DE20019406U1

DE20019406U1 - Elektromagnetische Dosierkolbenpumpe

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Publication number: DE20019406U1
Application number: DE20019406U
Authority: DE
Original assignee: Ateso A S
Current assignee: Ateso A S
Priority date: 1999-11-18
Filing date: 2000-11-15
Publication date: 2001-01-18
Anticipated expiration: 2010-11-16
Also published as: CZ292533B6; CZ9904097A3; AT4797U1

Description

Elektromagnetische Dosierkolbenpumpe

Die Erfindung betrifit eine elektromagnetische Dosierkolbenpumpe, insbesondere zur Förderung von Brennstoff zu einem unabhängigen Heizaggregat eines Kraftfahrzeuges, bei welcher die Dosierkolbenbewegung im Dosierzylinder mittels eines abgefederten, magnetisch leitenden und in einem Magnetfeld einer elektromagnetischen Spule gelagerten Anker, hervorgebracht wird.

Aus der DE 43 28 621 Al ist eine elektromagnetische Dosierkolbenpumpe bekannt, mit einem magnetisch leitenden Eintrittsgehäuse, zu dessen einer Seite ein Eintrittsstutzen angeschlossen ist und die andere Seite des Eintrittsgehäuses ist in vorderen Teil eines magnetisch nichtleitenden Spulenkörpers eingesetzt, in dessen hinterem Teil ein magnetisch leitendes Austrittsgehäuse eingesetzt ist, welches ein magnetisch nichtleitender Dosierzylinder, ein Einweg-Austrittsventil und einen Austrittsstutzen beinhaltet. Im axialen Hohlraum des Dosierzylinders ist ein magnetisch nichtleitender Dosierkolben in Form einer Stange gleitend gelagert, an dessen aus dem Dosierzylinder vorspringendem Ende ein magnetisch leitender Anker befestigt ist. Bei der Nichtexistenz eines Magnetfeldes rund um die elektromagnetische Spule wird der Anker in seiner rechten Endlage mittels einer Wickelfeder gehalten und bei der Existenz eines Magnetfeldes rund um die elektromagnetische Spule wird der Anker durch eine Anziehungskraft des Magnetfeldes in die Richtung zum Austrittsgehäuse entgegen der Kraft der Wickelfeder angezogen. Die Magnetfeldlinien tretten aus dem Stirn der elektromagnetischen Spule resp. aus dem Polschuh der elektromagnetische Spule in das Eintrittsgehäuse, von wo einerseits durch den ersten nicht arbeitenden Spalt zwischen dem Ankersfuhrungsschaft und dem Hohlraum des Eintrittsgehäuses in den Führungsschaft des Ankers und andererseits durch den zweiten nicht arbeitenden Spalt zwischen der hinteren Stirnfläche des Eintrittsgehäuses und dem Ansatz des Ankerkopfes in den Ankerkopf und weiter aus der kegelförmige Stirnfläche des Ankerkopfes durch den arbeitenden Spalt in die negativ ausgebildete Kegelstirnfläche

des Austrittsgehäuses, von wo sich dann die Magnetfeldlinien über den kreisförmigen Polschuh des äusseren Mantels der elektromagnetische Spule wieder schliessen. Dabei die im arbeitenden Spalt entstehenden Anziehungskräfte eine Hubbewegung des Ankers hervorbringen, während die in den nichtarbeiteten Spalten entstehenden Anziehungskräfte entweder keine Hubbewegung hervorbringen oder entgegen der Hubbewegung wirken.

Beim Durchfliessen eines intermitierenden elektrischen Stromes durch elektromagnetische Spule entsteht ein pulsierendes Magnetfeld, das ein pulsierendes Anziehen des kegelförmigen Ankerkopfes zu der kegelförmigen Stirnfläche des Austrittsgehäuses hervorruft und dadurch eine gradlinige, umkehrbare Bewegung des Dosierkolbens im Dosierzylinder berwirkt. Die Druckkraft, mit welcher der Anker auf den Dosierkolben bei der Hubbewegung wirkt, wird desto grosser, je kleiner der magnetische Widerstand in dem arbeitenden Spalt und je grosser der magnetische Widerstand in den nichtarbeitenden Spalten ist. Dabei die magnetische Widerstände in dem arbeitenden und nichtarbeitenden Spalten vergrössern sich mit wachsendem Abstand der einzelnen, spaltbildenden Bauelemente und nehmen mit der Flächenvergrößerung der Spaltbildenden Bauelemente ab.

