Die Erfindung betrifft eine Hubkolbenpumpe entsprechend dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs. Die Hubkolbenpumpe weist insbesondere eine eingangsseitige Förderstrombegrenzung auf.

Stand der Technik

Hubkolbenpumpen mit elektromagnetischem Antrieb sind bekannt, zum Beispiel aus den Druckschriften DE 4328621 A1 und DE 10 2008 055 609 B4

Wenn eine solche Hubkolbenpumpe dazu verwendet werden soll, Flüssigkeit aus einem unter Druck stehenden Gehäuse bedarfsgerecht aufzunehmen, ist eine eingangsseitige Förderstrombegrenzung erforderlich, damit der Druck in dem Gehäuse die Funktion der Hubkolbenpumpe nicht beeinträchtigt.

Dazu könnte man ein eingangsseitiges Druckminderventil verwenden, wie es in der Druckschrift DE 10 2014 000 627 B3 dargestellt ist. Diese Lösung ist aber für diese Anwendung aufwendiger und kostspieliger als erforderlich.

Bei jeglicher Drosselung des Zuflusses oder des Abflusses stellt sich immer das Problem, dass bei sehr kleinen Querschnitten für die Strömung eine

Verstopfung des Querschnitts mit Partikeln in der Flüssigkeit droht.

Aufgabe:

Eine kostengünstige Hubkolbenpumpe soll eine eingangsseitige

Druckreduzierung und/oder Förderstrombegrenzung aufweisen und soll auch mit Flüssigkeiten unterschiedlicher Zusammensetzung auch mit Verschmutzung durch kleine Partikel zuverlässig arbeiten.

Lösung:

Die Lösung der Aufgabe wird durch die Merkmale des ersten Anspruchs beschrieben, vorteilhafte Weiterbildungen und Verfahren zum Betrieb sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Hubkolbenpumpe ist eine elektromagnetisch angetriebene Pumpe mit zwei Verdrängerräumen, die von der zu fördernden Flüssigkeit durchströmt wird. Der Förderstrom der Hubkolbenpumpe wird gemäß dieser Erfindung durch eine Ventileinrichtung begrenzt, die eine Drossel oder eine Blende enthält, wobei die Drossel vorzuziehen ist, weil sie wegen der Viskositätsabhängigkeit des

Durchflusses niedrigviskose Flüssigkeit leichter durchlässt, als höherviskose Flüssigkeit. Dies ist vorteilhaft, wenn in dem oben genannten Gehäuse Wasser aus Dieseltreibstoff abgeschieden worden ist, dann wird Wasser besser gefördert als Dieseltreibstoff.

In dem genannten Gehäuse kann ein Druck anstehen, der höher ist als der Maximalwert des Drucks in dem eingangsseitigen ersten Verdrängerraum für eine störungsfreie Funktion der Hubkolbenpumpe.

In diesem Fall dient die genannte Ventileinrichtung auch dazu, den Druck im ersten Verdrängerraum auf ein zulässiges Maß abzusenken, wenn die theoretische Fördermenge der Pumpe, die gleich dem Produkt aus dem

Hubvolumen des Einzelhubs und der Frequenz ist, größer ist als der Zufluss durch die Ventileinrichtung. In diesem Arbeitszustand der Pumpe ist die reale Fördermenge auch kleiner als das genannte Produkt, die Hubkolbenpumpe gerät in den Zustand der Kavitation, weil beim Ansaugen in den zweiten

Verdrängerraum nicht genügend Flüssigkeit nachströmt. Die Kavitation richtet in diesem Fall keinen Schaden an, weil der Druck niedrig ist. Die Drossel bestimmt die Fördermenge der Hubkolbenpumpe.

In einer ersten Ausführung der Hubkolbenpumpe wird im Fall des Stillstands der Pumpe die Drossel verschlossen, indem der antreibende Elektromagnet eine Dichtung mittels des Kolbens gegen die Drossel drückt.

Wenn die Wirkfläche dieses Andrückens klein genug ist, kann auch ein

Elektromagnet mit geringer Kraft eine sichere Abdichtung gegen einen hohen Druck bewirken.

Um die beschriebene Wirkung zu erzielen muss die Drossel bei einem hohen Druck im genannten Gehäuse einen sehr kleinen Wirkdurchmesser haben. Drosseln mit einem sehr kleinen Wirkdurchmesser (z. B. weniger als 0,5 mm) neigen zur Verstopfung, da jede technische Flüssigkeit Partikel enthält, die von einem vorgelagerten Filter nicht herausgefiltert wurden.

