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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einer Hubmagnetanordnung nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs. Hubmagnetanordnungen mit Tauchanker sind bereits bekannt. In der
DE 102012211875 ist ein Fördermodul für einen Betriebs- bzw. Hilfsstoff zur Nachbehandlung von Abgas offenbart, bei dem ein Anker Hubbewegungen zwischen zwei Extremlagen durchführt, die durch Anschlagbereiche festgelegt sind.
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In derzeit bekannten Pumpen zur Förderung von Betriebsmedien, beispielsweise einer wässrigen Harnstofflösung, werden Hubmagnete mit einem Tauchanker verwendet. Mit einem solchen Hubmagnet wird eine Fördermembran bewegt und ein Fördervolumen und ein Druck erzeugt. Zum Schutz gegen korrosiven Angriff werden die Metallteile eines solchen Hubmagneten mit einer Schutzschicht versehen. Aus Kostengründen werden vorzugsweise galvanische Verfahren genutzt, um die Oberflächen vor diesen Angriffen zu schützen. Galvanische Verfahren haben aufgrund der lokal unterschiedlichen Feldstärken jedoch den Nachteil der Randaufhäufung des galvanisch aufgetragenen Materials, beispielsweise Nickel. Solche Randaufhäufungen können verschleißen und zu einer Veränderung des Hubmagnet-Hubes führen. Die Folge ist eine unerwünschte Veränderung des volumetrischen Verhaltens einer Pumpe.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Hubmagnetanordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des unabhängigen Anspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß aufgrund der Ankergeometrie ein günstiges Beschichtungsverfahren eingesetzt werden kann, ohne dass sich eine nachteilige Hubveränderung und eine dadurch einhergehende Volumenveränderung durch etwaig infolge der Beschichtung einstellende Randüberhöhungen ergibt. Dadurch kann insbesondere das günstige Beschichtungsverfahren der Galvanisierung mit Nickel zum Zuge kommen und eine Kostenersparnis gegenüber einer chemischen Auftragung von Nickel erzielt werden.
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Weiterhin kann die Lebensdauer der Hubmagnetanordnung erheblich erweitert werden, da die für Erreichung einer Extremlage des Hubankers erforderliche Kontaktspannung aufgrund der vorgesehenen Ankergeometrie stark reduziert werden kann. Bei Hubbewegungen kann ein Anker infolge von magnetischen Radialkraftanteilen in eine schiefe Flugbahn gezwungen werden und dadurch auf seinen randständigen Bereichen aufkommen. Aufgrund der vorgesehenen Ankergeometrie wird ein gezielter Auftreffbereich vorgegeben, der die Lebensdauer der Hubmagnetanordnung vorteilhaft beeinflußt.
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Des Weiteren kann ein Driftverhalten in einem Hubvolumen, das mit einer verschleißbedingten Hubveränderung einhergeht, sei es durch einen Verschleiß der Randüberhöhungen einer galvanisch aufgetragenen Beschichtung, sei es durch einen Verschleiß infolge schiefer Flugbahnen, stark reduziert bzw. beseitigt werden.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Hubmagnetanordnung möglich.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigen
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1 eine Querschnittsseitenansicht einer Hubmagnetanordnung mit Tauchanker,
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2 einen Tauchanker mit einer balligen Anschlagfläche und
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3 Teilkomponenten einer Hubmagnetanordnung mit Tauchanker.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Eine Hubmagnetanordnung
10 gemäß
1 ist an sich aus der
DE 102012211875 bekannt. Unterhalb einer gemeinsamen Ventilbaugruppe
22, in der ein nicht näher dargestelltes Ansaugventil und ein nicht näher dargestelltes Druckventil aufgenommen sind, befindet sich der Hubmagnet
28. Der Hubmagnet
28 umschließt einen Tauchanker
70, der beispielsweise formschlüssig mit der Fördermembran
24 verbunden ist. Bei der Bestromung des Hubmagneten
28 erfolgt eine Auf- und Abbewegung des Tauchankers
70, wodurch eine Förderung des Betriebs-/Hilfsstoffes durch Öffnen und Verschließen des Ansaugventiles und des Druckventiles erfolgt. Der Tauchanker
70 weist hierbei einen Führungsanker
71 auf, auf den die als Elastomermembran ausgebildete Fördermembran
24 aufvulkanisiert ist.
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In einem unteren Totpunkt 73 erfolgt ein Anschlag des Tauchankers 70 auf einen dafür vorgesehen Einstelltopf 75, der an einen Rückschlusstopf 69 angebunden ist. Bei Stromfluss wird die Einheit 70, 71 in einen oberen Totpunkt 82 bewegt. Der Tauchanker 70 mit seinem Nebenluftspalt 88 wird dabei gegen einen Hauptluftspalt 86 angezogen und erfährt so eine zunehmende Kraft bei abnehmendem Luftspalt. Der Tauchanker 70 ist radial gelagert mittels einer Lagerbuchse 68, die gute Gleiteigenschaften aufweist und gleichzeitig den Magnetfluss durch einen hohen Eisenanteil begünstigt. Der Anker spannt eine Druckfeder 66 vor und liegt nach Vollendung seines Hubs an einer Scheibe 84 an, die ein magnetisches Kleben verhindert.
