-
Stand der Technik
-
Die Erfindung betrifft eine Membranpumpe zur Förderung eines flüssigen Mediums umfassend ein Pumpengehäuse, eine Arbeitsmembran, einen Saugkanal und einen Förderkanal, wobei in dem Saugkanal und dem Förderkanal jeweils ein Rückschlagventil angeordnet ist.
-
Membranpumpen dieser Art sind im Stand der Technik bekannt. Beispielsweise werden sie bei Kraftfahrzeugen mit Brennkraftmaschinen zur Eindosierung von Reduktionsmitteln verwendet, insbesondere in sogenannten selektivkatalytischen Abgasbehandlungssystemen (SCR).
-
Solche Membranpumpen weisen eine Arbeitsmembran auf, die beispielsweise aus einem Elastomer besteht und von einem Hubmagneten oder über einen Exzenter, ein Pleuel und einen Elektromotor betätigt wird.
-
Wenn solche Membranpumpen als Rücksaugpumpe in einem Dosiersystem für ein Reduktionsmittel (Harnstoffwasserlösung) eingesetzt wird, ist es notwendig, dass die Membranpumpe für das Reduktionsmittel verschlossen ist, wenn die Membranpumpe nicht aktiv ist. Andernfalls würde bei aktiver Hauptpumpe, das von der Hauptpumpe geförderte Reduktionsmittel über die Rücksaugpumpe wieder zurück in den Tank strömen, was unerwünscht ist.
-
Bei den mit einem Hubmagneten angetriebenen Membranpumpen, wie sie beispielsweise aus der
DE 10 2011 003 461 A1 , bekannt sind, ist es relativ einfach, diese Absperrfunktionalität bei deaktivierter Membranpumpe zu erreichen. Nachteilig an dem Antrieb der Arbeitsmembran mit Hilfe eines Hubmagneten und einer Rückstellfeder ist der verhältnismäßig schlechte Wirkungsgrad und die beim Betrieb entstehenden Geräusche. Diese Geräusche entstehen vor allem wenn der Hubmagnet an seinen Hubanschlag auftrifft.
-
Aus der
DE 10 2008 043 309 A1 ist Antrieb der Arbeitsmembran bekannt, der ein Pleuel, einen Exzenter und einen Elektromotor umfasst.
-
Dieser Antrieb der Arbeitsmembran ist sehr effizient und erlaubt höhere Förderleistungen bei gleichzeitig geringerer Geräuschentwicklung. Nachteilig an dieser Membranpumpe ist jedoch, dass bei abgestellter Membranpumpe Antrieb der Saugkanal und der Förderkanal nicht hydraulisch voneinander getrennt sind, so dass die abgestellte Membranpumpe in der Förderrichtung der Membranpumpe von Flüssigkeit durchströmt werden kann. Die oben erwähnte Absperrfunktionalität ist somit nicht gegeben.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Die erfindungsgemäße Membranpumpe umfasst ein Pumpengehäuse, eine Arbeitsmembran, einen Saugkanal und einen Förderkanal, wobei in dem Saugkanal und dem Förderkanal jeweils ein Rückschlagventil angeordnet ist und zeichnet sich dadurch aus, dass zwischen dem Saugkanal und dem Förderkanal eine Absperrmembran angeordnet ist.
-
Diese erfindungsgemäße Absperrmembran wird auf der einen Seite von dem im Saugkanal herrschenden Druck und auf der anderer Seite von dem im Förderkanal herrschenden Druck beaufschlagt, so dass sie entsprechend den dort herrschenden Druck- und Flächenverhältnissen entweder den Förderkanal absperrt oder freigibt.
-
Die erfindungsgemäße Absperrmembran ist ein passives Element, das im Betrieb der erfindungsgemäßen Membranpumpe den Förderkanal freigibt, so dass in der aus dem Stand der Technik bekannten Weise die Förderung eines Mediums erfolgen kann. Sobald die Membranpumpe jedoch abgestellt wird und von der Hauptpumpe in Überdruck im Saugkanal der Membranpumpe erzeugt wird, verschließt die erfindungsgemäße Absperrmembran den Förderkanal, so dass ein Durchströmen der Membranpumpe in Förderrichtung der Membranpumpe unterbunden wird.
-
Die Absperrmembran wirkt gewissermaßen als druckbetätigtes Wegeventil. Weil die erfindungsgemäße Absperrmembran sehr einfach in der Herstellung ist und auch die Montage kostengünstig zu bewerkstelligen ist, lässt sich die erforderliche Sperrwirkung bei abgestellter Membranpumpe kostengünstig realisieren.
