DE102018003507B3 - Linearwirkendes Elektropumpenaggregat mit einem Balg und Verfahren zum Betrieb desselben - Google Patents

Linearwirkendes Elektropumpenaggregat mit einem Balg und Verfahren zum Betrieb desselben Download PDF

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Abstract

Aufgabe: Ein linearwirkendes Elektropumpenaggregat (1) besteht aus einem Elektromagneten (2) und aus einem Pumpenaggregat (3). Es soll sich zur Förderung von Gemischen aus Gas und Flüssigkeit eignen. Damit es mit anderen Vorrichtungen platzsparend zusammengebaut werden kann, soll es einen zentralen Einlass aufweisen.Lösung: Das von dem Pumpenaggregat (3) geförderte Fluid den Elektromagneten (2) durchströmt, und tritt durch die jeweils auf derselben Mittellinie wie der Elektromagnet (2) angeordneten Rückschlagventile (5, 6) in das Pumpenaggregat (3) einerseits über das erste Rückschlagventil (5) ein und andererseits über das zweite Rückschlagventil (6) aus,wobei der Elektromagnet (2) mindestens aus einer Magnetspule (7) und einem Magnetanker (11) besteht, wobei der Magnetanker (11) auf der Außenseite eines feststehenden Rohrs (12) beweglich gelagert ist und das Rohr (12) auch das von dem Pumpenaggregat (3) geförderte Fluid zum ersten Rückschlagventil (5) leitet,und dass das Pumpenaggregat (3) einen hochelastischen Balg (4) enthält, der mittels eines ersten beweglichen Deckels (13) von dem Magnetanker (11) bei einer Bewegung des Magnetankers (11) gegen die Kraft einer sich innerhalb des Balgs (4) befindlichen Rückstellfeder (17) verformt wird, wobei der Balg (4) mit einem zweiten feststehenden Deckel (14) verbunden istwobei in dem ersten beweglichen Deckel (13) das erste Rückschlagventil (5) und in dem zweiten feststehenden Deckel (14) das zweite Rückschlagventil (6) angeordnet ist.Anwendung: Förderung von Gemischen aus Gas und Flüssigkeit, bevorzugt im Umfeld von Verbrennungsmotoren und deren Kraftstoffversorgungssystemen und Abgasreinigungssystemen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Elektropumpenaggregat entsprechend dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs, sowie einem Verfahren zum Betrieb des Elektropumpenaggregats im Zusammenwirken mit einer elektrischen Ansteuerung.
  • Stand der Technik:
  • Elektropumpenaggregate, die aus einem Elektromotor und einer Pumpe bestehen, sind bekannt und weit verbreitet.
    Es sind auch linearwirkende Elektropumpenaggregate bekannt, deren elektrischer Aktor ein Elektromagnet ist, beispielsweise aus der Druckschrift DE 101 32 959 A1 .
    Diese Elektropumpenaggregate sind für den Betrieb mit Flüssigkeiten ausgelegt und für den Betrieb mit Gemischen aus Flüssigkeit und Gas nicht optimiert. Sie eignen sich in der Regel auch wenig dazu, mit anderen Geräten, wie zum Beispiel mit Elektroventilen, ohne zusätzliche Leitungen zusammengebaut zu werden.
    Rotierende Pumpen sind in der Regel nicht dazu ausgelegt, im Stillstand einen Gasdruck aufrechzuerhalten.
    Die Druckschrift DE 10 2016 002 348 A1 zeigt eine Balgpumpe mit Elektroventilen, die sich für den Betrieb mit Fluidgemischen eignet, aber sie lehrt keinen kostengünstigen Aufbau des Elektropumpenaggregats.
  • Die DE 10 2013 013 252 A1 offenbart einen Linearverdichter für Kältemaschinen, der ein Arbeitsfluid komprimiert und von einem Sauganschluss zu einem Druckanschluss fördert, mit einem elektromagnetischen Antrieb und einer Verdrängereinrichtung, die aus einem Zylinder, einem darin geführten Kolben, einem ersten Ventil oder einer ersten Ventilgruppe und einem zweiten Ventil oder einer zweiten Ventilgruppe besteht.
