ab
der unteren Kante 39 der Steuerbohrung 37 in den
Kolbenarbeitsraum 16 verdrängt. An einer oberen Stirnseite
des Ankerkolbens 24 bildet sich somit kein Unterdruck, wodurch
ein Betrieb des hydraulischen Membranantriebs 14 mit möglichst
geringen Strömungswiderständen möglich ist.By moving the delivery piston 15 within the guide sleeve 17 over the lower edge of the control bores 37 In addition, as explained, a defined volume of the hydraulic fluid in the direction of the membrane 7 repressed. This results in the hydraulic chamber 5 a negative pressure which substantially corresponds to the displaced volume of the hydraulic fluid. For this reason, it is for a displacement of the delivery piston 15 with the lowest possible flow resistance important in the pressure chamber 5 to create a pressure balance. For this purpose, the upper housing part 4 a ventilation opening 42 ( 2 ), which opens into the environment or a suitable surge tank. Through the ventilation opening 42 can the pressure room 5 in conjunction with ambient air, so that in the pressure chamber 5 Atmospheric pressure prevails. When moving the delivery piston 15 to its bottom dead center, an air volume passes through the ventilation opening 42 in the pressure room 5 into which air volume corresponds to the volume of hydraulic fluid, that of the delivery piston 15 from the lower edge 39 the control bore 37 in the piston work space 16 repressed. At an upper end of the anchor piston 24 thus forms no negative pressure, causing an operation of the hydraulic diaphragm drive 14 with the lowest possible flow resistance is possible.
Die
Belüftungsöffnung 42 kann
in Betrieb der Membranpumpe unverschlossen bleiben. Bei der Ausführungsform
von 1 ist die Belüftungsöffnung 42 durch
eine Schraube 43 verschlossen. Die Schraube 43 ist
von einer (nicht gezeigten) Durchgangsbohrung durchsetzt, die wiederum
in die Umgebung oder einen Druckausgleichsbehälter mündet. Durch die Schraube 43 ist
ein freier Durchmesser der Belüftungsöffnung 42 vorteilhaft
minimiert, jedoch immer noch ausreichend groß, um den Druckausgleich mit
Luft sicherzustellen. Durch die Schraube 43 ist ein Eindringen
von Schmutzpartikeln oder dergleichen durch die Belüftungsöffnung 42 ausgeschlossen.The ventilation opening 42 can remain unlocked during operation of the diaphragm pump. In the embodiment of 1 is the ventilation opening 42 through a screw 43 locked. The screw 43 is penetrated by a (not shown) through hole, which in turn opens into the environment or a surge tank. Through the screw 43 is a free diameter of the ventilation opening 42 advantageously minimized but still sufficiently large to ensure pressure equalization with air. Through the screw 43 is a penetration of dirt particles or the like through the ventilation opening 42 locked out.
In
der 6 ist in einer Querschnittsansicht eine weitere
Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Membranpumpe 1 gezeigt,
die sich für
einen Lage unabhängigen
Betrieb eignet. Die Ausführungsformen
gemäß 1 und 2 sind
im wesentlichen in der dargestellten Position zu betreiben, um ein Auslaufen
der Hydraulikflüssigkeit 6 aus
der Belüftungsöffnung 42 zu
verhindern. Dies erfolgt dadurch, dass die Belüftungsöffnung 42 den geodätisch höchsten Punkt
der Membranpumpe 1 bildet. Demgegenüber ist der Druckraum der Membranpumpe 1 nach
der Auswirkungsform von 6 nach außen hin verschlossen. Deshalb
läßt sich
diese Membranpumpe 1 auch mit einem Druckausgleich in einer
beliebigen Lageposition betreiben.In the 6 is a cross-sectional view of another embodiment of the diaphragm pump according to the invention 1 shown, which is suitable for a location independent operation. The embodiments according to 1 and 2 are to operate substantially in the position shown to leakage of the hydraulic fluid 6 from the ventilation opening 42 to prevent. This is done by the ventilation opening 42 the geodetically highest point of the diaphragm pump 1 forms. In contrast, the pressure chamber of the diaphragm pump 1 after the impact form of 6 closed to the outside. Therefore, this membrane pump can be 1 also operate with a pressure equalization in any position.
Nachstehend
ist das Druckausgleichsprinzip der Membranpumpe 1 gemäß 6 im
Detail beschrieben. Die grundlegende Funktionsweise der Membranpumpe
gemäß 6 entspricht
den zuvor erläuterten
Ausführungsformen,
wobei gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen benannt und zur Vermeidung
von Wiederholungen nicht erneut erläutert sind.Below is the pressure equalization principle of the diaphragm pump 1 according to 6 described in detail. The basic operation of the diaphragm pump according to 6 corresponds to the previously explained embodiments, wherein like components are designated by like reference numerals and are not explained again to avoid repetition.
Die
Membranpumpe 1 gemäß 6 weist oberhalb
des Antriebsraums 23 eine Zusatzkammer 44 auf,
die in dem oberen Gehäuseteil 4 ausgebildet ist.
Die Zusatzkammer 44 ist nach oben hin offen. Ein Gehäusedeckel 45 ist
von oben auf dem oberen Gehäuseteil 4 befestigt.
An einem oberen Rand der Zusatzkammer 45 ist eine Zusatzmembran 46 vorgesehen,
die in eine Umfangsnut 47 des oberen Gehäuseteils 4 eingelegt
und durch den aufgebrachten Gehäusedeckel 45 festgeklemmt
ist. Somit ist die Zusatzkammer 44 nach oben durch die
Zusatzmembran 46 verschlossen. Die Zusatzmembran 46 besteht aus
einem elastischen Gummi oder aus einem elastisch verformbaren dünnen Blech,
und kann sich geringfügig
in die Zusatzkammer 44 hinein oder weg davon elastisch
verformen.The diaphragm pump 1 according to 6 points above the drive compartment 23 an additional chamber 44 on that in the upper housing part 4 is trained. The additional chamber 44 is open at the top. A housing cover 45 is from the top of the upper housing part 4 attached. At an upper edge of the additional chamber 45 is an additional membrane 46 provided in a circumferential groove 47 of the upper housing part 4 inserted and through the applied housing cover 45 is clamped. Thus, the additional chamber 44 up through the additional membrane 46 locked. The additional membrane 46 It consists of an elastic rubber or of an elastically deformable thin sheet metal, and may slightly into the additional chamber 44 deform elastically in or away from it.
Der
Gehäusedeckel 46 weist
eine Belüftungsöffnung 48 auf,
die in die Umgebung oder einen Druckausgleichsbehälter führt. Der
Bereich zwischen einer Oberseite der Zusatzmembran 46 und
einer Innenfläche
des Gehäusedeckels 45 ist
zum Beispiel mit Luft unter Atmosphärendruck gefüllt. Damit
ist der Druck oberhalb der Zusatzmembran 46, d.h. auf ihrer Seite
entgegengesetzt zum Druckraum 5 konstant.The housing cover 46 has a ventilation opening 48 which leads into the environment or a surge tank. The area between an upper side of the additional membrane 46 and an inner surface of the housing cover 45 is filled, for example, with air at atmospheric pressure. Thus the pressure is above the additional membrane 46 , ie on its side opposite to the pressure chamber 5 constant.
In
dem oberen Gehäuseteil 4 ist
unterhalb der Zusatzkammer 44 eine Bohrung 49 ausgebildet, die
in die Zusatzkammer 44 mündet und an ihrer entgegengesetzten
Seite in den Antriebsraum 23 führt, in dem der Ankerkolben 24 verschieblich
aufgenommen ist. Die Bohrung 49 hat einen kleineren Durchmesser
als die Zusatzkammer 44 bzw. der Antriebsraum 23.
