DE102010042944A1

DE102010042944A1 - Arbeitswandelement einer Fluidfördereinrichtung

Info

Publication number: DE102010042944A1
Application number: DE102010042944A
Authority: DE
Inventors: Christoph WALETZEK; Bruno Hezel; Markus Weiss
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-10-26
Filing date: 2010-10-26
Publication date: 2012-04-26
Also published as: WO2012055636A1

Abstract

Es wird ein Arbeitswandelement 7 einer Fluidfördereinrichtung 1, 30 vorgeschlagen, welches eingerichtet ist zur Erzeugung einer Volumenveränderung eines Arbeitsraums 8 der Fluidfördereinrichtung, wobei das Arbeitswandelement 7 in mindestens einer Raumrichtung 12 bewegbar, insbesondere reversibel auslenkbar oder verbiegbar, ist, wobei das Arbeitswandelement derart ausgeführt ist, dass die Bewegung, insbesondere eine Hubbewegung, berührungslos 16 angeregt werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft ein Arbeitswandelement einer Fluidfördereinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Fluidfördereinrichtung mit einem solchen Arbeitswandelement, eine Anordnung zur Nachbehandlung von Abgasen mit einer solchen Fluidfördereinrichtung und ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Anordnung zur Nachbehandlung von Abgasen nach der Gattung der weiteren unabhängigen Ansprüche.
Stand der Technik
Die DE 10 2004 057 688 beschreibt eine Membranpumpe mit einer Membranpumpenmembran, die reversibel auslenkbar ist, so dass das Volumen eines geeignet angeordneten Förderraums der Membranpumpe periodisch variiert und damit ein Fluid angesaugt werden kann. Die Anregung der Bewegung der Membranpumpenmembran erfolgt durch eine mechanische Kopplung mittels eines Stößelbolzens mit einem Exzenterantrieb.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Arbeitswandelement einer Fluidfördereinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat dem gegenüber den Vorteil, dass dessen Bewegung bzw. der Betrieb der Fluidfördereinrichtung berührungslos angeregt werden kann. Damit ist ein verschleißfreier Betrieb hinsichtlich des Antriebs des Arbeitswandelements gewährleistet und es besteht nur eine geringe Ausfallwahrscheinlichkeit. Durch die Möglichkeit eines berührungslosen Antriebs kann dieser ohne eine Verbindung zwischen Antrieb und Arbeitswandelement bzw. Membran erfolgen, die ansonsten einem mechanischen Verschleiß unterliegen würde; dies führt zu geringen Ausfallverlusten, höheren Wirkungsraten und geringeren Ausfallwahrscheinlichkeiten auch der Fluidfördereinrichtung.
Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Arbeitswandelements möglich.
Besonders vorteilhaft ist es, ein Metallelement vorzusehen, das mit einer magnetischen Ansteuerung wechselwirken kann. Hierdurch wird in einfacher Weise ein verschleißfreier Antrieb gewährleistet, der insbesondere dann kostengünstig umgesetzt werden kann, wenn das als Membran ausgebildete Arbeitswandelement nicht metallische bzw. nicht magnetische Bereiche umfasst, während das Metallelement in geeigneter Weise zur Anregung einer Bewegung der Membran über die magnetische Ansteuerung platziert ist. Daher ist es insbesondere vorteilhaft, in kostengünstiger Weise die verbiegbaren Bereiche aus nicht-metallischen bzw. nicht-magnetischen Materialien zu formen.
Ist das Mittel der Fluidfördereinrichtung zur berührungslosen Anregung des Arbeitswandelements beabstandet zu diesem angeordnet, so unterliegt das Arbeitswandelement keinem weiteren Verschleiß als der unvermeidbaren Materialermüdung der Membran selbst infolge ihrer andauernden mechanischen Wechselbeanspruchung aufgrund ihrer Eigenbewegung. Dies ist insbesondere dann gewährleistet, wenn die Beabstandung des Arbeitswandelements von dem beispielsweise als elektrisch ansteuerbare Magneteinheit ausgebildeten Mittel zur berührungslosen Anregung derart eingerichtet ist, dass sie einen von Null verschiedenen Abstand des Metallelements des Arbeitswandelements von der Magneteinheit in Bewegungsrichtung des Metallelements sicherstellt. Vorzugsweise ist der Abstand so gewählt, dass das Metallelement in jedem beim Betrieb der Fluidfördereinrichtung üblichen Dehnungszustand des Arbeitswandelements vom Mittel der berührungslosen Anregung in Bewegungsrichtung einen von Null verschiedenen Abstand hat.
Weitere Vorteile ergeben sich durch die in den weiteren, abhängigen Ansprüchen und in der Beschreibung aufgeführten Maßnahmen und Merkmale.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen
1 eine Fluidfördereinrichtung mit einem Arbeitswandelement,
2 eine Abgasnachbehandlungsanordnung und
3 ein Kraftfahrzeug.
Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt eine Fluidfördereinrichtung 1 in Form einer Membranpumpe. Das als Pumpenmembran 7 ausgebildete Arbeitswandelement begrenzt auf einer Seite den Arbeitsraum 8 der Pumpe. Die der Pumpenmembran 7 gegenüberliegende Seite des Arbeitsraums 8 wird durch das Pumpengehäuse 19 gebildet. Der obere Teil 19a des Pumpengehäuses überdeckt einen Raum auf der vom Arbeitsraum 8 abgewandten Seite der Pumpenmembran 7. Der obere Teil 19a des Pumpengehäuses trägt eine Magnetspule 15, die eine Ausbuchtung 19b des oberen Teils 19a des Pumpengehäuses umschließt. Auf der der Pumpenmembran zugewandten Seite des oberen Teils 19a des Pumpengehäuses ist im Bereich der Ausbuchtung 19b ein Magnetanker 13 angeordnet, der in den Antriebsraum 22, der sich zwischen dem oberen Teil 19a des Pumpengehäuses und der Pumpenmembran 7 befindet, hineinragt. Der Anker 13 ist hierbei beabstandet bzw. berührungslos relativ zu einem Metallelement 9, das beispielweise als Magnet ausgebildet sein kann, angeordnet. Die Beabstandung bzw. die berührungslose Anordnung ist in der 1 mit dem Bezugszeichen 16 hervorgehoben. Die Magnetspule 15 wird über elektrische Anschlüsse 17 angesteuert bzw. mit elektrischer Energie versorgt. Die Pumpenmembran ist an ihrem äußeren Umfang mittels eines Einspannungselements 11 am oberen Gehäuseteil 19a flüssigkeitsdicht und starr befestigt. Das Metallelement 9 ist unverrückbar auf einer erhabenen Position 18 der Pumpenmembran 7 befestigt, wobei die erhabene Position, also die Ausformung der Pumpenmembran 7 in Richtung des Magnetankers 13, mittig auf der Pumpenmembran angeordnet ist. Im Unterschied zur metallischen Ausführung des Metallelements 9 des Arbeitswandelements 7 besteht die Pumpenmembran selbst aus nicht metallischen bzw. nicht magnetischen Bereichen 14. Die Fluidfördereinrichtung 1 ist in 1 im eingebauten Zustand dargestellt, d. h. der Pumpenarbeitsraum 8 steht in fluidischer Verbindung mit einer ein. Rückschlagventil 4 tragenden Ansaugleitung 3 und mit einer ein weiteres Rückschlagventil 6 tragenden Druckleitung 5. Die Ansaugleitung 3 ist hierbei über eine flüssigkeitsdichte Verbindung 23 mit dem Pumpengehäuse bzw. dem Sauganschlussbereich des Pumpengehäuses verbunden, während auf der gegenüberliegenden Seite der Fluidfördereinrichtung bzw. auf der gegenüberliegenden Seite des Arbeitsraumes 8 die Druckleitung 5 mittels einer weiteren flüssigkeitsdichten Verbindung 24 mit dem Pumpengehäuse bzw. dem Druckanschlussbereich des Pumpengehäuses verbunden ist.
Die Pumpenmembran ist fest mit dem Metallelement 9 verbunden, welches von den Elektromagneten 13, 15 angezogen werden kann. Durch das Bestromen der Magnetspule 15 und das dadurch entstehende Magnetfeld wird das Metallelement 9 der Membran 7 in Richtung Anker 13 bewegt. Die feste Verbindung zwischen der Membran 7 und dem Metallelement 9 führt dazu, dass die Membran 7 der Bewegung des Metallelements 9 folgt. Wird die Energiezufuhr der Magnetspule über die elektrischen Anschlüsse 17 unterbrochen, baut sich das Magnetfeld ab und die Membran 7 bewegt sich durch die eigene Rückstellkraft wieder in die Urposition zurück. Die periodische Hubbewegung der Pumpenmembran 9 führt so in an sich bekannter Weise aufgrund einer entsprechenden Orientierung der Rückschlagventile 4 und 6 zu einem Ansaugen des Fluids in Saugrichtung 20 und zu einem Ausstoß bzw. Weitertransport des Fluids unter Druck über die Druckleitung 5 in Druckrichtung 21.
2 zeigt eine Abgasnachbehandlungsanordnung 27, deren Einspritzvorrichtung 34 am Abgastrakt 28 angeordnet ist. Durch den Abgastrakt 28 strömt von einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, stammendes Abgas 40 hindurch. Es passiert die Einspritzvorrichtung 34, wird dort mit einer wässrigen Harnstofflösung versetzt und anschließend durch einen Katalysator 38 zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden geführt. Abgasstromabwärts des Katalysators 38 strömt gereinigtes Abgas 41 in Richtung Schalldämpfer und schließlich in die Außenumgebung.
Zur Bereitstellung der wässrigen Harnstofflösung und zu deren Einspritzung in den Abgastrakt über die Einspritzvorrichtung 34 umfasst die Abgasnachbehandlungsanordnung 27 einen Tank 32 zur Bevorratung der wässrigen Harnstofflösung. Am Tankboden ist dabei eine Fluidfördereinrichtung bzw. Pumpe bzw. Pumpenmodul 30 angeordnet, die bzw. das das Fluid aus dem Tank 32 absaugt und über die Fluidleitung 36 zur Einspitzvorrichtung 34 führt. Die Dosierung erfolgt hierbei wahlweise durch elektrische Ansteuerung der Einspritzvorrichtung 34 und/oder durch geeignete Ansteuerung des Pumpenmoduls 30.
3 zeigt ein Kraftfahrzeug 50, das durch eine Brennkraftmaschine 52 angetrieben wird. Die Brennkraftmaschine 52 erzeugt Abgas, das über den Abgastrakt 28 an die Außenumgebung abgeführt wird. Bevor es jedoch das Kraftfahrzeug verlässt, wird das Abgas in der Abgasnachbehandlungsanordnung 27 nachbehandelt, insbesondere um den Anteil an Stickoxiden und damit die Umweltbelastung zu reduzieren.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102004057688 [0002]

