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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Förderung und Dosierung eines Betriebsstoffes, insbesondere eines Reduktionsmittels in einen Abgastrakt einer Brennkraftmaschine, wobei die Vorrichtung eine mit einer Aktorgruppe unter Einbezug einer Membran zusammenwirkende Fördergruppe aufweist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Vorrichtung.
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Stand der Technik
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Eine solche Vorrichtung zur Förderung und Dosierung eines Betriebsstoffes ist aus der
DE 10 2012 207 181 A1 bekannt. Diese Vorrichtung ist als eine Membranpumpe ausgebildet und insbesondere zur Förderung und Dosierung eines flüssigen Reduktionsmittels für eine Abgasnachbehandlungseinrichtung ausgelegt. Die Membranpumpe wird von einem eine Aktorgruppe darstellenden Nocken mechanisch betätigt und weist als Bestandteile der Fördergruppe in einer Pumpenkammer eine elastisch verformbare Membran auf, wobei die Membran die Pumpenkammer in einen Druckraum und einen Förderraum unterteilt. Der Druckraum ist mit einem Druckmedium und der Förderraum mit dem zu fördernden Medium befüllt beziehungsweise befüllbar. Weiterhin ist vorgesehen, dass die Membran mit einen von den Nocken betätigten Arbeitskolben verbunden ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung zur Förderung und Dosierung eines Betriebsstoffes anzugeben, die gegenüber dem Stand der Technik insbesondere hinsichtlich ihrer Eisdruckfestigkeit verbessert ist.
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Weiterhin soll ein entsprechendes Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung angegeben werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Vorrichtung eine Ruhestellung aufweist, bei der die Aktorgruppe und die Fördergruppe in einer Förderentstellung angeordnet sind. Diese Ausgestaltung beziehungsweise diese Ruhestellung insbesondere der Fördergruppe stellt das Volumen einer von der Membran in einen Förderraum und einen Ausweichraum unterteilten Pumpenkammer so ein, dass das Volumen des Ausweichraums einen definierten Wert größer als 0 aufweist, der bei Einstellung einer Förderbeginnstellung verkleinert wird. Dieses in der Ruhestellung vorhandene Volumen des Ausweichraums ermöglicht aber erfindungsgemäß insbesondere auch bei einer Eisbildung des Betriebsstoffes in dem Förderraum der Pumpenkammer und einer dadurch hervorgerufenen Ausdehnung des Förderraumvolumens eine Verschiebung oder Verformung der Membran in der Form, dass das Volumen des Ausweichraums verkleinert wird. Dieser Bewegung kann die Aktorgruppe ebenfalls folgen, da diese sich zu Beginn der Verschiebung ebenfalls in der Förderendstellung befindet. Dadurch ist ohne weitere aufwendige Maßnahmen eine Eisdrucksicherung der erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung erreicht beziehungsweise gewährleistet. Entsprechend sieht das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung vor, dass die Aktorgruppe und die Fördergruppe in einer drucklosen Ruhestellung in eine Förderendstellung bewegt sind, in der auf aktorseitig der Membran ein Ausweichraum gebildet ist. Wie zuvor beschrieben kann die Membran bei einer Eisbildung in dem zu den Ausweichraum gegenüberliegenden Förderraum in Richtung einer Verkleinerung des Volumens des Ausweichraums bewegt werden und somit ist ein Ausweichvolumen für die Volumenvergrößerung des Förderraums durch eine Eisbildung in Richtung zu einer Verkleinerung des Ausweichraums dargestellt.