Die Bohrung 49 ist jedoch ausreichend dimensioniert, dass
sie eine Fluidverbindung zwischen der Zusatzkammer 44 und
dem Antriebsraum 23 schafft. Da der Durchmesser der Bohrung 49 kleiner ist
als jener des Antriebsraum 23, sind an der oberen Stirnwand
des Antriebsraums Anschlagsschultern 31 ausgebildet, die
einen oberen Totpunkt für
den Ankerkolben 24 definieren. Die Zusatzkammer 44 ist ebenfalls
Teil des Druckraums 5 und mit der Hydraulikflüssigkeit 6 gefüllt.In the upper housing part 4 is below the additional chamber 44 a hole 49 trained in the additional chamber 44 opens and on its opposite side in the drive room 23 leads, in which the anchor piston 24 slidably received. The hole 49 has a smaller diameter than the additional chamber 44 or the drive space 23 , The hole 49 however, is sufficiently dimensioned to provide fluid communication between the auxiliary chamber 44 and the drive room 23 creates. Because the diameter of the hole 49 smaller than that of the drive room 23 , are on the upper end wall of the drive space stop shoulders 31 formed, which is a top dead center for the anchor piston 24 define. The additional chamber 44 is also part of the pressure room 5 and with the hydraulic fluid 6 filled.
Der
Druckausgleich bei der Membranpumpe 1 gemäß 6 funktioniert
nun wie folgt:
Wenn der Ankerkolben 23 den Förderkolben 15 ausgehend
von der in 6 gezeigten Position in Richtung
der Membran 7 antreibt, wird nach dem Überfahren der unteren Kante 39 der
Steuerbohrung 37 durch die untere Stirnseite 34 des
Förderkolbens 15 ein
definiertes Volumen von Hydraulikflüssigkeit in Richtung der Membran 7 verdrängt. Hierdurch
entsteht wie vorstehend erläutert
ein Unterdruck in dem Druckraum 5. Dieser Unterdruck kann
sich durch die Ausgleichsbohrungen 36, den Antriebsraum 23 und die
Durchgangsöffnungen 30 in
dem Ankerkolben 23 und die Bohrung 49 hindurch
in die Zusatzkammer 44 auswirken. Dieser Unterdruck bewirkt,
dass sich die Zusatzmembran 46 in die Zusatzkammer 44 hinein verformt.
Anders ausgedrückt,
bewirkt die Verformung der Zusatzmembran 46 in der Zusatzkammer 44 die
Erzeugung eines Ausgleichsvolumens. Das durch die Verformung der
Zusatzmembran 46 gebildete Ausgleichsvolumen entspricht
dabei dem Volumen, das der Förderkolben 15 bei
seiner Verschiebung innerhalb des Druckraums 5, bzw. innerhalb des
Kolbenarbeitsraums 16 verdrängt.The pressure compensation in the diaphragm pump 1 according to 6 works like this:
When the anchor piston 23 the delivery piston 15 starting from the in 6 shown position in the direction of the membrane 7 drives after crossing the bottom edge 39 the control bore 37 through the lower front side 34 of the delivery piston 15 a defined volume of hydraulic fluid in the direction of the membrane 7 repressed. As a result, as explained above, a negative pressure is created in the pressure chamber 5 , This negative pressure can be due to the compensation holes 36 , the drive room 23 and the passage openings 30 in the anchor piston 23 and the hole 49 through into the additional chamber 44 impact. This negative pressure causes the additional membrane 46 in the additional chamber 44 deformed into it. In other words, the deformation causes the additional membrane 46 in the additional chamber 44 the generation of a compensation volume. This through the deformation of the additional membrane 46 formed equalization volume corresponds to the volume that the delivery piston 15 at its displacement within the pressure space 5 , or within the piston working space 16 repressed.
Wenn
in dem Druckraum 5 ein Überdruck
infolge der Bewegung des Förderkolbens 15 in
einer Richtung weg von der Membran 7 bzw. heraus aus dem
Kolbenarbeitsraum 16 entsteht, erfolgt ein Ausgleich dieses Überdrucks
durch die Zusatzmembran 46 nach dem gleichen Prinzip. Bei
einem Überdruck in
dem Druckraum 5, der sich bis in die Zusatzkammer 44 hinein
auswirkt, wird die Zusatzmembran 46 in Richtung des Gehäusedeckels 45,
also nach außen
verformt. Eine solche Verformung der Zusatzmembran 46 schafft
ein Ausgleichsvolumen, das dem Volumen entspricht, welches von dem
Förderkolben 15 bzw.
dem Ankerkolben 23 bei einem Saughub der Membranpumpe 1 verdrängt wird.If in the pressure room 5 an overpressure due to the movement of the delivery piston 15 in a direction away from the membrane 7 or out of the piston working space 16 arises, a compensation of this pressure takes place through the additional membrane 46 according to the same principle. At an overpressure in the pressure chamber 5 that extends into the additional chamber 44 affects, is the additional membrane 46 in the direction of the housing cover 45 , so deformed outwards. Such a deformation of the additional membrane 46 creates a compensating volume corresponding to the volume of the delivery piston 15 or the anchor piston 23 at a suction stroke of the diaphragm pump 1 is displaced.
Die
Zusatzmembran 46 verschließt die nach oben hin offene
Zusatzkammer 44. Dadurch ist verhindert, dass die Hydraulikflüssigkeit 6 aus
der Zusatzkammer 44 austreten kann. Dies gilt selbst dann, wenn
die Membranpumpe 1 kopfüber
betrieben wird. Ein Auslaufen der Hydraulikflüssigkeit 6 ist in
jedem Fall verhindert. Da der Druckraum 5 durch die Zusatzmembran 46 in
sich abgeschlossen ist, funktioniert der vorstehend erläuterte Druckausgleich
infolge der Verformung der Zusatzmembran 46 in jeder beliebigen
Betriebsposition der Membranpumpe 1. Hieraus resultiert
eine Lageunabhängigkeit
für den Betrieb
der Membranpumpe 1 bzw. ihren Einbau in einem Fahrzeug.The additional membrane 46 closes the additional chamber open at the top 44 , This prevents the hydraulic fluid 6 from the additional chamber 44 can escape. This is true even if the diaphragm pump 1 is operated upside down. Leakage of the hydraulic fluid 6 is prevented in any case. Because the pressure chamber 5 through the additional membrane 46 is self-contained, works the above-explained pressure equalization due to the deformation of the additional membrane 46 in any operating position of the diaphragm pump 1 , This results in a position independence for the operation of the diaphragm pump 1 or their installation in a vehicle.
In 7 ist
eine weitere Ausführungsform der
Membranpumpe 1 gezeigt, bei der in dem Druckraum 5 ein
Ausgleichsvolumen erzeugt werden kann und damit ein Lage unabhängiger Betrieb
möglich
ist.In 7 is another embodiment of the diaphragm pump 1 shown at the in the pressure room 5 a compensation volume can be generated and thus a position independent operation is possible.
Im
Unterschied zur Ausführungsform
von 6 ist bei der Ausführungsform gemäß 7 anstelle
der Zusatzmembran 46 eine Kapsel 50 vorgesehen,
die an einem oberen Rand der Zusatzkammer 44 zwischen dem
oberen Gehäuseteil 4 und
dem Gehäusedeckel 45 befestigt
ist. Die Kapsel 50 ist mit ihren Seitenrändern 51 in
die Umfangsnut 47 eingelegt und durch den aufgebrachten
Gehäusedeckel 45 darin
festgeklemmt. Die Kapsel 50 bildet einen Hohlkörper mit
elastisch verformbaren Wänden.
Beispielsweise kann die Kapsel 50 aus einem dünnen Metallblech
hergestellt sein, das diese elastischen Eigenschaften aufweist und
gegen die Hydraulikflüssigkeit 6 resistent
ist.In contrast to the embodiment of 6 is in the embodiment according to 7 instead of the additional membrane 46 a capsule 50 provided at an upper edge of the auxiliary chamber 44 between the upper housing part 4 and the housing cover 45 is attached. The capsule 50 is with their margins 51 in the circumferential groove 47 inserted and through the applied housing cover 45 clamped in it. The capsule 50 forms a hollow body with elastically deformable walls. For example, the capsule 50 be made of a thin metal sheet having these elastic properties and against the hydraulic fluid 6 is resistant.