Ein Nachteil der obenbeschriebenen Konstruktion der elektromagnetischen Dosierkolbenpumpe ist ein relativ grosser magnetischen Widerstand in dem arbeitenden Spalt zwischen dem Ankerkopf und der Stirnfläche des Austrittshäuses, und ein relativ kleiner magnetischen Widerstand in dem zweiten nichtarbeitenden Spalt zwischen der hhinteren Stirnfläche des Eintrittsgehäuses und dem Ansatz des Ankerkopfes , was eine Verminderung des Hubkraftwertes des Dosierkolbens verursacht.

Ein weiterer nichtvernachlässigbare Nachteil dieser Pumpe ist auch eine große Masse resp. das grosse Volumen des Ankerkopfes, was erstens ein grosses Ankergewicht verursacht und zweitens den Freiraum resp. das Volumen der Flüssigkeit zwischen dem Saugventil und dem Seiteneinlass in den Dosierzylinder verkleinert. Das größere Ankergewicht hat eine ungleichmässige Brennstoffdosierung bei den Lageänderungen

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der Dosierpumpe zur Folge, denn die Gravitationskomponente des Ankers entweder in die Richtung -oder in die Gegenrichrung der Hubbewegung wirken.. Dies geschieht z.B. bei einer Abwärts - oder Aufwärtsfahrt eines Kraftfahrzeuges .

Der kleine freie Raum resp. ein kleines Flüssigkeitsvolumen zwischen dem Saugventil und dem Seiteneinlass in den Dosierzylinder hat eine starke Druckpulsation der beförderten Flüssigkeit in diesem Raum zur Folge, welche eine Gasausscheidung und dadurch Blasenbildung verursacht. In dem obenbeschriebenen Fall der Dosierpumpe ist der kleine freie Raum resp. das kleine Volumen durch eine Hohlraumausbildung im Dosierkolben vergrößert, was aber technologisch anspruchsvoll ist.

Die obenaufgefuhrten Nachteile beseitigt eine elektromagnetische Dosierkolbenpumpe, insbesondere zur Förderung von Flüssigkeitsbrennstoff zu einem unabhängigen Heizaggregat eines Kraftfahrzeuges, nach dem Gattungsbegriff des 1. Schutzanspruches, dessen Wesen darin besteht, dass die Kopfstimfläche des Ankers und die äussere Umfangsfläche des Ankerkopfes sich in der Richtung zum Austrittsgehäuse trichterförmig aufweiten.

Eine solche Konstruktion ermöglicht eine Vergrößerung des Abstandes zwischen dem hinteren Stirn des Eintrittsgehäuses und dem hinteren Teil des Ankerkopfes und dadurch auch die erwünschte Vergrösserung des magnetischen Widerstandes in diesem zweiten nichtarbeitenden Spalt. Das hat eine grössere Hubkraft des Dosierskolbens zur Folge bei gleichen Pumpenabmessungen, bei derselben elektromagnetischen Spule und dem gleichen Leistungsbedarf.

Die trichterförmige Aufweitung des Ankerkopfes ermöglicht auch eine Vergrösserung des freien Raumes resp. des Flüssigkeitsvolumens zwischen dem Saugventil und dem Seiteneinlass des Dosierzylinders und dadurch die Verkleinerung der Druckdifferenzen, die in diesem Raum zwischen dem Saug- und Auspresshub in der Flüssigkeit entstehen, kommt, was die Blasenbildung in der herausgepressten Flüssigkeit reduziert.
Weitere Folge des trichterförmig aufgeweiteten Ankerkopfes ist eine Reduktion der

Ankerkopfmasse, woraus sich eine gleichmässigere Dosierung des flüssigen Brennstoffes bei unterschiedlichen Neigungen der Dosierpumpe ergibt, als Folge der verminderten hinzugezählten oder subtrahierten Gravitationskraftkomponente der Ankermasse zur resultierenden Anziehungskraft des Magnetfeldes.

