DE3132897A1

DE3132897A1 - Feed pump

Info

Publication number: DE3132897A1
Application number: DE19813132897
Authority: DE
Inventors: Kurt Dr.-Ing. 7000 Stuttgart Binder; Theodor Prof. Dr.-Ing. 1000 Berlin Gast
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1981-08-20
Filing date: 1981-08-20
Publication date: 1983-03-03
Also published as: JPS5838388A

Abstract

A pump is proposed which serves for feeding liquid, especially fuel from a storage tank, to an internal-combustion engine. The feed pump comprises a piston, which is arranged in a chamber, can be moved in one direction by a magnetic field generated by means of a coil and in the opposite direction by means of a restoring force, and has a duct, which is arranged in its direction of movement and is provided with a non-return valve, running through it. For the purpose of returning the piston, a second magnetic field is present whose coil is arranged at a distance from the coil of the first magnetic field. The pump piston is thus moved back and forth by the magnetic fields generated by the alternately excited magnetic coils. <IMAGE>

Description

FörderpumpeFeed pump

Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einer Förderpumpe nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon eine Förderpumpl bekannt, bei der der Kolben durch ein Magnetfeld angezogen wird, wobei er gleichzeitig eine Feder zusammendrückt, die als Kraftspeicher wirkt und nach Zusammenbrechen des Feldes den Kolben rückstellt. Ein solches Feld muß also den erforderlichen Förderdruck aufbringen und darüberhinaus noch die Feder zusammendrücken, was die Dimension der Spule erheblich vergrößert.PRIOR ART The invention is based on a feed pump the genre of the main claim. A delivery pump is already known in which the Piston is attracted by a magnetic field, while at the same time compressing a spring, which acts as an energy store and resets the piston after the field collapses. Such a field must therefore apply the required delivery pressure and beyond still compress the spring, which increases the size of the coil considerably.

Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Förderpumpe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß beide Spulen relativ klein gehalten werden können, da die eine nur den Förderdruck und die andere lediglich die Rückstellkraft aufbringen müssen. Dadurch ergibt sich ein schlanker Pumpenaufbau.Advantages of the Invention The feed pump according to the invention with the characterizing Features of the main claim has the advantage that both coils are relative can be kept small, since one only controls the delivery pressure and the other only have to apply the restoring force. This results in a slim pump design.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Förderpumpe möglich. Besonders vorteilhaft ist es, durch in der Beschreibung näher erläuterte Maßnahmen den Förderdruck beträchtlich zu erhöhen.The measures listed in the subclaims are advantageous Further developments and improvements of the feed pump specified in the main claim possible. It is particularly advantageous through explained in more detail in the description Measures to increase the delivery pressure considerably.

Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine Prinzipdarstellung einer ersten Ausführung der erfindungsgemäßen Förderpumpe im Schnitt, Figur 2 einen Schnitt durch eine zweite Ausführung einer gemäß der Erfindung ausgestalteten Förderpumpe und Figur 3 eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Förderpumpe im Schnitt.Exemplary embodiments of the invention are shown in the drawing and explained in more detail in the following description. It show figure 1 shows a schematic diagram of a first embodiment of the feed pump according to the invention in section, Figure 2 shows a section through a second embodiment of one according to the invention designed feed pump and Figure 3 shows a third embodiment of the invention Feed pump in section.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele Die Förderpumpe gemäß Figur 1 weist ein geteiltes Gehäuse 10 mit zwei Gehäusehälften 12 und 14 auf. Jede Gehäusehälfte 12 bzw. 14 ist mit einem zentralen Kern 16 bzw. 18 versehen. Jeder Kern 16 bzw. 18 ist von einer Magnetspule 20 bzw. 22 umgeben. Die Kerne 16 und 18 liegen einander koaxial gegenüber und ihre einanderzugewandten Stirnflächen bilden Polflächen 24 und 26. Die Polflächen 24 und 26 sind mit Abstand voneinander angeordnet. Die Trennfuge 28 zwischen den beiden Gehäusehälften 12 und 14 befindet sich in einer Ebene, die zwischen den beiden Polflächen 24 und 26 liegt.Description of the exemplary embodiments The feed pump according to FIG 1 has a divided housing 10 with two housing halves 12 and 14. Each half of the case 12 and 14 are provided with a central core 16 and 18, respectively. Each core 16 resp. 18 is surrounded by a magnetic coil 20 and 22, respectively. The cores 16 and 18 lie on top of one another coaxially opposite one another and their facing end faces form pole faces 24 and 26. The pole faces 24 and 26 are spaced apart from one another. The parting line 28 between the two housing halves 12 and 14 is located in a plane that lies between the two pole faces 24 and 26.

