DE19524259A1

DE19524259A1 - Elektromagnetische Pumpe

Info

Publication number: DE19524259A1
Application number: DE1995124259
Authority: DE
Inventors: Hans Nickel; Thomas Dr Schuster
Original assignee: Andreas Stihl AG and Co KG
Current assignee: Andreas Stihl AG and Co KG
Priority date: 1995-07-04
Filing date: 1995-07-04
Publication date: 1997-01-09
Anticipated expiration: 2015-07-05
Also published as: DE19524259B4

Description

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Pumpe, insbesondere Ölpumpe für Brennkraftmaschinen von handge führten Arbeitsgeräten wie Motorkettensäge, Freischneider oder dergleichen.

Brennkraftmaschinen von handgeführten Arbeitsgeräten sind üblicherweise als Zweitaktmotoren ausgeführt. Für den Be trieb von Zeitaktmotoren wird üblicherweise dem Kraft stoff ein Anteil Öl beigemischt, wodurch eine Mischungs schmierung erreicht ist. Außerdem ist zur Motorschmierung eine Ölpumpe bekannt, die von einer Kurbelwelle angetrie ben wird. Derartige Ölpumpen sind so dimensioniert, daß stets eine sichere Schmiermittelmenge an den zu schmie renden Teilen bzw. ein ausreichender Schmiermitteldruck zur Verfügung steht.

Bei Brennkraftmaschinen mit getrennten Schmiersystemen, bei denen Öl dem Verbrennungsgemisch zugeführt wird, ist es erforderlich, die Ölmenge fein dosiert zuzugeben, da sonst die strengen Abgasbestimmungen, denen derartige Ma schinen unterliegen, nicht erreicht werden. Zur Förderung kleiner Flüssigkeitsmengen und zur exakten Dosierung sind aus anderen technischen Bereichen, bspw. der Labortech nik, elektromagnetisch betriebene Pumpen bzw. Pumpen mit Piezoelementen bekannt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektromagnetische Pumpe für Brennkraftmaschinen von handgeführten Arbeitsgeräten zu schaffen, mit der auf einfache Weise eine genau dosierte Fluidmenge, insbeson dere Öl, gefördert werden kann.

Diese Aufgabe wird durch eine elektromagnetische Pumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Die wesentlichen Vorteile der Erfindung sind darin zu se hen, daß das Fördervolumen durch die Anzahl der Kolben hübe pro Zeiteinheit äußerst genau bestimmbar und unab hängig von betriebsbedingten Einflüssen der Brennkraftma schine einstellbar ist.

Damit keine zusätzliche Energiequelle in dem Gehäuse des Arbeitsgerätes untergebracht werden muß, ist es zweckmä ßig, daß zur Erzeugung der elektrischen Energie für den Betrieb der Pumpe ein umlaufendes Polrad und eine diesem zugeordnete feststehende Spule vorgesehen ist. Zweckmäßi gerweise handelt es sich dabei um das zur Erzeugung der Zündenergie vorgesehene Polrad, das auf der Kurbelwelle befestigt und von dieser antreibbar ist.

Da es in manchen Anwendungsfällen nicht sinnvoll ist, kleine Fluidmengen kontinuierlich zuzuführen, da derar tige Pumpvolumina nicht realisierbar sind oder auch weil betriebsbedingt die Zugabe eines Schmiermittels in zeit lichen Abständen erfolgen soll, ist es zweckmäßig, daß die elektrische Steuerschaltung Mittel zur in Intervallen erfolgenden Abgabe von Stromstößen aufweist. Auf diese Weise wird auch die elektromagnetische Pumpe in Interval len betrieben, so daß die dem Pumpvolumen entsprechende Menge in zeitlich definierten Abständen abgegeben wird.

Die Mittel zur Erzeugung von Stromstößen umfassen vor zugsweise einen Kondensator und einen Schalter zu dessen Entladung über die Wicklung der elektromagnetischen Pumpe.

