DE102013005560B4

DE102013005560B4 - Reihenschaltung von Hubkolbenpumpen

Info

Publication number: DE102013005560B4
Application number: DE102013005560.1A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Hamm; Uwe Schlesinger; Michael Oerter
Original assignee: Thomas Magnete GmbH
Current assignee: Thomas Magnete GmbH
Priority date: 2013-03-28
Filing date: 2013-03-28
Publication date: 2018-04-05
Anticipated expiration: 2033-03-29
Also published as: DE102013005560A1

Abstract

a. Aufgabe: Besonders zuverlässige und genaue Dosierung auch unter ungünstigen Ansaugbedingungen und bei hohem Gegendruck b. Lösung: Eine verbraucherseitig angeordnete Hubkolbenpumpe (11) erzeugt einen erheblich geringeren zeitlich gemittelten Förderstrom als eine saugseitig angeordnete Hubkolbenpumpe (12) oder eine Gruppe von saugseitig angeordneten Hubkolbenpumpen und ein überschüssiger Förderstrom der saugseitigen Hubkolbenpumpen wird durch eine Blende (13) über einen Rückströmkanal (14) zum Sauganschluss (15) der Reihenschaltung von Hubkolbenpumpen geleitet, wobei sich an der Blende (13) eine von der Größe des überschüssigen Förderstroms abhängige Druckdifferenz aufbaut. c. Anwendung: Versorgung von Heizungsanlagen mit Brennstoff

