DE2831437C2

DE2831437C2 - Förder- und Dosierpumpe

Info

Publication number: DE2831437C2
Application number: DE2831437A
Authority: DE
Inventors: Joseph 8012 Ottobrunn Glaß; Karl 8031 Planegg Panick
Original assignee: Webasto Werk W Baier GmbH and Co
Current assignee: Webasto Werk W Baier GmbH and Co
Priority date: 1978-07-18
Filing date: 1978-07-18
Publication date: 1983-12-15
Also published as: IT7924264A0; SE7905150L; FR2431615A1; SE437700B; JPS6131317B2; US4496292A; FR2431615B1; IT1122125B; DE2831437A1; US4309153A; JPS5517684A

Description

Die Erfindung betrifft eine Förder- und Dosierpumpe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Für die Dosierung von flüssigen Kraftstoffen werden

Ί5 normalerweise Kolbenpumpen verwendet, da im wesentlichen nur mit Kolbenpumpen Kraftstoffe mit stark unterschiedlicher Viskosität volumetrisch dosiert werden können. Bei diesen Dosierpumpen treten jedoch in der Praxis erhebliche Probleme auf, die einen störungs freien Betrieb meist nicht gewährleisten. Zunächst kön nen diese Dosierpumpen, wenn überhaupt, so nur geringe Saughöhen überwinden. Besonders bei Kraftstoffen mit niedrigem Siedebeginn treten bereits bei einer Saughöhe von wenigen Zentimetern in starkem Maße Dampfblasen auf, durch welche die Fördermenge und damit der hydraulische Wirkungsgrad wesentlich verringert werden. Je nach Ausführung und Umweltbedingungen kann der Einfluß von Dampfblasen so groß sein, daß der hydraulische Wirkungsgrad auf Null absinkt

Ein weiterer Machteil dieser Pumpen ist besonders bei der Förderung von Kraftstoffen mit niedrigem Siedebeginn eine große Abhängigkeit der Fördermenge durch die Umgebungstemperatur. Diese Pumpen müssen im Kraftfahrzeug immer an möglichst kalten Stellen mon tiert werden, was oft zu Schwierigkeiten und falscher Montage führt. Bei Umgebungstemperaturen über 10⁰C steigt der Anteil an Dampfblasen erheblich an, wodurch die geringe Saugfähigkeit noch weiter verschlechtert wird. Ähnliche SchwierigkeVtec treten auch bei Lei- tungslängen von mehreren Metern auf, die in der Praxis üblich sind. Außerdem ist die Fullzeit trockener Leitungen erheblich, da der hydraulische Wirkungsgrad dieser Pumpen sehr gering ist, wenn diese Gas fördern müssen. Um die vorstehend aufgeführten Schwierigkeiten zu beheben, wird in der Praxis der Dosierpumpe vielfach eine zweite Pumpe vorgeschaltet Diese zweite Pumpe ist meist eine Membranpumpe mit eigenem elektrischem Antrieb. Dadurch sollen erhöhte Leitungswiderstände kompensiert, zu lange Füllzeiten der bei Betriebsbeginn noch trockenen Leitungen vermieden und größere Saughöhen erreicht werden. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die Fördermenge der Dosierstufe nach wie vor von den auftretenden Förderhöhen stark abhängig ist Eine Förderhöhenänderung durch Verän derung des Flüssigkeitsstandes im Vorratstank bringt bereits unzulässige Fördermengenänderungen. Die bei hohen Umgebungstemperaturen auftretenden Probleme werden durch das Vorschalten einer zweiten Pumpe ebenfalls nicht gelöst Die von der Membran-

§o stufe angebotene Fördermenge kann in der erwärmten Dosierstufe nicht weiter verarbeitet werden. Das bedeutet, daß auch bei dieser Lösung die Dosierpumpe an einer möglichst kühlen Stelle montiert werden muß. Es ist ferner eine Förder- und Dosierpumpe der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art bekannt (DE-OS 26 51 614), bei welcher der Dosierkolben als Tauchkolben ausgebildet ist, dessen Arbeitsraum Förderflüssigkeit von der Membranpumpe über eine

