DE102017006485A1

DE102017006485A1 - Druckmesseinrichtung und Fördereinrichtung mit einer Druckmesseinrichtung sowie Verfahren zum Betrieb der Fördereinrichtung

Info

Publication number: DE102017006485A1
Application number: DE102017006485.7A
Authority: DE
Inventors: Thomas Rolland; Axel Müller; Edwin Kreuzberg; Mike Heck
Original assignee: Thomas Magnete GmbH
Current assignee: Thomas Magnete GmbH
Priority date: 2017-07-08
Filing date: 2017-07-08
Publication date: 2019-01-10

Abstract

Aufgabe: Es soll ein Drucksensor beschrieben werden, der sich in besonderem Maße dafür eignet, in eine Fördereinrichtung für einfrierende Flüssigkeiten eingebaut zu werden und dabei die Abtrennung der Arbeitsflüssigkeit von einer Trennflüssigkeit mittels einer Membran nutzt, die bei dieser Fördereinrichtung ohnehin vorgesehen ist, wobei der Drucksensor einen kostengünstigen Signalwandler enthalten soll, der von sich aus nicht mit der Arbeitsflüssigkeit verträglich ist, und nur mit der Trennflüssigkeit in Berührung kommt.
Lösung: Der zu messende Druck in der Arbeitsflüssigkeit (1) wird durch eine Membran (3) auf eine Trennflüssigkeit (2) übertragen, wobei die Trennflüssigkeit (2) bei den zu erwartenden Betriebstemperaturen nicht einfriert, und wobei die Trennflüssigkeit (2) mit dem Signalwandler (10) chemisch und physikalisch verträglich ist, und wobei die Membran (3) in einem Behälter (4) angeordnet und befestigt ist, dessen Innenraum von der Membran (3) in zwei Volumina (5, 6) geteilt wird, von denen das erste Volumen (5) mit der Arbeitsflüssigkeit (1) gefüllt ist und mit mindestens einer anwendungsseitigen Leitung (7) verbunden ist, und von denen das zweite Volumen (6) mit der Trennflüssigkeit (2) gefüllt ist und mit einer antriebsseitigen Leitung (9) verbunden ist
Anwendung: Steuern, Dosieren und Fördern von flüssigen Reagenzien in Abgasbehandlungsanlagen von Verbrennungsmotoren.

