DE102015226463A1 - Magnetaktor für ein Förderaggregat - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Magnetaktor (111) für ein Förderaggregat (110), insbesondere eine Membranpumpe für einen Betriebs-/Hilfsstoff in einem Fahrzeug, mit einem federbeaufschlagten Anker (118), der sich durch eine Magnetspule (14) erstreckt und auf eine Membran (117) wirkt, vorgeschlagen, wobei die Membran einen Arbeitsraum (120) des Förderaggregats beaufschlagen und/oder oder einen Dichtsitz (48) eines Ventils (130) abdecken bzw. freigeben kann, wobei die Membran (117) über eine Zwischenschicht (119) mit dem Anker verbunden ist.
Description
- Stand der Technik
- Die Erfindung geht aus von einem Magnetaktor nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs. Es ist schon ein solcher Magnetaktor aus der
DE 10 2013 211 164 bekannt, der mit einer beweglichen Membran in Wirkverbindung steht. - 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. Membranpumpen, die beispielsweise zum Rücksaugen des in einem Abgasnachbehandlungssystem zirkulierenden gefrierfähigen Reduktionsmittels eingesetzt werden, arbeiten in der Regel nach Abstellen des Fahrzeugs für einen Zeitraum von 30 Sekunden 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.
- Offenbarung der Erfindung
- Der erfindungsgemäße Magnetaktor mit den kennzeichnenden Merkmalen des unabhängigen Anspruchs hat demgegenüber den Vorteil einer verbesserten Dauerhaltbarkeit insbesondere im Bereich der Anker-Membran-Kombination.
- Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im unabhängigen Anspruch angegebenen Magnetaktors möglich.
- Kurze Beschreibung der Zeichnungen
- Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
-
1 eine als Rücksaugpumpe eingesetzte Membranpumpe gemäß des Standes der Technik, -
2 eine weitere, aus derDE 10 2013 211 164 bekannte Membranpumpe mit einer Schließfunktion im Abstellfall, -
3 eine Förderpumpe mit integriertem Schließventil, -
4 eine Anker-Membran-Kombination und -
5 eine weitere Anker-Membran-Kombination. - Ausführungsformen der Erfindung
- Der Darstellung gemäß
1 ist eine Rücksaugpumpe gemäß des Standes der Technik zu entnehmen, die ein Gehäuse12 umfasst. In das Gehäuse12 ist eine Magnetspule14 eingelassen. Ein Magnettopf umfasst eine Druckfederaufnahme16 , die in eine Druckfeder18 eingelassen ist. Die Druckfeder18 beaufschlagt einen Anker26 mit einer dornförmig ausgebildeten Federaufnahme. Unterhalb des Ankers26 befindet sich eine Membrandichtung20 , die aus elastischem Material gefertigt ist. Die Membrandichtung20 verschließt einen Dichtsitz22 , der sich zwischen der Membrandichtung20 und einer Ventilplatte24 befindet. Position28 markiert einen Hauptluftspalt, der sich im Wesentlichen in horizontaler Richtung zwischen dem Magnettopf und der Oberfläche des Ankers26 mit Federaufnahme erstreckt. Ferner umfasst die Membranpumpe10 gemäß der Darstellung in1 einen Nebenluftspalt30 , der sich ebenfalls in horizontale Richtung erstreckt. Über die Ventilplatte24 werden ein Zulauf32 , an dem unter Förderdruck stehender Betriebs-/Hilfsstoff anliegt und ein dementsprechender Ablauf34 gesteuert. - Der Darstellung gemäß
2 ist eine als Rücksaugpumpe eingesetzte Membranpumpe mit einem Magnetaktor zu entnehmen, wie sie aus derDE 10 2013 211 164 bekannt ist. Die Membranpumpe10 gemäß des Längsschnittes in2 umfasst einen Magnettopf40 , der die Magnetspule14 umschließt. Der Magnettopf40 bildet eine einteilige Ankerführung42 , in der ein Ankerbolzen des Ankers43 geführt ist. Der Anker43 betätigt eine elastische Eigenschaften aufweisende Membran44 . Die Membran44 verschließt beispielsweise einen durch eine eingeprägte Rille46 dargestellten Ventilsitz48 . Auf der Oberseite der Membran44 befindet sich eine umlaufende Vertiefung50 , die korrespondierend zum auf der anderen Seite der Membran44 liegenden eingeprägten Rille46 verläuft. - Die elastische Eigenschaften aufweisende Membran
