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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Balgpumpe und lehrt, wie selbst mit niedrigen Startdrücken eine erfindungsgemäße Balgpumpe startbar ist.
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Stand der Technik
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Balgpumpen sind dem Prinzip nach schon seit längerer Zeit bekannt.
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Aus der
DE 867 627 C (Patentinhaberin: Mono-Cam Limited; Prioritätstag: 05.04.1950) ist es bekannt, als Brennstoffeinspritzpumpe eine Balgpumpe zu verwenden, die in der gleichen Weise arbeiten soll wie eine Kolbenpumpe.
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Eine besonders vorteilhafte Balgpumpe wird in der Gebrauchsmusteranmeldung
DE 20 2011 051 879.5 (Gebrauchsmusterinhaberin: hofer mechatronik GmbH; Anmeldetag: 07.11.2011) beschrieben, die besonders kompakt aufgebaut werden kann, weil sie ineinander verschachtelt den Innenraum des Balgs als Pumpvolumen nutzen kann. Eine solche Balgpumpe ist dem Grunde nach sehr vorteilhaft. Eine Schwierigkeit, die die meisten Balgpumpen inhärent aufweisen, ist jedoch der geringe Pumpdruck.
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Aus der
DE 195 48 074 A1 (Anmelderin: Aisin Seiki K. K.; Prioritätstag: 26.12.1994) ist ein Balgpumpe bekannt, die als Druckerzeugerpumpe verwendet wird, um einem Fluid, wie Benzin, einen Pumpendruck zu vermitteln. Diese Balgpumpe weist eine erste, innerhalb des Balgs angeordnete Arbeitskammer auf. Diese erste Arbeitskammer soll mit einem Fluid wie z. B. Benzin gefüllt werden. Es besteht eine Fluidverbindung zu einer Einlassöffnung, die mit einem Rückschlagventil versehen ist. Weiterhin ist diese. erste Arbeitskammer mit einer Auslassöffnung verbunden, die ebenfalls mit einem Rückschlagventil versehen ist. Den Balg umgebend ist eine zweite Arbeitskammer ausgebildet, die mit einem Arbeitsfluid zu füllen ist. Durch Erhöhung des Drucks in der zweiten Arbeitskammer wird eine Kontraktion des Balgs erreicht, wodurch das Rückschlagventil in der Auslassöffnung öffnet und Fluid aus der ersten Arbeitskammer ausströmt. Wird anschließend der Druck in der zweiten Arbeitskammer erniedrigt, so schließt das Rückschlagventil zur Auslassöffnung und das Rückschlagventil zur Einlassöffnung wird geöffnet. Der Balg expandiert und es wird Fluid durch die Einlassöffnung in die erste Arbeitskammer gesaugt. Die Druckveränderung in der zweiten Arbeitskammer wird durch einen Kolben erreicht, der von einer auf einer Motorwelle angeordneten Exzenternocke bewegt wird. Durch Betätigung eines Positionierorgans kann der in der zweiten Arbeitskammer minimal und der in der zweiten Arbeitskammer maximal erzeugte Druck verändert werden. Z. B. wird bei einer Betriebsweise der Balg stärker kontrahiert und auch stärker expandiert, wodurch die Durchsatzmenge des Fluids zu steigern ist. Mit anderen Worten zusammengefasst, handelt es sich bei der in der
DE 195 48 074 A1 beschriebenen Pumpe um eine hydraulische Übersetzerpumpe, bei der der Balg als Übersetzungsglied verwendet wird.
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Die
DE 100 35 625 A1 (Anmelderin: Siemens AG; Anmeldetag: 21.07.2000) zeigt verschiedene schematische Ausführungsbeispiele von Pumpen mit Balgen in Schnittdarstellung. Das erste dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt eine Balgpumpe, bei der in einer Führungsbohrung ein Kolben angeordnet ist, der einen kreisförmigen Querschnitt aufweist und dessen Querschnitt in der Weise an dem Querschnitt der Führungsbohrung angepasst ist, dass zwischen der Führungswand und der Seitenwand des Kolbens ein Führungsspalt mit einer vorgegebenen Breite ausgebildet ist. Für die Pumpe ist ein Aktor vorgesehen. Der Aktor steht entweder direkt oder über Stellglieder in Wirkverbindung mit einem der Enden des Kolbens. Als Aktor wird beispielsweise eine Taumelscheibe oder ein Exzenterantrieb verwendet. Neben einem ersten Pumpraum ist zwischen dem Kolben und dem Faltenbalg ein zweiter Teil eines Pumpraums ausgebildet. Der Faltenbalg soll aus Metall hergestellt sein, sodass der metallische Faltenbalg über eine Schweißnaht mit dem metallischen Kolben und der metallischen Führungswand sicher und dicht verbindbar sein soll. Der Aktor bewegt den Kolben in den Pumpraum hinein, sodass eine Verdichtung des im ersten Teil des Pumpraums und im zweiten Teil des Pumpraums befindlichen Fluids erfolgen kann. Somit wird der äußerst geringe Hub der Taumelscheibe oder des Exzenterantriebs mit Hilfe des Kolbenweges erhöht. Der Balg übernimmt die Aufgabe, Pumphubbewegungen des Kolbens in dichter Weise mitzulaufen.