Technologisch ist es vorteilhaft, wenn sowohl die Kopfstirnfläche des Ankers als auch die äussere Umfangsfläche des Ankerkopfes kegelförmig ausgebidet sind.

Es ist vorteilhaft, wenn der Scheitelwinkel Q( der kegelförmigen Kopfstirnfläche des Ankers grosser ist, als der Scheitelwinkel ß der kegelförmigen äusseren Umfangsfläche des Ankerkopfes.

Eine solche Konstruktion ermöglicht Realisierung eines grossen zweiten nichtarbeitenden Spaltes und die daraus sich ergebende Verminderung der axialen Komponente der magnetischen Kraft, die entgegen der Anziehungskraft des Magnetfeldes im arbeitenden Spalt bei der Hubbewegung des Ankers wirkt.

Es ist weiter vorteilhaft, wenn der axiale Hohlraum des Austrittsgehäuses mindestens im dem Anker zugewandten Bereich als eine Kegelfläche, die sich in der Richtung zu dem Anker verjüngt, ausgebildet ist, und wenn die äussere Ummantelung des in ihm gelagerten Dosierzylinders mindestens im dem Anker zugewandten Bereich als eine Kegelfläche, die sich in der Richtung zu dem Anker verjüngt, ausgebildet ist.

Solche Konstruktion ermöglicht eine maximal mögliche Vergrösserung der Kegelstirnfläche des Austrittsgehäuses und dadurch eine Verminderung des magnetischen Widerstandes, was eine Vergrösserung der Anziehungskraft des magnetischen Feldes zwischen der Kegelstirnfläche des Austrittsgehäuses und der Stirnfläche des Ankerkopfes zur Folge hat.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt Fig. 1 ein Längsschnitt durch die elektromagnetische Dosierkolbenpumpe und Fig. 2 das magnetische Kraftfeld im Bereich A aus der Fig. 1

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im vergrösserten Massstab.

Wie aus der beigelegten Fig. 1 hervorgeht, besteht die elektromagnetische Dosierkolbenpumpe aus einem magnetisch leitenden Eintrittsgehäuse l·, an welches von einer Seite ein Eintrittsstutzen 2 zur Befestigung eines nicht eingezeichneten Zuleitungsschlauches für Zufuhr von flüssigen Brennstoff angebracht ist, wobei die andere Seite des Eintrittsgehäuses 1 in den vorderen Teil eines magnetisch nicht leitenden Spulenkörpers 3 der elektromagnetische Spule 3_1 eingepresst ist. In den hinteren Teil des Spulenkörpers 3 ist ein magnetisch leitendes Austrittsgehäuse 4 eingepresst, in dessen zylindrischen Absatz 4J. an der Austrittsseite eine magnetisch leitende Muffe 42 eingepresst ist, in derer innerem Gewinde ein Körper 5_1 eines einseitig wirkendes Auslassventiles eingeschraubt ist. Der Körper 5_1 des Auslassventiles ist an der zum Ventilsitz abgewandten Seite durch einen Stutzen 52 versehen, dessen Stirnfläche als einstellbarer Anschlag des Dosierkolbens 6 dient. Im Körper 5_1 des Auslassventiles ist ein Austrittsstutzen 5 zur Anbindung eines nicht aufgezeichneten Brennstoffableitungsschlauches angebracht. Ein magnetisch nicht leitender Dosierkolben 6 ist in einem magnetisch nicht leitenden Dosierzylinder 7 gleitend gelagert, der mit einem Seitenemlass 21 zur Zufuhr der gepumpten Flüssigkeit versehen ist, der durch obere Kante des Dosierkolbens 6 gesteuert wird. Der Dosierzylinder 7 ist mit seinem hinteren zylindrischen Teil des Aussenmantels in die Aushöllung der Muffe 42 eingepresst. Der übrige Teil des Aussenmantels, der in Form von einem, in der Richtung zum Anker sich verjüngten Kegel ausgebildet ist, bildet zusammen mit innerer Kegelfläche 43 des Austrittsgehäuses 4 einen kreisringförmigen Zuleitungskanal 72 zum Seitenemlass 71 des Dosierzylinders 7.
Auf das vordere Ende des Dosierskolbens 6 ist ein magnetisch leitender Anker 8 angebracht. Der Anker 8 besteht aus einem zylindrischen Führungsschaft 81, der in einen trichterförmig aufweitenden Ankerkopf 82_ übergeht. Der Führungsschaft 8J, des Ankers 8 ist mit einem Radialspiel im Hohlraum des Eintrittsgehäuses 1 angebracht, und seine mit einer Dichtung versehene Stirnfläche ist mittels einer Wickelfeder 6_1 in ein Saugventilsitz 2_1 angedrückt, der im Hohlraumabsatz des Eintrittsgehäuses 1 gelagert ist. Der trichterförmige Ankerkopf 82 ist sowie durch

