Titel

Pumpenanordnung

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Pumpenanordnung nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs.

Aus der DE 103 24 482 B4 sind Abgasnachbehandlungsanordnungen bekannt, mit denen über eine Förderpumpe ein flüssiges Reduktionsmittel, insbesondere eine wässrige Harnstofflösung, zu einem Dosiermodul befördert wird, um es in den Abgastrakt stromaufwärts eines Katalysators zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden einzuspritzen.

Es sind schon Pumpenanordnungen beispielsweise in Form von

Membranpumpen bekannt, bei denen aber eine Membran dauerhaft großen mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt ist. Zum Beispiel die DE 10 2004 057 688 Al, die DE 10 2009 028 027 Al oder die DE 10 2013 211 164 Al beschreiben solche Membranpumpen. Dabei wird die Bewegung eines Aktors auf eine Membran übertragen, welche den hydraulischen Arbeitsraum begrenzt, diesen gegen die Umgebung abdichtet und zyklisch im Ansaughub vergrößert und im Förderhub verkleinert. In Abhängigkeit von der Membranform und dem Fluiddruck, gegen welchen die Pumpe fördern soll, kann es zu sehr hohen mechanischen Belastungen an der Membran kommen.

Aus der DE 10 2010 030 058 Al ist es bekannt, ein Druckdämpfungsvolumen bzw. ein Speichervolumen in einer von einer Pumpe zu einem Dosiermodul führenden Druckleitung anzuordnen. Offenbarung der Erfindung

Die erfindungsgemäße Pumpenanordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des unabhängigen Anspruchs hat demgegenüber den Vorteil einer verringerten mechanischen, der Dauerhaltbarkeit abträglichen Belastung beweglicher Elemente.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen

Anspruch angegebenen Pumpenanordnung möglich.

In vorteilhafter Weise können Mittel zur Abdichtung eines Arbeitsraumes der Pumpenanordnung vorgesehen werden, um die Pumpeneffizienz zu steigern.

Besonders vorteilhaft ist es, hierfür eine Membrandichtung vorzusehen, welche im Vergleich zu einer kolbenrandständig angeordneten Ringdichtung oder auch zu einer Membran als Begrenzung des Arbeitsraums geringen Verschleißkräften ausgesetzt ist. Eine solche Pumpenmembran ist nur reduzierten mechanischen Wechselbeanspruchungen ausgesetzt, wodurch die Lebensdauer der

Pumpenanordnung erhöht werden kann.

Hierbei erweist es sich insbesondere als vorteilhaft, die Membrandichtung relativ zum den Arbeitsraum begrenzenden Element rückversetzt anzuordnen.

Hierdurch wird es möglich, die Membrandichtung bzw. Arbeitsmembran im Vergleich zu im Arbeitsraum herrschenden Fluiddrücken nur kleinen

Fluiddrücken auszusetzen, wenn das den Arbeitsraum begrenzende bewegliche Element eng durch ein Führungsbauteil, insbesondere einen Führungszylinder, geführt wird und hierdurch zwischen beweglichem Element und Führungsbauteil nur ein kleiner Führungsspalt verbleibt, der entlang des beweglichen Elements in Richtung Membrandichtung den Fluiddruck drosselt und so nur ein

vergleichsweise kleiner Fluiddruck die Membrandichtung belastet. Anders ausgedrückt, der Arbeitsmembran bzw. Membrandichtung ist ein bewegliches Element, insbesondere ein Kolben, vorgelagert, an dessen Stirnseite der hohe Pumpenförderdruck wirkt, während an der am Ende eines Drosselspalts positionierten Membrandichtung ein vergleichsweise kleiner Druck herrscht.

Weitere Vorteile ergeben sich durch die in den weiteren abhängigen Ansprüchen und in der Beschreibung genannten Merkmale.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Es zeigen

Figur 1 eine Pumpenanordnung mit Anbindung an einen Tank,

Figur 2 eine Detailansicht einer Pumpenanordnung,

Figur 3 eine weitere Pumpenanordnung,

Figur 4 eine weitere Pumpenanordnung und Figur 5 eine weitere Pumpenanordnung.

