WO2012104001A1 - Membranpumpe sowie abgasnachbehandlungssystem mit einer membranpumpe - Google Patents

Membranpumpe sowie abgasnachbehandlungssystem mit einer membranpumpe Download PDF

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WO2012104001A1
WO2012104001A1 PCT/EP2011/074323 EP2011074323W WO2012104001A1 WO 2012104001 A1 WO2012104001 A1 WO 2012104001A1 EP 2011074323 W EP2011074323 W EP 2011074323W WO 2012104001 A1 WO2012104001 A1 WO 2012104001A1
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armature
diaphragm pump
diaphragm
working
valve plate
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PCT/EP2011/074323
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Inventor
Rainer Haeberer
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Robert Bosch Gmbh
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B43/00—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members
    • F04B43/02—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having plate-like flexible members, e.g. diaphragms
    • F04B43/04—Pumps having electric drive
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B17/00—Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors
    • F04B17/03—Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors driven by electric motors
    • F04B17/04—Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors driven by electric motors using solenoids

Definitions

  • the invention relates to a diaphragm pump for conveying a liquid, in particular an exhaust aftertreatment medium, such as an aqueous urea solution, with the features of the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to an exhaust aftertreatment system with such a diaphragm pump.
  • Diaphragm pumps in particular membrane pumps which can be used in exhaust aftertreatment systems, are already known from the prior art.
  • DE 10 2008 043 309 A1 discloses a diaphragm pump with a multi-part pump housing, the working diaphragm is clamped between two housing parts and axially actuated by an electric motor via an eccentric and a connecting rod. To fix the working diaphragm, the housing parts are clamped together axially.
  • the working diaphragm is not actuated by a Exzenterpleuel, but a piston, which is operatively connected to an armature of an electromagnet.
  • the armature When current flows through a coil arrangement of the electromagnet, the armature is pulled in the direction of the coil assembly, wherein the working diaphragm is acted upon via the armature connected to the piston with a compressive force.
  • the pressure force causes expansion of the membrane into the pump working space, ie a compression of the medium located therein, which is subsequently discharged via an outlet valve. If the energization of the coil end order is terminated, a spring supported on the armature ensures the return of armature and piston.
  • the working membrane contracts and causes a negative pressure in the pump working space, so that fresh medium is sucked in.
  • the piston is guided by the coil assembly. This requires compliance with small form and bearing tolerances in the manufacture of the piston and / or the armature. Further, the guide portion of the piston and / or the armature is exposed to increased wear by friction. Due to the length of the piston this can also tilt, which increases the frictional forces and thus the wear.
  • DE 10 2004 01 1 123 A1 discloses a further diaphragm pump with a lifting magnet as the drive, in which the working diaphragm is connected directly to an armature of the lifting magnet designed as a hollow cylinder.
  • a piston for actuating the working diaphragm is thus dispensable.
  • To guide the anchor this is added to a sleeve-shaped plain bearing.
  • the lifting movement of the armature is limited by the housing of the electromagnet, which can lead to an undesirable noise when hitting the armature on the housing.
  • the present invention seeks to provide a compact, low-noise and low-friction operable via an electromagnet membrane pump, which also has a high efficiency.
  • the proposed membrane pump for conveying a liquid, in particular an exhaust aftertreatment medium, such as an aqueous urea solution comprises a working space, which is bounded by a working diaphragm and which is connectable via a first valve with an inlet and via a second valve with an outlet.
  • the diaphragm pump comprises an electromagnet comprising a coil arrangement and an armature cooperating with the coil arrangement and operatively connected to the working diaphragm.
  • the valves are formed in a valve plate which is arranged between the coil arrangement and the armature.
  • the valve plate limited together with the working diaphragm the working space, so that the arrangement of these pump components between the coil assembly and the anchor takes place.
  • the essential elements of the pump are thus integrated in the electromagnet.
  • a very compact pump assembly which also - due to the separation of armature and coil assembly - is noise and friction operable.
  • the lack of radial guidance of the armature also results in reduced wear.
  • no form and bearing tolerances must be defined.
  • the operative connection of the armature with the working diaphragm ensures a direct introduction of force and thus a high Wrkungsgrad the pump.
  • the armature is non-positively and / or positively connected to the working diaphragm, for example via a screw, operatively connected.
  • a clamping or latching connection can be provided.
  • the ends of the working diaphragm are further fixed to the valve plate.
  • a ring can be used, which engages in a corresponding receiving groove on the valve plate.
  • the valve plate is at least partially embedded in a housing of the electromagnet or in the armature.
  • the recessed valve plate is at the same time fixed in position.
  • Dampening grooves which are preferably arranged circumferentially. At a circular plan of the working space, the damping grooves are preferably arranged in concentric circles. The damping grooves cause a damping of the movement of the armature, since the pressure build-up in the working space of the medium must be displaced from the damping grooves.
  • valve plate is at least partially covered on one or both sides of at least one further plate, which preferably consists of a non-magnetic material.
  • the valve plate and the at least one further plate together form a valve head, wherein the individual plates are preferably connected to each other via laser welding.
  • the formation of the at least one further plate of a non-magnetic material prevents magnetic adhesion of the armature to the magnet housing when the energization of the coil assembly is terminated.
  • the at least one further plate is preferably welded to the housing of the electromagnet.
