DE102017008774B4

DE102017008774B4 - Pumpe

Info

Publication number: DE102017008774B4
Application number: DE102017008774.1A
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Malitsky; Markus Aberle; Philip Müller
Original assignee: Woodward LOrange GmbH
Current assignee: Woodward LOrange GmbH
Priority date: 2017-09-19
Filing date: 2017-09-19
Publication date: 2019-05-16
Anticipated expiration: 2037-09-20
Also published as: DE102017008774A1; WO2019057646A1

Abstract

Mittels Hydraulikmedium (1) betriebene Pumpe (3) zur Förderung eines flüssigen, gefrierfähigen Fördermediums (5); dadurch gekennzeichnet, dass- die Pumpe (3) ein Blasenelement (59) aufweist, welches bei Pumpenbetrieb mit druckbehaftetem Hydraulikmedium (1) befüllt und von Fördermedium (5) umströmt ist; wobei- die Pumpe (3) zur Eisdruckkompensation mittels Verdrängung von Hydraulikmedium (1) aus dem Blasenelement (59) außerhalb eines Pumpenbetriebs und mit Einfrieren des Fördermediums (5) eingerichtet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pumpe gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, insbesondere für ein Abgasnachbehandlungssystem einer Brennkraftmaschine.
Im Stand der Technik werden regelmäßig Anstrengungen unternommen, eisdruckbedingte Schädigungen, wie etwa Deformierung oder Sprengung, reduktionsmittelführender Systemkomponenten von Abgasnachbehandlungssystemen zu vermeiden. Reduktionsmittel ist hierbei zumeist HWL (Harnstoff-Wasser-Losung). Vorrichtungen zur Förderung eines Fördermediums sind etwa aus Dokumenten DE 10 2012 223 033 A1 und DE 10 2015 212 921 A1 bekannt. DE 10 2012 223 033 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Dämpfung von Druckschwankungen in einem als Hilfsmittel für die Nachbehandlung eines Abgases einer Brennkraftmaschine einsetzbaren Fluid vorgeschlagen, mit einem Gehäuse und einem im Gehäuse angeordneten elastisch verformbaren Kompensationselement. DE 10 2015 212 921 A1 beschreibt eine Eisdruckschutzeinrichtung, insbesondere für ein Abgasnachbehandlungssystem eines Kraftfahrzeugs, mit einem elastisch verformbaren Kompensationselement.
Ausgehend hiervon liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Pumpe anzugeben, an welcher auf einfache Weise eine verlässliche Eisdruckkompensation ermöglicht ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Pumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen sind in den weiteren Ansprüchen angegeben.
Vorgeschlagen wird erfindungsgemäß eine mittels Hydraulikmedium, insbesondere hydraulisch, betriebene bzw. arbeitende Pumpe zur Förderung eines flüssigen, gefrierfähigen Fördermediums. Die Pumpe ist bevorzugt als Membranpumpe bereitgestellt, das heißt insbesondere nach dem Prinzip wirkend, dass ein Trenn- bzw. Membranelement der Pumpe hydraulisch bzw. mittels des Hydraulikmediums druckbeaufschlagt (und nach einer Entlastung zum Beispiel mechanisch rückgestellt wird), i.e. um eine Pump- bzw. Förderwirkung zu erzielen. Eine Druckbeaufschlagung (insbesondere für ein Ausschicben von Fördermedium) mittels des Hydraulikmediums sowie eine Rückstellung (insbesondere für ein Ansaugen von Fördermedium) erfolgen hierbei insbesondere periodisch im Wechsel. Als Hydraulikmedium kann z.B. ein Hydrauliköl vorgesehen sein.
Ein Fördermedium, welches mit der vorgeschlagenen Pumpe bevorzugt gefördert werden soll, ist gefrierfähiges Reduktionsmittel, weiterhin insbesondere in Form von HWL (Hamstoff-wässrige-Lösung bzw. Harnstoff-Wasser-Lösung; kann bei Temperaturen unter -10°C mit einer Volumenzunahme von ca. 10% gefrieren). Ein solches Reduktionsmittel wird, wie hinlänglich bekannt ist, regelmäßig mit Abgasnachbehandlungssystemen verwendet, das heißt zur Reduktion von Stickoxiden, insbesondere von Brennkraftmaschinen, weiterhin insbesondere von Dieselmotoren und Großdieselmotoren. Erhältlich ist derartiges Reduktionsmittel zum Beispiel unter der Bezeichnung AdBlue®.
