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Stand der Technik
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DE 10 2004 002 078 A1 bezieht sich auf ein Ventil. Das Ventil ist insbesondere als Plattenventil ausgebildet und wird bei Membranpumpen eingesetzt. Das Plattenventil umfasst eine Ventilplatte, einen Ventilsitz und einen von einem Ventilgehäuse umgrenzten Ventilraum. Die Ventilplatte ist randseitig gehalten. Die Ventilplatte ist in Einbaulage zwischen ihren äußeren Randhalterungen elastisch auf Zug vorgespannt, wobei die elastische Vorspannung mindestens so groß ist, dass durch eine Randeinspannung auftretende Verformungen kompensiert werden können. In einer bevorzugten Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass die Ventilplatte randseitig formschlüssig gehalten und zwischen ihren äußeren Randhalterungen in Einbaulage elastisch auf Zug vorgespannt ist.
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DE 296 20 094 U1 bezieht sich auf eine Membranpumpe. Die Membranpumpe umfasst einen ein Pleuel aufweisenden Kurbelantrieb sowie eine mit dem Pleuel verbundene elastisch ausgebildete Membrane. Die Membran weist eine formangepasste Membranoberseite auf und an ihrer einem Verdichtungsraum abgewandten Membranrückseite eine hinterschnittene Befestigungsöffnung zum Einsetzen eines formangepassten mit dem Pleuel verbundenen Befestigungsteiles. Es ist eine formstabile mit dem Pleuel verbundenen Membranabstützung vorgesehen, die die Membran auf ihrer Membranrückseite zumindest in einem Zentralbereich formangepasst abstützt. Die Membranabstützung liegt in einer oberen Totpunktlage quetschdruckfrei und im Wesentlichen flächig an der Membranrückseite an.
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Bei derzeit bekannten Fördereinrichtungen und Fördermodulen zur Förderung von Betriebshilfsstoffen oder Betriebsmitteln, wie zum Beispiel einer wässrigen Harnstofflösung zum Einspritzen in den Abgastrakt einer Verbrennungskraftmaschine zur Nachbehandlung des Abgases, werden Membranpumpen eingesetzt, die vorwiegend nur in eine Richtung fördern. Daraus ergibt sich, dass bei Stillstand des Kraftfahrzeuges ein Rücksaugen durch eine Zusatzeinheit, ausgebildet zum Beispiel als ein 4/2-Wegeventil, erforderlich ist. Es ist bekannt, dass die Umsetzung mit einem separat vorzusehenen 4/2-Wegeventil zusätzliche Kosten ein gewisses Maß an Leckageanfälligkeit sowie eine gesteigerte Komplexität bedeuten. Bei bekannten Systemen erfolgt der Antrieb der Membranpumpe mittels eines elektrisch kommutierten Außenläufermotors, um ein Beispiel zu nennen; die Membranpumpe saugt das Reduktionsmittel aus dem Vorratstank an. Dieses fließt durch einen Filter in ein 4/2-Wegeventil, welches zum Fördern unbetätigt die Fließrichtung des Medium vorgibt. Das Medium fließt weiter in Richtung auf den Pumpenkopf. Innerhalb des Pumpenkopfes wird der Betriebsdruck aufgebaut und der notwendige Durchfluss realisiert. Aus dem Pumpenkopf heraus strömt das Medium durch eine Kanalabzweigung in eine Blende, die permanent einen Teil des Reduktionsmediums an den Tank zurückfördert, wobei die restliche Menge weiter in das 4/2-Wegeventil fließt. Von hier aus wird es in Richtung des Dosiermoduls geleitet und auf dem Weg mit einem Drucksensor hinsichtlich der Höhe des im Medium herrschenden Druckes überwacht. Da der Pumpenantrieb sich permanent – auch bei Nulldosierung – dreht, ist die Blende erforderlich, um den Betriebsdruck in diesem Betriebszustand aufrechtzuerhalten. Ohne diese Blende müsste der Pumpenantrieb angehalten werden. Ein erneuter Anlauf der Pumpe erfordert aufgrund der Massenträgheit des glockenförmig ausgebildeten Läufers recht viel Energie. Im Rückförderbetrieb wird das 4/2-Wegeventil geschaltet und die Fließrichtung des Mediums wird gewechselt. Das Medium wird nunmehr nicht aus dem Tank angesaugt, sondern direkt aus der Leitung des geöffneten Dosiermoduls in den Tank rückgesaugt. Das Medium wird zurück durch den Pumpenkopf gedrückt und durch den zweiten Kanal des 4/2-Wegeventils zurück in den Vorratstank gepumpt. Dieser Vorgang findet solange statt, bis das gesamte Medium aus den Leitungen entfernt ist, um eine Beschädigung durch Gefrieren zu verhindern.