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Hinweise zu vorteilhaften Verwendungen von Balgen lassen sich auch aus anderen Einsatzgebieten als dem Anwendungsgebiet Kraftfahrzeug entnehmen. Aus der
DE 33 33 977 A1 (Anmelderin: Infusaid Corp.; Prioritätstag: 20.09.1982), der
DE 33 43 708 A1 (Anmelderin: Moog Inc.; Prioritätstag: 08.12.1982), der
DE 33 90 255 C2 (Patentinhaberin: The Johns Hopkins University; Prioritätstag: 04.11.1982) und der
DE 91 90 053 U1 (Gebrauchsmusterinhaberin: Infusaid Inc.; Prioritätstag: 25.04.1990) sind implantierbare Infusionsvorrichtungen bekannt, die einen Faltenbalg aufweisen. Zudem wird in der
DE 33 33 977 A1 der Vorschlag unterbreitet, vor einem Auslass aus dem Faltenbalg ein Filter anzuordnen.
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In der
DE 21 43 282 B2 (Anmelderin: Drägerwerk AG; Anmeldetag: 30.08.1971) ist ein Gasspür- bzw. ein Staubspürmessgerät beschrieben, wobei ein Blasebalg als Saugvorrichtung dient.
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Trotz der inzwischen weithin bekannten unterschiedlichen Einsatzarten von Balgpumpen, haben sich andere Pumpenkonzepte das Einsatzgebiet der Standheizungen erobert. Standheizungen werden in Kraftfahrzeugen deswegen verbaut, weil sie zum Beheizen der Fahrgastzelle von Fahrzeugen aller Art dienen, ohne auf die Wärmeabgabe des laufenden Motors angewiesen zu sein. Sie werden im Allgemeinen direkt aus dem Tank mit dem Treibstoff des jeweiligen Fahrzeugs betrieben und können entweder die Luft des Innenraumes beheizen oder über den Kühlwasserkreislauf des Fahrzeugs in den Heizkreislauf eingebunden sein. Der für die Verbrennung benötigte Kraftstoff wird in einer ersten Variante über eine separat einzubauende Kraftstoffpumpe zum Heizgerät befördert. Der Nachteil dieser Möglichkeit besteht darin, dass eine solche Kraftstoffpumpe häufig störanfällig ist. Lange Standzeiten können durch Ablagerungen aus dem Kraftstoff zu Problemen führen. Daher sollen Standheizungen, auch in den warmen Jahreszeiten, einmal pro Monat für mindestens 20 Minuten in Betrieb genommen werden. Bei der in den letzten Jahren um sich greifenden CO2-Diskussion eine energetisch unerwünschte Begleiterscheinung für den Luxus der betriebsbereiten Standheizung in den kalten Jahreszeiten.
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Die eingangs vorgestellte Beschreibung der
DE 20 2011 051 879.5 (Gebrauchsmusterinhaberin: hofer mechatronik GmbH; Anmeldetag: 07.11.2011), deren Inhalt mit ihrer Referenzierung als vollinhaltlich in die vorliegende Beschreibung als Hintergrundinformation eingebunden anzusehen ist, verdeutlicht die Grundprinzipien der ineinander verschachtelt ausgeführten Balgpumpe mit Nutzung des Balginnenraums als Pumparbeitsraum für vorliegende Erfindung (durch die Referenzierung erübrigt sich, noch einmal umfassend die mechanisch-räumlichen und die funktionellen Aspekte einer erfindungsgemäßen Balgpumpe erörtern zu müssen), und zeigt Möglichkeiten auf, eine Balgpumpe als Standheizungspumpe einsetzen zu können.
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Aufgabenstellung
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Die vorliegende Erfindung setzt sich damit auseinander, eine Kraftstoffpumpe für eine Standheizung bereitzustellen, die eine reduzierte Störanfälligkeit aufweist.
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Erfindungsbeschreibung
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Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch eine Balgpumpe nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen lassen sich den abhängigen Ansprüchen entnehmen.
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Eine Balgpumpe trägt den Namen Balgpumpe, weil sie mit einem Balg ausgestattet ist. Es ist besonders vorteilhaft, wenn der Balg unmittelbar für das Pumpen einer Flüssigkeit wie Diesel oder Benzin oder einem sonst üblichen Kfz-Kraftstoff verwendbar ist. Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn der Balg unmittelbar elektromagnetisch über ein elektromagnetisches Hubelement bewegt, also entweder gestaucht oder gestreckt bzw. wechselweise gestaucht und gestreckt, werden kann. Die Bewegung bzw. die jeweils einzunehmende Lageposition des Balgs wird über eine Platte vermittelt. Mit dem Balg ist eine Platte fest verbundenen, jedoch beweglich im Pumpengehäuse angeordnet. Die Bewegung der Platte wird mittels eines Antriebs hervorgerufen. Der Antrieb dient zur Auslenkung der Platte, mit anderen Worten, der Antrieb bestimmt die jeweils einzunehmende Relativlage des Balgs im Pumpengehäuse. Hierbei kann der Innenraum des Balgs als Pumpvolumen (zumindest teilweise) genutzt werden.