Insbesondere um die eingangs erwähnten Vorteile der einfachen und zuverlässigen Eisdruckkompensation an bzw. in der Pumpe erzielen zu können, weist die Pumpe ein Blasenelement auf, welches bei Pumpenbetrieb mit druckbehaftetem Hydraulikmedium befüllt und von Fördermedium umströmt bzw. umgeben ist. Das Blasenelement kann hierbei insbesondere in einen Fördermedienkreis der Pumpe eingebracht sein, d.h. insbesondere einer Pumpenarbeitsseite. Das druckbehaftete Hydraulikmedium zur Befüllung des Blasenelements - bei Pumpenbetrieb - kann ferner seitens eines Hydraulikkreises der Pumpe bereitgestellt sein, insbesondere seitens eines Hydraulikkreises einer Pumpenantriebsseite. Im Rahmen einer Membranpumpe wird das druckbehaftete Hydraulikmedium hierbei bevorzugt auch für die Auslenkung der Membran bzw. den Pumpbetrieb als solchen vorgesehen, z.B. von einer (z.B. kontinuierlich arbeitenden) Vorfördereinrichtung der Pumpe bereitgestellt.
Das Blasenelement ist vorzugsweise gleichsam einer Blase bzw. Ballons gebildet, weiterhin insbesondere mit elastischer Hülle, so dass das Blasenelement unterschiedliche Volumina umschließen kann. Vorzugsweise ist das Blasenelement aus einem elastomeren oder gummösen Material hergestellt. Mit Befüllung des Blasenelements mit dem druckbehafteten Hydraulikfluid, insbesondere eines vorbestimmten Druckniveaus, wird das Blasenelement im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere in Blasenform gebracht ((hydraulisch) aufgeblasen), weiterhin insbesondere formstabil, das heißt entsprechend einer mit dem vorherrschenden Druckniveau erzielbaren Ausdehnung (innerhalb des umströmenden Fördermediums).
In die Erfindung weiterhin kennzeichnender Weise ist die Pumpe ferner zur Eisdruckkompensation mittels Verdrängung von Hydraulikmedium aus dem Blasenelement außerhalb eines Pumpenbetriebs und mit bzw. bei Einfrieren des Fördermediums eingerichtet, d.h. zur Verdrängung im Zuge eines Einfrierens außerhalb des Pumpenbetriebs. Hierbei ist die Pumpe insbesondere so eingerichtet, dass das Hydraulikmedium über das gefrierende Fördermedium (Eis) für eine Eisdruckkompensation aus dem Blasenelement verdrängt wird.
Das zur Eisdruckkompensation aus dem Blasenelement verdrängte Hydraulikmedium ist insoweit jenes, welches sich nach Einstellen des Pumpenbetriebs noch im Blasenelement befindet (aufgrund der Befüllung während des Pumpenbetriebs). Eingerichtet ist die Pumpe im Rahmen der Erfindung hierbei insbesondere so, dass das Hydraulikmedium im Blasenelement nach Einstellen des Pumpenbetriebs (insbesondere (rest)druckbehaftet) darin verbleibt, das heißt das Blasenelement mit dem Einstellen des Pumpenbetriebs keine (gesteuerte bzw. aktive) Druckentlastung erfährt.
Mit einer eisdruckbedingten Verdrängung des Hydraulikmediums aus dem Blasenelement kann das Volumen des Blasenelements nunmehr vorteilhaft einfach reduziert werden, womit dem sich ausdehnenden, gefrierenden Fördermedium der erforderliche Raum für die beabsichtigte Eisdruckkompensation zugestanden ist.
Mit dieser Ausgestaltung ist es neben der Bewirkung der zuverlässigen Eisdruckkompensation vorteilhaft entbehrlich, das Abgasnachbehandlungssystem bzw. die Pumpe im Ruhemodus zu entleeren (insbesondere Hinblick auf das Fördermedium in Form von Reduktionsmittel). Somit ist eine zeitlich frühere, volle Funktionsfähigkeit nach einem Systemstart ermöglicht. Mit Vorteil geht mit dieser Ausgestaltung hierbei einher, dass das Blasenelement mit Auftauen der Pumpe und wieder anliegenden Hydraulikdruck (insbesondere Systemdruck; seitens des Hydraulikmediums) am Blasenelement unverzüglich wieder in seine aufgeblasene Form gebracht werden kann, so dass die Eisdruckkompensations-Funktionalität der Pumpe auch sogleich wieder hergestellt ist.
In vorteilhafter weiterer Ausgestaltung kann die Pumpe bevorzugt zur druckschwellwertbasierten Verdrängung des Hydraulikmediums aus dem Blasenelement mit Einfrieren des Fördermediums eingerichtet sein. Mit einer solchen Lösung wird es möglich, den Eisdruck durch Verdrängung erst dann zu kompensieren, wenn ein Druckniveau im Zuge des sich ausdehnenden Eises einen vorbestimmten Schwellwert übersteigt. Hierbei kann z.B. ein Druckbegrenzungsventil der Pumpe mit Erreichen des vorbestimmten Schwellwerts öffnen, so dass das Hydraulikmedium aus dem Blasenelement verdrängbar ist. Der Schwellwert ist hierbei insbesondere so gewählt, dass eisdruckbedingte Schädigungen zuverlässig vermieden sind (Sicherheitsabstand).