Jeder Kern 16 bzw. 18 ist über eine Bodenplatte 30bzw. 32 mit einer Ringwand 34 bzw. 36 verbunden, die zusammen mit der Bodenplatte 30 bzw. 32 jeweilige Gehäusehälfte 12 bzw.Each core 16 or 18 is a base plate 30bzw. 32 with a Ring wall 34 and 36 connected, which together with the bottom plate 30 and 32 respectively Housing half 12 resp.

14 und zusammen mit der anderen Gehäusehälfte einen magnetischen Rückschluß für die von den Spulen 20 bzw. 22 erzeugten Magnetfelder bildet. Da die beiden Kerne 16 bzw. 18 und die ihnen zuordneten Magnetspulen 20 bzw. 22 mit Abstand voneinander liegen ergibt sich ein Raum 38 im Inneren des Gehäuses 10. In diesem Raum 38 ist ein Kolben 40 so angeordnet, daß er von der einen Polfläche 24 zur anderen Polfläche 26 frei beweglich ist. Zur Führung ist der Kolben 40 von einem Führungsring 42 umgeben, der mit der Ringwand 36 der Gehäusehälfte 14 fest verbunden ist.14 and together with the other half of the housing a magnetic one Conclusion forms for the magnetic fields generated by the coils 20 and 22, respectively. Because the two cores 16 and 18 and their associated magnetic coils 20 and 22 at a distance from one another lying results in a space 38 inside the housing 10. In this space 38 is a piston 40 arranged to move from one pole face 24 to the other pole face 26 is freely movable. For guidance, the piston 40 is surrounded by a guide ring 42, which is firmly connected to the annular wall 36 of the housing half 14.

Der Kern 18 weist eine zentrale Bohrung 44 auf, die als Einlaß für die zu fördernde Flüssigkeit dient. Weiter ist der Kern 16 von seiner Polfläche 24 aus mit einer Sackbohrung 46 versehen, in welche ein Ansatz 48 des Kolbens 40 eintaucht. Der Ansatz 48 des Kolbens 40 hat quer zu Bewegungsrichtung des Kolbens 40 gemessen einen geringeren Querschnitt als der Kolben 40. Die Sackbohrung 46 bildet eine Druckkammer für den Kolbenansatz 48, in welcher der Kolbenansatz 48 verschiebbar angeordnet ist. Die Druckkammer 46 ist mit einer Auslaßbohrung 50 versehen, die mit einem Rückschlagventil 52 ausgestattet ist. Ferner weist der Kolben 40 eine sich in dessen Bewegungsrichtung erstreckende Durchgangsbohrung 54 auf, die sich auch durch den Kolbenansatz 48 hindurch erstreckt. Im Bereich der ansatzseitigen Mündung ist die Längsbohrung 54 ebenfalls mit einem Rückschlagventil 56 ausgestattet.The core 18 has a central bore 44 which serves as an inlet for the liquid to be pumped is used. Next is the core 16 from its pole face 24 is provided with a blind hole 46, into which a shoulder 48 of the piston 40 immersed. The extension 48 of the piston 40 is transverse to the direction of movement of the piston 40 measured a smaller cross section than the piston 40. The blind bore 46 forms a pressure chamber for the piston attachment 48, in which the piston attachment 48 is displaceable is arranged. The pressure chamber 46 is provided with an outlet bore 50 which is equipped with a check valve 52. Furthermore, the piston 40 has a through bore 54 extending in the direction of movement thereof, which also extends through the piston extension 48 therethrough. In the area of the approach side At the mouth, the longitudinal bore 54 is also equipped with a check valve 56.

