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Title:
MAGNETIC ACTUATOR FOR A CONVEYING UNIT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/076535
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a magnetic actuator (12) for a conveying unit (10), in particular a membrane pump for conveying an operating/auxiliary material in a vehicle, having an immersion armature (22), which extends through an internal pole (20) and actuates an elastomer membrane (46), which in turn actuates a valve group. The immersion armature (22) is acted upon by a compression spring (30), which presses the elastomer membrane (46) to a sealing seat (56) of a valve plate (50) of the conveying unit (10). When passing an armature stroke path (82), the immersion armature (22) reaches a resting point (98), which is at a safety distance (94) from a travel stop (92) of the immersion armature (22), wherein the magnetic force acting on the immersion armature (22), on the one hand, and the force of the compression spring (30) and hydraulic forces acting on the immersion armature (22), on the other, are in equilibrium at the resting point (98) on the magnetic force characteristic curve (88).

Inventors:
BOEHLAND, Peter (Erfurter Weg 11/1, Marbach, 71672, DE)
WALETZEK, Christoph (Anna-Neff-Str. 3, Ludwigsburg, 71640, DE)
Application Number:
EP2018/074292
Publication Date:
April 25, 2019
Filing Date:
September 10, 2018
Export Citation:
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Assignee:
ROBERT BOSCH GMBH (Postfach 30 02 20, Stuttgart, 70442, DE)
International Classes:
F04B17/04; F01N3/20; F04B43/04; F04B53/00
Domestic Patent References:
WO2013029849A12013-03-07
WO2013029849A12013-03-07
Foreign References:
DE102013211164A12014-12-31
DE102015226463A12017-06-22
DE102015215488A12017-02-16
DE102015226463A12017-06-22
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Claims:
Ansprüche

1. Magnetaktor (12) für ein Förderaggregat (10), insbesondere eine

Membranpumpe zur Förderung eines Betriebs-/Hilfsstoffes in einem Fahrzeug, mit einem Tauchanker (22), der sich durch einen Innenpol (20) erstreckt und eine Elastomermembran (46) betätigt, die ihrerseits eine Ventilgruppe betätigt, dadurch gekennzeichnet, dass ein

Tauchanker (22) bei Passage eines Ankerhubweges (82) einen

Ruhepunkt (98) erreicht, der in einem Sicherheitsabstand (94) von einem Hubanschlag (92) des Tauchankers (22) liegt.

2. Magnetaktor (12) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Tauchanker (22) durch eine Druckfeder (30) beaufschlagt ist, die die Elastomermembran (46) auf einen Dichtsitz (56) einer Ventilplatte (50) des Förderaggregates (10) drückt.

3. Magnetaktor (12) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Ruhepunkt (98) auf der Magnetkraftkennlinie (88) die auf den

Tauchanker (22) wirkende Magnetkraft einerseits und die auf den Tauchanker (22) wirkende Kraft der Druckfeder (30) sowie hydraulische Kräfte andererseits im Gleichgewicht stehen.

4. Magnetaktor (12) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hubbereich (100) des Tauchankers (22) zwischen dem Dichtsitz (56) und einem verbleibenden Restluftspalt (86) liegt.

5. Magnetaktor (12) gemäß der Ansprüche 1 und 2, dadurch

gekennzeichnet, dass eine Magnetkraftkennlinie (88) des Magnetaktors (12) einen abfallenden Bereich (90) umfasst, der in einem Ruhepunkt (98) endet.

6. Magnetaktor (12) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Erreichen des Ruhepunktes (98) mit dem Erreichen eines

Restluftspaltes (86) während der Passage des Ankerhubweges (82) zusammenfällt.

7. Magnetaktor (12) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erreichen des Restluftspaltes (86) durch den Tauchanker (22) zwischen diesem und einem mechanischen Hubanschlag (92) ein

Sicherheitsabstand (94) verbleibt.

8. Verwendung des Magnetaktor (12) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 in einem Förderaggregat (10) zur Förderung eines Betriebs-/Hilfsstoffes in einem Abgasnachbehandlungssystem einer

Verbrennungskraftmaschine.

Description:
Beschreibung

Magnetaktor für ein Förderaggregat Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf einen Magnetaktor für ein Förderaggregat, insbesondere zur Förderung eines Betriebs-/Hilfsstoffes zum Eindosieren in ein Abgasnachbehandlungssystem einer Verbrennungskraftmaschine und die Verwendung des Magnetaktors in dem Förderaggregat.

