DE102015010505A1

DE102015010505A1 - Vorrichtung zur Mischung und Förderung von Fluiden

Info

Publication number: DE102015010505A1
Application number: DE102015010505.1A
Authority: DE
Inventors: Thomas Rolland; Axel Müller; Olaf Ohligschläger; Michael Müller
Original assignee: Thomas Magnete GmbH
Current assignee: Thomas Magnete GmbH
Priority date: 2015-08-12
Filing date: 2015-08-12
Publication date: 2017-02-16

Abstract

Aufgabe: Es ist eine Vorrichtung zu beschreiben, die im Vergleich zum Stand der Technik nur wenige Komponenten enthält, die mit einem geringen Aufwand herzustellen sind. Die Funktionen sind: Eine bedarfsgerechte Förderung, eine Vermischung von zwei Fluiden und ein Schutz vor Beschädigungen beim Einfrieren eines der Fluide. Lösung: Die Förderpumpe (2) ist eine von einem Elektromagneten (9) angetriebene innendurchströmte Hubkolbenpumpe, die eine einlasseitige Absperrvorrichtung (8) enthält, wobei die Absperrvorrichtung (8) ein Nachfließen des ersten Fluids durch die Förderpumpe (2) verhindert, wenn der Elektromagnet (9) von seiner elektrischen Ansteuerung (10) nicht betätigt wird. Anwendung: Die Vorrichtung findet vorzugsweise in Fahrzeugen Verwendung, in denen anfallendes oder gespeichertes Wasser in die Verbrennungsluft des Verbrennungsmotors eingebracht wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung entsprechend dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs.
Stand der Technik:
Vorrichtungen zum Mischen und Fördern von Fluiden sind bekannt und weit verbreitet, insbesondere auch im Umfeld von Verbrennungsmotoren. Beispielsweise beschreibt die Druckschrift EP 1878920 B1 ein Fördersystem mit einer Dosierpumpe.
Solche Vorrichtungen enthalten translatorisch oder rotatorisch arbeitende Förderpumpen und Mischeinrichtungen, die als eigenständige Bauelemente durch Leitungen mit der Förderpumpe und dem Verbraucher verbunden sind. Das bewirkt, dass die Vorrichtungen aufwändig herzustellen und einzubauen sind.
Wenn mit einer solchen Vorrichtung auch Wasser oder eine wasserhaltige Flüssigkeit gefördert werden soll, müssen geeignete technische Maßnahmen ergriffen werden, die eine Beschädigung der Vorrichtung und ihrer Komponenten beim Einfrieren der Flüssigkeit verhindern. Diese Maßnahmen können je nach ihrer Art den Bau- und Montageaufwand noch einmal erheblich vergrößern.
Aufgabe:
Diese Erfindung soll eine Vorrichtung beschreiben, die im Vergleich zum Stand der Technik nur wenige Komponenten enthält, die mit einem geringen Aufwand herzustellen sind und dennoch zuverlässige Funktionen der Vorrichtung gewährleisten, nämlich eine bedarfsgerechte Förderung, eine Vermischung von zwei Fluiden und einen Schutz vor Beschädigungen beim Einfrieren eines der Fluide.
Lösung:
Die Lösung der Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Anspruchs beschrieben, in Verbindung mit den Merkmalen der Unteransprüche.
Die Förderung des ersten Fluids wird durch eine Hubkolbenpumpe bewirkt, die wegen ihres Antriebs durch einen Elektromagneten sehr einfach aufgebaut ist und einen bedarfsgerechten variablen Förderstrom erzeugt, der über die Frequenz des pulsartigen elektrischen Ansteuersignals eingestellt wird. Bis zu einer Grenzfrequenz F0 ist der Förderstrom annähernd proportional zu der Frequenz, darüber fällt bei steigender Frequenz der Proportionalitätsfaktor ab, weil die Amplitude der Verdrängung abnimmt.
In dieser Anwendung ist es möglich und vorteilhaft, die Hubkolbenpumpe mit einer Absperrvorrichtung zu versehen, die im Stillstand der Hubkolbenpumpe ein Nachfließen oder Durchströmen des Fluids vom Einlass zum Auslass der Hubkolbenpumpe verhindert. Die Absperrvorrichtung ist sehr einfach aufgebaut und muss nicht gesondert angesteuert werden, sie besteht aus einem elastischen Schließkörper und einer Schließfläche, wobei in einer bevorzugten Ausführung die Schließfläche Teil des Ankers des Elektromagneten ist und der elastische Schließkörper ruht.
Bei dieser Anordnung drückt dann die ohnehin vorhandene Rückstellfeder für den Anker diesen gegen den Schließkörper und sperrt den Zulauf zur Hubkolbenpumpe ab.
Selbstverständlich kann auch der Schließkörper mit dem Anker beweglich angeordnet sein und die Schließfläche ruhen.
Damit in der Hubkolbenpumpe darin befindliches Wasser beim Einfrieren keine Beschädigung bewirken kann, ist die Hubkolbenpumpe mit einem Ausgleichsvolumen ausgerüstet, das von einer elastischen Membran von einem Gasvolumen abgeteilt ist. Bei dem Einfrieren des Wassers gibt die Membran nach und das Ausgleichsvolumen kann sich vergrößern. Beim Auftauen wird die Membran durch ihre Formsteifigkeit oder durch den Druck im Gasvolumen zurückgestellt.