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In Weiterbildung der Erfindung weist die Vorrichtung eine Förderbeginnstellung auf, bei der die Aktorgruppe und die Fördergruppe in einer Förderbeginnstellung angeordnet sind. Bei dieser Förderbeginnstellung ist die Membran so verstellt, dass das Volumen des Förderraums zumindest angenähert seinen Maximalwert aufweist, während das Volumen des Ausweichraums gegenüberliegend zu der Membran zumindest angenähert seinen Minimalwert aufweist. Wird nun die Aktorgruppe betätigt, wird die Membran über entsprechende Betätigungsmittel von der Aktorgruppe so verstellt, dass das Volumen des Förderraums verringert wird und der in dem Förderraum befindliche Betriebsstoff aus dem Förderraum zur Darstellung einer Förderung und Dosierung des Betriebsstoffs in einen vorzugsweise ein Dosierelement aufweisenden Auslass verdrängt wird. Die Förderbeginnstellung wird im normalen Betrieb der Vorrichtung vorzugsweise von einer Vordruckpumpe eingestellt, die den Betriebsstoff in den Förderraum einbringt. Diese Verstellung erfolgt gegen die Kraft einer Ankerfeder, die die Aktorgruppe und die Fördergruppe in die Ruhestellung bewegt.
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In Weiterbildung der Erfindung entspricht die Förderbeginnstellung einer Eisdruckstellung. Dies ist eine bevorzugte Ausgestaltung, wobei aber es im Rahmen der Erfindung auch möglich ist, dass die Förderbeginnstellung sich von der Eisdruckstellung beispielsweise bezüglich der eingestellten (Hub)-Verstellung unterscheidet.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist die Aktorgruppe einen Elektromagneten auf. Dieser Elektromagnet weist wiederum einen Anker auf, der über einen Ankerbolzen gegebenenfalls unter Einbezug eines Ankerbolzenschuhs mit der Membran zusammenwirkt.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Membran eine Metallmembran. Eine Metallmembran ist besonders geeignet, da eine Metallmembran oder auch eine Stahlmembran eine Diffusion durch die Membran hindurch verhindert und somit sichergestellt ist, dass der Betriebsstoff unter keinen Umständen in die Aktorgruppe, insbesondere in den Bereich des Elektromagneten gelangt.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind der Membran aktorseitig ein Ankerbolzenschuh der Aktorgruppe und eine Konturplatte benachbart. Der Ankerbolzenschuh stellt eine Verbindung zwischen den Ankerbolzen des Elektromagneten und der Membran her, während die Konturplatte in der Förderbeginnstellung eine Anlagefläche für die Membran darstellt. Umgekehrt ist die Membran in der Ruhestellung der Vorrichtung zumindest teilweise zu der Konturplatte beabstandet. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine ungehinderte und beschädigungsresistente Verstellung der Membran in Bezug zu der Konturplatte.
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In Weiterbildung der Erfindung ist in der Ruhestellung der Vorrichtung aktorseitig der Membran der Ausweichraum angeordnet, dessen Volumen größer oder aber zumindest gleich den maximalen Eisdruckvolumen in dem der Membran gegenüberliegenden Förderraum ist.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, den der ein in den Figuren dargestelltes Ausführungsbeispiel näher beschrieben ist.
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Es zeigen:
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1 eine schematische Schnittdarstellung einer Vorrichtung zur Förderung und Dosierung eines Betriebsstoffes, insbesondere eines Reduktionsmittels in eine Abgasleitung, in einer Ruhestellung,
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2 eine schematische Schnittdarstellung einer Vorrichtung zur Förderung und Dosierung eines Betriebsstoffes in einer Förderbeginnstellung,
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3 eine Detailansicht einer Membran, einer Konturplatte sowie eines mit einem Ankerbolzen zusammenwirkenden Ankerbolzenschuhs der Vorrichtung in einer Ruhestellung und
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4 eine Membran, eine Konturplatte und einen mit einem Ankerbolzen zusammenwirkenden Ankerbolzenschuh der Vorrichtung in einer Förderbeginnstellung.
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1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer Vorrichtung zur Förderung und Dosierung eines Betriebsstoffes, insbesondere eines Reduktionsmittels in eine Abgasleitung 6 einer Brennkraftmaschine, in einer Ruhestellung.