Beispielsweise für die Zugabe von Öl in die Verbrennungs luft des Motors sollte eine Dosierung des Schmiermittels in Abhängigkeit der Motorzyklen erfolgen. Aus diesem Grund ist es von Vorteil, daß die Steuerschaltung mit ei nem Zähler zur Zählung der Motorumdrehungen versehen ist und der Schalter ein mechanisch betätigter Kontakt ist, der in Abhängigkeit der Motorumdrehungen betätigbar ist. Dabei ist es außerdem zweckmäßig, daß der Schalter bezüg lich der Schaltzyklen einstellbar ist, indem der Zähler in Abhängigkeit der Motordrehzahl umprogrammierbar ist, damit die Ölmenge auf den optimalen Bedarf eingestellt werden kann. Alternativ dazu kann der Schalter auch als Thyristor ausgeführt sein, der in Abhängigkeit der am Kondensator liegenden Spannung gezündet wird. Hierzu ist parallel zum Kondensator ein Spannungsteiler geschaltet, an dem die Zündspannung für den Thyristor abgegriffen wird. In bevorzugter Ausgestaltung dienen für die Aufla dung des Kondensators die nicht für die Erzeugung des Zündfunkens benötigten Halbwellen eines Zündmoduls der Brennkraftmaschine. Da zur Erzeugung des Zündfunkens le diglich die positive Halbwelle verwendet wird, sind die negativen Halbwellen verfügbar und können auf diese Weise genutzt werden.

Damit enge Strömungsquerschnitte und die damit einherge hende Drosselwirkung bezüglich des zu fördernden Fluids vermieden werden, sind das Einlaßventil und das Auslaß ventil als federbelastete Ringsitzventile ausgebildet. Der Kolben ist vorzugsweise einstückig mit dem Anker aus geführt, an dessen stirnseitigem Ende er angeformt ist. Der Kolben ist dichtend in einer zylindrischen Bohrung des Spulengehäuses geführt. Aufgrund der Befestigung des Kolbens an dem Anker übernimmt der Kolben die Führungs funktion für den Anker, so daß dieser lediglich an dem dem Kolben entfernt liegenden Ende eine weitere Führungs fläche benötigt. Im stromlosen Zustand liegt der Anker aufgrund der Einwirkung einer Druckfeder in der Endstel lung, in welcher der Förderraum sein größtes Volumen hat. Bei Anlegen einer Spannung an die Wicklung der elektroma gnetischen Pumpe erfolgt eine Erregung des Kolbens, so daß dieser in Förderrichtung gegen die Kraft der Rück stellfeder bewegt wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend an hand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 das Gehäuse einer Motorkettensäge,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine elektromagnetische Pumpe,

Fig. 3 das System der elektrisch miteinander verbundenen Komponenten,

Fig. 4 das Diagramm des Spannungsverlaufs am Stopanschluß eines Zündmoduls,

Fig. 5 eine Ausführungsvariante zu Fig. 3.

In Fig. 1 ist eine Motorkettensäge 1 dargestellt, die ein Motorgehäuse 2, einen Handgriff 3, ein Griffrohr 4 sowie einen Handschutz 5 umfaßt. Auf die Darstellung eines zur Motorkettensäge 1 gehörenden Sägeschwerts wurde verzich tet. Das Motorgehäuse 2 ist teilweise aufgebrochen darge stellt, so daß eine Pumpe 6 sichtbar ist, an die eine Saugleitung 7 sowie eine Förderleitung 8 angeschlossen sind. Die Saugleitung 7 kann entfallen, sofern sich die Pumpe 6 im Öltank befindet. Eine Steuerschaltung 9 steht über Verbindungsleitungen 10 mit einer Spule 11 der Pumpe 6 in Verbindung, so daß bei stromdurchflossener Spule 11 ein Anker 12 mit einem daran befindlichen und vorzugs weise einstückig mit diesem ausgeführten Kolben 13 bewegt und ein Pumpendruck erzeugt wird. Die Saugleitung 7 ist über ein Einlaßventil 14 mit der Pumpe verbunden und zwi schen Pumpe und Förderleitung 8 befindet sich ein Auslaß ventil 15.

Die Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt durch eine elektroma gnetische Pumpe 6 in vergrößerter Darstellung. Die Spule 11 ist in einem Spulenträger 18 aufgenommen, in dessen zentrischer Bohrung 17 der Anker 12 längsverschieblich gehalten ist. An einem stirnseitigen Ende 19 des Ankers 12 ist der Kolben 13 angeformt, der dichtend in der Boh rung 17 geführt ist und eine Pumpkammer 20 begrenzt. Am anderen Ende weist der Anker 12 einen ebenfalls einstüc kig mit diesem ausgeführten Ringbund 21 auf, der als wei tere Führungsfläche des Ankers 12 in der Bohrung 17 dient. Der Anker 12 mit dem Kolben 13 und dem Ringbund 21 besteht somit aus einem einzigen Stück Stahl.

