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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schlauchpumpe nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, ein Kraftfahrzeug, aufweisend eine Schlauchpumpe, sowie die Verwendung einer Schlauchpumpe in einem Kraftfahrzeug.
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Bei Dieselkraftfahrzeugen der neueren Bauart wird oft zur Reduzierung des Ausstoßes von Stickoxiden eine wässrige Harnstofflösung, auch bekannt als AdBlue, bestehend aus 32,5 Prozent hochreinem Harnstoff und 67,5 Prozent demineralisiertem Wasser in den Abgasstrang eingespritzt und führt zu einer selektiven katalytischen Reaktion. Stickoxide und Ammoniak werden dabei zu Wasser und Stickstoff umgewandelt. Mit dieser Lösung kann der Ausstoß von Stickoxiden (NOx) bei Dieselmotoren um bis zu 90 Prozent reduziert werden.
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Für diese Technik sind bislang Membranpumpen im Einsatz, die eine definierte Menge an Harnstofflösung in den Abgasstrang einführen. Diese Pumpen und das damit zusammenhängende Management der Zuführung sind allerdings teuer. Hinsichtlich der Verwendung anderer Pumpen bestehen nur wenige Möglichkeiten. Da das zugeführte Fluid chemisch aggressiv reagiert müssen, um Beschädigungen an dem Pumpsystem zu vermeiden, bei einer geeigneten Pumpe Antrieb und Medium voneinander getrennt werden.
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Ein weiteres Problem, das bei der Reduzierung des Ausstoßes von Stickoxiden eines Dieselkraftfahrzeugs mit einer wässrigen Harnstofflösung auftritt, ist der relativ hohe Gefrierpunkt, der Harnstofflösung, der bei etwa –4 Grad Celsius liegt. So kann es, wenn das Kraftfahrzeug im Winter draußen steht, leicht passieren, dass die Harnstofflösung einfriert und damit für die Abgasreinigung nicht mehr verfügbar ist.
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Eine Schlauchpumpe, auch Peristaltikpumpe oder Schlauchquetschpumpe genannt, ist eine Verdrängerpumpe, bei der das zu fördernde Medium durch äußere mechanische Verformung eines Schlauches entlang eines Strömungspfads in dem Schlauch durch diesen hindurchgedrückt wird. Der Schlauch stützt sich dabei jeweils außen am Gehäuse des Pumpenkopfes ab und wird von innen durch Rollen oder Gleitschuhe abgeklemmt, die sich an einem Rotor drehen (radiales Wirksystem) bzw. über eine Nockenwelle bewegt werden (lineares oder auch horizontales Wirksystem). Bei beiden Bauarten führt die Bewegung dazu, dass sich die Abklemmstelle entlang des Schlauches bewegt und dadurch das Fördermedium vorantreibt. Das Erzeugen des Ansaugunterdrucks wird bei Standardschlauchpumpen durch die Elastizität des Schlauchmaterials erzeugt. Pumpen mit sogenanntem „Vakuum Support“ unterstützen das Wiederaufrichten des Schlauches durch den Aufbau eines Vakuums im Pumpengehäuse um den Schlauch.
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Nachteilig an den bekannten Schlauchpumpen ist deren relativ kurze Schlauchlebensdauer, die durch starkes Walken und mechanisches Schieben und Reiben des Schlauchmaterials verursacht wird, sowie die nicht konstante Förderleistung, da sich mit zunehmendem Schlauchverschleiß sowohl die Förderleistung, als auch der Förderdruck reduzieren. Der Abrieb des Schlauchs kann darüberhinaus auch das Fördermedium verunreinigen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einerseits eine Pumpe bereitzustellen, die eine ausreichend lange Lebensdauer aufweist und die nicht durch das zu fördernde Material beschädigt wird, andererseits eine kostengünstige Pumpe zur Verwendung im Abgasstrang eines Dieselkraftfahrzeugs vorzusehen, die vorzugsweise auch ein eingefrorenes Fluid wieder auftauen kann.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Schlauchpumpe nach Patentanspruch 1, sowie durch die Verwendung einer solchen Schlauchpumpe nach Anspruch 16. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen offenbart.
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Die erfindungsgemäße Schlauchpumpe zum Fördern eines Fluids, weist einen torusförmig um eine Torusachse angeordneten, deformierbaren Schlauch mit einem ersten Anschluss und einem zweiten Anschluss auf. Der erste Anschluss und der zweite Anschluss sind beabstandet voneinander an dem torusförmig um die Torusachse angeordneten Schlauch angeschlossen, und zwar vorzugsweise so, dass der von der Torusachse aus gemessene Winkel zwischen den beiden Öffnungen kleiner als 120 Grad, besonders vorzugsweise kleiner als 30 Grad ist. Die Schlauchpumpe weist weiterhin ein Betätigungselement auf, das erfindungsgemäß mit einer entlang des Schlauches und im Wesentlichen parallel zur Torusachse gerichteten, den Schlauch deformierenden Kraft auf den Schlauch einwirkt.
