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Die Erfindung betrifft eine Pumpe zur Förderung einer Flüssigkeit. Die Pumpe kann beispielsweise in einem Kraftfahrzeug verwendet werden, um ein flüssiges Additiv zu einer Abgasbehandlungsvorrichtung zu fördern.
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In Kraftfahrzeugen sind Abgasbehandlungsvorrichtungen verbreitet, in denen die Abgase einer Verbrennungskraftmaschine mit Hilfe eines flüssigen Additivs gereinigt werden. Ein in derartigen Abgasbehandlungsvorrichtungen durchgeführtes Abgasreinigungsverfahren ist das Verfahren der selektiven katalytischen Reduktion [SCR-Verfahren; SCR = Selective Catalytic Reduction]. Bei diesem Verfahren werden Stickstoffoxidverbindungen im Abgas mit Hilfe eines Reduktionsmittels zu unschädlichen Substanzen reduziert. Als Reduktionsmittel wird üblicherweise Ammoniak eingesetzt. Ammoniak wird einer Abgasbehandlungsvorrichtung oft nicht direkt zugeführt. Vielmehr wird der Abgasbehandlungsvorrichtung ein flüssiges Additiv zugeführt, welches im Abgas zu Ammoniak umgesetzt wird. Ein solches flüssiges Additiv wird auch als Reduktionsmittelvorläuferlösung bezeichnet. Die Umsetzung des flüssigen Additivs in der Abgasbehandlungsvorrichtung erfolgt thermisch (aufgrund der Wärme der Abgase) und/oder hydrolytisch (unterstützt durch einen Hydrolysekatalysator). Als flüssiges Additiv für das SCR-Verfahren ist Harnstoff-Wasser-Lösung weit verbreitet. Eine 32,5 prozentige Harnstoff-Wasser-Lösung ist unter dem Handelsnamen AdBlue® erhältlich. Die hier beschriebene Pumpe ist insbesondere für die Förderung und Bereitstellung von derartigem flüssigem Additiv geeignet.
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Eine Pumpe für die Förderung und Bereitstellung eines flüssigen Additivs kann üblicherweise auch eine Dosierfunktion ausführen. Mit einer Dosierfunktion ist gemeint, dass die Pumpe gezielt eine von einem Steuergerät vorgegebene Menge des flüssigen Additivs fördert und bereitstellt. Die Genauigkeit, mit der die tatsächlich geförderte Menge des flüssigen Additivs der angeforderten Menge entspricht, ist für die erfolgreiche Abgasreinigung in der Abgasbehandlungsvorrichtung entscheidend. Wenn zu viel flüssiges Additiv bereitgestellt wird, kann aus der Abgasbehandlungsvorrichtung Ammoniak austreten. Wenn zu wenig flüssiges Additiv bereitgestellt wird, werden die Stickstoffoxidverbindungen im Abgas nicht vollständig umgesetzt. Die Pumpe sollte daher eine möglichst genaue Dosierung ermöglichen. Eine hohe Dosiergenauigkeit sollte auch unabhängig von der Alterung der Pumpe während der gesamten Lebensdauer der Pumpe erreicht werden.
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Bei Pumpen zur Förderung und Bereitstellung der beschriebenen flüssigen Additive ist außerdem problematisch, dass die flüssigen Additive einfrieren können. Die oben beschriebene Harnstoff-Wasser-Lösung friert beispielsweise bei –11 °C ein. Derart niedrige Temperaturen können bei Kraftfahrzeugen beispielsweise während langer Stillstandphasen im Winter auftreten. Beim Einfrieren tritt eine Volumenausdehnung des flüssigen Additivs auf. Diese Volumenausdehnung kann zu einer Beschädigung oder sogar zu einer Zerstörung der Pumpe führen. Die Pumpe sollte daher einfrierbeständig ausgelegt sein, so dass eine Volumenausdehnung des flüssigen Additivs aufgenommen werden kann, ohne dass die Pumpe dabei beschädigt oder zerstört wird.
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Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung, die im Zusammenhang mit dem Stand der Technik geschilderten technischen Probleme zu lösen bzw. zumindest zu lindern. Es soll insbesondere eine besonders vorteilhafte Pumpe zur Förderung einer Flüssigkeit beschrieben werden, die einerseits einfrierbeständig ist und die darüber hinaus bei der Dosierung des flüssigen Additivs eine hohe Genauigkeit hat, wobei der Einfluss der Alterung der Pumpe auf die Genauigkeit der Dosierung gering ist.