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Nach einem weiteren, bemerkenswerten Aspekt sind der Balg und die Platte Teil einer begrenzenden Einfassung. Ein Arbeitsraum, der auch als Pumpraum bezeichnet werden kann, wird durch die Bauteile Balg und Platte der Balgpumpe begrenzt.
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Für das Fördern eines Fluids wie das Fördern von Diesel oder das Fördern von Benzin gibt es Kanäle in der Balgpumpe. Ein Einlasskanal kann in eine durchgeschaltete und in eine unterbrochene Konfiguration verbracht werden. In zumindest einer Konfiguration ist der Einlasskanal mit dem Arbeitsraum verbunden. Der Einlasskanal ist somit bis zu dem Arbeitsraum hin verbindbar. Darüber hinaus gibt es einen Auslasskanal. In einer Konfiguration ist der Auslasskanal mit dem Arbeitsraum verbunden. In einer weiteren Konfiguration ist der Auslasskanal von dem Arbeitsraum abgekoppelt. Zwischen wenigstens zwei Zuständen kann in der Balgpumpe umgeschaltet werden. In einem Zustand stellt der Auslasskanal eine Verbindung zwischen Arbeits- bzw. Pumpraum und dem Äußeren der Balgpumpe her. Somit ist der Auslasskanal mit dem Arbeitsraum verbindbar.
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Es ist besonders vorteilhaft, wenn Rückschlagventile vorhanden sind. Die Rückschlagventile können die hydraulischen Stufen über die Balgpumpe realisieren bzw. gegeneinander abgrenzen. In einer Ausgestaltung ist in dem Einlasskanal ein erstes Rückschlagventil. In dem Auslasskanal ist vorteilhafterweise ein zweites Rückschlagventil angeordnet. Die Rückschlagventile können z. B. wechselweise in einem geöffneten Zustand, also in einem durchgeschalteten Zustand, verweilen.
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Ein zentrales Bauteil im Inneren des Pumpengehäuses kann ein Grundkörper sein. Der Grundkörper dient zur Befestigung und zur Lagerung. Der Grundkörper kann so gestaltet sein, dass zumindest das erste Rückschlagventil in diesem Grundkörper gelagert ist. Im Anschluss an das erste Rückschlagventil folgt eine Vorkammer. Die Vorkammer grenzt an dem Rückschlagventil an. Die Vorkammer wird eingefasst bzw. begrenzt durch den Grundkörper und durch die Platte. Die Vorkammer spannt sich zwischen der Platte und dem Grundkörper auf. Je nach Lage der Platte ergibt sich eine von der Lage abhängige Größe bzw. Abmessung der Vorkammer. Die Vorkammer schließt sich an das erste Rückschlagventil an. Die Vorkammer lässt sich so mithilfe einer Steuerung durch die Platte zum Aufziehen des einen Rückschlagventils einsetzen. Die Vorkammer verstärkt durch Unterdruckbildung die Öffnungsbewegung des Rückschlagventils.
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Die zuvor beschriebene Balgpumpe lässt sich sehr leicht starten. Der Balg der Balgpumpe mündet in einer Ausgestaltung in eine Platte. Die Platte ist beweglich in der Balgpumpe vorhanden. Die Platte ist an dem Balg angebunden. Der Balg ist fest mit der Platte verbundenen. Die Platte ist wiederum beweglich, somit sind Platte und Balg in der Balgpumpe beweglich. Mit einem Antrieb wird die Platte ausgelenkt. Die Auslenkung der Platte überträgt sich auf den Balg, die Auslenkung lenkt wiederum den Balg aus. Zwischen Balg und Platte ist ein Pumpraum, der auch als Arbeitsraum bezeichnet werden kann. Mit anderen Worten, der Balg und die Platte umschließen an verschiedenen Seiten einen Arbeitsraum. Besonders effektiv ist eine elektromagnetische Steuerung der Platte, d. h., eine Platte, die als Anker oder als magnetischer Schluss in einem magnetischen Kreis arbeitet.
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Des Weiteren sind in einer besonders günstigen Ausgestaltung Kanäle in dem Gehäuse der Balgpumpe vorhanden. Ein Kanal kann als Einlasskanal bezeichnet werden. In der Balgpumpe wird der Arbeitsraum über einen Einlasskanal hydraulisch erschlossen. Daneben gibt es einen Auslasskanal. Über den Auslasskanal kann der Arbeitsraum sein Fluid weiterleiten. Mit dem Arbeitsraum ist der Auslasskanal verbindbar. Der Auslasskanal stellt in einem Konfigurationszustand eine Verbindung bis zu dem Arbeitsraum her. In dem Einlasskanal ist das erste Rückschlagventil eingebaut. In dem Auslasskanal ist ein weiteres Rückschlagventil, das zweite Rückschlagventil eingebaut.