In insbesondere vorteilhaft einfach zu realisierender Weiterbildung bzw. Konkretisierung der Erfindung ist bevorzugt, dass die Pumpe einen Fördermedienzweig bzw. einen Strömungsweg für das Fördermedium (insbesondere Reduktionsmittel) aufweist, welcher zur Anbindung einer Fördermedien-Abgabevorrichtung bereitgestellt ist, insbesondere Teil eines wie z.B. oben erörterten Fördermedienkreises der Pumpe ist. Hierbei kann das Blasenelement in dem Fördermedienzweig vom Fördermedium umströmbar bzw. umgeben angeordnet sein. Zur entsprechenden Anordnung des Blasenelements im Fördermedienzweig kann dieser ein darin gebildetes Aufnahmevolumen für das Blasenelement vorsehen bzw. aufweisen. Vorteilhaft einfach und bevorzugt kann das Blasenelement in einem Filter der Pumpe im Fördermedienkreis bzw. Fördermedienzweig aufgenommen sein.
Eine an den Fördermedienzweig (abströmseitig) anbindbare Fördermedien-Abgabevorrichtung ist im Rahmen eines Abgasnachbehandlungssystems insbesondere eine Reduktionsmittel-Dosiervorrichtung (Doser / Injektor). Der Fördermedienzweig kann zum Beispiel mittels einem oder einer Anzahl von (Bohr-)Kanälen oder Leitungen gebildet sein.
Bevorzugt ist im Rahmen der Erfindung weiterhin, dass die Pumpe eingerichtet ist, das Blasenelement bei Pumpenbetrieb mit dem druckbeaufschlagten Hydraulikfluid über einen Hydraulik-Versorgungszweig bzw. Hydraulik-Versorgungsströmungsweg der Pumpe zu befüllen, insbesondere eines wie oben erörterten Hydraulikkreises. Der Hydraulik-Versorgungszweig kann zum Beispiel über eine Vorfördereinrichtung der Pumpe, z.B. eine Hydraulikpumpe, mit druckbehaftetem Hydraulikfluid zur Anströmung bzw. Befüllung des Blasenelements gespeist werden, hierbei z.B. auch ein Rückschlagventil aufweisen.
Gerade mit solchen wie vorstehend erörterten Ausgestaltungen ist auch vorgesehen, dass die Pumpe eingerichtet ist, außerhalb des Pumpenbetriebs und mit Einfrieren des Fördermediums das Hydraulikfluid aus dem Blasenelement via Eisdruck im Fördermedienzweig zu verdrängen und über einen Hydraulik-Entlastungszweig abzuführen. Der Hydraulik-Entlastungszweig kann z.B. ein wie oben erwähntes Druckbegrenzungsventil aufweisen, welches den Hydraulik-Entlastungszweig bei Einfrieren des Fördermediums druckschwellwertbasiert für eine Verdrängung von Hydraulikmedium aus dem Blasenelement öffnet. Hierbei sei angemerkt, dass der Hydraulik-Entlastungszweig und der Hydraulik-Versorgungszweig vorzugsweise einen gemeinsamen, an das Blasenelement geführten (End-)Abschnitt aufweisen können. Andernends kann der Hydraulik-Entlastungszweig z.B. an einen Hydraulikmedium-Leckageauslass der Pumpe geführt sein, z.B. zur Verbindung mit einen Hydraulikmedium-Vorratsbehältnis wie zum Beispiel einem Tank.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist weiterhin vorgesehen, dass die Pumpe eingerichtet ist, bei Pumpenbetrieb ein Hydraulikdruckniveau im Blasenelement einzustellen, welches über einem Förderdruckniveau des das Blasenelement umströmenden Fördermediums liegt. Hiermit kann auf einfache Weise sichergestellt werden, dass das Blasenelement bei Pumpenbetrieb mittels des Hydraulikmediums - auf seine druckniveaubedingt maximale Größe - aufgeblasen ist und somit nach einem Abschalten des Pumpenbetriebs hinreichend Blasenvolumen zur Eisdruckkompensation am Blasenelement bereitstellbar ist.
Angemerkt sei im Hinblick auf die Pumpe weiterhin, dass diese auch eine Anzahl von Blasenelementen aufweisen kann, welche je in vorstehend erörterter Weise eisdruckkompensierend wirken. Zum Beispiel können solche Blasenelemente in verschiedenen Abschnitten eines Fördermedienzweigs bzw. im Födermedienkreis vorgesehen sein oder zum Beispiel zusammengeschaltet sein, zum Beispiel in Reihe. Hierbei kann die Anzahl von Blasenelementen zum Beispiel über einen gemeinsamen Hydraulik-Versorgungzweig angeströmt bzw. befüllt werden, daneben zum Beispiel über einen gemeinsamen Hydraulik-Entlastungszweig entlastet werden.
