DE102013009095B4

DE102013009095B4 - Hubkolbenpumpe mit einem Auslassventil geringer Baulänge sowie Verfahren zum Zusammenbau einer solchen

Info

Publication number: DE102013009095B4
Application number: DE102013009095.4A
Authority: DE
Inventors: Axel Müller; Olaf Ohligschläger
Original assignee: Thomas Magnete GmbH
Current assignee: Thomas Magnete GmbH
Priority date: 2013-05-28
Filing date: 2013-05-28
Publication date: 2015-11-26
Anticipated expiration: 2033-05-29
Also published as: DE102013009095A1

Abstract

Aufgabe: Hubkolbenpumpe (1) zum Dosieren und/oder zum Fördern einer Flüssigkeit durch Verdrängung mittels eines in einem Zylinder (3) bewegten Kolbens (2), wobei der Kolben (2) von einem Magnetanker (4) in einer ersten Richtung und einer Rückstellfeder (5) in einer anderen Richtung angetrieben wird, und wobei die Bewegung der Flüssigkeit durch zwei Ventile gesteuert wird, nämlich durch das Einlassventil (6) und das Auslassventil (7), das aus einem Dichtsitz (11) und einem Dichtkörper (12) besteht und in besonders kurzer Bauform ausgeführt ist. Lösung: Der Dichtkörper (12) des Auslassventils (7) besteht aus einem dünnen Blech mit einen Dicke zwischen 0,02 und 2 mm, ist an seinem äußeren Rand an der Hülse (13) axial abgestützt und durch eine Buchse (14) axial und radial festgelegt, er weist mindestens einen Durchbruch (15) auf und besteht aus einem harten, elastisch verformbaren Material. Anwendung: Die erfindungsgemäße Hubkolbenpumpe wird zur Förderung und/oder zur Dosierung von Flüssigkeit verwendet, vorzugsweise in mobilen Heizungsanlagen, in Abgasreinigungsanlagen in Fahrzeugen und in Anlagen zur elektrischen Energieerzeugung mit Brennstoffzellen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Hubkolbenpumpe entsprechend dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs. Solche Hubkolbenpumpen werden elektromagnetisch pulsierend angetrieben und dienen zur Dosierung und/oder Förderung von Flüssigkeit.
Stand der Technik
Elektromagnetisch angetriebene Hubkolbenpumpen zur Förderung oder Dosierung von Flüssigkeiten sind zum Beispiel aus den Druckschriften DE 43 28 621 A1 , DE 10 2008 055 609 A1 und DE 10 2008 055 611 B4 bekannt. Sie werden vor allem zum Fördern oder Dosieren von Brennstoff verwendet. Die federbelasteten Rückschlagventile darin tragen zur Baulänge der Hubkolbenpumpen bei. Aus der Druckschrift DE 10 2006 029 267 B4 für ein Regelventil ist eine sehr kurze Bauform mit einer Flachfeder für ein regelndes Ventil bekannt, und auch aus der Druckschrift US 2005/0 175 490 A1 ist ein Ventil mit kurzer Bauform für eine Pumpe bekannt.
Aufgabe:
Der Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine Ausführung einer Hubkolbenpumpe mit einem auslassseitigen Rückschlagventil zu beschreiben, dass eine besonders kurze Bauform und eine einfache Montage ermöglicht.
Lösung:
Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs gelöst, eine vorteilhafte Weiterbildungen ist in dem Unteranspruch 2 angegeben, der Anspruch 3 beschreibt ein vorteilhaftes Verfahren zur Montage des Rückschlagventils in der in dem Unteranspruch angeführten Weiterbildung.
Die erfindungsgemäße Ausbildung des auslassseitigen Rückschlagventils erlaubt im Vergleich mit den bekannten Förder- und Dosierpumpen eine erhebliche geringere Baulänge des Auslassbereichs, weil die übliche zylindrische oder konische Feder aus gewendeltem Draht durch eine Flachfeder aus einem dünnen Blech ersetzt wird. Dabei wird auch der Dichtkörper, der bei bekannten Bauformen eine Kugel ist, durch ein Formelement der Flachfeder ersetzt. In der erfindungsgemäßen Ausführung weist die Flachfeder eine Einprägung auf, die mit der scharfen Kante, der Fase oder dem Kantenradius im Übergang von der Planfläche zu der im Dichtsitz angeordneten Bohrung eine linienartige Berührung hat. Diese Einprägung muss allerdings sehr genau zu der Bohrung ausgerichtet werden und während des Montageprozesses ausgerichtet bleiben. Dazu weist die Flachfeder ein radiales Spiel zu der sie aufnehmenden Hülse auf und kann damit zur Bohrung ausgerichtet werden, erforderlichenfalls bei gleichzeitiger Durchströmung der Bohrung mit einem Fluid, die veränderliche Durchströmung ermöglicht es dann, die optimale Position durch Messung des Volumenstroms zu erkennen. Vorzugsweise wird Luft als Fluid verwendet. Zur Erhaltung der optimalen Position wird die Flachfeder bei dem folgenden Montageprozess entweder durch eine drückende Vorrichtung oder durch einen auf die Bohrung wirkenden Unterdruck gehalten, was sich vorteilhafterweise mit der oben genannten Durchströmung verbinden lässt, wenn man die Durchströmung mittels eines an die Bohrung angeschlossenen Unterdrucks antreibt. Schließlich wird die Flachfeder durch eine Buchse, die in die Hülse eingedrückt oder eingeschraubt wird, an eine Planfläche der Hülse axial angedrückt und reibschlüssig radial festgelegt.