  • Die FR 2 666 853 A1 offenbart eine Vakuumpumpe mit zweistufiger Förderung.
  • Die DE 7 136 453 U offenbart elektromagnetisch betätigbare Membranpumpe.
  • Die US 1 888 322 A offenbart eine Magnetpumpe.
  • Die DE 31 31 650 C2 offenbart eine Vorrichtung zum Abgeben von viskosen Konzentraten veränderlicher Viskosität in genau dosierbaren Mengen von veränderlich einstellbarem Volumen, insb. für Getränkeautomaten.
  • Die EP 0 061 699 A1 offenbart eine elektromagnetische Schwingkolbenpumpe.
  • Aufgabe:
  • Das Elektropumpenaggregat soll einen Elektromagneten als Antrieb aufweisen und sich zur Förderung von Gemischen aus Gas und Flüssigkeit eignen. Damit es mit anderen Vorrichtungen platzsparend zusammengebaut werden kann, soll es einen zentralen Einlass aufweisen. Schließlich soll der antreibende Elektromagnet energieeffizient arbeiten.
  • Lösung:
  • Die auf die Vorrichtung gerichteten Aufgaben werden durch die Merkmale des ersten Anspruchs gelöst, in Verbindung mit den Unteransprüchen 2 bis 5. Die beiden letzten Ansprüche beschreiben Verfahren zum Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
  • Das linearwirkende Elektropumpenaggregat enthält mindestens einen Elektromagneten und ein von dem Elektromagneten angetriebenes Pumpenaggregat, das mindestens zwei Rückschlagventile aufweist, wobei das von dem Elektropumpenaggregat geförderte Fluid den Elektromagneten durchströmt und durch die jeweils auf derselben Mittellinie wie der Elektromagnet angeordneten Rückschlagventile in das Pumpenaggregat einerseits eintritt und andererseits austritt.
  • Der Elektromagnet besteht vorzugsweise mindestens aus einer Magnetspule, einem Magnetpol, einem Eisenrückschluss, einem Magnetjoch und einem Magnetanker, wobei der Magnetanker auf einem Rohr beweglich gelagert ist, das auch das von dem Elektropumpenaggregat geförderte Fluid leitet.
  • Das Pumpenaggregat enthält einen hochelastischen Balg, der mittels eines ersten beweglichen Deckels von dem Magnetanker bei einer Bewegung des Magnetankers gegen die Kraft einer Rückstellfeder verformt wird.
  • Vorzugsweise fährt bei einer Bestromung der Magnetspule der Magnetanker in den Magnetpol ein und veranlasst dabei das Pumpenaggregat, Fluid aus dem zweiten Rückschlagventil auszustoßen, wobei nach einem Abschalten der Magnetspule die Rückstellfeder den Magnetanker aus dem Magnetpol herausdrückt und dabei das Pumpenaggregat veranlasst, Fluid durch das erste Rückschlagventil anzusaugen.
  • Vorteilhafterweise weist das Pumpenaggregat ein erstes Rückschlagventil auf, das aus einem Ventilsitz und einem Ventilkörper besteht, wobei der Ventilkörper eine hochelastische Scheibe und einen mittig angeordneten Halter aufweist.
  • Ebenfalls vorteilhafterweise weist das Pumpenaggregat ein zweites Rückschlagventil auf, das aus einem Ventilsitz und einem Ventilkörper besteht, wobei der Ventilkörper eine hochelastische Scheibe und einen mittig angeordneten Halter aufweist.
  • Vorteilhafterweise wird der Magnetanker am Ende seines Hubes im bestromten Zustand der Magnetspule nicht durch einen Anschlag, sondern durch die Kraft der Rückstellfeder und die Rückwirkungskräfte des Pumpenaggregats zum Stillstand gebracht, und am Ende seines Hubs im unbestromten Zustand der Magnetspule wird der Magnetanker ebenfalls nicht durch einen Anschlag, sondern durch Kräfte der Rückstellfeder und des Pumpenaggregats zum Stillstand gebracht.