Vorgeschlagen wird erfindungsgemäß weiterhin ein Abgasnachbehandlungssystem, insbesondere eine Brennkraftmaschine, zum Beispiel eines Kraftfahrzeugs oder einer stationären Einrichtung, wobei das Abgasnachbehandlungssystem eine wie vorstehend erörterte Pumpe aufweist. Im Rahmen eines solchen Abgasnachbehandlungssystems ist vorgesehen, mit der Pumpe Fördermedium in Form von Reduktionsmittel zu fördern, wobei der Fördermedienzweig insoweit ein Reduktionsmittelzweig ist. Ferner ist im Rahmen des Abgasnachbehandlungssystems vorgesehen, über den Hydraulik-Entlastungszweig abgeführtes Hydraulikmedium zum Beispiel (Hydraulik-)Öl, an einen Hydrauliktank zurückzuführen. Im Rahmen des Abgasnachbehandlungssystems kann die Pumpe zum Beispiel mit einem Systemdruck von ca. zehn bar betrieben werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnungen, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in verschiedener Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 exemplarisch und schematisch ein auf die Pumpe fokussiertes Strukturschaubild eines Abgasnachbehandlungssystems gemäß einer möglichen Ausführungsform der Erfindung.

In der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen entsprechen gleichen Bezugszeichen Elemente gleicher oder vergleichbarer Funktion.
1 zeigt eine mittels Hydraulikmedium 1 bzw. hydraulisch betriebene Pumpe 3, insbesondere ausgestaltet als Membranpumpe, zur Förderung eines flüssigen, gefrierfähigen Fördermediums 5, wobei die Pumpe 3 vorliegend weiterhin in der Anwendungsumgebung eines Abgasnachbehandlungssystems 7 dargestellt ist. Sowohl das Abgasnachbehandlungssystem 7 als auch die Pumpe 3 werden hierbei mit einem Fördermedium 5 in Form von Reduktionsmittel betrieben, insbesondere mit Reduktionsmittel in Form von HWL (Harnstoff-wässrige-Lösung).
Die Pumpe 3 weist antriebsseitig, insbesondere einem Hydraulikkreis 9 der Pumpe 3 zugeordnet, eine Vorfördereinrichtung 11 auf, welche zum Beispiel als Hydraulikpumpe bereitgestellt ist, wobei die Vorfördereinrichtung 11 fluidisch und weiterhin saugseitig mit einem Hydraulikeinlass 13 der Pumpe 3 verbunden ist. Im Rahmen des mit der Pumpe 3 gebildeten Abgasnachbehandlungssystems 7 ist der Hydraulikeinlass 13 der Pumpe 3 mit einem Hydraulikmedien-Vorratsbehältnis 15 verbunden, insbesondere einem Hydrauliköl-Tank.
An ihrer Druckseite ist die Vorfördereinrichtung 11 über eine erste Leitung bzw. Zuleitung 17, welche über ein Umschaltventil 19 der Pumpe 3 geführt ist, selektiv in Kommunikation mit einer Hydraulikseite 21 einer Pumpenkammer 23 (Doppelkammer) der Pumpe 3 bringbar, welche Pumpenkammer 23 durch ein Medientrenn- bzw. Membranelement 25 der Pumpe 3 mediendicht unterteilt ist und hierbei neben der Hydraulikseite 21 weiterhin eine Fördermedienseite 27 aufweist bzw. ausbildet. Zur Ableitung von Hydraulikmedium-Leckage seitens der Hydraulikseite 21 weist die Pumpe 3 eine zweite Leitung bzw. Rückleitung 29 auf, welche ebenfalls über das Umschaltventil 19 geführt ist, weiterhin insbesondere an einen Hydraulikauslass 31 der Pumpe 3. Im Rahmen des mit der Pumpe 3 gebildeten Abgasnachbehandlungssystems 7 kann über diesen Auslass 31 aus der Pumpenkammer 23 abgeleitetes Hydraulikmedium 1 in den Tank 15 zurückgeführt werden.
Seitens der Fördermedienseite 27 ist das Membranelement 25 weiterhin ersichtlich mechanisch rückstellfähig, wozu beispielsweise eine Federlast 33 in der Pumpenkammer 23 fördermedienseitig vorgesehen werden kann. Im Rahmen einer Rückstellung kann eine Auslenkung der Membran 25 in Richtung von der Hydraulikseite 21 zur Fördermedienseite 27 in gegenläufiger Richtung rückgestellt werden.
Wie dies die 1 auch zeigt, weist die Pumpe 3 ferner einen Fördermedienkreis 35 mit einem Fördermedienzweig 37(a,b,c) auf, von welchem ein erster Abschnitt 37a von einem Fördermedieneinlass 39 der Pumpe 3 an die Fördermedienseite 27 der Pumpenkammer 23 geführt ist. Im Rahmen des mit der Pumpe 3 gebildeten Abgasnachbehandlungssystems 7 steht der Fördermedieneinlass 39 hierbei mit einem Reduktionsmittelvorratsbehältnis 41 in Fluidverbindung. Um unbeabsichtigtes Rückströmen des Fördermediums 5 über den ersten Abschnitt des 37a Fördermedienzweigs 37 zu verhindern, weist dieser erste Abschnitt 37a ferner ein in Rückströmrichtung sperrendes Rückschlagventil 43 auf.
