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Die Erfindung betrifft ein Pumpsystem mit Pulsationsdämpfungsvorrichtung, ein Verfahren zum Betreiben des Pumpsystems mit Pulsationsdämpfungsvorrichtung, eine Verwendung des Pumpsystems mit Pulsationsdämpfungsvorrichtung in einem Kühlmittelsystem und einen Kühlmittelbehälter zur Verwendung in einem Pumpsystem.
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Aus dem Stand der Technik sind Pumpen für Kühlmittel in Fahrzeugen bekannt. Hierfür werden häufig Flügelradpumpen verwendet. Nachteilig daran ist, dass die Kombination eines geringen Volumenstroms und eines hohen Drucks bei Flügelradpumpen nur durch eine ungünstige Drehzahl erreicht werden. Der Wirkungsgrad der Flügelradpumpe ist dann gering.
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Um die Effizienz der Pumpe zu steigern, wurden Schraubenspindelpumpen verwendet. Schraubenspindelpumpen sind effizienter als Flügelradpumpen und für eine Förderung von Kühlmittel in Fahrzeugen geeignet. Schraubenspindelpumpen müssen allerdings hochgenau gefertigt werden, sodass die Herstellungskosten und folglich auch die Beschaffungskosten solcher Pumpen sehr hoch sind.
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Um bei geringen Kosten und mit hohem Wirkungsgrad mit einer Kühlmittelpumpe Kühlmittel in einem Fahrzeug zu pumpen, wurden in letzter Zeit Zahnradpumpen verwendet. Bei Zahnradpumpen können jedoch im Betrieb Druckspitzen und/oder Pulsationen auftreten. Diese Druckspitzen und/oder Pulsationen können die Lebensdauer eines Pumpsystems verringern. Ferner können die vorgenannten Effekte eine unangenehme Geräuschentwicklung begünstigen, wodurch störender Lärm entstehen kann.
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Hieraus ergibt sich die Aufgabe der Erfindung, ein Pumpsystem zu schaffen, bei dem Druckspitzen und/oder Pulsationen und deren unerwünschte Folgen vermindert sind.
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Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Pumpsystem mit Pulsationsdämpfungsvorrichtung gelöst, aufweisend eine Pumpe, wobei die Pumpe einen Pumpeneinlass und einen Pumpenauslass aufweist, und einen Kühlmittelbehälter.
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Bei dem erfindungsgemäßen Pumpsystem weist der Kühlmittelbehälter in dessen Inneren erstmals eine elastische Membran auf, die den Kühlmittelbehälter in einen Membranaußenbereich und einen Membraninnenbereich, die gegeneinander dicht abgeschlossen sind, untergliedert, wobei sich der Membranaußenbereich zwischen einer Kühlmittelbehälterwand und der Membran befindet und sich der Membraninnenbereich im Inneren der Membran befindet, die Pumpe durch den Pumpeneinlass mittels eines Ansaugstutzens mit dem Membranaußenbereich verbunden ist, die Pumpe durch den Pumpenauslass zumindest mit dem Membraninnenbereich verbunden ist und der Membraninnenbereich über eine Verbindung mit der Umgebung verbunden ist, oder die Pumpe durch den Pumpenauslass sowohl mit dem Membraninnenbereich als auch mit der Umgebung verbunden ist.
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Wird das erfindungsgemäße Pumpsystem betrieben, wird das gepumpte Kühlmittel von der Pumpe aus dem Membranaußenbereich in den Membraninnenbereich gepumpt. Dabei wird ein Druck im Membraninnenbereich aufgebaut. Diesem wirkt ein Druck entgegen, der vom Kühlmittel im Membranaußenbereich auf die Membran wirkt.
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Wird also Kühlmittel aus dem Membranaußenbereich über die Pumpe in den Membraninnenbereich gepumpt, übt der Membranaußenbereich eine Dämpfungswirkung auf den Membraninnenbereich aus. Druckspitzen im Membraninnenbereich können durch die vorstehende Dämpfungswirkung effektiv vermindert bzw. verhindert werden. Folglich hat das Kühlmittel, das durch den Pumpenauslass in die Umgebung strömt, einen konstanten Druck. Aufgrund dessen sind Druckspitzen des Kühlmittels und/oder Pulsationen sowie deren unerwünschte Folgen vermindert.
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Alternativ kann der Pumpenauslass sowohl mit dem Membraninnenbereich als auch mit der Umgebung verbunden sein. Dies kann so ausgestaltet sein, dass der Pumpenauslass durch den Membraninnenbereich führt und nachfolgend mit der Umgebung verbunden ist. Dabei weist der Pumpenauslass eine Öffnung oder eine andersartige Verbindung zum Membraninnenbereich auf.