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Die Vorrichtung weist ein Gehäuse mit einem Gehäuseunterteil 1, einem Gehäuseoberteil 2 und einem Gehäusedeckel 3 auf, die miteinander verbunden, beispielsweise verschraubt oder sonst wie dauerhaft aneinander befestigt sind. Das Gehäuseunterteil 1 weist einen ein Außengewinde aufweisenden Befestigungsfortsatz 4 auf, der in einen ein Innengewinde aufweisenden Anschlussflansch 5 einschraubbar ist. Der Anschlussflansch 5 ist an einer einen Abgasstrom 7 einer Brennkraftmaschine führenden Abgasleitung 6 als Teil eines Abgastraktes der Brennkraftmaschine befestigt, beispielsweise angeschweißt. Dabei umgibt der Anschlussflansch 5 eine seitliche Öffnung in der Abgasleitung 6. Der Anschlussflansch 5 kann auch schräg zu der Abgasleitung 6 angebracht sein, so dass das Reduktionsmittel in Strömungsrichtung des Abgasstroms 7 des Abgases in dieses eindosiert wird.
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Die Abgasleitung 6 wird von dem von der Brennkraftmaschine beim Betrieb derselben erzeugten Abgasstrom 7 durchströmt, wobei stromabwärts der mit der Abgasleitung 6 verbundenen Vorrichtung eine Nachbehandlungseinrichtung in Form eines Katalysators, insbesondere eines SCR-Katalysators 8, angeordnet ist. Über die Vorrichtung wird beispielsweise in Abhängigkeit von Betriebszuständen der Brennkraftmaschine das Reduktionsmittel, beispielsweise eine wässerige Harnstofflösung, in die Abgasleitung 6 eindosiert. Die wässerige Harnstofflösung vermischt sich mit dem Abgasstrom 7 und löst in dem nachfolgenden SCR-Katalysator 8 gewünschte chemische Reaktionen zur Verringerung von unerwünschten Bestandteilen in dem Abgasstrom 7 aus, bevor der Abgasstrom weiteren Abgasnachbehandlungseinrichtungen zugeführt oder direkt in die Umgebung abgeleitet wird. Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise eine selbstzündende Brennkraftmaschine, der Brennluft und Kraftstoff, insbesondere Dieselkraftstoff zugeführt wird, die in Brennräumen der Brennkraftmaschine unter Abgabe von mechanischer Leistung verbrennen und den Abgasstrom 7 erzeugen.
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In das Gehäuseoberteil 2 ist eine Ausnehmung eingelassen, in die eine als Magnetbaugruppe 9 ausgebildete Aktorgruppe eingesetzt ist. Die Magnetbaugruppe 9 umfasst im Wesentlichen eine eine Magnetspule 10 aufnehmenden Magnetkern 11, wobei die Magnetspule 10 an ihrem Außenumfang zu dem Magnetkern 11 einen Luftspalt 12 bildet, während die Magnetspule 10 auf ihrem Innenumfang von einem Spulenträger 13 getragen ist, der dicht mit dem Magnetkern 11 verbunden ist. Innerhalb des Magnetkerns 11 beziehungsweise der Magnetspule 10 und des Spulenträgers 13 ist ein Anker 14 auf einem Ankerbolzen 15 geführt. Der Ankerbolzen 15 ist in einer Ankerführung 16, die mit dem Gehäuseoberteil 2 und dem Magnetkern 11 in geeigneter Weise verbunden ist, geführt. Die als Magnetbaugruppe 9 ausgebildete Aktorgruppe wirkt mit einer darunter liegenden Fördergruppe zusammen, die eine einen Förderraum 21 begrenzende Membran 18 aufweist.
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Bei einer getakteten Bestromung der Magnetspule 10 wird der Anker 14 auf und ab bewegt und fördert mittels der gegenüberliegend zu dem Anker 14 an dem Ankerbolzen 15 unter Einbezug eines Ankerbolzenschuhs 17 anliegenden und bevorzugt als Metallmembran ausgebildeten Membran 18 aus einem Vorratstank über eine Zufuhrleitung 19 mit einem eingebauten Rückschlagventil 20 in den Förderraum 21 beispielsweise über eine Vordruckpumpe zugeführtes Reduktionsmittel über ein in einem Bereich des Befestigungsfortsatzes 4 angeordnetes Dosierelement 22 in die Abgasleitung 6.
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Das Gehäuseunterteil 1 weist weiterhin einen Kühlmittelkanal 23 auf, der über in das Gehäuseunterteil 1 eingelassene Anschlüsse 24a, 24b mit dem Kühlkreis der Brennkraftmaschine verbunden ist. Der Kühlmittelkanal 23 umgibt insbesondere das Dosierelement 22 in einer geschlossenen Leitungsverbindung.