Ein zweiter Abschnitt 37b des Fördermedienzweigs 37 ist weiterhin von der Fördermedienseite 27 ausgehend an einen Filter 45 der Pumpe 3 geführt, wobei auch in dem zweiten Abschnitt 37b des Fördermedienzweigs 37 ein Rückschlagventil 47 aufgenommen ist, welches in Richtung von dem Filter 45 zur Fördermedienseite 27 gegen Rückströmen sperrt. Der Filter 45 umfasst ein Filtergehäuse 49 mit einer darin aufgenommenen Filterpatrone 51. Im Rahmen dieser Ausgestaltung kann Fördermedium 5 seitens des zweiten Abschnitts 37b des Fördermedienzweigs 37 außerhalb der Filterpatrone 51 bzw. diese außenseitig anströmend in das Filtergehäuse 49 eintreten, und die Filterpatrone 51 sodann durchströmen.
Aus dem Innenraum 53 der Filterpatrone 51 kann das Fördermedium 5 nachfolgend in einen dritten Abschnitt 37c des Fördermedienzweigs 37 einströmen, hierbei insoweit auch aus dem Filter 45 bzw. dessen Gehäuse 49 ausströmen, wobei der dritte Abschnitt 37c des Fördermedienzweigs 37 (abströmseitig) an einen Fördermedienauslass 55 (Druckauslass) der Pumpe 3 bzw. deren Arbeitsseite geführt ist. Im Rahmen des mit der Pumpe 3 gebildeten Abgasnachbehandlungssystems 7 ist der Fördermedienauslass 55 fluidisch mit einer Reduktionsmittel-Dosiervorrichtung (Doser) 57 verbunden, das heißt zur Abgabe (Ausdüsung) von Reduktionsmittel in einen Abgasstrang (einer Brennkraftmaschine).
Weiterhin mit Bezug auf 1 weist die Pumpe 3 weiterhin ein Blasenelement 59 auf, welches als Blase bzw. Ballon ausgestaltet ist. Gefertigt ist das Blasenelement 59 aus einem elastomeren Material wie z.B. Silikon-Kautschuk. Das Blasenelement 59 als solches ist insoweit nicht formstabil und weiterhin elastisch.
Mit der erfindungsgemäßen Pumpe 3 ist das Blasenelement 59 - bei Pumpenbetrieb - mit druckbehaftetem Hydraulikmedium 1 befüllbar, wozu die Pumpe 3 einen Hydraulik-Versorgungszweig 61 aufweist, welcher seitens der Vorfördereinrichtung 11 mit dem druckbehaftetem Hydraulikmedium 1 anströmbar und in diesem Zuge zur Befüllung des Blasenelements 59 befähigt ist. Hierbei mündet der Hydraulik-Versorgungszweig 61 seitens der ersten Leitung 17 - zwischen der Vorfördereinrichtung 11 und dem Umschaltventil 19 - ab, das heißt druckseitig in Bezug auf die Vorfördereinrichtung 11. Andernends führt der Hydraulik-Versorgungszweig 61 (mediendicht) in das Blasenvolumen 63 des Blasenelements 59 hinein, so dass quasi ein (hydraulisches) „Aufblasen“ des Blasenelements 59 im Zuge einer Befüllung ermöglicht ist. Zur Verhinderung eines unbeabsichtigten Rückströmens weist der an das Blasenelement 59 geführte Hydraulik-Versorgungszweig 61 ebenfalls ein Rückschlagventil 65 auf, welches in Rückströmrichtung (zur Vorfördereinrichtung 11) sperrt.
Bei der gezeigten Ausgestaltung der Pumpe 3 ist das Blasenelement 59 insbesondere in dem Filter 45 aufgenommen, welcher im Fördermedienzweig 37 des Fördermedienkreises 35 angeordnet ist, insbesondere in einem innerhalb der Filterpatrone 51 gebildeten (Aufnahme-) Volumen bzw. im Filterinnenraum 53. Das Blasenelement 59 kann z.B. über einen Bund 67 im Filter 45 gehaltert sein, z.B. in einer Durchgangs-(Korrespondenz-)Öffnung 69 des Filtergehäuses 49. Im Rahmen dieser aufgezeigten Anordnung ist das Blasenelement 59 bei Pumpenbetrieb ersichtlich vom Fördermedium 5 umströmt bzw. umgeben (hierauf wird im Rahmen der Funktionsbeschreibung der Pumpe 3 nachfolgend noch näher eingegangen). Alternativ ist jedoch auch denkbar, das Blasenelement 59 im Fördermedienkreis 35 anderweit anzuordnen, mit der Maßgabe, dass eine Fördermedienumströmung des Blasenelements 59 bei Pumpenbetrieb gewährleistet ist, daneben auch die Befüllung mit druckbehaftetem Hydraulikmedium 1.
