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Die Erfindung betrifft einen Pulsationsdämpfer für eine Vorrichtung zur Dämpfung von Druckschwankungen eines Fluidvolumens, wobei der Pulsationsdämpfer zumindest eine elastisch verformbare Membran und zumindest ein der Membran zugeordnetes Federelement aufweist, sodass die Membran bei einer Druckbeaufschlagung entgegen der Federkraft des Federelements verformbar ist.
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Stand der Technik
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Gattungsgemäße Pulsationsdämpfer sind aus dem Stand der Technik bekannt. Sie sind oftmals Teil einer in einem Fluidvolumen angeordneten Vorrichtung. Bei dem Fluidvolumen handelt es sich beispielsweise um ein Abgasnachbehandlungsmittel, das sich in einem einer Fördereinrichtung eines Abgasnachbehandlungssystems zugeordneten Tank befindet. Die Vorrichtung ist dazu ausgebildet, in dem Fluidvolumen auftretende Druckschwankungen, die beispielsweise aus dem Betreiben der Fördereinrichtung oder durch ein Gefrieren des Fluids resultieren, mittels des Pulsationsdämpfers auszugleichen beziehungsweise zu kompensieren. Der Pulsationsdämpfer weist dazu eine Membran auf, welcher weiterhin ein Federelement zugeordnet ist. Die Membran und das Federelement sind derart zueinander angeordnet, dass die Membran bei bestimmungsgemäßem Gebrauch des Pulsationsdämpfers einseitig dem Fluidvolumen zugewandt und bei einer Druckbeaufschlagung durch das Fluidvolumen entgegen der Federkraft des Federelements verformbar ist. Durch die Verformung der Membran und die damit verbundene Komprimierung des Federelements wird für das Fluidvolumen zusätzlicher Raum freigegeben, in welchen sich das Fluidvolumen zur Kompensation des erhöhten Drucks ausdehnen kann. Die Vorrichtung beziehungsweise der Pulsationsdämpfer gewährleistet somit eine zuverlässige Dämpfung von Druckschwankungen des Fluidvolumens.
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Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Pulsationsdämpfern, wie beispielsweise in der
DE 10 2012 223 038 A1 gezeigt, ist das Federelement üblicherweise durch eine Spiralfeder gebildet, auf welcher die Membran stirnseitig aufliegt. Derartige Pulsationsdämpfer weisen einen hohen Verschleiß der Membran auf und ihre Anpassung an neue Anwendungsbedingungen ist oftmals mit einem hohen Kostenaufwand verbunden.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Pulsationsdämpfer mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass die Gefahr eines Einklemmens der Membran in dem Federelement erheblich reduziert, insbesondere vollständig vermieden ist, und dass das Federelement einfach an neue Anwendungsbedingungen anpassbar und der Pulsationsdämpfer insgesamt besonders kostengünstig ausführbar ist. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass das Federelement scheibenförmig ausgebildet ist und einen, insbesondere kreisringförmig ausgebildeten, Grundkörper sowie zumindest ein sich von dem Grundkörper zumindest im Wesentlichen radial erstreckendes Federbein aufweist. Durch die scheibenförmige Ausbildung des Federelements und das sich im Wesentlichen radial erstreckende Federbein wird gewährleistet, dass beim elastischen Verformen des Federelements Abschnitte des Federelements nicht aufeinandertreffen und somit auch nicht Material von der Membran zwischen sich einklemmen können. Dadurch gewährleistet der erfindungsgemäße Pulsationsdämpfer eine hohe Lebensdauer und einen geringen Verschleiß. Das Federelement ist bevorzugt aus einem metallischen Werkstoff, beispielsweise Aluminium, oder einem geeigneten Kunststoffmaterial gebildet. Die Membran ist bevorzugt aus einem elastischen Kunststoff, beispielsweise ein gummiartiges Material, gebildet. Dadurch ist der Pulsationsdämpfer gegenüber mechanischen Belastungen robust und gleichzeitig einfach herstellbar.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Federbein an seinem von dem Grundkörper abgewandten Ende mit einem Federkörper des Federelements verbunden ist. Insbesondere ist der Federkörper kreisscheibenförmig ausgebildet. Der Federkörper bildet somit im Gebrauch des Federelements denjenigen Bestandteil des Federelements, der primär eine mechanische Belastung erfährt und relativ zu dem Grundkörper verlagerbar ist. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass Druckkräfte gezielt in das Federelement eingeleitet und abgebaut werden.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Federelement mehrere Federbeine aufweist, und dass die Federbeine jeweils mit dem Federkörper verbunden und insbesondere einstückig damit ausgebildet sind. Insbesondere sind die Federbeine gleichmäßig über den Umfang des Federelements verteilt angeordnet. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass das Federelement mechanisch stärker belastbar ist, wobei insbesondere die mechanische Belastung gleichmäßig auf die Bestandteile des Federelements verteilt wird. Insbesondere ergibt sich daraus, dass der Federkörper vorteilhaft relativ zu dem Grundkörper verlagerbar ist, insbesondere, ohne dass der Federkörper sich dabei in seiner Ausrichtung verändert. Dadurch wird ein vorteilhaftes Zusammenspiel zwischen Federelement und Membran gewährleistet, da Relativbewegungen zwischen Membran und Federkörper reduziert werden.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das jeweilige Federbein zumindest abschnittsweise einen radial gekrümmten und/oder sich in Umfangsrichtung des Federelements erstreckenden Verlauf aufweist. Das jeweilige Federelement erstreckt sich also nicht direkt radial, also dem Verlauf einer Radialen direkt oder genau folgend, von dem Grundkörper weg, sondern weist zumindest abschnittsweise einen gekrümmten, insbesondere einem Umfang beziehungsweise einer Kreisbahn folgenden, Verlauf auf. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass die Gesamtlänge des jeweiligen Federbeins erhöht und damit ein höherer Federweg gewährleistet ist.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Grundkörper und der Federkörper im unbelasteten Zustand des Federelements vollständig innerhalb einer gemeinsamen Ebene liegen. Bevorzugt liegen die jeweiligen Federbeine ebenfalls in dieser Ebene, sodass das Federelement insgesamt bevorzugt vollständig flach ausgebildet ist. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass das Federelement einen geringen Bauraumbedarf aufweist.
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Gemäß einer alternativen, bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Grundkörper und der Federkörper im unbelasteten Zustand des Federelements in verschiedenen Ebenen liegen. Dadurch wird erreicht, dass das Federelement im entspannten Zustand beispielsweise in das Fluidvolumen hinein vorsteht und bei auftretenden Druckschwankungen zurückgedrängt werden kann, bis es beispielsweise insgesamt in nur noch einer Ebene liegt.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Federelement insgesamt einstückig ausgebildet ist. Grundkörper, Federkörper, sowie Federbein stellen somit Abschnitte eines einzelnen Elements dar. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass das Federelement einfach und kostengünstig herstellbar und gegenüber mechanischen Belastungen robust ausgebildet ist. Alternativ ist es jedoch auch denkbar, dass zumindest zwei Bestandteile des Federelements, beispielsweise Grundkörper und Federkörper, als separate Teile ausgebildet sind, die miteinander beispielsweise stoffschlüssig verbunden sind. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass die Materialien für die einzelnen Bestandteile individuell anpassbar sind.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Membran scheibenförmig ausgebildet ist und einen Außendurchmesser aufweist, der mindestens einem Außendurchmesser des Federelements entspricht. In anderen Worten ist also vorgesehen, dass sich die Membran vollständig über das Federelement erstreckt. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass bei einer Druckbeaufschlagung der Membran die daraus resultierende mechanische Belastung nicht punktuell auf das Federelement, sondern gleichmäßig auf das Federelement verteilt einwirkt, wodurch ein Verschleiß des Federelements weiter reduziert ist.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Membran entlang ihres Umfangs einen verdickten Randbereich aufweist, der insbesondere als Dichtlippe ausgebildet ist. Der verdickte Randbereich erstreckt sich dabei entlang des Umfangs des Federelements. Insbesondere ist durch den verdickten Randbereich das Federelement bei bestimmungsgemäßem Gebrauch des Pulsationsdämpfers gegenüber dem Fluidvolumen abgedichtet. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass das Federelement vor einem insbesondere korrosiven Fluid geschützt ist.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Membran an einer Stirnseite des Federelements angeordnet ist. Die Stirnseite des Federelements ist dabei durch die der Membran zugeordneten Oberflächen der Bestandteile des Federelements gebildet. Bevorzugt ist die Membran an der Stirnseite befestigt, insbesondere stoffschlüssig durch Verkleben. Insbesondere ist die Membran vollständig, alternativ nur punktuell an der Stirnseite befestigt. Insbesondere ist die Membran auf die Stirnseite des Federelements unbefestigt aufgelegt. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass eine einfache und kostengünstige Montage des Pulsationsdämpfers gewährleistet ist. Dabei werden beispielsweise Membran und Federelement gemeinsam an ihrem Außenrand in einem Gehäuse der Vorrichtung verspannt. Die Membran kann sich dabei unabhängig von dem Federelement bewegen, sodass beispielsweise mechanische Spannungen zwischen Membran und Federelement vermieden werden.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Membran das Federelement vollständig umschließt. Die Membran ist dabei nicht nur an der einen Stirnseite des Federelements, sondern auch an einer von dieser abgewandten weiteren Stirnseite des Federelements angeordnet, insbesondere daran befestigt. Insbesondere liegt somit das Federelement vollständig innerhalb der Membran. Bevorzugt ist vorgesehen, dass bei der Herstellung des Pulsationsdämpfers das Federelement mit der Membran umspritzt wird, sodass die Membran das Federelement in ihrem Inneren einschließt. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass das Federelement vollständig gegenüber äußeren Einflüssen, beispielsweise einem korrosiven Fluid, geschützt ist.
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Die Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 12 zeichnet sich durch eine erfindungsgemäße Ausbildung des Pulsationsdämpfers aus. Es ergeben sich die bereits genannten Vorteile. Weitere Vorteile und bevorzugte Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich insbesondere aus dem zuvor Beschriebenen sowie aus den Ansprüchen.
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Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert werden. Dazu zeigen
- 1 eine perspektivische Darstellung eines vorteilhaften Federelements für einen Pulsationsdämpfer in einer bevorzugten Ausführungsform,
- 2 ein vorteilhafter Pulsationsdämpfer gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
- 3 den vorteilhaften Pulsationsdämpfer gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, und
- 4A bis 4C unterschiedliche Ausführungsbeispiele einer Dichtlippe einer Membran des Pulsationsdämpfers.
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1 zeigt in einer perspektivischen Darstellung eine bevorzugte Ausführungsform eines Federelements 1 für einen Pulsationsdämpfer 10. Das Federelement 1 ist scheibenförmig ausgebildet und weist vorliegend einen kreisringförmig ausgebildeten Grundkörper 2, drei sich von dem Grundkörper 2 zumindest im Wesentlichen radial nach innen erstreckende Federbeine 3 und einen kreisscheibenförmig ausgebildeten Federkörper 4 auf, der koaxial zu dem Grundkörper 2 angeordnet ist. Die Federbeine 3 sind einstückig sowohl mit dem Grundkörper 2 als auch mit dem Federkörper 4 ausgebildet, sodass der Federkörper 4 durch die Federbeine 3 mit dem Grundkörper 2 mechanisch dauerhaft verbunden ist.
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Der Grundkörper 2 definiert einen Außendurchmesser beziehungsweise Umfang des Federelements 1 und dient bei bestimmungsgemäßem Gebrauch des Federelements 1 als Haltestruktur, mittels welcher das Federelement 1 an einer vorliegend nicht gezeigten Haltevorrichtung montierbar ist. Die Federbeine 3 sind gleichmäßig über den Umfang des Federelements 1 verteilt angeordnet und an einem ersten Ende 5 mit dem Grundkörper 2 und an einem von dem Grundkörper 2 abgewandten zweiten Ende 6 mit dem Federkörper 4 verbunden.