Stand der Technik

DE 10 2015 226 463 AI bezieht sich auf einen Magnetaktor für ein

Förderaggregat. Bei dem Förderaggregat handelt es sich insbesondere um eine Membranpumpe, die zur Förderung eines Betriebs-/Hilfsstoffes in einem

Fahrzeug eingesetzt wird. Diese umfasst einen federbeaufschlagten Anker, der sich durch eine Magnetspule erstreckt und auf eine Membran wirkt. Dies kann entweder einen Arbeitsraum des Förderaggregates beaufschlagen und/oder einen Dichtsitz eines Ventils abdecken bzw. freigeben. Die Membran ist über eine Zwischenschicht mit dem Aktor verbunden.

WO 2013/029849 AI bezieht sich auf ein Dosiersystem für ein flüssiges

Reduktionsmittel. Es wird ein Dosiermodul zum Eindüsen von flüssiger Harnstoff- Wasser- Lösung in den Abgastrakt einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen, welches aus zwei Pumpen, nämlich einer Förderpumpe und einer

Belüftungspumpe besteht. Dadurch ist einerseits das Eindüsen von Harnstoff- Wasser-Lösung möglich und andererseits ist auch ein sicheres und

zuverlässiges Entlüften des Systems möglich, wenn die Brennkraftmaschine abgeschaltet werden soll. Durch eine reduzierte Magnetkrafterhöhung bei kleiner werdendem

magnetischem Hauptluftspalt kann die Aufschlagsgeschwindigkeit des Ankers am Hubanschlag reduziert werden. Durch diese Maßnahme kann die

Geräuschentwicklung im Rücksaugbetrieb des Förderaggregates deutlich reduziert werden. Wenn die Systemleitung vollständig rückgesaugt werden soll, kommt es gegen Ende des Rücksaugens, wenn kein Fluid mehr vorhanden ist, zur Förderung von Luft. Dadurch erfolgt eine Reduktion der auf den Anker wirkenden Gegenkräfte, die der den Anker betätigenden Magnetkraft

entgegenwirken, der Anker wird demzufolge beschleunigt, so dass dieser mit einer relativ hohen Geschwindigkeit auf den Hubanschlag trifft. Dies verursacht eine unerwünschte Geräuschemission.

In heutigen Förderaggregaten werden Rücksaugpumpen eingesetzt, um das Reduktionsmedium bei Stillstand des Fahrzeuges aus den Leitungen

zurückzusaugen, um Schäden aufgrund auftretenden Eisdrucks am Dosiermodul des Abgasnachbehandlungssystems oder an der Leitung zu vermeiden. Derzeit eingesetzte Rückförderpumpen sind derart ausgelegt, dass diese lediglich eine Teilmenge des Betriebs-/Hilfsstoffes zurücksaugen. Weiterhin stellt der mechanische Anschlag des Ankers einen Störfaktor dar, Geräuschemission lässt sich durch einen relativ hohen zusätzlichen Paarungsaufwand in der Fertigung reduzieren.

Darstellung der Erfindung Erfindungsgemäß wird ein Magnetaktor für ein Förderaggregat, insbesondere eine Membranpumpe zur Förderung eines Betriebs-/Hilfsstoffes in einem

Fahrzeug vorgeschlagen, mit einem Anker, der sich durch einen Innenpol erstreckt und eine Elastomermembran betätigt, die eine Ventilgruppe steuert. Der Anker ist als Tauchanker ausgeführt, der bei Passage eines Ankerhubweges einen Ruhepunkt erreicht, der in einem Sicherheitsabstand von einem

Hubanschlag des Tauchankers liegt.

Die Ausbildung des Ankers als Tauchanker bietet den Vorteil, dass mittels eines Tauchankers eine abfallende Magnetkraft über den Hub des Ankers dargestellt werden kann. Der Vorteil liegt darin, dass neben dem relativ großen Hub des Tauchankers auch die Aufschlagenergie des Ankers im Vergleich zur

Verwendung eines Flachankers stark reduziert werden kann. Bei einem

Flachanker nimmt die erzeugte Magnetkraft mit abnehmendem Arbeitsluftspalt zu. Bei einem Tauchanker hingegen bleibt die Kraft näherungsweise gleich und kann erfindungsgemäß so gestaltet werden, dass die Magnetkraft, die auf den Anker wirkt, mit zunehmendem Ankerhubweg abnimmt.

