DE102013211164A1

DE102013211164A1 - Magnetaktor für ein Förderaggregat

Info

Publication number: DE102013211164A1
Application number: DE102013211164.9A
Authority: DE
Inventors: Marco Beier; Ralf Gragen
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-06-14
Filing date: 2013-06-14
Publication date: 2014-12-31

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Magnetaktor für ein Förderaggregat (10), insbesondere eine Membranpumpe für einen Betriebs-/Hilfsstoff an einem Fahrzeug. Das Förderaggregat (10) umfasst einen federbeaufschlagten Anker (43), der sich durch eine Magnetspule (14) erstreckt, und der auf eine Membran (44) einwirkt. Diese beaufschlagt entweder eine Pumpenkammer (106) oder öffnet oder verschließt einen Ventilsitz (48) an einer Ventilplatte (24). Der magnetische Fluss (104) verläuft durch magnetisch leitende Teile (40, 42, 60) und über mindestens einen Luftspalt (62, 74, 76). Der mindestens eine Luftspalt (62, 74, 76) ist entweder durch Flächen (80, 84, 86, 88) des Ankers (43) und der Magnetscheibe (60) oder eines Magnettopfes (40) begrenzt oder durch mindestens eine magnetkraftbeeinflussende Kante (118, 128, 130) am Anker (43) begrenzt.

Description

Stand der Technik
Aus DE 10 2009 028 027 A1 ist eine Fluid-Förderpumpe bekannt. Die Fluid-Förderpumpe umfasst mindestens einen Elektromagneten sowie einen Anker, der derart angeordnet ist, dass er sich in einem von dem Elektromagneten erzeugbaren elektromagnetischen Feld befindet. Ferner ist der durch dieses bewegbare Anker, insbesondere in einem mittleren Bereich einer Membran am Anker befestigt.
DE 10 2004 057 688 A1 offenbart eine Membranpumpe mit einer Pumpenmembran, einem Exzenterantrieb, einem Förderraum für ein Medium und einem von dem Förderraum durch die Pumpenmembran abgetrennten Aggregateraum. Als Verbindung mit dem Exzenterantrieb weist der Membrankörper in seinem Zentrum einen Stößelbolzen auf.
Für die Förderung, insbesondere von Betriebs-/Hilfsstoffen, wie beispielsweise eines Reduktionsmittels im Abgasnachbehandlungssystem von Kraftfahrzeugen werden Membranpumpen eingesetzt. Diese sind beispielsweise durch magnetische Hubaktoren betätigt, wozu Tauch- und Flachankermagnetkreise eingesetzt werden, welche mit zunehmendem Strom und abnehmendem Luftspalt höhere Magnetkräfte erzeugen. Dies führt zu einer zunehmenden Beschleunigung und somit auch zu höheren Geschwindigkeiten des Ankers in Richtung seines mechanischen Anschlags. Auftretende Anschläge verursachen jedoch relativ hohe Geräuschpegel.
Abhilfe wird dadurch geschaffen, dass der Anschlag des Ankers, beispielsweise durch Kunststoffeinlagen mechanisch gedämpft wird. Durch eine derartige Maßnahme kann zwar die Geräuschemission reduziert werden, jedoch sind derartige Lösungen mit einem relativ hohen Montageaufwand verbunden, ferner unterliegen die Anschlagstellen einem erhöhten Verschleiß.
Membranpumpen, die beispielsweise zum Rücksaugen des in einem Abgasnachbehandlungssystem zirkulierenden gefrierfähigen Reduktionsmittel eingesetzt werden, arbeiten in der Regel nach Abstellen des Fahrzeugs für einen Zeitraum von 30 sec und mehr und müssen einen besonders geräuscharmen Betrieb aufweisen. Ferner ist bei derartigen Pumpen sicherzustellen, dass diese während ihrer kurzen Betriebszeit das gefrierfähige Reduktionsmittel komplett aus nicht-eisdruckfesten Teilen des Abgasnachbehandlungssystems rücksaugen. Bei Automobilanwendungen werden unzulässig hohe Geräuschpegel, wie sie beim Anschlagen eines Ankers einer als Membranpumpe ausgebildeten Rücksaugpumpen an deren Anschlag im Betrieb auftreten können nicht toleriert und führen zu Reklamationen.