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Der Grundkörper hat in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung im Inneren der Balgpumpe solche Abmessungen, dass mindestens das erste Rückschlagventil in dem Grundkörper angeordnet sein kann. Das Rückschlagventil ist in dem Grundkörper gelagert. Das Öffnen des Rückschlagventils erfolgt durch eine bewusste Unterdrucksteuerung. Der Unterdruck wird durch eine Vorkammer erzeugt, in die das Fluid nach einem Aufziehen des Rückschlagventils einströmen kann. Der Unterdruck bildet sich während einer gewissen Zeit in der Balgpumpe. Für den Unterdruck wird die Vorkammer eingesetzt. Das erste Rückschlagventil wird durch einen phasenweise vorhandenen Unterdruck aufgezogen. Der Unterdruck, hervorgerufen durch die Vorkammer, zieht das Rückschlagventil in eine Durchlassstellung.
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Obwohl der Balg nur einen geringen Druckunterschied und damit nur eine geringe Förderhöhe zulässt, ist ein sicheres Ansaugen, insbesondere in einer Startphase der Balgpumpe, aufgrund des Unterdrucks in einem speziellen Abschnitt, der in einer Konfiguration in den Arbeitsraum münden kann, gewährleistet.
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Nachfolgend werden vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen dargelegt, die für sich gesehen, sowohl einzeln aus auch in Kombination, ebenfalls erfinderische Aspekte offenbaren können.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung geht die Vorkammer in den Arbeitsraum über. Die Vorkammer steht mit mindestens einem Arbeitsraum in Verbindung. Der Durchmesser bzw. die Durchflussbreite können im Betrieb variieren. Es ist jedoch vorteilhaft, wenn eine permanente, zumindest geringfügige Verbindung zwischen Vorkammer und Arbeitsraum verbleibt, z. B. durch einen Abstand von weniger als 1 mm, z. B. von 3/10 mm zwischen der Platte und dem Grundkörper. Platte und Grundkörper schließen nicht vollständig. Es verbleibt ein bewusster Spalt zwischen der Platte und dem Grundkörper. So kann insbesondere eine permanente hydraulische Verbindung zwischen Vorkammer und Arbeitsraum geschaffen werden. Die Vorkammer mündet in den Arbeitsraum.
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Für ein besseres, insbesondere berührungsloses, Anschmiegen der Platte an den Grundkörper kann die Platte mehrstufig ausgestaltet sein. Es kann auch gesagt werden, für ein mechanisches Nachzeichnen oder Abbilden folgt die Form der Platte der Form des Grundkörpers. Die Platte kann ein gestuftes Aussehen haben. Die Platte kann mit einer Wanne verglichen werden. Die Platte kann als wannenartiges Stück betrachtet werden. Ein Teil der Platte hat einen Vorsprung in eine Richtung von einer Mittelachse der Platte aus gesehen. Die Platte kann im Übrigen symmetrisch gestaltet sein, z. B. um einen Zentralpunkt herum. Mit einem Vorsprung kann die Platte ausgestattet ein Achsensymmetrieteil sein. Mit anderen Worten, die Symmetrie bezieht sich auf eine durch die Platte zu legende Symmetrieachse. Die Platte ist besonders kostengünstig herzustellen, wenn es sich bei der Platte um ein Formblechteil handelt, insbesondere um ein tiefgezogenes Formblechteil. Der Grundkörper und die Platte können aufeinander abgestimmt sein. Sind die Stufen der Platte in den gleichen Abständen arrangiert wie Hinterzüge an einer Seite des Grundkörpers, können sich die Stufen an Ausläufern des Grundkörpers gut anschmiegen. In einem solchen Fall kann auch gesagt werden, die Platte verläuft parallel zu den Vor- und Rücksprüngen des Grundkörpers.
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In einer Weiterbildung hat die Balgpumpe eine so gestaltete Platte, dass die Platte möglichst exakt auf den Grundkörper abgestimmt ist. Der Grundkörper hat an einer Seite ähnliche Symmetrien wie die Platte. Grundkörper und Platte haben Abmessungen, die aufeinander passen. Zumindest ein Teil der Platte greift in eine in dem Grundköper ausgebildete Vertiefung ein. Die Vertiefung ist gegensymmetrische zur Platte gestaltet. Die Platte hat Vorsprünge, die auf die Vertiefungen des Grundkörpers passen. Die Platte ragt in die Vertiefungen des Grundkörpers.