äussere kegelförmige Umfangsfläche 821 , die in äussere zylindrische Fläche des Ankerschaftes 8J_ übergeht, als auch durch kegelförmige Kopfstimfläche 822, die in einen Absatz für eine Abstützung der Wickelfeder 61 übergeht, begrenzt.
Die äussere kegelförmige Umfangsfläche 82_1 des Kopfes 82 und die hintere Stirnfläche H des Eintrittsgehäuses 1 begrenzen den zweiten nicht arbeitenden Spalt, der durch das Radialspiel zwischen dem äusseren Umfang des Ankerkopfes 82 und den inneren Hohlraum des Spulenkörpers 3 mit dem arbeitenden Spalt verbunden ist. Dabei ist der arbeitende Spalt durch die kegelige Kopfstirnfläche 822 und durch die Kegelstirnfläche 44 des Austrittsgehäuses 4 begrenzt. Sowohl das Eintrittsgehäuse 1 als auch das Austrittsgehäuse 4 sind durch magnetisch leitende Polschuhen 12,45 in Form von Scheibenflanschen versehen, an deren äusseren Umfangsflächen ein magnetisch leitender Mantel 32 des Elektromagneten angebracht ist.

Die beschriebene elektromagnetische Dosierkolbenpumpe funktioniert wie folgt:
Falls kein elektrischer Strom durch die Erregerwicklung der elektromagnetische Spule 3_1 durchfliest, entsteht rund um die Spule 3J_ kein magnetisches Feld und der Anker 8 zusammen mit dem Dosierkolben 6 werden durch die vorgespante Wickelfeder 61 in ihre rechte Endlage angedrückt. In dieser Endlage sitzt die Stirn des Ankerschaftes 81 auf den Saugventilsitz 2J. und schliesst die Flüssigkeitszufuhr ab, wobei zugleich die obere Kante des Dosierkolbens 6 lässt den Seiteneinlass 21 des Dosierzylinders 7 offen, so dass die Flüssigkeit, die sich im arbeitenden und nichtarbeitenden Spalt befindet, durch den kreisringförmigen Zuleitungskanal 72 und den Seiteneinlass 71 oberhalb den Dosierkolben 6 angesaugt wird. Das einseitig wirkende Auslassventil im Austrittsgehäuse 4 ist dabei geschlossen.

Falls durch die Erregerwicklung der elektromagnetische Spule 3_1 ein elektrischer Impuls durchfliesst, bildet sich rund um die Spule 3J, ein magnetisches Feld, dessen Magnetlinien über die in Folge genannten magnetisch leitenden Teile der Pumpe geschlossen werden: Polschuh 12, Eintrittsgehäuse I, der Ankerschaft 8_1 und der Ankerkopf 82 , Austrittsgehäuse 4, Polschuh 45 und der Mantel 32 der elektromagnetischen Spule 3_L Weil alle die obengenannten magnetisch leitenden Teile der Dosierkolbenpumpe nicht im direkten Kontakt zueinander stehen, schliesst

sich der magnetische Fluss über die arbeitenden und nichtarbeitenden Spalten, in welchen magnetische Kräfte entstehen. Dabei die Resultierende der Kräfte, die beim Durchdringen des ersten nichtarbeitenden Spaltes zwischen dem Ankerschaft 81 und dem Eintrittsgehäuse I entsteht, gleich Null ist. Die Resultierende Fl aus Magnetkräften in dem zweiten nichtarbeitenden Spalt zwischen der hinteren Stirnfläche U_ des Eintrittsgehäuses l_und der äusseren kegelförmigen Umfangsfläche 821 des Ankerkopfes 82 ist zu der Achse des Dosierkolbens 6 geneigt, so dass ihre axiale Komponente Fla minimalisiert wird (siehe Fig.2). Axiale Komponente F2a der Resultierende F2 , die aus Magnetkräften im arbeitenden Spalt zwischen der kegelförmigen Stirnfläche 44 des Austrittsgehäuses 4 und der Stirnkegelfläche 822 des Ankerkopfes 82 wird als Folge der Vergrösserung der bereits erwähnten, zu sich zugewandten Kegelflächen ,vergrössert.