Im Betrieb arbeitet die Förderpumpe wie folgt: Durch wechselweises Erregen der Magnetspulen 20 und 22 wird der Kolben 40 zusammen mit seinem einstückig mit ihm verbundenen Ansatz 48 hin- und herbewegt. Angenommen der Raum 38 sei ebenso wie die Druckkammer 46 mit der zu fördernden Flüssigkeit gefüllt, stößt der Kolbenansatz 48 die Flüssigkeit aus der Druckkammer 48 aus, wenn die Magnetspule 20 erregt ist und der Kolben 40 an der Polfläche 24 zur Anlage kommt. Dabei strömt Flüssigkeit durch die Bohrung 44 in den Raum 38 nach. Wenn nun die Magnetspule 20 abgeschaltet und die Magnetspule 22 erregt wird, wird der Kolben 40 gegen die Polfläche 26 gezogen, wobei die unter dem Kolben 40 vorhandene Flüssigkeit durch die als Kanal wirkende Längsbohrung 54 unter Öffnen des Rückschlagsventils 56 in die Druckkammer 46 überströmt, so daß bei Erregung der Magnetspule 20 ein weiterer Förderhub des Kolbens 40 erfolgen kann. Bei an sich bekannten Magnetpumpen, bei denen der Kolben 40 jedoch direkt, also ohne Ansatz, auf die zu fördernde Flüssigkeit einwirkt, ist dem erzielbaren Druck eine Grenze gesetzt, die sich aus der Sättigunginduktion eines weichmagnetischen Kolbens ergibt. Beim Gegenstand der Erfindung sei jedoch das Querschnittsverhältnis zwischen Kolben 40 und Ansatz 48 vier zu eins. Die treibende Kraft F - maximale Kraft - ist proportional zum Quadrat der Sättigungsinduktion des weichmagnetischen Kolbens und dessen Querschnittsfläche .A1. Der maximale hydraulische Druck PmaX ergibt sich als Quotient aus Maximalkraft und reduzierter Querschnittsfläche A2 des Kolbens. Somit gilt -. PmaX Bs' A1/A2 A1/A2 Durch das Querschnittsverhältnis kann also der Maximaldruck bei gegebener Sättigungsinduktion entsprechend den Bedürfnissen eingestellt werden.In operation, the feed pump works as follows: By alternately When the solenoids 20 and 22 are excited, the piston 40 becomes integral with it associated with it approach 48 reciprocated. Assume that room 38 is the same as the pressure chamber 46 is filled with the liquid to be conveyed, the piston attachment hits 48 the liquid from the pressure chamber 48 when the solenoid 20 is energized is and the piston 40 comes to rest on the pole face 24. Liquid flows in the process through the bore 44 into the space 38. If now the solenoid coil 20 is switched off and the solenoid 22 is energized, the piston 40 is drawn against the pole face 26, wherein the liquid present under the piston 40 through the acting as a channel The longitudinal bore 54 flows over into the pressure chamber 46 with the non-return valve 56 being opened, so that when the solenoid 20 is excited, a further delivery stroke of the piston 40 takes place can. In magnetic pumps known per se, in which the piston 40, however, is directly that is, without any approach that acts on the liquid to be conveyed, is achievable Pressure set a limit resulting from the saturation induction of a soft magnetic Piston results. In the subject matter of the invention, however, is the aspect ratio between piston 40 and extension 48 four to one. The driving force F - maximum Force - is proportional to the square of the saturation induction of the soft magnetic Piston and its cross-sectional area .A1. The maximum hydraulic pressure PmaX results from the quotient of the maximum force and the reduced cross-sectional area A2 of the piston. Thus -. PmaX Bs' A1 / A2 A1 / A2 By the aspect ratio the maximum pressure for a given saturation induction can therefore be adjusted according to requirements can be set.