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Zumindest eines der Rückschlagventile kann als Tellerrückschlagventil ausgestaltet sein. Ein Tellerrückschlagventil ist an der Position des ersten Rückschlagventils ein geeignetes Rückschlagventil, weil das Tellerrückschlagventil nur ein geringes Totvolumen aufweist. Ein Tellerrückschlagventil kann so gestaltet sein, dass es sich selbst in einem Fluid ausrichtet. Die Länge des Tellerrückschlagventils kann auch von einem Filterkorb eingefasst werden. Das Tellerrückschlagventil kann zumindest abschnittsweise von dem Filterkorb umschlossen sein.
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Das Tellerrückschlagventil leitet seinen Namen von einem Teller ab, der als Ventilsitz genutzt werden kann. Weiterhin haben Tellerrückschlagventile in der Regel einen Stift. Weiterhin kann eine Feder vorgesehen sein. Ein Tellerrückschlagventil umfasst eine Feder, einen Stift und den Teller. Der Stift kann freihängend in dem Grundkörper angeordnet sein. Der Stift wird nur von einer Seite aus gehalten. In einem solchen Fall hat das Tellerrückschlagventil ein freies Ende. An seinem freien Ende kann zusätzlich an dem Stift eine Auflagefläche angeformt sein. Die Auflagefläche ist für die Feder ausgebildet. Die Feder stützt sich an der Auflagefläche ab.
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In der Balgpumpe richtet sich das Tellerrückschlagventil von selbst aus, wenn es einseitig gehalten ist. Das Tellerrückschlagventil kann von unterschiedlichen Seiten betrachtet werden. Eine Seite ist die dem Teller zugewandte Seite. Die Feder ist auf der dem Teller zugewandten Seite mit einer Grundplatte fest verbunden. Die Grundplatte ist Teil des Grundkörpers. Die Grundplatte beschließt den Grundkörper. Die Grundplatte ist der Teil, der den Grundkörper gestuft ausgestaltet. Die Grundplatte ist fest mit dem Grundkörper verbunden.
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Das Strömungsverhalten in der Balgpumpe kann durch Oberflächengestaltungen der Wände, die von dem Fluid benetzt werden, verbessert werden. Das erste Rückschlagventil kann in radialer Richtung eine Trichtererweiterung haben. An einer Seite des Grundkörpers kann der Grundkörper die Trichtererweiterung aufweisen. Die Trichtererweiterung kann bis zu dem Einlasskanal reichen.
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Der Grundkörper der Balgpumpe kann zumindest teilweise hohl gestaltet sein. Das Tellerrückschlagventil sowie der Filterkorb können in dem Hohlraum in dem Grundkörper angeordnet sein. Der Hohlraum kann als Reservoir dienen. Der Hohlraum kann in einer Ausgestaltung ein Mehrfaches des Volumens des Vorraums aufweisen. Ein Umladen des Kraftstoffs bzw. des Fluids von dem Reservoir in den Vorraum wird so schnell sichergestellt. In dem Grundkörper ist das Reservoir für das Nachladen des Arbeitsraums durch eine Hohlraumbildung vorgehalten.
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In einer Ausgestaltung kann das Volumen des Reservoirs mindestens das 10-fache Hubvolumen der Balgpumpe haben. In einer kompakteren Ausgestaltung kann das Hubvolumen ein Fünftel des Volumens des Reservoirs betragen. Ein weiteres Verhältnis, das einen Einfluss auf das Arbeitsverhalten der Balgpumpe hat, ist das Verhältnis des gesamten Hubvolumens der Balgpumpe zu dem Volumen, das der Vorkammer zuzurechnen oder zuzuordnen ist. Das maximale Volumen, das der Vorkammer zugeordnet werden kann, sollte in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung weniger als ein Zehntel des von der Balgpumpe pro Arbeitshub geförderten Hubvolumens entsprechen. Wird das gesamte Hubvolumen mit dem Volumen der Vorkammer verglichen, so ist es vorteilhaft, wenn das Hubvolumen wenigstens zehnmal so groß ist wie das Vorkammervolumen.
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Um die Wartungsintervalle zu verlängern, kann eine möglichst große Filterfläche vorgehalten werden. Der Filterkorb kann z. B. (quer zur Hauptströmrichtung des Fluids vom Reservoir zum Öffnungsquerschnitt des Rückschlagventils) mindestens die dreifache Fläche im Vergleich zu der engsten Stelle eines Strömungsquerschnitts in dem ersten Rückschlagventil aufbieten. Diese Querschnittsgegenüberstellung lässt sich durch Vergleich z. B. dann messen, wenn das Tellerrückschlagventil in Durchlassstellung steht. Eine noch größere Langlebigkeit ist dadurch zu erzielen, dass die Fläche des Filters mehr als das zehnfache der Fläche des Fluiddurchtritts durch das erste Rückschlagventil beträgt. Durch ein großflächigen, mehrseitig zu nutzenden Filterkorb lassen sich die Wartungsintervalle reduzieren. Insbesondere Benzin für Standheizungen gilt als hochgradig verschmutzt.