Schwimmerkammer und eine Falleitung ständig zugeht Der Förderhub der Membranpumpe fällt mit dem Förderhub des Dosierkolbens zusammen. Entsprechend führt der Dosierkolben seinen Saughub aus, wenn die Membranpumpe gleichfalls ihren Saughub durchläuft Während des Saughubs von Dosierkolbeh und Membranpumpe schließt das Druckventil der Membranpumpe. Im Falle der bekannten Anordnung erfolgt die Füllung des Arb<;itsraums des Dosierkolbens lediglich unter dem Einfluß des in der Schwimmerkammer aufrechterhaltenen Flüssigkeitsstandes. Diese Füllung läßt zu wünschen übrig. Außerdem wird mindestens während des anfänglichen Teils des Dnickhubes des Druckkolbens Förderflüssigkeit nicht nur über das Druckventil, sondern auch in die Falleitung hinein verdrängt Dadurch ist eine exakte Dosierung iasbesondere bei höheren Hubfrequenzen des Dosierkolbens ausgeschlossen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine mit einer relativ geringen Anzahl von Einzelteilen auskommende elektromagnetische Förder- und Dosierpumpe zu schaffen, bei der die Dosiennenge auch bei großen Leitungslängen bis beispielsweise 10 m, groCün Saughöhen bis beispielsweise 1 m und hohen Umgebungstemperaturen von beispielsweise 60° C konstant bleibt

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst

Das dem Dosierkolben zugeordnete Saugventil verhindert beim Druckhub der Dosierkolbenpumpe ein Verdrängen des Fördermediums (Kraftstoffes) zur Saugseite hin. Dies gewährleistet einen kontrollierten Durchsatz durch die Dosierkolbenpumpe auch bei hohen Kolbenhubfrequenzen und damit eine genaue Dosierung. Weil die Membranpumpe und die Dosierkolbenpumpe ihre Hübe gegenphasig ausführen, liegen die beiden Pumpen funktionsmäßig in Reihe miteinander. Der Arbeitsraum der Dosierkolbenpumpe wird während des Saughubes dieser Pumpe unter den unmittelbaren Einfluß des Druckhubes der Membranpumpe gefüllt Der Füllungsgrad ist gegenüber einer Füllung nur unter den ι Einfluß des Flüssigkeitsstandes in einer Schwimmerkammer erheblich verbessert

Zur weiteren Vereinfachung des Aufbaus der Förderund Dosierpumpe sind die Membranpumpe, die Dosierkolbenpumpe und die Spule des Elektromagneten zweckmäßig in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet

In an sich bekannter Weise kann die Membran der Membranpumpe einfach direkt auf einer Verlängerung des Dosierkolbens angebracht sein. Dabei weisen der Dosierkolben und seine Verlängerung vorteilhaft eine durchgehende Längsbohrung auf, in der ein Saugventil angeordnet ist und die in aen Arbeitsraum der Membranpumpe mündet, wobei das in den Arbeitsraum der Membranpumpe ragende Ende der Kolbenverlängerung in an sich bekannter Weise in der Ruhestellung der Pumpe von der Rückholfeder an eine Dichtung angedrückt ist Auf diese Weise wird ein Null- oder Tankabschluß erreicht, um bei einem höher liegenden Tank eine Entleerung desselben im Ruhezustand zu verhindern.

Um eine unabhängige Einstellung der Fördermenge der Membranpumpe und der Dosierkolbenpumpe zu ermöglichen, kann die Membran der Membranpumpe zur Durchführung des Saughubs von einer eigenen Feder beaufschlagt sein. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind dabei von einander unabhängig einstellbare Mittel zur Begrenz jng der Kolbenbewegung in beiden Richtungen vorgesehen. Dies erlaubt es, einerseits den durch die gemeinsame Rückholfeder bewirkten Förderhub der Membranpumpe und andererseits den Förderhub des Dosierkolbens der Dosierkolbenpumpe einzustellen. Die gemeinsame Rückholfeder hat eine entsprechende große Kraft, um die Gegenkraft der den Saughub der Membranpumpe durchführenden Feder zu überwindea Die letztgenannte Feder kann daher ernsthaft zur Wirkung kommen, wenn an die Magnetspule Spannung angelegt wird und wenn sich der Dosierkolben der Dosierkolbenpumpe bewegt

Die Arbeitsräume der Membranpumpe und der Dosierkolbenpumpe können entsprechend einer abgewandelten Ausführungsfonn der Erfindung auch durch einen Kanal im Pumpengehäuse miteinander verbunden sein.