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Durch den Aufbau der Membranpumpe ist ein Rücksaugen durch Drehrichtungsumkehr nicht möglich. Die aus
DE 296 20 094 U1 bekannte Membranpumpe wird beispielsweise in der Medizintechnik, der Labortechnik eingesetzt. Das Funktionsprinzip der Membranpumpe liegt in der Regel darin, dass Arbeitsmembranen mithilfe eines Aktors oszilliert betrieben und dadurch Saug- bzw. Druckhübe ausführen. Mittels zweier Rückschlagventilen – ähnlich den aus
DE 10 2004 002 078 A1 bekannten und ihrer Anordnung im System –, wird eine definierte Förderrichtung bereitgestellt und der Betriebsdruck sowie der Durchfluss erzeugt. Der Vorteil dieser Systeme ist darin zu erblicken, dass einerseits eine Selbstansaugung möglich ist, sowie eine weitgehend emissionsarme Förderung zu realisieren ist und eine raumunabhängige Montage möglich ist.
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Weiterhin werden heutzutage diverse Fördereinrichtungen bzw. Pumpprinzipien zur Förderung der Harnstoff-Wasserlösung im Rahmen der selektiven katalytischen Reduktion eingesetzt. Dazu sind die eben bereits erwähnten Membranpumpen zu zählen, jedoch werden auch Zahnradpumpen, Dosierpumpen, Kolbenpumpen und Schlauchpumpen eingesetzt. Alle diese Pumpprinzipien weisen Nachteile auf, welche eine störungsfreie Funktion über die Lebensdauer behindern. Bei Förderaggregaten, die den Betriebshilfsstoff, wie zum Beispiel wässrige Harnstoff-Wasserlösung fördern, bestehen hohe Anforderungen hinsichtlich eines geringen Totvolumens für die Selbstansaugung, der Schmutzunempfindlichkeit, der Rücksaugfähigkeit hinsichtlich auftretenden Gefrierens des Mediums, des Flutungsschutzes, der Eisdruckfestigkeit sowie des Druckaufbaus für Drücke in der Größenordnung zwischen 5 und 10 bar. Mit zusätzlichem Aufwand lassen sich viele dieser den Pumpprinzipien innewohnenden Nachteilen umgehen, so können zum Beispiel 4/2-Wegeventile vorgesehen sein, die das Rücksaugen wiederum möglich machen. Allen Zusatzmaßnahmen jedoch erfordern höhere Kosten und führen zu einer relativ hohen technischen Komplexität des Systems.
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Darstellung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, ein Förderaggregat derart auszubilden, dass eine Medienförderung über eine Ringsegmentmembran sowie die Taumelbewegung einer in Rotation versetzten Scheibe, insbesondere einer Taumelscheibe erzeugt wird. Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Förderaggregat als Taumelscheibenpumpe mit einer Ringsegmentmembran kann durch geringsten Energieaufwand relativ hohe Drücke erzeugen, sowie ein Fluten des Mediums durch eine Selbstpositionierung in einer festen Indexposition verhindern. Es entsteht insbesondere kein Totvolumen bei der Komprimierung, wodurch die selbstansaugende Wirkungsweise des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Förderaggregates erzeugt wird. Eine Rückförderfunktion, d. h. ein Absaugen eines gefrierfähigen Mediums aus einem Leitungstrakt, lässt sich einfach durch Drehrichtungsumkehr des Förderaggregates bzw. des Antriebs des Förderaggregates erreichen. Des Weiteren ist bei dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Förderaggregat ein Flutungsschutz gewährleistet. Aufgrund des Umstandes, dass keine Rückschlagventile erforderlich sind, ist eine sehr robuste Auslegung mit extrem niedriger Schmutzempfindlichkeit möglich. Die Antriebsleistung für das erfindungsgemäß vorgeschlagene Förderaggregat ist äußerst gering, aufgrund des robusten Aufbaus ergibt sich ein sehr hohe Lebensdauer bzw. recht groß zu dimensionierende Wartungs- bzw. Inspektionszyklen.