Eine solche Verstopfung wird dadurch verhindert, dass der genannte Kolben regelmäßig mittels der Dichtung auf die Drossel aufschlägt. Bei jedem Aufschlag entsteht eine Stoßwelle in der Flüssigkeit, die sich in der Drossel befindet, und diese Stoßwelle verhindert die Verstopfung.

Bei einer zweiten Ausführung der Hubkolbenpumpe wird eine Ventileinrichtung mit beweglichem Einsatz verwendet, der bei jedem Aufschlagen des Kolbens gegen eine Feder verschoben wird und durch seine Bewegung die Verstopfung verhindert.

Dabei besteht der Einsatz aus einem Schaft und aus einem Dichtkörper.

Befindet sich die Hubkolbenpumpe im Ruhezustand bei ausgeschaltetem Elektromagnet, schließt der Dichtkörper die Ventileinrichtung, erforderlichenfalls mittels einer zusätzlichen Dichtung.

Erst wenn der Kolben bei eingeschaltetem Elektromagnet sich seiner

einlassseitige Endlage nähert, drückt er den Einsatz in eine geöffnete Lage und es kann ein Volumenstrom durch die Ventileinrichtung fließen. Die Menge des Zuflusses lässt sich durch die Dauer der Einschaltung des Elektromagneten erheblich beeinflussen, vor allem lässt er sich so gering einstellen, dass der Zufluss geringer ist als die theoretische Fördermenge der Pumpe, die gleich dem Produkt aus dem Hubvolumen des Einzelhubs und der Frequenz ist. Damit wird dann auch erreicht, dass der Druck im ersten Verdrängerraum sehr niedrig bleibt.

Wenn durch Erschütterungen im Betrieb der Hubkolbenpumpe oder durch andere Ursachen die Abdichtung der Ventileinrichtung im Ruhezustand der Hubkolbenpumpe undicht wird, kommt es zu einer die Funktion der Abdichtung beeinträchtigenden Druckerhöhung im ersten Verdrängerraum, was dann auch eine Funktionsstörung der Hubkolbenpumpe zur Folge hätte.

Daher wird die Hubkolbenpumpe bei dem Start ihres Betriebs mit einer höhen als sonst üblichen Spannung betrieben.

Die Hubkolbenpumpe soll keinen Volumenstrom vom Einlass zum Auslass zulassen, wenn sie nicht betrieben wird. Bei den hier geschilderten

Ausführungen der Hubkolbenpumpe wird der Kolben bei nicht bestromtem Elektromagneten in seiner auslassseitigen Endlage von der Rückstellfeder gegen eine Dichtung im zweiten Verdrängerraum gedrückt. Dadurch wird eine sichere Abdichtung der Hubkolbenpumpe im Stillstand gegen einen Durchfluss von dem Einlass zum Auslass bewirkt, deren Anpresskraft mit höherem Druck am Einlass noch verstärkt wird, weil der Druck im ersten Verdrängerraum die Kraft der Rückstellfeder unterstützt.

Der zweite Verdrängerraum ist vorteilhafterweise über ein Auslassventil mit dem Auslass der Hubkolbenpumpe verbunden, wobei das Auslassventil eine Vorspannfeder enthält, mit der ein Mindestdruck festgelegt werden kann, der zum Abströmen von Flüssigkeit aus der Hubkolbenpumpe erforderlich ist.

Anwendung:

Die erfindungsgemäße Hubkolbenpumpe wird zum Ablassen oder Absaugen von Flüssigkeit aus einem Filtergehäuse, einem Wasserabscheider oder aus einem anderen Behälter verwendet, vorzugsweise an Dieselmotoren in

Fahrzeugen.

Bilder:

Fig. 1 zeigt die erfindungsgemäße Hubkolbenpumpe mit dem Kolben in

Arbeitslage.

Fig. 2 zeigt eine Variante der Hubkolbenpumpe mit eingeschraubter

Ventileinrichtung.

Fig. 3 zeigt eine Variante der Hubkolbenpumpe, die an ein Filtergehäuse, angeschraubt ist.

Fig. 4 zeigt eine Variante der Hubkolbenpumpe. Beispielhafte Ausführung

Die erfindungsgemäße Hubkolbenpumpe (1) entsprechend Fig. 1 weist einen Antrieb durch einen Elektromagneten (2) auf, der gegen eine

Rückstellfeder (11) wirkt. Sie enthält zwei Verdrängerräume (3, 4), die durch einen von dem Elektromagneten bewegten Kolben (5) getrennt sind, sowie eine Überströmventileinrichtung (6) zur Verbindung der beiden Verdrängerräume miteinander.