Die
Zusatzkammer 44 ist durch den Gehäusedeckel 45 nach
außen
hin abgeschlossen. Dadurch ist ein ungewolltes Austreten der Hydraulikflüssigkeit 6,
die in der Zusatzkammer 44 enthalten ist, in jedweder Position
der Membranpumpe 1 nicht möglich. Die Kapsel 50 schließt also
die Zusatzkammer 44 nicht nach außen hin ab, sondern ist durch
die Fixierung ihrer Seitenränder 51 in
der Umfangsnut 47 definiert innerhalb der Zusatzkammer 44 gehalten.The additional chamber 44 is through the housing cover 45 completed to the outside. This is an unwanted escape of the hydraulic fluid 6 in the additional chamber 44 is contained in any position of the diaphragm pump 1 not possible. The capsule 50 thus closes the additional chamber 44 not from the outside, but by the fixation of their margins 51 in the circumferential groove 47 defined within the additional chamber 44 held.
Der
Druckausgleich mittels der Kapsel 50 funktioniert nun wie
folgt:
Wenn in dem Druckraum 5 ein Unterdruck vorliegt, dehnt
sich die Kapsel aus und vergrößert dabei
ihr Volumen. Diese Volumenvergrößerung entspricht
einem Ausgleichsvolumen und damit dem Volumen, das der Förderkolben 15 in
Richtung der Membran 7 verdrängt. Bei einem Überdruck
innerhalb der Druckkammer 5 funktioniert der Druckausgleich
analog. Die Kapsel 50 wird zusammengedrückt und verkleinert dabei ihr
Volumen. Die Volumenabnahme entspricht dabei dem Volumen, das bei
einem Saughub durch den Förderkolben 15 zurück in den
Druckraum 5 gefördert
wird.The pressure equalization by means of the capsule 50 works like this:
If in the pressure room 5 There is a negative pressure, the capsule expands, thereby increasing its volume. This increase in volume corresponds to a compensation volume and thus the volume that the delivery piston 15 in the direction of the membrane 7 repressed. At an overpressure inside the pressure chamber 5 works the pressure equalization analog. The capsule 50 is compressed and thereby reduces its volume. The volume decrease corresponds to the volume, that during a suction stroke by the delivery piston 15 back to the pressure room 5 is encouraged.
Bei
einer Inbetriebnahme der Membranpumpe 1 befindet sich noch
kein flüssiges
Medium in dem Förderraum 8.
Erst durch einen Saughub der Membran 7 wird das flüssige Medium
durch den Ansaugkanal 9 in den Förderraum 8 angesaugt,
und anschließend
durch eine entgegengesetzte Bewegung der Membran 7 wieder
aus dem Ausstoßkanal 10 ausgestoßen. Bei
Membranpumpe wird dieser Vorgang Trockenansaugen genannt. Insbesondere
bei geringen Volumina, mit denen das flüssige Medium zu fördern und
zu dosieren ist, stellt sich das Trockenansaugen kritisch dar. In
den 8 bis 12 sind verschiedene Ausführungsformen
für den
Pumpenkopf 3 bzw. die Membran 7 gezeigt, die das
Trockenansaugen optimieren.When commissioning the diaphragm pump 1 there is still no liquid medium in the pump room 8th , Only through a suction stroke of the membrane 7 the liquid medium passes through the intake channel 9 in the pump room 8th sucked in, and then by an opposite movement of the membrane 7 again from the discharge channel 10 pushed out. For membrane pump this process is called dry aspiration. Especially at low volumes, with which the liquid medium is to be conveyed and dosed, the dry aspiration is critical. In the 8th to 12 are different embodiments for the pump head 3 or the membrane 7 shown that optimize dry aspiration.
8 zeigt
den Pumpenkörper 2 und
den daran befestigten Pumpenkopf 3 in einer vereinfachten
Querschnittsansicht. Die Membran 7 ist frei schwingend
zwischen dem Pumpenkörper 2 und dem
Pumpenkopf 3 befestigt und trennt den Druckraum 5 von
dem Förderraum 8.
Auf Seiten des Druckraums 5 befindet sich oberhalb der
Membran 7 der Membranarbeitsraum 22, in dem die
Durchgangsöffnung 21 mündet. In
dem Pumpenkopf 3 sind der Ansaugkanal 9 und der
Ausstoßkanal 10 ausgebildet, die
in den Förderraum 8 unterhalb
der Membran 7 münden. 8th shows the pump body 2 and the attached pump head 3 in a simplified cross-sectional view. The membrane 7 is swinging freely between the pump body 2 and the pump head 3 attached and disconnects the pressure chamber 5 from the pump room 8th , On the side of the pressure chamber 5 is located above the membrane 7 the membrane workspace 22 in which the passage opening 21 empties. In the pump head 3 are the intake channel 9 and the ejection channel 10 trained in the pump room 8th below the membrane 7 lead.
An
einer Oberfläche
des Pumpenkopfes 3, die zur Membran 7 hin weist,
ist eine Ausnehmung 52 in Form einer Kalotte ausgebildet,
nämlich
in dem Teil, der Oberfläche,
der sich zwischen den Mündungen
des Ansaugkanals 9 bzw. des Ausstoßkanals 10 befindet.
Somit ist die Oberfläche
des Pumpenkopfes 3 gegenüberliegend zur Membran 7 mit
Ausnahme der Kalotte 52 im wesentlichen plan ausgebildet.
In Verbindung mit einem solchen Pumpenkopf 3 kommt eine
Membran 7 zum Einsatz, die in ihrem entspannten Zustand
im wesentlichen plan verläuft.On a surface of the pump head 3 leading to the membrane 7 points, is a recess 52 formed in the form of a dome, namely in the part, the surface, extending between the mouths of the intake passage 9 or the discharge channel 10 located. Thus, the surface of the pump head 3 opposite to the membrane 7 with the exception of the calotte 52 formed essentially plan. In conjunction with such a pump head 3 comes a membrane 7 used, which is essentially flat in its relaxed state.
Das
Volumen, das die Kalotte 52 bezogen auf eine Ebene, die
von den Planenaußenbereichen der
Oberfläche
des Pumpenkopfes 3 aufgespannt wird, einschließt, definiert
ein Hub- bzw. Fördervolumen
in dem Förderraum.
Zu Beginn des Trockenansaugens wird die Hydraulikflüssigkeit 6 in
den Membranarbeitsraum 22 hinein verdrängt, so dass die Membran 7 in
Richtung des Pumpenkopfes 3 verformt wird und mit der Kalotte 52 in
Kontakt gelangt. Hierbei wird eine Restluft aus dem Förderraum
im wesentlichen vollständig
durch den Ausstoßkanal 10 ausgestoßen, durch
einen entsprechenden Überdruck
in dem Förderraum.
Bei einem anschließenden Saughub
der Membranpumpe 1 wird die Membran 7 durch ein
Abführen
der Hydraulikflüssigkeit 6 aus dem
Membranarbeitsraum 22 heraus nach oben verformt, wodurch
in dem Förderraum 8 ein
Unterdruck erzeugt wird. Durch diesen Unterdruck öffnet das
erste Rückschlagventil 11 in
dem Ansaugkanal 9, so dass das flüssige Medium in den Förderraum 8 hinein gesaugt
wird. Beim anschließenden
Fördertakt
wird wiederum Hydraulikflüssigkeit 8 in
den Membranarbeitsraum 22 verdrängt, was die Membran 7 in
Richtung des Pumpenkopfes 3 verformt und in dem Förderraum 8 einen Überdruck
erzeugt. Infolgedessen öffnet
das zweite Rückschlagventil 12 in
dem Ausstoßkanal 10,
wodurch das flüssige
Medium aus dem Förderraum 8 ausgestoßen wird.The volume that the dome 52 relative to a plane defined by the outer plan areas of the surface of the pump head 3 is defined, defines a lifting or delivery volume in the delivery chamber. At the beginning of Trockenansaugens the hydraulic fluid 6 in the membrane workspace 22 displaced into it, leaving the membrane 7 in the direction of the pump head 3 is deformed and with the calotte 52 got in contact. In this case, a residual air from the delivery chamber is substantially completely through the discharge channel 10 ejected, by a corresponding overpressure in the delivery chamber. In a subsequent suction stroke of the diaphragm pump 1 becomes the membrane 7 by discharging the hydraulic fluid 6 from the membrane workspace 22 deformed out upward, causing in the delivery room 8th a negative pressure is generated. This negative pressure opens the first check valve 11 in the intake channel 9 so that the liquid medium enters the delivery room 8th is sucked into it. The subsequent delivery cycle again hydraulic fluid 8th in the membrane workspace 22 displaces what the membrane 7 in the direction of the pump head 3 deformed and in the delivery room 8th generates an overpressure. As a result, the second check valve opens 12 in the discharge channel 10 , whereby the liquid medium from the delivery room 8th is ejected.