  • the armature arranged separately from the coil arrangement is advantageously guided in the radial direction by at least one spring.
  • the spring serves to return the armature after the energization of the coil arrangement has ended.
  • the spring may be formed, for example, as a helical compression spring and be supported on the one hand on the valve plate or on the valve plate at least partially covering another plate and on the other hand at the anchor.
  • the spring preferably engages in a circumferential groove of the armature. If the return of the armature via a plurality of compression springs, which are arranged distributed uniformly over the circumference of the armature, these preferably immerse each in a cup-shaped recess of the armature.
  • the number is at least three, preferably four or more.
  • the plurality of springs are arranged at the same distance from each other Wnkelabstand.
  • a protrusion for example in the form of a pin, is preferably formed on the respective plate, around which the spring end can be placed. Due to the two-sided leadership of the spring or springs and a sufficient guidance of the anchor is ensured.
  • the spring or the springs can also be designed progressively.
  • the armature forms at least one cup-shaped receiving space for at least partially receiving the valve plate and / or a spring.
  • a centrally arranged pot-shaped receiving space can serve, for example, for receiving the valve plate.
  • cup-shaped receiving spaces can be distributed over the circumference, which serve for at least partially receiving the return springs.
  • the cup-shaped receiving spaces can be incorporated into a flat anchor plate by a molding process.
  • the anchor is a stamped / bent part, which is particularly simple and inexpensive to produce.
  • the electromagnet is a DC magnet.
  • the electromagnet comprises a coil with two inner diameters.
  • the highest possible number of walls can be achieved. Due to the aforementioned advantages of a diaphragm pump according to the invention, such is particularly suitable for use in an exhaust aftertreatment system for conveying an exhaust aftertreatment medium, in particular an aqueous urea solution. Because the diaphragm pump prevents the electromagnet comes into contact with the medium to be conveyed, so that it is protected from corrosion. Furthermore, therefore, a
  • an exhaust aftertreatment medium in particular an aqueous urea solution proposed.
  • the low-noise and low-friction operation of the pump as well as the compact design also have an advantageous effect on the exhaust aftertreatment system.
  • FIG. 1 shows a schematic section through a diaphragm pump known from the prior art
  • 2 shows a schematic section through a diaphragm pump according to the invention
  • valve assembly is a plan view of a valve assembly
  • FIG. 4 is a bottom view of the valve plate of the diaphragm pump of FIG. 2,
  • 5a, b are partial sections through the housing of the diaphragm pump of Fig. 2,
  • FIG. 6a is a partial section through the valve plate of Fig. 4,
  • Fig. 6b is a section through the working diaphragm of the diaphragm pump of
  • Fig. 7 is a schematic section through a further inventive
  • FIG. 8 is a plan view of the armature of the diaphragm pump of FIG. 7; and FIG. 9 is a partial section through the armature of the diaphragm pump of FIG. 7.
  • the present illustrated pump has a working space 1, which is bounded by a working diaphragm 2, as well as a valve plate 10.
  • the valve plate 10 receives a first valve for connecting the working space 1 with an inlet 4 and a second valve 5 for connecting the working space 1 with an outlet 6.
  • the valve plate 10 is fixed to a plate-shaped support member which carries on the side facing away from the valve plate 10 an electromagnet 7 as a drive of the pump.
  • the electromagnet 7 comprises a coil arrangement 8 and a cooperating with the coil assembly 8 armature 9, which is arranged on the side facing away from the valve plate 10 of the electromagnet 7. to Actuation of the working diaphragm 2, the armature 9 on an anchor bolt 19, which is passed through the coil assembly 8 and mounted axially displaceable guides 18.
  • the anchor bolt 19 acts on the working diaphragm 2 with a pressure force which leads to a reduction in volume of the working space 1 and thus to an increase in pressure so that the valve 5 opens and the medium present in the working space 1 can flow out via the outlet 6.
  • the spring force of a spring 15 supported on the armature 9 causes it to reset, whereby the armature bolt 19 is also reset.
  • the provision of the anchor bolt 19 allows an increase in volume of the working space 1, which causes a negative pressure in the working space 1. As a result, fresh medium is sucked into the working space 1 via the inlet 4 and the valve 3.
  • a disadvantage is the length of the anchor bolt 19, since this can easily tilt when performing the axial movement.
  • the contact surfaces in the region of the guides 18 are subject to increased wear due to friction, which reduces the life of the pump.
  • the armature 9 abuts the electromagnet 7 when the coil assembly 8 is energized and the armature 9 is moved in the direction of the coil assembly 8, resulting in an undesirable noise.
  • FIG. 1 A first embodiment of a membrane pump according to the invention is shown in FIG.
  • the drive takes place via an electromagnet 7, which comprises a coil arrangement 8 and an armature 9.
  • the coil assembly 8 is received in a housing 11 which is closed to the armature 9 by a valve plate 10.
  • the valve plate 10 accommodates a first valve 3 in connection with an inlet 4 and a second valve 5 connected to an outlet 6, the two valves 3, 5 (see FIG. 3) and the inlet 4 and the outlet 6 are each arranged in a common radial plane.
  • the valve plate 10 is presently composed of a plurality of plates in order to simplify the formation of the valves 3, 5.
  • valve plate Covered by a further plate 13, which consists of a non-magnetic material and is connected to the valve plate 10 via a circumferential weld 20.