Der erste Verdrängerraum (3) ist durch eine von dem Kolben (5) gesteuerte Ventileinrichtung (8) mit dem Einlass (9) verbunden, wobei die Ventileinrichtung (8) durch eine Drosselung des Volumenstroms zum

Verdrängerraum (3) und durch eine zeitweise Versperrung dieses

Volumenstroms in Abhängigkeit von der Position des Kolbens (5) den Zustrom von Flüssigkeit in den ersten Verdrängerraum (3) so weit begrenzt, dass dieser Zustrom geringer ist als die von dem Hub des Kolbens (5) bewirkte

volumetrische Verdrängungsleistung. Dadurch wirkt die Ventileinrichtung (8) förderstrombegrenzend für die Hubkolbenpumpe insgesamt und der

Verdrängerraum (3) ist nur teilweise mit Flüssigkeit gefüllt.

In einer ersten Ausführung entsprechend Fig. 1 , Fig. 2 und Fig. 3 ist der wirksame Innendurchmesser D einer Drossel (29) in der Ventileinrichtung (8) so ausgelegt, dass die mögliche volumetrische Verdrängerleistung der

Hubkolbenpumpe größer ist als das wegen der Druckdifferenz zwischen dem Einlass (9) und dem ersten Verdrängerraum (3) durch die Drossel (8) in den ersten Verdrängerraum (3) nachströmende Volumen.

Die mögliche volumetrische Verdrängerleistung der Hubkolbenpumpe entspricht dem zeitlichen Mittel des Volumenstroms, der von dem Kolben (5) periodisch aus dem zweiten Verdrängerraum (4) zum Auslass (34) verdrängt werden kann, wenn genügend viel Flüssigkeit durch die Überströmventileinrichtung (6) nachfließt. Die tatsächliche Verdrängerleistung ist geringer, wenn nicht genügend Flüssigkeit nachfließt, es tritt Kavitation auf.

Die Drossel (29) weist vorzugsweise einen wirksamen Innendurchmesser D auf, der größer gleich 0,1 mm und kleiner gleich 0,5 mm ist.

Die die Kraft des Elektromagneten (2) ist vorzugsweise größer als die Summe der Kräfte der Rückstellfeder (11) und des Drucks an dem Einlass (9). Dabei wirkt bei dieser Ausführung der genannte Druck auf die Wirkfläche (25) zwischen der Ventileinrichtung (8) und einer Dichtung (24), wenn die

Dichtung (24) auf der Ventileinrichtung (8) aufliegt.

Der Hub des Kolbens (5) ist so ausgelegt, dass der Kolben (5) mittels der Dichtung (24) auf die Ventileinrichtung (8) aufschlägt, wenn im Arbeitszustand der Elektromagnet (2) den Kolben (5) in seine einlassseitige Endlage bringt. In einer Variante gemäß Fig. 2 ist die Ventileinrichtung(8) als einschraubbarer Körper mit Außengewinde ausgeführt, der in ein Innengewinde eingeschraubt ist, das in dem Gehäuseteil (13) angebracht ist.

In einer zweiten Ausführung gemäß Fig. 4 liegt der Kolben (5) in der einlasseitigen Endlage nicht abdichtend gegen die Ventileinrichtung (8) an. Die Ventileinrichtung (8) enthält einen beweglichen Einsatz (21), wobei der Einsatz (21) einen Dichtkörper (30) in der Form eines Kegels oder eines Kugelabschnitts und einen zylindrischen Schaft (31) aufweist, und wobei entlang dem Schaft (31) ein drosselnder Strömungspfad (23) angeordnet ist. Vorteilhafterweise ist an dem Dichtkörper (30) eine Dichtung (35) befestigt. Der Einsatz (21) wird zeitweise durch den Kolben (5) in eine offene

Arbeitsstellung gedrückt, wenn im Arbeitszustand der Elektromagnet (2) den Kolben (5) in seine einlassseitige Endlage bringt.

Alternativ zeitweise wird der Einsatz (21) durch sein Eigengewicht oder durch Federmittel in einer geschlossenen Ruhelage gehalten, in der der

Dichtkörper (30) gegen das Gehäuseteil (13) abdichtet.

Vorteilhafterweise ist ein Filter (10) mit einer nominalen Filterfeinheit von weniger als D/4 der Ventileinrichtung (8) vorgeschaltet.

Dieser Filter (10) ist vorzugsweise in einem Gehäuseteil (13) der

Hubkolbenpumpe so angeordnet, dass die geförderte Flüssigkeit auf dem Weg vom Einlass (9) zur Ventileinrichtung (8) vollständig den Filter passieren muss.

