DE102017215052A1

DE102017215052A1 - Dämpfungselement und Fördermodul mit Dämpfungselement

Info

Publication number: DE102017215052A1
Application number: DE102017215052.1A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Hager; Stefan Orasch; Florian Pickl; Okke Venekamp; Christian Hollaender; Elvis Spahic
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-08-29
Filing date: 2017-08-29
Publication date: 2019-02-28
Also published as: WO2019042637A1

Abstract

Dämpfungselement (77) zur hydraulischen und/oder pneumatischen Dämpfung von Druckschwankungen in einer fluidführenden Anordnung (1), mit einem einen Fluidraum (44) aufweisenden Körper (33, 35), wobei der Fluidraum (44) mit einem Fluiddruck beaufschlagt werden kann, und wobei zumindest ein Wandabschnitt (100, 111, 113, 117) der Wand (100, 111, 113, 117; 33) des Fluidraums (44) unter dem Fluiddruck elastisch nachgeben kann, wobei der Wandabschnitt (100, 111, 113, 117) derart eingerichtet ist, dass er auf der dem Fluidraum zugewandten Seite mit dem Fluid in Kontakt kommt und auf der dem Fluidraum abgewandten Seite einen Luftraum (43) teilweise begrenzt, wobei der Wandabschnitt (100, 111, 113, 117) eine Membran aufweist, wobei ein Membranbereich (80, 81) der Membran von einem Dichtbereich (45) der Membran umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Membranbereich mittig eine Abstützgeometrie (102) trägt.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Dämpfungselement zur hydraulischen und/oder pneumatischen Dämpfung von Druckschwankungen in einer fluidführenden Anordnung nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Fördermodul mit einem solchen Dämpfungselement.
Aufgrund gesetzlicher Vorgaben muss das Abgas von Kraftfahrzeugen bestimmte Grenzwerte einhalten. Zur Erfüllung dieser Grenzwerte kommen stromabwärts des Verbrennungsmotors Abgasnachbehandlungsanordnungen zum Einsatz, deren Ziel es ist, die Partikel- bzw. die Stickoxidkonzentration im Abgas zu senken. Die hierfür verwendeten Filter und Katalysatoren erfordern, dass bestimmte Oxidations- bzw. Reduktionsmittel in den Abgasstrang eingebracht werden. Bekannt ist beispielsweise eine Abgasnachbehandlungsanordnung, bei der eine wässrige Harnstofflösung stromaufwärts eines Katalysators zur selektiven Reduktion von Stickoxiden in den Abgastrakt eingespritzt wird. Die als Reduktionsmittel verwendete Harnstofflösung wird hierbei mit Hilfe eines Fördermoduls aus einem Tank zu einem Dosiermodul gefördert, welches den notwendigen Mengenstrom der Harnstofflösung als Spray in den Abgasstrang abgibt.
Aus der DE102011087856 ist es bekannt, auf der Druckseite des Fördermoduls ein Dämpfungselement über einen Soloanschluß mit auftretenden Druckimpulsen zu beaufschlagen bzw. anzuströmen, um eine Dämpfungswirkung in der Dosieranordnung zu erzielen.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Dämpfungselement mit den kennzeichnenden Merkmalen des unabhängigen Anspruchs hat demgegenüber den Vorteil, im Rahmen eines kompakten und platzsparenden Aufbaus einen erweiterten Betriebsbereich hinsichtlich zu dämpfender Druckschwankungen zu gewährleisten. Durch die Abstützgeometrie erhöht sich die Steifigkeit der Membran, ohne dass dabei die Mikrohärte des Materials geändert werden muss. Hierdurch sind darüber hinaus infolge der guten Verpressbarkeit in einem Dichtbereich der Dämpfungsmembran gleichbleibend gute Dichteigenschaften erreichbar, bei gleichzeitig verbesserter Dämpfungsfähigkeit. Im Belastungsfall kann nämlich aufgrund der infolge der Versteifungsstruktur erhöhten Steifigkeit die Dämpfungsmembran bei Beaufschlagung mit Fluiddruckschwankungen nicht vollständig, sondern allenfalls in Teilbereichen am Körper bzw. dem Gehäuse oder der Abdeckung des Dämpfungselements anliegen, wodurch in jedem Druckfall eine Schwing- und damit Dämpfungsfähigkeit gewährleistet wird.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im unabhängigen Anspruch angegebenen Dämpfungselements möglich.
Figurenliste
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen

1 ein Fördermodul,
2 ein Dämpfungselement bzw. eine Pulsationskammer,
3 ein Dämpfungselement bei anliegendem Unterdruck,
4 ein weiteres Dämpfungselement bzw. einen weiteren Pulsationsdämpfer,
5 einen mit Unterdruck beaufschlagten Pulsationsdämpfer,
6 eine Dämpfungsmembran mit einem ebenem Membranbereich und
7 eine Dämpfungsmembran mit einem vorgeformten Membranbereich.

Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt ein Fördermodul 1 zur Förderung einer wässrigen Harnstofflösung 2 von einem Tank 4 zu einem Dosiermodul bzw. Injektor 25. Hierbei führt eine Saugleitung 17 über einen Fördermoduleinlaß 16 und über ein 4/2-Ventil bzw. Umschaltventil 9 zu einem durchströmten Pulsationsdämpfer bzw. Dämpfungselement 7 und nachfolgend zu einer Membranpumpe 3 mit ihrer vorgeordneten Rückschlagventilbaugruppe 5. Druckseitig der Membranpumpe führt eine Druckleitung 19 über ein Hauptfilter 11 zum Fördermodulauslaß 20, wobei sich dem Fördermodulauslaß vorgeordnet ein Druckfühler 13 befindet. Zwischen dem Hauptfilter 11 und dem Druckfühler 13 zweigt eine Rücklaufleitung 21 ab, die zum Tank zurückführt und die noch im Bereich des Fördermoduls gedrosselt (23) ist. Insbesondere im Bereich des Fördermoduleinlasses 16, des Fördermodulauslasses 20 und des tankseitigen Endes der Saugleitung 17 sind weitere Filter 15 zur Filterung der geförderten wässrigen Harnstofflösung 2 eingebaut.
Das Dämpfungselement 7 in Form einer saugseitig der Pumpe 3 angeordneten Pulsationskammer dient zur Abschwächung von Druckschwankungen, die aufgrund der Betriebsweise der Pumpe entstehen können, sowie zur Vermeidung von Kavitation.
Die Pulsationskammer 7 gemäß 2 weist ein Gehäuse 33, eine Abdeckung 35 und eine dazwischenliegende Dämpfungsmembran 31 auf. Das Gehäuse 33 kann hierbei integrierter Bestandteil des Fördermodulgehäuses bzw. eines nicht näher dargestellten Grundkörpers des Fördermoduls sein, auf dem bzw. in dem weitere Komponenten des Fördermoduls angeordnet bzw. befestigt bzw. integriert sind. Über den Einlaß 37 kann das Fluid bzw. die wässrige Harnstofflösung in den Fluidraum 44 eintreten, der von dem Gehäuse 33 einerseits und der Dämpfungsmembran 31 andererseits begrenzt wird. Der Pfeil 41 stellt die Strömungsrichtung des Fluids vom Einlaß 37 zum Auslaß 39 des Fluidraums 44 hin dar. Das Dämpfungselement wird also nicht lediglich per Soloanschluß angeströmt, sondern vom Fluid durchströmt: Sämtliches Fluid, das von der Pumpe gefördert wird, durchströmt den Fluidraum 44. Die Abdeckung 35 dient einerseits zur Arretierung der Dämpfungsmembran 31, indem die Abdeckung 35 über nicht näher dargestellte Befestigungsmittel an das Gehäuse 33 angedrückt und dadurch die Dämpfungsmembran entlang ihres randständigen dickeren Dichtbereichs 45 bzw. ihrer integrierten „Dichtschnur“ 45 eingeklemmt ist. Andererseits dient die Abdeckung 35 zum Schutz des Luftraums 43 vor äußeren Einflüssen.
Die Pulsationskammer ist in 2 in einem jedenfalls von Druckpulsen unbelasteten Zustand dargestellt. Das Gehäuse und die Abdeckung können aus thermoplastischem Material gefertigt sein. Die Dämpfungsmembran kann aus einem Elastomer gefertigt sein. 2 zeigt eine Pulsationskammer mit einem rundherum verschlossenen Luftraum 43. Alternativ kann der Luftraum auch eine Öffnung in der Abdeckung 35 aufweisen, so dass die Luft im Luftraum sich mit der Umgebungsluft austauschen kann.
3 zeigt die Pulsationskammer 7, wenn an dem Fluidraum 44 über die Anschlüsse 37 bzw. 39 ein Unterdruck anliegt. Die Pfeile 47 stellen eine sich dabei einstellende Strömungsrichtung des Fluids in den Anschlüssen dar. Die Dämpfungsmembran 31 wird infolge des Unterdrucks ausgelenkt und bewegt sich zum Gehäuse 33 hin, bis sie an das Gehäuse 33 stößt und gegebenenfalls den Einlaß 37 und/oder den Auslaß 39 verschließt.
Die 2 und 3 zeigen also das Funktionsprinzip der durchströmten Pulsationskammer im unbelasteten sowie im belasteten Zustand (Unterdruck) der Membran. Im völlig unbelasteten Zustand befindet sich Luft bei atmosphärischem Druck auf beiden Seiten der Pulsationsmembran und sie erstreckt sich in einer Ebene, die durch die Lage des verstärkten Randbereichs bzw. Dichtbereichs 45 definiert ist. Im Unterdruckfall wird die Membran in Richtung der Kanäle 37, 39 gezogen. Die Schwingfähigkeit der Membran, welche durch ihre Steifigkeit bestimmt wird, sorgt dabei zur gewünschten Dämpfung von Pulsationen im Druck des Fluids. Die Steifigkeit dieser Membrangeometrie wird hauptsächlich durch die Mikrohärte des Elastomermaterials bestimmt.