Für ein problemloses
Trockenansaugen ist von Bedeutung, dass zwischen der Membran und
einer Oberfläche
des Pumpenkopfes 3 ein exaktes Volumen definiert ist, das
durch die Membran 7 bei Beginn des Trockenansaugens ausgefüllt werden
kann. Des weiteren ist von Bedeutung, dass beim ersten Drucktakt,
wenn sich die Membran 7 in die Kalotte 52 hinein
verformt, möglichst
wenig Restluft in dem Förderraum 8 verbleibt.
Je weniger Restluft in dem Förderraum 8 beim
ersten Drucktakt verbleibt, desto größer ist der Unterdruck beim
anschließenden Saughub.
Hierzu ist es wichtig, dass der Förderraum 8 ein möglichst
kleines Totraumvolumen aufweist, das von der Membran 7 bei
ihrer Verformung nicht ausgefüllt
werden kann.For easy dry aspiration is important that between the diaphragm and a surface of the pump head 3 an exact volume is defined through the membrane 7 can be filled at the beginning of Trockenansaugens. Furthermore, it is important that at the first pressure cycle, when the membrane 7 in the dome 52 deformed into it, as little as possible residual air in the pump room 8th remains. The less residual air in the pumping room 8th remains at the first pressure cycle, the greater the negative pressure during the subsequent suction stroke. For this it is important that the delivery room 8th having as small a dead space volume as possible from the membrane 7 can not be filled in their deformation.
9 zeigt
eine vereinfachte Querschnittsansicht des Pumpenkopfes 3,
mit darin montierten ersten und zweiten Rückschlagventilen 11, 12.
Die hierin gezeigte Membran ist aus einem metallischen Membrankörper 7a hergestellt,
der auf der Seite des Förderraums
plan ist und auf der Seite des Druckraums wellenartige Stufen aufweist.
Durch die wellenartigen Stufen ist eine elastische Verformbarkeit des
metallischen Membrankörpers
gewährleistet. 9 shows a simplified cross-sectional view of the pump head 3 , with first and second check valves mounted therein 11 . 12 , The membrane shown herein is made of a metallic membrane body 7a made, which is flat on the side of the pumping chamber and has wave-like steps on the side of the pressure chamber. The wave-like steps ensure elastic deformability of the metallic membrane body.
Aus
der Anordnung der Rückschlagventile 11, 12 gemäß 9 ist
ersichtlich, dass sich die Kugelsitze dieser Ventile in unmittelbarer
Nähe zur Oberfläche des
Pumpenkopfes 3 angrenzend zur Membran befinden. Dies führt dazu,
dass die Bohrungen 54, die in dem Pumpenkopf 3 von
Kugelsitz bis in den Förderraum 8 führen, sehr
kurz sind. Die Membran 7 kann sich beim Trockenansaugen
nicht in die Bohrungen 54 hinein verformen. Wegen der kurzen Länge der
Bohrungen ist jedoch das dadurch gebildete Totraumvolumen minimal
bzw. vernachlässigbar.From the arrangement of the check valves 11 . 12 according to 9 It can be seen that the ball seats of these valves in close proximity to the surface of the pump head 3 located adjacent to the membrane. This causes the holes 54 in the pump head 3 from the ball seat to the pump room 8th lead, are very short. The membrane 7 can not get into the holes during dry aspiration 54 deform into it. Because of the short length of the holes, however, the dead space volume formed thereby is minimal or negligible.
In 10 ist
der Pumpenkopf 3 ebenfalls in einer Querschnittsansicht
gezeigt. Hierin sind die ersten und zweiten Rückschlagventile 11, 12 ebenfalls
geschnitten dargestellt, um deren Funktionsweise zu illustrieren.
Wie anhand der 1 bereits erläutert, sind
am unteren Teil des Pumpenkopfes 3 die Kupplungsstutzen 13 befestigt.
An dem entgegengesetzten Teil des Pumpenkopfes 3, d.h.
angrenzend zum Pumpenkörper 2 weist
der Pumpenkopf 3 Ausdrehungen 55 auf, die zur
Aufnahme einer Stirnseite des Pumpenkörpers 2 (vgl. 1)
dienen. In 10 ist der Pumpenkörper 2 zur
Vereinfachung nicht gezeigt.In 10 is the pump head 3 also shown in a cross-sectional view. Here are the first and second check valves 11 . 12 also shown cut to illustrate their operation. As based on the 1 already explained, are at the bottom of the pump head 3 the coupling sockets 13 attached. At the opposite part of the pump head 3 , ie adjacent to the pump body 2 points the pump head 3 treads 55 on, which is for receiving a front side of the pump body 2 (see. 1 ) serve. In 10 is the pump body 2 not shown for simplicity.
In
den 11 und 12 ist
eine erfindungsgemäße Membran
für eine
hydraulisch angetriebene Membranpumpe erläutert. 12 zeigt
eine Querschnittsansicht durch eine solche Membran 7'. Die Membran 7' zeigt einen
Hybridaufbau und umfaßt
einen metallischen Membrankörper 55 mit
wellenartigen Stufen. An den metallischen Membrankörper 55 ist
ein Elastomergummi 56 befestigt, das an seiner Oberfläche eine
Ausnehmung 57 in Form einer Kalotte aufweist. Bei Verwendung
einer solchen Membran 7' ist
die Oberfläche
des Pumpenkopfes 3 angrenzend zur Membran im wesentlichen
planar ausgebildet und nicht mit einer Ausnehmung versehen. Die Ausnehmung 57 in
dem Elastomergummi erfüllt
die gleiche Funktion wie die vorstehend erläuterte Ausnehmung 52 in
der Oberfläche
des Pumpenkopfes 3. In ihrem entspannten Zustand schließt die Kalotte 57 des
Elastomergummis 56 mit der gegenüberliegenden Oberfläche des
Pumpenkopfes 3 ein Volumen ein, das ein exaktes Fördervolumen
für das zu
dosierende flüssige
Medium definiert. Zu Beginn des Trockenansaugens wird die Hybridmembran 7' gegen den Pumpenkopf 3 gedrückt, so
dass sich der metallische Membrankörper 55 und das Elastomergummi 56 soweit
verformen, dass die Membran 7' im wesentlichen vollständig an
der Oberfläche
des Pumpenkörpers 3 anliegt.
Hierdurch wird Luft aus dem Förderraum 8 herausgedrückt, um
bei dem anschließenden
Saughub einen größeren Unterdruck
erzeugen zu können.In the 11 and 12 a membrane according to the invention for a hydraulically driven diaphragm pump is explained. 12 shows a cross-sectional view through such a membrane 7 ' , The membrane 7 ' shows a hybrid construction and comprises a metallic membrane body 55 with wavy steps. To the metallic membrane body 55 is an elastomeric rubber 56 attached, which has a recess on its surface 57 in the form of a dome. When using such a membrane 7 ' is the surface of the pump head 3 formed adjacent to the membrane substantially planar and not provided with a recess. The recess 57 in the elastomer rubber performs the same function as the recess explained above 52 in the surface of the pump head 3 , In her relaxed state, the dome 57 of the elastomeric rubber 56 with the opposite surface of the pump head 3 a volume that defines an exact delivery volume for the liquid medium to be dispensed. At the beginning of Trockenansaugens the hybrid membrane 7 ' against the pump head 3 pressed so that the metallic membrane body 55 and the elastomeric rubber 56 deform so far that the membrane 7 ' essentially completely on the surface of the pump body 3 is applied. As a result, air from the pump room 8th pushed out to produce a greater negative pressure in the subsequent suction stroke can.
11 zeigt
den Einbau der Hybridmembran 7' in der Membranpumpe 1.