Die wasserführenden Leitungen werden beim Einfrieren vor Beschädigungen geschützt, weil sie eine ausreichend große Elastizität aufweisen. Die Vorrichtung dient nicht nur zur Förderung, sondern auch zum Mischen von Fluiden. Dazu enthält sie eine Mischkammer, die vorteilhafterweise entweder mit der Hubkolbenpumpe oder mit dem Verbraucher eine Baueinheit bildet, damit die Anzahl der Bauelemente der Vorrichtung klein bleibt. Die Mischkammer ist mit einer Versorgungseinrichtung verbunden, die das zweite Fluid bereitstellt.
Das erste Fluid wird aus einem Vorratstank entnommen, der vorzugsweise von einem Kondensatabscheider mit Wasser gefüllt wird. Der Kondensatabscheider entnimmt das Wasser entweder aus dem Kraftstoff oder aus der gekühlten Luft aus der Klimaanlage des Fahrzeugs.
Anwendung:
Die Vorrichtung findet vorzugsweise in Fahrzeugen Verwendung, in denen anfallendes oder gespeichertes Wasser in die Verbrennungsluft des Verbrennungsmotors eingebracht wird.
Bilder:
1 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer schematischen Darstellung
2 zeigt die Förderpumpe der Vorrichtung im Schnitt
Beispielhafte Ausführung:
Die Vorrichtung zur Förderung und Mischung von zwei Fluiden gemäß 1 besteht aus einem Vorratstank (1) für ein erstes Fluid, einer Förderpumpe (2), einer Versorgungseinrichtung (3) für ein zweites Fluid, einer Mischeinrichtung (4), einem Verbraucher (5) und mindestens drei Leitungen (11, 12, 13), wobei die Förderpumpe (2) gemäß 2 eine von einem Elektromagneten (9) angetriebene innendurchströmte Hubkolbenpumpe ist, die eine Absperrvorrichtung (8) enthält.
Dabei verhindert die Absperrvorrichtung (8) ein Nachfließen des ersten Fluids durch die Förderpumpe (2), wenn der Elektromagnet (9) von seiner elektrischen Ansteuerung (10) nicht betätigt wird, und besteht aus einem elastischen Dichtkörper (17) und einer einlassseitigen Dichtfläche (18), wobei die Dichtfläche (18) über einen Anker (19) von einer Rückstellfeder (20) gegen den Dichtkörper gedrückt wird, wenn die Absperrvorrichtung aktiv ist.
Vorteilhafterweise enthält die Förderpumpe (2) ein von einer elastischen Membran (6) abgeteiltes Ausgleichsvolumen (7).
Das erste Fluid ist vorzugsweise Wasser oder eine stark wasserhaltige Flüssigkeit.
Das zweite Fluid ist vorzugsweise Luft oder ein Gasgemisch mit erheblichem Anteil an Luft.
In einer alternativen Ausführung ist das zweite Fluid ein flüssiger oder gasförmiger Brennstoff.
Wenn das erste Fluid Wasser oder eine wasserhaltige Flüssigkeit ist weisen die wasserführenden der mindestens drei Leitungen (11, 12, 13) eine ausreichende Elastizität auf, so dass bei einem Einfrieren des Wassers die Leitungen nicht beschädigt werden.
Die elektrische Ansteuerung (10) gibt ein pulsierendes elektrisches Signal an den die Förderpumpe (2) antreibenden Elektromagneten (9) ab, wobei die Frequenz des pulsierenden Signals den Förderstrom der Förderpumpe bestimmt.
Die der Förderpumpe (2) nachgeschaltete Mischeinrichtung (4) bildet vorteilhafterweise mit der Förderpumpe eine Baueinheit (16), mit interner Leitungsführung von der Förderpumpe zu der Mischeinrichtung.
Alternativ dazu bildet die Mischeinrichtung (4) mit dem Verbraucher (5) eine Baueinheit, mit interner Leitungsführung zwischen der Mischeinrichtung (4) und dem Verbraucher (5) und mit einer Leitung (14) zwischen der Förderpumpe (2) und der Mischeinrichtung (4).
Der Verbraucher (5) ein ist vorzugsweise ein Verbrennungsmotor, der mit einem Gemisch von Fluiden versorgt wird.
Der Vorratstank (1) wird vorzugsweise von einem Kondensatabscheider (15) mit Wasser oder einem wasserhaltigen Flüssigkeitsgemisch befüllt, wobei der Kondensatabscheider dem Kraftstoffsystem oder der gekühlten Luft aus einer Klimaanlage Wasser entnimmt.
Zum Betrieb der Vorrichtung wird in der elektrischen Ansteuerung (10) ein pulsierendes elektrisches Signal erzeugt, das in Abhängigkeit von gemessenen Betriebszuständen des Verbrauchers (5) im Förderbetrieb eine Arbeitsfrequenz unterhalb der Grenzfrequenz F0 aufweist, die wegen der Proportionalität zwischen der Arbeitsfrequenz in diesem Frequenzbereich und der Fördermenge der Förderpumpe (2) der berechneten erforderlichen Fördermenge entspricht.
Bezugszeichenliste