Description

Die Erfindung betrifft eine Druckmesseinrichtung entsprechend dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs und eine Fördereinrichtung mit einer erfindungsgemäßen Druckmesseinrichtung sowie Verfahren zum Betrieb der Fördereinrichtung.
Stand der Technik:
Die Druckschrift DE 10 2007 060 184 B4 zeigt einen frostsicheren Drucksensor, der eine schalenförmige Membran z ur Trennung von zwei Druckräumen aufweist.
Die Druckschrift DE 20 2007 003 947 U1 zeigt einen Drucksensor, bei dem das Sensorelement von einem elastisch verformbaren Element umgriffen ist.
Auch die Druckschriften DE 10 2013 010 015 A1 und DE 10004614 A1 zeigen Drucksensoren, die sich für einfrierende Flüssigkeiten eignen.
Die Druckschrift DE 10161132 A1 zeigt eine Membranpumpe mit einem Drucksensor, der vor einer einfrierenden Flüssigkeit geschützt ist.
Die Druckschrift DE 10 2016 002 348 A1 zeigt eine Membranpumpe, die sich in besonderem Maße für einfrierende Flüssigkeiten eignet.
Aufgabe:
Es soll ein Drucksensor beschrieben werden, der sich in besonderem Maße dafür eignet, in eine Fördereinrichtung für einfrierende Flüssigkeiten eingebaut zu werden und dabei die Abtrennung der Arbeitsflüssigkeit von einer Trennflüssigkeit mittels einer Membran nutzt, die bei dieser Fördereinrichtung ohnehin vorgesehen ist.
Der Drucksensor soll dabei einen kostengünstigen Signalwandler enthalten, der von sich aus nicht mit der Arbeitsflüssigkeit verträglich ist, und nur mit der Trennflüssigkeit in Berührung kommt.
Lösung:
Die Aufgaben bezüglich der Druckmesseinrichtung werden durch die Merkmale des ersten Anspruchs gelöst, vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen 2 und 3 angegeben.
Die Ansprüche 4 bis 8 beschreiben vorteilhafte Ausgestaltungen von Fördereinrichtungen mit erfindungsgemäßen Druckmesseinrichtungen, und die nebengeordneten Ansprüche 9 und 10 beschreiben Verfahren zum Betrieb von erfindungsgemäßen Fördereinrichtungen mit Druckmesseinrichtungen.
Die erfindungsgemäße Druckmesseinrichtung wandelt den Druck in einer Arbeitsflüssigkeit in ein elektrisches Signal eines Signalwandlers. Dabei wird der zu messende Druck in der Arbeitsflüssigkeit durch eine Membran auf eine Trennflüssigkeit übertragen.
Die Trennflüssigkeit friert im Gegensatz zu der Arbeitsflüssigkeit bei den zu erwartenden Betriebstemperaturen nicht ein, und ist mit dem Signalwandler chemisch und physikalisch verträglich.
Die Membran ist in einem Behälter angeordnet und abdichtend befestigt, wobei die Membran den Innenraum des Behälters in zwei Volumina teilt, von denen das erste Volumen mit der Arbeitsflüssigkeit gefüllt ist und mit mindestens einer anwendungsseitigen Leitung verbunden ist, und von denen das zweite Volumen mit der Trennflüssigkeit gefüllt ist und über eine antriebsseitige Leitung mit einem Verdrängerapparat verbunden ist.
Vorzugsweise ist das erste Volumen mit zwei Leitungen verbunden, von denen eine Leitung zu einem ersten Schaltventil führt, das mit einem Verbraucher verbunden ist, und von denen eine weitere Leitung zu einem zweiten Schaltventil führt, das mit einem Vorratsbehälter für die Arbeitsflüssigkeit verbunden ist.
Weiter vorzugsweise führt die antriebsseitige Leitung zu einem Verdrängerapparat, der zyklisch Arbeitsflüssigkeit über die Leitung zeitweise in das zweite Volumen fördert und zeitweise dieselbe Menge daraus absaugt.
Mit der erfindungsgemäßen Druckmesseinrichtung ist vorteilhafterweise eine Fördereinrichtung ausgerüstet, die mittels einer elektrischen Antriebseinheit und einer elektrischen Ansteuerung eine Förderung der Arbeitsflüssigkeit bewirkt, indem die elektrische Ansteuerung die genannten Schaltventile und die Antriebseinheit gemeinsam im Takt schaltet.
Dabei wird für eine vorwärts gerichtete Förderung das erste Schaltventil geöffnet, wenn die Antriebseinheit Trennflüssigkeit in das zweite Volumen fördert, und das zweite Schaltventil wird geöffnet, wenn die Antriebseinheit Trennflüssigkeit aus dem zweiten Volumen absaugt. Anderenfalls wird jeweils das betreffende Schaltventil geschlossen.
Entsprechend wird für eine rückwärts gerichtete Förderung das zweite Schaltventil geöffnet, wenn die Antriebseinheit Trennflüssigkeit in das zweite Volumen fördert, und das erste Schaltventil wird geöffnet, wenn die Antriebseinheit Trennflüssigkeit aus dem zweiten Volumen absaugt, wobei anderenfalls jeweils das betreffende Schaltventil geschlossen wird.