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In einer Ausführungsform ist die Pumpe in dem Membraninnenbereich angeordnet. Diese Anordnung verkleinert den Bauraum, den das erfindungsgemäße Pumpsystem einnimmt. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das Pumpsystem bei einer Vorrichtung montiert wird, bei der der Raum begrenzt ist, wie beispielsweise einem Auto.
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In einer Ausführungsform ist die Membran im Kühlmittelbehälter so angeordnet, dass der Membraninnenbereich im unteren Bereich des Kühlmittelbehälters gebildet ist. In dieser Ausführungsform wirkt zusätzlich zu dem Druck, den das Kühlmittel im Membranaußenbereich auf das Kühlmittel im Membraninnenbereich ausübt, ein geodätischer Druck des Kühlmittels im Kühlmittelbehälter auf die Membran und folglich das Kühlmittel im Membraninnenbereich. Die Dämpfungswirkung im Pumpsystem ist verbessert.
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Außerdem ist die Membran ständig mit Kühlmittel bedeckt, solange sich etwas Kühlmittel im Kühlmittelbehälter befindet. Das Kühlmittel im Kühlmittelbehälter sammelt sich gemäß der Gravitation im unteren Bereich des Kühlmittelbehälters, wodurch ständig der geodätische Druck des Kühlmittels auf die Membran wirkt.
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In einer Ausführungsform besteht die Membran aus einem Elastomer. Elastomere sind sowohl fluiddicht als auch elastisch. Somit weist ein Elastomer ausgezeichnete Eigenschaften auf, um als Material für die Membran zu dienen.
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In einer Ausführungsform ist die Pumpe eine Zahnradpumpe, insbesondere eine Außenzahnradpumpe. Zahnradpumpen und insbesondere Außenzahnradpumpen haben einen hohen Wirkungsgrad und sind kostengünstig in der Beschaffung. Sie sind somit gut geeignet, um beim erfindungsgemäßen Pumpsystem als Pumpe zu dienen.
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Ein Aspekt der Erfindung befasst sich mit einem Verfahren zum Betreiben des Pumpsystems. Das Verfahren weist die Schritte auf:
- a) Betreiben der Pumpe, um Kühlmittel vom Membranaußenbereich zu dem Membraninnenbereich oder dem Membraninnenbereich und der Umgebung zu pumpen,
- b) Aufbauen eines Drucks im Membraninnenbereich, während der Druck des Kühlmittels im Membranaußenbereich auf die Membran wirkt, und
- c) Strömen des Kühlmittels aus dem Membraninnenbereich entlang eines Druckgradienten zwischen Pumpenauslass und Membraninnenbereich.
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In diesem Aspekt der Erfindung wird die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Pumpsystems beschrieben. Dabei gelten die Vorteile und Wirkungen, die bereits vorstehend beschrieben wurden.
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Ein Aspekt der Erfindung zeigt die Verwendung des Pumpsystems mit Pulsationsdämpfungsvorrichtung nach einer der vorstehenden Ausführungsformen in einem Kühlmittelsystem.
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Das erfindungsgemäße Pumpsystem kann besonders vorteilhaft in einem Kühlmittelsystem eines Fahrzeugs verwendet werden. Insbesondere bei einem Fahrzeug müssen Druckschwankungen und Pulsationen der Betriebsmittel, wie beispielsweise dem Kühlmittel, vermindert werden. So kann die Lebensdauer aller mit Kühlmittel versorgten Bauteile und der Leitungen, die das Kühlmittel führen, verlängert werden.
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Ein Aspekt der Erfindung betrifft einen Kühlmittelbehälter, wobei der Kühlmittelbehälter in dessen Inneren eine elastische Membran aufweist, die den Kühlmittelbehälter in einen Membranaußenbereich und einen Membraninnenbereich, die gegeneinander dicht abgeschlossen sind, untergliedert.
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In diesem Aspekt wird ein erfindungsgemäßer Kühlmittelbehälter beschrieben, der beispielsweise dazu geeignet ist, eine Dämpfungswirkung auszuwirken. Er ist dazu geeignet, mit einer Pumpe so verbunden zu werden, dass die Pumpe aus dem Membranau-ßenbereich ein Kühlmittel in den Membraninnenbereich pumpt. Aufgrund dessen wird ein Druck im Membraninnenbereich erzeugt. Dieser Druck kann über eine Verbindung des Membraninnenbereiches an die Umgebung abgegeben werden.