Description

Die Erfindung betrifft eine Reihenschaltung von Hubkolbenpumpen entsprechend dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs. Solche Hubkolbenpumpen und Reihenschaltungen davon dienen zur Förderung und genauen Dosierung von Brennstoff für Heizungsanlagen in Gebäuden oder Fahrzeugen.
Stand der Technik
Dosierpumpen mit elektromagnetischem Antrieb sind bekannt, zum Beispiel aus der Druckschrift DE 4328621 A1 . Es ist auch bekannt, Reihenschaltungen von Hubkolbenpumpen einzusetzen, wenn ein hoher Druck erzeugt werden soll oder wenn ungünstige Ansaugbedingungen vorliegen, zum Beispiel aus der Druckschrift DE 10 2011 104 290 A1 .
Die Druckschrift DE 40 02 452 A1 beschreibt eine mechanische Brennstoffpumpe, die aus zwei Pumpvorrichtungen aufgebaut ist, einer Membranpumpe und einer Kolbenpumpe.
Die Druckschrift DE 11 56 605 A zeigt eine Kraftstoffeinspritzpumpe für mehrzylindrige Brennkraftmaschinen mit einer Vorrichtung zur Vermeidung von Gasblasen in dem Pumpenarbeitsraum.
Die Druckschrift DE 43 20 375 A1 beschreibt eine Brennstofffördereinrichtung mit einer Vorpumpe und zwei Schlingerkammern zur Verbesserung der Ansaugbedingungen der Hauptpumpe.
Die Druckschrift EP 0 037 950 A1 zeigt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur selbstständigen Druckkonstanthaltung mit einem elastischen Membranglied.
Aufgabe
Mit einer Reihenschaltung von Hubkolbenpumpen soll eine besonders zuverlässige und genaue Dosierung von Brennstoff vorgenommen werden, auch unter ungünstigen Ansaugbedingungen, bei hohem Gegendruck und bei einem nichtsynchronen Betrieb der Hubkolbenpumpen.
Lösung
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des ersten Patentanspruchs gelöst, in Verbindung mit den Unteransprüchen 2 bis 5, die auch Weiterbildungen angegeben. Ein Verfahren zum Betrieb einer erfindungsgemäßen Reihenschaltung von Hubkolbenpumpen beschreibt der Anspruch 6.
Die Funktionen des Ansaugens, Förderns und Dosieren werden durch mindestens zwei Pumpen wahrgenommen. Auf der Saugseite befindet sich eine elektromagnetisch angetriebene Hubkolbenpumpe, die auch bei ungünstigen Ansaugbedingungen noch zuverlässig Brennstoff aus dem Vorratsbehälter ansaugt. Dazu werden, wie bekannt ist, ausreichend große Querschnitte, eine niedrige Kolbengeschwindigkeit und ein Einlassventil mit sehr geringem Druckabfall verwendet. Eine hohe Dosiergenauigkeit ist hier nicht gefordert. Verbraucherseitig ist eine Hubkolbenpumpe vorgesehen, die einen hohen Druck und eine hohe Dosiergenauigkeit erzeugen kann. Dazu sind eine gute Abdichtung zwischen Kolben und Zylinder und kavitationsfreies Ansaugen erforderlich, denn jegliche Kavitation in dieser Hubkolbenpumpe beim Ansaugen verschlechtert die Dosiergenauigkeit erheblich.
Damit die verbraucherseitige Hubkolbenpumpe immer kavitationsfrei ansaugen kann, fördern die saugseitigen Pumpe oder Pumpen erheblich mehr Brennstoff als die verbraucherseitige Hubkolbenpumpe. Der überschüssige Brennstoff wird zur Saugseite zurückgeführt.
In der erfindungsgemäßen Anordnung arbeiten die Hubkolbenpumpen zur Geräuschminderung nicht synchron, daher kann die verbraucherseitige Hubkolbenpumpe momentan auch dann Brennstoff ansaugen, wenn die ihr zuliefernde Hubkolbenpumpe gerade nicht fördert. Es ist daher ein Puffervolumen von Brennstoff mit ausreichend großer Kapazität erforderlich. Die wirksame Kapazität ergibt sich aus der Größe des Volumens vor der verbraucherseitigen Hubkolbenpumpe und dem Kompressionsmodul des Fluids in dem Volumen. Die wirksame Kapazität erhöht sich erheblich, wenn ein Gaspolster in dem Volumen enthalten ist, denn Gas ist um ein Vielfaches leichter zu komprimieren als Brennstoff.
Dieses Gaspolster bildet sich durch eine Verschleppung von Gasblasen durch die saugseitigen Pumpen, aber auch durch Kavitation bei einer Unterschreitung des partiellen Gasdrucks in dem betreffenden Volumen. Bei einem höheren Druck geht das Gas aus dem Gaspolster allmählich in Lösung.
Daher muss der Druck in dem Volumen vor der verbraucherseitigen Hubkolbenpumpe eine geeignete Höhe haben, ist er zu niedrig, kann es beim Ansaugen zu Kavitation in der verbraucherseitigen Hubkolbenpumpe kommen. Ist der Druck zu hoch, geht das Gas im Gaspolster zu schnell in Lösung, es geht dann mehr Gas in Lösung als gleichzeitig durch Verschleppung von der saugseitigen Pumpe nachgefördert wird.
Die Höhe des Drucks in dem Volumen wird durch die Bemessung einer Drossel eingestellt, durch die der überschüssige Volumenstrom zur Saugseite zurückströmt. An dieser Drossel fällt eine volumenstromabhängige Druckdifferenz ab, und der Druck hinter der Drossel ergibt sich aus den Ansaugbedingungen.
Damit die verbraucherseitige Hubkolbenpumpe das Gaspolster in dem genannten Volumen nicht absaugt, ist der Einlass der Hubkolbenpumpe an einem tiefliegenden Ort angeordnet.
Zur Verminderung der erforderlichen wirksamen Kapazität in dem genannten Volumen wird die saugseitig an das Volumen angeschlossene Hubkolbenpumpe von der ihr zugeordneten elektrischen Ansteuerung so pulsierend mit elektrischem Strom versorgt, dass sie während eines Ansteuerzyklus möglichst lange in das Volumen hinein fördert.
Die Aufrechterhaltung des Gaspolsters ist von den Umgebungsbedingungen wie zum Beispiel Luftdruck, Temperatur und den Ansaugbedingungen abhängig, wenn diese Umgebungsbedingungen nicht ausreichend stabil sind, um die Aufrechterhaltung des Gaspolsters zu bewirken, wird alternativ eine Membran vorgesehen, die das Gaspolster von dem Flüssigkeitsvolumen abtrennt und dadurch verhindert, dass das Gas in Lösung geht.
Vorteile
Durch die Nutzung des Gaspolsters zur Stabilisierung des Drucks am Einlass der verbraucherseitigen Hubkolbenpumpe kann eine hohe Dosiergenauigkeit erreicht werden, ohne eine Synchronisation der Pumpen vornehmen zu müssen oder ein sehr großes Flüssigkeitsvolumen vorzusehen. Die Reihenschaltung kann einen recht hohen Druck erzeugen, weil sich die Druckdifferenzen der Hubkolbenpumpen addieren und sie kann auch ungünstige Ansaugbedingungen tolerieren, weil die saugseitige Hubkolbenpumpe auf ein größeres Fördervolumen ausgelegt ist, als die verbraucherseitige Dosierpumpe. Die saugseitige Hubkolbenpumpe kann auf optimales Ansaugen ausgelegt werden, weil sie keine Dosiergenauigkeit erbringen muss.
Anwendung

Förderung und genaue Dosierung von Brennstoff für mobile oder stationäre Heizungsanlagen auch bei ungünstigen Ansaugbedingungen.