  • the further plate 13 also has an elevation 23, which serves to guide a spring 15 for returning the armature 9.
  • Another receiving space 16 of the armature 9 serves to receive the working diaphragm 2 when the armature 9 moves in the direction of the coil arrangement 8.
  • the cup-shaped design of the receiving space 16 supports the
  • the operative connection of the working diaphragm 2 with the armature 9 takes place here via a screw connection.
  • the working diaphragm 2 has a damping cone in the form of a material thickening, by means of which the movement of the armature 9 can be braked before the armature 9 abuts against the valve plate 10.
  • Another stop 21 limits the stroke of the armature 9 in the return direction.
  • the ends of the working diaphragm 2 are fixed via a ring 25 on the valve plate 10, which engages in a corresponding receptacle on the valve plate 10. About the ring 25, the working diaphragm 2 can be clamped.
  • the diaphragm pump shown in FIG. 2 is characterized by a very low dead volume. Almost the entire volume of the working space 1 is displaced by the working diaphragm 2, whereby the high efficiency of the pump is further increased. In addition, the flow rate can be determined with high accuracy.
  • valve plate 10 By integrating the pump elements in the electromagnet 7 also the space can be significantly reduced. Contributing to this is that the valve plate 10, as shown in FIG. 2, is embedded in the housing 11 of the electromagnet 7.
  • the housing 11 has a recess 22 (see FIGS. 5a and 5b) which is designed corresponding to the shape of the valve plate 10 (see FIG. 4).
  • the recessed into the housing 11 valve plate is also fixed by the further plate 13 which is presently designed as an annular disc in the recess 22.
  • the annular disc may have a thickness of less than 0.2mm.
  • FIG. 7 An alternative embodiment of a membrane pump according to the invention is shown in FIG. 7. This differs from that of FIG. 2 in that the essential pump elements, namely the working diaphragm and the valves 3, 5 are arranged within the receiving space 16 of the armature 9.
  • the serving as a pole face upper side of the housing 11 of the electromagnet 7 may therefore be formed planar, which simplifies the production of the electromagnet 7.
  • To form the receiving space 16 and further receiving spaces 17 for a plurality of return springs 15 of the armature 9 is designed as a stamped / bent part. As a result, the manufacturing costs can be further reduced.
  • a plate 13 is omitted, instead, a plate 14 of a non-magnetic material between the valve plate 10 and the housing 1 1 is arranged.
  • the plate 14 has elevations 23 which are integrally formed (see FIG. 9) or can be applied subsequently (see FIG. 7).
  • the armature 9 has, in addition to the receiving spaces 16, 17, a recess 22 into which the valve plate 10 is embedded.
  • the armature 9 which is guided over the working diaphragm 2 and the at least one spring 15 radially to the electromagnet 7, has two end stops, namely the Valve plate 10 and the attached thereto further plate 13 and 14 and the stop 21.
  • Principle due to the armature 9 experiences no radial forces, which is why a radial guidance of the armature 9 is unnecessary.
  • the armature 9 experiences a certain radial guidance via the at least one spring 15.
  • Both described preferred embodiments have the advantage that an undesirable noise development is prevented or at least significantly reduced.
  • a noisy impact of the armature 9 is prevented for example by the fact that the working diaphragm 2 has a damping cone (see Figures 2 and 7).
  • the working diaphragm 2 can also be provided with damping grooves 12, which bring about additional damping in that the medium must be displaced out of the grooves 12 before impacting (see FIG. 6b).
  • the damping grooves 12 are preferably made of the same material as the working diaphragm, which further preferably is an elastomeric membrane.
  • the valve plate 10 may be equipped with damping grooves 12 (see Fig. 6a).

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Abstract

Membranpumpe zum Fördern einer Flüssigkeit, insbesondere eines Abgasnachbehandlungsmediums, wie beispielsweise eine wässrige Harnstofflösung, umfassend einen Arbeitsraum (1), welcher von einer Arbeitsmembran (2) begrenzt wird und welcher über ein erstes Ventil (3) mit einem Zulauf (4) und über ein zweites Ventil (5) mit einem Auslass (6) verbindbar ist, sowie einen Elektromagneten (7), der eine Spulenanordnung (8) und einen mit der Spulenanordnung (8) zusammenwirkenden und mit der Arbeitsmembran (2) wirkverbundenen Anker (9) umfasst. Erfindungsgemäß sind die Ventile (3, 5) in einer Ventilplatte (10) ausgebildet, welche zwischen der Spulenanordnung (8) und dem Anker (9) angeordnet ist. Abgasnachbehandlungssystem mit einer solchen Membranpumpe.

Description

Beschreibung
Titel
Membranpumpe sowie Abgasnachbehandlungssystem mit einer Membranpumpe Die Erfindung betrifft eine Membranpumpe zum Fördern einer Flüssigkeit, insbesondere eines Abgasnachbehandlungsmediums, wie beispielsweise eine wässri- ge Harnstofflösung, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Abgasnachbehandlungssystem mit einer solchen Membranpumpe.
Stand der Technik
Membranpumpen, insbesondere in Abgasnachbehandlungssystemen einsetzbare Membranpumpen, sind aus dem Stand der Technik bereits bekannt. Aus der DE 10 2008 043 309 A1 geht eine Membranpumpe mit einem mehrteiligen Pumpengehäuse hervor, deren Arbeitsmembran zwischen zwei Gehäuseteilen eingespannt und über einen Exzenter und ein Pleuel von einem Elektromotor axial betätigbar ist. Zur Fixierung der Arbeitsmembran sind die Gehäuseteile axial miteinander verspannt.