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Aufgrund der flexibel ausgelegten Ringsegmentmembrane kann auch Eisdruck beim Gefrieren des Mediums kompensiert werden. Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Förderaggregat umfasst eine Taumelscheibe, welche eine rotatorische Bewegung einer Antriebswelle, die über einen Elektroantrieb angetrieben wird, in eine taumelnde Bewegung umwandelt. Ein Axiallager oder Radiallager wird mittels einer Presspassung an der Taumelscheibe befestigt. Auf das Axiallager wird ein Kompressionsrohr aufgebracht und mit einer aufvulkanisierten Arbeitsmembran mit dem Axiallager fest verbunden. Ein innenliegend angeordneter Dichtwulst wird mit einer Dichtungsaufnahme an einer Ringspaltscheibe mit Kanalanbindung befestigt und eine dichte Verbindung hergestellt, um das Medium vor Leckage in die Umgebung zu bewahren. Durch Einleitung eines Drehmomentes auf die Taumelscheibe durch den Elektroantrieb, wird die schiefe Ebene der Taumelscheibe dafür genutzt, einen Hub entlang einer definierten Kreisbahn auszuführen. Wird ein bestimmter Punkt auf dieser Kreisbahn – beschrieben durch die Taumelscheibe – betrachtet, so bewegt sich dieser bei jeder Umdrehung der Taumelscheibe auf und ab. Wird dieser Punkt während seiner Passage entlang einer Ringsegmentmembran als Dichtpunkt betrachtet, so bewegt sich dieser entlang einer Kreisbahn – eben der Ringsegmentmembrane. Der Dichtpunkt drückt ein Volumen vor sich her und hält einen Druck aufrecht und fördert einen Volumenstrom im Förderkanal. Das hinter dem Dichtpunkt liegende Volumen wird vergrößert und ein Unterdruck erzeugt, so dass ein Medium angesaugt werden kann. Bei dem Medium handelt es sich insbesondere um das durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Förderaggregat zu fördernde Medium, d. h. das Reduktionsmittel.
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Die Übertragung der Bewegung erfolgt einzig und allein über die axiale oder radiale Lagerung der Taumelscheibe. Aufgrund dessen bewegt sich ein Kompressorkörper in einer reinen Taumelbewegung ohne Reibung oder Rotationsbewegung und bewegt den Dichtpunkt entlang der Kreisbahn, d. h. entlang der Ringsegmentmembrane. Die Hubbewegung ist abhängig von dem Winkel, in dem die Taumelscheibe angeordnet ist.
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Ein wichtiger Punkt entlang der Laufbahn der Taumelscheibe ist derjenige, an der die Kanalöffnung des Druckkanals erreicht wird, d. h. in den das Volumen, welches im Förderkanal vor dem Dichtpunkt herbewegt wurde, in den Druckkanal ausgeschoben wird. In diesem Zustand, d. h. bei Erreichen des Druckkanals muss gleichzeitig der Zulaufkanal, d. h. der Ansaugkanal geschlossen werden, da ansonsten ein hydraulischer Kurzschluss zwischen dem Saugkanal und dem Druckkanal entstehen würde. Aus diesem Grund ist die Anordnung der beiden Kanalöffnungen so nah wie möglich in Bezug aufeinander auszubilden. Die Vorspannung des Kompressionskörpers in Bezug auf eine Ringspaltscheibe kann zusätzlich mittels einer Druckfeder erhöht werden und eine gleichmäßige Vorspannung über die Lebensdauer erreicht werden.