  • Zum Betrieb des linearwirkenden Elektropumpenaggregats wird das Elektropumpenaggregat durch eine elektrische Ansteuerung mit elektrischer Energie versorgt.
    Dabei wird vor der Aufnahme des Pumpenbetriebs durch eine gleichzeitige Messung des elektrischen Stroms und der elektrischen Spannung der Magnetspule die Spulentemperatur ermittelt und bei einer gemessenen Spulentemperatur unter einem vorgegebenen Grenzwert die Magnetspule zunächst mit einem hochfrequenten Pulssignal ansteuert.
    Durch das hochfrequente Pulssignal wird keine erhebliche Bewegung des Magnetankers bewirkt, aber die Magnetspule erwärmt. Dabei wird die Messung des elektrischen Widerstands der Magnetspule regelmäßig wiederholt, und nach einer Überschreitung des genannten vorgegebenen Grenzwerts durch die Spulentemperatur wird der eigentliche Pumpbetrieb mit niedrigerer Frequenz aufgenommen.
    Der vorgegebene Grenzwert der Spulentemperatur richtet sich nach dem Fluid, das gefördert wird, insbesondere nach seinem Wassergehalt.
    Die Frequenz des hochfrequenten Pulssignal liegt erheblich (mehr als 30%, vorzugsweise mehr als 60%) über der Eigenfrequenz des Feder-Masse-Systems der Anordnung, die aus den Magnetanker und der Rückstellfeder besteht.
  • Das Verfahren zum Betrieb des linearwirkenden Elektropumpenaggregats kann verbessert werden, indem das von einer elektrischen Ansteuerung mit elektrischer Energie versorgte Elektropumpenaggregat mit einem Drucksensor ausgerüstet ist, der fluidisch mit einem Auslass des Elektropumpenaggregats und elektrisch mit der Ansteuerung verbunden ist. Dabei werden während des Pumpbetriebs von der elektrischen Ansteuerung die zeitlichen Verläufe des elektrischen Stroms durch die Magnetspule und des Drucks am Auslass überwacht und mit abgespeicherten Sollwerten verglichen.
    Aus dem Vergleich der zeitlichen Verläufe des elektrischen Stroms durch die Magnetspule und des Drucks am Auslass wird durch die elektrische Ansteuerung auf Fehlfunktionen der Magnetspule, des Elektropumpenaggregats oder des Drucksensors geschlossen. Erforderlichenfalls wird eine Fehlermeldung an eine übergeordnete elektrische Steuerung abgesandt.
  • Anwendung:
  • Elektropumpenaggregate werden zur Förderung von Gemischen aus Gas und Flüssigkeit verwendet, bevorzugt im Umfeld von Verbrennungsmotoren und deren Kraftstoffversorgungssystemen und Abgasreinigungssystemen.
  • Bilder und beispielhafte Ausführung:
    • 1 zeigt das Elektropumpenaggregat im Schnitt als Bestandteil einer größeren Vorrichtung bei unbestromtem Elektromagneten.
    • 2 zeigt das Elektropumpenaggregat bei bestromtem Elektromagneten.
  • Das linearwirkende Elektropumpenaggregat (1) gemäß 1 und 2 enthält einen Elektromagneten (2) und ein von dem Elektromagneten (2) angetriebenes Pumpenaggregat (3). Dabei weist das Pumpenaggregat (3) zwei Rückschlagventile (5, 6) auf, wobei das von dem Pumpenaggregat (3) geförderte Fluid den Elektromagneten (2) durchströmt, und durch die jeweils auf derselben Mittellinie wie der Elektromagnet (2) angeordneten Rückschlagventile (5, 6) in das Pumpenaggregat (3) einerseits eintritt und andererseits austritt.
    Der Elektromagnet (2) besteht aus einer Magnetspule (7), einem Magnetpol (8), einem Eisenrückschluss (9), einem Magnetjoch (10) und einem Magnetanker (11), wobei der Magnetanker (11) auf einem Rohr (12) beweglich gelagert ist, das auch das von dem Pumpenaggregat (3) geförderte Fluid leitet. In der Ausführung gemäß 1 und 2 enthält das Pumpenaggregat (3) einen hochelastischen Balg (4), der mittels eines ersten beweglichen Deckels (13) von dem Magnetanker (11) bei einer Bewegung des Magnetankers (11) gegen die Kraft einer Rückstellfeder (17) verformt wird.