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Diese Aufgaben werden gelöst mit einer Pumpe gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Pumpe sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
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Erfindungsgemäß ist eine Pumpe zur Förderung einer Flüssigkeit aufweisend ein Pumpengehäuse mit mindestens einem Einlass und mindestens einem Auslass. In dem Pumpengehäuse ist ein Exzenter drehbar angeordnet, der von einer verformbaren Membran umgeben ist, wobei die verformbare Membran und das Pumpengehäuse mindestens einen Förderweg von dem mindestens einen Einlass zu dem mindestens einen Auslass begrenzen und mindestens eine Abdichtung des Förderwegs ausbilden, wobei die Abdichtung durch eine Bewegung des Exzenters entlang des Förderwegs verschiebbar ist. Zwischen dem Exzenter und der verformbaren Membran ist eine Federlage angeordnet, mit der der Exzenter und die verformbare Membran gegeneinander verspannt sind.
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Die Pumpe ist insbesondere dafür geeignet, eines der weiter oben beschriebenen flüssigen Additive für die Abgasreinigung zu fördern und gleichzeitig genau dosiert bereitzustellen.
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Das Pumpengehäuse ist vorzugsweise nach Art eines flachen Zylinders oder eines flachen Rings geformt. Mit dem Begriff "flach" ist hier insbesondere gemeint, dass der Durchmesser des Pumpengehäuses größer ist als die Höhe des Pumpengehäuses. Durch das Pumpengehäuse hindurch erstreckt sich eine Achse. Der Exzenter ist drehfest an dieser Achse befestigt. Wenn die Achse gedreht wird, dreht sich der Exzenter in dem Pumpengehäuse. Der Exzenter ist also gegenüber dem Pumpengehäuse drehbar. Bevorzugt existieren jeweils genau ein Einlass und ein Auslass. Der Einlass und der Auslass sind vorzugsweise an einer Umfangsfläche des Pumpengehäuses angeordnet. Wenn im Folgenden von der Umfangsfläche und/oder den Stirnflächen des Pumpengehäuses die Rede ist, sind hiermit jeweils die jeweiligen Innenflächen (zum Innenraum des Pumpengehäuses hin gewandten Flächen) des Pumpengehäuses gemeint.
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Die verformbare Membran bildet vorzugsweise ein ringförmiges Element, welches um den Exzenter herum und zwischen dem Exzenter und dem Pumpengehäuse angeordnet ist. Die verformbare Membran und das Pumpengehäuse bilden einen zusammenhängenden fluiddichten Förderweg, der sich von dem Einlass zu dem Auslass erstreckt. Der Förderweg kann als ringförmiger Kanal zwischen der Wand des Gehäuses und der verformbaren Membran angesehen werden. Mit dem Begriff "fluiddicht" ist hier gemeint, dass die verformbare Membran an dem Gehäuse abgedichtet ist, so dass außer über den Einlass und den Auslass keine Flüssigkeit in den Förderweg gelangen kann. Dazu liegt die verformbare Membran bevorzugt abschnittsweise fluiddicht an dem Gehäuse an. Es ist zusätzlich möglich, dass die verformbare Membran mit dem Gehäuse abschnittsweise verbunden ist. Die verformbare Membran kann auch an das Gehäuse geklebt sein. Die Verbindung der verformbaren Membran mit dem Gehäuse ist insbesondere so ausgebildet, dass der als ringförmiger Kanal ausgebildete Förderweg durch die Verbindung nicht unterbrochen wird. Die verformbare Membran kann beispielsweise um eine Umfangsfläche des Pumpengehäuses herum gebogen sein und in einem Randbereich der verformbaren Membran mit dem Gehäuse verklebt sein. Auch ist es möglich dass die verformbare Membran fluiddicht an zwei aneinander gegenüberliegenden Stirnflächen des Gehäuses anliegt.