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Die Federbeine 3 weisen in ihrer radialen Erstreckung abschnittsweise einen radial gekrümmten, sich in Umfangsrichtung des Federelements 1 erstreckenden Verlauf auf. Die Federbeine 3 weisen dazu an ihrem ersten Ende 5 beziehungsweise an ihrem zweiten Ende 6 einen ersten Abschnitt 7 beziehungsweise einen zweiten Abschnitt 8 auf, der sich radial erstreckend ausgebildet ist. Dabei weisen die Federbeine 3 einen zwischen dem ersten Abschnitt 7 und dem zweiten Abschnitt 8 angeordneten dritten Abschnitt 9 auf, der einen radial gekrümmten Verlauf aufweist und sich in Umfangsrichtung des Federelements 1 erstreckend ausgebildet ist. Die Federbeine 3 erstrecken sich dabei von dem Grundkörper 2 in Richtung des Federkörpers 4, der in Bezug auf den Grundkörper 2 zentriert, also in der Mitte des Federelements 1 angeordnet ist. Der Federkörper 4 ist bei einer mechanischen Belastung des Federelements 1 relativ zu dem Grundkörper 2 axial verlagerbar ist. Bei einer solchen Verlagerung des Federkörpers 4 werden die Federbeine 3 zum Aufbringen der Federkraft des Federelements 1 zumindest abschnittsweise elastisch verformt.
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Vorliegend ist das Federelement 1 einstückig aus einem metallischen Werkstoff ausgebildet. Alternativ dazu ist auch denkbar, dass lediglich einzelne Bestandteile des Federelements 1 einstückig miteinander ausgebildet sind. So sind beispielsweise gemäß einer nicht gezeigten alternativen Ausführungsform der Grundkörper 2 und die Federbeine 3 einstückig miteinander ausgebildet und der Federkörper 4 als separates Teil ausgeführt, das insbesondere stoffschlüssig mit den zweiten Enden 6 der Federbeine 3 verbunden ist.
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Im unbelasteten Zustand des Federelements 1 liegen der Grundkörper 2, die Federbeine 3 und der Federkörper 4 vollständig innerhalb einer gemeinsamen Ebene. Insofern ist das Federelement 1 vorliegend flach ausgebildet, sodass keiner der Bestandteile des Federelements 1 aus der besagten Ebene hervorstehen. Dadurch weist das Federelement 1 verglichen mit anderen Federelementen, beispielsweise einer Spiralfeder, einen geringen Bauraumbedarf und gleichzeitig eine hohe Federkraft auf. Gemäß einem nicht gezeigten alternativen Ausführungsbeispiel ist jedoch auch denkbar, dass der Grundkörper und der Federkörper im unbelasteten Zustand des Federelements in verschiedenen Ebenen liegen.
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2 zeigt einen vorteilhaften Pulsationsdämpfer 10 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel in einer perspektivischen Schnittdarstellung. Der Pulsationsdämpfer 10 weist eine Membran 11 sowie das zuvor beschriebene Federelement 1 auf, welches der Membran 11 zugeordnet ist. Die Membran 11 ist scheibenförmig und aus einem elastischen Kunststoffmaterial ausgebildet. Die Membran 11 weist einen Außendurchmesser auf, der mindestens dem Außendurchmesser des Federelements 1 entspricht. Zur Bildung des Pulsationsdämpfers 10 ist die Membran 11 an zumindest einer ersten Stirnseite 12 des Federelements 1 angeordnet und gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel insbesondere stoffschlüssig an der ersten Stirnseite 12 befestigt. Die erste Stirnseite 12 wird dabei durch der Membran 11 zugeordneten Oberflächen der einzelnen Bestandteile des Federelements 1, also den der Membran 11 zugewandten Oberfläche des Grundkörpers 2, der Federbeine 3 und des Federkörpers 4, gebildet. Bei bestimmungsgemäßem Gebrauch des Pulsationsdämpfers 10 ist eine von dem Federelement 1 abgewandte Oberfläche 13 der Membran 11 einem Fluidvolumen zugewandt. Bei einer Druckbeaufschlagung durch das Fluidvolumen wirkt eine mechanische Belastung auf die Oberfläche 13, sodass zumindest der Federkörper 4 entgegen einer Federkraft des Federelements 1 in Richtung eines Pfeils 14 relativ zu dem Grundkörper 2 verlagert wird. Dadurch steht dem Fluidvolumen mehr Raum zur Ausdehnung zur Verfügung, sodass Druckschwankungen auf vorteilhafte Weise kompensierbar sind. Gemäß eines nicht gezeigten alternativen Ausführungsbeispiels weist der Grundkörper 2 zusätzlich entlang seines Umfangs einen oder mehrere Zähne zur einfachen Anordnung an der Membran 11 auf.