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Der Begriff „im Wesentlichen parallel“ soll in dieser Beschreibung Abweichungen von der Parallelität von bis zu 10 Grad umfassen.
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Bei der erfindungsgemäßen Schlauchpumpe können der Antriebsmotor und dessen Wicklungen nahe am Schlauch angebracht werden, wodurch ein optimales Auftauen des zu fördernden Mediums gewährleistet werden kann.
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Der Schlauch ist vorzugsweise so ausgebildet, dass ein von dem ersten Anschluss zu dem zweiten Anschluss durch den Schlauch strömendes Fluid entlang genau eines Strömungspfades in dem Schlauch von dem ersten Anschluss zu dem zweiten Anschluss strömen kann. Damit wird vermieden, dass, wenn der Schlauch als vollständiger Torus ausgebildet ist, die Förderleistung dadurch reduziert wird, dass das Fluid vom Einlass aus in zwei Richtungen strömen kann. Bei einer in eine Pfadrichtung sich fortsetzenden Deformierung des Schlauches kann dadurch auch verhindert werden, dass bereits in den zweiten Anschluss gefördertes Fluid wieder zurückströmt.
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Das Betätigungselement ist bevorzugt als eine Taumelscheibe ausgebildet, wobei es vorzugsweise so an dem Schlauch angeordnet ist, dass der Schlauch mit der Taumelscheibe abschnittsweise fluiddicht verschließbar ist.
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Durch den Taumelscheibenantrieb wird der Schlauch über einen großen Winkelbereich gequetscht, und hat damit im Vergleich zu üblichen Schlauchpumpen eine höhere Lebensdauer.
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Die Taumelscheibe ist vorzugsweise mit wenigstens zwei Verbindungsmitteln mit dem Schlauch verbunden. Dies ermöglicht ein aktives Saugen und Drücken der Pumpe. Der Schlauch kann somit auch bei Unterdruck nicht kollabieren. Durch die Verbindungsmittel wird der Schlauch an der dem fluiddichten Abschnitt gegenüberliegenden Stelle angehoben, da auch Zugkräfte von der Taumelscheibe auf den Schlauch übertragen werden können.
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Die Taumelscheibe kann fest mit der Antriebswelle eines Motors verbunden sein, oder einstückig mit ihr ausgebildet sein. Vorzugsweise ist sie jedoch schief auf der Antriebswelle eines Motors so gelagert, dass sie sich nicht mit der Antriebswelle mitdreht, sondern nur zyklisch mit der Drehung der Antriebswelle auf den Schlauch drückt. Zu diesem Zweck ist die Taumelscheibe mit einer rotierenden Niederdrückeinrichtung betätigbar, die drehfest mit dem Anker der Antriebswelle verbunden ist. Dies hat gegenüber der einstückigen Ausbildung der Taumelscheibe mit der Antriebswelle den Vorteil, dass die Taumelscheibe nicht den Schlauchgummi gleichzeitig aufreibt, während sie auf ihn drückt, wodurch der Verschleiß des Schlauchs stark verringert wird.
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Um auch den Verschleiß der Taumelscheibe zu reduzieren, weist die Niederdrückeinrichtung vorteilhafterweise einen auf der Taumelscheibe abrollenden Niederdrückkörper auf. Der Niederdruckkörper kann beispielsweise eine an einem Federausleger befestigte Kugel sein.
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Der Niederdrückkörper ist vorzugsweise drehbar auf dem Ausleger gelagert, wobei der Ausleger drehfest mit einer Antriebswelle verbunden ist. Der Ausleger verläuft dabei vorzugsweise von der Antriebswelle radial nach außen. Dies ermöglicht auf einfach Weise ein Niederdrücken der Taumelscheibe synchron mit der Drehung der Antriebswelle.
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Der Ausleger kann von einer auf die Antriebswelle aufschiebbaren Feder geformt werden. Ein an der Feder angebracher Gegenarm verhindert, das Aufdrehen der Feder und ihr Lösen von der Antriebswelle. Eine solche Feder ist einfach zu montieren, es müssen beispielsweise keine Bohrungen vorgesehen werden.