44 ist beispielsweise über ein Halteblech52 auf der Ventilplatte24 gehalten. Die Ventilplatte24 umfasst einen durchgehenden Kanal54 . Unterhalb der Ventilplatte24 , d.h. auf der der Membran44 gegenüberliegenden Seite der Ventilplatte24 befindet sich jeweils ein Rückschlagventil56 zum Öffnen bzw. Verschließen des Zulaufs32 sowie ein weiteres Rückschlagventil58 zum Verschließen bzw. Öffnen des Ablaufs34 . - Des Weiteren zeigt der Längsschnitt gemäß
2 eine Magnetscheibe60 , welche Teil eines magnetischen Kreises ist, in welchem der magnetische Fluss104 verläuft. Zum magnetischen Kreis zählen der Anker43 , die Magnetscheibe60 sowie der Magnettopf40 . - Mit Bezugszeichen
90 ist ein Außenradius des Ankers43 bezeichnet, der eine einen Luftspalt begrenzende Fläche definiert, während mit Bezugszeichen86 der Radius eines für die Bewegung des Ankers43 freistehenden zylindrischen Bereichs bezeichnet ist. -
3 zeigt ein Förderaggregat bzw. eine Pumpe in Form einer Membranpumpe110 , welche einen Magnetaktor111 aufweist, über dessen im Ausführungsbeispiel translatorische Hin- und Herbewegung eine Pumpwirkung erzeugt wird. Elektrische Kontaktierungen insbesondere der Magnetspule sind der Einfachheit halber nicht dargestellt. Der Magnetaktor111 weist einen Anker118 auf, der stirnseitig über eine Thermoplastumspritzung119 mit einer Elastomermembran117 verbunden ist. Der Anker ist als Tauchanker ausgebildet, der radial von einer Magnetspule14 umgeben ist. Der Magnetaktor weist ferner eine Druckfeder18 auf, welche die Elastomermembran über den Anker – im unbestromten Zustand der Magnetspule14 – im Bereich ihres Dichtwulsts480 auf den Ventilsitz bzw. Dichtsitz48 der Ventilplatte24 drückt. Hierdurch ist in der Pumpe ein integriertes Schließventil130 (48 ,480 ) gebildet, welches den Arbeitsraum120 der Membranpumpe im in3 dargestellten unbestromten Zustand gegenüber dem saugseitigen Ventil bzw. dem Zulaufventil113 der Membranpumpe abdichtet. Hierdurch wird gewährleistet, daß im Falle der Anwendung bei einer Abgasnachbehandlung in einem Kraftfahrzeug zur Bereitstellung eines flüssigen Hilfsmittels zur Reduktion von Stickoxiden bei abgestelltem Fahrzeug kein Medium aus dem Tank zum am Abgastrakt angeordneten Dosierventil gelangen kann (Flutungsschutz), daß während eines regulären Förderbetriebs kein Fördervolumenverlust über den Arbeitsraum der Membranpumpe hindurch erfolgt und daß bei einem Aufkommen von Eisdruck der Dichtsitz gegen die Kraft der Druckfeder18 öffnen und das System entlasten kann. Daneben zeigt3 auch ein bei einer Membranpumpe in an sich bekannter Weise vorgesehenes druckseitiges bzw. Ablaufventil115 , über welches über das Zulaufventil und den Arbeitsraum angesaugtes Medium zu einer Verbrauchsstelle, wie zum Beispiel einem Dosierventil wie oben angesprochen, weiterbefördert wird. - Im Betriebsfall bewegt sich der Anker mitsamt der Membran zwischen der Dichtsitzauflage
48 auf der Ventilplatte und dem Anschlag122 im Bereich der Tauchankergeometrie. Somit sind zwei Anschläge realisiert, wobei einer davon, nämlich die in3 unten angeordnete Dichtsitzauflage, infolge der Abpufferung durch die Ausbildung der Membran als Elastomermembran so gut wie keine Geräusche verursacht. Der obere Anschlag122 , der bei bestromtem Magneten den Anker118 über die Tauchankergeometrie anzieht, beruht im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus einem metallischen Anschlag. Wahlweise können hier zusätzliche Dämpfungsmaßnahmen vorgesehen sein, zum Beispiel durch das Vorsehen einer Gummierung bzw. durch das Anbringen von Distanzscheiben aus einem dämpfenden Material. - Der Anker