Darstellung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird ein Magnetaktor für eine Förderaggregat, insbesondere eine Membranpumpe für einen Betriebs-/Hilfsstoff an einem Fahrzeug vorgeschlagen, welcher einen federbeaufschlagten Anker, der sich durch eine Magnetspule erstreckt, aufweist und auf eine elastische Membran einwirkt, die entweder eine Pumpenkammer beaufschlagt oder einen Ventilsitz an einer Ventilplatte öffnet oder verschließt. Ein magnetischer Fluss durch magnetisch leitende Teile ist optimiert und verläuft über einen Luftspalt, der entweder durch Flächen des Ankers, einer Magnetscheibe oder eines Magnettopfes begrenzt ist oder der durch mindestens eine magnetkraftbeeinflussende Kante am Anker begrenzt ist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung verläuft der mindestens eine Luftspalt in vertikale Richtung und ist entlang des Hubwegs des Ankers konstant. Der in der Regel als rotationssymmetrisches Bauteil gefertigte Anker begrenzt den mindestens einen Luftspalt an seinem Außenradius durch eine Umfangsfläche. Der Anker kann ein- oder mehrteilig ausgebildet sein und in seiner mehrteiligen Variante einen Ankerbolzen umfassen, der aus nicht-magnetischen Material gefertigt ist. Auf den aus nicht-magnetischen Material gefertigten Ankerbolzen wird eine magnetische Eigenschaften aufweisende Ankerplatte aufgepresst oder anderweitig befestigt.
Um eine möglichst reibungsarme, klemmungsfreie Führung des Ankerbolzens des Ankers zu erreichen, kann dieser entweder in einer einteiligen Ankerführung oder in einer mehrteilig ausgebildeten Ankerführung in der Magnetspule geführt sein. Bei beiden Varianten ist gewährleistet, dass die Führungslänge des Ankerbolzens des Ankers so gewählt ist, dass ein Klemmen des Ankers während des Ankerhubs einerseits und andererseits eine möglichst reibungsarme Führung des Ankerbolzens in der ein- oder mehrteilig ausgebildeten Ankerführung gewährleistet bleibt.
Der Anker ist durch eine Druckfeder beaufschlagt, deren Druckkraft so dimensioniert ist, dass sie bei nicht-bestromter Magnetspule in der Lage ist, den Anker derart an die elastische Eigenschaften aufweisende Membran anzustellen, dass ein Ventilsitz zwischen dieser und einer Ventilplatte sicher geschlossen ist und gewährleistet ist, dass dieser solange geschlossen bleibt, wie die Magnetspule des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Magnetaktors nicht bestromt ist.
Der Anker kann beispielsweise eine Ausnehmung aufweisen, in der sich eine Druckfeder befindet. Durch die Druckfeder ist gewährleistet, dass der Anker den Ventilsitz einer zentralen Durchgangsbohrung der Ventilplatte verschließt. In einer Ausgestaltungsmöglichkeit kann der Anker einen ersten Kragen und einen zweiten Kragen aufweisen, an deren Außenradien jeweils radiale Arbeitsluftspalte liegen.
In einer weiteren Ausführungsmöglichkeit des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Magnetaktors für ein Förderaggregat, insbesondere für eine als Membranpumpe ausgebildete Rücksaugpumpe an einem Abgasnachbehandlungssystem, nimmt die durch den magnetischen Fluss erzeugte Kraft des Ankers während des Ankerhubes bis zum Erreichen eines bestimmten Hubes zu. Dies hat seine Ursache darin, dass die Übertrittsfläche des radialen Arbeitsluftspaltes zunimmt und damit die innere Energie des Magnetankers minimiert wird. Eine Überlappungsfläche wird durch zwei geometrische Kanten gebildet, so dass eine Magnetkraft beeinflussende Kante entsteht. Durch die Position des Ankers wird somit die Übertrittsfläche des magnetischen Flusses und dadurch die Magnetkraft beeinflusst. Wenn der Ankerhub eine Größe erreicht, ab der die Übertrittsfläche des magnetischen Flusses wieder abnimmt, nimmt auch die magnetische Kraft wieder ab. Dabei muss die maximale Magnetkraft nicht zwingend an der Position mit der größten Überlappungsfläche auftreten. Sie kann aufgrund von Asymmetrien innerhalb des Hubaktors auch kurz oberhalb oder kurz unterhalb dieses Punktes liegen. Durch die Ausgestaltung der Überlappungsfläche in Bezug auf den Ankerhub kann der Magnetkraftverlauf des Magnetaktors optimiert werden.
