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Die Erfindung betrifft eine Fördereinrichtung für ein Fluid, mit einer antreibbaren Membranpumpe, die eine Druckkammer aufweist, welcher eine flexibel verformbare Membran zugeordnet ist, wobei eine erste Leitung und eine zweite Leitung für das zu fördernde Medium in die Druckkammer münden, und wobei zumindest einer der Leitungen ein Ventil mit einem verlagerbaren Ventilelement zum Freigeben oder Verschließen der Leitung zugeordnet ist.
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Stand der Technik
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Fördereinrichtungen der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. Um ein Fluid zu fördern, werden Kolbenpumpen, Rotationspumpen oder auch Membranpumpen eingesetzt. Die Membranpumpen haben den Vorteil, dass eine Druckkammer besonders dicht abgeschlossen ist, und dass eine bauraumsparende Bauweise möglich ist. Durch das Verlagern der Membran, beispielsweise mittels eines Hubkolbens, wird das Volumen der Druckkammer vergrößert und verkleinert, um das Medium anzusaugen oder auszutreiben. Um den Betrieb der Fördereinrichtung zu steuern, insbesondere um eine gewünschte Förderrichtung zu gewährleisten, ist es bekannt, der Fördereinrichtung zumindest ein Ventil zuzuordnen, das beispielsweise in Form eines Rückschlagventils in einer der Leitungen angeordnet ist, sodass eine eindeutige Strömungsrichtung des Mediums im Betrieb der Fördereinrichtung gewährleistet ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Fördereinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil einer weiteren Bauraumersparnis sowie einer konstruktiv einfachen und dauerhaft verlässlichen Ausführung der Fördereinrichtung. Durch die vorteilhafte Ausbildung wird erreicht, dass beide Leitungen, die vorzugsweise zumindest abschnittsweise als oder durch Bohrungen, insbesondere Mehrfachbohrungen, ausgebildet sind, gesteuert durch einen Aktuator verschlossen und geöffnet werden, sodass zum einen auch eine Strömungsrichtungsumkehr ermöglicht ist, und sodass zum anderen nur ein einziger ansteuerbarer Aktuator notwendig ist. Dadurch werden Kosten und Bauraum gespart und eine robuste Fördereinrichtung gebildet. Der Verzicht auf einen Aktuator bietet auch Vorteile in Bezug auf das Pumpengeräusch. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass beiden Leitungen jeweils ein betätigbares Ventil zugeordnet ist, und dass den Ventilen ein ansteuerbarer Aktuator zugeordnet ist, der ein mit beiden Ventilelementen der Ventile verbundenes Aktuatorelement aufweist, um die beiden Ventilelemente gleichzeitig zu betätigen. Durch das Ansteuern des einen Aktuators werden somit beide Ventilelemente gleichzeitig betätigt, wobei insbesondere bei der Betätigung das eine Ventil geöffnet und das andere Ventil geschlossen wird und andersherum. Je nachdem, welches der Ventile geöffnet oder geschlossen ist, wird das Fluid durch die Membranpumpe durch die eine Leitung angesaugt und durch die andere Leitung ausgetrieben oder andersherum. Damit ergibt sich eine einfache Ansteuerung der Fördereinrichtung sowie eine flexible Anwendung dieser.
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Bevorzugt sind die Ventilelemente als flexibel verformbare Ventilmembrane ausgebildet. Dadurch sind die Ventilelemente mit geringem Gewicht in der Fördereinrichtung realisiert und erlauben ein dichtes Verschließen der jeweiligen Leitung. Durch das geringe Gewicht ist insbesondere auch eine schnelle Bewegung des jeweiligen Ventilelements ermöglicht, um ein hohes Fördervolumen zu gewährleisten.
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Vorzugsweise ist das Aktuatorelement formschlüssig mit beiden Ventilelementen verbunden. Dadurch ist sichergestellt, dass das jeweilige Ventilelement mit der Bewegung des Aktuatorelements in jedem Fall mitbewegt wird, und dass sich das jeweilige Ventilelement nicht ungewollt von dem Aktuatorelement lösen kann.
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Besonders bevorzugt ist das Aktuatorelement als axial verlagerbarer Aktuatorkolben ausgebildet. Das Aktuatorelement ist somit linear verschiebbar gelagert, wodurch ein einfacher Antrieb des Aktuatorelements möglich ist.