Der Spulenträger 18 mit der Spule 11 ist in einem Spulen gehäuse 16 mittels eines Sicherungsringes 22 gehalten. An dem pumpkammerseitigen Ende des Spulengehäuses 16 ist ei ne Platte 23 vorgesehen, an der sich ein die Pumpkammer 20 ringförmig umgebender Vorsprung 24 des Spulenträgers 18 abstützt, der die Pumpkammer 20 abdichtet. Der Anker 12, das Spulengehäuse 16, der Sicherungsring 22 sowie die Platte 23 bilden einen magnetischen Kreis, diese Teile bestehen daher aus einem weichmagnetischen Material.

Mit dem Spulengehäuse 16 ist ein Ventilgehäuse 25 verbun den, wobei ein ösenförmiger Abschnitt 26 des Ventilgehäu ses 25 entlang der Mantelfläche des Spulengehäuses 16 er streckt und mit einem radial nach innen gerichteten Wulst 27 in eine Nut 28 am Spulengehäuse 16 einrastet. In dem Ventilgehäuse 25 befindet sich das Einlaßventil 14, das einen von einer Feder 29 belasteten Ventilkörper 30 um faßt, der einen ringförmigen Vorsprung 31 aufweist, wel cher an einer Dichtfläche 32 liegt. In dem Ventilgehäuse 25 ist ein Sauganschluß 7′ vorgesehen, an den die Saug leitung anschließbar ist.

Das Ventilgehäuse 25 beinhaltet außerdem das Auslaßventil 15, das einen von einer Feder 33 in Schließrichtung des Ventils belasteten Ventilkörper 34 aufweist, dessen ring förmiger Vorsprung 35 an einer Dichtfläche 36 liegt. Aus gangsseitig des Auslaßventils 15 befindet sich ein Druck anschluß 8′, an dem die Förderleitung anzuschließen ist. Durch eine in der Platte 23 vorgesehene zentrische Öff nung erstreckt sich eine Feder 37, die sich einerseits an einem Absatz des Ventilgehäuses 25 abstützt und anderer seits den Kolben 13 und den daran angeformten Anker 12 gegen einen Anschlag 38 am stirnseitigen Ende der Bohrung 17 belastet.

Die in Fig. 2 gezeigte Stellung des Kolbens 13 entspricht dem stromlosen Zustand der Spule 11, das heißt, der Pum praum 20 hat dabei sein maximales Volumen. Bei Strom durchfluß in der Spule wird ein Magnetfeld erzeugt, durch das der Anker 12 erregt und mit dem Kolben 13 gegen die Kraft der Feder 37 verschoben wird. Dadurch wird das Vo lumen des Pumpraums 20 in der Pumpe 6 verringert und die darin befindliche Flüssigkeit verdrängt. Da das Einlaß ventil 14 bei zunehmendem Druck im Pumpraum 20 geschlos sen bleibt, aber der Ventilkörper 34 des Auslaßventils 15 gegen die Kraft der Feder 33 bewegt wird, hebt der Vor sprung 35 von der Dichtfläche 36 ab, so daß die entspre chende Flüssigkeitsmenge durch das geöffnete Auslaßventil 15 und den nachgeordneten Druckanschluß 8′ in die Förder leitung gelangt.

Wird der Stromfluß in der Spule 11 unterbrochen, so ist die Erregung des Ankers 12 beendet und der Kolben 13 wird durch die Kraft der Feder 37 in seine Ruhelage zurückbe wegt, wodurch das Volumen des Pumpraums 20 vergrößert wird. Das Auslaßventil 15 befindet sich in der Schließ stellung, und so hat der durch die Volumenvergrößerung in der Pumpkammer 20 entstehende Unterdruck zur Folge, daß der Ventilkörper 30 des Einlaßventils 14 gegen die Kraft der Feder 29 bewegt wird, wodurch der Vorsprung 31 von der Dichtfläche 32 abhebt und durch den Sauganschluß 7′ Flüssigkeit in die Pumpkammer 20 gesaugt wird.