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Vorzugsweise ist der Exzenter so angeordnet, dass die verformbare Membran verformt bzw. gewalkt wird, wenn der Exzenter gedreht wird. Der Exzenter drückt die verformbare Membran zumindest an einer Stelle gegen das Gehäuse und insbesondere gegen eine Umfangsfläche des Gehäuses. Hierdurch berührt die verformbare Membran das Gehäuse und insbesondere die Umfangsfläche des Gehäuses an dieser Stelle, so dass eine Abdichtung ausgebildet ist. Die Abdichtung ist fluiddicht und damit für die Flüssigkeit in dem Förderweg nicht passierbar. An der Abdichtung ist also der Förderweg unterbrochen. Beim Drehen des Exzenters und der daraus resultierenden Verformung der Membran wird die Abdichtung verschoben. Wenn der Exzenter mit einer Rotationsrichtung gedreht wird, die einer Förderrichtung von dem Einlass zu dem Auslass entspricht, wird die Abdichtung entlang des Förderwegs von dem Einlass zu dem Auslass verschoben. Hierdurch wird die Flüssigkeit von dem Einlass in den Förderweg gesaugt. Gleichzeitig wird die Flüssigkeit durch den Auslass aus dem Förderweg hinausgedrückt.
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Zwischen der verformbaren Membran und dem Exzenter befindet sich eine Federlage. Mit einer Federlage ist insbesondere eine ringförmige Schicht gemeint, die die verformbare Membran von dem Exzenter trennt und die gleichzeitig ein Kontaktmittel von dem Exzenter zu der verformbaren Membran ausbildet. Damit, dass die Federlage zwischen dem Exzenter und der verformbaren Membran verspannt ist, ist insbesondere gemeint, dass die Federlage durch die verformbare Membran und den Exzenter zusammengedrückt ist. Der Exzenter und die verformbare Membran setzen die Federlage unter eine Druckspannung. Die Federlage überträgt eine vom Exzenter ausgeübte Kraft auf die verformbare Membran, so dass einerseits der Förderweg von dem Einlass zu dem Auslass ausgebildet ist und außerdem die mindestens eine Abdichtung des Förderwegs existiert.
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Vorzugsweise wird die verformbare Membran bei der Drehung des Exzenters ebenfalls zumindest bereichsweise (insbesondere im Bereich der Abdichtung) zusammengedrückt. Die verformbare Membran und die Federlage bilden also zusammen ein Federsystem zwischen dem Gehäuse und dem Exzenter, welches bei der Drehung des Exzenters zusammengewalkt wird.
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Die Federlage zwischen der verformbaren Membran und dem Exzenter hat den Effekt, die auf die verformbare Membran wirkenden Kräfte zu reduzieren und/oder zu vergleichmäßigen. Die auf die verformbare Membran wirkenden Kräfte sind im Bereich der mindestens einen Abdichtung am größten, weil die verformbare Membran dort an das Gehäuse angedrückt wird. Durch die Federlage wird die an der Position der Abdichtung wirkende Kraft gleichmäßig verteilt.
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Als besondere Ausführungsvariante der Federlage können auch an dem Exzenter selbst Mittel zur Verspannung der verformbaren Membran vorgesehen sein. Diese Mittel können auch in den Exzenter integriert sein. Der Exzenter kann beispielsweise mindestens einen federnd gelagerten Abschnitt aufweisen, der die verformbare Membran verspannt. Der mindestens eine federnd gelagerte Abschnitt kann beispielsweise als Nocke ausgeführt sein, welche in einer Aufnahme des Exzenters verschiebbar gelagert ist und welche zum Verspannen von einem Federelement gegen die verformbare Membran gedrückt wird. Es können mehrere derartiger Aufnahmen, Federelemente und Nocken an dem Exzenter angeordnet sein. Durch eine Mehrzahl von derartigen Aufnahmen, Federelementen und Nocken kann eine gleichmäßige Verspannung der verformbaren Membran erreicht werden.
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Die beschriebene Pumpe ermöglicht eine sehr genaue Dosierung der Flüssigkeit. Durch die Drehung des Exzenters erfolgt eine Förderung der Flüssigkeit. Die geförderte Menge der Flüssigkeit ist dabei von dem Drehwinkel bzw. der Drehgeschwindigkeit des Exzenters abhängig. In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante besteht sogar zumindest abschnittsweise ein linearer Zusammenhang zwischen dem Drehwinkel und der geförderten Menge. Mit dem Begriff "abschnittsweise" ist hier insbesondere gemeint, dass dieser lineare Zusammenhang nur im Bereich bestimmter Positionen der mindestens einen Abdichtung innerhalb des Gehäuses vorliegt. Der lineare Zusammenhang liegt beispielweise nicht vor, wenn die mindestens eine Abdichtung den Einlass oder den Auslass der Pumpe überstreicht.
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Ein weiterer Vorteil der beschriebenen Pumpe ist die hohe Beständigkeit gegenüber einer Volumenausdehnung der Flüssigkeit, die im Einfrierfall auftreten kann. Durch die hohe Flexibilität der Federlage und der verformbaren Membran kann die Pumpe eine Volumenausdehnung im Einfrierfall aufnehmen und wird dabei nicht beschädigt.