Die mindestens eine magnetkraftbeeinflussende Kante liegt bevorzugt am Außenradius des Ankers. Ferner kann gemäß dieser Ausführungsvariante die elastische Eigenschaften aufweisende Membran eine Pumpkammer verschließen. Der Pumpkammer sind zwei passive Ventile zugeordnet, über die ein Zulauf zur Pumpkammer und ein Ablauf zur Pumpkammer betätigbar sind. Die Ventile können dabei als Kugelventile oder Lippenventile oder dergleichen ausgeführt sein. Der Anker gemäß dieser Ausführungsvariante weist einen Ankerdorn auf, der die den Pumpenraum begrenzende Membran bei Kontakt deformiert und somit das Volumen des Pumpenraumes verringert, so dass ein im Auslass des Pumpenraumes angeordnetes Ventil öffnet und Betriebs-/Hilfsstoff aus der Pumpenkammer abströmt.
Vorteile der Erfindung
Die Vorteile des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Magnetaktors sind darin zu erblicken, dass die axiale Krafterzeugung über sich mindestens eine ändernde radiale Überlappungsfläche realisiert wird. Überschwinger des Ankers aufgrund von dessen kinetischer Energie können ausschwingen, da kein axialer Anschlag vorgesehen ist. Die auf den Anker durch die Druckfeder ausgeübte Rückstellkraft ist so hoch, dass bei nicht-bestromter Magnetspule der Ventilsitz gegen den zulaufseitigen Förderdruck abgedichtet werden kann. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Auslegung des Magnetaktors kann auf einen Anschlag für den Anker verzichtet werden, so dass infolgedessen kein Anschlaggeräusch entstehen kann. Die Auslegung ist somit allein auf die notwendige Fördermenge zu richten.
Mit der Auslegung des Magnetkreises kann sichergestellt werden, dass der Anker ohne einen mechanischen Anschlag auskommt bzw. dass ein gegebenenfalls vorgesehener mechanischer Anschlag vom Anker mit einer sehr geringen Geschwindigkeit und infolgedessen mit einem sehr geringen Impuls erreicht wird. Durch die konstruktive Ausgestaltung von magnetkraftbeeinflussenden Kanten innerhalb des Magnetkreises, beispielsweise am Außenumfang des Ankers ist es möglich, über den Ankerhub gesehen, zunächst einen zunehmende Magnetkraft aufweisenden Bereich und ab Erreichen eines bestimmten Ankerhubs einen wieder abnehmenden bis hin zu negativen Bremskräften verlaufenden Kraftverlauf der Magnetkraft zu realisieren. Durch eine derartige Konfiguration des Ankerhubes stellt sich ein schwebender Ankerhub ein, welcher durch ein Gleichgewicht zwischen Ankergegenkraft, zum Beispiel Druckkraft oder Federkraft und auf die bei Bestromung der Magnetspule auftretende Magnetkraft gegeben ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
Es zeigt:
1 eine als Rücksaugpumpe eingesetzte Membranpumpe gemäß des Standes der Technik,
2 eine erste Ausführungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Membranpumpe im Längsschnitt,
3 eine vergrößerte Darstellung der 2 mit in vertikale Richtung orientiertem Luftspalt und Ankerhub,
4 eine weitere Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Magnetaktors,
5 eine vergrößerte Darstellung des in 4 dargestellten erfindungsgemäß vorgeschlagenen Magnetaktors mit zwei sich im Wesentlichen in vertikale Richtung erstreckenden Luftspalten,
6 die Gegenüberstellung eines Kraft-/Hubverlaufes eines Tauchankers bzw. eines Flachankermagneten,
7 eine weitere, dritte Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Magnetaktors mit eingezeichnetem magnetischen Fluss,
8.1 und 8.2 die in 7 dargestellte dritte Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Magnetaktors in einer unteren Ankerposition (8.1) und in einer oberen Ankerposition (8.2) und
9 die Gegenüberstellung des Kraft-Hubverlaufes für Magnetaktoren gemäß der 7 mit einer magnetkraftbeeinflussenden Kante und gemäß der 8.1 und 8.2 zwei magnetkraftbeeinflussenden Kanten.
Der Darstellung gemäß 1 ist eine Rücksaugpumpe gemäß des Standes der Technik zu entnehmen, die ein Gehäuse 12 umfasst. In das Gehäuse 12 ist ein Magnetspule 14 eingelassen. Ein Magnettopf umfasst eine Druckfederaufnahme 16, die in eine Druckfeder 18 eingelassen ist. Die Druckfeder 18 beaufschlagt einen Anker 26 mit einer dornförmig ausgebildeten Federaufnahme. Unterhalb des Ankers 26 befindet sich eine Membrandichtung 20, die aus elastischem Material gefertigt ist. Die Membrandichtung 20 verschließt einen Dichtsitz 22, der sich zwischen der Membrandichtung 20 und einer Ventilplatte 24 befindet. Position 28 markiert einen Hauptluftspalt, der sich im Wesentlichen in horizontaler Richtung zwischen dem Magnettopf und der Oberfläche des Ankers 26 mit Federaufnahme erstreckt. Ferner umfasst die Membranpumpe 10 gemäß der Darstellung in 1 einen Nebenluftspalt 30, der sich ebenfalls in horizontale Richtung erstreckt. Über die Ventilplatte 24 werden ein Zulauf 32, an dem unter Förderdruck stehender Betriebs-/Hilfsstoff anliegt und ein dementsprechender Ablauf 34 gesteuert.
