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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dosierpumpe, die beispielsweise dazu eingesetzt werden kann, in einem brennstoffbetriebenen Fahrzeugheizgerät Brennstoff zu einer Brennkammer zu fördern.
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Derartige als Standheizung oder Zuheizer betreibbare Fahrzeugheizgeräte nutzen ein in einer Brennkammer erzeugtes Gemisch aus Brennstoff und Verbrennungsluft zur Verbrennung, um die dabei entstehende Wärme auf ein zu erwärmendes Medium zu übertragen. Für eine möglichst schadstofffreie Verbrennung ist es wichtig, dass Brennstoff und Verbrennungsluft mit den für ein vorzusehendes Verhältnis von zu verbrennendem Brennstoff und zu verbrennender Verbrennungsluft erforderlichen Mengen in die Brennkammer gefördert werden.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Dosierpumpe, insbesondere Brennstoffdosierpumpe für ein Fahrzeugheizgerät, vorzusehen, welche bei einfach zu realisierendem Aufbau eine mengenmäßig präzise Förderung des zu fördernden Mediums gewährleistet.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Dosierpumpe, insbesondere Brennstoffdosierpumpe für ein Fahrzeugheizgerät, umfassend:
- - eine Magnetspulen-Antriebseinheit, wobei die Magnetspulen-Antriebseinheit einen eine Kolben/Anker-Baugruppe zur Hin- und Herbewegung in Richtung einer Bewegungsachse aufnehmenden, von einer Spulenanordnung der Magnetspulen-Antriebseinheit wenigstens bereichsweise umgebenen Kolben/Anker-Aufnahmeraum bereitstellt,
- - ein in der Kolben/Anker-Baugruppe vorgesehenes Einlassventil,
- - eine Pumpenkammerbaugruppe mit einem ein Kolbenelement der Kolben/Anker-Baugruppe in einer Pumpenkammer in Richtung der Bewegungsachse verschiebbar aufnehmenden Pumpenkammergehäuse und einem Auslassventil,
- - ein die Kolben/Anker-Baugruppe in einer ersten Verschieberichtung zur Bewegung des Kolbenelements aus der Pumpenkammer heraus vorspannendes Kolben/Anker-Vorspannelement.
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Mit einer derart aufgebauten Dosierpumpe wird bei technisch einfach zu realisierendem Aufbau durch den Einsatz einer Magnetspulen-Antriebseinheit und einer damit in magnetische Wechselwirkung tretenden Kolben/Anker-Baugruppe eine insbesondere hinsichtlich der Arbeitsfrequenz der periodischen Hin- und Herbewegung der Kolben/Anker-Baugruppe präzise einstellbare Betriebsweise erreicht.
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Um eine definierte Wechselwirkung mit dem durch die Magnetspulen-Antriebeinheit generierten Magnetfeld zu gewährleisten, wird vorgeschlagen, dass die Kolben/Anker-Baugruppe ein mit dem Kolbenelement zur gemeinsamen Hin- und Herbewegung verbundenes Ankerelement umfasst.
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Eine baulich kompakte Ausgestaltung mit Integration des Einlassventils in die Kolben/Anker-Baugruppe kann dadurch erreicht werden, dass das Einlassventil ein in einem Einlassventilraum in dem Ankerelement angeordnetes, durch ein an dem Kolbenelement sich abstützendes Einlassventil-Vorspannelement gegen einen Ventilsitz an dem Ankerelement vorgespanntes Einlassventilelement umfasst, und dass in dem Ankerelement ein in Richtung stromaufwärts zu dem Kolben/Anker-Aufnahmeraum offener, durch das Einlassventilelement absperrbarer Einströmdurchlass ausgebildet ist.
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Für die Zufuhr von zu förderndem Medium zu der Pumpenkammer kann der Einströmurchlass in Richtung der Bewegungsachse sich erstreckend zu dem Kolben/Anker-Aufnahmeraum offen sein oder/und der Einströmurchlass kann im Bereich des Ventilsitzes zu dem Einlassventilraum offen sein. Ferner kann hierfür vorgesehen sein, dass in dem Kolbenelement ein in Richtung der Bewegungsachse sich erstreckender und zu dem Einlassventilraum und der Pumpenkammer offener Durchströmdurchlass vorgesehen ist.