Diese Überlegung gilt auch dann, wenn der Kolben 40 axial permanentmagnetisiert, der Führungsring 42 aber weichmagnetisch ist. In diesem Fall kann der Kern durch Stromimpulse, die beide Spulen gleichsinnig durchfließen, wechselnd in die beiden Grenzlagen gebracht werden, wo er durch remanente Anziehungskräfte im stromlosen Zustand festgehalten wird, denn es gilt jetzt Eine weitere Ausführung kann einen weichmagnetischen Kolben 40 und einen permanent, radial magnetisierten Führungsring 42 aufweisen. Durch wechselnde Erregung der sinngemäß in Reihe oder parallel geschalteten Spulen verändert sich der magnetisc-he Fluß abhängig vom Erregerstrom in den beiden Polspalten gegenläufig, so daß der Kolben 40 hin und herbewegt wird. Hier bedingt die Sättigungsmagnetisierung des Kolbens 40 bei gegebenen Querschnitt die treibenden Kraft. Das Querschnittsverhältnis legt den erzielbaren Druck fest.This consideration also applies when the piston 40 is axially permanently magnetized, but the guide ring 42 is magnetically soft. In this case, the core can be brought alternately into the two limit positions by current pulses flowing through both coils in the same direction, where it is held in the de-energized state by remanent attractive forces, because it is now the case Another embodiment can have a soft magnetic piston 40 and a permanently, radially magnetized guide ring 42. By alternating excitation of the coils connected in series or in parallel, the magnetic flux changes in opposite directions as a function of the excitation current in the two pole gaps, so that the piston 40 is moved to and fro. Here, the saturation magnetization of the piston 40 for a given cross-section determines the driving force. The aspect ratio determines the achievable pressure.

Die Ausführung gemäß Figur 2 entspricht im Prinzip der Ausführung gemäß Figur 1. Deshalb sind einander entsprechende Teile mit einer Bezugszahl versehen worden, die 1 die Zahl 100 höher liegt als die entsprechender Teile bei der Ausführung gemäß Figur 1. Abweichend von der dort dargestellten Ausführung ist bei der Ausführungsform gemäß Figur -2 der Ansatz durch ein Rohr 148 gebildet, auf dem zwei Kolben 140 141 befestigt sind. Die beiden Kolben 140 und 141 sind mit Abstand voneinander angeordnet. Der zwischen den beiden Kolben 140, 141 befindliche Abschnitt 149 des Rohres 148 ist von einem Führungsring 143 umgeben. Auch den beiden Kolben 140, 141 sind Führungsringe 142 zugeordnet, welche an Ringwänden 134, 136 von Gehäusehälften befestigt sind. Weiter sind jedem Kolben 140 bzw. 141 zwei mit Abstand voneinander angeordnete Magnetspulen 120, 121 bzw. 122, 123 zugeordnet.The design according to FIG. 2 corresponds in principle to the design according to Figure 1. Therefore, corresponding parts are provided with a reference number been, the 1 is the number 100 higher than the corresponding parts in the execution according to Figure 1. Deviating from the embodiment shown there is in the embodiment According to Figure -2, the approach is formed by a tube 148 on which two pistons 140 141 are attached. The two pistons 140 and 141 are arranged at a distance from one another. The section 149 of the tube 148 located between the two pistons 140, 141 is surrounded by a guide ring 143. The two pistons 140, 141 are also guide rings 142 assigned, which are attached to annular walls 134, 136 of housing halves. Furthermore, each piston 140 and 141 are two magnet coils arranged at a distance from one another 120, 121 or 122, 123 assigned.

Die Wirkungsweise der Förderpumpe gemäß Figur 2 entspricht völlig der hoben beschriebenen Wirkungsweise. Durch die Hintereinanderanordnung der beiden Kolben 140, 141 und die fiordnung von zwei auf die Kolben einwirkenden Magnetspulenpaaren ist die erzielbare Kraft doppelt so groß wie bei der Ausführung gemäß Figur 1 mit nur einem einzigen Kolben.The mode of operation of the feed pump according to FIG. 2 corresponds completely the mode of action described above. By arranging the two one behind the other Pistons 140, 141 and the arrangement of two pairs of magnetic coils acting on the pistons is the achievable force twice as great as in the embodiment according to Figure 1 with only a single piston.