Bilder:
1 zeigt einen Schnitt durch zwei Hubkolbenpumpen
2 zeigt eine schematische Darstellung von zwei Hubkolbenpumpen in ihrem Umfeld
Beispielhafte Ausführung
Eine Reihenschaltung einer Mehrzahl von Hubkolbenpumpen, wie in 2 gezeigt, fördert Fluid von einem Vorratsbehälter 1 durch eine Leitung 3 zu einem Verbraucher 2 und bewirkt eine genaue Zumessung von Fluid zu dem Verbraucher 2.
Dabei erzeugt die saugseitig angeordnete Hubkolbenpumpe 12 einen erheblich größeren zeitlich gemittelten Förderstrom als die verbraucherseitig angeordnete Hubkolbenpumpe 11. Der überschüssiger Förderstrom der saugseitigen Hubkolbenpumpe wird durch eine Blende 13 über einen Rückströmkanal 14 zum Sauganschluss 15 der Reihenschaltung von Hubkolbenpumpen geleitet, wobei sich an der Blende 13 eine von der Größe des überschüssigen Förderstroms abhängige Druckdifferenz in dem Fluid aufbaut. Die Blende 13 ist so bemessen, dass bei einem bestimmungsgemäßen überschüssigen Förderstrom der saugseitig angeordneten Hubkolbenpumpe der Druck vor der Blende und damit auch im Verdrängerraum 19 der Hubkolbenpumpe 11 ausreichend groß ist, um das Auftreten von Kavitation im Inneren der Hubkolbenpumpe 11 zu verhindern. 1 zeigt die Anordnung des Verdrängerraums und der Blende.
Außerdem ist die Blende 13 so bemessen, dass bei einem bestimmungsgemäßen überschüssigen Förderstrom der saugseitig angeordneten Hubkolbenpumpe der Druck vor der Blende nur so gering ist, dass ein in dem Flüssigkeitsvolumen 16 zwischen der saugseitig angeordneten Hubkolbenpumpe und der verbraucherseitig angeordneten Hubkolbenpumpe 11 befindliches Gaspolster 17 erhalten bleibt.
Der Einlass 18 der Hubkolbenpumpe 11 ist so angeordnet, dass das Gaspolster 17 in dem Flüssigkeitsvolumen 16 von der Hubkolbenpumpe 11 nicht abgesaugt wird.
Die saugseitig angeordnete Hubkolbenpumpe 12 wird von der elektrischen Ansteuerung 18 derart pulsierend mit elektrischem Strom versorgt, dass sie während eines Ansteuerzyklus möglichst lange in das Flüssigkeitsvolumen 16 fördert.
In einer alternativen Ausführung ist das Gaspolster 17 durch eine elastische Membran 20 von dem Flüssigkeitsvolumen 16 abgetrennt.
Zum Betrieb der beiden Hubkolbenpumpen zur Förderung von Fluid von einem Vorratsbehälter 1 zu einem Verbraucher 2 und zur genauen Zumessung von Fluid zu dem Verbraucher 2 wird das folgende Verfahren verwendet:

• eine saugseitig angeordnete Hubkolbenpumpe 12 gibt einen pulsierenden Förderstrom in ein Flüssigkeitsvolumen 16 ab
• die saugseitig angeordnete Hubkolbenpumpe 12 hält durch den Bewegungsverlauf ihrer Hubkolben den Druck im Flüssigkeitsvolumen 16 möglichst lange aufrecht
• ein mittlerer Förderstrom der saugseitig angeordneten Hubkolbenpumpe überschreitet den mittleren Förderstrom der verbraucherseitigen Hubkolbenpumpe 11
• der aus der oben genannten Überschreitung resultierende überschüssige Förderstrom strömt durch eine Blende 13 und durch einen Rückströmkanal 14 zurück zum Sauganschluss der Hubkolbenpumpe 12
• die Blende 13 ist so bemessen, dass sich in dem Flüssigkeitsvolumen 16 ein mittlerer Druck einstellt, der groß genug ist, um die Hubkolbenpumpe 11 bei ihrem Ansaugtakt vollständig zu füllen, aber noch gering genug ist, um ein Gaspolster 17 in dem Volumen 16 zu erhalten
• ein Einlass 18 der Hubkolbenpumpe 11 so angeordnet ist, dass das Gaspolster 17 in dem Flüssigkeitsvolumen 16 von der Hubkolbenpumpe 11 nicht abgesaugt wird