118 bewegt sich im Betrieb der Membranpumpe in einem beispielsweise zylindrischen Hohlraum128 , der von der Magnetspule14 zumindest teilweise umgeben ist. Der Anker weist einen Federraum126 auf, der auf der dem Arbeitsraum abgewandten Seite offen ist. Auf dieser Seite ragt die Feder18 in den Federraum hinein, welche sich an ihrem aus dem Federraum herausragenden Ende an dem Grundkörper bzw. magnetischen Rückschlußtopf123 der Membranpumpe abstützt. In dem Rückschlußtopf ist eine Entlüftungsöffnung121 zur Entlüftung des Federraums bzw. des zylindrischen Hohlraums128 vorgesehen. Ein sogenannter magnetischer Rückschlußkragen124 umgibt den Hohlraum128 entlang eines größeren Teils seiner Längserstreckung, jedenfalls auf der dem Arbeitsraum zugewandten Seite des Hohlraums und winkelt dort radial in Richtung der Magnetspule ab. Zwischen dem Rückschlußkragen und dem Hohlraum befindet sich ein beispielsweise als Hülse ausgebildetes Lager129 mit einem magnetischen Rücken zur Reduzierung eines magnetischen Widerstands, so daß sich eine widerstandsarme und langflächige Führung des Ankers118 ergibt. - Die hier vorliegende Erfindung kann komplett umspritzt und mit einer Schweißrippe
127 ausgestattet werden, um mittels einer günstigen Verbindungstechnik, beispielsweise Laserschweißen, an dem Pumpengehäuse125 befestigt zu werden. Die Membran117 und der damit eingeschlossene Arbeitsraum120 ermöglichen es, auch gasförmige Medien bzw. Flüssigkeiten mit Gasanteilen zu fördern. -
4 zeigt eine vergrößerte Darstellung des Magnetaktors111 (ohne Darstellung der Magnetspule) in einer Querschnittsseitenansicht. Der Anker besteht aus einem magnetisch leitenden Werkstoff, der an seiner dem Arbeitsraum120 der Membranpumpe zugewandten Stirnseite mit zwei konzentrischen Hinterschnitten133 bzw.135 versehen ist, so daß die stirnseitige Thermoplastumspritzung119 des Ankers eine mechanisch feste Verbindung mit dem Anker eingehen kann. Der Anker ist hierbei mit einem sogenannten Freistich137 versehen, so daß ein Verklemmen des Ankers im Bereich zwischen seiner zylindrischen Erstreckung und dem durchmesserbreiten Bereich auf Höhe der Anbindung der Thermoplastumspritzung119 bei einem vollständigen Anziehen des Ankers im bestromten Zustand der Magnetspule vermieden werden kann. Die Zwischenschicht aus thermoplastischem Material bzw. die Thermoplastumspritzung119 ihrerseits weist seitlich einen Hinterschnitt131 auf, damit die an der Zwischenschicht aufgebrachte Elastomermembran117 ebenfalls eine mechanisch feste Verbindung mit der Zwischenschicht eingehen kann. Die Zwischenschicht weist stirnseitig eine vorzugsweise kreisförmige Erhöhung auf, die sich auf der dem Arbeitsraum zugewandten Seite der Elastomermembran als Dichtwulst480 wiederfindet, der mit dem Dichtsitz48 der Ventilplatte24 wie in2 dargestellt zusammenwirken kann. Eine Dichtlippe139 der Elastomermembran dient zur randständigen fluiddichten Begrenzung des Arbeitsraums, während ein verdickter Randbereich der Elastomermembran zu ihrer mechanischen Arretierung im mechanischen Gefüge der Membranpumpe, beispielsweise im Bereich der Ventilplatte24 , dient. - Die Anker-Membran-Kombination ist also speziell ausgelegt, um eine verbesserte Haftung des Elastomerwerkstoffs der Membran zu ermöglichen. Dafür wird auf den metallischen Teil des Ankers ein thermoplastischer Kunststoff aufgespritzt. Neben dem mindestens einen mechanischen Hinterschnitt wird also durch eine geeignete Werkstoffkombination und Verwendung eines geeigneten Haftvermittlers für den Elastomer eine mechanisch feste Verbindung der Materialien gewährleistet, die ohne die thermoplastische Zwischenschicht nicht gegeben wäre. Auch die thermoplastische Zwischenschicht wiederum haftet unter Verwendung eines geeigneten Haftvermittlers besser auf dem metallischen Anker als das Elastomermaterial der Arbeitsmembran. Zusätzlich können Oberflächenstrukturierungen beispielsweise der Stirnseite des Ankers vorgesehen werden, um noch innigeres Ineinandergreifen der gepaarten Materialien zu unterstützen.