-
Die Absperrmembran und die Arbeitsmembran werden vorzugsweise aus dem gleichen oder einem sehr ähnlichen elastomeren Werkstoff hergestellt, so dass hinsichtlich der Beständigkeit gegenüber aggressiven Medien und der Lebensdauer zwischen der Absperrmembran und der Arbeitsmembran keine nennenswerte Unterschiede bestehen. Infolgedessen ist die erfindungsgemäße Membranpumpe sehr langlebig und robust.
-
Um eine weiter verbesserte hydraulische Trennung zwischen Förderkanal und Saugkanal bei deaktivierter Membranpumpe zu erreichen, ist in dem Pumpengehäuse auf einer dem Förderkanal zugewandten Seite der Membran ein Dichtsitz für die Membran ausgebildet. Dieser definierte Dichtsitz verbessert die Abdichtung. Außerdem können die Flächenverhältnisse auf beiden Seiten der Absperrmembran konstruktiv beeinflusst werden. Wenn nämlich die von dem Dichtsitz eingeschlossene Fläche klein ist, dann wird die Anpresskraft beziehungsweise die Flächenpressung zwischen Absperrmembran und Dichtsitz maximiert, was sich positiv auf die Dichtheit bei abgestellter Membranpumpe auswirkt.
-
Zur Unterstützung der Sperrwirkung ist zwischen dem Pumpengehäuse und einer dem Saugkanal zugewandten Seite der Absperrmembran eine Druckfeder eingespannt. Diese Druckfeder ist bestrebt, die Absperrmembran in den Dichtsitz zu pressen, so dass die Absperrmembran selbsttätig beziehungsweise von der Druckfeder angetrieben, in die Schließstellung gelangt.
-
Dieser Effekt wird außerdem dadurch unterstützt, dass die dem Saugkanal zugewandte Seite der Membran eine größere Fläche hat als eine von dem Dichtsitz eingeschlossene Fläche. Dies bedeutet, dass bei gleichen Drücken im Förderkanal und im Saugkanal die Absperrmembran gegen den Dichtsitz gepresst wird, weil die vom Saugkanal auf die Absperrmembran ausgeübten hydraulischen Kräfte größer sind als die vom Förderkanal auf die Absperrmembran ausgeübten Kräfte.
-
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das Pumpengehäuse mindestens zweiteilig ist und die Absperrmembran dichtend zwischen zwei Gehäuseteilen eingespannt ist. Entsprechendes gilt auch für die Arbeitsmembran und gegebenenfalls auch die Rückschlagventile. Die Rückschlagventile sind bevorzugt als sogenannte Flatterventile ausgebildet.
-
Diese Flatterventile sind aus dem Stand der Technik bekannt und weisen ebenfalls eine Membran aus einem elastomeren Material auf.
-
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Membranpumpe lassen sich insbesondere dann realisieren, wenn die Arbeitsmembran von einem Elektromotor mit Hilfe eines Exzenterantriebs betätigt wird.
-
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar.
-
Zeichnung
-
Es zeigen:
-
1 ein Blockschaltbild eines Dosiersystems mit einer erfindungsgemäßen Rücksaugpumpe,
-
2 ein Schnitt durch eine erfindungsgemäße Membranpumpe im Saughub,
-
3 ein Schnitt durch eine erfindungsgemäße Membranpumpe im Förderhub und
-
4 die erfindungsgemäße Membranpumpe bei deaktiviertem Antrieb.
-
Die 1 zeigt in schematischer Darstellung ein Dosiersystem 1. Aufgabe des Dosiersystems 1 ist es, ein flüssiges Reduktionsmittel, das in einem Tank 3 bevorratet ist mit Hilfe eines Injektors oder Dosiermoduls 5 in den Abgasstrang einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine einzuspritzen. Zu diesem Zweck ist eine Hauptpumpe 7 vorgesehen, welche auf ihrer Förderseite den notwendigen Druck aufbaut, um eine gute Zerstäubung des flüssigen Reduktionsmittels in dem Dosiermodul 5 zu erreichen. Der Tank 3, die Hauptpumpe 7 und das Dosiermodul 5 sind durch eine Leitung 11 in der mehrere Filter 13 angeordnet sind hydraulisch miteinander verbunden. In der Leitung 11 kann ein Drucksensor 9 angeordnet sein.
-
Parallel zu der Hauptpumpe 7 sind eine Drossel 15 und ein Rückschlagventil 17 angeordnet. Der Ausgang des Rückschlagventils 17 mündet in den Tank 3. Eine solche Schaltung ist aus vielen hydraulischen Systemen bekannt.