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Bevorzugt ist der Aktuator als Elektromagnetaktuator ausgebildet. Damit ist das Aktuatorelement durch elektromagnetische Kraft verlagerbar, wodurch eine hohe Verlagerfrequenz mit geringem Verschleiß- und Energieaufwand gewährleistet ist.
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Bevorzugt weist der Aktuator dabei eine elektrische Spule auf, die zur Erzeugung eines Magnetfelds, das mit dem Aktuatorkolben zu dessen Verlagerung in zumindest eine Axialrichtung zusammenwirkt, ausgebildet ist. Dadurch ergibt sich eine vorteilhafte Betätigung des Aktuatorelements, die eine kompakte Bauweise der Fördereinrichtung erlaubt.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der Aktuatorkolben an seinen axialen Stirnenden mit jeweils einem der Ventilelemente verbunden. Damit liegen die Ventilelemente endseitig an dem Aktuatorkolben. Durch eine bevorzugte spiegelbildliche Ausbildung der Ventile wird damit erreicht, dass bei einer Bewegung des Aktuatorkolbens in die eine Richtung, das eine Ventil geschlossen und das andere geöffnet wird, und bei einer Bewegung in die andere Richtung, das eine Ventil geöffnet und das andere Ventil geschlossen wird. Durch die Anordnung der Ventilelemente an den Stirnenden des Aktuatorkolbens ist zum einen eine einfache und sichere Befestigung der Ventilelemente an dem Aktuatorkolben gewährleistet und zum anderen eine vorteilhafte Betätigung der Ventile.
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Vorzugsweise sind die Ventile spiegelbildlich zueinander dem Aktuatorkolben zugeordnet. Hierdurch ergibt sich der oben bereits genannte Vorteil.
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Vorzugsweise ist dem Aktuatorkolben zumindest eine Rückstellfeder zugeordnet. Durch die Rückstellfeder wird der Aktuatorkolben in eine Ausgangsposition zurückbewegt, wenn beispielsweise die Aktuierungskraft, insbesondere die magnetische Kraft des Elektromagnetaktuators, wegfällt.
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Bevorzugt wirkt das von der Magnetspule erzeugbare Magnetfeld entgegen der Kraft der Rückstellfeder, sodass eine Hin- und Her-Bewegung des Aktuatorkolbens durch den Elektromagnetaktuator initiiert und durch die Rückstellfeder vervollständigt wird. Das Magnetfeld bewegt den Aktuatorkolben dabei bevorzugt nur in eine Bewegungsrichtung, sodass der Aktuatorkolben durch die Rückstellfeder stets in seine Ausgangsstellung zurückgeschoben wird. Hierdurch ist eine einfache und sichere Betätigung der Fördereinrichtung gewährleistet.
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Das erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 11 zeichnet sich durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Fördereinrichtung aus. Es ergeben sich hierdurch die bereits genannten Vorteile.
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Weitere Vorteile und bevorzugte Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich insbesondere aus dem zuvor Beschriebenen sowie aus den Ansprüchen. Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Dazu zeigen
- 1 eine vorteilhafte Fördereinrichtung für ein Abgasnachbehandlungssystem in einer vereinfachten Schnittdarstellung, und
- 2 eine schematische Darstellung des Abgasnachbehandlungssystems.
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1 zeigt in einer vereinfachten Schnittdarstellung eine vorteilhafte Fördereinrichtung 1, die eine Membranpumpe 2 zum Fördern eines Fluids, insbesondere eines Abgasnachbehandlungsmittels aufweist. Dazu weist die Fördereinrichtung 1 ein Gehäuse 3 auf, in welchem eine Druckkammer 4 ausgebildet ist, die einerseits durch das Gehäuse 3 und andererseits durch eine verformbare Membran 5 der Membranpumpe 2 begrenzt wird. Durch das Gehäuse führen eine erste Leitung 6 und eine zweite Leitung 7, die jeweils in die Druckkammer 4 gegenüber von der Membran 5 münden. Den Leitungen 6 und 7 ist jeweils ein betätigbares Ventil 8, 9 zugeordnet, mittels dessen die jeweilige Leitung 6, 7 freigegeben und verschlossen werden kann. Zur Betätigung der Ventile ist ein Aktuator 10 in das Gehäuse 3 integriert, der dazu ausgebildet ist, beide Ventile 8, 9 gleichzeitig zu betätigen.