Vorteilhafterweise ist in der Fördereinrichtung mit der erfindungsgemäßen Druckmesseinrichtung auch der genannte Signalwandler mit der elektrischen Ansteuerung elektrisch verbunden.
Dabei wird das Drucksignal des Signalwandlers in der elektrischen Ansteuerung genutzt, um die Arbeitsweise der Fördereinrichtung zu beeinflussen.
In einer ersten Ausführung wird die Arbeitsweise beeinflusst, um bei einem Überschreiten eines vorgegebenen oberen Grenzwerts p_max durch das Drucksignal des Signalwandlers die Förderung einzustellen, indem die Antriebseinheit zum Stillstand gebracht wird und beide Schaltventile geschlossen werden.
Bei einem Unterschreiten eines unteren vorgegebenen Grenzwerts p_min durch das Drucksignal des Signalwandlers wird die vorwärts gerichtete Förderung wie oben beschrieben aufgenommen.
Nach einem Abstellen der Fördereinrichtung wird bei dieser Ausführung die rückwärts gerichtete Förderung für eine vorgegebene Zeit vorgenommen, um die zum Verbraucher führende Leitung leerzusaugen.
In einer anderen Ausführung ist die elektrische Ansteuerung so eingerichtet, dass bei einer Überschreitung des oberen Grenzwerts p_max die Fördereinrichtung rückwärts fördert und bei einer Unterschreitung des unteren Grenzwerts p_min die Fördereinrichtung vorwärts fördert.
Vorteile:
Die erfindungsgemäßen Druckmesseinrichtungen zeichnen sich durch eine hohe Beständigkeit gegenüber aggressiven Medien und eine gute Verträglichkeit mit einfrierenden Arbeitsflüssigkeiten aus.
Die Druckmesseinrichtungen lassen sich gut in Fördereinrichtungen integrieren, die pulsierend wirkende Verdrängerapparate enthalten.
Die Druckmesseinrichtungen gestatten die Verwendung von preiswerten Signalwandlern, die gegen aggressive Medien nicht resistent sein müssen, und werden von einfrierenden oder zur Kristallbildung neigenden Arbeitsflüssigkeiten nicht beschädigt.
Anwendung:
Die erfindungsgemäßen Druckmesseinrichtungen und die damit ausgerüsteten Fördereinrichtungen werden vorzugsweise zum Steuern, Dosieren und Fördern von flüssigen Reagenzien in Abgasbehandlungsanlagen von Verbrennungsmotoren eingesetzt.
Bilder und beispielhafte Ausführung:
1 zeigt eine Druckmesseinrichtung für Flüssigkeiten, die den Druck in einer Arbeitsflüssigkeit (1) in ein elektrisches Signal eines Signalwandlers (10) wandelt.
Der zu messende Druck in der Arbeitsflüssigkeit (1) wird durch eine Membran (3) auf eine Trennflüssigkeit (2) übertragen.
Dabei ist die Membran (3) in einem Behälter (4) angeordnet und befestigt, deren Innenraum die Membran (3) in zwei Volumina (5, 6) teilt, von denen das erste Volumen (5) mit der Arbeitsflüssigkeit (1) gefüllt ist und mit mindestens einer anwendungsseitigen Leitung (7) verbunden ist,
und von denen das zweite Volumen (6) mit der Trennflüssigkeit (2) gefüllt ist
und mit einer antriebsseitigen Leitung (9) verbunden ist.
Vorteilhafterweise ist das erste Volumen (5) mit zwei Leitungen (7, 8) verbunden.
2 zeigt, dass von den beiden Leitungen eine Leitung (7) zu einem ersten Schaltventil (11) und von dort zu einem Verbraucher (13) führt und eine weitere Leitung (8) zu einem zweiten Schaltventil (12) und von dort zu einem Vorratsbehälter (17) führt.
Vorzugsweise führt die antriebsseitige Leitung (9) zu einem Verdrängerapparat (14), der zyklisch Trennflüssigkeit (2) über die Leitung (8) in das zweite Volumen (6) fördert und daraus absaugt.
Vorteilhafterweise bewirkt eine gemeinsame elektrische Ansteuerung (16), dass eine elektrischen Antriebseinheit (15) und die Schaltventile (11, 12) im Takt schalten.
Dabei wird das erste Schaltventil (11) nur dann geöffnet, wenn die Antriebseinheit (15) Trennflüssigkeit (2) in das zweite Volumen (6) fördert, und das zweite Schaltventil (12) wird nur dann geöffnet, wenn die Antriebseinheit Trennflüssigkeit (2) aus dem zweiten Volumen (6) absaugt.
Vorteilhafterweise ist auch der Signalwandler (10) mit der elektrischen Ansteuerung (16) elektrisch verbunden, wobei das Drucksignal des Signalwandlers (10) in der elektrischen Ansteuerung (16) genutzt wird, um die Arbeitsweise der Fördereinrichtung zu beeinflussen.
Bezugszeichenliste