  • Wie in 2 dargestellt, fährt der Magnetanker (11) bei einer Bestromung der Magnetspule (7) in den Magnetpol (8) ein und veranlasst dabei das Pumpenaggregat (3), Fluid aus dem zweiten Rückschlagventil (6) auszustoßen, wobei nach einem Abschalten der Magnetspule (7) die Rückstellfeder (17) den Magnetanker (11) aus dem Magnetpol (8) herausdrückt und dabei das Pumpenaggregat (3) veranlasst, Fluid durch das erste Rückschlagventil (5) anzusaugen.
  • Das Pumpenaggregat (3) weist ein erstes Rückschlagventil (5) auf, das aus einem Ventilsitz (24) und einem Ventilkörper (25) besteht, wobei der Ventilkörper (25) eine hochelastische Scheibe (26) und einen mittig angeordneten Halter (27) aufweist.
  • Das Pumpenaggregat (3) weist ein zweites Rückschlagventil (6) auf, das ebenfalls aus einem Ventilsitz (24') und einem Ventilkörper (25') besteht, wobei der Ventilkörper (25') eine hochelastische Scheibe (26') und einen mittig angeordneten Halter (27') aufweist.
  • Der Magnetanker (11) wird am Ende seines Hubes im bestromten Zustand der Magnetspule (7) durch die Kraft der Rückstellfeder (17) und die Rückwirkungskräfte des Elektropumpenaggregats (3) zum Stillstand gebracht. Am Ende seines Hubs im unbestromten Zustand der Magnetspule (7) wird der Magnetanker (11) ebenfalls durch Kräfte der Rückstellfeder (17) und des Elektropumpenaggregats (3) zum Stillstand gebracht.
  • Bezugszeichenliste
    • 1.
    Elektropumpenaggregat
    2.
    Elektromagnet
    3.
    Pumpenaggregat
    4.
    Balg
    5.
    Rückschlagventil
    6.
    Rückschlagventil
    7.
    Magnetspule
    8.
    Magnetpol
    9.
    Eisenrückschluss
    10.
    Magnetjoch
    11.
    Magnetanker
    12.
    Rohr
    13.
    Deckel
    14.
    Deckel
    17.
    Rückstellfeder
    18.
    Auslass
    24.
    Ventilsitz
    25.
    Ventilkörper
    26.
    Scheibe
    27.
    Halter
    29.
    Drucksensor
    30.
    Elektrische Ansteuerung

Claims (7)

  1. Linearwirkendes Elektropumpenaggregat (1), mindestens einen Elektromagneten (2) und ein von dem Elektromagneten (2) angetriebenes Pumpenaggregat (3) enthaltend, wobei das Pumpenaggregat (3) mindestens zwei Rückschlagventile (5, 6) enthält, dadurch gekennzeichnet, dass das von dem Pumpenaggregat (3) geförderte Fluid den Elektromagneten (2) durchströmt, und durch die jeweils auf derselben Mittellinie wie der Elektromagnet (2) angeordneten Rückschlagventile (5, 6) in das Pumpenaggregat (3) einerseits über das erste Rückschlagventil (5) eintritt und andererseits über das zweite Rückschlagventil (6) austritt, wobei der Elektromagnet (2) mindestens aus einer Magnetspule (7) und einem Magnetanker (11) besteht, wobei der Magnetanker (11) auf der Außenseite eines feststehenden Rohrs (12) beweglich gelagert ist und das Rohr (12) auch das von dem Pumpenaggregat (3) geförderte Fluid zum ersten Rückschlagventil (5) leitet, und dass das Pumpenaggregat (3) einen hochelastischen Balg (4) enthält, der mittels eines ersten beweglichen Deckels (13) von dem Magnetanker (11) bei einer Bewegung des Magnetankers (11) gegen die Kraft einer sich innerhalb des Balgs (4) befindlichen Rückstellfeder (17) verformt wird, wobei der Balg (4) mit einem zweiten feststehenden Deckel (14) verbunden ist wobei in dem ersten beweglichen Deckel (13) das erste Rückschlagventil (5) und in dem zweiten feststehenden Deckel (14) das zweite Rückschlagventil (6) angeordnet ist.