Ausführungsformen der Erfindung

Figur 1 zeigt eine Pumpenanordnung 1, mit welcher ein fluides Medium, insbesondere eine Flüssigkeit, beispielsweise eine wässrige Harnstofflösung 3, aus einem Tank 15 gefördert werden kann. Die Pumpenanordnung 1 weist eine Pumpeneinheit 5 auf, welche über gegensinnig angeordnete Rückschlagventile 7 auf der Saugseite mit einer Saugleitung 9 und auf der Druckseite mit einer zu einem nicht näher dargestellten Dosiermodul führenden Druckleitung 11 verbunden ist. Die Saugleitung führt zum Tank 15 und weist ein Ansaugfilter 10 auf. Des Weiteren ist an die Saugleitung 9 zwischen dem Tank und der Pumpeneinheit 5 eine Druckdämpfungseinheit bzw. Speichervolumeneinheit 13 zur Dämpfung von Druckschwankungen angeschlossen. Diese

Druckdämpfungseinheit 13 kann auch weggelassen werden.

Die Rückschlagventile können mit eine Rückstellkraft bereitstellenden

Elementen, insbesondere einer Feder, ausgestattet sein. In einer einfachen und robusten Form kann ein solches Rückstellelement auch weggelassen werden. Dann ist beispielsweise lediglich eine bewegliche Kugel in Kombination mit einem Dichtsitz vorgesehen, wobei die Kugel nicht durch eine Feder, sondern nur durch die Druck- bzw. Strömungsverhältnisse in ihren Sitz geschoben oder aus ihm herausgezogen wird. Diese Ventilart hat den Vorteil geringer Kosten und hoher Zuverlässigkeit. Die Anzahl der Bauteile ist gering. Mögliche

Verschleißerscheinungen können sich durch das Drehen der Kugel auf eine größere Fläche verteilen.

Die Druckdämpfungseinheit 13 kann in einer einfachen Ausführungsform als Elastomermembran ausgebildet sein. Alternativ kann eine Feder-/Membran- Kombination vorgesehen sein. Der Druckdämpfer funktioniert durch Aufnahme von Flüssigkeit bei Druckspitzen und Abgabe von Flüssigkeit bei

Druckeinbrüchen. Insbesondere letzteres erleichtert insbesondere einer

Membranpumpe den Ansaugtakt und reduziert so die mechanische Last auf ihre Arbeitsmembran. Eine mögliche Variante ist ein Speichervolumen mit leicht auswechselbarer Feder. So kann man, abhängig von den fahrzeugspezifischen Leitungslängen, Leitungsdurchmessern und Leitungsmaterialien des Fluidpfads eine an das betreffende hydraulische Verhalten des Gesamtsystems angepasste Feder wählen. Ebenfalls kann eine einstellbare Federspannung vorgesehen sein, zum Beispiel per Gewinde oder auswählbaren Unterlegscheiben.

Figur 2 zeigt eine Detailansicht einer Pumpenanordnung, nämlich eine

Pumpeneinheit 5 der Pumpenanordnung mitsamt den der Ansaugöffnung 24 bzw. der Ablaßöffnung 26 zugeordneten, gegensinnig zueinander orientierten Rückschlagventilen 7. Der Arbeitsraum 20 der Pumpeneinheit wird begrenzt durch einen Kolben 23 einerseits und einen Führungszylinder 28 des Kolbens andererseits. Der Kolben 23 ist das bewegliche Element 22, welches durch eine Auf- und Abbewegung im Führungszylinder das Volumen des Arbeitsraums periodisch verändert. Lateral verbleibt zwischen dem Kolben 23 und dem

Führungszylinder 28 ein enger Führungsspalt 52. Auf der vom Arbeitsraum abgewandten des Führungsspalts geht der Führungszylinder eine gewisse Strecke in einen durchmessergroßen Bereich 36 über. In diesem

durchmessergroßen Bereich ist eine ringsymmetrische Membrandichtung 34 angeordnet, welche als Mittel 30 zur fluiddichten Abdichtung der dem

Arbeitsraum abgewandten Seite 32 des Kolbens 23 gegenüber dem Arbeitsraum 20 dient. Hierbei ist die Membrandichtung gewölbt, und zwar derart, daß die Wölbung 35 der Membrandichtung zur vom Arbeitsraum abgewandten Seite des Führungszylinders hin ausgerichtet ist. Die Membran ist radial innen in einer Nut 38 des Kolbens 23 und radial außen in einer Vertiefung 40 des

durchmessergroßen Bereichs 36 eingelegt, so daß sie axial und radial fixiert ist und radial innen den Bewegungen des Kolbens folgt.