Ausführungsvarianten
Der Darstellung gemäß 2 ist eine erste Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Magnetaktors für eine als Rücksaugpumpe eingesetzte Membranpumpe zu entnehmen.
Die Membranpumpe 10 gemäß des Längsschnittes in 2 umfasst einen Magnettopf 40, der die Magnetspule 14 umschließt. Der Magnettopf 40 bildet eine einteilige Ankerführung 42, in der ein Ankerbolzen des Ankers 43 geführt ist. Der Anker 43 betätigt eine elastische Eigenschaften aufweisende Membran 44. Die Membran 44 verschließt beispielsweise einen durch eine eingeprägte Rille 46 dargestellten Ventilsitz 48. Auf der Oberseite der Membran 44 befindet sich eine umlaufende Vertiefung 50, die korrespondierend zum auf der anderen Seite der Membran 44 liegenden eingeprägten Rille 46 verläuft.
Die elastische Eigenschaften aufweisende Membran 44 ist beispielsweise über ein Halteblech 52 auf der Ventilplatte 24 gehalten. Die Ventilplatte 24 umfasst einen durchgehenden Kanal 54. Unterhalb der Ventilplatte 24, d.h. auf der der Membran 44 gegenüberliegenden Seite der Ventilplatte 24 befindet sich jeweils ein Rückschlagventil 56 zum Öffnen bzw. Verschließen des Zulaufs 32 sowie ein weiteres Rückschlagventil 58 zum Verschließen bzw. Öffnen des Ablaufs 34.
Des Weiteren zeigt der Längsschnitt gemäß 2 eine Magnetscheibe 60, welche Teil eines magnetischen Kreises ist, in welchem der magnetische Fluss 104 verläuft. Zum magnetischen Kreis zählen der Anker 43, die Magnetscheibe 60 sowie der Magnettopf 40.
Mit Bezugszeichen 90 ist ein Außenradius des Ankers 43 bezeichnet, der eine einen Luftspalt begrenzende Fläche definiert, wie in Zusammenhang mit 3 noch eingehender beschrieben werden wird.
3 zeigt in vergrößerter Darstellung einen Luftspalt an der ersten Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Magnetaktors gemäß 2.
3 zeigt in vergrößertem Maßstab, dass ein in sich im Wesentlichen in vertikale Richtung erstreckender Luftspalt 62 bei Ausführung des Ankerhubs 64 entlang der Magnetscheibe 60 des magnetischen Kreises im Wesentlichen konstant bleibt. Der magnetische Fluss 104 verläuft initiiert durch die Magnetspule 14 durch den Magnettopf 40, dem Anker 43 über den in vertikale Richtung orientierten Luftspalt 62 in die Magnetscheibe 60 und dort zurück in den Magnettopf 40. 4 ist zu entnehmen, dass der Außenradius 90 des Ankers 43 eine den Luftspalt 62 begrenzende Fläche darstellt. Die andere den Luftspalt 62, der sich im Wesentlichen in vertikale Richtung erstreckt, begrenzende Fläche ist durch den Innenradius der Magnetscheibe 60 des magnetischen Kreises gebildet. Der Ankerhub 64 geht so weit, dass der magnetische Fluss 104 den energieärmsten Weg um die Magnetspule 14 nimmt. Überschwinger, die der Anker 43 aufgrund der ihm innenwohnende kinetischen Energie ausführt, haben ausreichend Platz, um abgebaut zu werden und ein Anschlag an mechanischen Komponenten sicher ausgeschlossen ist.
Die Rückstellkraft des Ankers 43 wird durch die Druckfeder gewährleistet, deren Kraft so hoch ist, um bei nicht-bestromter Magnetspule den Ventilsitz 48 (vergleiche Darstellung gemäß 2) gegen den zulaufseitigen Förderdruck abzudichten. Position 42 bezeichnet die in der Ausführung gemäß der 2 und 3 einteilig ausgebildete Ankerführung. Am Luftspalt 62 tritt kein Kontakt des Ankers 43 mit der Magnetscheibe 60 auf.