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Weiterhin ist die Pumpe vorteilhaft, wenn zwischen dem Auslass und dem Einlass ein Abdichtmittel vorgesehen ist, das eine Strömung des flüssigen Additivs von dem Auslass zu dem Einlass entgegen einer Förderrichtung verhindert.
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Das (freistehende) Abdichtmittel kann beispielsweise durch eine lokale Aufdickung oder Versteifung der verformbaren Membran realisiert sein. Auch ist es möglich, dass das Abdichtmittel durch eine Nase in dem Pumpengehäuse ausgebildet ist, die den Abstand zwischen dem Exzenter und dem Pumpengehäuse an der Stelle zwischen dem Auslass und dem Einlass lokal verkleinert. Durch eine solche Nase oder eine solche Aufdickung der verformbaren Membran kann gewährleistet werden, dass die verformbare Membran an der Position zwischen dem Auslass und dem Einlass immer direkt an dem Pumpengehäuse anliegt und so eine fluiddichte, unbewegliche Abdichtung zwischen dem Pumpengehäuse und der verformbaren Membran ausgebildet ist. Ein solches Abdichtmittel ermöglicht es, eine Rückströmung von flüssigem Additiv innerhalb der Pumpe zu verhindern. Hierdurch können die Effektivität und der Wirkungsgrad der Pumpe verbessert werden.
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Weiterhin ist eine Pumpe vorteilhaft, wenn die verformbare Membran in einer radialen Richtung ausgehend von einer Rotationsachse des Exzenters, eine erste Federkonstante hat und die Federlage in dieser radialen Richtung eine zweite Federkonstante hat, wobei die zweite Federkonstante kleiner ist als die erste Federkonstante.
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Die Federkonstante gibt an, welche Kraft notwendig ist, um die verformbare Membran bzw. die Federlage zusammenzudrücken. Die Federkontante wird hier in Newton pro Quadratzentimeter Membranfläche pro Zentimeter Weglänge angegeben, wobei die Weglänge den Weg bezeichnet um den die verformbare Membran bzw. die Federlage zusammengedrückt wird. Die Kraft, die notwendig ist, um die Federlage zusammenzudrücken ist also vorzugsweise kleiner als die Kraft, die notwendig ist, um die verformbare Membran zusammenzudrücken. Dies bewirkt, dass die Federlage Ungleichmäßigkeiten in der Flexibilität und/oder der Dicke der verformbaren Membran ausgleicht. Wenn die verformbare Membran beispielsweise mit ungleichmäßiger Dicke gefertigt ist, dann verformt sich die Federlage zwischen der verformbaren Membran und dem Exzenter derart, dass die Ungleichmäßigkeiten der Dicke der verformbaren Membran hierdurch ausgeglichen werden. Dies verringert die Fertigungstoleranzen, die bei der Fertigung einer beschriebenen Pumpe eingehalten werden müssen.
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Weiterhin ist die beschriebene Pumpe vorteilhaft, wenn die verformbare Membran aus einem Polymerwerkstoff ist, der unter Einwirkung der Flüssigkeit aufquellen kann, so dass sich zumindest eine Dicke oder eine Federkonstante der verformbaren Membran in radialer Richtung verändert.
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Insbesondere in dem Fall, dass die Flüssigkeit flüssiges Additiv zur Abgasreinigung ist, wird die Flüssigkeit in die verformbare Membran eindringen und die Dicke bzw. die Federkonstante der verformbaren Membran hierdurch verändern. Dieser Prozess dauert relativ lange, so dass er während des Einsatzes einer beschriebenen Pumpe in einem Kraftfahrzeug im Laufe der Zeit auftritt bzw. sich im Laufe der Zeit immer weiter verstärkt.
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Die Federlage ist vorzugsweise so eingerichtet, dass sie keiner und/oder im Vergleich zur verformbaren Membran nur einer geringen Veränderung durch Alterung unterliegt. In dem Fall, dass die verformbare Membran durch Aufquellen dicker wird, wird die Federlage in den Bereichen, in denen die verformbare Membran dicker geworden ist, einfach weiter komprimiert. Dies ist insbesondere ohne Weiteres möglich, wenn die Federkonstante der Federlage im Vergleich zur Federkonstante der verformbaren Membran kleiner ist.