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Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Aktuator 10 dazu als Elektromagnetaktuator ausgebildet, der als Aktuatorelement 11 einen Aktuatorkolben aufweist, der längsverschieblich beziehungsweise axial verschiebbar gelagert ist, wie durch einen Doppelpfeil 12 in 1 angezeigt. Das Aktuatorelement 11 ist in einem Aktuatorgehäuse 13, das in das Gehäuse 3 integriert ist, verschiebbar gelagert. Das Aktuatorgehäuse 13 trägt außerdem eine elektrisch bestrombare Spule 14, die bei ihrer Bestromung ein auf das Aktuatorelement 11 wirkendes Magnetfeld erzeugt. Das Aktuatorelement 11 ist dazu aus einem Material gefertigt, das mit dem Magnetfeld magnetisch zusammenwirkt. Dabei ist der Aktuator 10 derart ausgebildet, dass durch das erzeugte Magnetfeld das Aktuatorelement 11 nur in eine Axialrichtung, in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel in Richtung der Leitung 6, verschoben werden kann. Zur Rückstellung des Aktuatorelements 11 beziehungsweise zur Bewegung des Aktuatorelements 11 in Richtung der Leitung 7 ist dem Aktuatorelement 11 eine Rückstellfeder 15 zugeordnet, die beispielsweise als Tellerfeder oder Scheibenfeder ausgebildet und an ihrem Außenumfang in dem Aktuatorgehäuse 13 und an ihrem Innenumfang in dem Aktuatorelement 11 insbesondere formschlüssig gehalten ist. Die Rückstellfeder 15 ist elastisch verformbar, wobei sie derart ausgebildet und in den Aktuator 10 integriert ist, dass die Rückstellfeder 15 das Aktuatorelement 11 stets in Richtung der Leitung 7 drängt, sodass das Ventil 9 geschlossen ist.
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Das Aktuatorelement 11 beziehungsweise der Aktuatorkolben ist an seinen freien Stirnseiten beziehungsweise Stirnenden jeweils mit einem Ventilelement der Ventile 8, 9, vorliegend als Ventilmembran 16, 17 ausgebildet, verbunden. Die jeweilige Ventilmembran 16, 17 ist dabei formschlüssig an dem Aktuatorkolben befestigt. Dazu weist der Aktuatorkolben an seinen Stirnenden insbesondere jeweils eine Radialvertiefung 18, 19 auf, die insbesondere als Umfangsnut ausgebildet ist, in welcher die jeweilige Ventilmembran 16, 17 mit einem radial nach innen vorstehenden Halteabschnitt 20, 21 eingreift. Die jeweilige Ventilmembran 16, 17 hintergreift somit das jeweilige Kolbenende des Aktuatorelements 11 in axialer Richtung formschlüssig, sodass die jeweilige Membran 16, 17 mit der Bewegung des Aktuatorelements 11 stets mitbewegt wird. An ihrem Außenumfang ist die jeweilige Membran 16, 17 fest in dem Gehäuse 3 gehalten.
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Die jeweilige Ventilmembran 16, 17 ist jeweils elastisch verformbar ausgebildet und in einer jeweiligen Ventilkammer 22, 23 im Gehäuse 3 angeordnet. Die Ventilkammern 22, 23 sind in der jeweiligen Leitung 6 beziehungsweise 7 ausgebildet, sodass in jede der Ventilkammern 22, 23 jeweils zwei Leitungsabschnitte 6', 6"; 7', 7" der Leitungen 6 beziehungsweise 7 münden. Durch das jeweilige Ventil 8, 9 werden die Leitungsabschnitte 6' und 6" beziehungsweise 7' und 7" voneinander getrennt oder fluidtechnisch miteinander verbunden. Dazu ist die jeweilige Ventilmembran 16, 17 derart in der Ventilkammer 22, 23 verlagerbar angeordnet, dass sie in einer Betätigungsstellung die Verbindung unterbricht und in einer weiteren Betätigungsstellung die Verbindung herstellt. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel mündet der zu der Druckkammer 4 führende Leitungsabschnitt 6', 7" der jeweiligen Leitung 6, 7 durch eine Öffnung 24 beziehungsweise 25 in die jeweilige Ventilkammer 22, 23. Die Ventilmembran 16, 17 ist der zugeordneten Öffnung 24, 25 derart zugeordnet, dass sie in der Geschlossenstellung des Ventils die Öffnung 24, 25 dicht verschließend überdeckt. Dazu ist in der Ventilkammer 22, 23 jeweils ein Ventilsitz ausgebildet, gegen welchen die jeweilige Ventilmembran 16, 17 durch das Aktuatorelement 11 jeweils anpressbar ist.
