DE102018213997A1

DE102018213997A1 - Pumpenanordnung

Info

Publication number: DE102018213997A1
Application number: DE102018213997.0A
Authority: DE
Inventors: Guenter Keusen; Volker Reusing; Ralf Gragen
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-08-20
Filing date: 2018-08-20
Publication date: 2020-02-20
Also published as: WO2020038639A1

Abstract

Pumpenanordnung (1) zur Förderung eines fluiden Mediums (3), insbesondere einer Flüssigkeit, mit einem Arbeitsraum (20) und einem beweglichen Element (22), welches eingerichtet ist zur zyklischen Vergrößerung und Verkleinerung des Volumens des Arbeitsraums, wobei der Arbeitsraum (20) auf einer Seite durch das bewegliche Element (22) begrenzt ist und der Arbeitsraum (20) eine Ansaugöffnung (24) und eine Ablaßöffnung (26) aufweist, wobei der Ansaugöffnung (24) und der Ablaßöffnung (26) jeweils mindestens ein Rückschlagventil (7) zugeordnet ist und wobei die Rückschlagventile (7) gegensinnig zueinander orientiert sind, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Element (22) ein Kolben (23) ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Pumpenanordnung nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs.
Aus der DE 103 24 482 B4 sind Abgasnachbehandlungsanordnungen bekannt, mit denen über eine Förderpumpe ein flüssiges Reduktionsmittel, insbesondere eine wässrige Harnstofflösung, zu einem Dosiermodul befördert wird, um es in den Abgastrakt stromaufwärts eines Katalysators zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden einzuspritzen.
Es sind schon Pumpenanordnungen beispielsweise in Form von Membranpumpen bekannt, bei denen aber eine Membran dauerhaft großen mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt ist. Zum Beispiel die DE 10 2004 057 688 A1 , die DE 10 2009 028 027 A1 oder die DE 10 2013 211 164 A1 beschreiben solche Membranpumpen. Dabei wird die Bewegung eines Aktors auf eine Membran übertragen, welche den hydraulischen Arbeitsraum begrenzt, diesen gegen die Umgebung abdichtet und zyklisch im Ansaughub vergrößert und im Förderhub verkleinert. In Abhängigkeit von der Membranform und dem Fluiddruck, gegen welchen die Pumpe fördern soll, kann es zu sehr hohen mechanischen Belastungen an der Membran kommen.
Aus der DE 10 2010 030 058 A1 ist es bekannt, ein Druckdämpfungsvolumen bzw. ein Speichervolumen in einer von einer Pumpe zu einem Dosiermodul führenden Druckleitung anzuordnen.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Pumpenanordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des unabhängigen Anspruchs hat demgegenüber den Vorteil einer verringerten mechanischen, der Dauerhaltbarkeit abträglichen Belastung beweglicher Elemente.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Pumpenanordnung möglich.
In vorteilhafter Weise können Mittel zur Abdichtung eines Arbeitsraumes der Pumpenanordnung vorgesehen werden, um die Pumpeneffizienz zu steigern.
Besonders vorteilhaft ist es, hierfür eine Membrandichtung vorzusehen, welche im Vergleich zu einer kolbenrandständig angeordneten Ringdichtung oder auch zu einer Membran als Begrenzung des Arbeitsraums geringen Verschleißkräften ausgesetzt ist. Eine solche Pumpenmembran ist nur reduzierten mechanischen Wechselbeanspruchungen ausgesetzt, wodurch die Lebensdauer der Pumpenanordnung erhöht werden kann.
Hierbei erweist es sich insbesondere als vorteilhaft, die Membrandichtung relativ zum den Arbeitsraum begrenzenden Element rückversetzt anzuordnen. Hierdurch wird es möglich, die Membrandichtung bzw. Arbeitsmembran im Vergleich zu im Arbeitsraum herrschenden Fluiddrücken nur kleinen Fluiddrücken auszusetzen, wenn das den Arbeitsraum begrenzende bewegliche Element eng durch ein Führungsbauteil, insbesondere einen Führungszylinder, geführt wird und hierdurch zwischen beweglichem Element und Führungsbauteil nur ein kleiner Führungsspalt verbleibt, der entlang des beweglichen Elements in Richtung Membrandichtung den Fluiddruck drosselt und so nur ein vergleichsweise kleiner Fluiddruck die Membrandichtung belastet. Anders ausgedrückt, der Arbeitsmembran bzw. Membrandichtung ist ein bewegliches Element, insbesondere ein Kolben, vorgelagert, an dessen Stirnseite der hohe Pumpenförderdruck wirkt, während an der am Ende eines Drosselspalts positionierten Membrandichtung ein vergleichsweise kleiner Druck herrscht.
Weitere Vorteile ergeben sich durch die in den weiteren abhängigen Ansprüchen und in der Beschreibung genannten Merkmale.
Figurenliste
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen

1 eine Pumpenanordnung mit Anbindung an einen Tank,
2 eine Detailansicht einer Pumpenanordnung,
3 eine weitere Pumpenanordnung,
4 eine weitere Pumpenanordnung und
5 eine weitere Pumpenanordnung.

Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt eine Pumpenanordnung 1, mit welcher ein fluides Medium, insbesondere eine Flüssigkeit, beispielsweise eine wässrige Harnstofflösung 3, aus einem Tank 15 gefördert werden kann. Die Pumpenanordnung 1 weist eine Pumpeneinheit 5 auf, welche über gegensinnig angeordnete Rückschlagventile 7 auf der Saugseite mit einer Saugleitung 9 und auf der Druckseite mit einer zu einem nicht näher dargestellten Dosiermodul führenden Druckleitung 11 verbunden ist. Die Saugleitung führt zum Tank 15 und weist ein Ansaugfilter 10 auf. Des Weiteren ist an die Saugleitung 9 zwischen dem Tank und der Pumpeneinheit 5 eine Druckdämpfungseinheit bzw. Speichervolumeneinheit 13 zur Dämpfung von Druckschwankungen angeschlossen. Diese Druckdämpfungseinheit 13 kann auch weggelassen werden.
Die Rückschlagventile können mit eine Rückstellkraft bereitstellenden Elementen, insbesondere einer Feder, ausgestattet sein. In einer einfachen und robusten Form kann ein solches Rückstellelement auch weggelassen werden. Dann ist beispielsweise lediglich eine bewegliche Kugel in Kombination mit einem Dichtsitz vorgesehen, wobei die Kugel nicht durch eine Feder, sondern nur durch die Druck- bzw. Strömungsverhältnisse in ihren Sitz geschoben oder aus ihm herausgezogen wird. Diese Ventilart hat den Vorteil geringer Kosten und hoher Zuverlässigkeit. Die Anzahl der Bauteile ist gering. Mögliche Verschleißerscheinungen können sich durch das Drehen der Kugel auf eine größere Fläche verteilen.
Die Druckdämpfungseinheit 13 kann in einer einfachen Ausführungsform als Elastomermembran ausgebildet sein. Alternativ kann eine Feder-/Membran-Kombination vorgesehen sein. Der Druckdämpfer funktioniert durch Aufnahme von Flüssigkeit bei Druckspitzen und Abgabe von Flüssigkeit bei Druckeinbrüchen. Insbesondere letzteres erleichtert insbesondere einer Membranpumpe den Ansaugtakt und reduziert so die mechanische Last auf ihre Arbeitsmembran. Eine mögliche Variante ist ein Speichervolumen mit leicht auswechselbarer Feder. So kann man, abhängig von den fahrzeugspezifischen Leitungslängen, Leitungsdurchmessern und Leitungsmaterialien des Fluidpfads eine an das betreffende hydraulische Verhalten des Gesamtsystems angepasste Feder wählen. Ebenfalls kann eine einstellbare Federspannung vorgesehen sein, zum Beispiel per Gewinde oder auswählbaren Unterlegscheiben.
2 zeigt eine Detailansicht einer Pumpenanordnung, nämlich eine Pumpeneinheit 5 der Pumpenanordnung mitsamt den der Ansaugöffnung 24 bzw. der Ablaßöffnung 26 zugeordneten, gegensinnig zueinander orientierten Rückschlagventilen 7. Der Arbeitsraum 20 der Pumpeneinheit wird begrenzt durch einen Kolben 23 einerseits und einen Führungszylinder 28 des Kolbens andererseits. Der Kolben 23 ist das bewegliche Element 22, welches durch eine Auf- und Abbewegung im Führungszylinder das Volumen des Arbeitsraums periodisch verändert. Lateral verbleibt zwischen dem Kolben 23 und dem Führungszylinder 28 ein enger Führungsspalt 52. Auf der vom Arbeitsraum abgewandten des Führungsspalts geht der Führungszylinder eine gewisse Strecke in einen durchmessergroßen Bereich 36 über. In diesem durchmessergroßen Bereich ist eine ringsymmetrische Membrandichtung 34 angeordnet, welche als Mittel 30 zur fluiddichten Abdichtung der dem Arbeitsraum abgewandten Seite 32 des Kolbens 23 gegenüber dem Arbeitsraum 20 dient. Hierbei ist die Membrandichtung gewölbt, und zwar derart, daß die Wölbung 35 der Membrandichtung zur vom Arbeitsraum abgewandten Seite des Führungszylinders hin ausgerichtet ist. Die Membran ist radial innen in einer Nut 38 des Kolbens 23 und radial außen in einer Vertiefung 40 des durchmessergroßen Bereichs 36 eingelegt, so daß sie axial und radial fixiert ist und radial innen den Bewegungen des Kolbens folgt.