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Für eine besondere mechanische Stabilität kann der im Reservoir sonst frei vorhandene Filterkorb einseitig von dem Grundkörper anliegen und so durch den Grundkörper getragen werden.
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Eine solche Balgpumpe kann günstig als Kraftstoffpumpe, z. B. als Förderpumpe für Standheizungen, eingesetzt werden.
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Die zuvor dargestellten Kombinationen und Ausführungsbeispiele lassen sich auch in zahlreichen weiteren Verbindungen und Kombinationen betrachten.
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Figurenkurzbeschreibung
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Die vorliegende Erfindung kann noch besser verstanden werden, wenn Bezug auf die beiliegenden Figuren genommen wird, die beispielhaft besonders vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeiten darlegen, ohne die vorliegende Erfindung auf diese einzuschränken, wobei
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1 ein Balgpumpe,
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2 eine Grundplatte mit Tellerrückschlagventil in geschlossener Position,
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3 die Grundplatte mit dem Tellerrückschlagventil aus 2 in geöffneter Position,
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4 ein Tellerrückschlagventil in geschlossener Position mit Grundplatte mit einer Trichtererweiterung und
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5 das Tellerrückschlagventil aus 4 in geöffneter Position zeigt.
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Figurenbeschreibung
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In 1 ist eine ein Gehäuse 1 umfassende Balgpumpe 3 gezeigt. Die Balgpumpe 3 weist einen Balg 5 auf. Der Balg 5 ist auf der einen Seite mit einer beweglichen Platte 7 fest verbunden. Auf der der Platte 7 gegenüberliegenden Seite ist der Balg 5 mit einem Grundkörper 15 fest verbunden. Durch den Balg 5, durch die bewegliche Platte 7 und durch den Grundkörper 15 wird ein Arbeitsraum 11 begrenzt. Mit dem Arbeitsraum 11 sind jeweils ein Einlasskanal 19 und ein Auslasskanal 21 verbunden. In dem Einlasskanal 19 ist ein erstes Rückschlagventil 23 angeordnet, durch den der Einlasskanal 19 verschlossen werden kann. In dem Auslasskanal 21 ist ein zweites Rückschlagventil 25 angeordnet, durch das der Auslasskanal 21 verschlossen werden kann. Die Platte 7 hat mehrere Stufen wie die Stufe 57 und ragt so zwischen die Ausläufer 45.
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Weiterhin sind in 1 Rückschlagventile wie das Rückschlagventil 23 zu sehen. Als erstes Rückschlagventil 23 ist ein Tellerrückschlagventil 27 mit einem Teller 29, einem Stift 31 und einer Feder 33 vorgesehen. Das Tellerrückschlagventil 27 ist in umgekehrter Weise eingebaut. Der Stift 31 ist überwiegend freitragend und erstreckt sich mehr als 50% seiner Länge in das Reservoir 41. Bauteiltoleranzen zwischen Tellerrückschlagventil 27 und Grundkörper 15, genauer die Öffnung für die Aufnahme des Tellerrückschlagventils 27, können weitestgehend ignoriert werden. Nur unmittelbar benachbart zum Teller 29 ist der Stift 31 durch den Grundkörper 15 geführt. Das Tellerrückschlagventil 27 ist in zwei Schaltzuständen in den 2 und 3 dargestellt. Mit dem Stift 31 ist eine Auflagefläche 35 fest verbunden, auf der sich die Feder 33 mit ihrem einen Ende abstützt. Das andere Ende der Feder 33 stützt sich gegen eine mit dem Grundkörper 15 fest verbundene Grundplatte 17 ab. Die Grundplatte 17 schließt ein in dem Grundkörper 15 ausgebildetes Reservoir 41 ab, das Teil des Einlasskanals 19 ist. Der Teller 29 des Tellerrückschlagventils 27 wird durch die Federkraft der Feder 33 auf der Seite des Arbeitsraumes 11 gegen die Grundplatte 17 gepresst. Der Teller 29 verschließt die Verbindung von Einlasskanal 19 und Arbeitsraum 11 in der in den 1, 2 und 3 gezeigten Ausführungsform.
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In dem Reservoir 41 ist ein Filter 37 angeordnet. Als Filter 37 ist ein Filterkorb 39 vorgesehen. Der Filterkorb 39 ist mit der Grundplatte 17 fest verbunden. Das von dem Filterkorb 39 eingeschlossene Volumen ist ein Vielfaches des Hubvolumens der Balgpumpe 3, d. h. der Volumenänderung des Arbeitsraumes 11 während des Betriebes. Das Filter 37 ist ein aus einem Metallgitter durch Drücken hergestellter Filterkorb 39.