-
5 zeigt eine alternative Anker-Membran-Kombination ebenfalls in Querschnittsseitenansicht. Gleiche oder ähnliche Bestandteile wie in der Ausführungsform gemäß4 sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Gummi- bzw. Elastomermembran117 ist hierbei durch Querbohrungen500 und durch Axialbohrungen600 im Kunststoff bzw. der Thermoplastumspritzung119 mechanisch gehalten. - Der Verbau kann sowohl in volumetrisch arbeitenden als auch in druckgeregelten Systemen verwendet werden, in denen eine solche Pumpe eingebunden ist, beispielsweise im Bereich der Abgasnachbehandlung, aber auch der Medizintechnik oder bei Kaffeemaschinen, insbesondere bei diversen Fördereinrichtungen, die im nicht bestromten Zustand geschlossen sein sollten.
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- DE 102004057688 A1 [0003]
Claims (11)
- Magnetaktor (
111 ) für ein Förderaggregat (110 ), insbesondere eine Membranpumpe für einen Betriebs-/Hilfsstoff in einem Fahrzeug, mit einem federbeaufschlagten Anker (118 ), der sich durch eine Magnetspule (14 ) erstreckt und auf eine Membran (117 ) wirkt, welche einen Arbeitsraum (120 ) des Förderaggregats beaufschlagen und/oder oder einen Dichtsitz (48 ) eines Ventils (130 ) abdecken bzw. freigeben kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (117 ) über eine Zwischenschicht (119 ) mit dem Anker verbunden ist. - Magnetaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (
118 ) aus einem magnetisch leitenden Werkstoff gefertigt ist. - Magnetaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (
117 ) aus einem Elastomermaterial gefertigt ist. - Magnetaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht (
119 ) aus einem thermoplastischen Material gefertigt ist. - Magnetaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Hinterschnitt (
131 ,133 ,135 ) für eine feste Verbindung der Zwischenschicht mit dem Anker bzw. der Zwischenschicht mit der Membran vorgesehen ist. - Magnetaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran im an der Zwischenschicht montierten Zustand einen Dichtwulst (
480 ) aufweist, der als Gegenstück zum Dichtsitz (48 ) des Ventils (130 ) dient. - Magnetaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht mindestens eine Quer- (
500 ) und/oder mindestens eine Axialbohrung (600 ) aufweist. - Magnetaktor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (
117 ) durch die mindestens eine Quer- (500 ) und/oder die mindestens eine Axialbohrung (600 ) gehalten ist. - Magnetaktor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (
117 ) die mindestens eine Quer- (500 ) und/oder die mindestens eine Axialbohrung (600 ) ausfüllt. - Magnetaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (
130 ) durch die von einer Druckfeder (18 ) stammenden Federbeaufschlagung des Ankers bei nicht-bestromter Magnetspule (14 ) geschlossen ist. - Membranpumpe (
110 ) mit einem Magnetaktor (111 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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