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Die Taumelscheibe weist auf ihrer Oberfläche vorzugsweise eine ringförmige Ausnehmung auf, in welcher der Niederdruckkörper entlang der ringförmigen Ausnehmung bewegbar ist. Dadurch kann der Niederdruckkörper entlang eines immer gleichen Weges geführt werden. Die Ausnehmung nimmt die Radialkräfte des Auslegers auf, wodurch die Verbindung des Niederdruckkörpers zum Ausleger entlastet wird und ein gleichmäßiges Niederdrücken der Taumelscheibe auf den Schlauch gewährleistet werden kann.
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Der Schlauch kann einen ersten, oder oberen, Abschnitt aus einem ersten Material und einen zweiten, oder unteren, Abschnitt aus einem zweiten Material aufweisen, wobei der erste Abschnitt des Schlauchs mit der Taumelscheibe verbunden ist und das erste Material elastischer als das zweiten Material ausgebildet ist. Der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt sind einander gegenüberliegend vorzugsweise so angeordnet, dass sie gemeinsam den Strömungspfad im Querschnitt umschließen. Auf diese Weise kann eine gute Saugwirkung beim Auseinanderziehen erreicht werden, da das zweite Material besser für Zugkräfte ausgelegt ist.
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Der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt weisen jeweils eine Breite und eine Höhe auf, wobei die Breite größer, vorzugsweise wenigstens zehnmal so breit, wie die Höhe ist. Dies hat den Vorteil, dass die beiden Abschnitte von außen gut abgedichtet werden können, beispielsweise im Spritzguss, da eine große Dicht/Kontaktfläche vorhanden ist. Der Schlauch hat somit die Querschnittsform eines flachen Ovals. Durch den nichtkreisförmigen Schlauchquerschnitt wird verhindert, dass der Schlauch zu stark verformt wird, was die Lebensdauer des Schlauchs und damit der Schlauchpumpe erhöht. Im Gegensatz zur klassischen Schlauchpumpe, bei der der Schlauch zum Fördern gequetscht wird, wird bei der erfindungsgemäßen Schlauchpumpe der Schlauch beim Saugen gedehnt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss ein Verschlusselement angeordnet, welches den Schlauch zum Ausbilden des Strömungspfads fluiddicht verschließt.
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Vorzugsweise ist in dem Schlauch zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss entlang des Strömungspfads ein Zugring angeordnet, der mit der Taumelscheibe, vorzugsweise mit den wenigstens zwei Verbindungsmitteln verbunden, vorzugsweise verschweißt ist.
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Der Zugring ist in der bevorzugten Ausbildung der Schlauchpumpe als offener Ring ausgebildet, nur entlang des Strömungspfades in dem Schlauch angeordnet ist. Zwischen der ersten Öffnung und der zweiten Öffnung gibt es somit in dem Schlauch einen Bereich, in welchem kein Teil des Zugrings angeordnet ist.
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Beansprucht wird darüber hinaus ein Kraftfahrzeug aufweisend eine erfindungsgemäße Schlauchpumpe, sowie die Verwendung der erfindungsgemäßen Schlauchpumpe als Pumpe zur Zuführung einer Harnstofflösung in den Abgasstrang eines Dieselkraftfahrzeugs.
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Die erfindungsgemäße Stellvorrichtung wird nachfolgend anhand eines konkreten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
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1 einen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Schlauchpumpe entlang der Torusachse,
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2 einen Querschnitt durch den Schlauch senkrecht zur Torusachse,
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3 einen Querschnitt durch den Schlauch parallel zur Torusachse in radialer Richtung.
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Die in der nachfolgenden Beschreibung verwendeten Bezeichnung wie oben, unten, links, rechts und ähnliches beziehen sich auf die Figur und sollen in keiner Weise einschränkend sein, auch dann nicht, wenn sie sich auf eine bevorzugte Ausführungsform beziehen.
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1 zeigt den Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Schlauchpumpe 1 entlang der Längsachse einer Antriebswelle 2, die durch ein Betätigungselement 3, das eine Taumelscheibe 4 aufweist, geführt ist. Die Taumelscheibe 4 ist auf einer Lagerfeder 6 kippbar und drehfest gegenüber der Antriebswelle 2 gelagert. Die Taumelscheibe 4 weist eine ringförmige Ausnehmung 8 auf, in welcher ein Niederdruckkörper 10 in der ringförmigen Ausnehmung 8 rollbar angeordnet ist. Der Niederdruckkörper 10 ist über einen Ausleger 12 der Teil einer Feder 14 ist, drehbar mit der Antriebswelle 2 verbunden. Die Feder 14 ist auf die Antriebswelle 2 aufgeschoben und fest mit der Antriebswelle 2 verklemmt.