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Vorliegend erstreckt sich die Membran 11 vollständig über das Federelement 1, genauer gesagt über dessen ersten Stirnfläche 12. Der Außendurchmesser der Membran 11 ist dabei größer als der Außendurchmesser des Federelements 1, sodass die Membran 11 entlang ihres Umfangs überhängende, den Grundkörper 2 überlappende Randbereiche 15 aufweist. Diese Randbereiche 15 sind vorliegend verdickt und als Dichtlippe 16 ausgebildet. Die Dichtlippe 16 steht axial von der Membran 11 in Richtung des Federelements 1 hervor beziehungsweise ragt axial über das Federelement 1 hinaus und umschließt dabei Federelement 1 entlang seines Umfangs. Dadurch weist der Pulsationsdämpfer 10 bei bestimmungsgemäßem Gebrauch eine vorteilhafte Dichtigkeit gegenüber dem Fluidvolumen auf.
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3 zeigt den erfindungsgemäßen Pulsationsdämpfer 10 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, das sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 teilweise unterscheidet. Gleiche Elemente sind insofern mit demselben Bezugszeichen versehen, wobei im Folgenden nunmehr auf die Unterschiede eingegangen werden soll.
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Der Pulsationsdämpfer 10 gemäß dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel dadurch, dass die Membran 11 das Federelement 1 vollständig umschließt. Die Membran 11 ist daher nicht nur auf der ersten Stirnseite 12 des Federelements 1, sondern auch auf einer von der ersten Stirnseite 12 angeordneten zweiten Stirnseite 17 des Federelements 1 angeordnet und insbesondere stoffschlüssig befestigt. Bevorzugt ist vorgesehen, dass bei der Herstellung des Pulsationsdämpfers 10 das Federelement 1 mit dem Werkstoff der Membran 11 zur Umschließung des Federelements 1 umspritzt wurde. Dadurch ist das Federelement 1 in der Membran 11 eingeschlossen und somit auf besonders vorteilhafte Weise vor Umwelteinflüssen, insbesondere vor einem korrosiven Fluid, geschützt.
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4A bis 4C zeigen unterschiedliche Ausführungsbeispiele der Dichtlippe 16 der Membran 11 des Pulsationsdämpfers 10. Pfeile 18 zeigen dabei die Richtung der Druckbeaufschlagung durch das Fluidvolumen an. Wie in 3 umschließt die Membran 11 das Federelement 1 dabei jeweils vollständig. Die gezeigten Ausführungsbeispiele der Dichtlippe 16 sind jedoch nicht darauf beschränkt, sondern können ebenso mit dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel kombiniert werden. 4A zeigt in einem ersten Ausführungsbeispiel, dass die Dichtlippe 16, wie in den 2 und 3, axial von der Membran 11 hervorsteht, und zwar in Richtung der durch die Pfeile 18 gezeigten Druckbeaufschlagung durch das Fluidvolumen. Die Dichtlippe 16 ragt dabei axial über das Federelement 1 hinaus. 4B zeigt in einem zweiten, alternativen Ausführungsbeispiel, dass die Dichtlippe 16 axial von der Membran 11 entgegen der Richtung der durch die Pfeile 18 gezeigten Druckbeaufschlagung durch das Fluidvolumen vorsteht und dabei axial über das Federelement 1 hinausragt. 4C zeigt in einem dritten, alternativen Ausführungsbeispiel zur weiteren Verbesserung der Dichtwirkung, dass die Dichtlippe 16 sowohl in Richtung als auch in Gegenrichtung der durch die Pfeile 18 gezeigten Druckbeaufschlagung durch das Fluidvolumen hervorsteht und jeweils axial über das Federelement 1 hinausragt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012223038 A1 [0003]