Der Darstellung gemäß 4 ist eine weitere zweite Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Magnetaktors zu entnehmen. 4 zeigt, dass in dieser Ausführungsvariante die als Rücksaugpumpe eingesetzte Membranpumpe eine mehrteilige Ankerführung 66, 68 aufweist. So befindet sich ein erster Teil 66 der mehrteiligen Ankerführung aufgenommen an dem Halteblech 52, das oberhalb der Ventilplatte 24 befestigt ist. Der zweite Teil 68 der mehrteilig ausgebildeten Ankerführung befindet sich auf der Oberseite des Magnettopfes 40. Wie aus 4 hervorgeht, ist aufgrund des Abstandes der beiden Teile 66, 68 bei der mehrteilig ausgebildeten Ankerführung eine Führungslänge 92 gegeben, die eine hohe Sicherheit gegen Klemmen eines Ankerbolzens 70 des Ankers 43 bei Ausführung des Ankerhubes 64 (vergleiche Darstellung gemäß 5) gewährleistet.
Der Ausführungsvariante gemäß 4 ist des Weiteren zu entnehmen, dass der Anker 43 in dieser Ausführungsvariante einen ersten Kragen 78 und einen zweiten Kragen 82 aufweist. Beide Kragen sind im Außenradius 90 ausgeführt und liegen einem inneren Radius 86 der Magnetscheibe 60 bzw. einem Innenradius des Magnettopfes 40 gegenüber und begrenzen dort jeweils vorliegende, sich im Wesentlichen in vertikale Richtung erstreckende Luftspalte (vergleiche Darstellung gemäß 5).
In der zweiten Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Magnetaktors befindet sich innerhalb des Magnettopfes 40 die Magnetspule 14, an deren oberen Stirnseite der erste Teil 68 der mehrteilig ausgebildeten Ankerführung befestigt ist. Der mehrteilig ausgebildete Anker 43 umfasst den aus nicht-magnetischem Edelstahl gefertigten Ankerbolzen 70, der in den beiden Teilen 66, 68 der mehrteiligen Ankerführung klemmsicher über die Führungslänge 92 geführt ist. Über das bereits erwähnte Halteblech 52 wird ein Teil der mehrteiligen Führung gehalten. Mit dem Anker 43, beispielsweise mit diesem formschlüssig verbunden, ist die elastische Eigenschaften aufweisende Membran 44, über welche der Dichtsitz 48, der sich an der Oberseite der Ventilplatte 24 befindet, geöffnet oder verschlossen werden kann. Der Anker 43 ist durch die Druckfeder 18, die in einer Druckfederaufnahme des Ankers 43 geführt ist, beaufschlagt. Somit ist sichergestellt, dass der Dichtsitz 48 im nicht-bestromten Zustand der Magnetspule 14 gegen den am Zulauf 32 anstehenden Förderdruck des Betriebs-/Hilfsstoffes, beispielsweise eines Reduktionsmittels wie Harnstoff, oder eine Harnstoff-Wasser-Lösung abgedichtet ist. Wie 4 des Weiteren zeigt, ist in der elastische Eigenschaften aufweisenden Membran 44 eine eingeprägte Rille 46 vorgesehen, zu der korrespondierend eine umlaufende Vertiefung 50 an der Oberseite der Membran 44 verläuft. Die eingeprägte Rille 46 bildet gewissermaßen eine Dichtlippe, welche auf der oberen Planseite der Ventilplatte 24 im Bereich des Kanales 54 anliegt. An der unteren Stirnseite der Ventilplatte 24 befinden sich jeweils die Rückschlagventile 56 bzw. 58. Diese öffnet bzw. verschließend en Zulauf 32 bzw. den Ablauf 34 für den Betriebs-/Hilfsstoff, beispielsweise ein Reduktionsmittel zur Nachbehandlung von Abgasen wie beispielsweise Harnstoff oder eine Harnstoff-Wasser-Lösung.
Auch in der zweiten Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Magnetaktors ist der magnetische Fluss 104 eingezeichnet. Dieser verläuft bei bestromter Magnetspule 14 durch den Magnettopf 40, in den Anker 43 und von dort zurück im Bereich des zweiten Kragens 82 in die Magnetscheibe 60 und in den Magnettopf 40.
5 zeigt eine vergrößerte Darstellung der im Wesentlichen in vertikale Richtung orientierten Luftspalte gemäß der zweiten Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Magnetaktors gemäß 4.