In Weiterbildung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Magnetaktors durchläuft der Tauchanker einen Hubbereich zwischen dem Dichtsitz und einem verbleibenden Restluftspalt.

Der erfindungsgemäß vorgeschlagene Magnetaktor weist eine

Magnetkraftkennlinie auf, die einen abfallenden Bereich umfasst, in dem die Magnetkraft abnimmt, wobei der abfallende Bereich der Magnetkraftkennlinie in einem Ruhepunkt endet. In diesem Ruhepunkt auf der Magnetkraftkennlinie stehen die auf den Tauchanker des Magnetaktors wirkende Magnetkraft einerseits und die dieser entgegenwirkenden auf den Taucheranker wirkenden Kräfte der Druckfeder sowie hydraulische Kräfte andererseits im Gleichgewicht. Im Ruhepunkt bewegt sich der Tauchanker aufgrund des Kräftegleichgewichtes nicht mehr.

Der Magnetaktor ist so ausgelegt, dass bei Erreichen des Ruhepunktes auf der Magnetkraftkennlinie das Erreichen eines Restluftspaltes gewährleistet ist. Bei Erreichen des Restluftspaltes durch den Tauchanker, verbleibt zwischen dem Tauchanker und einem mechanischen Hubanschlag ein Sicherheitsabstand. Dies bedeutet, dass der Tauchanker, nachdem er den Ruhepunkt auf der

Magnetkraftkennlinie bezüglich seines Hubweges, d.h. den Restluftspalt erreicht hat, sich nicht mehr weiter bewegt und demzufolge ein mechanischer Anschlag am mechanischen Hubanschlag unterbleibt, wodurch eine Geräuschemission ausgeschlossen ist.

Die Erfindung bezieht sich darüber hinaus auf die Verwendung des Magnetaktors in einem Förderaggregat, insbesondere zur Förderung eines Betriebs- /Hilfsstoffes wie eine Harnstoff- Wasser- Lösung in einem

Abgasnachbehandlungssystem für eine Verbrennungskraftmaschine. Vorteile der Erfindung

Die Vorteile der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Ausgestaltung des

Magnetankers, insbesondere der Ausbildung des Ankers als Tauchanker liegen darin, dass bei einem Nachlassen auf den Anker einwirkender Gegenkräfte, auch die Magnetkraft, die auf den Tauchanker wirkt, abnimmt. Der schlagende Vorteil des Tauchankerprinzips ist es, dass neben einem hohen erreichbaren Hubweg auch die Aufschlagsenergie im Vergleich zum Einsatz eines

Flachankermagneten reduziert werden kann. Dies spiegelt sich in einem abfallenden Verlauf der Magnetkraftkennlinie entlang des Ankerhubweges wieder, ausgehend vom Arbeitsluftspalt bis zum Restluftspalt. Bei Erreichen des Restluftspaltes bewegt sich der Anker nicht mehr, da an einem Ruhepunkt aus der Magnetkraftkennlinie die auf den Taucher einwirkenden Gegenkräfte und die reduzierte Magnetkraft im Gleichgewicht stehen. Bei Erreichen des

Restluftspaltes hält der Anker einen Sicherheitsabstand zu seinem

mechanischen Hubanschlag ein, sodass kein Aufprall erfolgt, wodurch eine Geräuschemission ausgeschlossen ist. Dies bedeutet, dass das mit dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Magnetanker ausgestattete Förderaggregat im Rücksaugmodus sowie im Betrieb sehr leise arbeitet.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung liegt in der geringen Geschwindigkeit bei der Ausführung eines Ankerhubs, bedingt durch die abfallende Magnetkraftkennlinie und eine dadurch erzeugt geringere

Reibwärme im Tribologiesystem.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender

beschrieben.

Es zeigt:

Figur 1 eine Schnittdarstellung des Magnetaktors eines Förderaggregates und Figur 2 den Verlauf der Magnetkraft entsprechend einer

Magnetkraftkennlinie, aufgetragen über den Ankerhubweg. Ausführungsvarianten

Der Darstellung gemäß Figur 1 ist ein Schnitt durch einen erfindungsgemäß vorgeschlagenen Magnetaktor 12 für ein Förderaggregat 10 zu entnehmen.