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Bevorzugt erfolgt die Befestigung der Bauteile im Pumpenkopf des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Förderaggregates über ein stoffschlüssiges Fügeverfahren, wie zum Beispiel das Laserschweißen. Es können jedoch auch alle anderen gängigen Verbindungsverfahren, insbesondere stoffschlüssige Fügeverfahren eingesetzt werden, so zum Beispiel das Ultraschallschweißen, Kleben, Heißplattenschweißen oder es kann auch eine Schraubverbindung eingesetzt werden. Ausschlaggebend für die Auswahl des Fügeverfahrens der Komponenten ist der Betriebsdruck, gegen den abgedichtet werden muss, sowie die daraus entstehende resultierende Kraft, die auf die Verbindung sei es eine stoffschlüssige, sei es eine kraftschlüssige Verbindung, einwirkt.
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Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Förderaggregat zeichnet sich dadurch aus, dass durch Wegfall des Totvolumens relativ hohe Ansaughöhen realisiert werden können, die zum Beispiel bei NKW-Fahrzeugen benötigt werden. Des Weiteren kann durch Einsatz eines Schrittmotors auf einen Blendenrücklauf in vorteilhafter Weise verzichtet werden. Die notwendige Durchflussmenge wird in diesem Fall durch den entsprechenden Schrittwinkel, der am Schrittmotor vorgegeben werden kann, eingestellt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
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Es zeigt:
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1 ein Fördermodul zur Förderung eines Betriebs-/Hilfsstoffes, wie zum Beispiel ein Reduktionsmittel im Fördermodul,
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2 das Fördermodul gemäß 1 im Rückförderbetrieb,
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3 eine Schnittansicht durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Förderaggregat,
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4 die vergrößerte Darstellung einer Dichtstelle,
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5 die Draufsicht auf ein Ringsegmentmembran,
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6 eine Schnittdarstellung des Förderaggregates und
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7 eine Detaildarstellung der Ringsegmentmembran mit Anbindung an das Kompressionsrohr.
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Ausführungsvarianten
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In 1 und 2 sind Fördermodule zur Förderung eines Betriebs-/Hilfsstoffes, wie zum Beispiel ein Reduktionsmittels in Gestalt einer Harnstoff-Wasserlösung zu entnehmen. 1 zeigt ein Fördermodul 10 im Förderbetrieb, während 2 das Fördermodul 10 im Rückförderbetrieb darstellt.
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Wie 1 zu entnehmen ist, umfasst das Fördermodul 10 eine Heizeinrichtung 12, die bevorzugt elektrisch betrieben wird. Des Weiteren befindet sich innerhalb des Fördermoduls 10 ein Förderaggregat 14, dem ein Schaltventil 16, insbesondere ein 4/2-Wegeventil vorgeschaltet ist. Dieses wird über einen hier in den 1 und 2 nicht näher dargestellten Aktor betrieben. Des Weiteren befindet sich innerhalb des Fördermoduls 10 ein Drucksensor 18. Die Förderpumpe 14 wird mittels eines nicht näher dargestellten Antriebs 20 betrieben. Des Weiteren befindet sich innerhalb des Fördermoduls 10 ein Filter 22, der sich auf der Saugseite der Förderpumpe 14 befindet, die über eine Sauglanze oder eine anders gestaltete Saugleitung 32 dem Betriebs-/Hilfsstoff aus dem Inneren des Vorratstanks 34 fördert. Auf der Druckseite der Förderpumpe 10 befindet sich ein Rücklauf 24, der eine Blende 36 enthält.