Die derart ausgestaltete Pumpe 3 ist zur Eisdruckkompensation mittels Verdrängung von Hydraulikmedium 1 aus dem Blasenelement 59 außerhalb eines Pumpenbetriebs und mit bzw. bei Einfrieren des Fördermediums 5 eingerichtet bzw. befähigt. Hierbei ist die Pumpe 3 weiterhin auch eingerichtet, für eine Eisdruckkompensation das Hydraulikmedium 1 über das gefrierende Fördermedium 5 aus dem Blasenelement 59 bzw. dessen Volumen 63 zu verdrängen.
Im Rahmen dieser Funktionalität weist die Pumpe 3 einen Hydraulik-Entlastungszweig 71 auf, welcher aus dem (Volumen 63 des) Blasenelement(s) 59 an den Hydraulik(medien)auslass 31 oder wie vorliegend einen weiteren Hydraulikauslass 73 der Pumpe 3 geführt ist, im Rahmen eines mit der Pumpe 3 gebildeten Abgasnachbehandlungssystems 7 insoweit wiederum zur Verbindung mit einem Hydraulikmedium-Vorratsbehältnis 15 bzw. einem Tank. Der Hydraulik-Entlastungszweig 71 ermöglicht hierbei, eisdruckbedingt aus dem Blasenelement 59 ausgeschobenes bzw. verdrängtes Hydraulikmedium 1 an den Tank 15 rückführen zu können.
Ersichtlich fällt vorliegend ein an das Blasenelement 59 geführter Endabschnitt 71a des Hydraulik-Entlastungzweigs 71 mit einem an das Blasenelement 59 geführten Endabschnitt 61a des Hydraulikmedium-Versorgungszweigs 61 vorzugsweise zusammen, so dass eine vereinfachte Leitungsführung ermöglicht ist. Denkbar sind hierbei jedoch auch vereinzelte, parallele Endabschnitte 61a, 71a. Weiterhin ersichtlich ist in dem Hydraulik-Entlastungszweig 71, d.h. zwischen dem Hydraulikmedium-Auslass 73 und dem Verzweigungspunkt 75 mit dem Hydraulikmedium-Versorgungszweig 61 weiterhin eine Druckbegrenzungsvorrichtung in Form eines Druckbegrenzungsventils 77 im Hydraulik-Entlastungszweig 71 aufgenommen. Dieses vermag sicherzustellen, dass eine Entlastung erst nach Anliegen eines vorbestimmten eisdruckbasierten Druckniveaus erfolgt.
Nachfolgend wird nun auf die Funktionalität der Pumpe 3 sowie des damit gebildeten Abgasnachbehandlungssystems 7 näher eingegangen.
Im Rahmen eines Pumpenbetriebs der Pumpe 3 saugt die Vorfördereinrichtung 11 bzw. die Hydraulikpumpe 11 Hydraulikmedium 1 (Hydrauliköl) aus dem Tank 15 an und pumpt dieses über das entsprechend gesteuerte Umschaltventil 19 (Zuleitung 17 offen) in die Hydraulikseite 21 der Pumpenkammer 23. Da hierbei die Rückleitung 29 von der Hydraulikseite 21 zum Tank 15 mittels des Umschaltventils 19 gesperrt ist, wird das Membranelement 25 (Trennmembran) in Richtung zur Fördermedienseite 27 gegen die Kraft der Rückstellfeder 33 belastet und somit ausgelenkt. In der Folge kann Fördermedium 5 der Fördermedienseite 27 aus der Pumpenkammer 23 gedrückt werden, wonach das Fördermedium 5 über den zweiten Abschnitt 37b des Fördermedienzweigs 37 und das darin aufgenommene Rückschlagventil 43 in das Filtergehäuse 49 bzw. in den Ringraum außen um die Filterpatrone 51 gelangt. Sodann durchströmt das Fördermedium 5 die Filterpatrone 51 und tritt in den Innenraum 53 der Filterpatrone 51 ein. In der Folge wird das nunmehr gefilterte Fördermedium 5 an den Fördermedienauslass 55 bzw. eine daran angebundene Dosiervorrichtung 57 geführt, das heißt über den dritten Abschnitt 37c des Fördermedienzweigs 37.
Um die Pumpenkammer 23 fördermedienseitig neu zu befüllen bzw. neues Fördermedium 3 seitens des Fördermedieneinlasses 39 bzw. eines daran angeordneten Fördermedientanks 41 anzusaugen, wird das Umschaltventil 19 umgesteuert (z.B. elektrisch oder hydraulisch), so dass die Rückleitung 29 seitens der Hydraulikseite 21 zum Tank 15 freigegeben wird, während eine weitere Hydraulikmedienanströmung der Hydraulikseite 21 der Pumpenkammer 23 damit einhergehend nunmehr unterbunden ist (Zuleitung 17 gesperrt). Dies bewirkt, dass die Hydraulikseite 21 der Pumpenkammer 23 entlastet wird und das Rückstell-Federelement 33 das Membranelement 25 in Richtung hin zur Hydraulikseite 21 rückstellt, das heißt mechanisch mittels der Federkraft. Hiermit einhergehend wird Fördermedium 5 über den ersten Abschnitt 37a des Fördermedienzweigs 37 in die Fördermedienseite 27 der Pumpenkammer 23 gesaugt.
