DE102011087856A1

DE102011087856A1 - Dämpfungselement und Anordnung zur Dosierung einer Flüssigkeit mit einem Dämpfungselement

Info

Publication number: DE102011087856A1
Application number: DE102011087856A
Authority: DE
Inventors: Wolfram Knis; Rainer Haeberer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-12-07
Filing date: 2011-12-07
Publication date: 2013-06-13

Abstract

Dämpfungselement (11, 111, 211) zur hydraulischen und/oder pneumatischen Dämpfung von Druckschwankungen in einer fluidführenden Anordnung (1), mit einem einen Hohlraum (22) aufweisenden Körper (26, 28; 26, 50), wobei der Hohlraum (22) mit einem Fluiddruck beaufschlagt werden kann, und wobei zumindest ein Wandabschnitt (21, 210) der Wand des Hohlraums unter dem Fluiddruck elastisch nachgeben kann, wobei der Wandabschnitt (21, 210) derart eingerichtet ist, dass er auf der dem Hohlraum zugewandten Seite mit dem Fluid in Kontakt kommt und auf der dem Hohlraum abgewandten Seite mit dem Druck der Umgebungsluft (38) beaufschlagt ist, wobei der Wandabschnitt (21, 210) ein Ausgleichselement (24, 240) und ein Stützelement (28, 280) aufweist, wobei das Stützelement (28, 280) das Ausgleichselement (24, 240) an mehreren über die Fläche des Ausgleichselements (24, 240) verteilten Stellen (25) trägt zumindest dann, wenn das Ausgleichselement (24, 240) aufgrund einer Beaufschlagung mit dem Fluiddruck eine vorgegebene maximale Verformung erfahren hat.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Dämpfungselement bzw. einer Anordnung zur Dosierung einer Flüssigkeit nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.
Bei Kraftwagen, die mit einer Brennkraftmaschine angetrieben werden, müssen aufgrund verschärfter Abgasgesetzgebungen unter anderem die beim Betrieb der Brennkraftmaschine entstehenden Stickoxide reduziert werden. Eine bekannte Methode hierfür ist das Verfahren der selektiven katalytischen Reduktion, bei dem die Stickoxide insbesondere unter Zuhilfenahme eines flüssigen Reduktionsmittels in Stickstoff und Wasser umgewandelt werden. Hierbei ist es aus der EP2094954 bekannt, das Reduktionsmittel über eine tanknahe Förderpumpe in einer langen Leitung vom Tank zu einem Dosiermodul zu fördern. Das Dosiermodul besitzt beispielsweise ein elektrisches Ventil, über das elektrisch ansteuerbar die benötigte Menge an Reduktionsmittel dem Abgastrakt zudosiert werden kann.
Die DE19947198 beschreibt die Verwendung eines Pulsationsdämpfers im Rahmen einer Vorrichtung zum Nachbehandeln von Abgasen einer Brennkraftmaschine. Wird hierbei eine Kolbenpumpe als Förderpumpe verwendet, führt dies zu Druckstößen im Hydraulikkreis, wodurch das Arbeiten eines Pumpensaugventils und eines Pumpendruckventils gestört werden können. Die Folge sind eine verringerte Pumpenleistung oder eine fehlerhafte Zumessung durch das Dosiermodul. Diesem Phänomen wird in der DE19947198 mit einem hydraulischen Dämpfungselement beziehungsweise einem Pulsationsdämpfer begegnet.
Eine Vorrichtung zum Verhindern oder Reduzieren von Druckschlägen in Leitungsnetzen ist auch bereits aus der DE1963709 bekannt.
Die DE10061188 offenbart einen Pulsationsdämpfer zur Dämpfung von Druckschwankungen einer daran angeschlossenen, oszillierenden Verdrängerpumpe. Innerhalb von Dämpfungskammern des Pulsationsdämpfers sind Dämpfungselemente aus federelastischem Material eingesetzt. Die Dämpfungselemente befinden sich in einem durch eine Trennmembran innerhalb der jeweiligen Dämpfungskammer vom Rest der Dämpfungskammer abgetrennten Bereich. Der übrige Bereich der Dämpfungskammer oberhalb der Trennmembran ist der das Fördermedium führende Bereich. Dabei kann die Trennmembran so angeordnet sein, dass sie im unbelasteten Zustand freiliegt, das heißt zu dem Dämpfungsmaterial durch einen von der Umgebungsluft abgetrennten Luftspalt beabstandet ist. Damit wirkt die Trennmembran als Federelement, das kleine Druckspitzen dämpft. Erst bei höherer Druckbeaufschlagung wird die Trennmembran so weit verformt, dass sie auf den Dämpfungselementen aufliegen und von diesen federnd elastisch abgestützt werden kann.