Wie 5 zeigt, liegen im Magnetkreis, durch den der magnetische Fluss 104 verläuft, ein erster, sich im Wesentlichen in vertikale Richtung erstreckender Luftspalt 74 im Bereich des ersten Kragens 78, sowie ein weiterer zweiter, sich ebenfalls in vertikale Richtung erstreckender Luftspalt 76 im Bereich des zweiten Kragens 82 des Ankers 43. Der magnetische Fluss 104 verläuft bei bestromter Magnetspule 14 durch den Magnettopf 40, über den ersten Luftspalt 74 in den ersten Kragen 78 des Ankers 43, durch den Anker 43 selbst und geht im Bereich des zweiten Kragens 82 im Bereich des zweiten Luftspaltes 76 in die Magnetscheibe 60 über und von dort wieder in den Magnettopf 40. Entsprechend des Ankerhubes 64 bewegt sich der Anker 43 bei bestromter Magnetspule 14 in vertikale Richtung nach oben, wobei die beiden sich in vertikaler Richtung erstreckenden Luftspalte 74, 76 eine konstante Breite beibehalten, d.h. sich während des Ankerhubes 64 hinsichtlich ihres Abstandes zwischen den Komponenten 43, 40 bzw. 60 nicht ändern. Mit Position 90 ist der Außenradius eingezeichnet, an dem sich im Bereich des ersten Kragens 78 bzw. im Bereich des zweiten Kragens 82 die Umfangsflächen 80 bzw. 84 des Ankers 43 befinden, die die Luftspalte 74, 76 begrenzen. Mit Bezugszeichen 72 ist eine Federaufnahme bezeichnet, welche die Druckfeder 18 beaufschlagt, die den Anker 43 samt daran beispielsweise formschlüssig befestigter Membran 44 gemäß der Darstellung in 4 bei nicht-bestromter Magnetspule 14 in den Dichtsitz 48 auf der oberen Planseite der Ventilplatte 24 drückt. Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass der aus nicht-magnetischem Edelstahl gefertigte Ankerbolzen 70 in der vergrößerten Darstellung der zweiten Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Magnetaktors gemäß 5 in dem ersten Teil 66 und dem zweiten Teil 68 der mehrteiligen Ankerführung geführt ist. Der erste Teil der mehrteilig ausgebildeten Ankerführung ist im Halteblech 52 befestigt, während der zweite Teil der mehrteilig ausgebildeten Ankerführung (vergleiche Darstellung gemäß 4) auf dem in 5 nur teilweise dargestellten Magnettopf 40 befestigt.
6 zeigt einander gegenübergestellte Kraft-/Hubverläufe eines Tauchankers bzw. eines Flachankers.
Im Diagramm gemäß 6 ist ein Verlauf der Magnetkraft F_mag aufgetragen über den Ankerhub h. Aus der Darstellung gemäß 6 geht hervor, dass mit zunehmendem Ankerhub h die Magnetkraft F_mag stetig zunimmt. Qualitativ sind in der Darstellung gemäß 6 ein Kraft-/Hubverlauf 100 für einen Tauchanker sowie ein Kraft-/Hubverlauf für einen Flachanker, vergleiche Position 102, aufgetragen.
7 zeigt eine dritte Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Magnetaktors. Aus 7 geht hervor, dass der Anker 43 eine Membran 44 beaufschlagt, die eine Pumpkammer 106 begrenzt. Über eine Deformation der Membran 44, beispielsweise bei Kontakt des Ankerdornes 108 mit der elastischen Eigenschaften aufweisenden Membran 44, wird das Volumen der Pumpkammer 106 verändert. Die Pumpkammer 106 weist einen Einlass 110 auf, in dem sich ein erstes, beispielsweise als Kugelventil 112 ausgebildetes Ventil befindet sowie ein Auslass 114, in dem sich ein weiteres, zweites beispielsweise als Kugelventil ausgebildetes Ventil 116 befindet. Beide Kugelventile 112, 116 sind federbeaufschlagt, so dass sich bei einem bestimmten Innendruck der Pumpkammer 106, ausgelöst durch die deformierte Membran 44, beispielsweise ein Öffnen des Auslasses 114 bei zu hohem Innendruck in der Pumpkammer 106 einstellt, bzw. eine Befüllung der Pumpkammer 106 bei Druckentlastung der Membran 44 durch Zurückfahren des Ankerdornes 108 des hier einteilig ausgebildeten Ankers 43.