Die Förder- und Dosierpumpe kann ferner in an sich bekannter Weise einen Speicherramn aufweisen, der einerseits mit dem Arbeitsraum der Membranpumpe und andererseits mit der Saugseite der Dosierkolbenpumpe und mit einer den zuviel gefiv Jenen Kraftstoff abführenden Rücklaufleitung in Verbindung steht Dabei wird die Dosierkolbenpumpe durch den Speicherraum wirkungsvoll gekühlt Eine Aufheizung des von der Dosierkolbenpumpe angesaugten Fördermediums wiFd vermieden. In der Rücklaufleitung kann zweckmäßig ein Rückschlagventil vorgesehen sein, während stromauf dieses Rückschlagventils ein Windkessel angeordnet sein kann.
Dadurch werden Druckschwankungei auf der Saugseite der Dosierkolbenpumpe gedämpft Diese Druckschwankungen treten durch pulsierende Strömungen auf, die durch die Membran und den Dosierkolben hervorgerufen werden. Das Rückschlagventil unterbindet Druckschwankungen, die in der Rücklaufleitung eintreten können. Solche Druckschwankungen können durch ein sich veränderndes Niveau im Vorratstank unterschiedliche Drücke auftreten lassen, die sich ohne das Rückschlagventil direkt auf die Saugseite der Dosierkolbenpumpe auswirken würden. Anstelle eines Rückschlagventils könnte auch eine Drossel vorgesehen werdende eine ähnliche Wirkung hat

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

F i g. I einen Längsschnitt durch eine Förder- und Dosierpumpe gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und

F i g. 2 einen Längsschnitt durch eine Förder- und Dosierpumpe gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Die Förder- und Dosierpumpe gemäß F i g. 1 weist eine Membranpumpe 1 und eine Dosierkolbenpumpe 2 auf. Di? beiden Pumpen sind in einer gemeinsamen Gehäuseanordnung untergebracht, die aus einem topfförmigen Gehäuse 3 mit einem Umfangsflansch 4 und einem an diesen Umfangsflansch 4 angeschraubten Dekkel 5 besteht. Zwischen dem Umfangsflansch 4 und dem Deckel 5 ist eine Membran 6 der Membranpumpe eingeklemmt Der Deckt! 5 enthält einen Saugraum 7, der über einen Saugstutzen 8 mit dem nicht dargestellten Vorratsbehälter verbunden ist, und einen Druckraum 9, der über einen Druckstutzen 10 mit einer :um Vorratsbehälter führenden Rücklaufleitung verbunden ist. Die beiden Räume 7 und 9 sind gegenüber einem Arbeits-

«5 raum 11 der Membranpumpe 1 durch eine Platte 12 getrennt, die über eine Dichtung 13 auf Schultern 14 an den Wänden der Räume 7 und 9 aufliegt und an einem den Saugraum 7 vom Druckraum 9 trennenden Steg 15

angeschraubt ist. In der Platte 12 sind gegensinnig wirkende federbelastete Rückschlagventile 16 und 17 angeordnet, über die der Arbeitsraum 11 einerseits mit dem Saugraum 7 und andererseits mit dem Druckraum 9 in Verbindung steht.

Ein Boden 18 des Gehäuses 3 ist mit einer zentralen öffnung 19 versehen, in welche ein in das Innere des Gehäuses 3 hineinragendes Rohr 20 aus permeablem Material eingesetzt ist. Dieses Rohr 20 umgebend ist in dem Gehäuse 3 eine Spule 21 eines Elektromagneten angeordnet. In das Rohr 20 ist eine Laufbuchse 22 aus nichtmagnetischem Material, beispielsweise Messing, eingesetzt, in welcher ein Dosierkolben 23 der Dosierkolbenpumpe 2 verschiebbar ist. Ein Arbeitsraum 24 der Dosierkolbenpumpe 2 wird von einem Einsatz 25 begrenzt, der von oben her in das Rohr 20 einschraubbar ist. Das untere Ende 26 des Einsatzes 25 bildet einen Anschlag für den Dosierkolben 23. Durch entsprechendes Heraus- oder Hereinschrauben des Einsatzes 25 lassen sich der Kolbenhub und damit die Fördermenge der Dosierkolbenpumpe verändern.

Der Dosierkolben 23 ist mit einer Ankerplatte 27 des Elektromagneten sowie mit der Membran 6 fest verbunden. Eine gemeinsame Rückholfeder 28 stützt sich auf der Ankerplatte 27 ab. Der Dosierkolben 23 weist eine Verlängerung auf, die sich durch die Membran 6 hindurch bis in den Arbeitsraum 11 der Membranpumpe erstreckt. Das untere Ende 29 der Kcibenverlängerung ragt in eine mit dem Arbeitsraum 11 in Verbindung stehende Vertiefung 30 in dem Steg 15 hinein und liegt im Ruhezustand der Pumpe auf einer Dichtung 31 auf. Der Dosierkolben 23 und seine Verlängerung sind mit einer Längsbohrung 32 versehen, die durch ein federbelastetes Saugventil 33 beherrscht wird. Ein federbelastetes Druckventil 34 der Dosierkolbenpumpe 2 ist in dem Einsatz 25 angeordnet. Es beherrscht eine Förderleitung 5, die zum Verbraucher, beispielsweise zu dem Brenner eines Fahrzeug-Zusatzheizgerätes, führt.