1: Vorratstank
2: Förderpumpe
3: Versorgungseinrichtung
4: Mischeinrichtung
5: Verbraucher
6: Membran
7: Ausgleichsvolumen
8: Absperrvorrichtung
9: Elektromagnet
10: Elektrische Ansteuerung
11: Leitung
12: Leitung
13: Leitung
14: Leitung
15: Kondensatabscheider
16: Baueinheit
17: Dichtkörper
18: Dichtfläche
19: Anker
20: Rückstellfeder

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

EP 1878920 B1 [0002]

Claims

Vorrichtung zur Förderung und Mischung von zwei Fluiden, bestehend aus einem Vorratstank (1) für ein erstes Fluid, einer Förderpumpe (2), einer Versorgungseinrichtung (3) für ein zweites Fluid, einer Mischeinrichtung (4), einem Verbraucher (5) und mindestens drei Leitungen (11, 12, 13) dadurch gekennzeichnet, dass die Förderpumpe (2) eine von einem Elektromagneten (9) angetriebene innendurchströmte Hubkolbenpumpe ist, die eine einlasseitige Absperrvorrichtung (8) enthält, wobei die Absperrvorrichtung (8) ein Nachfließen des ersten Fluids durch die Förderpumpe (2) verhindert, wenn der Elektromagnet (9) von seiner elektrischen Ansteuerung (10) nicht betätigt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Absperrvorrichtung aus einem elastischen Dichtkörper (17) und einer einlassseitig angeordneten Dichtfläche (18) besteht, wobei die Dichtfläche (18) über einen Anker (19) von einer Rückstellfeder (20) gegen den Dichtkörper gedrückt wird, wenn die Absperrvorrichtung aktiv ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderpumpe (2) ein von einer elastischen Membran (6) abgeteiltes Ausgleichsvolumen (7) enthält.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Fluid Wasser oder eine stark wasserhaltige Flüssigkeit ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Fluid Luft oder ein Gasgemisch mit erheblichem Anteil an Luft ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Fluid ein Brennstoff ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die wasserführenden der mindestens drei Leitungen (11, 12, 13) eine ausreichende Elastizität aufweisen, so dass bei einem Einfrieren des Wassers die Leitungen nicht beschädigt werden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Ansteuerung (10) ein pulsierendes elektrisches Signal an den die Förderpumpe (2) antreibenden Elektromagneten (9) abgibt, wobei die Frequenz des pulsierenden Signals den Förderstrom der Förderpumpe bestimmt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die der Förderpumpe (2) nachgeschaltete Mischeinrichtung (4) mit der Förderpumpe eine Baueinheit (16) bildet, mit interner Leitungsführung von der Förderpumpe zu der Mischeinrichtung.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischeinrichtung (4) mit dem Verbraucher (5) eine Baueinheit bildet, mit interner Leitungsführung zwischen der Mischeinrichtung (4) und dem Verbraucher (5) und mit einer Leitung (14) zwischen der Förderpumpe (2) und der Mischeinrichtung (4)
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorratstank (1) von einem Kondensatabscheider (15) mit Wasser oder einem wasserhaltigen Flüssigkeitsgemisch befüllt wird.
Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung entsprechend den Ansprüchen 1 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der elektrischen Ansteuerung (10) ein pulsierendes elektrisches Signal erzeugt wird, das in Abhängigkeit von gemessenen Betriebszuständen des Verbrauchers (5) im Förderbetrieb eine Arbeitsfrequenz unterhalb der Grenzfrequenz F0 aufweist, die wegen der Proportionalität zwischen der Arbeitsfrequenz in diesem Frequenzbereich und der Fördermenge der Förderpumpe (2) der berechneten erforderlichen Fördermenge entspricht.