Eine weitere Membranpumpe geht aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2005 003 583 A1 hervor. Die Arbeitsmembran wird hier nicht über einen Exzenterpleuel, sondern einen Kolben betätigt, welcher mit einem Anker eines Elektromagneten wirkverbunden ist. Bei Bestromung einer Spulenanordnung des Elektromagneten wird der Anker in Richtung der Spulenanordnung gezogen, wobei die Arbeitsmembran über den mit dem Anker verbundenen Kolben mit einer Druckkraft beaufschlagt wird. Die Druckkraft bewirkt eine Ausdehnung der Membran in den Pumpenarbeitsraum, d.h. eine Verdichtung des hierin befindlichen Mediums, das in der Folge über ein Auslassventil ausgetragen wird. Wird die Bestromung der Spulenandordnung beendet, gewährleistet eine am Anker abgestützte Feder die Rückstellung von Anker und Kolben. Die Arbeitsmembran zieht sich zusammen und bewirkt einen Unterdruck im Pumpenarbeitsraum, so dass frisches Medium angesaugt wird. Um die Arbeitsmembran mit einer Druckkraft zu beaufschlagen, ist der Kolben durch die Spulenanordnung geführt. Dies erfordert die Einhaltung kleiner Form- und Lagertoleranzen bei der Fertigung des Kolbens und/oder des Ankers. Ferner ist der Führungsbereich des Kolbens und/oder des Ankers einem erhöhten Verschleiß durch Reibung ausgesetzt. Aufgrund der Länge des Kolbens kann dieser zudem verkanten, wodurch sich die Reibungskräfte und damit der Verschleiß erhöhen.
Aus der DE 10 2004 01 1 123 A1 geht eine weitere Membranpumpe mit einem Hubmagneten als Antrieb hervor, bei welcher die Arbeitsmembran direkt mit einem als Hohlzylinder ausgeführten Anker des Hubmagneten verbunden ist. Ein Kolben zur Betätigung der Arbeitsmembran ist somit verzichtbar. Zur Führung des Ankers ist dieser in einem hülsenförmigen Gleitlager aufgenommen. Die Hubbewegung des Ankers wird durch das Gehäuse des Elektromagneten begrenzt, was beim Anschlagen des Ankers am Gehäuse zu einer unerwünschten Geräuschentwicklung führen kann.
In der DE 10 2008 054 686 A1 wird eine Membranpumpe mit einem Elektromagneten zur Betätigung der Arbeitsmembran vorgeschlagen, bei welcher ein elastisches Element zugleich einen mit dem Elektromagneten zusammenwirkenden Flachanker und eine Rückstellfeder ausbildet. Zur Verbindung mit der Arbeitsmembran ist das elastische Element von dem Kunststoff der Arbeitsmembran umspritzt. Eine radiale Führung des Ankes kann somit entfallen, wodurch sich der Verschleiß im Bereich der bewegten Bauteile verringert. Aufgrund der Ausbildung als Flachanker wird zudem eine Kompakte Anordnung geschaffen, welche nur einen geringen Bauraum erfordert.
Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine kompakte, geräusch- und reibungsarm über einen Elektromagneten betätigbare Membranpumpe bereitzustellen, welche zudem einen hohen Wirkungsgrad aufweist.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Membranpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen angegeben. Offenbarung der Erfindung
Die vorgeschlagene Membranpumpe zum Fördern einer Flüssigkeit, insbesondere eines Abgasnachbehandlungsmediums, wie beispielsweise eine wässrige Harnstofflösung, umfasst einen Arbeitsraum, welcher von einer Arbeitsmembran begrenzt wird und welcher über ein erstes Ventil mit einem Zulauf und über ein zweites Ventil mit einem Auslass verbindbar ist. Ferner umfasst die Membranpumpe einen Elektromagneten, der eine Spulenanordnung und einen mit der Spulenanordnung zusammenwirkenden und mit der Arbeitsmembran wirkverbundenen Anker umfasst. Erfindungsgemäß sind die Ventile in einer Ventilplatte ausgebildet, welche zwischen der Spulenanordnung und dem Anker angeordnet ist. Vorzugsweise begrenzt die Ventilplatte gemeinsam mit der Arbeitsmembran den Arbeitsraum, so dass auch die Anordnung dieser Pumpenbestandteile zwischen der Spulenanordnung und dem Anker erfolgt. Die wesentlichen Elemente der Pumpe sind somit in den Elektromagneten integriert. Auf diese Weise entsteht eine sehr kompakte Pumpenanordnung, die zudem - aufgrund der Trennung von Anker und Spulenanordnung - geräusch- und reibungsarm betreibbar ist. Die fehlende radiale Führung des Ankers hat ferner einen verminderten Verschleiß zur