Nachfolgend kann - im Rahmen des Pumpenbetriebs - wiederum ein Ausschieben von Fördermedium 5 aus der Pumpenkammer 23 mit erneuter Umsteuerung des Umschaltventils 19 in oben erläuterter Weise erfolgen.
Im Zuge des Pumpenbetriebs wird das Blasenelement 59 mit dem druckbehafteten Hydraulikmedium 1 über den Hydraulikmedium-Versorgungszweig 61 befüllt bzw. hydraulisch „aufgeblasen“, wobei eine Entfaltung bzw. Ausdehnung des Blasenelements 59 weiterhin durch den Druck des das Blasenelement 59 umgebenden Fördermediums 5 (im Inneren der Filterpatrone 51) bestimmt wird. Um ein zuverlässiges Aufblasen bzw. ein volles Entfalten des Blasenelements 59 zu gewährleisten, wird insoweit vorgesehen, den Hydraulikmediendruck, welchen auch das Blasenelement 59 erfährt, zumindest geringfügig (z.B. Druckniveau 11bar) über jenem des Fördermediendrucks im Fördermedienkreis (z.B. Druckniveau 10bar) einzustellen, welchen das Blasenelement 59 ebenfalls erfährt. Die Einstellung der Mediendrücke kann hierbei z.B. durch geeignete Wahl der Flächenverhältnisse am Membranelement 25 mit Bezug auf die Hydraulikseite 21 und die Fördermedienseite 27 erfolgen.
Bei der aufgezeigten Ausgestaltung der Pumpe 3 bzw. des Abgasnachbehandlungssystems 7 ist der Druckschwellwert des Druckbegrenzungsventils 77 weiterhin bevorzugt höher eingestellt als das Hydraulik-Systemdruckniveau, z.B. 11bar, vorliegend zum Beispiel auf einen Wert von ca. 12 bar. Somit ist gewährleistet, dass über das Druckbegrenzungsventil 77 kein Hydraulikmedium 1 unbeabsichtigt in den Tank 15 des Hydraulikkreises 9 zurückfließt.
Mit Einstellen bzw. Beenden des Pumpenbetriebs wird mit der aufgezeigten Anordnung der Hydraulikmediendruck im Blasenelement 59 weiterhin aufrechterhalten, das heißt eine aktive Entlastung erfolgt mit Beenden des Pumpenbetriebs nicht, das Blasenelement 59 verbleibt insofern weiterhin druckbehaftet hydraulikmedienbefüllt (sowohl das Rückschlagventil 65 als auch das Druckbegrenzungsventil 77 sperren gegen Entlastung). Somit behält das Blasenelement 59 seine entfaltete bzw. aufgeblasene Form mit Beenden des Pumpenbetriebs auch bei.
Friert nun das Fördermedium 5 aufgrund entsprechend niedriger Temperaturen von zum Beispiel unter -10 °C ein, vermag das sich ausdehnende Eis nunmehr zunehmend Druck auf das hydraulikmedienbefüllte Blasenelement 59 auszuüben, das heißt über das umgebende Volumen im Fördermedienzweig 37 bzw. insbesondere im Filter 45. Hierdurch wird das Hydraulikmedium 1 im Blasenelement 59 in der Folge verdrängt, d.h. sobald der Druck im Hydraulik-Entlastungszweig 71 einen Druckschwellwert des Druckbegrenzungsventils 77 übersteigt und dieses öffnet. Das verdrängte Hydraulikmedium 1 wird sodann über den Hydraulik-Entlastungszweig 71 an den Hydraulikmedientank 15 abgeführt. Ersichtlich kann durch das Druckbegrenzungsventil 77 erreicht werden, dass der Eisdruck im Fördermedienzweig 37 auf einen Wert limitiert wird, welcher dem Öffnungsdruck des Druckbegrenzungsventils 77 entspricht. Somit ist ein Schutz gegen zu hohe mechanische Kräfte und daraus resultierende Schäden durch Frost zuverlässig gegeben. Mit Auftauen des Systems und Aufnahme des Pumpenbetriebs wird das Blasenelement 59 sodann wieder mit druckbehaftetem Hydraulikmedium 1 beaufschlagt und nimmt die aufgeblasene Form erneut an.
Die vorgeschlagene Pumpe 3 kann allgemein als einteiliges Modul gebildet sein, z.B. von einem Gehäuse umfangen oder z.B. auch aus mehreren Modulen bestehen, z.B. einem Filtermodul und einem Fördermodul.