Eine Pumpenanordnung mit einer solchen Pumpeneinheit 5 ist je nach Sichtweise eine Kolbenpumpe mit rückseitiger Membrandichtung oder eine Membranpumpe mit vorgelagertem Kolben. Die Membran bzw. Membrandichtung 34 sorgt für eine Trennung zwischen dem zu fördernden Fluid und dem nicht näher dargestellten auf der dem Arbeitsraum abgewandten Seite 32 des Kolbens angeordneten Pumpenantrieb. Im Arbeitstakt der Pumpe erfährt die Membrandichtung nur eine geringe Drucklast, da der Fluiddruck im Arbeitsraum der Pumpe im Wesentlichen auf die Stirnfläche des Kolbens wirkt. Entlang der Länge L des engen Führungsspalts 52 zwischen Kolben 23 und Führungszylinder 28 entsteht ein Druckverlust, so daß der an der Membrandichtung anliegende Fluiddruck im Vergleich zu dem im Arbeitsraum herrschenden Fluiddruck um diesen Druckverlust vermindert ist. Die Membrandichtung 34 kann aus einem Elastomer bestehen. Möglich sind auch andere Materialien, z.B. ein Metallblech mit Balg-, Rippen- oder Wellenkontur, welche sich für die zahlreichen Hubbewegungen im Laufe der Lebensdauer einer Pumpe als verschleissfest erweisen.
Des Weiteren ist in der Anordnung nach 2 eine Leckageleitung 42 vorgesehen, welche auf der dem Arbeitsraum zugewandten Seite des durchmessergroßen Bereichs 36 mit dem durchmessergroßen Bereich 36 des Führungszylinders verbunden ist zur Ableitung eines dem Arbeitsraum entspringenden Leckagestroms 43 des fluiden Mediums, der durch den Führungsspalt 52 hindurch bis zur Membrandichtung 40 gelangen kann. In einer einfachen Ausführungsform kann die Leckageleitung auch weggelassen werden.
3 zeigt eine Pumpeneinheit, bei der als Mittel zur Abdichtung anstelle einer Membrandichtung eine Ringdichtung 50, also ein Dichtring, vorzugsweise ein Elastomerdichtring, vorgesehen ist. Die Ansaug- und Ablaßöffnung des Arbeitsraums 20 bzw. deren zugeordnete Rückschlagventile sind nicht näher dargestellt. Die Dichtung sitzt hier direkt zwischen Kolben und Führungszylinder 28. Nachteilig hierbei ist, daß derart mitbewegte Dichtungen aufgrund der Relativbewegungen hohen Verschleiß erfahren. Der Kolben 23 ist im Übrigen in an sich bekannter Weise mit einem Anker 57 verbunden, welcher durch ein elektromagnetisches Feld der elektromagnetischen Ansteuereinheit 56 in Hubbewegungen versetzbar ist. Ein zwischen Kolben und Führungszylinder gespanntes Federelement 54 dient zur Rückstellung des Kolbens in seine Ausgangsposition bei ausgeschaltetem Magnetfeld.
4 zeigt eine einfache Anordnung einer Pumpeneinheit ohne weitere Abdichtung des Arbeitsraums 20. Dabei muss die am Kolben vorbeiströmende Leckagemenge auf der Rückseite des Kolbens abgeführt werden, was hier nicht näher dargestellt ist. Nachteilig ist, dass ein Verschleiß zwischen Kolben und Wand zu einer Spaltvergrößerung und somit zu einer Leckageratenerhöhung führt, wodurch sich die Pumpenleistung in nur schwer vorhersehbarem Maße reduzieren kann. Nachteilig ist ferner, dass Komponenten des rückseitigen Pumpenantriebsraums dem Betriebsmedium ausgesetzt sind.
5 zeigt eine Pumpeneinheit, bei der im Unterschied zur Anordnung nach 4 eine Drosselstelle 60 im Kolben 23 selbst vorgesehen ist, welche fluidtechnisch den Arbeitsraum mit der dem Arbeitsraum abgewandten Seite des Kolbens verbindet. Hier wird dem oben geschilderten Problem einer veränderlichen Leckagerate durch Vorsehen einer definierten Drosselstelle im Kolben selbst begegnet. Der Durchfluss durch diese Drossel ist dabei so groß bemessen, dass die Spaltleckage im Führungsspalt 52 und ihre Änderung über die Lebensdauer der Pumpenanordnung bzw. der Pumpeneinheit demgegenüber eine untergeordnete Rolle spielen.
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 10324482 B4 [0002]
DE 102004057688 A1 [0003]
DE 102009028027 A1 [0003]
DE 102013211164 A1 [0003]
DE 102010030058 A1 [0004]