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In der 1 ist der Ruhezustand, der gleichzeitig einer Förderendstellung entspricht, der Vorrichtung dargestellt, bei der eine zwischen dem Gehäusedeckel 3 und dem Anker 14 angeordnete Ankerfeder 25 den Anker 14, den Ankerbolzen 15, den Ankerbolzenschuh 17 und die Membran 18 in die dargestellte eine Ruhestellung der Vorrichtung darstellende Position drückt. Dabei ist in dieser Ruhestellung unterhalb der Ankerführung 16 der Magnetbaugruppe und oberhalb der Membran 18 ein Ausweichraum 26 gebildet.
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Wird nun im normalen Betrieb der Vorrichtung von beispielsweise der Vordruckpumpe Reduktionsmittel über die Zufuhrleitung 19 in den Förderraum 21 eingebracht, nimmt die Vorrichtung die in 2 dargestellte Stellung ein, in der durch den Fluiddruck in dem Förderraum 21 die Membran 18 und die damit zusammenwirkenden Bauteile, nämlich der Ankerbolzenschuh 17, der Ankerbolzen 15 und der Anker 14 entgegen der Kraft der Ankerfeder 25 nach oben gedrückt werden. Diese Stellung entspricht einer Förderbeginnstellung. Wird nun die Magnetbaugruppe 9 periodisch bestromt, wird bei einer Bestromung der Magnetspule 10 die in 1 dargestellte Förderendstellung eingestellt, bei der das Reduktionsmittel aus dem Förderraum 21 durch die erfolgte Volumenverkleinerung desselben durch das Dosierelement 22 in die Abgasleitung 6 eingebracht worden ist. Bei einer nachfolgenden Unterbrechung der Bestromung wird dann wieder die Förderbeginnstellung eingenommen.
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Wird nun die Vorrichtung nicht betrieben, beispielsweise bei einem Abstellen der in ein Fahrzeug eingebauten Brennkraftmaschine, stellt sich wieder die in 1 dargestellte Förderendstellung ein. Gefriert nun das noch in dem Förderraum 21 befindliche Reduktionsmittel beispielsweise bei niedrigen Umgebungstemperaturen, ist damit eine Volumenzunahme des Reduktionsmittels in dem Förderraum 21 verbunden. Diese Volumenzunahme kann durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Vorrichtung durch eine Verstellung des Ankerbolzens 15 zusammen mit den damit verbundenen beziehungsweise den damit zusammenwirkenden Teilen in Richtung der Förderbeginnstellung aufgefangen werden, so dass eine Beschädigung der Vorrichtung sicher vermieden ist. Das Volumen des Ausweichraums 26 ist zur Sicherstellung dieser beschrieben Funktion größer/gleich dem maximalen Eisdruckverdrängungsvolumen des Reduktionsmittels in dem Förderraum 21.
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3 zeigt eine Detailansicht der Membran 18 in der in 1 dargestellten Ruhestellung. Die Membran 18 liegt außenumfangsseitig an einer bei dieser Ausführung zusätzlich vorhandenen Konturplatte 27 an und kann außenumfangsseitig auch mit der Konturplatte 27 verbunden sein. Die Konturplatte 27 ist konkav ausgebildet, so dass die Membran im Bereich eines Durchbruchs durch die Konturplatte 27 um den Ankerbolzenschuh 17 herum beabstandet von dieser ist.
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Wird nun die in 4 widergegebene Förderbeginnstellung eingenommen, legt sich durch die dadurch hervorgerufene Verformung die Membran 18 an die konkave Oberfläche der konturplatte 27 an. Dadurch ist sichergestellt, dass die als Metallmembran und daher diffusionssicher ausgebildete Membran 18 in jedem Fall beschädigungsresistent verformt wird. Der mit dem Ankerbolzen 15 zusammenwirkende Ankerbolzenschuh 17 kann plan oder ebenfalls auch auf der der Membran 18 zugewandten Seite konkav ausgebildet sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012207181 A1 [0002]