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Die Membran kann sich auch unabhängig von der geförderten Flüssigkeit durch Alterung verändern. Die verformbare Membran ist typischerweise aus einem vernetzten polymeren Werkstoff. Ein solcher Werkstoff vernetzt sich im Laufe der Zeit weiter, so dass die Steifigkeit der verformbaren Membran zunimmt. Eine solche Veränderung der verformbaren Membran kann durch die Federlage ebenfalls kompensiert werden. Wenn die Federkonstante der verformbaren Membran infolge von Alterung abnimmt, dann wird die Verformung der verformbaren Membran einfach in zunehmendem Maße durch die Verformbarkeit bzw. die Komprimierbarkeit der Federlage ersetzt.
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Weiterhin ist die Pumpe vorteilhaft, wenn zwischen der verformbaren Membran und der Federlage eine Abdichtschicht angeordnet ist, die ein Eindringen der Flüssigkeit von der verformbaren Membran in die Federlage verhindert.
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Eine solche Abdichtschicht kann beispielsweise durch eine fluiddichte Einlage ausgebildet sein, die zwischen der Federlage und der verformbaren Membran liegt. Diese fluiddichte Einlage ist vorzugsweise fluiddicht mit dem Pumpengehäuse verbunden, so dass auch keine Flüssigkeit an der Abdichtschicht vorbei von der verformbaren Membran in die Federlage eindringen kann. Durch eine Abdichtschicht kann die Federlage wirkungsvoll vor der Flüssigkeit geschützt werden. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn in der Federlage durch die Flüssigkeit ebenfalls eine Alterung und/oder eine Veränderung auftreten könnte.
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Weiterhin ist die Pumpe vorteilhaft, wenn die Federlage eine Vielzahl von Federelementen umfasst, die zwischen der verformbaren Membran und dem Exzenter verspannt sind.
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Die Federelemente in der Federlage sind in einer radialen Richtung ausgehend von einer Rotationsachse des Exzenters ausgerichtet, um so die verformbare Membran ausgehend von dem Exzenter hin zu dem Pumpengehäuse zusammenzudrücken. Jedes einzelne Federelement hat eine Federkonstante. Diese Federkonstanten der Federelemente definieren die Federkonstante der Federlage in radialer Richtung. Der Aufbau der Federlage mit einer Vielzahl von Federelementen ermöglicht einen besonders individuellen Aufbau der Federlage. Beispielsweise ist es möglich, auch einzelne Federelemente zu wechseln, wenn diese gealtert sind. Außerdem kann die Federkonstante der Federlage abschnittsweise erhöht oder erniedrigt werden, indem die einzelnen Federelemente entsprechend gewählt werden. Es können innerhalb einer Pumpe also auch unterschiedliche Federelemente Verwendung finden.
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Weiterhin ist die Pumpe vorteilhaft, wenn die Federlage ein elastisches Material umfasst, das zwischen der verformbaren Membran und dem Exzenter verspannt ist. Das elastische Material ist unter Einwirkung einer Kraft zusammendrückbar und hat daher eine Federkonstante.
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Das elastische Material kann beispielsweise ein Gewebe oder ein Schaum sein und einen metallischen Werkstoff oder einen Polymerwerkstoff umfassen. Wenn das elastische Material ein Schaum ist, dann ist dieser Schaum vorzugsweise offenporig, damit Gaseinschlüsse innerhalb des Schaums die Komprimierbarkeit des Schaums nicht beeinflussen. Das elastische Material erlaubt die Federlage besonders einfach und kostengünstig herzustellen.
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Weiterhin ist die Pumpe vorteilhaft, wenn der Exzenter einen äußeren Lagerring und einen inneren Exzenterabschnitt aufweist, wobei zwischen dem inneren Exzenterabschnitt und dem äußeren Lagerring mindestens ein Lager angeordnet ist, mit dem eine Drehbewegung des inneren Exzenterabschnitts in eine exzentrische Taumelbewegung des äußeren Lagerrings umgesetzt werden kann.