Der Magnetaktor 12 umfasst eine Magnetspule 14, die von einem Mantel 16 umschlossen ist. Oberhalb der Magnetspule 14 befindet sich eine

Rückschlussscheibe 18. Die Magnetspule 14 ist an einem Innenpol 20 des Magnetaktors 12 aufgenommen. Im Innenpol 20 des Magnetaktors 12 ist ein Tauchanker 22 eine Hubbewegung 26 ausführend, geführt. Der Tauchanker 22 umfasst an einem Ende eine Tauchankerstufe 24. Der Tauchanker 22 ist mit einem Kunststoffteil 28 verbunden, welches im Wesentlichen in Stiftform ausgeführt ist. Der Tauchanker 22 wird durch eine Druckfeder 30, die im Innenpol 20 geführt ist, beaufschlagt. Die Druckfeder 30 stützt sich auf einer Scheibe 32 an der Oberseite des Tauchankers 22 ab.

Die Tauchankerstufe 24 an der Oberseite des Tauchankers 22 wird durch einen ersten Tauchankerdurchmesser 34 sowie einen zweiten Ankerdurchmesser 36 definiert. Eine elektrische Kontaktierung der Magnetspule 14 des Magnetaktors 12 erfolgt durch eine elektrische Kontaktierung 38 seitlich an einem

Pumpengehäuse 54 des Förderaggregates 10.

Aus der Schnittdarstellung gemäß Figur 1 geht darüber hinaus hervor, dass der Tauchanker 22 und das Kunststoffteil 28 an einer Anlagefläche 42 miteinander verbunden sind. Entsprechend der Hubbewegung 26 des Tauchankers 22 bewegt sich das Kunststoffteil 28, an dessen unteren Ende eine

Elastomermembran 46 aufgenommen ist. Die Elastomermembran 46 ist mittels mindestens eines Hinterschnittes 48 an einem tellerförmigen Ansatz des Kunststoffteiles 28 gefügt. Die Elastomermembran 46 wird entsprechend der oszillierenden Hubbewegung 26 des Tauchankers 22 bewegt und betätigt in einer Ventilplatte 50 vorgesehene Ventile, nämlich ein Saugventil 51 und ein Druckventil 52. Das Druckventil 52 ist in einem Kanal 60 zum Vorratstank angeordnet, in dem der Betriebs-/Hilfsstoff bevorratet wird. Im in Figur 1 dargestellten unbestromten Zustand des Magnetaktors 12, drückt die Druckfeder 30 die Elastomermembran 46 auf einen Dichtsitz 56, der mittig in der Ventilplatte 50 angeordnet ist. Das zu fördernde Fluid, nämlich der Betriebs-/Hilfsstoff, wird durch die oszillierende Hubbewegung 26 der Elastomermembran 46, erzeugt durch den Tauchanker 22, durch einen Arbeitsraum 58 gefördert.

Im Rücksaugmodus des Förderaggregates 10 gemäß der Darstellung in Figur 1 erfolgt ein Rücksaugen des gefrierfähigen Betriebs-/Hilfsstoffes aus anderen

Komponenten eines in einem Fahrzeug vorgesehenen

Abgasnachbehandlungssystems. Bei dem Betriebs-/Hilfsstoff handelt es sich um eine Harnstoff- Wasser- Lösung (AdBlue®), der unterhalb einer Außentemperatur von 11°C gefriert. Im Rücksaugmodus werden Leitungskomponenten sowie Modulkomponenten des Abgasnachbehandlungssystems leergesaugt, um

Eisdruckbeschädigungen der genannten Komponenten zu vermeiden.

Des Weiteren lässt sich der Darstellung gemäß Figur 1 am Außenumfang des Innenpoles 20 eine Umlaufkerbe 40 entnehmen. Die Umlaufkerbe 40 befindet sich etwa auf gleicher Höhe wie die Tauchankerstufe 24, die durch die beiden voneinander abweichenden Durchmesser, nämlich den ersten

Ankerdurchmesser 34 und den zweiten Ankerdurchmesser 36 definiert wird.