Zur Erzielung von verbesserten Fördereigenschaften
der Membranpumpe 1 ist in der Oberfläche des Pumpenkopfes 3 angrenzend
zur Hybridmembran 7' eine
längliche
Nute 58 ausgebildet, die sich zwischen den jeweiligen Mündungen
des Ansaugkanals 9 bzw. des Ausstoßkanals 10 erstreckt.
Die längliche
Nute 58 unterstützt
ein Strömen
des flüssigen
Mediums innerhalb des Förderraums 8 von
dem Ansaugkanal 9 zum Ausstoßkanal 10. Jedoch
ist die längliche
Nute in ihrer Breite bzw. Tiefe mit kleinen Abmessungen versehen,
so dass durch sie das Totraumvolumen innerhalb des Förderraums
nur unwesentlich vergrößert wird. 11 shows the incorporation of the hybrid membrane 7 ' in the diaphragm pump 1 , To achieve improved conveying properties of the diaphragm pump 1 is in the surface of the pump head 3 adjacent to the hybrid membrane 7 ' an elongated groove 58 formed between the respective mouths of the intake duct 9 or the discharge channel 10 extends. The elongated groove 58 supports a flow of the liquid medium within the pumping chamber 8th from the intake passage 9 to the discharge channel 10 , However, the elongated groove is provided in its width or depth with small dimensions, so that the dead space within the pumping chamber is only slightly increased by them.
Bei
einer Dosierung eines nur kleinen Fördervolumens des flüssigen Mediums
ist von Bedeutung, dass die Rückschlagventile,
die in dem Ansaugkanal bzw. dem Ausstoßkanal vorgesehen sind, bereits
bei geringen Kräften
und dennoch präzise
ansprechen. Zusätzlich
ist für
ein gutes Ansprechverhalten der Membranpumpe ein nur geringes Totraumvolumen
der Rückschlagventile
wichtig.at
a dosage of only a small delivery volume of the liquid medium
is important that the check valves,
which are provided in the intake passage or the discharge passage, already
at low forces
and yet precise
speak to. additionally
is for
a good response of the diaphragm pump only a small dead space volume
the check valves
important.
In
den 13 bis 15b ist
ein erfindungsgemäßes Rückschlagventil 78 gezeigt,
das die soeben genannten Anforderungen erfüllt.In the 13 to 15b is a check valve according to the invention 78 shown that meets the requirements just mentioned.
13 zeigt
das Rückschlagventil 78 in
einer Querschnittsansicht in einer Hälfte. In einem Gehäuse des
Rückschlagventils
ist eine Durchgangsöffnung 79 ausgebildet,
in die eine Haltescheibe 80 eingepresst ist. Die Haltescheibe
weist zwei Bohrung 81 auf, die die Haltescheibe ihrer Höhe nach
durchsetzten, also in einer Durchflussrichtung X des Rückschlagventils.
Die Bohrungen 81 sind azentrisch angeordnet. In der Darstellung
gemäß 13 ist
wegen des symmetrischen Aufbaus des Rückschlagventil entlang seiner
Längsachse
nur eine der beiden Bohrungen 81 im Schmitt gezeigt. 13 shows the check valve 78 in a cross-sectional view in one half. In a housing of the check valve is a through hole 79 formed, in which a holding disk 80 is pressed. The retaining disk has two holes 81 on, which penetrated the retaining disk of their height, ie in a flow direction X of the check valve. The holes 81 are arranged acentric. In the illustration according to 13 is due to the symmetrical construction of the check valve along its longitudinal axis only one of the two holes 81 shown in the Schmitt.
Das
Gehäuse
weist eine stufenförmige
Ausnehmung auf, mit einer Stufe 82, die den Durchmesser
der Durchgangsöffnung 79 verringert.
Das Rückschlagventil 78 umfasst
eine Scheibenmembran 83, die auf der Stufe 82 aufsitzt.
Die Haltescheibe 80 ist angrenzend zur Scheibenmembran 83 in
die Durchgangsöffnung 79 eingepresst.
Dadurch ist die Scheibenmembran fest in der Durchgangsöffnung 79 gehalten.The housing has a stepped recess, with a step 82 that the diameter of the passage opening 79 reduced. The check valve 78 includes a disc membrane 83 that at the stage 82 seated. The holding disc 80 is adjacent to the disc membrane 83 in the passage opening 79 pressed. As a result, the disc membrane is fixed in the passage opening 79 held.
Die
Scheibenmembran 83 ist von zwei Öffnungen 84 durchsetzt,
von denen in der Schnittansicht gemäß 13 nur
eine Öffnung
gezeigt ist. In der Draufsicht von 14 ist
zu erkennen, dass die beiden Öffnungen 84 im
Form eines Halbkreises ausgebildet sind. Ein Rand der jeweiligen Öffnungen
ist angrenzend zum Umfangsrand der Scheibenmembran 83 angeordnet.
Durch die Öffnungen 84 entsteht jeweils
ein Steg 85, der sich radial nach innen zum Zentrum der
Scheibenmembran 83 erstreckt. Die Stege sind jeweils elastisch
in einer Richtung im Wesentlichen senkrecht zur Längserstreckung
der Scheibenmembran 83 verformbar, wie in 13 durch
getrichelte Linien angedeutet. Hierzu ist die Scheibenmembran aus
einem biegeelastischen Blech hergestellt.The disc membrane 83 is from two openings 84 interspersed, of which in the sectional view according to 13 only one opening is shown. In the top view of 14 it can be seen that the two openings 84 are formed in the shape of a semicircle. An edge of the respective openings is adjacent to the peripheral edge of the disc membrane 83 arranged. Through the openings 84 each creates a footbridge 85 extending radially inward to the center of the disc membrane 83 extends. The webs are each elastic in a direction substantially perpendicular to the longitudinal extent of the disk membrane 83 deformable, as in 13 indicated by truncated lines. For this purpose, the disk membrane is made of a flexible sheet metal.
Die Öffnungen 84 der
Scheibenmebran sind radial versetzt zu den jeweiligen Bohrungen 81 der Haltescheibe 80 angeordnet.
Somit sind die Bohrungen 81 im Schließzustand des Rückschlagventils 78 von
der daran anliegenden Scheibenmembran 83 abgedeckt und
verschlossen, wie in 13 durch Vollinien gezeigt.The openings 84 the disc diaphragm are radially offset from the respective holes 81 the retaining disk 80 arranged. Thus, the holes 81 in the closed state of the check valve 78 from the adjacent disc membrane 83 covered and closed, as in 13 shown by solid lines.
Das
Rückschlagventil 78 funktioniert
wie folgt: Wenn ein auf der Seite der Haltescheibe 80 anstehendes
Fluid einen durch die Federrate der Scheibenmembran bestimmten Öffnungsdruck überschreitet,
werden die Stege 85 entsprechend zur druckabgewandten Seite
(in 13 nach unten, getrichelt gezeigt) aufgebogen.
Das Fluid kann dann durch die Bohrungen 81 und die Öffnungen 84 auf
die druckabgewandte Seite abströmen.
Der Öffnungsdruck,
ab dem die Stege zum öffnen
des Rückschlagventils 78 von
der Haltescheibe 80 abheben, lässt sich durch die geometrischen
Verhältnisses
der Öffnungen 84, das
Grundmaterial der Scheibenmembran und dessen Dicken spezifizieren.
Durch die beiden halbkreisförmigen Öffnungen 84 und
die Stege 85 stellt sich ein großer Durchsatz durch das Rückschlagventil 78 ein,
in Verbindung mit einem guten Ansprechverhalten bei bereits geringen
Fluiddrücken.The check valve 78 works as follows: If one on the side of the retaining washer 80 If the fluid present exceeds an opening pressure determined by the spring rate of the disk membrane, the webs become 85 corresponding to the side facing away from the pressure (in 13 down, shown trimmed) bent. The fluid can then pass through the holes 81 and the openings 84 to flow to the side facing away from the pressure. The opening pressure, from which the webs to open the check valve 78 from the retaining disk 80 stand out, can be explained by the geometric relationship of the openings 84 , specify the basic material of the disc membrane and its thicknesses. Through the two semicircular openings 84 and the footbridges 85 there is a large throughput through the check valve 78 in conjunction with a good response at already low fluid pressures.