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Der innere Exzenterabschnitt ist dabei drehfest an einer Achse der Pumpe befestigt. Diese Achse ist mit einem Antriebsmotor der Pumpe verbunden. Durch die Achse wird der innere Exzenterabschnitt angetrieben. Der äußere Lagerring ist vorzugsweise mit der Federlage in Kontakt. Das Lager ermöglicht eine Umsetzung der Drehbewegung des Exzenterabschnitts auf den äußeren Lagerring. Durch eine Aufteilung des Exzenters in einen inneren Exzenterabschnitt und einen äußeren Lagerring mit einem dazwischen angeordneten Lager können Schubkräfte vermieden werden, die entstehen würden, wenn der Exzenter direkt drehbar wäre und die Drehbewegung des Exzenters unmittelbar auf die Federlage bzw. die verformbare Membran wirken würde. Hierdurch, wird das für den Antrieb des Exzenters notwendige Drehmoment erheblich reduziert. Das Lager kann ein Kugellager oder ein Rollenlager sein. Bevorzugt ist aber ein Rollenlager, weil ein Rollenlager für die Kraftübertragung von dem Exzenterabschnitt auf den äußeren Lagerring besonders geeignet ist.
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Die Erfindung findet insbesondere Anwendung bei einem Kraftfahrzeug, aufweisend eine Verbrennungskraftmaschine, eine Abgasbehandlungsvorrichtung zur Reinigung der Abgase der Verbrennungskraftmaschine und einen Tank in dem eine Flüssigkeit zur Abgasreinigung gespeichert ist, wobei die Flüssigkeit mit einer beschriebenen Pumpe von dem Tank zu der Abgasbehandlungsvorrichtung gefördert werden kann.
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Die Flüssigkeit ist vorzugsweise ein flüssiges Additiv für die Abgasreinigung. In der Abgasbehandlungsvorrichtung ist vorzugsweise ein SCR-Katalysator vorgesehen, an welchem Stickstoffoxidverbindungen im Abgas der Verbrennungskraftmaschine unter Zuhilfenahme des flüssigen Additivs zu unschädlichen Substanzen reduziert werden können. Der Tank und die Abgasbehandlungsvorrichtung sind vorzugsweise über eine Leitung miteinander verbunden. Die Leitung mündet über einen Injektor in die Abgasbehandlungsvorrichtung. Mit dem Injektor kann eine Abgabe der Flüssigkeit in die Abgasbehandlungsvorrichtung durchgeführt werden. Die Pumpe ist an der Leitung angeordnet, so dass das flüssige Additiv aus dem Tank von der Pumpe angesaugt und über die Leitung zu dem Injektor gefördert werden kann.
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Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen bevorzugte Ausführungsbeispiele, auf die die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Es zeigen:
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1: eine Pumpe des Stands der Technik,
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2: eine Ausführungsvariante der beschriebenen Pumpe,
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3: eine weitere Ausführungsvariante der beschriebenen Pumpe,
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4: noch eine weitere Ausführungsvariante der beschriebenen Pumpe,
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5: einen Schnitt durch eine Ausführungsvariante der beschriebenen Pumpe,
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6: einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsvariante der beschriebenen Pumpe,
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7: eine vereinfachte dreidimensionale Darstellung der beschriebenen Pumpe, und
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8: ein Kraftfahrzeug, aufweisend eine beschriebene Pumpe.
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Einige der in 1 bis 6 dargestellten Merkmale einer Pumpe 1 sollen hier zunächst gemeinsam erläutert werden. Die Pumpe 1 hat ein Pumpengehäuse 2 mit einer Umfangsfläche 31. Durch die Umfangsfläche 31 münden ein Einlass 3 und ein Auslass 4 in das Pumpengehäuse 2 ein. Vorzugsweise hat das Pumpengehäuse 2 darüber hinaus zwei Stirnflächen 30, die das Pumpengehäuse 2 in axialer Richtung begrenzen. In dem Pumpengehäuse 2 ist ein Exzenter 5 angeordnet, der von einer verformbaren Membran 6 umgeben ist. Zwischen dem Pumpengehäuse 2 und dem Exzenter 5 befindet sich ein Förderweg 7 von dem Einlass 3 zu dem Auslass 4. Der Förderweg 7 ist für die Flüssigkeit von dem Einlass 3 zu dem Auslass 4 passierbar, jedoch ist der Förderweg 7 an einer Stelle unterbrochen, an der eine Abdichtung 8 ausgebildet ist. Die Abdichtung 8 ist dadurch ausgebildet, dass die verformbare Membran 6 fluiddicht an dem Pumpengehäuse 2 bzw. an der Umfangsfläche 31 des Pumpengehäuses 2 anliegt. Durch eine Drehung des Exzenters 5 um eine Rotationsachse 12 wird die verformbare Membran 6 verformt und die Abdichtung 8 entlang des Förderwegs 7 von dem Einlass 3 zu dem Auslass 4 verschoben. Dadurch ergibt sich eine Förderung von Flüssigkeit entlang einer Förderrichtung 19 von dem Einlass 3 zu dem Auslass 4. Zwischen dem Auslass 4 und dem Einlass 3 ist ein Abdichtmittel 14 vorgesehen, das zusammen mit der verformbaren Membran 6 eine unbewegliche Abdichtung 33 zwischen der verformbaren Membran 6 und dem Pumpengehäuse 2 ausbildet, die auch bei einer Drehbewegung des Exzenters 5 nicht verschoben wird und einen Rückfluss der Flüssigkeit von dem Auslass 4 zu dem Einlass 3 verhindert. In einer radialen Richtung 11 ausgehend von der Rotationsachse 12 der Pumpe betrachtet hat die verformbare Membran 6 eine Dicke 13. Diese Dicke 13 wird bei der Drehung des Exzenters 5 bereichsweise dadurch verändert, dass die verformbare Membran 6 zusammengedrückt wird. Dies geschieht beispielsweise im Bereich der Abdichtung 8, wo die verformbare Membran 6 gegen das Pumpengehäuse 2 gedrückt wird.