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Die vorgenannten Materialien und ähnliches sind dabei nur beispielhaft genannt. Es können andere Materialien oder Beziehungen zwischen Bauteilen verwendet werden, wenn kein technischer Grund dem entgegensteht.
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Beispielsweise kann auch ein anderes Fördermedium als Kühlmittel gefördert werden, wie beispielsweise Wasser. Das Material der Membran kann auch ein anderes Material sein, solange es elastisch und fluiddicht ist. Das Material des Kühlmittelbehälters ist insoweit beliebig, dass es das Kühlmittel in dessen Inneren hält und in erforderlichem Maß druckbeständig ist. Beispielsweise kann ein Kunststoff als Material für den Kühlmittelbehälter verwendet werden.
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Die Pumpe kann außerdem auch an einer anderen Stelle montiert sein. Beispielweise kann sie in die Membran eingearbeitet sein, d.h. dass die Pumpe so von der Membran in einer Linie umschlossen ist, dass der Pumpeneinlass im Membranaußenbereich ist, der Pumpenauslass im Membraninnenbereich ist und die beiden Bereiche gegeneinander abgedichtet sind.
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Die Auswahl der verwendeten Pumpe ist beliebig. So kann auch eine Kolbenhubpumpe oder eine ähnliche verwendet werden.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen detailliert erläutert.
- 1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Pumpsystems nach einer Ausführungsform.
- 2 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Pumpsystems nach einer Ausführungsform.
- 3 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Pumpsystems nach einer Ausführungsform.
- 4 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Pumpsystems nach einer Ausführungsform.
- 5 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Pumpsystems nach einer Ausführungsform.
- 6 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Pumpsystems nach einer Ausführungsform.
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1 zeigt ein erfindungsgemäßes Pumpsystem 1. Das Pumpsystem 1 weist eine Pumpe 2 und einen Kühlmittelbehälter 7 auf.
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Der Kühlmittelbehälter 7 bildet durch seine Außenwand einen Membranaußenbereich 8. Ferner weist der Kühlmittelbehälter 7 in seinem Inneren eine Membran 5 auf, die elastisch und fluiddicht ist. Durch diese Membran 5 wird der Kühlmittelbehälter 7 in den Membranaußenbereich 8 und einen Membraninnenbereich 6 untergliedert. Obwohl nicht sichtbar, ist zumindest der Membranaußenbereich 8 zumindest teilweise mit einem Kühlmittel gefüllt.
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Die Pumpe 2 ist in den Figuren schematisch dargestellt, kann aber im Sinne der Anschaulichkeit als Zahnradpumpe angesehen werden. Die Pumpe 2 weist einen Pumpeneinlass 3 und einen Pumpenauslass 4 auf. Der Pumpeneinlass 3 ragt in den Membranaußenbereich 8 hinein. Die Pumpe 2 saugt, wenn sie angetrieben oder betrieben wird, Kühlmittel aus dem Membranaußenbereich 8 an. Das Kühlmittel wird dann durch den in den Membraninnenbereich 6 führenden Pumpenauslass 4 in den Membraninnenbereich 6 gepumpt.
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Die Membran 5 ist elastisch und fluiddicht. Somit dehnt sich die Membran 5 aus, wenn Kühlmittel über den Pumpenauslass 4 durch die Pumpe 2 in den Membraninnenbereich 6 gepumpt wird. Dieser Ausdehnung wirkt das im Membranaußenbereich 8 befindliche Kühlmittel entgegen. Der Druck im Inneren des Membraninnenbereiches 6 wird erhöht, wobei Druckschwankungen bzw. Pulsationen durch eine Dämpfungswirkung des Membranaußenbereichs 8 auf die Membran 5 und den Membraninnenbereich 6 vermindert bzw. verhindert werden. Es wird betont, dass das in 1 dargestellte Größenverhältnis zwischen der Membran 5 und dem Kühlmittelbehälter 7 lediglich der Anschauung dient und von der Wirklichkeit abweichen kann. Gleiches gilt in den übrigen Figuren.
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Besteht ein ausreichend hoher Druck im Membraninnenbereich 6, strömt das Kühlmittel entlang des Druckgradienten aus dem Membraninnenbereich 6 über eine Verbindung 9 in die Umgebung U. Bei der Umgebung U kann es sich beispielsweise um einen Kühlmittelkreislauf eines Fahrzeugs handeln.