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Bei dem in den 1 und 2 nicht näher dargestellten Antrieb 20 für die Förderpumpe 14 kann es sich zum Beispiel um einen elektrisch kommutierten Außenläufermotor handeln. Der Betriebs-/Hilfsstoff wird über die Sauglanze 32 aus dem Vorratstank 34 angesaugt. Der Betriebs-/Hilfsstoff fließt durch den Filter 22, das in 1 in Schaltstellung 26 für Förderbetrieb gestellte Schaltventil 16, welches die Fließrichtung des Betriebs-/Hilfsstoffes vorgibt. Der Betriebs-/Hilfsstoff fließt weiter in den Pumpenkopf der Förderpumpe 14. Hier wird der Betriebsdruck aufgebaut und der notwendige Durchfluss realisiert. Aus dem Pumpenkopf der Förderpumpe 14 heraus, strömt nun der Betriebs-/Hilfsstoff durch eine Kanalabzweigung zum einen in Richtung eines Rücklaufs 24, eine Blende bzw. Drossel 36 passierend, die permanent einen Teil des Betriebs-/Hilfsstoffes in den Vorratstank 34 zurückfördert. Die verbleibende Menge fließt weiter zurück zum in Schaltstellung 26 „Förderbetrieb” gestellten Schaltventil 16. Von hier aus gelangt der Betriebs-/Hilfsstoff in Richtung eines Dosiermoduls. Der Druck wird mittels des Drucksensors 18 überwacht.
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Da der Antrieb 20 der Förderpumpe permanent aktiviert ist und sich auch bei einer Nulldosierung des Betriebs-/Hilfsstoffes dreht, ist die Blende im Rücklauf 24 erforderlich, um den Betriebsdruck in diesem Betriebszustand aufrechtzuerhalten. Ohne diese Blende müsste der Antrieb 20 für die Förderpumpe 14 anhalten, was jedoch mit einem relativ hohen Energieverbrauch verbunden ist, aufgrund der Massenträgheit eines Glockenläufers beim Anlauf.
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2 zeigt, dass das Schaltventil 16, bei dem es sich bevorzugt um ein 4/2-Wegeventil handelt, in die zweite Schaltstellung 28 „Rückförderbetrieb” gestellt ist.
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Aus der Darstellung gemäß 2 geht hervor, dass in der Schaltstellung 28 „Rückförderbetrieb” die Fließrichtung des Betriebs-/Hilfsstoffes gewechselt hat. Der Betriebs-/Hilfsstoff wird nunmehr nicht mehr aus dem Vorratstank 34 angesaugt, sondern direkt aus der Leitung des geöffneten Dosiermoduls. Der im Leitungssystem zum Dosiermodul zum Einbringen des Betriebs-/Hilfsstoffes, insbesondere eines Reduktionsmittels in den Abgastrakt einer Verbrennungskraftmaschine bevorratete Leitungsinhalt, wird im Betriebsmodus „Rückförderbetrieb” aus dem Leitungssystem zurückgesaugt. Der Leitungsinhalt strömt in der zweiten Schaltstellung 28 des Schaltventiles 16 durch den Pumpenkopf der Förderpumpe 14 durch das Schaltventil 16 zurück in den Vorratstank 34. Dieser Rückförderbetrieb findet solange statt, bis das gesamte Medium aus dem Leitungssystem entfernt ist, um beim Gefrieren des Mediums eine Beschädigung der Leitungen bzw. der in diesen aufgenommenen Komponenten zu vermeiden. In der Schaltstellung, die in 2 wiedergegeben ist, sind der Filter 22 und der Drucksensor 18 vom Schaltsensor 16 überdeckt.
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3 zeigt eine Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Förderaggregates, ausgebildet als Taumelscheibenpumpe mit Ringsegmentmembrane.