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Der Exzenter 5 besteht vorzugsweise aus einem inneren Exzenterabschnitt 18, welcher drehbar ist und mit der Achse 25 eines Antriebsmotors 24 der Pumpe 1 verbunden ist. Die Achse 25 liegt vorzugsweise in der Rotationsachse 12. Darüber hinaus besteht der Exzenter 5 vorzugsweise aus einem äußeren Lagerring 17, der durch das Lager 26 von dem inneren Exzenterabschnitt 18 getrennt ist. Durch das Lager 26 wird eine Drehbewegung des inneren Exzenterabschnitts 18 in eine exzentrische Taumelbewegung des äußeren Lagerrings 17 umgesetzt. Diese exzentrische Taumelbewegung wird auf die verformbare Membran 6 übertragen, um die Abdichtung 8 zu verschieben.
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Bei der Ausführungsvariante einer Pumpe 1 in 1 ist die verformbare Membran 6 auf den Exzenter 5 bzw. auf den äußeren Lagerring 17 des Exzenters 5 aufgebracht. Zwischen der verformbaren Membran 6 und dem Exzenter 5 ist keine Federlage angeordnet. Die Ausführungsvariante einer Pumpe gemäß 1 ist daher nicht Gegenstand der Erfindung.
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Bei einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsvariante der beschriebenen Pumpe 1 gemäß 2 ist zwischen dem Exzenter 5 bzw. dem äußeren Lagerring 17 des Exzenters 5 und der verformbaren Membran 6 eine Federlage 10 angeordnet, die dort verspannt ist. Diese Federlage 10 ist aus einer Mehrzahl von Federelementen 15 aufgebaut und hat in radialer Richtung 11 eine Federlagendicke 32.
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Bei einer zweiten Ausführungsvariante der beschriebenen Pumpe 1 gemäß 3 existiert ebenfalls eine Federlage 10 zwischen der verformbaren Membran 6 und dem Exzenter 5. Die Federlage 10 ist hier allerdings aus einem elastischen Material 16 gebildet und darüber hinaus gegenüber der verformbaren Membran 6 mit Hilfe einer Abdichtschicht 35 abgedichtet, damit von der verformbaren Membran 6 keine Flüssigkeit in die Federlage 10 eindringen kann. Auch diese Federlage 10 hat in radialer Richtung 11 eine Federlagendicke 32.
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Bei der dritten Ausführungsvariante einer beschriebenen Pumpe 1 gemäß 4 sind als Federlage an dem Exzenter 5 selbst Federelemente 15 ausgebildet, welche mindestens einen als Nocke 36 ausgeführten Abschnitt des Exzenters 5 gegen die verformbare Membran 6 verspannen. Die Nocke 36 und das Federelement 15 sind jeweils in einer Aufnahme an dem Exzenter 5 angeordnet. Die Aufteilung des Exzenters 5 auf einen inneren Exzenterabschnitt 18 und einen äußeren Lagering 17 mit einem dazwischen angeordneten Lager 26 ist bei der Ausführungsvariante gemäß 4 nicht dargestellt. Diese Merkmale können jedoch dem Ausführungsbeispiel aus 4 hinzugefügt werden.