Die Wirkungsweise der dargestellten Förder- und Dosierpumpe ist folgende:

Wird an die Spule 21 des Elektromagneten Spannung angelegt, wird die Ankerplatte 27 in der Zeichnung nach oben gezogen, um den magnetischen Kraftfluß, der von dem aus permeablem Material bestehenden Gehäuse 3 über das Rohr 20 und die Ankerplatte 27 verläuft, zu schließen. Die Ankerplatte 27 nimmt den Dosierkolben

23 und mit diesem auch die Membran 6 mit, was zur Folge hat, daß der im dem Arbeitsraum 24 der Kolbenpumpe 2 befindliche Kraftstoff durch die Förderleitung 35 ausgeschoben wird, während gleichzeitig Kraftstoff aus dem Saugraum 7 über das sich öffnende Rückschlagventil 16 in den Arbeitsraum 11 der Membranpumpe 1 eingesaugt wird Wird nun die Stromzufuhr zur Spule 21 unterbrochen, schiebt die Rückholfeder 28 den Anker 27 nach unten, wodurch die Membran 6 ihren Förderhub und der Dosierkolben 23 seinen Saughub ausführen. Während dieses Saughubes wird Kraftstoff aus dem Arbeitsraum 11 durch die Längsbohrung 32 und das sich öffnende Saugventil 33 in den Arbeitsraum

24 der Dosierkolbenpumpe 2 gesaugt Durch entsprechende Bemessung der Federbelastung des Rückschlagventils 17 bzw. des Querschnitts des Druckstutzens 10 kann erreicht werden, daß mit einem gewissen Vordruck angesaugt wird. Etwa vorhandene Dampfblasen in dem von der Membranpumpe 1 angesaugten Kraftstoff können keinesfalls in die Dosierkolbenpumpe 2 ge langen, da die Ansaugung von der tiefsten Stelle des Ar beitsraumes 11 erfolgt.

Die elektrischen Impulse für die Spule 21 des Elektromagneten werden in üblicher Weise durch einen Impulsgeber erzeugt, der entsprechend der gewünschten Fördermenge der Dosierkolbenpumpe 2 gesteuert wird.

In Fig. 2 sind für gleiche oder gleichartige Teile wie in Fig. 1 die gleichen Bezugszeichen, jedoch mit dem Index a vorgesehen. Unterschiedlich gegenüber der Ausführung gemäß F i g. 1 ist beim Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 2 zunächst, daß der Dosierkolben 23a und der Anker 27a mit der Membran 6a nicht fest verbunden sind und für den Saughub der Membranpumpe 1a eine eigene Feder 36 vorgesehen ist. Der Förderhub der Membranpumpe la wird dagegen in der gleichen Weise wie bei dem Beispiel gemäß Fig. 1 durch die gemeinsame Rückholfeder 28a durchgeführt. Diese Trennung der Membran 6a von dem Dosierkolben 23a ermöglicht eine getrennte Einstellung der Fördermengen der Membranpumpe la und der Dosierkolbenpumpe 2a. Zu diesem Zweck ist in dem Gehäusedeckel 5a eine Einstellschraube 37 angeordnet, welche den Fö'derhub der Membran 6a begrenzt. Auf der anderen Seite wird durch eine Einstellschraube 38, die wirkungsmäßig dem Einsatz 25 in F i g. 1 entspricht, der Förderhub des Kolbens 23a begrenzt

Unterschiedlich gegenüber dem Beispiel von Fig. 1 ist auch die Führung des Kraftstoffes innerhalb der kombinierten Pumpe. Ein als Förderleitung 39 der Membranpumpe la dienender Kanal 39 führt zu einem Flüssigkeitsspeicherraum 40 im Genaue 3a, von dem aus die Dosierkolbenpumpe 2a über eine Saugieiiung 4i ansaugt. Die Ansaugung erfolgt im unteren Bereich des Speicherraumes 40, um das Ansaugen von Dampfblasen mit Sicherheit zu vermeiden. Vom oberen Bereich des Speichers 40 führt eine RückiauRciiung 42 zurück zum Vorratstank. Eine Trennwand 43 im Speicherraum 40 sorgt dafür, daß eine vollständige Abscheidung even tuell vorhandener Dampfblasen erfolgt

