Die Erfindung betrifft ein Dosiersystem zum Dosieren einer Flüssigkeit.

Beim Verbrennungsvorgang in Dieselmotoren entstehen giftige Abgase und Stickoxide NOx. Zur Beseitigung bzw. Zersetzung dieser Stickoxide ist es bekannt, mittels einer Dosierpumpe eine Harnstofflösung in den vorgereinigten Abgasstrom einzuspritzen. Ammoniak, welches auf diese Weise frei gesetzt wird, wandelt in einem

nachgeschalteten SCR-Katalysator bis zu 80 % der Stickoxide in unschädlichen Stickstoff und in Wasser um.

Da eine Harnstofflösung ein chemisch aggressives und sehr dünnflüssiges Medium ist, das zum Auskristallisieren neigt, werden zu seiner Förderung spezielle Pumpen verwendet, bei denen die Harnstoff lösung nicht mit den Antriebsaggregaten der Dosierpumpe in Berührung kommt. Der Förderraum ist vom Aggregateraum z. B. durch eine Membran oder ein sonstiges flexibles Teil getrennt.

Während des Fahrzeugbetriebs läuft die Pumpe ständig und baut dabei einen Druck von z. B. 5 bar auf. In den Leitungen und Systemen befindet sich der Harnstoff. Falls nach Abstellen des Fahrzeugs die Umgebungstemperatur unter den Gefrierpunkt fällt, würde das System komplett einfrieren. Da nicht alle Komponenten das Einfrieren aushalten, muss die Harnstofflösung nach Abstellen des Fahrzeugs in einen Vorratsbehälter zurückgepumpt werden. Bei bekannten Systemen geschieht das mittels eines 4/2-Wege- Ventils, das die Förderrichtung umgekehrt.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein neues Dosiersystem bereit zu stellen.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch den Gegenstand des Anspruchs 1. Es gelingt so, ein Dosiersystem bereit zu stellen, das einen sehr kompakten Aufbau hat, und das in der einen Drehrichtung des Elektromotors die zu dosierende Flüssigkeit aus dem Vorratsbehälter ansaugt und zum Verbraucher transportiert, und die in der anderen Drehrichtung diese Flüssigkeit aus den Leitungen des Systems absaugt und zum Vorratsbehälter zurück transportiert.

Dadurch vermeidet man die Probleme, die sich in der Praxis bei Verwendung eines 4/2- Wege-Ventils ergeben haben, d. h. nach dem Abschalten der Brennkraftmaschine wird während einer vorgegebenen Zeitspanne die Drehrichtung des Elektromotors umgekehrt. Da dieser keinen Kontakt zu Harnstofflösung hat, ist die Umkehr der Strömungsrichtung mit seiner Hilfe robust, da solche Motoren eine sehr hohe Lebensdauer haben. Hierdurch wird vermieden, dass bei Kälte die Harnstofflösung gefriert, da es mit einem solchen Motor sehr einfach ist, Pumpe, Leitungen, Einspritzventile etc. weitgehend leer zu pumpen, wenn keine Harnstofflösung eingespritzt wird, also z.B. nach Abschalten des Motors.

Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus dem im folgenden beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten, in keiner Weise als Einschränkung der Erfindung zu verstehenden Ausführungsbeispiel, sowie aus den

Unteransprüchen. Es zeigt:

Fig. 1 eine raumbildliche Darstellung einer Ausführungsform eines Dosiersystems 30, das bei diesem Beispiel zur Dosierung von Harnstoff dient, wobei die

Förderrichtung durch die Drehrichtung eines mehrphasigen kollektorlosen Außenläufermotors 32 und die Fördermenge pro Sekunde durch die Drehzahl dieses Elektromotors 32 bestimmt wird, was eine sehr feinfühlige und sparsame Einstellung der gewünschten Dosis ermöglicht,

Fig. 2 eine Draufsicht von oben auf das Dosiersystem der Fig. 1 , gesehen in Richtung des Pfeils II der Fig. 1 ,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch das Dosiersystem 30, gesehen längs der Linie III-III der

Fig. 2, Fig. 4 eine Draufsicht, welche das Dosiersystem der Fig. 3 von rechts zeigt, gesehen längs der Linie IV-IV der Fig. 2,

Fig. 5 eine Draufsicht, gesehen längs der Linie V-V der Fig. 2,

Fig. 6 einen vergrößerten Schnitt, gesehen längs der Linie Vl-Vl der Fig. 5; dieser Schnitt gilt für die Rotorstellung der Fig. 5 und sieht bei anderen Rotorstellungen anders aus,