-
Weil das flüssige Reduktionsmittel die Eigenschaft hat, bei niedrigen Außentemperaturen einzufrieren und dabei das Volumen bei diesem Phasenübergang eine Volumenzunahme auftritt, ist es erforderlich, nach dem Abstellen der Hauptpumpe 7 die in Förderrichtung gesehen hinter der Hauptpumpe 7 liegenden Bauteile zu belüften, um Schäden auf Grund des entstehenden Eisdrucks zu vermeiden. Insbesondere betrifft dies den stromabwärts der Hauptpumpe 7 gelegenen Teil der Leitung 11 und das Dosiermodul 5. Zu diesem Zweck ist parallel zu der Drossel 15 und dem Rückschlagventil 17 eine Rücksaugpumpe 19 angeordnet.
-
Diese Rücksaugpumpe 19 hat gleichzeitig die Funktion eines 2/2-Wegeventils. In der in 1 dargestellten Sperrstellung des 2/2-Wegeventils ist ein Durchfluss von Reduktionsmittel durch die Rücksaugpumpe 19 nicht möglich. Diese Sperrwirkung der Rücksaugpumpe 19 ist vor allem dann erforderlich, wenn die Hauptpumpe 7 fördert, weil dann auf der Förderseite der Hauptpumpe 7 ein Druck von etwa 10 Bar entsteht. Wenn das Dosiermodul 5 geschlossen ist, liegt dieser Druck auch in voller Höhe an der Rücksaugpumpe 19 an. Wenn die Rücksaugpumpe 19 dann nicht abgesperrt ist, würde das von der Hauptpumpe 7 geförderte Reduktionsmittel durch die Rücksaugpumpe 19 wieder zurück in den Tank 3 gefördert werden, was zu einem Druckabfall führt; beziehungsweise den Druckaufbau verhindert.
-
Wenn die Brennkraftmaschine und damit auch die Hauptpumpe 7 abgestellt werden, wird die Rücksaugpumpe 19 aktiviert. Die Rücksaugpumpe 19 dient dazu, das Dosiermodul 5 sowie den Teil der Leitung 11 zwischen der Hauptpumpe 7 und dem Dosiermodul 5 sowie den dort vorhandenen Filter 13 zu entleeren, so dass dort keine Schäden durch Eisdruck entstehen können, wenn die Außentemperaturen unter –11°C absinken.
-
Die Rücksaugpumpe 19 sollte vor allem rasch und geräuschlos arbeiten. Sie muss, weil sie nur in die drucklose Rücklaufleitung fördert, keinen nennenswerten Förderdruck aufbauen. Im Zusammenhang mit der Rücksaugpumpe 19 wird nachfolgend von einem Saugkanal 21 und einem Förderkanal 23 gesprochen. Die zugehörigen Leitungsabschnitte sind in der 1 mit den genannten Bezugszeichen versehen.
-
Dies vorausgeschickt wird nachfolgend ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Rücksaugpumpe 19 dargestellt. Dabei werden im Zusammenhang mit der Erfindung die Begriffe „Rücksaugpumpe“ und „Membranpumpe“ synonym verwendet.
-
Die erfindungsgemäße Membranpumpe 19 umfasst ein mehrteiliges Gehäuse 25, wobei die verschiedenen Gehäuseteile mit 25.1 bis 25.4 durchnummeriert sind. Die Teilung des Gehäuses 25 in vier Teile ist vor allem der Herstellbarkeit und der Montierbarkeit geschuldet.
-
Wenn man dem Weg des Reduktionsmittels durch den Saugkanal 21 bis zum Förderkanal 23 folgt, dann trifft das flüssige Medium zunächst auf ein Einlassventil 27, das in der 2 geöffnet dargestellt ist. Das Einlassventil ist als sogenanntes Flatterventil, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist, ausgebildet. Oberhalb des Einlassventils 27 befindet sich ein Arbeitsraum 29 der erfindungsgemäßen Membranpumpe 19. Der Arbeitsraum 29 wird von einer Membran 31 begrenzt. Die Arbeitsmembran 31 ist über einen Pleuel 33 und einen Exzenter 35 mit einem nicht dargestellten Elektromotor verbunden.
-
In der 2 dargestellten Position des Pleuels 33 beziehungsweise des Exzenters 35 bewegt sich die Arbeitsmembran 31 noch etwas nach oben, so dass flüssiges Reduktionsmittel aus dem Saugkanal 21 in den Arbeitsraum 29 gesaugt wird.
-
Auf Grund des im Arbeitsraum 29 herrschenden niederen Drucks, wird das Rückschlagventil 27 vom Sitz abgehoben und öffnet somit. Das Rückschlagventil 37 im Förderkanal 23 wird gegen den Sitz gedrückt und ist somit geschlossen.