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Die Grundplatte 17 kann als Einheit mit dem Tellerrückschlagventil 27 und dem Korbfilter 39 vormontiert werden. Diese Einheit kann dann mit dem Grundkörper 15 fest verbunden werden, insbesondere durch ein Einpressen fest verbunden werden. Das Tellerrückschlagventil 27 ist in der gezeigten Ausführung freihängend und richtet sich eigenständig aus. Das Tellerrückschlagventil 27 verläuft nach einem Ausrichten parallel zu den Seitenwänden des Grundkörpers 15. Das Ausrichten geschieht durch eine hydraulische Gleichgewichtsbildung, insbesondere entlang des Stifts 31. Durch eine Begrenzungskante 52 an dem Teller 29 wird durch eine einfache Linienberührung eine Dichtung in dem Tellerrückschlagventil 27 hergestellt.
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Das in dem Auslasskanal 21 angeordnete zweite Rückschlagventil 25 ist ein Kugel-Feder-Rückschlagventil, das auch mit dem Namen Kugelsitzventil zu bezeichnen ist.
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Zur Bildung einer Vorkammer 13 im Arbeitsraum 11 ist die bewegliche Platte 7 mit einem Vorsprung 43 versehen. Als bewegliche Platte 7 mit Vorsprung 43 kann ein tiefgezogenes Formblechteil verwendet werden. Der Vorsprung 43 ist achssymmetrisch zu einer Längsachse 4 der Balgpumpe 3. Der Vorsprung 43 ist zwischen Ausläufern 45 des Grundkörpers 15 positioniert. Durch die Ausläufer 45 des Grundkörpers 15 wird zusammen mit der Grundplatte 19 eine Vertiefung 47 gebildet. Die Vertiefung 47 ist gegensymmetrisch zum Vorsprung 43 der Platte 7. Durch die Vertiefung 47 und den Vorsprung 43 wird die Vorkammer 13 gebildet. Die Vorkammer 13 ist über einen Kanal 55 permanent mit dem Arbeitsraum 11 hydraulisch verbunden. Eine metallische Berührung zwischen Grundkörper 15, insbesondere seinen Ausläufern 45, und dem Vorsprung 43 der Platte 7 wird vermieden. Der magnetische Schluss wird ausschließlich zu dem Antrieb 9 durch die Platte 7 hergestellt.
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Diese Platte 7 ist mit einem Anker 10 eines nicht näher dargestellten elektromotorischen Antriebs 9 fest verbunden. Durch den Antrieb 9 wird der Balg 5 auseinandergezogen. Die bewegliche Platte 7 wird von Grundplatte 17 entfernt. Dadurch entsteht in der Vorkammer 13 ein Unterdruck. Dieser Unterdruck in der Vorkammer 13 ist größer als der durch diesen Hub erzeugte Unterdruck innerhalb des Arbeitsraumes 11 außerhalb der Vorkammer 13. Durch den Unterdruck in der Vorkammer 13 wird das Tellerrückschlagventil 27 geöffnet und Flüssigkeit strömt vom Einlasskanal 19 in die Vorkammer 13 und damit (in verzögernder Weise) auch in die Arbeitskammer 11. Durch die Vorkammer 13 wird ein größerer Startunterdruck bereitgestellt, als es allein mit dem Arbeitsraum 11 möglich wäre. Da das von dem Filterkorb 39 eingeschlossene Volumen groß ist im Vergleich zu dem durch das Tellerrückschlagventil 27 strömende Volumen, darf der Strömungswiderstand des Filterkorbs 39 vernachlässigt werden.
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Wird die Platte 7 durch den Antrieb 9 in Richtung Grundplatte 17 bewegt, so schließt das Tellerrückschlagventil 27, sobald der Unterdruck in der Vorkammer 13 kleiner ist als die durch die Feder 33 des Tellerrückschlagventils voreingestellte Rückstellkraft. In der Vorkammer 13 und in dem Arbeitsraum 11 wird ein Überdruck erzeugt. Durch den Überdruck wird das zweite Rückschlagventil 25 geöffnet. Flüssigkeit strömt durch den Auslasskanal 21 aus dem Arbeitsraum 11.
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Die zuvor beschriebene Balgpumpe 3 kann zum Pumpen von Kraftstoff wie Diesel und Benzin eingesetzt werden. Ist der Kraftstoff noch kalt und damit zähflüssig oder befindet sich in der Vorkammer 13 oder dem Arbeitsraum 11 noch Luft, so ist bei der Inbetriebnahme ein erhöhter Druckunterschied zwischen einer Stelle diesseits und jenseits des ersten Rückschlagventils 23 erforderlich, um ein Strömen des Kraftstoffes in die Vorkammer zu erreichen. Durch die Vorkammer 13 wird dieser erforderliche erhöhte Startdruck bereitgestellt.
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Durch eine Düsenwirkung kann das Einströmen von Flüssigkeit aus dem Einlasskanal 19 bei geöffnetem Tellerrückschlagventil 27 noch unterstützt werden. Durch die spezielle Ausgestaltung der Grundplatte 17 mit einer Trichtererweiterung 49 wird eine Düsenwirkung im Bereich des ersten Rückschlagventils 23 erzeugt. Diese Trichtererweiterung 49 ist insbesondere in den 2 und 3 gut zu erkennen. Weiterhin ist die Grundplatte 17 mit einer Rundung 53 versehen, die die Düsenwirkung nochmals verstärkt.
