Einrichtung zur Bereitstellung von unter einem vorgebbaren Druck stehenden Fluiden

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Bereitstellung von unter einem vorgebbaren Druck stehenden Fluiden, mit mindestens einer das betreffende Fluid aus einem Fluidvorrat zu einem zugeordneten Abnehmer unter Druck zuführenden Pumpe.

Einrichtungen für eine Druckversorgung von Abnehmern verschiedenster Art, seien es Abnehmer für Prozessflüssigkeiten oder Verbraucher, die hydraulische Druckflüssigkeiten benötigen und bei denen Pumpen als Druckquelle vorgesehen sind, kommen auf den verschiedensten Einsatzgebieten zur Anwendung. Um aus der großen Vielzahl der Einsatzmöglichkeiten lediglich ein Anwendungsbeispiel herauszugreifen, das in neuerer Zeit an Bedeutung gewonnen hat, sei auf das Adblue-System verwiesen, bei dem zur Abgasbehandlung bei Verbrennungsmotoren eine wässrige Harnstofflösung aus einem die Lösung enthaltenden Vorratsbehälter zu einer Arbeits- einheit gepumpt wird, die die Harnstofflösung in den Abgasstrom einspritzt.

Aus ökonomischen wie ökologischen Gründen muss nicht nur bei diesem Anwendungsbeispiel, sondern im Allgemeinen darauf geachtet werden, dass die Bereitstellung der betreffenden, unter Druck stehenden Fluide bei geringem Aufwand der erforderlichen Einrichtung betriebssicher und energieeffizient erfolgt. Im Hinblick auf diese Problematik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der betrachteten Art zur Verfügung zu stellen, die eine besonders wirtschaftliche und effiziente Druckversorgung betreffender Ab- nehmer mit unter Druck stehenden Fluiden ermöglicht.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist diese Aufgabe durch eine Einrichtung gelöst, die die Merkmale des Patentanspruchs 1 in seiner Gesamtheit aufweist.

Nach dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 besteht eine wesentliche Besonderheit der Erfindung darin, dass zumindest eine Fluid aus dem Fluid- vorrat ansaugende erste Pumpe und mindestens eine weitere, Fluid zum Abnehmer zuführende Pumpe vorgesehen sind und dass die Saugseite der jeweiligen weiteren Pumpe für eine Versorgung mit einer Füllmenge des Fluids mit der Druckseite der ersten Pumpe in Verbindung ist. Dadurch, dass dergestalt die Druckversorgung in Funktionsstufen unterteilt ist, wobei die erste Pumpe eine Ansaugfunktion ausübt, um für eine den Versorgungsdruck erzeugende, eigentliche Förderpumpe die jeweilige Füllung zur Ver- fügung zu stellen, ergeben sich mehrere Vorteile. So lassen sich Saugpumpe und Druckerzeuger jeweils optimal auf die unterschiedliche Funktion konstruktiv auslegen, beispielsweise hinsichtlich der betreffenden Abdichtungen in Anpassung an die wesentlich unterschiedlichen Druckverhältnisse an Saugpumpe und Druckpumpe. Entsprechend lassen sich auch die Antriebs- Systeme der Pumpen leistungsmäßig unterschiedlich dimensionieren und energetisch optimal gestalten.

In besonders vorteilhafter Weise kann die Anordnung so getroffen sein, dass mehr als eine weitere Pumpe vorgesehen ist, deren Saugseiten mittels der Fluid aus dem Fluidvorrat ansaugenden ersten Pumpe mit einer Füllmenge an Fluid versorgbar sind. Bei Abnehmern, die betriebsbedingt unterschied- liehe Volumenströme eines betreffenden Druckfluids benötigen, wie dies insbesondere auch bei Adblue-Systemen der Fall ist, wo leistungsabhängig unterschiedliche Einspritzmengen der Harnstofflösung erforderlich sind, lässt sich die Druckversorgung besonders wirtschaftlich und effizient durch Zu- oder Abschalten einer betreffenden weiteren oder weiterer Pumpen bewerkstelligen, die jeweils von der ersten, als Saugpumpe dienenden Pumpe befüllbar sind.

In besonders vorteilhafter Weise kann die Anordnung so getroffen sein, dass in der Verbindung zwischen der Druckseite der ersten Pumpe und der

Saugseite der zumindest einen weiteren Pumpe ein als Füllspeicher dienender, hydropneumatischer Druckspeicher vorgesehen ist. In vorteilhafter Weise ist dadurch auch bei unterschiedlichen, von betreffenden Druckpumpen angeforderten Füllmengen ein verhältnismäßig gleichbleibender Fülldruck erreichbar.

