DE102014013665A1

DE102014013665A1 - Pumpenbaukastensystem

Info

Publication number: DE102014013665A1
Application number: DE102014013665.5A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Schonlau; Marc Leinweber; Markus Ermert; Michael Feckler; Mike Heck; Axel Müller; Michael Müller; Thomas Rolland
Original assignee: Thomas Magnete GmbH
Current assignee: Thomas Magnete GmbH
Priority date: 2014-09-16
Filing date: 2014-09-16
Publication date: 2016-03-17
Anticipated expiration: 2034-09-17
Also published as: DE102014013665B4; CN106662084B; CN106662084A; US20170058891A1; WO2016041623A1; US10473099B2

Abstract

Pumpenbaukastensystem 2. Kurzfassung a. Aufgabe: Ein Baukastensystem von Hubkolbenpumpen soll derart gestaltet werden, dass alle Bauformen dieser Hubkolbenpumpen auf einer flexiblen Montagevorrichtung kostengünstig zusammengebaut und geprüft werden können. b. Lösung: Das Magnetteil (1) ist eine vormontierbare und für sich prüfbare, mit einer Kunststoffumspritzung (35) versehene Baugruppe, die Verbindungsstelle (32) zum Pumpenteil (9) weist eine vorgegebene Verbindungskontur auf, mit der Pumpenteile (9) des Baukastensystems in unterschiedlichen Bauformen angeschlossen werden können, und das Pumpenteil (9) ist eine vormontierbare und hinsichtlich ihres Verdrängungsvolumens prüfbare Baugruppe. c. Anwendung: Förderpumpen und Dosierpumpen für Brennstoffe und wässrige Reagenzien.

Description

Die Erfindung betrifft ein Pumpenbaukastensystem entsprechend dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs.
Dieses Baukastensystem soll durch wenige, aber wesentliche Gemeinsamkeiten der Pumpen ermöglichen, die Pumpen in großen Stückzahlen wirtschaftlich auf einer beschränkt flexiblen teil- oder vollautomatischen Montageanlage herzustellen und zu prüfen.
Die Pumpen sind Hubkolbenpumpen mit durchströmtem elektromagnetischem Antrieb, die als Förderpumpen mit geringen Anforderungen an die Fördermenge pro Einzelhub des Kolbens oder als Dosierpumpen mit hohen Anforderungen an die Fördermenge pro Einzelhub des Kolbens ausgeführt sind.
Stand der Technik
Hubkolbenpumpen mit durchströmtem elektromagnetischem Antrieb sind bekannt, zum Beispiel aus der Druckschrift DE 4328621 A1 . Die Druckschrift DE 10 2008 055 610 A1 zeigt eine Familie von Hubkolbenpumpen und die Druckschrift DE 10 2011 111 938 B3 eine Hubkolbenpumpe mit einem Pumpenbauteil in Patronenform. Das Gebrauchsmuster DE 20 2013 011 666 zeigt eine Hubkolbenpume mit einsteckbaren Anschlussbauteilen. Ein Baukastensystem für elektromagnetisch betätigte Ventile zeigt die Druckschrift DE 10 2005 058 846 B4 .
Die bekannten Hubkolbenpumpen lassen sich nicht gemeinsam auf einer beschränkt flexiblen Montageanlage gemeinsam herstellen, es wären hohe Rüstkosten und erhebliche Stillstandszeiten inkauf zu nehmen, wenn die Anlage für die Montage einer anderen Bauform umgerüstet werden soll. Auch die Familie von Hubkolbenpumpen gemäß der Druckschrift DE 10 2008 055 610 A1 erfüllt die Anforderungen nicht, da innerhalb dieser Familie lediglich die Hubvolumina veränderlich sind, aber nicht die Bauformen.
Aufgabe:
Ein Baukastensystem von Hubkolbenpumpen soll derart gestaltet werden, dass alle Bauformen dieser Hubkolbenpumpen auf einer beschränkt flexiblen Montagevorrichtung kostengünstig zusammengebaut und geprüft werden können.
Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Patentanspruchs und der Unteransprüchen 2 bis 13 gelöst.
Die Pumpen sind mit zwei Anschlüssen mit einer Saugleitung und einer Druckleitung verbunden.
Sie weisen die folgenden Gemeinsamkeiten auf:

– Die Pumpen bestehen aus zwei Vormontagebaugruppen, Pumpenteil und Magnetteil, die prüfbar sind und bei der Endmontage gefügt werden.
– Das Pumpenteil erfüllt die eigentliche Pumpfunktion und enthält einen Teil des Magnetkreises, und erfüllt gegebenenfalls auch eine Abdichtfunktion zur Verhinderung des Nachfließens von Arbeitsfluid vom Einlass zum Auslass.
– Das Pumpenteil besteht aus dem Magnetanker, dem Pol, dem Pumpenkolben, dem Pumpenzylinder, der Rückstellfeder, einem Ventil zwischen den beiden Verdrängerräumen, entweder einem Auslassventil oder einem Einlassventil, einem Polrohr, das den Magnetanker lagert und erforderlichenfalls einem Zwischenring und einer Membran.
– Das Magnetteil enthält die Magnetspule, den magnetflussleitenden Bügel aus Eisen, den elektrischen Stecker, die Umspritzung mit Kunststoff und vorzugsweise den angeformten Sauganschluss.

Kundenspezifische Anschlussvarianten sind überwiegend in dem Magnetteil realisiert, nämlich verschiedene Steckerausführungen und gegebenenfalls verschiedene Ausführungen des Sauganschlusses.
Unterschiedliche Bauformen der Pumpenfunktion sind in dem Pumpenteil realisiert, nämlich:

– Die Pumpe hat einen drückend wirkenden Magnetanker, das Ventil zwischen den Verdrängerräumen befindet sich in der Kolbenstange, und das zweite Ventil ist ein Einlassventil
– Die Pumpe hat einen drückend wirkenden Magnetanker, das Ventil zwischen den beiden Verdrängerräumen ist ein Schlitzventil und das zweite Ventil ist ein Auslassventil
– Die Pumpe hat einen ziehend wirkenden Magnetanker, das Ventil zwischen den beiden Verdrängerräumen ist ein Schlitzventil und das zweite Ventil ist ein Auslassventil