Bezugszeichenliste

1: Hydraulikmedium
3: Pumpe
5: Fördermedium
7: Abgasnachbehandlungssystem
9: Hydraulikkreis
11: Vorfördereinrichtung
13: Hydraulikeinlass
15: Hydraulikmedien-Vorratsbehältnis (Tank)
17: erste Leitung (Zuleitung)
19: Umschaltventil
21: Hydraulikseite
23: Pumpenkammer
25: Membranelement (Membran)
27: Fördermedienseite
29: zweite Leitung (Rückleitung)
31: Hydraulikauslass
33: Federlast (Rückstellfeder)
35: Fördermedienkreis
37: Fördermedienzweig
37a: erster Abschnitt
37b: zweiter Abschnitt
37c: dritter Abschnitt
39: Fördermedieneinlass
41: Fördermedientank (Reduktionsmittelvorratsbehältnis)
43: Rückschlagventil
45: Filter
47: Rückschlagventil
49: Filtergehäuse
51: Filterpatrone
53: Innenraum
55: Fördermedienauslass
57: Dosiervorrichtung (Fördermedien-Abgabevorrichtung)
59: Blasenelement
61: Hydraulik-Versorgungszweig
61a: Endabschnitt
63: Blasenvolumen
65: Rückschlagventil
67: Bund
69: Korrespondenzöffnung
71: Hydraulik-Entlastungszweig
71a: Endabschnitt
73: Hydraulikauslass
75: Verzweigungspunkt
77: Druckbegrenzungsventil

Claims

Mittels Hydraulikmedium (1) betriebene Pumpe (3) zur Förderung eines flüssigen, gefrierfähigen Fördermediums (5); dadurch gekennzeichnet, dass - die Pumpe (3) ein Blasenelement (59) aufweist, welches bei Pumpenbetrieb mit druckbehaftetem Hydraulikmedium (1) befüllt und von Fördermedium (5) umströmt ist; wobei - die Pumpe (3) zur Eisdruckkompensation mittels Verdrängung von Hydraulikmedium (1) aus dem Blasenelement (59) außerhalb eines Pumpenbetriebs und mit Einfrieren des Fördermediums (5) eingerichtet ist.
Pumpe (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass - die Pumpe (3) eingerichtet ist, das Hydraulikmedium (1) über das gefrierende Fördermedium (5) für eine Eisdruckkompensation aus dem Blasenelement (59) zu verdrängen; und/oder - die Pumpe (3) eingerichtet ist, das Hydraulikmedium (1) mit Einfrieren des Fördermediums (5) druckschwellwertbasiert aus dem Blasenelement (59) zu verdrängen.
Pumpe (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - die Pumpe (3) einen Fördermedienzweig (37) aufweist, welcher zur Anbindung einer Fördermedien-Abgabevorrichtung (57) bereitgestellt ist, wobei - das Blasenelement (59) in dem Fördermedienzweig (37) vom Fördermedium (5) umströmbar angeordnet ist.
Pumpe (3) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass - die Pumpe (3) eingerichtet ist, außerhalb des Pumpenbetriebs und mit Einfrieren des Fördermediums (5) das Hydraulikfluid (1) aus dem Blasenelement (59) via Eisdruck im Fördermedienzweig (37) zu verdrängen und über einen Hydraulik-Entlastungszweig (71) abzuführen.
Pumpe (3) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass - der Hydraulik-Entlastungszweig (71) eine Druckbegrenzungsvorrichtung (77) aufweist, welche den Hydraulik-Entlastungszweig (71) bei Einfrieren des Fördermediums (5) druckschwellwertbasiert für eine Verdrängung von Hydraulikmedium (1) aus dem Blasenelement (59) öffnet.
Pumpe (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - das Blasenelement (59) ein elastisches Blasenelement ist; und/oder - das Blasenelement (59) aus einem Elastomer oder einem gummösen Material besteht.
Pumpe (3) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass - das Blasenelement (59) in einem Filter (45) der Pumpe (3) im Fördermedienzweig (37) aufgenommen ist.
Pumpe (3) nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass - der Fördermedienzweig (37) ein druckseitiger Fördermedienzweig (37) der Pumpe (3) ist.
Pumpe (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - die Pumpe (3) eingerichtet ist, bei Pumpenbetrieb ein Hydraulikdruckniveau im Blasenelement (59) einzustellen, welches über einem Förderdruckniveau des das Blasenelement (59) umströmenden Fördermediums (5) liegt; und/oder - die Pumpe (3) eingerichtet ist, das Blasenelement (59) bei Pumpenbetrieb mit druckbeaufschlagtem Hydraulikfluid über einen Hydraulik-Versorgungszweig (61) der Pumpe (3) zu befüllen.
Abgasnachbehandlungssystem (7), dadurch gekennzeichnet, dass - das Abgasnachbehandlungssystem (7) wenigstens eine Pumpe (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.