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Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass das Kolbenelement in Richtung der Bewegungsachse in das Ankerelement eingreifend angeordnet und mit dem Ankerelement durch Gewindeeingriff verbunden ist. Auf diese Art und Weise wird es leicht möglich, die Eingriffstiefe des Kolbenelements in das Ankerelement beim Aufbau der Kolben/Anker-Baugruppe zu variieren bzw. an ein für einen jeweiligen Arbeitstakt einer derartigen Dosierpumpe erforderliches Verdrängungsvolumen anzupassen.
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Um gleichwohl ein Loslösen des Ankerelements vom Kolbenelement im Pumpbetrieb zu vermeiden, wird vorgeschlagen, dass das Ankerelement durch Materialschluss, vorzugsweise Verkleben, mit dem Kolbenelement verbunden ist.
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Für eine effiziente magnetische Wechselwirkung kann das Ankerelement aus ferromagnetischem Material, vorzugsweise Eisen, aufgebaut sein.
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Um bei der durch die Variation der Eingriffstiefe des Kolbenelements in das Ankerelement bereitgestellten Anpassung der Kolben/Anker-Baugruppe an das bei jedem Arbeitstakt zu fördernde Volumen des zu fördernden Mediums eine definierte Hin- und Herbewegung der Kolben/Anker-Baugruppe zu gewährleisten, kann vorgesehen sein, dass das Kolben/Anker-Vorspannelement an dem Ankerelement der Kolben/Anker-Baugruppe abgestützt ist.
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Um auch im Aufbau des Auslassventils eine einfach realisierbare Gestaltung zu erreichen, wird vorgeschlagen, dass das Auslassventil ein in einem Auslassventilraum in dem Pumpenkammergehäuse angeordnetes, durch ein an einem Auslassstutzen sich abstützendes Auslassventil-Vorspannelement gegen einen Ventilsitz an dem Pumpenkammergehäuse vorgespanntes Auslassventilelement umfasst, und dass in dem Pumpenkammergehäuse ein in Richtung stromaufwärts zu der Pumpenkammer offener, durch das Auslassventilelement absperrbarer Ausströmdurchlass ausgebildet ist.
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Um eine durch einen Verschleiß des Pumpenkammergehäuses oder/und des Kolbenelements bewirkte Änderung in dem bei jedem Arbeitstakt geförderten Volumen des zu fördernden Mediums zu vermeiden, kann das Pumpenkammergehäuse oder/und das Kolbenelement aus Edelstahl aufgebaut sein.
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Ein einfach und kostengünstig zu realisierender Aufbau kann vorzugsweise dadurch unterstützt werden, dass die Magnetspulen-Antriebseinheit ein aus Kunststoff aufgebautes und den Kolben/Anker-Aufnahmeraum bereitstellendes Antriebseinheitgehäuse umfasst.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beiliegenden Figuren detailliert beschrieben. Es zeigt:
- 1 eine Längsschnittansicht einer Dosierpumpe;
- 2 eine Explosionsdarstellung der Dosierpumpe der 1;
- 3 eine weiter detaillierte Explosionsdarstellung der Dosierpumpe der 1;
- 4 die Dosierpumpe der 1 bei einem Ausstoßhub;
- 5 die Dosierpumpe der 1 bei einem Ansaughub.
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In den Figuren ist eine Dosierpumpe allgemein mit 10 bezeichnet. Die Dosierpumpe 10 kann insbesondere dazu eingesetzt werden, flüssigen Brennstoff zu einem Fahrzeugheizgerät zu fördern.