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In der in den 4 und 5 dargestellten Ausführungsvariante des Tellerrückschlagventils 127 ist der Teller 129 des Tellerrückschlagventils 127 als Kegelstumpf 151 ausgebildet. Dieser Kegelstumpf 151 liegt in geschlossenem Zustand des Tellerrückschlagventils 127 an einer Begrenzungskante 152 einer Längsbohrung an, durch die der Stift 131 in das Reservoir 141 ragt. Beim Öffnen des Tellerrückschlagventils 127 wird über die Kegelflächen des Kegelstumpfes 151 eine Düsenwirkung erzeugt. Es bildet sich lokal am Ventil, an dem Tellerrückschlagventil 127, ein Unterdruck. Diese Düsenwirkung kann durch die Ausbildung der Rundung 153 noch verstärkt werden. Die Grundplatte 117 bietet eine Öffnung, die zunächst von einer Seite ausgesehen trichterförmig verläuft, um in Richtung auf die andere Seite wieder in aufweitender Weise eine hydraulische Führung für das Fluid anzubieten.
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Zur Vermeidung von Verschmutzung in der Balgpumpe 3, die z. B. zu Verklemmungen des Tellerrückschlagventils 127 führen können, ist ein Filterkorb 139 um das Tellerrückschlagventil 127 eingangsseitig angeordnet, durch das das Fluid zunächst durchtreten muss. Für die Filterung ist der Filterkorb 139 aus einem perforierten Blech, also einem feinmaschigen Lochblech, hergestellt. Der Filterkorb 139 ist selbsttragend. Der Filterkorb 139 verläuft beabstandet von der Auflagefläche 135 für den Stift 131. Die Auflagefläche 135 befindet sich im Inneren des Filterkorbs 139.
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In einer bevorzugten Ausführung wird ein Tellerrückschlagventil 127 eingesetzt, dessen Stift 131 einen Durchmesser von weniger als 3,0 mm, insbesondere zwischen 1,5 mm und 2,0 mm hat. Die Feder 133 hat eine Federkraft von 0,1 bis 0,2 Newton. Der Öffnungsquerschnitt durch die Grundplatte 117 sollte nicht mehr als 1,0 mm größer als der Durchmesser des Stifts 131 sein, z. B. also weniger als 4,0 mm bei einem Stiftdurchmesser von 3,0 mm.
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Mit einer Balgpumpe kann ein Pumpendruck von 0,2 bar aufgebaut werden und die Balgpumpe 3 kann zuverlässig den Betrieb der Standheizung aufnehmen. Mit einer solchen Balgpumpe wie der Balgpumpe 3 kann ein Fluid im Umfang von ca. 1 bis 5 l/min über den Arbeitsraum 11 gepumpt werden. Der Stift wie der Stift 31 oder der Stift 131 öffnet nur in einem Bruchteil eines Millimeters. Die Öffnung des Tellerrückschlagventils 27 bzw. 127 erfolgt durch den Unterdruck in der Vorkammer 13. Der zusätzliche Unterdruck in der Vorkammer 13 steigert den Druckunterschied pro Pumphub des Balgs 5.
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Die in den einzelnen Figuren gezeigten Ausgestaltungsmöglichkeiten lassen sich auch untereinander in beliebiger Form verbinden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gehäuse
- 3
- Balgpumpe
- 4
- Längsachse
- 5
- Balg
- 7
- Platte, insbesondere axial bewegliche Platte
- 9
- Antrieb
- 10
- Anker
- 11
- Arbeitsraum
- 13
- Vorkammer
- 15
- Grundkörper
- 17, 117
- Grundplatte
- 19
- Einlasskanal
- 21
- Auslasskanal
- 23
- erstes Rückschlagventil
- 25
- zweites Rückschlagventil
- 27, 127
- Tellerrückschlagventil
- 29, 129
- Teller
- 31, 131
- Stift
- 33, 133
- Feder
- 35, 135
- Auflagefläche
- 37
- Filter
- 39, 139
- Filterkorb
- 41, 141
- Reservoir
- 43
- Vorsprung
- 45
- Ausläufer
- 47
- Vertiefung
- 49
- Trichtererweiterung
- 151
- Kegelstumpf
- 52, 152
- Begrenzungskante
- 53, 153
- Rundung
- 55
- Kanal
- 57
- Stufe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 867627 C [0003]
- DE 202011051879 [0004, 0010]
- DE 19548074 A1 [0005, 0005]
- DE 10035625 A1 [0006]
- DE 3333977 A1 [0007, 0007]
- DE 3343708 A1 [0007]
- DE 3390255 C2 [0007]
- DE 9190053 U1 [0007]
- DE 2143282 B2 [0008]