Mit Bezugszeichen 54 ist ein Pumpengehäuse des Förderaggregates 10 bezeichnet, welches in der Schnittdarstellung gemäß Figur 1 nur teilweise dargestellt ist und in dem der Magnetaktor 12 aufgenommen ist. Das

Pumpengehäuse 54 ist durch einen Deckel 44 verschlossen.

Figur 2 sind Magnetkraftverläufe 80 zu entnehmen, die über einen Ankerhubweg 82 aufgetragen sind.

Mit Bezugszeichen 96 ist ein herkömmlicher Magnetkraftverlauf bei Verwendung eines Magneten, beispielsweise eines Flachankermagneten gemäß des Standes der Technik dargestellt. Wie der Darstellung gemäß Figur 2 zu entnehmen ist, steigt entsprechend des herkömmlichen Magnetkraftverlaufes 96 die Magnetkraft an, wenn sich eine Komponente des Magnetkreislaufes, d.h. der Anker vom Anfangsluftspalt 84 in Richtung aus dem Restluftspalt 86 bewegt. Bei

abnehmenden Gegenkräften, die auf den Anker wirken, übersteigt die

Magnetkraft gemäß des herkömmlichen Magnetkraftverlaufes 96 die

Gegenkräfte, so dass es zu einem Anschlag des Ankers am Hubanschlag 92 kommen kann.

Wird jedoch ein Tauchanker 22, wie in Zusammenhang mit Figur 1 dargestellt und beschrieben, eingesetzt, so lässt sich eine Magnetkraftkennlinie 88 erreichen, die einen abfallenden Bereich 90 umfasst. Ausgehend vom

Anfangsluftspalt 84, bei dem ein Loslaufen des Tauchankers 22 aus dem

Dichtsitz 56 erfolgt, fällt die Magnetkraft entsprechend der Magnetkraftkennlinie 88 in Richtung auf den Restluftspalt 86 ab. An einem Ruhepunkt 98 auf der Magnetkraftkennlinie 88 steht die auf den Tauchanker 22 wirkende Magnetkraft mit dem auf diesen wirkenden Gegenkräften, beispielsweise hydraulische

Gegenkräfte, im Gleichgewicht, so dass sich der Tauchanker 22 im Ruhepunkt 98 nicht mehr bewegt. Der Ruhepunkt 98 auf der Magnetkraftkennlinie 88 fällt mit dem Erreichen des Restluftspaltes 86 zusammen. Ausgehend vom Ruhepunkt 98 und dem Restluftspalt 86 nimmt der Tauchanker den Sicherheitsabstand 94 in Bezug auf den mechanischen Hubanschlag 92 des Tauchankers 22 an. Da der

Tauchanker 22 ab Erreichen des Ruhepunktes 98 zum Stillstand gekommen ist, und ein Sicherheitsabstand 94 zum mechanischen Hubanschlag 92 des

Tauchankers 22 eingehalten ist, ist ein Erreichen des mechanischen

Hubanschlages 92 bei der Bewegung des Tauchankers 22 ausgeschlossen. Es gibt keinen metallischen Kontakt zwischen dem Tauchanker 22 einerseits und dem mechanischen Hubanschlag 92 andererseits, so dass keine

Geräuschemission auftreten kann.

Bei Einsatz des Tauchankerprinzips ist es von Vorteil, dass neben einem relativ hohen Hub im Hubbereich 26, vergleiche den Hubbereich 100 in Figur 2, im

Vergleich zum Flachankermagneten eine stark reduzierte Aufschlagenergie erreicht werden kann. Bei einem Flachanker nimmt die Magnetkraft mit abnehmendem Arbeitsluftspalt zu, vergleiche den herkömmlichen

Magnetkraftverlauf 96 in der Darstellung gemäß Figur 2. Bei der

erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung und dem Einsatz des Tauchankerprinzipes bleibt die Magnetkraft näherungsweise gleich und wird so gestaltet, dass die Magnetkraftkennlinie einen abfallenden Bereich 90 aufweist, die Magnetkraft mit zunehmendem Ankerhubweg 82 abnimmt. Das Zusammenwirken der Umlaufkerbe 40 an der Außenmantelfläche des

Bodenteiles 20 mit der Tauchankerstufe 24 am Tauchanker 22 bewirkt, dass entsprechend der in Figur 2 eingetragenen Magnetkraftkennlinie 88 diese einen abfallenden Bereich 90 aufweist. Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.