Es sind selbstverständlich auch Bauformen mit anderen Kombinationen dieser Merkmale möglich.
Um den Zusammenbau auf einer flexiblen Montagevorrichtung zu erleichtern, ist die geometrische Schnittstelle zwischen dem Pumpenteil und dem Magnetteil immer gleich ausgeführt, insbesondere sind die Zylinderflächen zur Aufnahme des Pumpenteils und die Anschlagfläche zur Begrenzung des Einschubweges vereinheitlicht, auch der Abschluss auf der Seite des Druckanschlusses durch einen Deckel ist teilweise vereinheitlicht.
Die Abdichtung des Pumpenteils zum Magnetteil hin erfolgt entweder mittels eines Polrohres oder mittels einer Membran. Wird eine Membran verwendet, so wird auch ein Zwischenring eingesetzt, um den Pumpenzylinder zu positionieren. Zusätzlich werden vereinheitlichte O-Ringe zur anschlussseitigen Abdichtung verwendet. Der Druckanschluss ist entweder Teil des Deckels oder Teil des den Deckel durchdringenden Pumpenteils.
Der Sauganschluss ist entweder Teil des Magnetteils oder Teil des das Magnetteil durchdringenden Pumpenteils.
Anwendung:
Das erfindungsgemäße Baukastensystem wird verwendet, um unterschiedliche Förderpumpen und Dosierpumpen für Brennstoffe oder wässrige Reagenzien auf einer gemeinsamen beschränkt flexiblen Montageanlage zusammenzubauen.
Bilder:
1, Hubkolbenpumpe der Bauform I mit drückendem Magnet, Ventil in der Kolbenstange und Einlassventil als Rückschlagventil
2, Hubkolbenpumpe der Bauform II mit drückendem Magnetanker, Ventil zwischen den Verdrängerräumen als Schlitzventil und Auslassventil als Rückschlagventil
3, Hubkolbenpumpe der Bauform III mit ziehendem Magnetanker, Ventil zwischen den Verdrängerräumen als Schlitzventil und Auslassventil als Rückschlagventil
Beispielhafte Ausführung
Das Pumpenbaukastensystem enthält elektromagnetisch betätigte Hubkolbenpumpen unterschiedlicher Bauformen (I, II, III), wobei die Hubkolbenpumpe einen Magnetteil (1), ein über eine Verbindungsstelle (32) verbundenes überwiegend im Inneren des Magnetteiles (1) angeordnetes Pumpenteil (9) und einen Deckel (34) umfasst.
Das Magnetteil weist eine Magnetspule (5), einen magnetflussleitenden Bügel (7) und ein Joch (8) auf, und es ist mit Kunststoff umspritzt.
Das Pumpenteil (9) weist einen Pol (12) mit Steuerkonus (6), ein Polrohr (30), einen Anker (3), einen Zylinder (36) und einen von dem Anker in eine Längsrichtung gedrückten oder gezogenen Verdrängerkolben (10) auf, der von einer Feder (11) in die jeweils andere Längsrichtung zurückgestellt wird, wenn der Anker kraftlos ist.
Die Hubbewegung des Ankers (3) wird durch einen verketteten magnetischen Fluss bewirkt, der durch die Magnetspule (5) erzeugt wird und durch den Bügel (7), das Joch (8), das Polrohr (30) den Anker (3), und den Pol (12) geleitet wird.
Das Magnetteil (1) ist eine vormontierbare und für sich prüfbare Baugruppe, deren Verbindungsstelle (32) zum Pumpenteil (9) eine vorgegebene Verbindungskontur aufweist, mit der Pumpenteile des Baukastensystems für unterschiedliche Bauformen angeschlossen werden können.
Das Pumpenteil (9) ist eine vormontierbare und hinsichtlich ihres Verdrängungsvolumens prüfbare Baugruppe, wenn es auch alle erforderlichen Ventile enthält, ist es vollständig prüfbar.
Das Magnetteil (1) weist bei allen Hubkolbenpumpen des Pumpenbaukastensystems gleiche oder geometrisch ähnliche Anschlussflächen (15), (16) zur Aufnahme des Magnetteils in eine Haltevorrichtung (17) auf.
Auch das Pumpenteil (9) weist bei allen Hubkolbenpumpen des Pumpenbaukastensystems gleiche oder geometrisch ähnliche Aufnahmeflächen (18) zur Aufnahme des Pumpenbauteils in eine nicht dargestellte Halte- und Fügevorrichtung (28) auf, deren Aufnahmekontur mindestens abschnittsweise der inneren Kontur des Magnetteils entspricht.
Das Pumpenteil (9) weist in einer bevorzugten Ausführung mindestens zwei für alle Bauformen gleiche gestufte Außendurchmesser (13), (13') und das Magnetteil (1) mindestens zwei dazu passende gestufte Innendurchmesser (14), (14') auf.