Die
Haltescheibe 78 ist auf ihrer der Membran zugewandten Seite
mit einer (nicht gezeigten) Elastomerschicht versehen, an der die
Stege 85 der Scheibenmembran 83 im Schließzustand
des Rückschlagventils 78 anliegen.
Dies verbessert das Geräuschverhalten
und die Dichtigkeit des Rückschlagventils 78.
Die Scheibenmembran kann zusätzlich oder
alternativ zur Haltescheibe 78 an ihrer der Haltemembran
zugewandten Seite mit dem Elastormermaterial beschichtet sein, woraus
die ebenfalls die vorstehend genannten Vorteil ergeben.The holding disc 78 is provided on its side facing the membrane with an elastomer layer (not shown), on which the webs 85 the disc membrane 83 in the closed state of the check valve 78 issue. This improves the noise behavior and the tightness of the check valve 78 , The disc membrane may additionally or alternatively to the retaining disc 78 be coated on its side facing the retaining membrane with the elastomeric material, from which also give the above-mentioned advantage.
15a zeigt den Pumpenkopf 3 mit dem Ansaugkanal 9 und
dem Ausstosskanal 10 in einer vereinfachten Querschnittsansicht.
Das Rückschlagventil 78 ist
jeweils in dem Ansaugkanal 9 und dem Ausstosskanal 10 eingebaut.
Hierbei fungieren die Kanäle 9, 10 jeweils
als Gehäuseteil
für das
Rückschlagventil 78,
wobei die Durchgangsöffnung (13)
durch den Innenraum der Kanäle
gebildet wird. In der Schnittansicht ist nur eine der beiden Bohrungen 81 der
Haltescheibe 80 gezeigt. Es versteht sich, dass das Rückschlagventil 78 in
dem Ausstosskanal 10 im Vergleich zum Ansaugkanal 9 um 180° gedreht
eingebaut ist. Die Darstellung des Rückschlagventils 78 in 13 entspricht
einem Einbau in dem Ausstosskanal, da sich der Steg 85 beim Öffnen des
Ventiles nach unten aufbiegt. 15a shows the pump head 3 with the intake channel 9 and the ejection channel 10 in a simplified cross-sectional view. The check valve 78 is each in the intake passage 9 and the ejection channel 10 built-in. Here are the channels 9 . 10 each as a housing part for the check valve 78 , wherein the passage opening ( 13 ) is formed by the interior of the channels. In the sectional view is only one of the two holes 81 the retaining disk 80 shown. It is understood that the check valve 78 in the ejection channel 10 in comparison to the intake duct 9 is installed rotated by 180 °. The representation of the check valve 78 in 13 corresponds to an installation in the ejection channel, as the bridge 85 when opening the valve bends down.
Das
Rückschlagventil 78 weist
eine geringe Bauhöhe
auf, so dass bei einem Einbau in dem Pumpenkopf 3 ein entsprechend
geringes Totraumvolumen resultiert. In 15a ist
zu erkennen, dass das Rückschlagventil 78 auf
Seiten des Ausstosskanals mit der Bohrung 81 unmittelbar
angrenzend an eine Oberfläche
des Pumpenkopfes, und damit an den Förderraum 8 angeordnet
ist. Auf Seiten des Ansaugkanals ist lediglich ein dünner Materialsteg 86 oberhalb
der Scheibenmembran 83 erforderlich, um die Stufe 82 bzw.
eine Halterung zum Aufliegen der Scheibenmembran zu bilden. In dem
Materialsteg 86 ist eine Öffnung 87 ausgebildet,
um eine Fluidverbindung zwischen dem Ansaugkanal 9 zum
Förderraum 8 durch
das Rückschlagventil 78 hindurch
zu schaffen. Die geringe Höhe
des Materialstegs 86 gewährleistst für die Seite des Ansaugkanals
ebenfalls ein nur geringes Totraumvolumen.The check valve 78 has a low overall height, so that when installed in the pump head 3 a correspondingly low dead space volume results. In 15a it can be seen that the check valve 78 on the side of the discharge channel with the bore 81 immediately adjacent to a surface of the pump head, and thus to the delivery chamber 8th is arranged. On the side of the intake duct is only a thin material web 86 above the disc membrane 83 required to the stage 82 or to form a holder for resting the disc membrane. In the material bridge 86 is an opening 87 designed to provide fluid communication between the intake passage 9 to the delivery room 8th through the check valve 78 through. The low height of the material web 86 ensure for the side of the intake also a small dead volume.
In
der 15b ist der Pumpenkopf 3 nochmals
in einer Draufsicht gezeigt, aus Richtung des Pfeils C von 15a.In the 15b is the pump head 3 shown again in a plan view, from the direction of the arrow C of 15a ,
Alternativ
zur vorstehend erläuterten
Ausführungsform,
und in Entsprechung Darstellung von 15a,
ist es auch möglich,
in der Haltescheibe 80 nur eine azentrische Bohrung 81 vorzusehen.
Hierdurch ist die Herstellung der Haltescheibe 80 vereinfacht.Alternatively to the embodiment explained above, and in correspondence with FIG 15a , it is also possible in the retaining disk 80 only one acentric hole 81 provided. As a result, the production of the retaining disk 80 simplified.
In
den 16 bis 21 sind
eine erfindungsgemäße Federmembran
bzw. eine weitere Ausführungsform
eines erfindungsgemäßes Rückschlagventils 78' erläutert, bei
denen eine sehr geringe Ansprechkraft zum öffnen des Ventils und zugleich
ein geringes Totraumvolumen für
den Förderraum 8 erzielt
wird.In the 16 to 21 are a spring diaphragm according to the invention or a further embodiment of a check valve according to the invention 78 ' explained, in which a very low response to open the valve and at the same time a low dead volume for the delivery chamber 8th is achieved.
16 zeigt
eine Querschnittsansicht des erfindungsgemäßen Rückschlagventils 78'. Es versteht
sich, dass es sich hierbei um das erste Rückschlagventil 11 in
dem Ansaugkanal 9 oder um das zweite Rückschlagventil 12 in
dem Ausstoßkanal 10 handeln
kann. Das Rückschlagventil 78' umfaßt einen
Gehäuseeinsatz 59,
der aus Kunststoff oder aus Metall bzw. Stahl, insbesondere Edelstahl
hergestellt ist. Der Gehäuseeinsatz 59 ist
mit seiner Außenumfangsfläche in den
Ansaugkanal 9 bzw. den Ausstoßkanal 10 aufgenommen
und darin eingepaßt.
Der Gehäuseeinsatz 59 ist
entlang seiner Längsachse
von einer Durchgangsöffnung 60 durchsetzt,
die ein Durchströmen
eines Fluides oder dergleichen ermöglicht. In dem Gehäuseeinsatz 59 ist
in der Durchgangsöffnung 60 ein
Dichtungselement 61, zum Beispiel in Form einer Gummidichtung
eingefaßt.
Die Gummidichtung 61 verjüngt sich in ihrem unteren Teil in
Form eines Trichters. Auf den Flanken dieses Trichters sitzt eine
Kugel 62, zum Beispiel eine Edelstahlkugel auf. 16 shows a cross-sectional view of the check valve according to the invention 78 ' , It is understood that this is the first check valve 11 in the intake channel 9 or the second check valve 12 in the discharge channel 10 can act. The check valve 78 ' includes a housing insert 59 , which is made of plastic or metal or steel, especially stainless steel. The housing insert 59 is with its outer peripheral surface in the intake passage 9 or the discharge channel 10 picked up and fitted in it. The housing insert 59 is along its longitudinal axis by a passage opening 60 permeated, which allows a flow of a fluid or the like. In the housing insert 59 is in the through hole 60 a sealing element 61 , For example, enclosed in the form of a rubber seal. The rubber seal 61 tapers in the lower part in the form of a funnel. On the flanks of this funnel sits a ball 62 , for example, a stainless steel ball on.