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Die 5 zeigt beispielsweise die in 2 dargestellte Pumpe 1 in einer Schnittrichtung (siehe Pfeile in 2). Zu erkennen ist, dass der Förderweg 7 auf den beiden in 4 dargestellten Seiten der Pumpe 1 eine unterschiedliche Querschnittsfläche aufweist. Diese unterschiedliche Querschnittsfläche des Förderwegs 7 ergibt sich aufgrund der Exzentrizität des Exzenters 5, welche die verformbare Membran 6 so innerhalb des Pumpengehäuses 2 verschiebt, dass sich der Querschnitt des Förderwegs 7 regelmäßig verändert und eine (in 5 nicht dargestellte) Abdichtung entlang des Förderwegs 7 von dem Einlass zu dem Auslass verschoben wird. Die verformbare Membran 6 liegt an den Stirnflächen 30 des Gehäuses fluiddicht an. In 5 ist die Achse 25 mit dem Antriebsmotor 24 zu erkennen, welche den Exzenter 5 der Pumpe 1 antreibt.
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6 zeigt eine der 5 entsprechende Schnittansicht einer Pumpe 1. Das Gehäuse 2 ist hier frei von Stirnflächen ausgeführt und hat lediglich eine Umfangsfläche 31. Die verformbare Membran 6 ist um die Umfangsfläche 31 des Gehäuses 2 herum gebogen und mit ihren Randbereichen 34 mit dem Gehäuse 2 verbunden. So ist eine besonders fluiddichte Anbindung der verformbaren Membran 6 an das Gehäuse 2 ermöglicht.
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7 zeigt eine schematische Darstellung einer Pumpe 1 mit einem Pumpengehäuse 2 mit Einlass 3 und Auslass 4 in einer Isometrie. Zu erkennen sind die Rotationsachse 12 und die radiale Richtung 11. Die Achse 25 zum Antrieb des nicht dargestellten Exzenters innerhalb des Pumpengehäuses 2 und der Antriebsmotor 24 sind ebenfalls dargestellt.
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8 zeigt ein Kraftfahrzeug 20, aufweisend eine Verbrennungskraftmaschine 21 und eine Abgasbehandlungsvorrichtung 22 zur Reinigung der Abgase der Verbrennungskraftmaschine 21. Das Kraftfahrzeug 20 hat darüber hinaus einen Tank 23, in dem eine Flüssigkeit zur Abgasreinigung (insbesondere Harnstoff-Wasser-Lösung) gespeichert ist. Diese Flüssigkeit ist über eine Leitung 28 mit Hilfe einer Pumpe 1 zu einem Injektor 27 förderbar. Mit dem Injektor 27 kann die Flüssigkeit der Abgasbehandlungsvorrichtung 22 zugeführt werden. In der Abgasbehandlungsvorrichtung 22 ist ein SCR-Katalysator 29 vorgesehen, mit dem das Verfahren der selektiven katalytischen Reduktion zur Reinigung der Abgase der Verbrennungskraftmaschine 21 durchgeführt werden kann.
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Die beschriebene Pumpe ermöglicht eine besonders dosiergenaue Förderung von Flüssigkeit zu einer Abgasbehandlungsvorrichtung in einem Kraftfahrzeug. Die Pumpe unterliegt dabei nur einer sehr geringen Veränderung der Dosiermenge infolge von Alterungserscheinungen der Pumpe und ist darüber hinaus einfrierbeständig.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Pumpe
- 2
- Pumpengehäuse
- 3
- Einlass
- 4
- Auslass
- 5
- Exzenter
- 6
- verformbare Membran
- 7
- Förderweg
- 8
- Abdichtung
- 9
- Bewegung
- 10
- Federlage
- 11
- radiale Richtung
- 12
- Rotationsachse
- 13
- Membrandicke
- 14
- Abdichtmittel
- 15
- Federelement
- 16
- elastisches Material
- 17
- äußerer Lagering
- 18
- innerer Exzenterabschnitt
- 19
- Förderrichtung
- 20
- Kraftfahrzeug
- 21
- Verbrennungskraftmaschine
- 22
- Abgasbehandlungsvorrichtung
- 23
- Tank
- 24
- Antriebsmotor
- 25
- Achse
- 26
- Lager
- 27
- Injektor
- 28
- Leitung
- 29
- SCR-Katalysator
- 30
- Stirnfläche
- 31
- Umfangsfläche
- 32
- Federlagendicke
- 33
- unbewegliche Abdichtung
- 34
- Randbereich
- 35
- Abdichtschicht
- 36
- Nocke
- 37
- Aufnahme