7 zeigt eine Dämpfungsmembran 117 mit einem in einem nicht eingebauten Zustand gewölbten Membranbereich 81, die in eine Gehäuse-Abdeckungskombination eingebaut werden kann, wie dies in 2 und 3 unter Verwendung einer Dämpfungsmembran 31 beschrieben ist. Die beispielsweise kreisförmige Dämpfungsmembran 117 ist in Querschnittsseitenansicht dargestellt und weist im Unterschied zur flachen Tellerform gemäß 2 einen gewölbten Membranbereich 81 auf. Der randverstärkte Bereich bzw. Dichtbereich (Dichtschnur) 45 befindet sich innerhalb einer Ebene, und in dem vom Dichtbereich 45 umschlossenen Bereich erstreckt sich der im Betrieb elastischen Verformungen ausgesetzte Membranbereich 81. Mittig angeordnet ist eine Abstützgeometrie 102 vorgesehen. Diese Abstützgeometrie weist mehrere Stege, im vorliegenden Beispiel drei Stege 103, auf, welche aus der durch die Dichtschnur 45 geometrisch aufgespannten Ebene nach unten herausragen und andernends mit dem nach oben gewölbten Membranbereich 81 einstückig verbunden sind.
Der Membranbereich 81 kann in der in 7 dargestellten Querschnittsseitenansicht auch eine Wellenform von der Dichtschnur hin zum Zentrum oder andere eine andere transversale Versteifungsstruktur aufweisen. Solche in 7 nicht näher dargestellten transversalen Versteifungsstrukturen müssen nicht streng periodisch ausgestaltet sein. Auch leichte Variationen in der Dicke der Membran im fluiddruckbeaufschlagten Bereich können vorgesehen sein.
Durch die Abstützgeometrie erhöht sich die Steifigkeit der Membran, ohne dass dabei die Mikrohärte des Materials geändert werden muss. Hierdurch werden infolge der guten Verpressbarkeit im Dichtbereich der Dämpfungsmembran gleichbleibend gute Dichteigenschaften über die Dichtschnur erreicht, bei gleichzeitig verbesserter Dämpfungsfähigkeit. Im Belastungsfall kann nämlich aufgrund der infolge der Abstützgeometrie hinreichend erhöhten Steifigkeit die Dämpfungsmembran 117 bei Beaufschlagung mit Fluiddruckschwankungen nicht vollständig, sondern allenfalls in Teilbereichen am Gehäuse bzw. an der Abdeckung anliegen, wodurch in jedem Druckfall eine Schwing- und damit Dämpfungsfähigkeit gewährleistet wird. Darüber hinaus wird ein Verschließen des Einlass- bzw. des Auslasskanals der Pulsationskammer vermieden.
4 zeigt eine Pulsationskammer bzw. Pulsationsdämpfer 77 mit einer Dämpfungsmembran 100 mit Abstützgeometrie 102 im unbelasteten Zustand. Diese Membran 100 kann dabei eine Membran gemäß 7 sein, die bereits vorgeformt ist und im nicht eingebauten Zustand einen gewölbten Membranbereich 81 hat, der bereits in etwa an die Form der Pulsationskammer angepasst ist. Diese Membran 100 kann aber auch eine Membran 113 mit - im nicht eingebauten Zustand - ebenem Membranbereich 80 gemäß 6 sein, so dass beim Einbau einer solchen Membran 113 eine Verformung derselbigen im Membranbereich stattfinden muss, um sie an die Form der Pulsationskammer anzupassen, so dass sie letztlich im eingebauten Zustand im Wesentlichen die gleiche Form aufweist, wie sie eine Membran 117 bereits im nicht eingebauten Zustand hat.
5 zeigt die Pulsationskammer bzw. den Pulsationsdämpfer 77 mit der Dämpfungsmembran 100 mit Abstützgeometrie 102 in einem mit einem Unterdruck belasteten Zustand 111. Die Dämpfungsmembran 100 kann dabei im nicht eingebauten Zustand gemäß 6 (Dämpfungsmembran 113) oder gemäß 7 (Dämpfungsmembran 117) ausgestaltet sein. In 5 ist ersichtlich, wie sich bei sinnvoll gewählter Anordnung von Ein-und Auslasskanal 37 bzw. 39 relativ zur Abstützgeometrie der Dämpfungsmembran ein Verschließen der Kanäle vermeiden lässt. Die Pfeile symbolisieren die Unterdruckkräfte, die die Dämpfungsmembran 100 in einem Kreisringbereich zwischen der Abstützgeometrie 102 und der Dichtschnur 45 zu dem Einlaß und dem Auslaß hin verformen. wobei aber aufgrund der Abstützgeometrie der Dämpfungsmembran stets Bereiche der Membran verbleiben, die von der Wandung der Pulsationskammer beabstandet sind, so dass die Membran auch in dieser Lage weiterhin eine Schwing- bzw. Dämpfungsfähigkeit aufweist bzw. die Zugänge zur Pulsationskammer unverschlossen bleiben.
Der Einsatz der Pulsationskammer ist alternativ oder in Kombination auch nach der Pumpe, also im Bereich der Druckleitung 19, vorsehbar, um die druckseitigen Pulsationen zu dämpfen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011087856 [0003]