Die resultierende Anziehungskraft Fp, welche den Dosierhub des Ankers 8 resp. des Dosierkolbens 6_ gegen die Kraft der Wickelfeder 61 hervorruft, Fp = F2a - Fla, ist grosser, als bei vergleichbaren Dosierkolbenpumpen mit den gleichen Abmessungen und gleichem Leistungsbedarf, bei welchen aber der Ankerkopf 82 nicht trichterförmig aufgeweitet ist.

Elektromagnetische Dosierkolbenpumpe, gemäss der vorliegenden Erfindung, ist insbesondere als Dosierpumpe von flüssigen Brennstoffen, wie z.B. Dieselöl, Benzin oder Heizöl für unabhängige Heizagregate von Kraftfahrzeugen und überall dort, wo eine exakte Dosierung resp. eine minimale Dosierstreuung bei verschiedenen Neigungen der Dosierpumpe verlangtwird, anwedbar.

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Claims

1. Elektromagnetische Dosierkolbenpumpe, insbesondere zur Förderung von Flüssigkeitsbrennstoff zu einem unabhängigen Heizaggregat eines Kraftfahrzeuges, bestehend aus einer elektromagnetischen Spule mit einem in ihrem Spulenkörper koaxial eingesetzten Eintritts - und Austrittsgehäuse, die mit etwaigen Polschuhen entgegenliegende magnetische Pole bilden, wobei im axialen Hohlraum des Eintrittsgehäuses ein Führungsschaft eines sich axial bewegbaren Ankers angebracht ist, wobei Ankerkopf ein grösseres Durchmesser als das Durchmesser des Ankerschaftes aufweisst und im Falle eines pulsierenden magnetischen Feldes, das mittels der elektromagnetische Spule erzeugt wird, sich gradlinig umkehrbar zwischen den zu sich zugewandten Stirnflächen des Eintritts- und Austrittsgehäuses bewegt, wobei die Kopfstirnfläche des Ankers grundsätzlich als Kegelfläche, die im Grunde genommen als negative Fläche zu der zugewandten Stirnfläche des Austrittsgehäuses ausgebildet ist, in dessen axialem Hohlraum ein Dosierzylinder gelagert ist, wobei der Dosierzylinder durch eine seitliche Einlassöffnung zur Flüssigkeitszufuhr versehen ist,
welche mit einem Raum zwischen dem Eintritts- und Austrittsgehäuse durch ein kreisförmigen Zuleitungskanal verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet, dass die Kopfstirnfläche (822) des Ankers (8) und die äussere Umfangfläche (821) des Ankerkopfes (82) sich in die Richtung zum Austrittsgehäuse (4) trichterförmig aufweiten.

2. Elektromagnetische Dosierkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopfstirnfläche (822) des Ankers (8) und die äussere Umfangfläche (21) des Ankerkopfes (82) kegelförmig ausgebildet sind.

3. Elektromagnetische Dosierkolbenpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Scheitelwinkel (α) der kegeligen Kopfstirnfläche (822) grösser ist, als der Scheitelwinkel (β) der kegeligen Umfangfläche (822) des Ankerkopfes (82).

4. Elektromagnetische Dosierkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der in dem Austrittsgehäuse (4) ausgebildete axiale Hohlraum mindestens im dem Anker (8) zugewandten Bereich durch eine Kegelfläche (43), die sich in der Richtung zum Anker (8) verjüngt, begrenzt ist und dass die äussere Ummantellung des in ihm gelagerten Dosierzylinders (7) mindestens im dem Anker (8) zugewandten Bereich als eine Kegelfläche, die sich in der Richtung zum Anker (8) verjüngt, ausgebildet ist.