1.: Arbeitsflüssigkeit
2.: Trennflüssigkeit
3.: Membran
4.: Behälter
5.: Erstes Volumen
6.: Zweites Volumen
7.: Leitung
8.: Leitung
9.: Leitung
10.: Signalwandler
11.: Schaltventil
12.: Schaltventil
13.: Verbraucher
14.: Verdrängerapparat
15.: Antriebseinheit
16.: Elektrische Ansteuerung
17.: Vorratsbehälter

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

DE 102007060184 B4 [0002]
DE 202007003947 U1 [0003]
DE 102013010015 A1 [0004]
DE 10004614 A1 [0004]
DE 10161132 A1 [0005]
DE 102016002348 A1 [0006]

Claims

Druckmesseinrichtung, die den Druck in einer Arbeitsflüssigkeit (1) in ein elektrisches Signal eines Signalwandlers (10) wandelt, dadurch gekennzeichnet, dass der zu messende Druck in der Arbeitsflüssigkeit (1) durch eine Membran (3) auf eine Trennflüssigkeit (2) übertragen wird, wobei die Trennflüssigkeit (2) bei den zu erwartenden Betriebstemperaturen nicht einfriert, und wobei die Trennflüssigkeit (2) mit dem Signalwandler (10) chemisch und physikalisch verträglich ist, und wobei die Membran (3) in einem Behälter (4) angeordnet und befestigt ist, dessen Innenraum von der Membran (3) in zwei Volumina (5, 6) geteilt wird, von denen das erste Volumen (5) mit der Arbeitsflüssigkeit (1) gefüllt ist und mit mindestens einer anwendungsseitigen Leitung (7) verbunden ist, und von denen das zweite Volumen (6) mit der Trennflüssigkeit (2) gefüllt ist und über eine antriebsseitige Leitung (9) oder direkt mit einem Verdrängerapparat (14) verbunden ist.
Druckmesseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Volumen (5) mit zwei Leitungen (7, 8) verbunden ist, von denen eine Leitung (7) zu einem ersten Schaltventil (11) führt, das mit einem Verbraucher (13) verbunden ist, und von denen eine weitere Leitung (8) zu einem zweiten Schaltventil (12) führt, das mit einem Vorratsbehälter (17) für die Arbeitsflüssigkeit (1) verbunden ist.
Druckmesseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die antriebsseitige Leitung (9) zu einem Verdrängerapparat (14) führt, der zyklisch Trennflüssigkeit (2) über die Leitung (8) zeitweise in das zweite Volumen (6) fördert und zeitweise daraus absaugt.
Fördereinrichtung mit einer Druckmesseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine gemeinsame elektrische Ansteuerung (16) eine elektrische Antriebseinheit (15) für den Verdrängerapparat (14) und die Schaltventile (11, 12) im gemeinsamen Takt schaltet, wobei für eine vorwärts gerichtete Förderung das erste Schaltventil (11) geöffnet wird, wenn die Antriebseinheit (15) und der Verdrängerapparat (14) Trennflüssigkeit (2) in das zweite Volumen (6) fördern, und wobei das zweite Schaltventil (12) geöffnet wird, wenn die Antriebseinheit (15) und der Verdrängerapparat (14) Trennflüssigkeit (2) aus dem zweiten Volumen (6) absaugen.