Die DE7206724U beschreibt einen Pulsationsdämpfer für Hydraulikanlagen mit einem an eine Druckleitung angeschlossenen Druckbehälter, wobei der Druckbehälter mindestens einen durch eine Knickkante der Druckbehälterwandung begrenzten, durch die pulsierenden Druckschwankungen des Druckmediums biegeelastisch beanspruchten Wandungsabschnitt aufweist.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Dämpfungselement bzw. die erfindungsgemäße Anordnung zur Dosierung einer Flüssigkeit mit den kennzeichnenden Merkmalen der unabhängigen Ansprüche haben demgegenüber den Vorteil, dass in einfacher und temperaturunabhängiger Weise eine Dämpfungsfunktion bzw. eine druckschwankungsgedämpfte Dosierfunktion bereitgestellt werden kann. Dabei werden in vorteilhafter Weise auch durch das Gefrieren einer zur Dosierung vorgesehenen Flüssigkeit entstehende Volumenausdehnungen mühelos aufgenommen, wodurch gleichzeitig ein Gefrierschutz bereitgestellt wird. Dabei ist erfindungsgemäß einerseits eine Elastizität zum Ausgleich von Fluiddruckschwankungen auch bei niedrigen Temperaturen bzw. zum Ausgleich eines Eisdrucks und andererseits, davon unabhängig optimiert, eine ausreichende Steifigkeit zur Wiedererlangung der Ausgangsform eines Ausgleichelements auch bei hohen Temperaturen gewährleistet.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen und in der Beschreibung aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Dämpfungselements bzw. der angegebenen Anordnung zur Dosierung möglich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
1 eine Dosieranordnung,
2 ein Dämpfungselement und
3 ein weiteres Dämpfungselement.
Ausführungsformen der Erfindung
1 beschreibt eine Dosieranordnung 1 zur nachmotorischen Eindosierung einer wässrigen Harnstofflösung in einen nicht näher dargestellten Abgastrakt einer Brennkraftmaschine über ein zum Beispiel als aktiv schaltbares Ventil ausgestaltetes Dosiermodul 13. Dabei saugt eine beispielsweise als Kolbenpumpe ausgeführte Förderpumpe 7 über eine Saugleitung 5 die wässrige Harnstofflösung aus einem Vorratstank 3 an und befördert sie über eine Druckleitung 9 zum Dosiermodul. Von der Druckleitung zweigt eine Anschlußleitung 15 ab, welche ein Dämpfungselement 11 mit der Druckleitung verbindet.
Das Dämpfungselement 11 kann infolge der fluidischen Verbindung mit der Druckleitung mit der wässrigen Harnstofflösung befüllt werden und somit insbesondere in der Druckleitung beispielsweise aufgrund der Kolbenhubaktivität der Förderpumpe auftauchende Druckschwankungen dämpfen.
2 zeigt ein Dämpfungselement 111, welches ein Gehäuse 26 aufweist. Das Gehäuse 26 besitzt eine Öffnung 20, über welche der Innenraum 22 des Gehäuses mit einem insbesondere druckstoßbehafteten Fluid befüllt beziehungsweise beaufschlagt werden kann. Das Gehäuse weist auf der der Öffnung 20 gegenüberliegenden Seite, das heißt im Wandabschnitt 21, eine Ausstülpung in den Innenraum bzw. Hohlraum 22 auf, die als Stützkörper 28 für eine elastische Schicht 24 dient. Die elastische Schicht 24 ist an ihrem gesamten Randbereich 36 mittels einer Klemmvorrichtung 34 fluiddicht befestigt, so dass kein Fluid in den mit Luft gefüllten Bereichen 30 zwischen der elastischen Schicht 24 und dem Gehäuse 26 beziehungsweise dem Stützkörper 28 eindringen kann. Die elastische Schicht ist ohne Fluiddruckbeaufschlagung – mit Ausnahme des Randbereichs 36 – vom Stützkörper räumlich beabstandet, zumindest jedoch teilweise beabstandet. Teilweise beabstandet bedeutet beispielsweise bei einer gewellten elastischen Schicht, wie in 2 abgebildet, dass diese an einer oder mehreren Stellen 25 auch ohne Fluiddruckbeaufschlagung auf dem Stützkörper 28 aufliegen kann. Der Stützkörper 28 weist hierbei Öffnungen 32 auf, welche einen Luftaustausch zwischen dem Umgebungsluftbereich 38 einerseits und den zwischen dem Stützkörper 28 und der elastischen Schicht 24 befindlichen variablen Luftpolstern 30 andererseits ermöglichen.
Das Dämpfungselement 111 weist die elastische Schicht 24 auf, welche aus einem Elastomer beziehungsweise Gummimaterial hergestellt ist und die Dämpfungsfunktion übernimmt (Elastomerdämpfer). Dabei wird der Elastomerdämpfer 24 auf der einen Seite, also auf der dem Innenraum 22 zugewandten Seite, mit der pulsierenden Flüssigkeit, insbesondere einer wässrigen Harnstofflösung, wie im Zusammenhang mit der Beschreibung der 1 erläutert, und auf der anderen Seite über die Öffnungen 32 mit Umgebungsluft beaufschlagt. Sowohl die Elastizität des Gummimaterials als auch die drosselnde Wirkung der kleinen Öffnungen 32 trägt zu einer Dämpfung der Fluidpulsationen insbesondere in einer an die Öffnung 20 angeschlossenen Dosieranordnung gemäß 1 bei. Im Unterschied zur DE7206724U ist der biegeelastisch beanspruchte Wandungsabschnitt durch einen Elastomerdämpfer gebildet, welcher mittels des Stützkörpers 28 hoher Steifigkeit vor einem unkontrollierten Zusammenfallen geschützt ist und in einer vorgesehenen Form gehalten werden kann insbesondere zum Schutz vor irreversiblen Verformungen.