Die Flachfeder muss wegen der Anordnung in der Hubkolbenpumpe mindestens einen Durchbruch aufweisen, damit die Flüssigkeit von dem Auslassventil zum Auslass strömen kann. Vorteilhafterweise sind die Durchbrüche so ausgeführt, dass symmetrische Stege verbleiben, und diese Stege sind in ihrer Breite so bemessen, dass als Funktion des Radius die Biegespannungen im Material annähernd gleich bleiben.
Durch die Verwendung einer Flachfeder als Federelement und als Dichtkörper kann der Bereich des Auslassventils kurz ausgeführt werden.
Für die erfindungsgemäße Ausführung ist ein sicheres und automatisierbares Montageverfahren beschrieben.
Das erfindungsgemäße Auslassventil wird hier im Zusammenwirken mit einer beispielhaften Bauform einer elektromagnetisch angetriebenen Hubkolbenpumpe beschrieben, sie kann aber in äquivalenter Weise auch in anderen Bauformen von elektromagnetisch angetriebenen Hubkolbenpumpen zum Einsatz kommen, soweit mindestens ein Rückschlagventil zur Steuerung des Volumenstroms angewandt wird.
Anwendung:
Die erfindungsgemäße Hubkolbenpumpe wird zur Förderung und/oder zur Dosierung von Flüssigkeit verwendet, vorzugsweise in mobilen Heizungsanlagen, in Abgasreinigungsanlagen in Fahrzeugen und in Anlagen zur elektrischen Energieerzeugung mit Brennstoffzellen.
Bilder:
1 zeigt eine Dosierpumpe der erfindungsgemäßen Bauart
2 zeigt das Detail des Auslassventils mit einem Dichtkörper, der eine Einprägung aufweist.
3 und 4 zeigen eine Sicht auf den Dichtkörper
Beispielhafte Ausführung
Eine Hubkolbenpumpe (1), wie in 1 gezeigt, dosiert und/oder fördert Flüssigkeit durch Verdrängung mittels eines in einem Zylinder (3) beweglichen Kolbens (2). Dabei wird der Kolben (2) von einem Magnetanker (4) in einer ersten Richtung und einer Rückstellfeder (5) in einer anderen Richtung angetrieben. Die Bewegung der Flüssigkeit wird durch zwei Ventile gesteuert, nämlich durch das Einlassventil (6) und das Auslassventil (7), das aus einem Dichtsitz (11) und einem Dichtkörper (12) besteht. Der Magnetanker ist Teil eines elektromagnetischen Kreises, der daneben aus einer Spule, einem Joch, einem Pol und dem Gehäuse der Hubkolbenpumpe besteht.
Der Dichtkörper (12) des Auslassventils (7) ist als Flachfeder ausgeführt und besteht aus einem dünnen Blech mit einen Dicke zwischen 0,02 und 2 mm, ist an seinem äußeren Rand an einer Hülse (13) axial abgestützt und durch eine Buchse (14) axial und radial festgelegt, weist mindestens einen Durchbruch (15) auf und besteht aus einem harten, elastisch verformbaren Material.
Gemäß 2 weist der Dichtkörper (12) in seiner Mitte eine kugelkalottenförmige Einprägung (18) auf, die gegen einen Dichtsitz (11) wirkt, der keine hervorstehenden Formelemente, sondern im Übergang zur mittig angeordneten Bohrung (19) eine scharfkantige Begrenzung, eine umlaufende Fase oder einen umlaufenden Kantenradius als Dichtfläche nutzt. Dabei ist der Dichtsitz (11) in der Hülse (13) angeformt, wobei die Hülse (13) aus einem metallischen Werkstoff besteht. Der Dichtkörper (12) ist dabei radial an dem Dichtsitz (11) ausgerichtet und weist bezüglich der Hülse (13) ein radiales Spiel auf. Die Buchse (14) legt den Dichtkörper (12) radial reibschlüssig fest, indem sie ihn axial gegen eine Planfläche der Hülse (13) drückt.
Das Einlegeteil (16) begrenzt den Weg des Kolbens (2) in einer Richtung, dient als Anschlagdämpfer für den Kolben (2) und im Falle eines Betriebszustandes, der durch eine mittels der Rückstellfeder (5) bewirkten Ruhelage des Kolbens (2) charakterisiert ist, dichtet es die Hubkolbenpumpe gegen eine unerwünschte Leckageströmung vom Einlass (9) zum Auslass (8) der Hubkolbenpumpe ab, wobei auch relativ hohe Drücke abgedichtet werden, weil der Druck an dem Einlass der Hubkolbenpumpe die Dichtwirkung verstärkt.
In einer vorteilhaften Ausführung, wie in 3 oder 4 dargestellt, enthält der Dichtkörper (12) eine Mehrzahl von Durchbrüchen (15), die gerade oder spiralig geformte Stege (20) übriglassen, wobei die Breite der Stege als Funktion des Radius so bemessen ist, dass die Biegespannung im Material der Stege des Dichtkörpers annähernd konstant ist.
Zum Zusammenbau einer erfindungsgemäßen Hubkolbenpumpe mit dem eingeprägten Dichtkörper (12) gemäß 2, 3 oder 4 wird der Dichtkörper in die Hülse (13) eingelegt und radial mit seiner Einprägung (18) zu der Bohrung (19) ausgerichtet. Danach wird der Dichtkörper durch eine drückende Hilfsvorrichtung oder durch eine Luftabsaugung, die auf die Bohrung (19) wirkt, an einer radialen Verlagerung gehindert, und in die Hülse (13) wird die Buchse (14) eingedrückt oder eingeschraubt, wobei die Buchse (14) den Dichtkörper (12) gegen eine Planfläche der Hülse (13) presst und durch Reibschluss auch radial festlegt.
Bezugszeichenliste