Fördereinrichtung mit einer Druckmesseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsame elektrische Ansteuerung (16) die elektrische Antriebseinheit (15) für den Verdrängerapparat (14) und die Schaltventile (11, 12) im gemeinsamen Takt schaltet, wobei für eine rückwärts gerichtete Förderung das zweite Schaltventil (11) geöffnet wird, wenn die Antriebseinheit (15) und der Verdrängerapparat (14) Trennflüssigkeit (2) in das zweite Volumen (6) fördern, und wobei das erste Schaltventil (12) geöffnet wird, wenn die Antriebseinheit (15) und der Verdrängerapparat (14) Trennflüssigkeit (2) aus dem zweiten Volumen (6) absaugen.
Fördereinrichtung mit einer Druckmesseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auch der Signalwandler (10) mit der elektrischen Ansteuerung (16) elektrisch verbunden ist, wobei das Drucksignal des Signalwandlers (10) in der elektrischen Ansteuerung (16) genutzt wird, um die Arbeitsweise der Fördereinrichtung zu beeinflussen, insbesondere um bei einem Überschreiten eines vorgegebenen Drucks p_max durch das Drucksignal des Signalwandlers (10) die Förderung der Fördereinrichtung einzustellen und bei einem Unterschreiten eines anderen vorgegebenen Drucks p_min durch das Drucksignal des Signalwandlers (10) die Förderung von dem Vorratsbehälter (17) zu dem Verbraucher (13) entsprechend Anspruch 4 aufzunehmen.
Fördereinrichtung nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Ansteuerung (16) nach einem Abstellen der Fördereinrichtung noch eine vorbestimmte Zeit die Förderung der Arbeitsflüssigkeit (1) von dem Verbraucher (13) zurück zum Vorratsbehälter (17) veranlasst, indem sie entsprechend Anspruch 5 die Antriebseinheit (15) und die Schaltventile (12, 13) ansteuert.
Fördereinrichtung mit einer Druckmesseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Ansteuerung (16) bei einer Überschreitung des oberen Grenzwerts p_max durch das Drucksignal des Signalwandlers (10) die Fördereinrichtung entsprechend Anspruch 5 rückwärts fördern lässt, nämlich vom Verbraucher (13) zum Vorratsbehälter (17), und bei einer Unterschreitung des unteren Grenzwerts p_min durch das Drucksignal des Signalwandlers (10) die Fördereinrichtung entsprechend Anspruch 4 vorwärts fördern lässt, nämlich von dem Vorratsbehälter (17) zum Verbraucher (13).
Verfahren zum Betrieb einer Fördereinrichtung, bestehend aus einer elektrischen Ansteuerung (16), einer Antriebseinheit (15), einem Verdrängerapparat (14) und zwei Schaltventilen (12, 13), die eine Arbeitsflüssigkeit (1) von einem Vorratsbehälter (17) zu einem Verbraucher (13) fördert, wobei die Fördereinrichtung mit einer Druckmesseinrichtung ausgestattet ist, die einen Signalwandler (10) enthält, dadurch gekennzeichnet, dass das Drucksignal des Signalwandlers (10) in der elektrischen Ansteuerung (16) genutzt wird, um die Arbeitsweise der Fördereinrichtung zu beeinflussen, insbesondere um bei einem Überschreiten eines vorgegebenen Drucks p_max durch das Drucksignal des Signalwandlers (10) die Förderung der Fördereinrichtung einzustellen und bei einem Unterschreiten eines anderen vorgegebenen Drucks p_min durch das Drucksignal des Signalwandlers (10) die Förderung von dem Vorratsbehälter (17) zu dem Verbraucher (13) aufzunehmen, indem die elektrische Ansteuerung (16) die elektrische Antriebseinheit (15) für den Verdrängerapparat (14) und die Schaltventile (11, 12) im gemeinsamen