  2. Linearwirkendes Elektropumpenaggregat (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromagnet (2) auch einen Magnetpol (8), einen Eisenrückschluss (9), und ein Magnetjoch (10) aufweist.
  3. Linearwirkendes Elektropumpenaggregat (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Rückschlagventil (5) und / oder das zweite Rückschlagventil (6) aus einem Ventilsitz (24) und einem Ventilkörper (25) besteht, und wobei der Ventilkörper (25) eine hochelastische Scheibe (26) und einen mittig angeordneten Halter (27) aufweist.
  4. Linearwirkendes Elektropumpenaggregat (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Bestromung der Magnetspule (7) der Magnetanker (11) in den Magnetpol (8) einfährt und dabei den Balg (4) zusammendrückt, was diesen veranlasst, Fluid aus dem zweiten Rückschlagventil (6) auszustoßen, wobei nach einem Abschalten der Magnetspule (7) die Rückstellfeder (17) den Magnetanker (11) aus dem Magnetpol (8) herausdrückt und dabei den Balg (4) veranlasst, Fluid durch das erste Rückschlagventil (5) anzusaugen.
  5. Linearwirkendes Elektropumpenaggregat (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetanker (11) am Ende seines Hubes im bestromten Zustand der Magnetspule (7) durch die Kraft der Rückstellfeder (17) und die Rückwirkungskräfte des Elektropumpenaggregats (3) zum Stillstand gebracht wird und dass der Magnetanker (11) am Ende seines Hubs im unbestromten Zustand der Magnetspule (7) ebenfalls durch Kräfte der Rückstellfeder (17) und des Elektropumpenaggregats (3) zum Stillstand gebracht wird.
  6. Verfahren zum Betrieb eines linearwirkenden Elektropumpenaggregats (1) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass eine das Elektropumpenaggregat (1) mit elektrischer Energie versorgende elektrische Ansteuerung (30) vor der Aufnahme des Pumpenbetriebs durch eine gleichzeitige Messung des elektrischen Stroms und der elektrischen Spannung der Magnetspule (7) die Spulentemperatur ermittelt und bei einer gemessenen Spulentemperatur unter einem vorgegebenen Grenzwert die Magnetspule (7) zunächst mit einem hochfrequenten Pulssignal ansteuert, das keine Bewegung des Magnetankers (11) bewirkt, aber die Magnetspule (7) erwärmt, wobei die Messung des elektrischen Widerstands der Magnetspule (7) regelmäßig wiederholt wird und nach einer Überschreitung des genannten vorbestimmten Grenzwerts durch die Spulentemperatur der eigentliche Pumpbetrieb mit niedrigerer Frequenz aufgenommen wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass das Elektropumpenaggregat (1) von einer elektrischen Ansteuerung (30) mit elektrischer Energie versorgt wird und mit einem Drucksensor (29) ausgerüstet ist, der fluidisch mit einem Auslass (18) des Elektropumpenaggregats (1) und elektrisch mit der Ansteuerung (30) verbunden ist wobei während des Pumpbetriebs von der Ansteuerung die zeitlichen Verläufe des elektrischen Stroms durch die Magnetspule (7) und des Drucks am Auslass (18) überwacht werden und mit abgespeicherten Sollwerten verglichen werden, und wobei aus dem Vergleich der zeitlichen Verläufe des elektrischen Stroms durch die Magnetspule (7) und des Drucks am Auslass (18) auf Fehlfunktionen der Magnetspule (7), des Elektropumpenaggregats (3) oder des Drucksensors (29) geschlossen wird, und wobei erforderlichenfalls eine Fehlermeldung an eine übergeordnete elektrische Steuerung abgesandt wird.
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