Bei besonders vorteilhaften Ausführungsbeispielen sind Pumpen in Form von Kolbenpumpen vorgesehen, die elektrisch mittels Betätigungsmagneten betätigbar sind, die derart bestrombar sind, dass im Wechsel Füllhübe des Kolbens einer Pumpe mit Förderhüben des Kolben einer anderen Pumpe zeitlich zusammenfallen. Dadurch lässt sich auch bei der Benutzung von Kolbenpumpen, die für eine dosierte Druckversorgung, auch bei höherem Druckniveau, besser als kontinuierlich fördernde, andere Pumpsysteme geeignet sind, ein verhältnismäßig geringe Druckpulsationen aufweisender, geglätteter Volumenstrom realisieren.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die eingangs gestellte Erfindungsaufgabe erfindungsgemäß auch durch eine Einrichtung gelöst, die die Merkmale des Patentanspruchs 5 in seiner Gesamtheit aufweist. Demgemäß ist vorgesehen, dass eine Mehrzahl von Kolbenpumpen zur Druckversorgung des betreffenden Abnehmers im Paral lelbetrieb betätigbar sind, wobei der wechselnde Betrieb derart gestaltet ist, dass Füllhübe des Kolbens einer Pumpe mit Förderhüben einer weiteren Pumpe zeitlich zu- sammenfallen. In vorteilhafter Weise lässt sich durch einen derartigen Wechselbetrieb nicht nur ein verhältnismäßig glatter Volumenstrom erreichen, sondern die Parallelschaltung ermöglicht für einen gleichen, erforderlichen Volumenstrom kleinere Kolbendurchmesser der jeweiligen Pumpen. Dadurch sind als weitere Vorteile kleinere Kolbendurchmesser real isierbar, wobei gleichzeitig bei wirtschaftlichem Energieeinsatz höhere Taktfrequenzen sowie höhere Drücke erreichbar sind.

Bei beiden Aspekten der Erfindung sind mit besonderem Vorteil als Betätigungsmagnete vorzugsweise drückende Elektromagnete vorgesehen, die den zugehörigen Kolben gegen eine an ihm wirkende Rückstell kraft bewegen, wobei die Kolben vorzugsweise gegen die Rückstell kraft einer Federanordnung bewegbar sind.

Bei Ausführungsbeispielen, mit denen durch eine vorgeschaltete Saugpum- pe eine oder mehrere weitere Kolbenpumpe oder Kolbenpumpen befüllbar ist bzw. sind, ergibt sich der zusätzliche Vorteil, dass dank des zur Verfügung stehenden Fülldrucks der weiteren Pumpe oder Pumpen schwächere Rückstellfedern erforderlich sind, wodurch ein energetisch günstigerer Betrieb ermöglicht ist.

Nachstehend ist die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen im Einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine teils in der Art einer schematischen Funktionsskizze und in Symboldarstellung gezeigte Darstellung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Einrichtung und Fig. 2 und 3 der Fig. 1 ähnliche Darstellungen eines zweiten bzw. dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Nachstehend ist die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert, bei denen für eine Druckversorgung eines mit 1 bezeichneten Abnehmers, beispielsweise des Einspritzventils für ein Adblue-System, Kolbenpumpen vorgesehen sind. Der Abnehmer 1 ist über eine Druckleitung 3 mit Druckfluid aus einem Fluidvorrat zu versorgen, der in einem Vorratsbehälter 5 enthalten ist. Die Druckleitung 3 ist zum Behälter 5 über ein Druckbegrenzungsventil 7, das auf den gewünschten Versorgungsdruck eingestellt ist, abgesichert. Das Druckfluid erreicht die Druckleitung 3 über eine Förderlei- tung 9, in der ein Fluidfilter 1 1 angeordnet ist.

Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1 ist eine erste Kolbenpumpe, die als Saugpumpe 12 dient, mit ihrer Saugseite 13 über ein als Saugventil vorgesehenes Rückschlagventil 15 mit dem Vorratsbehälter 5 verbunden. Die Druckseite 1 7 der Saugpumpe 12 ist über einen Leitungszweig 19 mit der Saugseite 21 einer weiteren Kolbenpumpe in Verbindung, die als Druckpumpe 23 dient. Der Kolben 25 der Saugpumpe 1 2 und der Kolben 27 der Druckpumpe 23 sind jeweils über eine Rückstellfeder 29 für einen Füllhub des Kolbens 25, 27 vorgespannt. In dem Leitungszweig 19 zwischen Saug- pumpe 12 und Druckpumpe 23 befinden sich ein Rückschlagventil 31 als Druckventil an der Druckseite 1 7 der Saugpumpe 12 sowie ein Rückschlagventil 33 als Saugventil an der Saugseite 21 der Druckpumpe 23. Deren Druckseite 35 ist über ein als Druckventil dienendes Rückschlagventil 37 mit der Förderleitung 9 und damit über das Filter 1 1 mit der Drucklei- tung 3 des Abnehmers 1 in Verbindung. Die Kolben 25, 27 von Saugpumpe 12 und Druckpumpe 23 sind jeweils für einen Förderhub entgegen der Wirkung ihrer Rückstellfeder 29 mittels eines Betätigungsmagneten 39 bewegbar. Bei diesen handelt es sich jeweils um einen sog.„drückenden" Elektromagneten an sich bekannter Art, dessen Anker 41 bei Bestromen der Magnetwicklung 43 den zugehörigen Kolben 25, 27 über ein Betätigungsglied 45 gegen die Wirkung der Rückstellfeder 29 für einen Förderhub bewegt. Im Betrieb ist die Bestromung der Betätigungsmagneten 39 so getaktet, dass sich Förderhübe des Kolbens 25 der Saugpumpe 12 mit Füllhüben des Kolbens 27 der Druckpumpe 23 abwech- sein, so dass der Kolben 25 der Saugpumpe 12 eine Füllmenge des Fluids dem Leitungszweig 19 zuführt, während der Kolben 27 der Druckpumpe 23 einen Füllhub durchführt. Die Saugpumpe 12 braucht wegen der zeitlichen Übereinstimmung mit dem Füllhub des Kolbens 27 der Druckpumpe 23 daher keinen hohen Fülldruck zu erzeugen. Wie Fig. 1 zeigt, ist am Lei- tungszweig 19 ein hydropneumatischer Druckspeicher 47 vorgesehen, der als Füllspeicher dient und Druckpulsationen des im Leitungszweig 19 herrschenden Fülldrucks glättet. Bei Ausführungsbeispielen, die, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, am Leitungszweig 19 einen Füllspeicher aufweisen, braucht im Übrigen die Saugpumpe 12 nicht wie zuvor beschrieben mit der Druck- pumpe 23 getaktet zu sein. Vielmehr kann die Saugpumpe 12 so betrieben werden, dass sie lediglich den Ladezustand des Speichers 47 in einem einem günstigen Fülldruck entsprechenden Druckbereich hält.

Das Ausführungsbeispiel von Fig. 2 unterscheidet sich gegenüber Fig. 1 insofern, als eine weitere Druckpumpe 23 zu der in Fig. 1 gezeigten, einzigen Druckpumpe 23 parallel geschaltet ist. Wie bei Fig. 1 ist die Saugseite 21 jeder Druckpumpe 23 über den den Füllspeicher 47 aufweisenden Leitungszweig 19 von der Saugpumpe 12 mit einer Füllmenge des Fluids versorgbar. Die Saugpumpe 12, die wiederum den Ladezustand des Füllspei- chers 41 im vorbestimmten Bereich hält, braucht nicht mit den weiteren

Druckpumpen 23 getaktet zu sein. Für eine geglättete Druckversorgung des Abnehmers 1 über die mit den Druckseiten 35 der Druckpumpen 23 verbundene Förderleitung 9 und die Druckleitung 3 sind jedoch die weiteren Druckpumpen 23 miteinander getaktet, so dass der Förderhub der einen Pumpe 23 mit dem Füllhub der anderen Pumpe 23 zusammenfällt. Neben dem Vorteil des so geglätteten Druckverlaufs für die Druckversorgung ergibt sich durch die Parallelschaltung der Vorteil, dass bei gleichem Volumenstrom geringere Kolbendurchmesser erforderlich sind und sich höhere Taktgeschwindigkeiten energieeffizient gestalten lassen. Hinzu kommen die Vorteile, die aus der Hintereinanderschaltung mit einer der Füllung dienen- den Saugpumpe 12 resultieren.

Bei dem weiteren Ausführungsbeispiel von Fig. 3 sind, wie bei Fig. 2, zwei Druckpumpen 23 zueinander parallel geschaltet, die mit ihren Druckseiten 35 über Druckventile in Form von Rückschlagventilen 37 mit der Förderlei- tung 9 verbunden sind. Anders als bei Fig. 2 sind die Druckpumpen 23 ohne vorgeschaltete Saugpumpe 12 mit ihren Saugseiten 21 über als Saugventile dienende Rückschlagventile 1 5 mit dem Behälter 5 des Fluidvorrats in Verbindung. Wie beim Ausführungsbeispiel von Fig. 2 sind die Druckpumpen 23 miteinander getaktet, so dass in der Förderleitung 9 der Fluid- Versorgungsdruck relativ geglättet ist, wobei, bei einer Parallelschaltung mit mehr als den zwei gezeigten Druckpumpen 23, die Druckpulsationen entsprechend stärker geglättet sind. Wie beim Beispiel von Fig. 2 ergeben sich aufgrund der Mehrzahl beteiligter Druckpumpen 23 entsprechend geringere Kolbendurchmesser bei gleichem Volumenstrom, so dass ohne weiteres auch höhere Taktfrequenzen realisierbar sind, mit entsprechend geglättetem Druckverlauf der Druckversorgung. Wie Fig. 3 zeigt, sind die Saugseiten 21 der Druckpumpen 23 über eine Saugleitung 49 mit dem Behälter 5 des Fluidvorrats in Verbindung.