1: Hubkolbenpumpe
2: Kolben
3: Zylinder
4: Magnetanker
5: Rückstellfeder
6: Einlassventil
7: Auslassventil
8: Auslass
9: Einlass
11: Dichtsitz
12: Dichtkörper
13: Hülse
14: Buchse
15: Durchbruch
16: Einlegeteil
18: Einprägung
19: Bohrung
20: Steg

Claims

Hubkolbenpumpe (1) zum Dosieren und/oder zum Fördern einer Flüssigkeit durch Verdrängung mittels eines in einem Zylinder (3) bewegten Kolbens (2), wobei der Kolben (2) von einem Magnetanker (4) in einer ersten Richtung und einer Rückstellfeder (5) in einer anderen Richtung angetrieben wird, und wobei die Bewegung der Flüssigkeit durch zwei Ventile gesteuert wird, nämlich durch ein Einlassventil (6) und ein Auslassventil (7), das aus einem Dichtsitz (11) und einem Dichtkörper (12) besteht dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtkörper (12) des Auslassventils (7) • aus einem dünnen Blech mit einer Dicke zwischen 0,02 und 2 mm besteht • an seinem äußeren Rand an der Hülse (13) axial abgestützt ist • durch eine Buchse (14) axial und reibschlüssig radial festgelegt ist • mindestens einen Durchbruch (15) aufweist • aus einem harten, elastisch verformbaren Material besteht • in seiner Mitte eine kugelkalottenförmige Einprägung (18) aufweist • radial an dem Dichtsitz (11) ausgerichtet ist und bezüglich der Hülse (13) ein radiales Spiel aufweist wobei der Dichtsitz (11) in der Hülse (13), die aus einem metallischen Werkstoff besteht, angeformt ist.
Hubkolbenpumpe nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtkörper (12) eine Mehrzahl von Durchbrüchen (15) enthält, die gerade oder spiralig geformte Stege (20) übriglassen, wobei die Breite der Stege als Funktion des Radius so bemessen ist, dass die Biegespannung im Material der Stege des Dichtkörpers annähernd konstant ist.
Verfahren zum Zusammenbau einer Hubkolbenpumpe nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass ein Dichtkörper (12) in eine Hülse (13) eingelegt und radial mit seiner Einprägung (18) zu einer Bohrung (19) ausgerichtet wird, und dass danach der Dichtkörper durch eine Luftabsaugung an einer Verlagerung gehindert wird und schließlich eine Buchse (14) in die Hülse (13) eingedrückt oder eingeschraubt wird, wobei die Buchse (14) den Dichtkörper (12) gegen eine Planfläche der Hülse (13) presst und durch Reibschluss radial festlegt.