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Wie aus der in 3 dargestellten perspektivischen Schnittansicht zu entnehmen ist, befinden sich innerhalb eines Gehäuses 50 des Förderaggregates 14 ein erster Kanal 40 sowie ein zweiter Kanal 42. Diese können je nach Rotationsrichtung einer über eine Antriebswelle 58 angetriebenen Taumelscheibe 60 als Ansaugkanal oder auch als Druckkanal wirken. 3 zeigt, dass sich in einer Ringspaltscheibe 44, in welche eine Dichtungsaufnahme 46 eingelassen ist, eine Ringsegmentmembran 54, 70 befindet (vergleiche Darstellung gemäß 4). Die Ringsegmentmembran 54, 70 ist durch einen Kompressionskörper 52, bei dem es sich um ein Rohrleitungsabschnitt oder um einen Ring handeln kann, abgestützt. Der Kompressionskörper 52 ist seinerseits auf einem Axiallager 56 abgestützt, welches eine erste Lagerschale 102 sowie eine zweite Lagerschale 104 aufweist. Aus der perspektivisch wiedergegebenen Ansicht der 3 geht hervor, dass es sich bei dem Axiallager 56 in dieser Ausführungsform um ein Kugellager handelt. Anstelle des Axiallagers 56 könnte auch ein Radiallager eingesetzt werden. Während die erste Lagerschale 102 den Kompressionskörper 52 abstützt, befindet sich die zweite Lagerschale 104 in Anlage zur schrägliegenden Oberseite 82 der Taumelscheibe 60. Durch die Zwischenschaltung des Axiallagers 56 zwischen die Taumelscheibe 60 und den Kompressionskörper 52 wird erreicht, dass die Drehbewegung der Taumelscheibe 60 in eine Hubbewegung 96 umgewandelt wird (vgl. Darstellung gemäß 6).
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Der Darstellung gemäß 4 ist eine Dichtungsstelle an der Ringsegmentmembran 54, 70 in vergrößertem Maßstab zu entnehmen. Aus der Darstellung gemäß 4 geht hervor, dass die Ringsegmentmembran 54, 70 etwa mittig durch den hier nur teilweise dargestellten Kompressionskörper 52 abgestützt ist und ihre Oberseite 98 einer Öffnung einer der Kanäle 40 bzw. 42 gegenüberliegt. Mit Bezugszeichen 64 ist ein erster äußerer Dichtwulst bezeichnet, während Bezugszeichen 66 einen im Vergleich zum ersten äußeren Dichtwulst 64 innenliegend angeordneten Dichtwulst bezeichnet. Die beiden Dichtwülste 64, 66 gehen ineinander über und haben die Aufgabe, das Medium nicht nach außen dringen zu lassen.
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Aus der Darstellung gemäß 4 geht hervor, dass die durch den Kompressionskörper 52 abgestützte Ringsegmentmembran 54, 70 an ihrer Innenseite durch einen die Ringsegmentmembran 54, 70 untergreifende Dichtungsaufnahme 46 abgestützt ist.
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4 zeigt, dass die Ringsegmentmembran 54, 70 etwa mittig auf eine Rundung des Kompressionskörpers 52 aufgebracht ist, wodurch ein Haftbereich 68 bzw. ein Vulkanisierungsbereich entsteht, an den die Ringsegmentmembran 54, 70 mit dem Kompressionskörper 52 verbunden ist.
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5 zeigt eine Draufsicht auf die Ringsegmentmembran 54, 70, aus der hervorgeht, dass die Oberseite 98 der Ringsegmentmembran 54, 70 durch die Dichtwülste 64, 66, begrenzt ist. Die Oberseite 98 der Ringsegmentmembran 54, 70, die Dichtwülste 64, 66 bilden einen Förderkanal 100, durch das ein Medium gefördert wird. Aus der Draufsicht gemäß 5 ergibt sich, dass die Kanäle 40 und 42 in minimalem Abstand zueinander liegen, um einen hydraulischen Kurzschluss zu vermeiden. Durch Einleitung des Drehmomentes über eine Antriebswelle 58 in die Taumelscheibe 60, wird die schiefe Ebene der Taumelscheibe 60 in Rotation versetzt, so dass eine Hubbewegung entlang einer definierten Kreisbahn entsteht. Wird – vergleiche Draufsicht gemäß 5 – ein bestimmter Dichtpunkt auf dieser Kreisbahn betrachtet, so bewegt sich dieser bei jeder Umdrehung der Taumelscheibe 60 auf und ab. Ein gedachter angenommener Dichtpunkt 110, der sich auf einer Kreisbahn entlang der Ringsegmentmembran 54, 70 bewegt, drückt ein Volumen vor sich her und erzeugt einen Druck und einen Volumenstrom im Förderkanal 100. Das hinter dem Dichtpunkt 110 liegende Volumen wird vergrößert, so dass ein Unterdruck erzeugt wird, so dass der Betriebs-/Hilfsstoff, insbesondere ein Reduktionsmittel angesaugt werden kann.