An
einem Rand des Gehäuseeinsatzes 59 entgegengesetzt
zur trichterförmigen
Verjüngung
der Gummidichtung 61 ist eine Membranfeder 63 gehalten,
die mit ihrem Umfangsrand in eine Nut oder dergleichen einfaßt. Im Schließzustand
des Rückschlagventils
drückt
die Membranfeder 63 von oben auf die Kugel 62,
so dass diese auf den Flanken der trichterförmigen Verjüngung der Gummidichtung 61 aufliegt. Aus
Richtung des Pfeils z gemäß 16 kann
das Rückschlagventil
nicht durchströmt
werden, da die Kugel 62 mit der Gummidichtung 61 sperrt.
Falls ein Druck aus der Richtung des Pfeils a gemäß 16 groß genug
ist, wird die Kugel 62 gegen die Vorspannung der Membranfeder 63 nach
oben aus der trichterförmigen
Verjüngung
der Gummidichtung 61 herausgehoben. Der Pfeil a in 20 zeigt
also die Durchströmungsrichtung
des Rückstromventils 78' an. Analog
zu einem Überdruck
aus Richtung des Pfeils a kann die Kugel 62 auch durch
einen Unterdruck, der aus Richtung des Pfeils z wirkt, zum öffnen des
Ventiles von der Gummidichtung 61 abheben.At one edge of the housing insert 59 opposite to the funnel-shaped taper of the rubber seal 61 is a diaphragm spring 63 held, which borders with its peripheral edge in a groove or the like. In the closed state of the check valve presses the diaphragm spring 63 from above on the ball 62 so that these on the flanks of the funnel-shaped taper of the rubber seal 61 rests. From the direction of the arrow z according to 16 the check valve can not be flowed through, as the ball 62 with the rubber seal 61 locks. If a pressure from the direction of the arrow a in accordance with 16 big enough, the ball will 62 against the bias of the diaphragm spring 63 upward from the funnel-shaped taper of the rubber seal 61 lifted. The arrow a in 20 thus shows the flow direction of the return valve 78 ' at. Analogous to an overpressure from the direction of arrow a, the ball 62 also by a negative pressure acting from the direction of the arrow z, to open the valve from the rubber seal 61 take off.
17 zeigt
die Membranfeder 63 in einer Draufsicht. Die Membranfeder 63 ist
mit einer Vielzahl von kreissegmentförmig verlaufenden Ausnehmungen 64 durchsetzt.
Die Mehrzahl der Ausnehmungen 64 schwächen die Membranfeder 63 in
Bezug auf die Federkraft in einer Richtung senkrecht zur Flächenausdehnung
der Membranfeder 63. Je mehr Ausnehmungen 64 die
Membranfeder 63 aufweist, desto flacher verläuft die
entsprechende Federkennlinie. Im Vergleich zu einer Membranfeder,
die keine Ausnehmungen aufweist, läßt sich die Membranfeder 63 gemäß 16 bzw. 17 leichter
in einer Richtung quer zu ihrer Flächenerstreckung verformen.
Hieraus resultiert für
das Rückschlagventil 11 bzw. 12 eine
kleinere Zuhaltekraft und ein besseres Ansprechvermögen bei
geringen Druckkräften. 17 shows the diaphragm spring 63 in a top view. The diaphragm spring 63 is with a plurality of circular segment-extending recesses 64 interspersed. The majority of the recesses 64 weaken the diaphragm spring 63 with respect to the spring force in a direction perpendicular to the surface extent of the diaphragm spring 63 , The more recesses 64 the diaphragm spring 63 has, the flatter the corresponding spring characteristic. Compared to a diaphragm spring, which has no recesses, the diaphragm spring can be 63 according to 16 respectively. 17 deform more easily in one direction across its surface extension. This results for the check valve 11 respectively. 12 a smaller clamping force and a better response at low compressive forces.
In
den 18 und 19 ist
die Membranfeder in einer weiteren Ausführungsform 63' gezeigt. Gegenüber der
Membranfeder 63 gemäß 17 ist diese
Ausführungsform 63' nicht in Form
einer Platte, sondern ringförmig
ausgebildet, wobei ein Ring 65 der Membranfeder 63' an der Kugel 62 anliegt.
Seitlich an dem Ring 65 sind an entgegengesetzten Seiten
S-förmig
verlaufende Federschenkel 66 angeformt, die nach Art einer
Blattfeder wirken. In 20 ist der Einbau der Membranfeder 63' in den Gehäuseeinsatz 59 gezeigt.
Die Federschenkel 66 sind mit ihren freien Enden in einer
Nute des Gehäuseeinsatzes 59 eingefaßt. Bei
einem ausreichend hohen Druck aus der Richtung a von 20 drückt die
Kugel 62 von unten gegen den Ring 65 der Membranfeder 63', wodurch sich
die Federschenkel 66 verformen. Dabei hebt die Kugel 62 von
der trichterförmigen
Verjüngung
der Gummidichtung 61 ab, so dass ein Fluid das Rückschlagventil 11, 12 in
Richtung des Pfeils a durchströmt.
Das Schließen
dieser Ausführungsform
funktioniert analog zur Erläuterung
von 16. Falls das Ventil drucklos ist oder aber aus Richtung
des Pfeils a ein Fluiddruck kleiner als die Federkraft ist, drückt die
Membranfeder 63' die
Kugel 62 gegen die Gummidichtung und verschließt das Ventil.In the 18 and 19 is the diaphragm spring in a further embodiment 63 ' shown. Opposite the diaphragm spring 63 according to 17 is this embodiment 63 ' not in the form of a plate, but annular, with a ring 65 the diaphragm spring 63 ' at the ball 62 is applied. Laterally on the ring 65 are on opposite sides S-shaped extending spring legs 66 molded, which act like a leaf spring. In 20 is the installation of the diaphragm spring 63 ' in the housing insert 59 shown. The spring legs 66 are with their free ends in a groove of the housing insert 59 bordered. At a sufficiently high pressure from the direction a of 20 pushes the ball 62 from below against the ring 65 the diaphragm spring 63 ' , whereby the spring legs 66 deform. This raises the ball 62 from the funnel-shaped taper of the rubber seal 61 off, leaving a fluid to the check valve 11 . 12 flows through in the direction of arrow a. The closing of this embodiment works analogously to the explanation of 16 , If the valve is depressurized or if, from the direction of the arrow a, a fluid pressure is less than the spring force, the diaphragm spring pushes 63 ' the ball 62 against the rubber seal and closes the valve.
21 zeigt
das Rückschlagventil 78' von 20 in
einer Draufsicht. Die Kugel 62 ist mittig durch den Ring 65 eingefaßt, der
mit seinen seitlich angeformten Federschenkeln 66 in dem
Gehäuseeinsatz 59 gehalten
ist. 21 shows the check valve 78 ' from 20 in a top view. The ball 62 is centered by the ring 65 bordered, with its laterally molded spring legs 66 in the housing insert 59 is held.
Das
vorstehend erläuterte
Rückschlagventil 78' hat neben einem
sehr guten Ansprechverhalten bei nur geringen Druckkräften den
weiteren Vorteil, dass es wegen der Verwendung der Membranfeder 63 zum
Vorspannen der Kugel 62 eine geringe Bauhöhe aufweisen.
Der Kugelsitz befindet sich unmittelbar angrenzend an einer stirnseitigen Öffnung des Rückschlagventils,
die bei einem Durchströmen
des Ventils stromabwärts
liegt. Aus der geringen Bauhöhe
eines solchen Rückschlagventils 78' resultiert
ein entsprechend kleines Totraumvolumen für den Förderraum 8, so dass
das Trockenansaug-Verhalten der Membranpumpe verbessert ist.The above-described check valve 78 ' In addition to a very good response at low pressure forces has the further advantage that it is because of the use of the diaphragm spring 63 for tempering the ball 62 have a low height. The ball seat is located immediately adjacent to an end opening of the check valve, which is located downstream when flowing through the valve. From the low height of such a check valve 78 ' results in a correspondingly small dead space volume for the delivery chamber 8th so that the dry suction performance of the diaphragm pump is improved.