Bezugszeichenliste

1: Vorratsbehälter
2: Verbraucher
3: Leitung
11: Hubkolbenpumpe verbraucherseitig
12: Hubkolbenpumpe saugseitig
13: Blende
14: Rückströmkanal
15: Sauganschluss der Hubkolbenpumpe 12
16: Flüssigkeitsvolumen
17: Gaspolster
18: Einlass der Hubkolbenpumpe 11
19: Verdrängerraum der Hubkolbenpumpe 11
20: Membran

Claims

Reihenschaltung einer Mehrzahl von Hubkolbenpumpen zur Förderung von Fluid aus einem Vorratsbehälter (1) mittels einer Leitung (3) zu einem Verbraucher (2) und zur genauen Zumessung von Fluid zu dem Verbraucher dadurch gekennzeichnet, dass eine saugseitig angeordnete Hubkolbenpumpe (12) oder eine Gruppe von saugseitig angeordneten Hubkolbenpumpen für die Erzeugung eines erheblich größeren zeitlich gemittelten Förderstrom ausgelegt ist als eine verbraucherseitig angeordnete Hubkolbenpumpe (11) und dass ein daher überschüssiger Förderstrom der saugseitigen Hubkolbenpumpen durch eine Blende (13) über einen Rückströmkanal (14) zum Sauganschluss (15) der Reihenschaltung von Hubkolbenpumpen geleitet wird, wobei die Blende (13) so bemessen ist, dass bei einem bestimmungsgemäßen überschüssigen Förderstrom der saugseitig angeordneten Hubkolbenpumpen der Druck vor der Blende und damit auch im Verdrängerraum (19) der Hubkolbenpumpe (11) ausreichend groß für den Betrieb der Hubkolbenpumpe (11) ist, aber nur so gering ist, dass ein in dem Flüssigkeitsvolumen (16) zwischen den saugseitig angeordneten Hubkolbenpumpen und der verbraucherseitig angeordneten Hubkolbenpumpe (11) befindliches Gaspolster (17) erhalten bleibt.
Reihenschaltung einer Mehrzahl von Hubkolbenpumpen nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass ein Einlass (18) der Hubkolbenpumpe (11) so angeordnet ist, dass das Gaspolster (17) in dem Flüssigkeitsvolumen (16) von der Hubkolbenpumpe (11) nicht abgesaugt wird.
Reihenschaltung einer Mehrzahl von Hubkolbenpumpen nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass das Gaspolster (17) durch eine elastische Membran (20) von dem Flüssigkeitsvolumen (16) abgetrennt ist.
Verfahren zum Betrieb einer Mehrzahl von Hubkolbenpumpen zur Förderung von Fluid von einem Vorratsbehälter (1) zu einem Verbraucher (2) und zur genauen Zumessung von Fluid zu dem Verbraucher (2) auch unter ungünstigen Ansaugbedingungen in einer Leitung (3) von dem Vorratsbehälter (1) zu der Reihenschaltung von Hubkolbenpumpen, dadurch gekennzeichnet dass • eine saugseitig angeordnete Hubkolbenpumpe (12) oder eine Gruppe von saugseitig angeordneten Hubkolbenpumpen einen pulsierenden Förderstrom in ein Flüssigkeitsvolumen (16) abgeben • ein mittlerer Förderstrom der saugseitig angeordneten Hubkolbenpumpen einen mittleren Förderstrom einer verbraucherseitigen Hubkolbenpumpe (11) überschreitet • der aus der oben genannten Überschreitung resultierende überschüssige Förderstrom strömt durch eine Blende (13) und durch einen Rückströmkanal (14) zurück zum Sauganschluss der Reihenschaltung von Hubkolbenpumpen • die Blende (13) ist so bemessen, dass sich in dem Flüssigkeitsvolumen (16) ein mittlerer Druck einstellt, der groß genug ist, um die Hubkolbenpumpe (11) bei ihrem Ansaugtakt vollständig zu füllen, aber noch gering genug ist, um ein Gaspolster (17) in dem Volumen (16) zu erhalten • die saugseitig an dem Flüssigkeitsvolumen (16) angeordnete Hubkolbenpumpe (12) von der elektrischen Ansteuerung derart pulsierend mit elektrischem Strom versorgt wird, dass sie während eines Ansteuerzyklus mit einem möglichst großen Zeitanteil in das Flüssigkeitsvolumen (16) fördert.