In einer einfacheren Ausführungsform kann statt einer welligen Formgebung auch eine flache, der Kontur des Stützkörpers 28 angepaßte Form für die elastische Schicht 24 gewählt werden derart, dass die Schicht 24 im unbelasteten Zustand im Wesentlichen durchgehend beabstandet zum Stützkörper angeordnet und lediglich um den Randbereich 36 herum auf dem Stützkörper 28 bzw. dem Gehäuse 26 aufliegt.
3 zeigt ein Dämpfungselement 211, welches ebenfalls an eine Dosieranordnung gemäß 1 (an der Stelle des dort gezeigten Dämpfungselements 11) angeschlossen werden kann. Gleiche Bezugszeichen wie in der Beschreibung zur 2 verwendet bezeichnen gleiche oder ähnliche Bestandteile und werden nicht nochmals näher erläutert. Im Vergleich zum Dämpfungselement nach 1 ist der Wandabschnitt 21 ersetzt durch einen Wandabschnitt 210, welcher durch eine integrierte Ausgleichsanordnung 50 bereitgestellt ist. Diese Ausgleichsanordnung 50 weist einen Stützkörper 280 in Form eines Stützgerüsts oder in Form nicht notwendigerweise miteinander verbundener Stützabschnitte auf, welche bezogen auf im Betrieb auftretende Fluiddruckbelastungen steif sind im Vergleich zu den das Stützgerüst fluiddicht abdichtenden, die Dämpfungsfunktion übernehmenden Elastomerfenstern 240. Diese Elastomerfenster können aus dem gleichen Material wie das Stützgerüst, jedoch in geringerer Wandstärke – um eine Elastizität zur Dämpfung von Druckschwankungen zu gewährleisten – gefertigt sein, und/oder sie können aus einem weicherem Elastomer als das Stützgerüst bestehen.
Bei diesem Dämpfungselement werden die zwei Funktionen Elastizität und Wiedererlangung der Ausgangsform in der Konstruktion separiert. Die Steifigkeit wird über ein Skelett aus Kunststoff, dem Stützgerüst 280, gebildet. Entsprechend gewählter Kunststoff, zum Beispiel PA (Polyamid), POM (Polyoxymethylen) oder PE (Polyethylen), ist bezüglich seiner Steifigkeit weniger temperaturempfindlich. Dieses Kunststoffskelett weist mehrere Fenster auf, die beispielsweise mit einem dünnwandigen und somit elastischen Elastomer, zum Beispiel EPDM (Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk), verschlossen sind. Der gesamte Skelettkörper kann somit bei der Herstellung der Ausgleichsanordnung 50, die nachfolgend fluiddicht mit dem übrigen Teil des Gehäuses 26 des Dämpfungselements 211 verbunden werden muß, mit einer dünnen Elastomerhülle umspritzt werden oder in ein entsprechendes Elastomerbad getaucht werden. Kunststoff und Elastomer haften sehr gut aufeinander, so dass eine kompakte Einheit und keine Relativbewegung zwischen Elastomer und Kunststoff entsteht, daher wird eine gute Dauerhaltbarkeit gewährleistet.
Über die Formgebung des Skeletts bzw. Stützkörpers 280 kann eine entsprechende Steifigkeit bzw. Verformbarkeit des Dämpfers dargestellt werden. So können die Fenster im Stützkörper in einer alternativen Ausführugnsform zum Beispiel in einer Schneckenform angeordnet werden. In diesem Fall arbeitet das Kunststoffskelett wie eine zylindrische Druckfeder.
Durch die Bereitstellung eines steifen Stützgerüsts mit integrierten elastischen Fenstern werden zum Einen eine temperaturunabhängige Steifigkeit der Ausgleichsanordnung über das Stützgerüst und zum Anderen eine druckschwankungsdämpfende Elastizität über die elastischen Fenster auch bei tiefen Temperaturen gewährleistet. Dabei können die beiden Funktionen temperaturunabhängige Steifigkeit einerseits und Elastizität andererseits nebeneinander optimiert werden. Dadurch wird das Problem gelöst, dass ansonsten insbesondere bei tiefen Temperaturen ein Elastomer unter Umständen sehr steif werden und seine dämpfende Wirkung verlieren kann. Wenn andererseits allein über eine Reduzierung der Wandstärke oder eine weiche Gummimischung versucht würde, die bei tiefen Temperaturen erforderliche Elastizität darzustellen, so wäre bei hohen Temperaturen die Wiedererlangung der Ausgangsform kritisch. Die Erfindung löst, wie beschrieben, dieses Problem durch materielle Separation der Funktionen Elastitzität und Wiederherstellung der Ausgangsform.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2094954 [0002]
DE 19947198 [0003, 0003]
DE 1963709 [0004]
DE 10061188 [0005]
DE 7206724 [0006, 0016]