Eine Pumpenanordnung mit einer solchen Pumpeneinheit 5 ist je nach

Sichtweise eine Kolbenpumpe mit rückseitiger Membrandichtung oder eine Membranpumpe mit vorgelagertem Kolben. Die Membran bzw.

Membrandichtung 34 sorgt für eine Trennung zwischen dem zu fördernden Fluid und dem nicht näher dargestellten auf der dem Arbeitsraum abgewandten Seite 32 des Kolbens angeordneten Pumpenantrieb. Im Arbeitstakt der Pumpe erfährt die Membrandichtung nur eine geringe Drucklast, da der Fluiddruck im

Arbeitsraum der Pumpe im Wesentlichen auf die Stirnfläche des Kolbens wirkt. Entlang der Länge L des engen Führungsspalts 52 zwischen Kolben 23 und Führungszylinder 28 entsteht ein Druckverlust, so daß der an der

Membrandichtung anliegende Fluiddruck im Vergleich zu dem im Arbeitsraum herrschenden Fluiddruck um diesen Druckverlust vermindert ist. Die

Membrandichtung 34 kann aus einem Elastomer bestehen. Möglich sind auch andere Materialien, z.B. ein Metallblech mit Balg-, Rippen- oder Wellenkontur, welche sich für die zahlreichen Hubbewegungen im Laufe der Lebensdauer einer Pumpe als verschleissfest erweisen.

Des Weiteren ist in der Anordnung nach Figur 2 eine Leckageleitung 42 vorgesehen, welche auf der dem Arbeitsraum zugewandten Seite des

durchmessergroßen Bereichs 36 mit dem durchmessergroßen Bereich 36 des Führungszylinders verbunden ist zur Ableitung eines dem Arbeitsraum entspringenden Leckagestroms 43 des fluiden Mediums, der durch den

Führungsspalt 52 hindurch bis zur Membrandichtung 40 gelangen kann. In einer einfachen Ausführungsform kann die Leckageleitung auch weggelassen werden.

Figur 3 zeigt eine Pumpeneinheit, bei der als Mittel zur Abdichtung anstelle einer Membrandichtung eine Ringdichtung 50, also ein Dichtring, vorzugsweise ein Elastomerdichtring, vorgesehen ist. Die Ansaug- und Ablaßöffnung des

Arbeitsraums 20 bzw. deren zugeordnete Rückschlagventile sind nicht näher dargestellt. Die Dichtung sitzt hier direkt zwischen Kolben und Führungszylinder 28. Nachteilig hierbei ist, daß derart mitbewegte Dichtungen aufgrund der Relativbewegungen hohen Verschleiß erfahren. Der Kolben 23 ist im Übrigen in an sich bekannter Weise mit einem Anker 57 verbunden, welcher durch ein elektromagnetisches Feld der elektromagnetischen Ansteuereinheit 56 in Hubbewegungen versetzbar ist. Ein zwischen Kolben und Führungszylinder gespanntes Federelement 54 dient zur Rückstellung des Kolbens in seine Ausgangsposition bei ausgeschaltetem Magnetfeld.

Figur 4 zeigt eine einfache Anordnung einer Pumpeneinheit ohne weitere Abdichtung des Arbeitsraums 20. Dabei muss die am Kolben vorbeiströmende Leckagemenge auf der Rückseite des Kolbens abgeführt werden, was hier nicht näher dargestellt ist. Nachteilig ist, dass ein Verschleiß zwischen Kolben und Wand zu einer Spaltvergrößerung und somit zu einer Leckageratenerhöhung führt, wodurch sich die Pumpenleistung in nur schwer vorhersehbarem Maße reduzieren kann. Nachteilig ist ferner, dass Komponenten des rückseitigen Pumpenantriebsraums dem Betriebsmedium ausgesetzt sind.

Figur 5 zeigt eine Pumpeneinheit, bei der im Unterschied zur Anordnung nach Figur 4 eine Drosselstelle 60 im Kolben 23 selbst vorgesehen ist, welche fluidtechnisch den Arbeitsraum mit der dem Arbeitsraum abgewandten Seite des Kolbens verbindet. Hier wird dem oben geschilderten Problem einer

veränderlichen Leckagerate durch Vorsehen einer definierten Drosselstelle im Kolben selbst begegnet. Der Durchfluss durch diese Drossel ist dabei so groß bemessen, dass die Spaltleckage im Führungsspalt 52 und ihre Änderung über die Lebensdauer der Pumpenanordnung bzw. der Pumpeneinheit demgegenüber eine untergeordnete Rolle spielen.