Der Druck ergibt sich mit Hilfe des &uerschnittsverhältnisses von Kolben und Rohr.The pressure results from the cross-section ratio of piston and tube.

Auch bei dieser Ausführung können einmal die Führungsringe 142, 143 aus weichmagnetischem Material hergestellt und die Magnetspulen 120, 121, 122, 123 so miteinander verbunden sein, daß beim Anlegen einer Spannung beide Kolben in gleicher Richtung getrieben werden. Zweckmäßig sind bei einer solchen Ausführung dann die beiden Kolben 140, 141 permanent magnetisch und axial magnetisiert.In this embodiment, too, the guide rings 142, 143 made of soft magnetic material and the magnetic coils 120, 121, 122, 123 be connected to each other in such a way that when a voltage is applied, both pistons are in the same position Direction to be driven. In such an embodiment, the two pistons 140, 141 permanently magnetized and axially magnetized.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Kolben 140, 141 sowie den Führungsring 149 aus weichmagnetischem Material zu fertigen und die Führungsringe 142 magnetisch hart und radial magnetisiert auszuführen. Die erzielbare Kraft wird dabei höher, weil der wirksame Luftspalt kleiner ist, wenn auch die Maximalkraft durch die Sättigungsinduktion begrenzt nicht steigen kann.Another possibility is to use the pistons 140, 141 and the Manufacture guide ring 149 from soft magnetic material and the guide rings 142 magnetically hard and radially magnetized. The achievable force will higher because the effective air gap is smaller, albeit the maximum force limited by the saturation induction cannot increase.

Die Ausführung gemäß Figur 3 entspricht im Prinzip ebenfalls den schon beschriebenen Ausführungsbeispielen, so daß einander entsprechende Teile mit einer Bezugszahl versehen worden sind, die um die Zahl 200 höher liegt als die in Figur 1 verwendeten Bezugszeichen. Abweichend von dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 sind die beiden Kolben 240 und 241 mechanisch voneinander unabhängig.The embodiment according to FIG. 3 also corresponds in principle to that already Embodiments described, so that corresponding parts with a Reference number have been provided, which is the number 200 higher than that in Figure 1 used reference numerals. Deviating from the embodiment described above According to FIG. 2, the two pistons 240 and 241 are mechanically independent of one another.

Jeder Kolben befindet sich in einem Raum 238 bzw. 239.Each piston is located in a space 238 or 239.

Diese sind durch eine Zwischenplatte 243 voneinander getrennt. Eine als Druckkanal wirkende Durchgangsbohrung 245 in der Zwischenplatte 243 wirkt als Druckkanal, so daß die zu fördernde Flüssigkeit aus dem Raum 239 in den Raum 238 überströmen kann. Jeder Kolben 240 bzw. 241 ist mit einem Rückschlagventil 256 bzw. 257 versehen. Weiter ist jedem Kolben 240 bzw. 241 ein Spulenpaar 220, 221 bzw.These are separated from one another by an intermediate plate 243. One acting as a pressure channel through hole 245 in the intermediate plate 243 acts as a Pressure channel, so that the liquid to be pumped from space 239 into space 238 can overflow. Each piston 240 or 241 is equipped with a check valve 256 or 257 provided. Furthermore, each piston 240 or 241 is a coil pair 220, 221 or

222, 223 zugeordnet.222, 223 assigned.

Es ist einleuchtend, daß eine derartige Anordnung eine Drucksteigerung ergibt, die direkt proportional zu der Anzahl der Kolben 240 bzw. 241 ist.It is evident that such an arrangement increases the pressure which is directly proportional to the number of pistons 240 and 241, respectively.

Auch in dieser Ausführung können die Führungsringe 242 bzw.In this version, too, the guide rings 242 or

die Zwischenplatte 243 aus ferromagnetischem Material bestehen, während die Kolben 240 und 241 permanentmagnetisch sind.the intermediate plate 243 consist of ferromagnetic material, while the pistons 240 and 241 are permanent magnet.