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Die Dosierpumpe 10 umfasst eine allgemein mit 12 bezeichnete Magnetspulenantriebseinheit mit einem beispielsweise aus Kunststoffmaterial aufgebauten Antriebseinheitgehäuse 14. In einem Längenbereich ist an dem Antriebseinheitgehäuse 14 eine Spulenanordnung 16 mit wenigstens einer elektrisch erregbaren Spule getragen. In einer Richtung stromaufwärts stellt das Antriebseinheitgehäuse 14 einen Einlassstutzen 18 bereit, an welchem beispielsweise eine schlauchartig ausgebildete und mit einem Brennstoffreservoir verbundene Brennstoffleitung angeschlossen werden kann.
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In dem Antriebseinheitgehäuse 14 ist ein Kolben/Anker-Aufnahmeraum 20 bereitgestellt. Im Antriebseinheitgehäuse 14 bzw. im Einlassstutzen 18 desselben ausgebildet und in Richtung einer eine Längsmittenachse der Dosierpumpe 10 bildenden Bewegungsachse B sich erstreckend ist eine Durchtrittsöffnung 22 vorgesehen, die zum Kolben/Anker-Aufnahmeraum 20 führt bzw. offen ist.
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In dem Kolben/Anker-Aufnahmeraum 20 ist eine Kolben/Anker-Baugruppe 24 in Richtung der Bewegungsachse B bewegbar aufgenommen. Die Kolben/Anker-Baugruppe 24 umfasst ein vorzugsweise aus Edelstahl aufgebautes Kolbenelement 26 sowie ein für eine optimale magnetische Wechselwirkung mit der Spulenanordnung 16 aus ferromagnetischem Material, wie z. B. Eisen, aufgebautes Ankerelement 28.
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In der Kolben/Anker-Baugruppe 24 ist ein allgemein mit 30 bezeichnetes Einlassventil, dieses ausgebildet als Rückschlagventil, vorgesehen. Dazu ist im Ankerelement 28 ein Einlassventilraum 32 gebildet. Über einen Einströmdurchlass 34 ist der Einlassventilraum 32 in Richtung stromaufwärts zu dem Kolben/Anker-Aufnahmeraum 20 offen. Ferner ist der Einströmdurchlass 34 zu dem Einlassventilraum 32 im Bereich eines im Wesentlichen konisch bzw. kegelstumpfartig gebildeten Ventilsitzes 36 für ein als Kugel ausgebildetes Einlassventilelement 38 des Einlassventils 30 vorgesehen. Ein als Schraubendruckfeder ausgebildetes Einlassventil-Vorspannelement 40 stützt sich an dem in den Einlassventilraum 32 des Ankerelements 28 eingesetzten Kolbenelement 26 ab und spannt das Einlassventilelement 38 gegen dessen Ventilsitz 36 vor.
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Zur Arretierung des Kolbenelements 26 im Ankerelement 28 stehen diese beiden Elemente vorzugsweise in Gewindeeingriff. Dazu kann an dem in das Ankerelement eingesetzten Längenbereich 42 des Kolbenelements 26 ein Außengewinde vorgesehen sein, während an dem das Kolbenelement 26 aufnehmenden Längenbereich 44 des Ankerelements 28 ein Innengewinde vorgesehen sein kann. Somit wird es möglich, das Kolbenelement 26 durch Einschrauben in das Ankerelement 28 an diesem zu arretieren und insbesondere dessen Positionierung in Richtung der Bewegungsachse B bezüglich des Kolbenelements 28 zu variieren bzw. definiert einzustellen. Ist die gewünschte Positionierung des Kolbenelements 26 bezüglich des Ankerelements 28 erreicht, können diese beiden Elemente zusätzlich materialschlüssig, beispielsweise durch Klebstoff, aneinander festgelegt werden. Dazu kann der Klebstoff bereits vor dem Einschrauben des Kolbenelements 26 in das Ankerelement 28 auf zumindest eines der beiden in Eingriff miteinander zu bringenden Gewinde aufgebracht werden. Auch andere Mittel, welche beispielsweise durch Adhäsionswirkung eine Relativbewegung der ineinander eingeschraubten Elemente 26, 28 bewirken können, können zum Fixieren des Kolbenelements 26 bezüglich des Ankerelements 28 eingesetzt werden.