Fig. 7 einen vergrößerten Schnitt, gesehen längs der Linie Vll-Vll der Fig. 5; ebenso wie der Schnitt der Fig. 6 gilt dieser Schnitt für die Rotorstellung, die in Fig. 5 dargestellt ist,

Fig. 8 einen vergrößerten Schnitt, gesehen längs der Linie Vlll-Vlll der Fig. 5; ebenso wie die Schnitte nach den Fig. 6 und 7 gilt dieser Schnitt für die Rotorstellung der Fig. 5,

Fig. 9 einen vergrößerten Schnitt, gesehen längs der Linie IX-IX der Fig. 5; ebenso wie die Schnitte nach den Fig. 6, 7 und 8 gilt dieser Schnitt für die Rotorstellung der Fig. 5, und

Fig. 10A bis 1 0 J Darstellungen zur Erläuterung der Wirkungsweise.

Fig. 1 zeigt eine raumbildliche Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform eines Dosiersystems 30, wie es z.B. verwendet wird, um eine Harnstofflösung bedarfsabhängig in den Abgasstrom eines Dieselmotors einzuspritzen.

Das Dosiersystem hat zu seinem Antrieb einen mehrphasigen kollektorlosen

Außenläufermotor 32, dessen Drehzahlverhalten mittels eines PWM-Steuersignals gesteuert werden kann, wie das z.B. aus der EP 1 41 3 045 B1 bekannt ist. Dies

ermöglicht es, die Drehzahl und die Drehrichtung des Motors entsprechend der Drehzahl und dem Leistungsbedarf des Fahrzeugs zu steuern, auf dem sich das Dosiersystem 30 befindet. Die Elemente hierfür werden vom Hersteller der Motorsteuerung nach den Bedürfnissen des jeweiligen Fahrzeugs festgelegt und können je nach Fahrzeugtyp (PKW, LKW, Flugzeug, Hubschrauber, Schiff etc.) stark differieren. Es ist ein Vorzug der vorliegenden Erfindung, dass sich das Dosiersystem 30 für sehr unterschiedliche

Anwendungen eignet.

Der Motor 32 hat eine Antriebselektronik, z.B. einen Dreiphasen-Wechselrichter. Diese Elektronik wird ihrerseits gesteuert von einer Anordnung, die dazu dient, das

Tastverhältnis pwm eines PWM-Signals, welches über eine Leitung zugeführt wird, zu dekodieren und dadurch den Motor hinsichtlich Drehrichtung und Drehzahl zu steuern. Bezeichnet man das Tastverhältnis als pwm, so ergeben sich als unverbindliches Beispiel folgende Zuordnungen: pwm Betriebszustand

0% bis 5 % nicht erlaubt

95 % bis 100 % nicht erlaubt

5 % bis 85 % Dosierbetrieb. Drehrichtung = Pumpen; n = 500 bis 3.500 U/min 85 % bis 95 % Rücksaugbetrieb. Drehrichtung = Saugen; n = 3.500 U/min

Ein Beispiel einer entsprechenden Dekodierschaltung ist ausführlich beschrieben in der EP 1 41 3 045 B1 , auf deren Inhalt zur Vermeidung von Längen Bezug genommen wird. Selbstverständlich können zur Veränderung der Drehzahl eines Elektromotors alle bekannten Schaltungen verwendet werden.

Fig. 1 zeigt ein Beispiel für einen einfachen mechanischen Aufbau eines Dosiersystems 30, das sich naturgemäß für vielfältige Anwendungen eignet, z.B. auch in der

pharmazeutischen Industrie und bei der Herstellung von Lebensmitteln, oder z.B. in Brauereien, um nur einige Beispiele zu nennen.

Das System 30 hat hier eine Basis 40, an der rechts ein erster Träger 42 angeordnet ist, der ein Lagerelement 44 trägt, das hier als Kugellager dargestellt ist. Im Abstand vom Träger 42 ist ein zweiter Träger 46 angeordnet, welcher gemäß Fig. 3 ein Lagerelement 48 trägt das ebenfalls als Kugellager dargestellt ist.

Wie Fig. 3 zeigt, sind die Lagerelemente 44, 48 so angeordnet, dass sie miteinander fluchten. In ihnen ist eine Welle 50 gelagert, auf der zwischen den Lagerelementen 44, 48 eine Exzenterbuchse 52 befestigt ist, welche auch als Abstandshalter zwischen den Lagerelementen 44, 48 dient. Die Buchse 52 dient zum Antrieb einer Pumpe 53, die also zwischen den Lagerträgern 42 und 46 angeordnet ist.