Gemäß der dritten Ausführungsvariante der Membranpumpe 10 in 7 ist der Anker 43 im Magnettopf 40 geführt. Der Anker ist durch die Druckfeder 18 beaufschlagt. Im Magnettopf 40 ist die Magnetspule 14 aufgenommen. Bezugszeichen 104 bezeichnet in analoger Weise zu den 2 bis 5 den magnetischen Fluss. Dieser verläuft in der Darstellung gemäß 7 bei bestromter Magnetspule durch den Magnettopf 40 in den Anker 43 und an dessen Außenradius 90 im Bereich einer zweiten, einen Luftspalt begrenzenden Fläche zurück über eine magnetkraftbeeinflussende Kante 118 zurück in den Magnettopf 40. Aus der Darstellung gemäß 7 geht hervor, dass sich an der Übergangsstelle, d.h. an der magnetkraftbeeinflussenden Kante 118 zwischen dem Magnettopf 40 und dem Anker 43 das magnetische Feld konzentriert. Da die Anordnung gemäß der Darstellung in 7 nach minimaler Energie strebt, wird der Anker 43 in axiale Richtung mit der magnetkraftbeeinflussenden Kante 118 zu den luftspaltbegrenzenden Flächen 122 gezogen. Dadurch nimmt eine überlappende Fläche innerhalb des Überlappungsbereiches 120 zwischen den Flächen 122, 124 zu, was zu einer Schwächung des magnetischen Feldes führt und somit zu einer abnehmenden Magnetkraft F_mag führt.
In den 8.1 und 8.2 ist der Magnetaktor gemäß der dritten Ausführungsvariante in einer unteren Ankerposition (vergleiche 8.1) und in einer oberen Ankerposition (vergleiche 8.2) zu entnehmen.
8.1 zeigt, dass bei nicht-bestromter Magnetspule 14 aufgrund der Wirkung der Druckfeder 18 der Anker 43 in seine untere Ankerposition gemäß 8.1 gelangt. In der in 8.1 dargestellten unteren Ankerposition verformt der Ankerdorn 108 an der Unterseite des Ankers 43 die elastischen Eigenschaften aufweisende Membran, so dass das Volumen der Pumpkammer 106, wie dargestellt, verringert wird. Bei Erreichen eines bestimmten Innendruckes innerhalb der Pumpkammer 106 öffnet das am Auslass 114 angeordnete zweite Kugelventil 116, so dass Fluid aus der Pumpkammer 106 abströmen kann.
Demgegenüber wird bei bestromter Magnetspule 14 und sich ausbildendem magnetischen Fluss 104 durch den Magnettopf 40, den Anker 43 und den magnetkraftbeeinflussenden Kanten 128 und 130 der Anker 43 gegen die Wirkung der Druckfeder 18 nach oben gezogen. Dadurch wird die elastische Eigenschaften aufweisende Membran 44 entlastet, in dieser Position kann beispielsweise Fluid, wie beispielsweise ein gefrierfähiger Betriebs-/Hilfsstoff, über den Einlass 110 durch Öffnen des dort angeordneten ersten Kugelventiles 112 in die Pumpkammer 106 nachströmen.
In der in 8.1 dargestellten unteren Position wirkt nur die erste magnetkraftbeeinflussende Kante 128, wodurch eine positive in axiale Richtung weisende Kraft entsteht. Bewegen sich beide magnetkraftbeeinflussenden Kanten 128, 130 entlang des Magnettopfes 40, schließt sich der magnetische Fluss über die magnetkraftbeeinflussende Kante 128 in den Magnettopf 40. Da der magnetische Fluss in diesem Falle eine negative axiale Komponente aufweist, ist auch die resultierende magnetische Kraft negativ. Eine einen Luftspalt (vgl. Position 76 in 5) begrenzende Fläche ist mit dem Bezugszeichen 122 kenntlich gemacht.
Durch die Wirkung der zweiten magnetkraftbeeinflussenden Kante 130 am unteren Außenradius 90 am Anker 43 wird eine negative axiale Kraft, d.h. eine Bremskraft erzeugt, so dass der Anker 43 zusätzlich zu sonstigen Gegenkräften, beispielsweise die Wirkung der Druckfeder 18, gebremst wird und ein ballistischer Betrieb des Ankers 43 erreicht werden kann, d.h. ein Ankerhub 64, der ohne mechanische Anschläge auskommt.
Der Darstellung gemäß 9 sind die Kraft-/Hubverläufe für Magnetaktoren gemäß der 2, 3, 4, 5, 7, 8.1 und 8.2, d.h. der dritten Ausführungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung zu entnehmen. 9 zeigt, dass die magnetische Kraft F_mag bei Bestromung der Magnetspule 14 zunächst zunimmt und bei Ausbildung lediglich einer magnetkraftbeeinflussenden Kante 118 am Anker 43 gemäß der Darstellung in 7 bei Erreichen des Überlappungsbereiches 120 eine Bremskraft entsteht, d.h. die magnetische Kraft F_mag stetig abnimmt.