Takt schaltet, wobei das erste Schaltventil (11) geöffnet wird, wenn die Antriebseinheit (15) und der Verdrängerapparat (14) Trennflüssigkeit (2) in das zweite Volumen (6) fördern, und wobei das zweite Schaltventil (12) geöffnet wird, wenn die Antriebseinheit (15) und der Verdrängerapparat (14) Trennflüssigkeit (2) aus dem zweiten Volumen (6) absaugen, wobei nach einem Abstellen der Fördereinrichtung die elektrische Ansteuerung (16) noch eine vorbestimmte Zeit die Förderung der Arbeitsflüssigkeit (1) von dem Verbraucher (13) zurück zum Vorratsbehälter (17) veranlasst, indem sie die Antriebseinheit (15) und die Schaltventile (11, 12) so zeitversetzt ansteuert, dass eine rückwärts gerichtete Förderung entsteht, weil das zweite Schaltventil (12) geöffnet wird, wenn die Antriebseinheit (15) und der Verdrängerapparat (14) Trennflüssigkeit (2) in das zweite Volumen (6) fördern, und weil das erste Schaltventil (11) geöffnet wird, wenn die Antriebseinheit (15) und der Verdrängerapparat (14) Trennflüssigkeit (2) aus dem zweiten Volumen (6) absaugen.
Verfahren zum Betrieb einer Fördereinrichtung, bestehend aus einer elektrischen Ansteuerung (16), einer Antriebseinheit (15), einem Verdrängerapparat (14) und zwei Schaltventilen (12, 13), die eine Arbeitsflüssigkeit (1) von einem Vorratsbehälter (17) zu einem Verbraucher (13) fördert, wobei die Fördereinrichtung mit einer Druckmesseinrichtung ausgestattet ist, die einen Signalwandler (10) enthält, dadurch gekennzeichnet, dass das Drucksignal des Signalwandlers (10) in der elektrischen Ansteuerung (16) genutzt wird, um die Arbeitsweise der Fördereinrichtung zu beeinflussen, insbesondere um bei einem Überschreiten eines vorgegebenen Drucks p_max durch das Drucksignal des Signalwandlers (10) die elektrische Ansteuerung (16) die Fördereinrichtung rückwärts fördern zu lassen, nämlich vom Verbraucher (13) zum Vorratsbehälter (17), und bei einer Unterschreitung des unteren Grenzwerts p_min durch das Drucksignal des Signalwandlers (10) die Fördereinrichtung vorwärts fördern zu lassen, nämlich von dem Vorratsbehälter (17) zum Verbraucher (13), wobei die Förderrichtung durch die elektrische Ansteuerung (16) eingestellt wird, indem das erste Schaltventil (11), das mit der Antriebseinheit (15) in einem gemeinsamen Takt geschaltet wird, für die vorwärts gerichtete Förderung bei einem Ausfahren der mit der Antriebseinheit verbundenen Verdrängereinheit (14) geöffnet wird, während das zweite Schaltventil (12) geschlossen bleibt, und bei einem Zurückfahren der Verdrängereinheit (14) das zweite Schaltventil (12) geöffnet wird, während das erste Schaltventil (11) geschlossen bleibt, und wobei das zweite Schaltventil (12), das ebenfalls mit der Antriebseinheit (15) in einem gemeinsamen Takt geschaltet wird, für die rückwärts gerichtete Förderung bei einem Ausfahren der Verdrängereinheit (14) geöffnet wird, während das erste Schaltventil (11) geschlossen bleibt, und bei einem Zurückfahren der Verdrängereinheit (14) das erste Schaltventil (11) geöffnet wird, während das zweite Schaltventil (12) geschlossen bleibt.