Alternativ ist der Filter (10) gemäß Fig. 3 außerhalb des Gehäuseteils (13) der Hubkolbenpumpe in einem Filtergehäuse (14) angeordnet, wobei durch die Verbindung des Gehäuses der Hubkolbenpumpe mit dem Filtergehäuse sichergestellt ist, dass nur solche Flüssigkeit zur Ventileinrichtung (8) gelangt, die vorher den Filter (10) passiert hat.

Bei der Anordnung des Filters gemäß Fig. 3 ist die Hubkolbenpumpe

vorteilhafterweise in senkrechter oder nahezu senkrechter Lage unterhalb des Filtergehäuses (14) angeordnet.

Vorteilhafterweise wird der Kolben (5) bei nicht bestromtem

Elektromagneten (2) in seiner auslassseitigen Endlage von der

Rückstellfeder (11) gegen eine zweite Dichtung (32) im zweiten

Verdrängerraum (4) gedrückt, wobei eine sichere Abdichtung der

Hubkolbenpumpe im Stillstand gegen einen Durchfluss von dem Einlass (9) zum Auslass (34) bewirkt wird, die mit höherem Druck am Einlass noch verstärkt wird, weil der Druck im ersten Verdrängerraum die Kraft der

Rückstellfeder unterstützt.

Ebenfalls vorteilhafterweise ist der zweite Verdrängerraum (4) über ein

Auslassventil (7) mit dem Auslass (34) der Hubkolbenpumpe verbunden, wobei das Auslassventil (7) eine Vorspannfeder (33) enthält, mit der ein Mindestdruck festgelegt werden kann, der zum Abströmen von Flüssigkeit aus der

Hubkolbenpumpe erforderlich ist.

Im Betrieb der Hubkolbenpumpe gemäß Fig. , Fig. 2 oder Fig. 3 wird die Ventileinrichtung (8) einerseits durch einen der Drossel (29) vorgeschalteten Filter (10) und andererseits durch ein regelmäßiges Anschlagen des

Kolbens (5) gegen die Ventileinrichtung (8) vor der Ablagerung von Partikeln geschützt. Die Ventileinrichtung (8) ist nämlich wegen ihres sehr geringen Wirkdurchmessers verschmutzungsempfindlich.

Der Elektromagnet (2) wird im Betrieb der Hubkolbenpumpe von einer elektrischen Steuerung mit pulsierender elektrischer Energie versorgt, wobei nach einer Phase des Stillstands der Hubkolbenpumpe die Versorgung mit erhöhter elektrischer Spannung erfolgt. Damit wird eine Erhöhung des Drucks im ersten Verdrängerraums kompensiert, die gegebenenfalls durch einen länger als im laufenden pulsierenden Betrieb der Hubkolbenpumpe üblichen Zufluss von Flüssigkeit durch die Ventileinrichtung (8) entstanden ist.

Bei der Ausführung der Hubkolbenpumpe gemäß Fig. 4 wird eine Ablagerung von Partikeln in oder vor der Ventileinrichtung (8) verhindert, indem der Kolben (5) regelmäßig einen Einsatz (21) der Ventileinrichtung (8) eindrückt, wenn im Arbeitszustand der Elektromagnet (2) den Kolben (5) in seine einlassseitige Endlage bringt. Die Bewegung des Einsatzes ist geeignet, Ablagerungen von Partikeln aufzulösen.

Ebenfalls bei der Ausführung der Hubkolbenpumpe gemäß Fig. 4 wird im Betrieb die Menge der von dem Einlass (9) in den ersten Verdrängerraum (3) strömenden Flüssigkeit außer durch die Drosselwirkung des

Strömungspfads (23) auch durch die Dauer der jeweiligen Bestromung des Elektromagneten (2) im Arbeitszyklus der Hubkolbenpumpe eingestellt.

Dazu wird bei einer längeren Bestromung die Dauer des Eindrückens der Ventileinrichtung (8) und damit die Öffnungszeit der Ventileinrichtung (8) verlängert und bei einer kürzeren Bestromung die Öffnungszeit der

Ventileinrichtung verkürzt.

Liste der Bezugszeichen

1. Hubkolbenpumpe

2. Elektromagnet

3. Verdrängerraum

4. Verdrängerraum

5. Kolben

6. Überströmventileinrichtung

7. Auslassventil

8. Drossel

9. Einlass

10. Filter

11. Rückstellfeder

13. Gehäuseteil

14. Filtergehäuse

2 I . Einsatz

22. Feder

23. Strömungspfad

24. Dichtung

25. Wirkfläche

29. Drossel

30. Dichtkörper

3 I .Schaft

32. Dichtung

33. Vorspannfeder

34. Auslass

35. Dichtung