Werden hingegen am ballistisch betriebenen Anker 43 eine erste Kraft erzeugende Kante 128 und eine zweite Kraft erzeugende Kante am Außenradius 90 angebracht, so stellt sich bei einem derartig ausgebildeten Magnetaktor gemäß der dritten Ausführungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung ein Kraft-/Hubverlauf gemäß Position 134 ein. Sind am Anker 43 in axiale Richtung sequentiell gesehen zwei magnetkraftbeeinflussende Kanten 128 und 130 angeordnet, kommt es zu einer stärkeren Bremswirkung auf den Anker während des Ankerhubes 64 sowie insbesondere zu einer negativen Ankerkraft, d.h. eine aktiv auf den Anker 43 einwirkenden Bremskraft.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009028027 A1 [0001]
DE 102004057688 A1 [0002]

Claims

Magnetaktor für ein Förderaggregat (10), insbesondere eine Membranpumpe für einen Betriebs-/Hilfsstoff an einem Fahrzeug, mit einem federbeaufschlagten Anker (43), der sich durch eine Magnetspule (14) erstreckt und auf eine Membran (44) wirkt, die entweder eine Pumpenkammer (106) beaufschlagt oder einen Ventilsitz (48) an einer Ventilplatte (24) öffnet oder verschließt, dadurch gekennzeichnet, dass ein magnetischer Fluss (104) durch magnetisch leitende Teile (40, 43, 60) optimiert ist und über mindestens einen Luftspalt (62, 74, 76) verläuft, der entweder durch Flächen (80, 84, 86, 88) des Ankers (43), einer Magnetscheibe (60) oder eines Magnettopfes (40), oder der durch mindestens eine magnetkraftbeeinflussende Kante (118, 128, 130) am Anker (43) begrenzt ist.
Magnetaktor für ein Förderaggregat (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Luftspalt (62, 74, 76) in vertikale Richtung verläuft.
Magnetaktor für ein Förderaggregat (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Luftspalt (62, 74, 76) während des Ankerhubes (64) des Ankers (43) konstant bleibt.
Magnetaktor für ein Förderaggregat (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Luftspalt (62, 74, 76) durch einen Außenradius (90) des Ankers (43) begrenzt ist.
Magnetaktor für ein Förderaggregat (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (43) am Ankerbolzen (70) in einer einteiligen Ankerführung (42) oder in einer mehrteiligen Ankerführung (66, 68) in der Magnetspule (14) geführt ist.
Magnetaktor für ein Förderaggregat (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz (48) an der Ventilplatte (24) durch die von der Druckfeder (18) beaufschlagte Membran (44) bei nicht-bestromter Magnetspule (14) geschlossen ist.
Magnetaktor für ein Förderaggregat (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ankerbolzen (70) aus nicht-magnetischem Edelstahl gefertigt ist und in der ein- oder mehrteiligen Ankerführung (42, 66, 68) in einer ein Verklemmen vermeidenden Führungslänge (92) geführt ist.
Magnetaktor für ein Förderaggregat (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (43) einen ersten Kragen (78) und einen zweiten Kragen (82) aufweist, an deren Außenradius (90) jeweils Luftspalte (74, 76) begrenzende Flächen (80, 84) liegen.
Magnetaktor für ein Förderaggregat (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die durch den magnetischen Fluss (104) erzeugte Kraft F_mag des Ankers (43) während des Ankerhubes (64) bis zum Erreichen eines Hubes zunimmt und bei Weiterbewegung wieder abnimmt.
Magnetaktor für ein Förderaggregat (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraft F_mag innerhalb eines Überlappungsbereiches (120) luftspaltbegrenzender Flächen (122, 124) des Ankers (43) und des Magnettopfes (40) nahezu konstant bleibt und nach Verlassen des Überlappungsbereiches (120) abnimmt.
Magnetaktor für ein Förderaggregat (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine magnetkraftbeeinflussende Kante (118, 128, 130) am Außenradius (90) des Ankers (43) liegt.
Magnetaktor für ein Förderaggregat (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (43) an seiner der Membran (44) zuweisenden Seite einen Ankerdorn (108) aufweist, welcher die Membran (44) bei Kontakt deformiert, wodurch das Volumen der Pumpenkammer (106) beeinflusst wird.