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Im Betrieb der Fördereinrichtung 1 wird die Membranpumpe 5 betätigt, sodass die Membran 5 die Druckkammer 4 oszillierend, mit einer vorbestimmten Frequenz verkleinert und vergrößert. Gleichzeitig wird der Aktuator 10 angesteuert, um die Leitungen 6, 7 abwechselnd freizugeben und zu verschließen. Dadurch, dass die Ventilmembrane 16, 17 jeweils mit dem Aktuatorkolben 11 fest verbunden sind, werden diese durch den Aktuator 10 gleichzeitig betätigt.
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Durch eine vorteilhafte Ansteuerung des Aktuators 10 in Abhängigkeit von der Ansteuerung der Membranpumpe 2 wird erreicht, dass die Strömungsrichtung des Fluids, das durch die Membranpumpe 5 angesaugt und ausgetrieben wird, bestimmbar ist. Um durch die Leitung 6 Fluid anzusaugen, wird die Magnetspule beispielsweise nicht bestromt, sodass das Aktuatorelement 11 durch die Rückstellfeder 15 in seine Ausgangsstellung bewegt wird, in welche die Leitung 7 verschlossen und die Leitung 6 geöffnet ist. Wird nun die Membran 5 zum Vergrößern der Druckkammer 4 bewegt, wird Fluid angesaugt. Anschließend wird der Magnetaktuator angesteuert, und das Aktuatorelement 11 entgegen der Wirkrichtung der Rückstellfeder 15 bewegt, sodass die Leitung 6 verschlossen und die Leitung 7 geöffnet wird. Wird nun die Membran 5 durch die Membranpumpe 2 in Richtung des Gehäuses 3 bewegt, sodass die Druckkammer 4 verkleinert wird, wird das zuvor angesaugte Medium durch die Leitung 7 hinausgetrieben. Durch eine phasenversetzte Ansteuerung des Aktuators 10 wird das Fluid andersherum durch die Fördereinrichtung 1 gefördert.
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2 zeigt die Integration der vorteilhaften Fördereinrichtung 1 in ein Abgasnachbehandlungssystem 32. Das Abgasnachbehandlungssystem 32 weist einen Tank 26 auf, der zur Aufnahme, Speicherung und Bereitstellung eines flüssigen Abgasnachbehandlungsmittels dient. Der Tank 26 ist durch den Leitungsabschnitt 6" mit dem Ventil 8 verbunden. Das Ventil 9 ist durch den Leitungsabschnitt 7" mit einem Dosiermodul 27 verbunden, das zum Einspritzen des Abgasnachbehandlungsmittels in einen Abgasstrom, insbesondere in ein Abgasrohr einer Brennkraftmaschine ausgebildet ist. Dem Aktuator 10 ist eine Steuereinrichtung 28 zugeordnet, die mit einer Energiequelle 29 verbunden ist. Die Membranpumpe 2 ist ebenfalls mit einer Energiequelle oder mit derselben Energiequelle 29 zu ihrem Antrieb verbunden. Dazu ist insbesondere ein Elektromotor 30 vorhanden, welcher einen die Membran 5 verlagernden Kolben 31 antreibt.
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Die vorteilhafte Fördereinrichtung 1 ist somit in vorteilhafter Weise dazu geeignet, ein Abgasnachbehandlungsmittel anzusaugen und einem Dosiermodul 27 zuzuführen. Wird eine Phasenverschiebung durch die Steuereinrichtung 28 eingestellt, und entsprechend die Förderrichtung des Abgasnachbehandlungsmittels umgekehrt, so wird beispielsweise das in den Leitungen 6 und 7 vorhandene Medienvolumen zurück in den Tank 26 gefördert, wodurch beispielsweise die Gefrierfestigkeit der Leitungen 6, 7 sowie des Abgasnachbehandlungssystems 32 insgesamt bei Umgebungstemperaturen unterhalb des Gefrierpunkts des geförderten Mediums gewährleitet wird.