Claims

Pumpenanordnung (1) zur Förderung eines fluiden Mediums (3), insbesondere einer Flüssigkeit, mit einem Arbeitsraum (20) und einem beweglichen Element (22), welches eingerichtet ist zur zyklischen Vergrößerung und Verkleinerung des Volumens des Arbeitsraums, wobei der Arbeitsraum (20) auf einer Seite durch das bewegliche Element (22) begrenzt ist und der Arbeitsraum (20) eine Ansaugöffnung (24) und eine Ablaßöffnung (26) aufweist, wobei der Ansaugöffnung (24) und der Ablaßöffnung (26) jeweils mindestens ein Rückschlagventil (7) zugeordnet ist und wobei die Rückschlagventile (7) gegensinnig zueinander orientiert sind, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Element (22) ein Kolben (23) ist.
Pumpenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (23) beweglich in einem Führungszylinder (28) angeordnet ist und daß mindestens ein Mittel (30) zur Abdichtung des Arbeitsraums (20) vorgesehen ist, welches den Arbeitsraum (20) gegenüber einer dem Arbeitsraum abgewandten Seite (32) des Kolbens (23) abdichtet.
Pumpenanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel (30) eine Dichtung (50) aufweist, welche randständig am Kolben (23) angeordnet ist und welche einen Spalt (52) zwischen dem Kolben und dem Führungzylinder (28) auf Höhe des Spalts abdichtet.
Pumpenanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel (30) eine Membrandichtung (34) aufweist, welche in einem durchmessergroßen, auf der dem Arbeitsraum abgewandten Seite des Kolbens angeordneten Bereich (36) des Führungszylinders angeordnet ist.
Pumpenanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Membrandichtung in einer Nut (38) des Kolbens eingelegt ist.
Pumpenanordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Membrandichtung in einer radialen Vertiefung (40) des durchmessergroßen Bereichs des Führungszylinders eingelegt ist.
Pumpenanordnung nach einem der Ansprüche 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Membrandichtung ringsymmetrisch ausgeführt ist.
Pumpenanordnung nach einem der Ansprüche 4, 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Membrandichtung gewölbt angeordnet ist.
Pumpenanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Membrandichtung derart gewölbt angeordnet ist, daß eine Wölbung (35) der Membrandichtung zur vom Arbeitsraum abgewandten Seite des Führungszylinders hin ausgerichtet ist.
Pumpenanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der durchmessergroße Bereich des Führungszylinders mit einer Leckageleitung (42) verbunden ist zur Ableitung eines dem Arbeitsraum entspringenden Leckagestroms (43) des fluiden Mediums.
Pumpenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückschlagventile derart ausgeführt sind, daß allein aufgrund jeweils anliegender Fluiddrücke eine Öffnung bzw. Schließung erfolgt, insbesondere, daß die Rückschlagventile keine eine Öffnungs- bzw. Schließkraft aufbringenden Elemente, wie zum Beispiel Federn, aufweisen.
Pumpenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß von der Ansaugöffnung aus gesehen jenseits des der Ansaugstelle zugeordneten Rückschlagventils eine Druckdämpfungseinheit und/oder eine Speichervolumeneinheit (13) angeordnet ist, jenseits der das fluide Medium ansaugbar ist.
Pumpenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Kolben eine Drosselstelle (60) angeordnet ist, welche eine Fluidverbindung zwischen dem Arbeitsraum und der dem Arbeitsraum abgewandten Seite des Kolbens herstellt.