Folge. Darüber hinaus müssen keine Form- und Lagertoleranzen definiert werden. Die Wirkverbindung des Ankers mit der Arbeitsmembran gewährleistet eine direkte Krafteinleitung und damit einen hohen Wrkungsgrad der Pumpe. Vorzugsweise ist der Anker kraft- und/oder formschlüssig mit der Arbeitsmembran, beispielsweise über eine Schraubverbindung, wirkverbunden. Alternativ kann auch eine Klemm- oder Rastverbindung vorgesehen sein. Die Enden der Arbeitsmembran sind ferner an der Ventilplatte fixiert. Zur Fixierung kann beispielsweise ein Ring eingesetzt werden, der in eine entsprechende Aufnahmenut an der Ventilplatte eingreift.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Ventilplatte zumindest teilweise in ein Gehäuse des Elektromagneten oder in den Anker eingelassen. Dadurch kann eine noch kompaktere Bauform bewirkt werden. Zudem ist die eingelassene Ventilplatte zugleich lagefixiert. Gemäß einer Weiterbildung weisen die Ventilplatte und/oder die Arbeitsmembran
Dämpfungsrillen auf, die vorzugsweise umlaufend angeordnet sind. Bei einem kreisförmigen Grundriss des Arbeitsraumes sind die Dämpfungsrillen bevorzugt in konzentrisch zueinander liegenden Kreisen angeordnet. Die Dämpfungsrillen bewirken eine Dämpfung der Bewegung des Ankers, da zum Druckaufbau im Arbeitsraum des Medium aus den Dämpfungsrillen verdrängt werden muss.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Ventilplatte zumindest teilweise einseitig oder beidseitig von wenigstens einer weiteren Platte abgedeckt wird, welche vorzugsweise aus einem nicht magnetischen Werkstoff besteht. Die Ventilplatte und die wenigstens eine weitere Platte bilden zusammen einen Ventilkopf aus, wobei die einzelnen Platten vorzugsweise über Laserschweißen miteinander verbunden sind. Die Ausbildung der wenigstens einen weiteren Platte aus einem nicht magnetischen Werkstoff verhindert ein magnetisches Kleben des Ankers am Magnetgehäuse, wenn die Bestromung der Spulenanordnung beendet wird. Die wenigstens eine weitere Platte ist vorzugsweise mit dem Gehäuse des Elekt- romagneten verschweißt.
Der getrennt von der Spulenanordnung angeordnete Anker wird vorteilhafterweise in radialer Richtung durch wenigstens eine Feder geführt. Die Feder dient der Rückstellung des Ankers nach Beendigung der Bestromung der Spulenanord- nung. Die Feder kann beispielsweise als Schraubendruckfeder ausgebildet sein und einerseits an der Ventilplatte oder an der die Ventilplatte zumindest teilweise abdeckenden weiteren Platte sowie andererseits am Anker abgestützt sein. Um eine radiale Führung des Ankers zu gewährleisten, greift die Feder bevorzugt in eine umlaufende Nut des Ankers ein. Erfolgt die Rückstellung des Ankers über mehrere Druckfedern, die über den Umfang des Ankers gleichmäßig verteilt angeordnet sind, tauchen diese bevorzugt jeweils in eine topfförmige Ausnehmung des Ankers ein. Bei Anordnung mehrerer Federn beträgt die Anzahl mindestens drei, vorzugsweise vier oder mehr. Bevorzugt sind die mehreren Federn in gleichem Wnkelabstand zueinander angeordnet. Zur radialen Lagefixierung der Fe- dem an der Ventilplatte bzw. der weiteren Platte ist an der jeweiligen Platte bevorzugt eine Erhebung, beispielsweise in Form eines Pins, ausgebildet, um welche das Federende gelegt werden kann. Durch die beidseitige Führung der Feder bzw. Federn ist auch eine ausreichende Führung des Ankers sichergestellt. Um eine Dämpfung der Bewegung des Ankers zu bewirken, kann die Feder bzw. können die Federn auch progressiv ausgelegt sein. Weiterhin bevorzugt bildet der Anker wenigstens einen topfförmigen Aufnahmeraum zur wenigsten teilweisen Aufnahme der Ventilplatte und/oder einer Feder aus. Ein zentral angeordneter topfförmiger Aufnahmeraum kann beispielsweise zur Aufnahme der Ventilplatte dienen. Durch eine entsprechende Formgebung der Ankerplatte wird zudem die Arbeitsmembran während des Druckaufbaus im
Arbeitsraum gestützt, was sich günstig auf die Lebensdauer der Arbeitsmembran auswirkt. Alternativ oder ergänzend können weitere topfförmige Aufnahmeräume über den Umfang verteilt angeordnet sein, welche der zumindest teilweisen Aufnahme der Rückstellfedern dienen.