Auf der Exzenterbuchse 52 ist der Innenring 54 eines Exzenterlagers 56 befestigt, dessen Außenring 58 auf der Innenseite eines Rings 60 befestigt ist, der als Träger für einen Pumpring 62 dient.

Der Pumpring 62 ist aus einem geeigneten synthetischen Kautschuk (Elastomer) hergestellt und ist durch Kunststoffspritzen in einer Ringnut 64 des Rings 60 befestigt, so dass er den Bewegungen des Rings 60 folgt. Dieser kann z.B. aus Stahl, Nickel oder Bronze hergestellt sein.

Als Elastomer hat sich bei Versuchen ein synthetischer Kautschuk mit der Kurzbezeichnung PEDM (Polyester-Ethylen-Dien-Monomer) als vorteilhaft erwiesen.

Wie z.B. die Fig. 8 und 9 zeigen, ist der Pumpring 62 auf seiner Außenseite umgeben von einem stationären Ring 70, der gemäß Fig. 4 mittels Schrauben 84 mit der Basis 40 verbunden ist und einen T-förmigen Querschnitt hat, nämlich einen, zur Drehachse 74 des Dosiersystems parallelen Randabschnitt 76, und einen senkrecht zur Drehachse 74 verlaufenden Halteabschnitt 78, dessen radial innerer Rand mit 80 bezeichnet ist. /■

Wie die Fig. 4 und 5 zeigen, ist der stationäre Ring 70 in seinem unteren Bereich verbreitert und mittels zwei Schrauben 84 mit dem Basisteil 40 verbunden. Der stationäre Ring 70 befindet sich also im montierten Zustand zwischen den Trägern 42, 46, d.h. die Lager 44, 48 sind dicht beieinander angeordnet und können deshalb als Lager für das gesamte Dosiersystem 30 dienen. - -

Am Träger 46 ist ein Tragerohr 90 vorgesehen, durch das sich die Welle 50 erstreckt, vgl. Fig. 3. Die Welle 50 ist also nur durch die Lager 44 und 48 gelagert. An ihrem in Fig. 3 linken Ende ist der becherförmige magnetische Rückschluss 92 des Rotors 94 des Motors 32 befestigt. Auf der Innenseite des Rückschlusses 92 befindet sich ein Magnetring 96, der durch einen Luftspalt 98 vom Innenstator 100 des Motors 32 getrennt ist. Der Innenstator 100 ist auf der Außenseite des Tragrohrs 90 befestigt.

Der Motor 32 hat auch eine Leiterplatte 102, auf der sich elektronische Bauteile des Motors 32 befinden. Die Leiterplatte 102 ist über ein Kabel 104 mit einem Stecker 106 verbunden. Der Motor 32 wird über das Kabel 104 mit Energie versorgt, gewöhnlich mit Gleichspannung von einer Batterie, und im Kabel 104 befindet sich auch eine

Steuerleitung, über die Drehzahl und Drehrichtung des Motors 32 gesteuert werden.

Ein großer Vorteil eines kollektorlosen Motors, besonders auf einem Fahrzeug, ist der hohe Wirkungsgrad, der mit einer solchen Anordnung erreicht werden kann.

Der Motor 32 treibt über die Welle 50 die Exzenterbuchse 52 an, und diese versetzt das Exzenterlager 54 in eine Exzenterbewegung, so dass der Ring 60 ebenfalls in diese Exzenterbewegung versetzt wird.

Zwischen der radialen Außenseite des Pumprings 62 und der radialen Innenseite 80 des Halteabschnitts 78 befindet sich eine Pumpkammer 120, vgl. Fig. 5 und 7.

Da sich der Pumpring 62 mit seiner Außenseite 80 ständig auf der Innenseite des

Halteteils 78 abwälzt, ändert die Pumpkammer 120 ständig ihre Form und transportiert dadurch das Dosierfluid, das sich in der Pumpkammer 120 befindet, von einem Einlass zu einem Auslass.

Um zu verhindern, dass diese Flüssigkeit nur in der Pumpkammer 1 20 umläuft, sind an einer geeigneten Stelle zwei Anschlüsse 122, 124 vorgesehen, die mit den dortigen Abschnitten der Pumpkammer 120 verbunden sind, vgl. Fig. 5. -

Wenn sich also die Welle 50 im Uhrzeigersinn dreht, wie das der Pfeil 128 der Fig. 5 zeigt, verkleinert sich der linke Teil der Pumpkammer 120, so dass Flüssigkeit durch den Anschluss 1 22 ausgepresst wird, vgl. den Pfeil 130 der Fig. 5, und der rechte Teil der Pumpkammer 120 vergrößert sich, so dass Flüssigkeit durch den Anschluss 124 angesaugt wird, vgl. den Pfeil 132 der Fig. 5.