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2 zeigt einen Tauchanker 70 ohne Darstellung des Führungsankers 71. Des Weiteren dargestellt ist eine kreisringförmige Scheibe bzw. Anschlagfläche bzw. Anschlagbereich 84 für den in 1 dargestellten oberen Totpunkt 82 des Tauchankers. Auf der zur Anschlagfläche 84 zugewandten Seite 111 weist der Tauchanker 70 eine ballige Geometrie in Form einer abgerundeten kreisringförmigen Erhebung 110 auf. Diese kreisringförmige Erhebung besitzt auf der randständigen Seite des Tauchankers einen ersten Krümmungsradius 101 und auf der der Symmetrieachse des Tauchankers bzw. dem hier nicht näher dargestellten Führungsanker zugewandten Seite einen zweiten Krümmungsradius 102. Beide Krümmungsradien sind in der Figur jeweils mit einem Pfeil symbolisch dargestellt. Der erste Krümmungsradius 101 bewegt sich hierbei beispielsweise in einem Bereich von ca. 70 bis 90 Millimeter, zum Beispiel beträgt er ca. 80 Millimeter; der zweite Krümmungsradius 102 bewegt sich beispielsweise in einem Bereich von ca. 480 bis 580 Millimeter, zum Beispiel beträgt er ca. 530 Millimeter. Dadurch kann sich eine Höhe 103 der Erhebung von zum Beispiel ca. 30 Mikrometer ergeben, bei einem radialen Abstand 104 dieses kreisförmigen höchsten Bereichs vom Rand des Tauchankers von zum Beispiel ca. 2 Millimeter.
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Wesentlich ist dabei, daß die Höhe 103 der kreisringförmigen Erhebung bzw. der balligen Geometrie so bemessen ist, daß die Erhebung soweit über einer aus einem Galvanisierungsprozess des Tauchankers resultierenden Randüberhöhung 108 steht, daß ein Aufschlagen dieser galvanisch bedingten Randüberhöhung auf die Anschlagfläche 84 nicht zum Tragen kommt bzw. nicht stattfinden kann. Dabei ist auch die maximale Schiefstellung des Kolbens/Ankers zu beachten, da eine solche Schiefstellung dazu führen kann, dass die Randaufhäufung wieder in Berührung kommt. Die Krümmung ist daher so groß zu wählen, daß unter den genannten Bedingungen ein Anschlagen nicht möglich ist.
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3 zeigt nochmals einen Tauchanker 70; eine aufgrund eines Galvanisierungsprozesses mit Nickel vorhandene Randüberhöhung 108 auf der dem oberen Totpunkt bzw. der oberen Anschlagfläche 84 zugewandten Seite ist in einem Kreisausschnitt 128 vergrößert dargestellt. Die darin markierte Materialdicke 130 der relativ weichen Beschichtung 131 mit Nickel kann im Laufe der Zeit beispielsweise um 25 Mikrometer abgetragen werden, was bei einem Hub des Ankers von zum Beispiel 500 Mikrometer im Laufe der Zeit zu einer relativen Veränderung des geförderten Volumens in der Größenordnung von 5 Prozent führen kann, wenn eben keine ballige Geometrie vorgesehen ist.
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Eine auf der dem unteren Totpunkt bzw. der unteren Anschlagfläche 75 zugewandten Seite 121 befindliche Randüberhöhung 109 am Tauchanker, auf einer der beiden lateralen Seiten hervorgehoben durch einen gestrichelten Kreis 129, wechselwirkt beim Anschlag nicht mit der Anschlagfläche bzw. dem Einstelltopf 75, weil dieser derart ausgebildet bzw. in einem Bereich 120 derart geformt ist, daß die Randüberhöhung nicht auf ihr aufschlagen kann.
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Alternativ kann auch auf der dem unteren Totpunkt zugewandten Fläche des Tauchankers eine geeignete ballige Geometrie vorgesehen sein.
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Es ist also in einer Ausführungsform der Erfindung eine ballige Geometrie insbesondere mit möglichst großer Krümmung an einer definierten Position vorgesehen. Je größer der Radius im Aufschlagbereich, desto geringer wird allerdings die erzeugbare Magnetkraft. So kann jedenfalls eine Kontaktspannung reduziert werden, so können mechanische Aufschläge auf Randüberhöhungen, die durch eine galvanische Auftragung von Nickel entstanden sind, vermieden werden, und so kann auch selbst bei hohen Kolbenschiefstellungen infolge eines hohen lateralen Spiels ein definierter Aufschlagpunkt des Ankers auf den Anschlagbereich eingestellt werden. Das heißt, die ballige Geometrie erweist sich auch dann als nützlich, wenn es nicht darum geht, Randüberhöhungen aufgrund einer Galvanisierung „unschädlich“ zu machen:
Bei einem schiefen Flug des Ankers erfolgt ein Anschlag meistens in den Eckbereichen des Kolbens. Der Verschleiß nimmt zu und die Hubgenauigkeit nimmt ab. Dieser schiefe Flug wird durch die Kombination aus Radial- und Axialkräften beim Bestromen eines Magneten erzeugt. Dieses Verhalten ist auch kaum zu reduzieren, außer die Lagerspiele werden sehr eng eingerichtet. Eine enge Toleranz hat jedoch wieder den Nachteil hoher Herstellungskosten. Der Vorteil dieser Erfindung ist es also insbesondere, dass auch mit hohen Toleranzen im Lagerbereich und einem schief auf Anschlagbereiche auftreffenden Anker/Kolben ein präziser und reproduzierbarer Hub ausgeführt werden kann.
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Die Hubmagnetanordnung kann auch alternativ zu der Ausführungsform als Pumpe als Dosierventil ausgeführt sein. Alle in der Technik bekannten Hubmagnete, bei denen es sehr stark auf eine hohe Hubgenauigkeit über die gesamte Lebensdauer der Anordnung ankommt, können erfindungsgemäß ausgeführt sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012211875 [0001, 0012]