An die Rücklaufleitung 42 ist ein Windkessel 44 angeschlossen, und stromabwärts dieses Windkessels ist in der Rücklaufleitung 42 ein Rückschlagventil 45 angeordnet Der Windkessel 44 dämpft Druckschwankun- gen auf der Saugseite der Dosierkolbenpumpe 2a, die durch pulsierende Strömungen auftreten können, welche durch die Membran 6a und den Dosierkolben 23a hervorgerufen werden können. Das Rückschlagventil 45 unterbindet die Auswirkung von Druckschwan- kungen in der Rücklaufleitung auf die Saugseite 'er Dosierkolbenpumpe. Derartige Druckschwankungen in der Rücklaufleitung 42 können durch Veränderung des Niveaus im Vorratstank auftreten. Anstelle des Rückschlagventils 45 könnte auch eine Drossel vorgesehen werden, die die erwähnten Druckschwankungen dämpft

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig.2 wird eine besonders intensive Kühlung der Dosierkolbenpumpe 2a durch den von dem Kraftstoff durchströmten Spei cherraum 40 gewährleistet Außerdem wird eine Auf heizung des von der Dosierkolbenpumpe 2a direkt angesaugten Kraftstoffes vermieden, die beim Ausführungsbeispiel gemäß Fi g. 2 durch die Stromwärme der Spule 21a und die dadurch bewirkte Erwärmung des

Dosierkoibens 23a eintreten kann. Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. FÖrder- und Dosierpumpe mit einer im Oberschuß fördernden, mit Saug- Und Druckventil versehenen Membranpumpe und einem Dosierkolben, dessen Arbeitsraum mit von der Membranpumpe kommender Förderflüssigkeit beaufschlagbar und über ein Druckventil mit dem Auslaß der Förder- und Dosierpumpe verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet,daß zwischen den Arbeitsräumen des Dosierkolbens (23,23a) und der Membranpumpe (1, la) der Kraftstofförder- und Dosierpumpe ein dem Dosierkolben zugeordnetes Saugventil (33) sitzt, das zusammen mit dem Dosierkolben und dessen Druckventil (34) eine Dosierkolbenpumpe (2, 2a) bildet, daß diese Arbeitsräume während des Förderhubes der Membranpumpe und dem gigschzeitig damit ausgeführten Saughub der Dosierkolbenpumpe miteinander in Verbindung bringbar sind, daß der Dosierkolben * mit einem Anker (27, 27a) eines Elektromagneten verbunden ist und daß eine gemeinsame Rückholfeder (28,28a) für den Förderhub der Membranpumpe und den Saughub des Dosierkolbens; vorgesehen ist

2. Förder- und Dosierpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranpumpe (1, la), die Dosierkolbenpumpe (2,2a) und die Spule des Elektromagneten in einem gemeinsamen Gehäuse (3, 'Sa) angeordnet sind.

3. Förder- und ,Dosierprnnpe nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch, gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise die Membran (6) der Membranpumpe (1) direkt auf einer Verlängerung des Dosierkolbens (23) angebracht ist

4. Förder- und Dosierpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Dosierkolben (23) und seine Verlängerung eine durchgehende Längsbohrung (32) aufweisen, in der ein Saugventil (33) angeordnet ist und die in den Arbeitsraum (11) der Membranpumpe (1) mündet, und daß das in deu Arbeitsraum (11) der Membranpumpe (1) ragende Ende (29) der Kolbenverlängerung in an sich bekannter Weise in der Ruhestellung der Pumpe von der Rückholfeder (28) an eine Dichtung (31) angedrückt ist

5. Förder- und Dosierpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (6a) de«: Membranpumpe (la) zur Durchführung des Saughubes von einer eigenen Feder (36) beaufschlagt ist'

6. Förder- und Dosierpumpe nach Anspruchs, dadurch gekennzeichnet, daß voneinander unabhängig einstellbare Mittel (37, 38) zur Begrenzung der Kolbenbewegung in beiden Richtungen vorgesehen sind.

7. Förder- und Dosierpumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3 und 5, 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsräuine der Membranpumpe (la) und der Dosierkolbenpumpe (2a) durch einen Kanal (39) im Pumpengehäuse (3a) miteinander verbunden sind.

8. Förder- und Dosierpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie in an sich bekannter Weise einen Speicherraum (40) aufweist, der einerseits mit dem Arbeitsraum der Membranpumpe (la) und andererseits mit der Saugseite der Dosierkolbenpumpe (2a) und mit einer den zuviel geförderten Kraftstoff abführenden Rücklaufleitung (42) in Verbindung steht

9. Förder- und Dosierpumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Rücklauf leitung (42) ein Rückschlagventil (45) und stromauf dieses Rückschlagventils ein Windkessel (44) vorgesehen sind.