In 22 ist
ein erfindungsgemäßes System 70 zur
Nachbehandlung eines Abgases eines Verbrennungsmotors mit einem
Reduktionsmittel gezeigt. Das System 70 arbeitet nach dem
Prinzip des SCR-Verfahrens, bei dem ein Reduktionsmittel in Form
einer wässrigen
Harnstoff-Wasser-Lösung
in die Abgase eines Dieselmotors stromaufwärts eines SCR-Katalysators
eingespritzt wird.In 22 is a system according to the invention 70 for the aftertreatment of an exhaust gas of an internal combustion engine with a reducing agent. The system 70 operates on the principle of the SCR process, in which a reducing agent in the form of an aqueous urea-water solution is injected into the exhaust gases of a diesel engine upstream of an SCR catalyst.
Mit
dem erfindungsgemäßen System 70 können die
Grenzwertstufen Euro 4 und Euro 5 eingehalten
und die einleitend genannten Vorteile des SCR-Verfahrens erzielt werden. Die Membranpumpe 1 eignet
sich aufgrund der genannten Medientrennung zwischen Druckraum 5 und
Förderraum 8 vorzüglich zum
Dosieren eines aggressiven Reduktionsmittels, zum Beispiel AdBlueTM.With the system according to the invention 70 can the limit levels Euro 4 and euros 5 complied with and the advantages of the SCR method mentioned above are achieved. The diaphragm pump 1 is suitable due to the aforementioned media separation between pressure chamber 5 and delivery room 8th especially for metering a corrosive reducing agent, such as AdBlue TM.
Nachstehend
ist das System 70 im Detail erläutert.Below is the system 70 explained in detail.
Das
System 70 umfaßt
einen Tank 71, in dem die Harnstoff-Wasser-Lösung enthalten
ist. Eine Verbindungsleitung 72 führt zu einer Einspritzdüse 73,
die stromaufwärts
eines Katalysators 74 an einem Abgasrohr 75 eines
(nicht gezeigten) Diesel-Verbrennungsmotors befestigt ist. In der
Verbindungsleitung 72 ist eine Membranpumpe 1 angeordnet,
die oebn unter Bezugnahme auf die 1, 2,
und insbesondere die 6 und 7 erläutert ist.
Die Membran pumpe 1 dient in dem System 70 als
Dosierpumpe, um die Harnstoff-Wasser-Lösung
aus dem Tank 71 an die Einspritzdüse 73 zu dosieren
und in das Abgasrohr 75 einzuspritzen.The system 70 includes a tank 71 in which the urea-water solution is contained. A connection line 72 leads to an injection nozzle 73 upstream of a catalyst 74 on an exhaust pipe 75 a diesel internal combustion engine (not shown) is attached. In the connection line 72 is a diaphragm pump 1 arranged, the oebn with reference to the 1 . 2 , and especially the 6 and 7 is explained. Pump the diaphragm 1 serves in the system 70 as a metering pump to the urea-water solution from the tank 71 to the injector 73 to dose and into the exhaust pipe 75 inject.
Die
Membranpumpe 1 ist an eine Steuereinheit 76 angeschlossen,
die wiederum an eine Motorsteuerung 77 angeschlossen ist.
Mittels der Steuereinheit wird das Bestromen der Magnetspule 26 gesteuert,
um dadurch einen Hub und eine Frequenz für den Ankerkolben 23 einzustellen.
Hieraus resultiert ein veränderliches
Fördervolumen
für die
Harnstoff-Wasser-Lösung.
Das bei der obigen Erläuterung der
Membranpumpe 1 sogenannte flüssige Medium ist bei dem System 17 als
die wässrige
Harnstoff-Wasser-Lösung
zu verstehen.The diaphragm pump 1 is to a control unit 76 connected, in turn, to a motor controller 77 connected. By means of the control unit is the energizing of the solenoid 26 controlled, thereby a stroke and a frequency for the anchor piston 23 adjust. This results in a variable delivery volume for the urea-water solution. This in the above explanation of the diaphragm pump 1 so-called liquid medium is in the system 17 as the aqueous urea-water solution to understand.
Die
Steuereinheit 76 kann über
die Motorsteuerung 77 an verschiedene Betriebszustände des Motors,
wie z.B. Leerlauf, Vollgas oder dergleichen, angepaßt werden.
Hierdurch können
für die
Membranpumpe 1 verschiedene Betriebszustände erzielt werden,
die an den jeweiligen Motor-Betriebszustand angepaßt sind,
in Bezug auf die Menge der einzuspritzenden Harnstoff-Wasser-Lösung.The control unit 76 can via the engine control 77 be adapted to various operating conditions of the engine, such as idle, full throttle or the like. This allows for the diaphragm pump 1 various operating conditions are achieved, which are adapted to the respective engine operating state, with respect to the amount of urea-water solution to be injected.
Das
System 70 weist nur eine Verbindungsleitung 72 auf,
die von dem Tank 71 zur Einspritzdüse 73 führt. Es
ist keine weitere Rückleitung
von der Düse 73 zurück zum Tank 71 vorgesehen.
Mit der Membranpumpe 1 lassen sich ausreichend hohe Drücke erzielen,
so dass die Harnstoff-Wasser-Lösung
mit der gewünschten
Dispersion in das Abgasrohr 75 eingespritzt wird. Beispielsweise
können
mit der Membranpumpe 1 Drücke von größer als 10 bar erzeugt werden.The system 70 has only one connection line 72 on that from the tank 71 to the injection nozzle 73 leads. There is no further return from the nozzle 73 back to the tank 71 intended. With the diaphragm pump 1 can achieve sufficiently high pressures, so that the urea-water solution with the desired dispersion in the exhaust pipe 75 is injected. For example, with the diaphragm pump 1 Pressures greater than 10 bar are generated.
Mit
der erfindungsgemäßen Membranpumpe 1 und
ihren zugehörigen
erfindungsgemäßen Komponenten
ist eine äußerst präzise und
Gegendruck unabhängige
Dosierung von Fluiden bis hin zu mehreren Atmosphären Gegendruck
möglich,
zum Beispiel mit Druckwerten von größer als 10 bar. Durch die Trennung
des Druckraums 5 von dem Förderraum 8 mittels
der Membran 7 ist auch ein Dosieren von aggressiven Medien,
zum Beispiel einer wässrigen
Harnstoff-Wasser-Lösung,
möglich.
Mit der Schmierung des Ankerkolbens 23 und des Förderkolbens 15 durch
die Hydraulikflüssigkeit 6 wird
eine lange Lebensdauer der Membranpumpe in Folge eines geringen
Verschleißes
der bewegten Elemente erzielt. Ein weiterer Vorteil der Membranpumpe 1 besteht
in einem exzellenten Trockenansaugen zur Beginn des Dosierbetriebs
dank eines minimierten Totraumvolumens und eines genau definierten
Fördervolumens
innerhalb des Förderraums 8.
Infolge des Ausgleichsvolumens, das in der Zusatzkammer 44 erzeugt
werden kann durch die Zusatzmembran 46 bzw. die Kapsel 50,
ist ein lagerunabhängiger
Betrieb der Membranpumpe 1 möglich. Dies ist insbesondere
beim Einbau in Kraftfahrzeugen vorteilhaft.With the diaphragm pump according to the invention 1 and its associated components according to the invention is an extremely precise and back pressure independent dosing of fluids up to several atmospheres back pressure possible, for example, with pressure values greater than 10 bar. By separating the pressure chamber 5 from the pump room 8th by means of the membrane 7 Dosing of aggressive media, for example an aqueous urea-water solution, is also possible. With the lubrication of the anchor piston 23 and the Förderkol bens 15 through the hydraulic fluid 6 a long life of the diaphragm pump is achieved as a result of low wear of the moving elements. Another advantage of the diaphragm pump 1 consists of an excellent dry suction at the beginning of the metering operation thanks to a minimized dead space volume and a precisely defined delivery volume within the delivery chamber 8th , As a result of the compensation volume, that in the additional chamber 44 can be generated by the additional membrane 46 or the capsule 50 , is a bearing-independent operation of the diaphragm pump 1 possible. This is particularly advantageous when installed in motor vehicles.
Es
versteht sich, dass die Membranpumpe 1 nicht nur zur Dosierung
eines aggressiven Fluids, sondern auch zur Dosierung von sonstigen
Fluiden, insbesondere Flüssigkeiten,
geeignet ist.It is understood that the diaphragm pump 1 not only for the dosage of an aggressive fluid, but also for the dosage of other fluids, especially liquids, is suitable.