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Die Übertragung der taumelnden Bewegung der Taumelscheibe 60 gemäß der Darstellung in 3 erfolgt durch das Axiallager 56. Dieses ist mit einer Presspassung 62 beispielsweise kraftschlüssig mit der die schiefe Ebene aufweisenden Taumelscheibe 60 verbunden. Aufgrund der taumelnden Bewegung der Taumelscheibe 60 zwingt diese dem Kompressionskörper 52 eine Taumelbewegung ohne Reibung auf und bewegt den Dichtpunkt 110 auf einer Kreisbahn, wie in 5 beschrieben.
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Bezogen auf den Dichtpunkt 110 entsteht in Bezug auf den ersten Kanal 40, der in diesem Falle als Saugkanal dient, ein Saugbereich 94 in Bewegungsrichtung des Dichtpunktes 110, entgegen des Urzeigersinns gesehen, und vor dem Dichtpunkt 110 der Druckbereich 92, so dass ein Volumen unter einem bestimmten Förderdruck in den zweiten Kanal 42, der in diesem Fall der Druckkanal ist, ausgeschoben wird. Wie bereits erwähnt, ist zur Vermeidung eines hydraulischen Kurzschlusses bei Erreichen der Kanalöffnung des Druckkanales 40, 42 gleichzeitig der Zulaufkanal 40, 42 zu schließen.
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6 zeigt eine Schnittdarstellung der in 3 in perspektivischem Schnitt wiedergegebenen Taumelscheibenpumpe.
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6 zeigt, dass die Taumelscheibe 60 durch die Antriebswelle 58 angetrieben ist. Die Taumelscheibe 60 kann beispielsweise mittels eines Befestigungsdorns 74 drehfest mit der Antriebswelle 58 verbunden sein. Aus der Darstellung gemäß 6 geht hervor, dass eine Oberseite 82 der Taumelscheibe eine schiefe Ebene darstellt, so dass das mit einer Presspassung 62 auf der Oberseite 82 der angetriebenen Taumelscheibe 60 befestigte Axiallager 56 ebenfalls eine dem Neigungswinkel bzw. der Schrägstellung der Oberseite 82 der Taumelscheibe entsprechenden Neigung aufweist. Dies ist in der Darstellung gemäß 6 – wenn auch leicht übertrieben dargestellt – durch den Anstellwinkel 84 gekennzeichnet. Um den Anstellwinkel 84 sind die Oberseite 82 der Taumelscheibe 60 das Axiallager 56 sowie der Kompressionskörper 52 in Bezug auf die Vertikale geneigt. 6 ist zu entnehmen, dass der Kompressionskörper 52, sei er in Ringform, sei er als Rohrabschnitt ausgebildet, auf einer der Lagerschalen 102, 104 des Axiallagers abgestützt ist. Die taumelnde Bewegung der Taumelscheibe 60 an den ebenfalls geneigt angeordneten Kompressionskörper 52 übertragen, welcher – wie in 6 dargestellt – dementsprechend auf die Unterseite der Ringsegmentmembran 54, 70 einwirkt und, vergleiche Position 86, einerseits einen Saugraum bildet und andererseits aufgrund einer Kompression, d. h. einer Materialverformung 80 ein Volumen auf der Druckseite 58 in den entsprechenden Kanal 40, 42 ausschiebt. Der Innenumfang der Ringsegmentmembran 54, 70 ist von der Dichtungsaufnahme 46 untergriffen. Bezugszeichen 64 bezeichnet den außenliegenden ersten Dichtwulst, während Bezugszeichen 66 den zweiten innenliegenden Dichtwulst identifiziert.