Claims

Dämpfungselement (77) zur hydraulischen und/oder pneumatischen Dämpfung von Druckschwankungen in einer fluidführenden Anordnung (1), mit einem einen Fluidraum (44) aufweisenden Körper (33, 35), wobei der Fluidraum (44) mit einem Fluiddruck beaufschlagt werden kann, und wobei zumindest ein Wandabschnitt (100, 111, 113, 117) der Wand (100, 111, 113, 117; 33) des Fluidraums (44) unter dem Fluiddruck elastisch nachgeben kann, wobei der Wandabschnitt (100, 111, 113, 117) derart eingerichtet ist, dass er auf der dem Fluidraum zugewandten Seite mit dem Fluid in Kontakt kommt und auf der dem Fluidraum abgewandten Seite einen Luftraum (43) teilweise begrenzt, wobei der Wandabschnitt (100, 111, 113, 117) eine Membran aufweist, wobei ein Membranbereich (80, 81) der Membran von einem Dichtbereich (45) der Membran umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Membranbereich mittig eine Abstützgeometrie (102) trägt.
Dämpfungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützgeometrie (102) einstückig mit dem Membranbereich verbunden ist.
Dämpfungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützgeometrie eingerichtet ist zur Abstützung des Membranbereichs am Körper (33, 35) im Bereich des Fluidraums (44).
Dämpfungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützgeometrie (102) aus einer durch den Dichtbereich (45) geometrisch aufgespannten Ebene herausragt.
Dämpfungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützgeometrie (102) mindestens einen, vorzugsweise mehrere vom Membranbereich (80, 81) abkragende Stege (103) aufweist.
Dämpfungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand (100, 111, 113, 117; 33) teilweise von einem Gehäuse (33) gebildet ist.
Dämpfungselement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (33) mindestens einen Einlaß (37) für das Fluid aufweist.
Dämpfungselement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (33) einen Auslaß (39) aufweist, wobei der Einlaß (37) und der Auslaß (39) eingerichtet sind, den Fluidraum (44) mit dem Fluid zu durchströmen.
Dämpfungselement nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlaß (37) und/oder der Auslaß (39) und die Abstützgeometrie (102) derart zueinander angeordnet sind, dass der Einlaß bzw. der Auslaß auch bei Anliegen eines Unterdrucks im Fluidraum (44) nicht von der Membran verschlossen werden.
Dämpfungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der dem Fluidraum (44) abgewandten Seite der Membran (100, 111, 113, 117) eine Abdeckung (35) angeordnet ist, welche den Luftraum (43) begrenzt.
Fördermodul (1) zur Förderung eines Fluids, mit einem Fördermoduleinlaß (16), einer Pumpe (3), mindestens einem Fördermodulauslaß (20) und einem Dämpfungselement (77) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Fördermodul (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (77) strömungstechnisch zwischen dem Fördermoduleinlaß (16) und der Pumpe (3) oder zwischen der Pumpe und dem Fördermodulauslaß (20) angeordnet ist.
Fördermodul nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (77) derart mit der Pumpe und mit dem Fördermoduleinlaß bzw. dem Fördermodulauslaß strömungstechnisch verbunden ist, dass sämtliches von der Pumpe (3) angesaugtes Fluid den Fluidraum (44) des Dämpfungselements durchströmt.
Fördermodul nach Anspruch 12, dass das Dämpfungselement (77) derart mit der Pumpe und mit dem Fördermoduleinlaß bzw. dem Fördermodulauslaß strömungstechnisch verbunden ist, dass es lediglich angeströmt, aber nicht durchströmt wird.