Das Pumpenteil (9) wird in überwiegend radialer Richtung wirkend durch ein Polrohr (30) oder durch eine Membran (31) abgedichtet, wobei das Polrohr auch die Funktionen hat, den Pol (12) aufzunehmen und den Anker (3) zu führen. Wenn eine Membran (31) verwendet wird, übernimmt ein Zwischenring (33) die Funktion, den Pol aufzunehmen und stellt die Verbindung zu dem Polrohr her.
Das Magnetteil (1) ist durch einen Deckel (34) abgeschlossen, der auch das Pumpenteil (9) axial festlegt und vorzugsweise einen Anschluss des Auslasses enthält, wobei der Deckel (34) aus Kunststoff besteht und mit einer Kunststoffumspritzung (35) des Magnetteils (1) stoffschlüssig verbunden ist, vorzugsweise durch Schweißen.
Das das Pumpenteil (9) des Pumpenbaukastensystem umfasst ein erstes Steuerventil (19) und vorzugsweise ein zweites Steuerventil (20) oder (25), die von dem geförderten Fluidstrom und/oder dem Verdrängerkolben (10) des Pumpenteils gesteuert werden, wobei das erste Steuerventil (19) einen ersten Verdrängerraum (21) mit einem zweiten Verdrängerraum (22) verbindet.
Wenn das zweite Steuerventil (20) oder (25) nicht Teil der Baugruppe Pumpenteil ist, ist es im Magnetteil (1) oder im Deckel (34) angeordnet.
Das Pumpenteil (9) des Pumpenbaukastensystems umfasst in einer Bauform (II), oder einer Bauform (III) gemäß den Zeichnungen 2 und 3 ein Steuerventil (20), das den zweiten Verdrängeraum (22) mit einem Auslass (24) der Hubkolbenpumpe verbindet.
Das Pumpenteil (9) des Pumpenbaukastensystems umfasst in einer Bauform (I) gemäß der Zeichnung 1 ein Steuerventil (25), das einen Einlass (23) mit dem ersten Verdrängeraum (21) verbindet.
Das Pumpenteil des Pumpenbaukastensystems umfasst in einer Bauform (II) gemäß der Zeichnung 2 oder in einer Bauform (III) gemäß der Zeichnung 3 ein Steuerventil (19), das in der Bauart eines Schlitzventils von dem Verdrängerkolben (10) gesteuert wird.
Das Pumpenteil des Pumpenbaukastensystems umfasst in einer Bauform (I) gemäß der Zeichnung 1 ein Steuerventil, das in dem Verdrängerkolben (10) angeordnet ist und als Rückschlagventil von dem geförderten Fluidstrom gesteuert wird.
Der Anker (3) des Pumpenbaukastensystems beaufschlagt in der Bauform (I) gemäß der Zeichnung 1, oder in der Bauform (II) gemäß der Zeichnung 2 bei einer Bestromung der Magnetspule (5) den Verdrängerkolben (10) drückend, wobei in der Bauformen (II) der Pol (12) des Magnetteils (1) auslassseitig von dem Anker (3) angeordnet ist.
Der Anker (3) des Pumpenbaukastensystems beaufschlagt in der Bauform (III) gemäß der Zeichnung 3 bei einer Bestromung der Magnetspule (5) den Verdrängerkolben (10) ziehend, wobei der Pol (12) des Magnetteils (1) einlassseitig von dem Anker (3) angeordnet ist.
In der Bauform (I) des Pumpenbaukastensystem gemäß der Zeichnung 1 wird in einer Ruhelage des Ankers (3) bei stromloser Magnetspule (5) ein Nachfließen, ein nicht zulässiges Fließen von Arbeitsfluid vom Einlass (23) zum Auslass (24) bei Stillstand des Ankers, verhindert, weil der Anker in der Ruhelage von einer Feder (11) mittels der Dichtung (26) dichtend gegen die auslassseitige Planfläche (29) gedrückt wird, wobei die Dichtwirkung durch einen Druck am Einlass und durch zugehörige einlassseitige Wirkflächen an dem Anker und dem Verdrängerkolben noch verstärkt wird, wenn der einlassseitige Druck größer ist als der auslassseitige Druck.
In der Bauform (III) gemäß der Zeichnung 3 wird in einer Ruhelage des Ankers (3) bei stromloser Magnetspule (5) ein Nachfließen verhindert, weil der Verdrängerkolben (10) in der Ruhelage von der Feder (11) mittels einer Dichtung (27) dichtend gegen den Auslass gedrückt wird, wobei die Dichtwirkung durch einen Druck am Einlass (23) und durch zugehörige einlassseitige Wirkflächen an dem Anker und dem Verdrängerkolben noch verstärkt wird, wenn der einlassseitige Druck größer ist als der auslassseitige Druck.
Bezugszeichenliste