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Die Dosierpumpe 10 umfasst ferner ein Pumpenkammergehäuse 46 einer Pumpenkammerbaugruppe 47. Im Pumpenkammergehäuse 46 ist eine in Richtung der Bewegungsachse B offene und das Kolbenelement 26 bzw. dessen axialen Endbereich 48 aufnehmende Pumpenkammer 50 ausgebildet. Die Pumpenkammer 50 ist über einen Ausströmdurchlass 52 zu einem in dem Pumpenkammergehäuse 46 ausgebildeten Auslassventilraum 54 offen. Im Auslassventilraum 54 ist ein beispielsweise als Kugel ausgebildetes Auslassventilelement 56 eines als Rückschlagventil ausgebildeten Auslassventils 58 angeordnet. In Zuordnung zu dem Auslassventilelement 56 ist am Pumpenkammergehäuse 46 ein kegelartiger bzw. kegelstumpfartiger Ventilsitz 59 vorgesehen, gegen welchen das Auslassventilelement 56 durch ein beispielsweise als Schraubendruckfeder ausgebildetes Auslassventil-Vorspannelement 60 vorgespannt ist. Das Auslassventil-Vorspannelement 60 stützt sich an einem beispielsweise durch Verschraubung an dem Pumpenkammergehäuse 46 festgelegten Auslassstutzen 62 ab.
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Um die Kolben/Anker-Baugruppe 24 in eine Grundstellung vorzuspannen, in welcher das Kolbenelement 26 in maximalem Ausmaß aus der Pumpenkammer 50 herausbewegt ist, ist der Kolben/Anker-Baugruppe ein beispielsweise als Schraubendruckfeder ausgebildetes Kolben/Anker-Vorspannelement 64 zugeordnet.
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Dieses stützt sich an dem vorzugsweise ebenfalls aus Edelmetall ausgebildeten Pumpenkammergehäuse 46 einerseits und der Kolben/Anker-Baugruppe 24, andererseits ab. Um bei Bereitstellung dieser Variationsmöglichkeit zu gewährleisten, dass davon unabhängig das Kolben/Anker-Vorspannelement 64 eine gleiche Vorspannwirkung entfalten kann, stützt dieses sich bezüglich der Kolben/Anker-Baugruppe am Ankerelement 28 ab, so dass eine veränderte Einschraubtiefe des Kolbenelements 26 die Vorspannung des Kolben/Anker-Vorspannelements 64 nicht beeinflusst. Somit ist durch das Kolben/Anker-Vorspannelement 64 die Kolben/Anker-Baugruppe 24 in Richtung auf einen Bodenbereich 66 am Antriebseinheitgehäuse 14 zu vorgespannt und in der Grundstellung in Anlage daran. Um hier eine Anschlagdämpfung vorzusehen, ist es möglich, am Bodenbereich 64 oder/und am Ankerelement 28 ein beispielsweise aus gummiartigem Material aufgebautes, elastisches Anschlagelement vorzusehen.
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Bei Erregung der Spulenanordnung und in der Grundstellung positionierter Kolben/Anker-Baugruppe 24 wird durch die zwischen dem durch die Spulenanordnung 16 generierten Magnetfeld und dem Ankerelement 28 entstehende magnetische Wechselwirkung die Kolben/Anker-Baugruppe 24, welche sich insbesondere mit dem Ankerelement 28 in der Grundstellung teilweise außerhalb des von der Spulenanordnung 16 umgebenen Volumenbereichs des Aufnahmeraums 20 befindet, ausgehend von der Grundstellung in Richtung der Bewegungsachse B derart verschoben, dass die Kolben/Anker-Baugruppe 24 sich weiter in den von der Spulenanordnung 16 umgebenen Volumenbereich des Aufnahmeraums 20 hineinbewegt, wobei im Zuge dieser Bewegung der axiale Endbereich 48 des Kolbenelements 26 tiefer in die Pumpenkammer 50 eintaucht. Diese Bewegung in Richtung der Bewegungsachse B dauert an, bis eine weitere Bewegung nicht möglich ist, entweder weil beispielsweise das Pumpenelement 26 an einem die Pumpenkammer 50 axial begrenzenden Bodenbereich 68 anstößt oder das Kolben/Anker-Vorspannelement 64 vollständig komprimiert ist. Auch hier kann zum Bereitstellen einer Anschlagdämpfung beispielsweise an einer axialen Stirnseite des Kolbenelements 26 ein am Bodenbereich 18 anstoßendes elastisches Dämpfungselement vorgesehen sein.