Wenn sich die Welle 50 entgegen der Richtung des Pfeils 1 28 dreht, also entgegen dem Uhrzeigersinn, laufen die Vorgänge in umgekehrter Richtung ab, d.h. in diesem Fall wird Flüssigkeit aus dem Anschluss 1 24 ausgepresst, und durch den Anschluss 122 wird Flüssigkeit eingesaugt. Auf diese Weise kann also dieselbe Pumpe 53 zum Dosieren von Flüssigkeit und auch zum Abpumpen von Flüssigkeit, benutzt werden.

Die Fig. 1, 3 und 4 bis 6 zeigen, dass in einer Öffnung des Pumprings 62 ein Keil 140 vorgesehen ist, welcher zwei Funktionen hat: a) Er spreizt den Pumpring 62 in radialer Richtung, so dass dieser mit seinem

gespreizten äußeren Abschnitt 142 gegen die Innenseite 80 des stationären Rings 70 ständig dichtend anliegt und so verhindert, dass gepumptes Fluid direkt wieder zur Saugseite zurückströmt. b) Er verhindert eine Drehung des Pumprings 62 relativ zum stationären Ring 70, so dass die Pumpkammer 120 (zwischen dem stationären Ring 70 und dem Pumpring 62) abgedichtet ist und aus ihr kein Fluid entweichen kann.

Wie z.B. Fig. 8 zeigt, hat der Pumpring 62 seitliche Fortsätze oder Flansche 142, 144, die sich längs der Flanken 146, 148 des Halteteils 78 erstrecken und durch Anpressplatten 1 51 , 1 52 gegen diese Flanken gepresst werden, so dass die Pumpkammer 120 gegen das Halteteil 78 gehalten (fixiert) und abgedichtet ist, vgl. Fig. 8. Am Übergang vom Rand 80 zu den Flanken 146, 148 hat der Halteabschnitt 78 jeweils eine wulstartige Verbreiterung 145, 145', welche dort die Abdichtung weiter verbessert. Die Anpressplatten 1 6, 148 werden durch Schrauben 150, von denen eine in Fig. 6 dargestellt ist, in Richtung gegeneinander gepresst. Die Pumpkammer 120, die bei einer Ausführungsform eine maximale Höhe von weniger als einem Millimeter hat, steht also nur über die Anschlüsse 122, 124 mit der Außenwelt in Verbindung und ist im übrigen hermetisch abgeschlossen.

Die Fig. 10A bis 10J dienen zur Erläuterung der Wirkungsweise. Die Bezugszeichen sind dieselben wie in den Fig. 1 bis 9. Jedoch ist der Ring 60, an dem der Pumpenring 62 befestigt ist, nicht separat dargestellt.

Zur Verdeutlichung ist in jeder Figur ein Positionszeiger 170 eingezeichnet, der die Lage des Maximums der Exzenterbuchse 52 bei einer Drehung im Uhrzeigersinn anzeigt, wie folgt:

Fig. 1 0A 12 Uhr

Fig. 10B 1 Uhr 30

Fig. 10C 3 Uhr

Fig. 10D 4 Uhr 30

Fig. 10E 6 Uhr

Fig. 10F 7 Uhr 30

Fig. 10G 9 Uhr

Fig. 10H 1 0 Uhr 30

Fig. 1 0J 1 2 Uhr

Die Fig. 10A und 10J sind folglich identisch.

Durch das Exzenterlager 56 wird also der Pumpring 62, in Umfangsrichtung kontinuierlich fortschreitend, nacheinander an den Stellen (als Beispiel) 12 Uhr (Fig. 10A), 1 Uhr 30 (Fig. 10B), 3 Uhr (Fig. 10C) etc. so stark zusammen gepresst, dass dort die Pumpkammer 120 nicht mehr durchlässig ist und folglich das Fluid in der Pumpkammer 120 im

Uhrzeigersinn vorwärts transportiert und durch den Anschluss 1 22 nach außen gepumpt wird. Gleichzeitig wird durch den Anschluss 124 neues Fluid nachgesaugt. - -

Bei einer Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn wird der Anschluss 1 22 zum

Sauganschluss, und der Anschluss 1 24 wird zum Druckanschluss, was nicht dargestellt ist, da es einfach einer Spiegelung der Fig. 10A bis 10J entspricht.

Das beschriebene Dosiersystem 30 ist sehr wartungsfreundlich, da die Pumpe 53 leicht ausgetauscht werden kann. -- Naturgemäß sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung vielfache Abwandlungen und Modifikationen möglich.