1: Magnetteil
3: Anker
4: Betätigungselement
5: Magnetspule
6: Steuerkonus
7: Bügel
8: Joch
9: Pumpenteil
10: Verdrängerkolben
11: Feder
12: Pol
13: Außendurchmesser
14: Innendurchmesser
15: Anschlussfläche
16: Anschlussfläche
17: Haltevorrichtung
18: Aufnahmefläche
19: Steuerventil
20: Steuerventil
21: Verdrängerraum
22: Verdrängerraum
23: Einlass
24: Auslass
25: Steuerventil
26: Dichtung
27: Dichtung
28: Halte- und Fügevorrichtung, nicht dargestellt
29: Planfläche
30: Polrohr
31: Membran
32: Verbindungsstelle
33: Zwischenring
34: Deckel
35: Kunststoffumspritzung
36: Zylinder

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 4328621 A1 [0004]
DE 102008055610 A1 [0004]
DE 102011111938 B3 [0004]
DE 202013011666 U [0004]
DE 102005058846 B4 [0004]
DE 102008055 [0005]

Claims

Pumpenbaukastensystem mit elektromagnetisch betätigter Hubkolbenpumpe in den Bauformen (I, II, III) oder weiteren Bauformen, – wobei die Hubkolbenpumpe einen Magnetteil (1), ein über eine Verbindungsstelle (32) verbundenes überwiegend im Inneren des Magnetteiles (1) angeordnetes Pumpenteil (9) und einen Deckel (34) umfasst, – das Magnetteil eine Magnetspule (5), einen magnetflussführenden Bügel (7) und ein Joch (8) aufweist, – das Pumpenteil (9) einen Pol (12) mit Steuerkonus (6), ein Polrohr (30), einen Anker (3), einen Zylinder (36) und einen von dem Anker in eine Längsrichtung gedrückten oder gezogenen Verdrängerkolben (10) aufweist, der von einer Feder (11) in die jeweils andere Längsrichtung zurückgestellt wird, wenn der Anker kraftlos ist, – die Hubbewegung des Ankers (3) durch einen verketteten magnetischen Fluss bewirkt wird, der durch die Magnetspule (5) erzeugt wird und durch den Bügel (7), das Joch (8), das Polrohr (30), den Anker (3), und den Pol (12) geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass – das Magnetteil (1) eine vormontierbare und für sich prüfbare, mit einer Kunststoffumspritzung (35) versehene Baugruppe ist – die Verbindungsstelle (32) zum Pumpenteil (9) eine für alle Bauformen gleiche Verbindungskontur aufweist, mit der Pumpenteile (9) des Baukastensystems in unterschiedlichen Bauformen in das Magnetteil eingeschoben sein können – das Pumpenteil (9) eine vormontierbare und mindestens hinsichtlich ihres Verdrängungsvolumens prüfbare Baugruppe ist – das Magnetteil (1) bei allen Hubkolbenpumpen des Pumpenbaukastensystems gleiche oder geometrisch ähnliche Anschlussflächen (15), (16) zur Aufnahme des Magnetteils in eine Haltevorrichtung (17) aufweist – das Pumpenteil (9) bei allen Hubkolbenpumpen des Pumpenbaukastensystems gleiche oder geometrisch ähnliche Aufnahmeflächen (18) zur Aufnahme des Pumpenbauteils in eine Halte- und Fügevorrichtung (28) aufweist.
Pumpenbaukastensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpenteil (9) mindestens zwei für alle Bauformen gleiche gestufte Außendurchmesser (13), (13') und das Magnetteil (1) mindestens zwei dazu passende gestufte Innendurchmesser (14), (14') aufweist.
Pumpenbaukastensystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpenteil (9) in überwiegend radialer Richtung wirkend durch ein Polrohr (30) und/oder durch eine Membran (31) gegen das Magnetteil abgedichtet wird.
Pumpenbaukastensystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetteil (1) durch den Deckel (34) abgeschlossen ist, wobei der Deckel (34) aus Kunststoff besteht und mit der Kunststoffumspritzung (35) des Magnetteils (1) stoffschlüssig verbunden ist.
Pumpenbaukastensystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpenteil (9) ein erstes Steuerventil (19) und ein zweites Steuerventil (20) oder (25) umfasst, die von dem geförderten Fluidstrom und/oder dem Verdrängerkolben (10) des Pumpenteils gesteuert werden, wobei das erste Steuerventil (19) einen ersten Verdrängerraum (21) mit einem zweiten Verdrängerraum (22) verbindet.
Pumpenbaukastensystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpenteil (9) einer Bauform (II) oder einer Bauform (III) ein Steuerventil (20) umfasst, das einen zweiten Verdrängeraum (22) mit einem Auslass (24) der Hubkolbenpumpe verbindet.
Pumpenbaukastensystem nach einem oder mehreren der Ansprüch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpenteil einer Bauform (I) ein Steuerventil (25) umfasst, das einen Einlass (23) mit einem ersten Verdrängeraum (21) verbindet.
Pumpenbaukastensystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpenbauteil der Bauform (II) oder der Bauform (III) ein Steuerventil (19) umfasst, das in der Bauart eines Schlitzventils von dem Verdrängerkolben (10) gesteuert wird.
Pumpenbaukastensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpenbauteil der Bauform (I) ein Steuerventil (19) umfasst, das in dem Verdrängerkolben (10) angeordnet ist und als Rückschlagventil von dem geförderten Fluidstrom gesteuert wird.
Pumpenbaukastensystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (3) in der Bauform (I) oder der Bauform (II) bei einer Bestromung der Magnetspule (5) den Verdrängerkolben (10) drückend beaufschlagt.
Pumpenbaukastensystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (3) in der Bauform (III) bei einer Bestromung der Magnetspule (5) den Verdrängerkolben (10) ziehend beaufschlagt, wobei der Pol (12) des Magnetteils einlassseitig des Ankers (3) angeordnet ist.
Pumpenbaukastensystem nach einem oder mehreren der der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Bauform (I) in einer Ruhelage des Ankers (3) bei unbestromter Magnetspule (5) ein Nachfließen von Arbeitsfluid vom Einlass (23) zum Auslass (24) verhindert wird, indem der Anker (3) in seiner Ruhelage von einer Feder (11) mittels einer Dichtung (26) dichtend gegen die auslassseitige Planfläche (29) gedrückt wird, wobei die Dichtwirkung durch einen Druck am Einlass (23) und zugehörige einlassseitige Wirkflächen an dem Anker (3) und dem Verdrängerkolben (10) noch verstärkt wird, wenn der einlassseitige Druck größer ist als der auslassseitige Druck.
Pumpenbaukastensystem nach Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet, dass in der Bauform (III) in einer Ruhelage des Ankers (3) bei unbestromter Magnetspule (5) ein Nachfließen von Arbeitsfluid vom Einlass (23) zum Auslass (24) verhindert wird, indem der Verdrängerkolben (10) von der Feder (11) mittels einer Dichtung (27) dichtend gegen den Auslass (24) gedrückt wird, wobei die Dichtwirkung durch einen Druck am Einlass (23) und zugehörige einlassseitige Wirkflächen an dem Anker (3) und dem Verdrängerkolben (10) noch verstärkt wird, wenn der einlassseitige Druck größer ist als der auslassseitige Druck.