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Mit Bezug auf die 4 und 5 wird nachfolgend die Förderwirkung der Dosierpumpe 10 während eines Arbeitstaktes, also einer Hin- und Herbewegung der Kolben/Anker-Baugruppe 24 beschrieben. Ausgehend von der Grundstellung, in welcher das nicht durch das Kolbenelement 26 belegte Volumen der Pumpenkammer 50 maximal ist und dieses Volumen, ebenso wie ein im Kolbenelement 26 ausgebildeter Durchströmdurchlass 70 sowie der Einlassventilraum 32 mit dem zu fördernden flüssigen Medium, also beispielsweise Brennstoff, gefüllt ist, bewegt die Kolben/Anker-Baugruppe 24 sich in Richtung von in 4 eingezeichneten Pfeilen P1 entlang der Bewegungsachse B in Richtung auf das Pumpenkammergehäuse 46 zu, wobei im Zuge dieser Bewegung das Kolbenelement 26 tiefer in die Pumpenkammer 50 eintaucht. Da in diesem Zustand das Einlassventil 30 sperrt, steigt der Druck des geförderten Mediums in der Pumpenkammer 50 an, so dass die Vorspannkraft des Auslassventil-Vorspannelements 60 überwunden wird und das Auslassventilelement 56 von seinem zugeordneten Ventilsitz 59 abhebt. Es wird dann zunächst in der Pumpenkammer 50 vorhandenes zu förderndes Medium durch den Ausströmdurchlass 52 hindurch in den Auslassventilraum 54 und über diesen den Auslassstutzen 62 gefördert. Gleichzeitig mit dem Ausstoßen von zu förderndem Medium aus der Pumpenkammer 50 wird durch die Zunahme des nicht durch die Kolben/Anker-Baugruppe 24 belegten Volumenanteils des Aufnahmeraums 20 das zu fördernde flüssige Medium über den Durchlass 22 in den Aufnahmeraum 20 eingesaugt.
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Am Ende dieser Bewegung des Kolben/Anker-Baugruppe 24 wird die Erregung der Spulenanordnung 16 eingestellt. Durch die Vorspannwirkung des Kolben/Anker-Vorspannelements 64 wird die Kolben/Anker-Baugruppe 24 nunmehr in Richtung von Pfeilen P2 in 5 wieder zurück in Richtung auf den Bodenbereich 66 am Antriebseinheitgehäuse 14 zu verschoben. In diesem Zustand sperrt das Auslassventil 58 und verhindert somit ein Rückströmen von zuvor bereits aus der Pumpenkammer 50 ausgestoßenem zu förderndem Medium in die Pumpenkammer 50.
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Der Druck des im Aufnahmeraum 20 vorhandenen zu fördernden Mediums steigt an und führt dazu, dass das Einlassventilelement 38 von dem ihm zugeordneten Ventilsitz 36 abhebt, so dass das zu fördernde Medium über den Einströmdurchlass 34 in den Einlassventilraum 32 und über diesen zum Durchströmdurchlass 70 im Kolbenelement 26 strömen kann. Über den Durchströmdurchlass 70 gelangt das zu fördernde Medium dann in die Pumpenkammer 50, deren nicht mit dem Kolbenelement 26 belegtes Volumen im Zuge dieser Bewegung zunimmt. Am Ende dieses Ansaugtaktes kommt das Ankerelement 28 zur Anlage am Bodenbereich 66, so dass die Dosierpumpe 10 für den nächsten Arbeitstakt, insbesondere den nächsten Ausstoßhub, bereit ist.