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6 zeigt, dass aufgrund der Hubbewegung 96 das in den Saugraum 86 angesaugte Volumen während einer Umdrehung oder während eines Teiles der Umdrehung von Taumelscheibe 60 und Kompressionskörper 52 entlang der in 5 in der Draufsicht dargestellten Kreisbahn des Dichtpunktes 110, von der Unterdruckseite 56 zur Druckseite 58 befördert wird und aufgrund der in der rechten Hälfte des Bildes gemäß 6 dargestellten Verformung, d. h. Kompression des Materials der Ringsegmentmembran 54, 70, in den Druckkanal gefördert wird. Die Ringsegmentmembran 54, 70 bleibt ortsfest und wird, abgesehen von ihrer Verformung, durch den Kompressionskörper 52 nicht weiter mechanisch beansprucht. In den Kompressionskörper 52, der sich an der Oberseite des Axiallagers 56 befindet, insbesondere auf der Oberseite der ersten Lagerschale 102, verbleibt ebenfalls ortsfest. Die Umwandlung der Drehbewegung der Taumelscheibe 60 in die Hubbewegung 56 wird durch die Wälzkörper des Axiallagers 56 übertragen. Der Darstellung gemäß 7 ist ein vergrößerter Ausschnitt der Ringsegmentmembran 54, 70 zu entnehmen, bei dem in der Mitte ein verformter Bereich 88 dargestellt ist. Der verformte Bereich 88 entsteht immer dann, wenn bei der Taumelbewegung des Kompressionskörpers 52 dieser auf der Kreisbahn seinen höchstgelegenen Punkt erreicht hat, so dass das Material der Ringsegmentmembran 54, 70 wie in den 6 und 7 gezeigt, derart verformt wird, dass das geförderte Volumen auf die in 6 eingedeutete Druckseite 78 gelangt.
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Bevorzugt sind der Kompressionskörper 52, bei dem es sich um einen Ring oder um einen Rohrabschnitt oder dergleichen handelt, und die Ringsegmentmembran 54, 70 innerhalb des Haftbereiches 68 vulkanisiert miteinander verbunden. In 7 ist die Dichtaufnahme 46, vergleiche Darstellung gemäß 3 und 6 nicht dargestellt, sondern nur eine komplementär zu dieser ausgebildete Ausnehmung an der Unterseite der Ringsegmentmembran 54, 70. Deren Oberseite 98 ist glatt ausgebildet. Die konstante Höhe des Kompressionskörpers 52 ist durch Bezugszeichen 106, die Breite mit Bezugszeichen 108 angedeutet.
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Die Vorspannung des Kompressionskörpers 52 in Bezug auf die Ringspaltscheibe 44 kann zusätzlich durch ein Federelement erhöht werden, so dass eine gleichmäßige Vorspannung über die Lebensdauer erreicht werden kann. Die Befestigung der Bauteile im Förderaggregat 14 kann zum Beispiel über Laserschweißverfahren jedoch auch über Ultraschallschweißen, Heißplattenschweißen, Schraubverbindungen, Kleben oder dergleichen erfolgen. Ausschlaggebend für die Wahl des Fügeverfahrens ist der zu realisierende Betriebsdruck sowie die sich daraus ergebende Kraft auf die Verbindung.
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Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Förderaggregat 14 kann zum Beispiel bei Dosiersystemen für die Abgasnachbehandlung von Kraftfahrzeugen und Lastkraftwagen eingesetzt werden, insbesondere zur Reduktion von NOx im Abgas von Verbrennungskraftmaschinen. Weitere Einsatzgebiete des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Förderaggregates 14 liegen zum Beispiel in der Medizintechnik, dort für die zuverlässige Versorgung und Entnahme von Flüssigkeiten oder Gasen. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, das erfindungsgemäß vorgeschlagene Förderaggregat in der chemischen Industrie einzusetzen, überall dort, wo gezielte Dosierungen vorzunehmen sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004002078 A1 [0001, 0004]
- DE 29620094 U1 [0002, 0004]