Claims

Dämpfungselement (11, 111, 211) zur hydraulischen und/oder pneumatischen Dämpfung von Druckschwankungen in einer fluidführenden Anordnung (1), mit einem einen Hohlraum (22) aufweisenden Körper (26, 28; 26, 50), wobei der Hohlraum (22) mit einem Fluiddruck beaufschlagt werden kann, und wobei zumindest ein Wandabschnitt (21, 210) der Wand des Hohlraums unter dem Fluiddruck elastisch nachgeben kann, wobei der Wandabschnitt (21, 210) derart eingerichtet ist, dass er auf der dem Hohlraum zugewandten Seite mit dem Fluid in Kontakt kommt und auf der dem Hohlraum abgewandten Seite mit dem Druck der Umgebungsluft (38) beaufschlagt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandabschnitt (21, 210) ein Ausgleichselement (24, 240) und ein Stützelement (28, 280) aufweist, wobei das Stützelement (28, 280) das Ausgleichselement (24, 240) an mehreren über die Fläche des Ausgleichselements (24, 240) verteilten Stellen (25, 36) trägt zumindest dann, wenn das Ausgleichselement (24, 240) aufgrund einer Beaufschlagung mit dem Fluiddruck eine vorgegebene maximale Verformung erfahren hat.
Dämpfungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (280) das Ausgleichselement (240) stets, das heißt unabhängig von einer Beaufschlagung mit dem Fluiddruck, an mehreren über die Fläche des Ausgleichselements (240) verteilten Stellen (25) trägt.
Dämpfungselement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (280) durch ein ein- oder mehrteiliges steifes Stützgerüst gebildet ist.
Dämpfungselement nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichselement (240) durch mehrere fluiddichte Elastomerfenster gebildet ist, welche vom Stützgerüst gehalten sind.
Dämpfungselement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Elastomerfenster vom Stützgerüst begrenzt sind.
Dämpfungselement nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Elastomerfenster und das Stützgerüst in Schneckenform angeordnet sind, so dass die durch das Stützelement (280) und das Ausgleichselement (240) gebildete Ausgleichsanordnung (50) unter fluidischer Druckbeaufschlagung wie eine zylindrische Druckfeder arbeiten kann.
Dämpfungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandabschnitt (21) eine dem Hohlraum zugewandte elastische Schicht in Form eines Elastomerdämpfers (24) und eine der Umgebungsluft zugewandte starre Schicht in Form eines Stützkörpers (28) aufweist.
Anordnung (1) zur Dosierung einer Flüssigkeit, welche eine Förderpumpe (7) zum Ansaugen einer Flüssigkeit aus einem Tank aufweist, wobei die Förderpumpe (7) über eine Druckleitung (9) mit einem Dosiermodul (13) verbunden ist, gekennzeichnet durch ein mit der Druckleitung (9) verbundenes Dämpfungselement (11, 111, 211) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderpumpe eine Kolbenpumpe ist.
Anordnung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie eingerichtet ist zur Eindosierung eines Reduktionsmittels in den Abgastrakt einer Brennkraftmaschine, um im Abgas der Brennkraftmaschine enthaltene Schadstoffe zu reduzieren.