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Durch alternierendes Hin- und Herbewegen der Kolben/Anker-Baugruppe 24 kann somit bei jedem Arbeitstakt eine definierte Menge des zu fördernden flüssigen Mediums aus der Pumpenkammer 50 ausgestoßen bzw. wieder in dieser aufgenommen werden. Die zu fördernde Menge kann daher durch die Arbeitsfrequenz, also die pro Zeiteinheit durchgeführten Arbeitstakte, eingestellt werden.
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Wie vorangehend bereits beschrieben, besteht die Möglichkeit, beim Zusammenbau der Dosierpumpe 10 die Einbautiefe des Kolbenelements 26 in das Ankerelement 28 zu variieren. Wird das Kolbenelement 26 weniger tief in das Ankerelement 38 eingesetzt, so bedeutet dies, dass in der Grundstellung, in welcher das Ankerelement 38 am Bodenbereich 66 ansteht, das Kolbenelement 26 mit seinem axialen Endbereich 48 tiefer in die Pumpenkammer 50 bzw. das Pumpenkammergehäuse 46 eintaucht, als in einem Zustand, in welchem das Kolbenelement 26 weiter in das Ankerelement 38 eingeschraubt und dann bezüglich diesem beispielsweise durch Materialschluss fixiert ist. Die Folge davon ist, dass bei weniger tief in das Ankerelement 28 eingeschraubtem Kolbenelement 26 bei jedem Ausstoßhub eine geringere Menge von zu förderndem Medium aus der Pumpenkammer 50 ausgestoßen wird, da der axiale Endbereich 48 bereits näher am Bodenbereich 68 ist und somit die Kolben/Anker-Baugruppe 24 einen geringeren axialen Hub ausführen wird, als bei weiter in das Ankerelement 28 eingeschraubtem Kolbenelement 26. Somit wird es möglich, durch entsprechendes Einstellen der Einschraubtiefe die bei jedem Arbeitstakt geförderte Brennstoffmenge vorzugeben, wodurch die so aufgebaute Dosierpumpe in einfacher Art und Weise an verschiedene Einsatzumgebungen angepasst werden kann. Soll mit einer derartigen Dosierpumpe eine größere Fördermenge bereitgestellt werden können, wird das Kolbenelement 26 weiter in das Ankerelement 28 eingeschraubtem als für einen Einsatz in einer Umgebung, in welcher nur eine geringere Brennstoffmenge pro Zeiteinheit zu fördern ist.
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Ein weiterer Vorteil im Aufbau einer erfindungsgemäßen Dosierpumpe ist, dass vorzugsweise sowohl das Kolbenelement 26, als auch das Pumpenkammergehäuse 46 aus Edelstahl aufgebaut ist. Dies gewährleistet auch über eine lange Betriebslebensdauer hinweg eine im Wesentlichen verschleißfreie Bewegung dieser beiden Komponenten bezüglich einander, so dass gewährleistet werden kann, dass über die Betriebslebensdauer hinweg die bei jedem Ausstoßhub ausgestoßene Menge des zu fördernden Mediums im Wesentlichen konstant bleibt. Da die ebenfalls bei Relativbewegung bezüglich einander reibenden Komponenten Antriebseinheitgehäuse 14 und Ankerelement 28 diesbezüglich weniger kritisch sind, ist es möglich, einerseits das Antriebseinheitgehäuse 14 aus kostengünstigem Kunststoffmaterial herzustellen und andererseits das Ankerelement 28 aus für die magnetische Wechselwirkung besonders vorteilhaftem ferromagnetischem Material, wie z. B. Eisen, herzustellen.
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Weiter ist mit dem erfindungsgemäßen Aufbau eine insbesondere in Axialrichtung kompakte Bauart vorgesehen, da die für den Antrieb der Kolben/Anker-Baugruppe 24 zu erregende Spulenanordnung 16 denjenigen Volumenbereich, in welchem die Kolben/Anker-Baugruppe 24 sich in der Bewegungsrichtung B hin- und herbewegt, umgebend angeordnet ist und sich somit mit der Kolben/Anker-Baugruppe 24 in wesentlichen Längenbereichen axial überlappt.