Die topfförmigen Aufnahmeräume können in eine flache Ankerplatte durch ein formgebendes Verfahren eingearbeitet sein. Vorzugsweise ist der Anker ein Stanz-/Biegeteil, das besonders einfach und kostengünstig herstellbar ist. Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass der Elektromagnet ein Gleichstrommagnet ist. Alternativ oder ergänzend kann vorgesehen sein, dass der Elektromagnet eine Spule mit zwei Innendurchmessern umfasst. Dadurch kann eine möglichst hohe Wndungszahl erreicht werden. Aufgrund der vorstehend genannten Vorteile einer erfindungsgemäßen Membranpumpe ist eine solche insbesondere zur Verwendung in einem Abgasnachbehandlungssystem zum Fördern eines Abgasnachbehandlungsmediums, insbesondere einer wässrigen Harnstofflösung, geeignet. Denn die Membranpumpe verhindert, dass der Elektromagnet in Kontakt mit dem zu fördernden Medium gelangt, so dass dieser vor Korrosion geschützt ist. Des Weiteren wird daher ein
Abgasnachbehandlungssystem mit einer erfindungsgemäßen Membranpumpe zum Fördern eines Abgasnachbehandlungsmediums, insbesondere einer wässrigen Harnstofflösung, vorgeschlagen. Neben dem bereits genannten Vorteil wirken sich ferner der geräusch- und reibungsarme Betrieb der Pumpe, als auch die kompakte Bauform als vorteilhaft für das Abgasnachbehandlungssystem aus.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen: Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch eine aus dem Stand der Technik bekannte Membranpumpe, Fig. 2 einen schematischen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Membranpumpe,
Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Ventilanordnung,
Fig. 4 eine Untersicht auf die Ventilplatte der Membranpumpe der Fig. 2,
Fig. 5a, b Teilschnitte durch das Gehäuse der Membranpumpe der Fig. 2,
Fig. 6a einen Teilschnitt durch die Ventilplatte der Fig. 4,
Fig. 6b einen Schnitt durch die Arbeitsmembran der Membranpumpe der
Fig. 2,
Fig. 7 einen schematischen Schnitt durch eine weitere erfindungsgemäße
Membranpumpe,
Fig. 8 eine Draufsicht auf den Anker der Membranpumpe der Fig. 7 und Fig. 9 einen Teilschnitt durch den Anker der Membranpumpe der Fig. 7.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Anhand des schematischen Schnitts durch eine aus dem Stand der Technik bekannte Membranpumpe sollen die bereits eingangs genannten Nachteile einer solchen Pumpe noch einmal deutlich gemacht werden. Die vorliegend dargestellte Pumpe weist einen Arbeitsraum 1 auf, welcher von einer Arbeitsmembran 2, sowie einer Ventilplatte 10 begrenzt wird. Die Ventilplatte 10 nimmt ein erstes Ventil zur Verbindung des Arbeitsraums 1 mit einem Zulauf 4 sowie ein zweites Ventil 5 zur Verbindung des Arbeitsraums 1 mit einem Auslass 6 auf. Die Ventilplatte 10 ist an einem plattenförmigen Stützelement befestigt, das auf der der Ventilplatte 10 abgewandten Seite einen Elektromagneten 7 als Antrieb der Pumpe trägt. Der Elektromagnet 7 umfasst eine Spulenanordnung 8 sowie einen mit der Spulenanordnung 8 zusammenwirkenden Anker 9, welcher auf der der Ventilplatte 10 abgewandten Seite des Elektromagneten 7 angeordnet ist. Zur Betätigung der Arbeitsmembran 2 weist der Anker 9 einen Ankerbolzen 19 auf, welcher durch die Spulenanordnung 8 hindurchgeführt und über Führungen 18 axial verschieblich gelagert ist. Bei Bestromung der Spulenanordnung 8 des Elektromagneten 7 wird der Anker 9 in Richtung der Spulenanordnung 8 gezogen und der Ankerbolzen 19 mitgeführt. Der Ankerbolzen 19 beaufschlagt dabei die Arbeitsmembran 2 mit einer Druckkraft, welche zu einer Volumenverkleinerung des Arbeitsraums 1 und damit zu einer Druckerhöhung führt, so dass das Ventil 5 öffnet und das im Arbeitsraum 1 vorhandene Medium über den Auslass 6 abströmen kann. Wird die Bestromung der Spulenanordnung 8 beendet, bewirkt die Federkraft einer am Anker 9 abgestützten Feder 15 die Rückstellung desselben, wobei auch der Ankerbolzen 19 zurückgestellt wird. Die Rückstellung des Ankerbolzens 19 ermöglicht eine Volumenvergrößerung des Arbeitsraums 1 , welche einen Unterdruck im Arbeitsraum 1 bewirkt. Dies führt dazu, dass frisches Medium über den Zulauf 4 und das Ventil 3 in den Arbeitsraum 1 angesaugt wird. Als nachteilig erweist sich die Baulänge des Ankerbolzens 19, da dieser bei Ausführung der Axialbewegung leicht verkanten kann. Zudem werden die Kontaktflächen im Bereich der Führungen 18 aufgrund Reibung einem erhöhten Verschleiß unterzogen, was die Lebensdauer der Pumpe vermindert. Zudem schlägt der Anker 9 am Elektromagneten 7 an, wenn die Spulenanordnung 8 bestromt und der Anker 9 in Richtung der Spulenanordnung 8 bewegt wird, was zu einer unerwünschten Geräuschentwicklung führt.
Die vorstehenden Nachteile werden durch die in den nachfolgenden Figuren dargestellten Ausführungsformen erfindungsgemäßer Membranpumpen behoben oder zumindest deutlich verringert.
Eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Membranpumpe ist in der Fig. 2 dargestellt. Der Antrieb erfolgt über einen Elektromagneten 7, welcher eine Spulenanordnung 8 sowie einen Anker 9 umfasst. Die Spulenanordnung 8 ist in einem Gehäuse 11 aufgenommen, das zum Anker 9 hin von einer Ventilplatte 10 verschlossen wird. Die Ventilplatte 10 nimmt ein erstes in Verbindung mit einem Zulauf 4 stehendes Ventil 3 sowie ein zweites mit einem Auslass 6 in Verbindung stehendes Ventil 5 auf, wobei die beiden Ventile 3, 5 (siehe Fig. 3) sowie der Zulauf 4 und der Auslass 6 jeweils in einer gemeinsamen Radialebene angeordnet sind. Die Ventilplatte 10 ist vorliegend aus mehreren Platten zusammengesetzt, um die Ausbildung der Ventile 3, 5 zu vereinfachen. Ferner wird die Ventilplatte 10 von einer weiteren Platte 13 abgedeckt, welche aus einem nicht magnetischen Werkstoff besteht und mit der Ventilplatte 10 über eine umlaufende Schweißnaht 20 verbunden ist. Die weitere Platte 13 weist zudem eine Erhebung 23 auf, welche der Führung einer Feder 15 zur Rückstellung des Ankers 9 dient. Das andere Ende der Feder 15, welche vorliegend als Schraubendruckfeder ausgebildet ist, taucht in einen Aufnahmeraum 17 des Ankers 9 ein, welcher als umlaufende Nut auf der der Spulenanordnung 8 zugewandten Seite des Ankers 9 ausgebildet ist. Ein weiterer Aufnahmeraum 16 des Ankers 9 dient der Aufnahme der Arbeitsmembran 2, wenn sich der Anker 9 in Richtung der Spulenan- Ordnung 8 bewegt. Die topfförmige Ausbildung des Aufnahmeraums 16 stützt die
Arbeitsmembran 2 während des Druckaufbaus. Dadurch wird die Lebensdauer der Arbeitsmembran 2 verlängert. Die Wirkverbindung der Arbeitsmembran 2 mit dem Anker 9 erfolgt vorliegend über eine Schraubverbindung. Im Bereich der Schraubverbindung weist die Arbeitsmembran 2 einen Dämpfungskegel in Form einer Materialverdickung auf, mittels dessen die Bewegung des Ankers 9 abgebremst werden kann, bevor der Anker 9 an der Ventilplatte 10 anschlägt. Ein weiterer Anschlag 21 begrenzt den Hub des Ankers 9 in Rückstellrichtung. Die Enden der Arbeitsmembran 2 sind über einen Ring 25 an der Ventilplatte 10 fixiert, der in eine entsprechende Aufnahme an der Ventilplatte 10 eingreift. Über den Ring 25 kann die Arbeitsmembran 2 verspannt werden.
Die in der Fig. 2 dargestellte Membranpumpe zeichnet sich durch ein sehr geringes Totvolumen aus. Nahezu das gesamte Volumen des Arbeitsraums 1 wird durch die Arbeitsmembran 2 verdrängt, wodurch der hohe Wirkungsgrad der Pumpe weiter gesteigert wird. Zudem ist die Fördermenge mit einer hohen Genauigkeit bestimmbar.
Durch die Integration der Pumpenelemente in den Elektromagneten 7 kann zudem der Bauraum erheblich reduziert werden. Hierzu trägt bei, dass die Ventil- platte 10, wie in der Fig. 2 dargestellt, in das Gehäuse 11 des Elektromagneten 7 eingelassen ist. Das Gehäuse 11 weist hierzu eine Ausnehmung 22 auf (siehe Figuren 5a und 5b), welche korrespondierend zur Form der Ventilplatte 10 ausgebildet ist (siehe Fig. 4). Die in das Gehäuse 11 eingelassene Ventil platte wird zudem durch die weitere Platte 13, die vorliegend als Ringscheibe ausgebildet ist, in der Ausnehmung 22 fixiert. Hierzu ist die Ringscheibe bzw. die weitere
Platte 13 über eine Schweißnaht 20 mit der Ventilplatte 10 sowie dem Gehäuse 1 1 verschweißt. Die Ringscheibe kann eine Stärke von weniger als 0,2mm aufweisen.
Eine alternative Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Membranpumpe ist in der Fig. 7 dargestellt. Diese unterscheidet sich von der der Fig. 2 dadurch, dass die wesentlichen Pumpenelemente, nämlich die Arbeitsmembran und die Ventile 3, 5 innerhalb des Aufnahmeraums 16 des Ankers 9 angeordnet sind. Die als Polfläche dienende Oberseite des Gehäuses 11 des Elektromagneten 7 kann demnach planeben ausgebildet sein, was die Herstellung des Elektromagneten 7 vereinfacht. Zur Ausbildung des Aufnahmeraums 16 sowie weiterer Aufnahmeräume 17 für mehrere Rückstellfedern 15 ist der Anker 9 als Stanz-/Biegeteil ausgeführt. Dadurch können die Herstellungskosten weiter verringert werden. Auf eine Platte 13 wird verzichtet, stattdessen ist eine Platte 14 aus einem nicht magnetischen Werkstoff zwischen der Ventilplatte 10 und dem Gehäuse 1 1 angeordnet. Der Magnetfluss 24 über das Gehäuse 1 1 in den Anker 9 bleibt weiterhin sichergestellt. Zur Führung der an der Platte 14 abgestützten Federn 15 weist die Platte 14 Erhebungen 23 auf, welche angeformt (siehe Fig. 9) oder nachträglich aufgebracht sein können (siehe Fig. 7). Wie der Fig. 8 zu entnehmen ist, weist der Anker 9 neben den Aufnahmeräumen 16, 17 eine Ausnehmung 22 auf, in welche die Ventilplatte 10 eingelassen ist.