Die andere Möglichkeit, die Kerne aus weichmagnetischem Material herzustellen und die Führungsringe 242 magnetisch hart und radialmagnetisiert auszuführen ist ebenfalls gangbar.und bringt eine Druckerhöhung bzw. Reduzierung der Erregerdurchflutung. Die Ausführungen gemäß den Figuren 2 und 3 zeigen also Mehrstufenpumpen, wobei bei der Ausführung gemäß Figur 2 die beiden Kolben über das Rohr miteinander gekoppelt sind. Bei der Ausführung gemäß Figur 3 sind dagegen zwei von ihrem Aufbau her an sich bekannte Einzelpumpen hintereinandergeschaltet, deren Drücke sich addieren.The other option is to make the cores from soft magnetic material and the guide rings 242 are magnetically hard and radially magnetized also feasible. and brings about an increase in pressure or a reduction in the excitation flow. The embodiments according to Figures 2 and 3 thus show multi-stage pumps, with In the embodiment according to FIG. 2, the two pistons are coupled to one another via the tube are. In the embodiment according to FIG. 3, on the other hand, there are two in terms of their structure known single pumps connected in series, the pressures of which add up.

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Claims

Claims I 1.) Feed pump with a arranged in a chamber, movable by a magnetic field generated by means of a coil and by means of a Restoring force movable piston, which is from one in the direction of movement of the piston arranged, provided with a check valve channel is penetrated, thereby characterized that to reset the piston (41 or i40, 141 or 240, 241) a second magnetic field is present, the coil (22) of which is at a distance from the coil (20) of the first magnetic field is arranged.

2. Feed pump according to claim 1, characterized in that the two Magnet coils (20 or 22) with a common housing-shaped surrounding, split magnetic yoke (30, 32, 34, 36) are provided, each housing half (12, 14) has a core (16, 18) surrounded by its coil (20, 22), and between the mutually facing pole faces (24, 26) of the cores (16, 18) of the pistons (40) arranged where the pole face spacing is greater than that in Direction of movement of the piston (40) measured piston dimension.

3. Feed pump according to one of claims 1 or 2, characterized in that that the piston (40) with a in the direction of movement in a pressure chamber (46 ) extending approach (48) is provided, whose cross-section is smaller than the Cross section of the piston (ko).

4. Feed pump according to one of claims 1 to 3, characterized in that that the extension (48) is integrally connected to the piston (40).

5. Feed pump according to one of claims 1 to 3, characterized in that that the approach is a tube (149) penetrating the piston (iko).

Feed pump according to one of Claims 1 to 5, characterized in that that the piston (40 or 141) is surrounded by a guide ring (42 or 142).

7; Feed pump according to one of Claims 1 or 2, characterized in that that the piston (140) has two lugs lying opposite one another in the direction of movement having, which is preferably through the ends of the piston (140) penetrating tube (149) are formed and that on the tube (149) at least a further second, which is arranged coaxially with the piston (140) and at a distance therefrom Piston (141) is attached.

8. Feed pump according to claim 7, characterized in that each Piston (140 or 141) is surrounded by a guide ring (142).

9. Feed pump according to one of claims 7 or 8, characterized in that that the section present between adjacent pistons (140 or 141) (149) of the extension (148) is surrounded by a guide ring (143).

10. Feed pump according to one of claims 1 or 2, characterized in that that in the direction of movement of the piston (240) and at a distance therefrom at least a further piston (241) is arranged and the pistons (240, 241) via a pressure channel (245) are interconnected.

11. Feed pump according to claim 10, characterized in that each Piston (240 or 241) is assigned a coil pair (220, 221) or 222, 223).

12. Feed pump according to one of claims 10 or 11, characterized in that that each piston (240, 241) is surrounded by a guide ring (242) and the pressure channel (245) is arranged in an intermediate plate (243).

13. Feed pump according to one of claims 6 to 12, characterized in that that at least one guide ring is made of soft magnetic material and the piston is permanent magnetic.

14. Feed pump according to one of claims 6 to 12, characterized in that that at least one guide ring is permanently magnetized and radially magnetized and the piston is made of soft magnetic material.

15. Feed pump according to one of claims 12 to 15, characterized in that that the intermediate plate (243) consists of soft magnetic material.