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2 zeigt ein Pumpsystem 1 nach einer Ausführungsform der Erfindung. Im Sinne der Übersichtlichkeit werden nur Merkmale beschrieben, die von vorigen Figuren verschieden sind. Das Pumpsystem 1 von 2 unterscheidet sich von dem in 1 dadurch, dass der Pumpenauslass 4 von der Pumpe 2 durch den Membranaußenbereich 8, die Membran 5 und den Membraninnenbereich 6 in die Umgebung U verläuft. Dabei weist der Pumpenauslass 4 im Membraninnenbereich 6 eine Verbindung zu demselben auf.
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Druckschwankungen oder Pulsationen können weiterhin vermindert werden, indem der Pumpenauslass 4 mit dem Membraninnenbereich 6 verbunden ist. Ein übermäßiger Druck kann durch diese Verbindung in den Membraninnenbereich 6 geleitet werden, da dieser dem gepumpten Kühlmittel einen geringeren Widerstand entgegensetzt als das angenommene Kühlmittelsystem in der Umgebung U.
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3 zeigt ein Pumpsystem 1 nach einer Ausführungsform der Erfindung. Die Pumpe 2 beim Pumpsystem 1 dieser Ausführungsform ist im Inneren der Membran 5, d.h. im Membraninnenbereich 6, angeordnet. Die Pumpe 2 wird über eine elektrische Verbindung (nicht gezeigt), die von außen bis zur Pumpe 2 führt, mit Strom versorgt und gesteuert.
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Der Pumpenauslass 4 ist wie in 1 ausgeführt, sodass sich die Membran 5 ausdehnt, wenn Kühlmittel über den Pumpenauslass 4 durch die Pumpe 2 in den Membraninnenbereich 6 gepumpt wird. Die Dämpfungswirkung entsteht wie bei dem Pumpsystem 1, das in 1 dargestellt und in der zugehörigen Beschreibung beschrieben wurde.
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4 zeigt ein Pumpsystem 1 nach einer Ausführungsform der Erfindung. Das in 4 dargestellte Pumpsystem 1 ist eine Kombination der Pumpsysteme, die in den 2 und 3 dargestellt sind.
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Die Pumpe 2 ist im Inneren der Membran 5 angeordnet, wie bereits in der Beschreibung von 3 beschrieben, wobei der Pumpenauslass 4 konfiguriert ist, wie es in 2 beschrieben wurde.
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Die in 4 gezeigte Ausführungsform kombiniert die einfache Ausführung des Pumpenauslasses 4 aus 2 mit der verringerten Baugröße des Pumpsystems 1 aus 3.
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5 zeigt ein Pumpsystem 1 nach einer Ausführungsform der Erfindung. Das in 5 gezeigt Pumpsystem 1 unterscheidet sich von Pumpsystem 1 aus 1 dadurch, dass die Membran nicht mitten im Membranaußenbereich 8 angeordnet ist, sondern im unteren Bereich des Kühlmittelbehälters 7. Mit anderen Worten ist die Membran 5 so angeordnet, dass sie mit der Wand des Kühlmittelbehälters 7 dichtend verbunden ist und so einen Teil des Kühlmittelbehälters 7 als Membraninnenbereich 6 untergliedert.
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6 zeigt ein Pumpsystem 1 nach einer Ausführungsform der Erfindung. Die in 6 dargestellte Ausführungsform kombiniert die Ausführungsformen, die in den 2, 4 und 5 dargestellt sind.
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Zum einen ist die Pumpe 2 im Inneren des Membraninnenbereiches 6 angeordnet. Der Bauraum des Pumpsystems 1 ist optimiert und so gering wie möglich. Ferner ist der Pumpenauslass 4 durch die Bauweise nach dem Pumpsystem 1 in 2 optimiert, was die Fertigungskosten und die Komplexität des Pumpsystems 1 verringert. Weiterhin saugt die Pumpe 2 das Kühlmittel über den Pumpeneinlass 3 aus dem Membranaußenbereich 9 an und pumpt es durch den Pumpenauslass 4 zum Teil in den Membraninnenbereich 6. Hier wirkt der geodätische Druck des Kühlmittels, das sich im unteren Teil des Kühlmittelbehälters 7 sammelt, auf die Membran 5 und übt eine zusätzliche Dämpfungswirkung auf das Kühlmittel im Membraninnenbereich 6 aus.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Pumpsystem
- 2
- Pumpe
- 3
- Pumpeneinlass
- 4
- Pumpenauslass
- 5
- Membran
- 6
- Membraninnenbereich
- 7
- Kühlmittelbehälter
- 8
- Membranaußenbereich
- 9
- Verbindung