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Das linke und das rechte Bild der 1 zeigen einen vergrößerten Ausschnitt des Querschnitts von 1 durch die Schlauchpumpe 1. Die Schlauchpumpe 1 weist einen Schlauch 16 auf, der an einem Zugring 18 über Verbindungsmittel 20 mit der Taumelscheibe 4 verbunden ist. Das linke Bild zeigt den Querschnitt bei geschlossenem Schlauch 16 und das rechte Bild zeigt den Querschnitt bei offenem Schlauch 16. Der Niederdruckkörper 10 mit dem Ausleger 12 und der Feder 14 bilden eine Niederdrückeinrichtung 22. Der Schlauch 16 ist torusförmig um die Antriebswelle 2 so angeordnet, dass die Längsachse der Antriebswelle 2 die Torusachse bildet.
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Dreht sich nun die Antriebswelle 2 um ihre Längsachse, so läuft der Niederdrückkörper 10 in der ringförmigen Ausnehmung 8 auf der Taumelscheibe 4 herum und drückt mit einer Kraft, die im Wesentlichen parallel zu der Torusachse wirkt, entlang des Schlauchs 16 auf den Schlauch 16. Dadurch wird der Schlauch 16 auf der Seite, auf der der Niederdruckkörper 10 gerade auf die Taumelscheibe 4 drückt, geschlossen und auf der dieser Seite gegenüberliegenden Seite geöffnet. Auf diese Weise kann ein Fluid, das sich in dem Schlauch 16 befindet in dem Schlauch 16 in eine Richtung transportiert werden.
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2 zeigt den Schlauch 16 mit einem ersten Anschluss 24 und einem davon beabstandeten zweiten Anschluss 26. Das zu transportierende Fluid kann beispielsweise durch den ersten Anschluss 24 in den Schlauch 16 eintreten und durch den zweiten Anschluss 26 aus den Schlauch wieder austreten. Zwischen dem ersten Anschluss 24 und dem zweiten Anschluss 26 ist ein Verschlusselement 28 angeordnet, das dafür sorgt, dass das zu transportierende Fluid nur auf einem Strömungspfad 30 in dem Schlauch 16 transportiert werden kann. Zwischen dem ersten Anschluss 24 und dem zweiten Anschluss 26 ist der Zugring 18 angeordnet, der fest mit einem ersten Abschnitt 32 des Schlauchs 16 verbunden ist.
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3 zeigt einen Querschnitt durch den Schlauch 16 parallel zur Torusachse in radialer Richtung. Der Schlauch 16 weist den ersten Abschnitt 32 und einen zweiten Abschnitt 34 auf. Der erst Abschnitt 32 ist mit dem Zugring 18 über die Verbindungsmittel 20 verbunden. Der Niederdruckkörper 10 drückt die Taumelscheibe 4 herunter auf eine Stelle des Zugrings 18 und verschließt an dieser Stelle den Schlauch 16. Während sich die Antriebswelle 2 bewegt, bewegt sich der Niederdruckkörper 10 in der ringförmigen Ausnehmung 8, drückt die Taumelscheibe 4 auf den Schlauch 16 und schiebt das Fluid, je nach Drehrichtung des Ankers 2 entlang des Strömungspfads 30 entweder vom ersten Anschluss 24 zum zweiten Anschluss 26, oder vom zweiten Anschluss 26 zum ersten Anschluss 24. Da die Taumelscheibe 4 fest mit dem Zugring 18 verbunden ist, wird gleichzeitig Fluid aus dem einen Anschluss 24, 26 herausgesaugt und Fluid in den anderen Anschluss 26, 24 hineingepumpt. Bewegt sich die Taumelscheibe 4 nicht, so ist der Strömungspfad 30 zwischen dem ersten Anschluss 24 und dem zweiten Anschluss 26 geschlossen. Die Taumelscheibe 4 drückt dann so auf den Schlauch 16, dass der Schlauch 16 leicht gequetscht ist und kein Fluid hindurchfließen kann.
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Die Erfindung wurde anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert, ohne auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt zu sein. Dem Fachmann sind zahlreiche Abwandlungen und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich, ohne dass dadurch der Erfindungsgedanke verlassen wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schlauchpumpe
- 2
- Antriebswelle, Anker
- 3
- Betätigungselement
- 4
- Taumelscheib
- 6
- Lagerfeder
- 8
- ringförmige Ausnehmung
- 10
- Niederdrückkörper
- 12
- Ausleger
- 14
- Feder
- 16
- Schlauch
- 18
- Zugring
- 20
- Verbindungsmittel
- 22
- Niederdrückeinrichtung
- 24
- erster Anschluss
- 26
- zweiter Anschluss
- 28
- Verschlusselement
- 30
- Strömungspfad
- 32
- erster Abschnitt
- 34
- zweiter Abschnitt