Die Funktionsweisen der Membranpumpen der Figuren 2 und 7 unterscheiden sich kaum. Wird die Spulenanordnung 8 bestromt, bewegt sich der Anker 9 in Richtung der Spulenanordnung 8. Die Arbeitsmembran 2 wird dabei in den Arbeitsraum 1 hineinbewegt, wodurch sich das Volumen des Arbeitsraums 1 verkleinert. Dies führt zu einem Druckanstieg im Arbeitsraum 1 , welcher zum Öffnen des Ventils 5 führt, über welches das im Arbeitsraum 1 vorhandene Medium in den Auslass 6 gelangt. Wird die Bestromung der Spulenanordnung 8 beendet, bewirkt die Federkraft der Feder bzw. Federn 15, dass der Anker 9 in seine Ausgangslage zurückgestellt wird. Gleiches gilt für die Arbeitsmembran 2, so dass aufgrund der Volumenvergrößerung des Arbeitsraums 1 ein Unterdruck entsteht, welcher zum Öffnen des Ventils 3 und damit zum Ansaugen frischen Mediums führt. Der Anker 9, der über die Arbeitsmembran 2 und die wenigstens eine Feder 15 radial zum Elektromagneten 7 geführt wird, hat zwei Endanschläge, nämlich die Ventilplatte 10 bzw. die hierauf angebrachte weitere Platte 13 bzw. 14 sowie den Anschlag 21. Prinzipbedingt erfährt der Anker 9 keine radialen Kräfte, weshalb eine radiale Führung des Ankers 9 entbehrlich ist. Eine gewisse radiale Führung erfährt der Anker 9 jedoch über die wenigstens eine Feder 15.
Beide beschriebenen bevorzugten Ausführungsvarianten weisen den Vorteil auf, dass eine unerwünschte Geräuschentwicklung verhindert oder zumindest deutlich reduziert wird. Ein geräuschvolles Aufschlagen des Ankers 9 wird beispielsweise dadurch verhindert, dass die Arbeitsmembran 2 einen Dämpfungskegel aufweist (siehe Figuren 2 und 7). Alternativ oder ergänzend kann die Arbeitsmembran 2 auch mit Dämpfungsrillen 12 versehen sein, welche eine zusätzliche Dämpfung dadurch bewirken, dass vor dem Aufschlagen das Medium aus den Rillen 12 verdrängt werden muss (siehe Fig. 6b). Die Dämpfungsrillen 12 bestehen bevorzugt aus dem gleichen Material wie die Arbeitsmembran, wobei es sich weiterhin bevorzugt um eine Elastomermembran handelt. Alternativ oder ergänzend kann auch die Ventilplatte 10 mit Dämpfungsrillen 12 ausgestattet sein (siehe Fig. 6a).

Claims

Ansprüche
1. Membranpumpe zum Fördern einer Flüssigkeit, insbesondere eines Abgasnachbehandlungsmediums, wie beispielsweise eine wässrige Harnstofflösung, umfassend einen Arbeitsraum (1), welcher von einer Arbeitsmembran (2) begrenzt wird und welcher über ein erstes Ventil (3) mit einem Zulauf (4) und über ein zweites Ventil (5) mit einem Auslass (6) verbindbar ist, sowie einen Elektromagneten (7), der eine Spulenanordnung (8) und einen mit der Spulenanordnung (8) zusammenwirkenden und mit der Arbeitsmembran (2) wirkverbundenen Anker (9) umfasst,
dadurch gekennzeichnet, dass die Ventile (3, 5) in einer Ventilplatte (10) ausgebildet sind, welche zwischen der Spulenanordnung (8) und dem Anker (9) angeordnet ist.
2. Membranpumpe nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilplatte (10) zumindest teilweise in ein Gehäuse (1 1) des Elektromagneten (7) oder in den Anker (9) eingelassen ist.
3. Membranpumpe nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilplatte (10) und/oder die Arbeitsmembran (2) Dämpfungsrillen (12) aufweisen, die vorzugsweise umlaufend angeordnet sind.
4. Membranpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilplatte (10) zumindest teilweise einseitig oder beidseitig von wenigstens einer weiteren Platte (13, 14) abgedeckt wird, welche vorzugsweise aus einem nicht magnetischen Werkstoff besteht und/oder mit dem Gehäuse (1 1) des Elektromagneten (7) verschweißt ist.
5. Membranpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (9) in radialer Richtung durch wenigstens eine Feder (15) geführt wird, welche der Rückstellung des Ankers (9) nach Beendigung der Bestromung der Spulenanordnung (8) dient.
6. Membranpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Feder (15) zur Rückstellung des Ankers (9) progressiv ausgelegt ist.
7. Membranpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (9) wenigstens einen topfförmi- gen Aufnahmeraum (16, 17) zur wenigstens teilweisen Aufnahme der Ventilplatte (10) und/oder einer Feder (15) ausbildet.
8. Membranpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (9) ein Stanz-/Biegeteil ist.
9. Membranpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromagnet (7) ein Gleichstrommagnet ist und/oder eine Spule (8) mit zwei Innendurchmessern umfasst.
10. Abgasnachbehandlungssystem mit einer Membranpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Fördern eines Abgasnachbehandlungsmediums, insbesondere einer wässrigen Harnstofflösung.
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