-
Zwischen dem Saugkanal 21 und dem Förderkanal 23 ist eine erfindungsgemäße Absperrmembran 39 angeordnet. Der Förderkanal 23 macht im Bereich der Absperrmembran 39 mehrere Biegungen.
-
Mit dem Bezugszeichen 41 ist ein Dichtsitz 41 ausgebildet. Dieser Dichtsitz 41 kann beispielsweise als ein kreisringförmiger Wulst ausgebildet sein. In der 2 ist, wie bereits erwähnt, der Antrieb der Membranpumpe aktiv, und infolgedessen liegt die Absperrmembran 39 nicht auf dem Dichtsitz 41 auf. Daher kann die vom Arbeitsraum 29 geförderte Flüssigkeit durch den Förderkanal 23, und den Dichtsitz 41 hindurch zurück in den Tank strömen (siehe 1).
-
In der 3 ist ein Förderhub der Membranpumpe dargestellt. Gegenüber der 2 hat sich der Exzenter 35 weiter gedreht und hat den oberen Totpunkt bereits überschritten. Infolgedessen wird der Exzenter 35 in 3 nach unten gedrückt, so dass das Volumen des Arbeitsraums 29 abnimmt und der Druck im Arbeitsraum 29 ansteigt. Dies hat zur Folge, dass das Einlassventil 27 schließt und sich das Auslassventil 37, welches ebenfalls als Flatterventil ausgebildet ist, öffnet.
-
Weil, wie bereits erwähnt, die Absperrmembran 39 nicht auf dem Dichtsitz 41 aufliegt, kann das aus dem Arbeitsraum 29 durch die Arbeitsmembran 31 verdrängte flüssige Reduktionsmittel durch den Förderkanal 23 abströmen. Es sei an dieser Stelle nochmals darauf hingewiesen, dass die Förderleitung 23 drucklos ist, so dass der Druck im Arbeitsraum 29 nur unwesentlich ansteigen muss, um das Auslassventil 37 zu öffnen.
-
Weil während des Arbeitshubs der Druck im Förderkanal 23 höher als im Saugkanal 21 ist, wird die Absperrmembran 39 auch gegen die Federkraft einer Druckfeder 43 vom Dichtsitz 41 entfernt gehalten. Die in den 2 und 3 dargestellte Funktionsweise der Arbeitsmembran 31, sowie des Einlassventils 27 und des Auslassventils 37 entspricht der einer herkömmlichen Membranpumpe.
-
In 4 ist nun eine erfindungsgemäße Membranpumpe dargestellt, bei der der Antrieb des Exzenters 35 und damit auch der Arbeitsmembran 31 deaktiviert wird. In anderen Worten: Die Arbeitsmembran 31, der Pleuel 33 und der Exzenter 35 stehen still.
-
Die erfindungsgemäße Membranpumpe 19 steht immer dann still, wenn die Hauptpumpe 7 aktiv ist (siehe 1). Weil die Hauptpumpe 7 einen Förderdruck von in etwa 10 bar aufbaut, bedeutet dies auch, dass immer dann, wenn die Rücksaugpumpe 19 deaktiviert ist und die Hauptpumpe 7 in Betrieb ist, im Saugkanal 21 in etwa ein Druck von 10 bar herrscht. Dieser Druck von 10 bar ist deutlich größer als der im Förderkanal 23 herrschende Druck.
-
Infolgedessen wird die Absperrmembran 39 gegen den Dichtsitz 41 gepresst und versperrt damit den Förderkanal 23. Der im Saugkanal 21 herrschende Druck pflanzt sich zwar durch das Einlassventil 27, den Arbeitsraum 29 und das Auslassventil 37 in den ersten Abschnitt des Förderkanals 23 fort. Allerdings wird die Arbeitsmembran 39 auf der dem Saugkanal 21 zugewandten Seite auf einer sehr viel größeren Fläche A1 mit dem Förderdruck der Hauptpumpe 7 beaufschlagt, als der Teil der Absperrmembran 39, der sich innerhalb des Dichtsitzes 41 befindet (siehe das Bezugszeichen A2) . Daher ist eine zuverlässige Absperrung des Förderkanals 23 bei stillstehender Membranpumpe 19 auf Grund der geometrischen Verhältnisse (A1 > A2) gewährleistet. Die Druckfeder 43 sorgt dafür, dass sich auch bei drucklosem Saugkanal 21 und drucklosem Förderkanal 23 die Absperrmembran 39 in Anlage an dem Dichtsitz 41 befindet.
-
Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Absperrmembran 39 zwischen dem Saugkanal 21 und dem Förderkanal 23 wird also die gewünschte Sperrwirkung bei stillstehender Membranpumpe auf einfachste und zuverlässige Weise sichergestellt.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102011003461 A1 [0005]
- DE 102008043309 A1 [0006]