Claims

Arbeitswandelement (7) einer Fluidfördereinrichtung (1, 30), welches eingerichtet ist zur Erzeugung einer Volumenveränderung eines Arbeitsraums (8) der Fluidfördereinrichtung, wobei das Arbeitswandelement (7) in mindestens einer Raumrichtung (12) bewegbar, insbesondere reversibel auslenkbar oder verbiegbar, ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitswandelement derart ausgeführt ist, dass die Bewegung, insbesondere eine Hubbewegung, berührungslos (16) angeregt werden kann.
Arbeitswandelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitswandelement ein Metallelement (9) umfasst.
Arbeitswandelement nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitswandelement verbiegbare nicht-metallische und/oder nicht-magnetische Bereiche (14) umfasst.
Arbeitswandelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitswandelement als Membran ausgebildet ist.
Arbeitswandelement nach Anspruch 2, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallelement (9) an einer im Vergleich zu übrigen Bereichen der Membran erhabenen Position (18) angeordnet ist.
Arbeitswandelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallelement mittig angeordnet ist.
Fluidfördereinrichtung (1, 30), insbesondere zum Fördern von Hilfsmitteln, beispielsweise einer wässrigen Harnstoff-Lösung, zur Nachbehandlung des Abgases (40) einer Brennkraftmaschine (52), mit einem Arbeitswandelement (7) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Arbeitswandelement das Volumen eines Arbeitsraums (8) der Fluidfördereinrichtung verändern kann, und mit wenigstens einem Mittel (13, 15, 17) zur berührungslosen (16) Anregung der Bewegung (12) des Arbeitswandelements (7).
Fluidfördereinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (13, 15, 17) zur berührungslosen Anregung eine, insbesondere elektrisch ansteuerbare, Magneteinheit (13, 15) umfasst, wobei die Magneteinheit, beabstandet (16) zum Arbeitswandelement (7) angeordnet ist, so dass ein Zusammenwirken zwischen Magneteinheit (13, 15) und Arbeitswandelement (7) zumindest zu Beginn der Anregung ausschließlich auf elektromagnetischen Kräften ohne körperliche Berührung beruht.
Fluidfördereinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Magneteinheit, in Richtung der Bewegung des Arbeitswandelements bzw. des Metallelements gesehen, beabstandet zum Arbeitswandelement angeordnet ist.
Anordnung (27) zur Nachbehandlung von Abgasen (40) einer Brennkraftmaschine (52), bei der mittels einer Einspritzvorrichtung (34) nachmotorisch ein Fluid in einen Abgastrakt (28) einspritzbar ist, mit einer Fluidfördereinrichtung (1, 30) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei das Fluid mittels der Fluidfördereinrichtung (1, 30) zur Einspritzvorrichtung (34) förderbar ist.
Kraftfahrzeug (50) mit einer Brennkraftmaschine (52) und mit einer Anordnung (27) nach Anspruch 10 zur Nachbehandlung von Abgasen (40) der Brennkraftmaschine (52).