In Fig. 3 ist die elektrische Steuerschaltung 9 gezeigt, die gemeinsam mit einem - an sich bekannten - Zündmodul in einem Gehäuse 48 aufgenommen ist. Selbstverständlich können Steuerschaltung und Zündmodul in jeweils separaten Gehäusen angeordnet sein, wobei der Eingang der Steuer schaltung an dem Stoppanschluß des Zündmoduls angeschlos sen ist. In dem in Fig. 3 beschriebenen Ausführungsbei spiel ist an Eingangsklemmen 49 des Gehäuses 48 eine feststehende Spule 42 angeschlossen, die einem von der Brennkraftmaschine der Motorkettensäge antreibbaren Pol rad 40, welches einen Permanentmagnet 41 aufweist, zuge ordnet ist. Die durch die Rotation des Polrades 40 in der Spule 42 induzierte Spannung wird dem in dem Gehäuse 48 enthaltenen Zündmodul und der Steuerschaltung 9 zuge führt. An einem Ausgang 50′ des Gehäuses ist ein Kabel für eine Zündkerze 43 angeschlossen. Das Anordnen der Steuerschaltung in einem separaten Gehäuse hat den Vor teil, daß der Zündmodul unverändert benutzt werden kann unabhängig davon, ob eine elektrisch betriebene Ölpumpe vorgesehen ist oder nicht.

Die elektrische Steuerschaltung 9 umfaßt einen Kondensa tor 44, der mittels der in Fig. 4 gezeigten negativen Halbwellen U₂ aufgeladen wird. Die positive Halbwelle U₁ dient zur Erzeugung des Zündfunkens, dessen Zeitpunkt t₁ mit einem Pfeil markiert ist. Da der Energiegehalt der negativen Halbwellen relativ gering ist, wird eine be stimmte Folge von Halbwellen benötigt, um ein entspre chendes Potential im Kondensator zu schaffen. Der Konden sator 44 ist über einen Schalter 45 mit Ausgangsklemmen 50′′ des Gehäuses 48 verbunden, an welchen über eine Ver bindungsleitung 10 die Spule 11 der Pumpe 6 angeschlossen ist. Der Schalter 45 ist mit einer Betätigungseinrichtung 46 gekoppelt, die eine Einrichtung 47 zur Zählung der Kurbelwellenumdrehungen umfaßt. Somit wird in Abhängig keit einer bestimmten Anzahl von Kurbelwellenumdrehungen die Betätigungseinrichtung 46 aktiviert, die den Schalter 45 schließt und somit einen Stromstoß durch Entladen des Kondensators 44 in der Spule 11 erzeugt. Durch diesen Stromstoß wird der Pumpenhub ausgeführt.

Damit die Anzahl der Pumpenhübe und somit auch das För dervolumen nicht unveränderbar an eine bestimmte Anzahl von Kurbelwellenumdrehungen gekoppelt ist, sondern die Intervalle zur Erzeugung des Stromstoßes auf die ge wünschte Zahl von Kurbelwellenumdrehungen einstellbar sind, ist der Zähler 47 entsprechend programmierbar Durch weitere Ausgestaltung kann dieses Prinzip eine sehr flexible Einstellung der Ölmenge bieten, wobei die Elek tronik so ausgelegt sein kann, daß in bestimmten Dreh zahlbereichen die Fördermenge erhöht, erniedrigt oder auf null reduziert wird, indem der Umdrehungszähler dreh zahlabhängig umprogrammiert wird. Bei Nenndrehzahl kann beispielsweise nach jeweils 64 Umdrehungen ein Stromstoß erzeugt und ein Pumpenhub ausgeführt werden.

Alternativ hierzu kann auch ein in Abhängigkeit der Kon densatorspannung U_c gesteuerter Pumpenantrieb vorgesehen sein, wie dies am Ausführungsbeispiel der Fig. 5 gezeigt ist. Dabei ist parallel zum Kondensator 44 ein aus Wider ständen 51 und 52 gebildeter Spannungsteiler vorgesehen. In die Verbindungsleitung zwischen dem Kondensator 44 und einer der Ausgangsklemmen 50′′ ist ein Thyristor 53 ge schaltet, dessen Gateanschluß mit dem Spannungsteiler verbunden ist. Bei Erreichen einer vorgegebenen Kondensa torspannung U_c liegt am Spannungsteiler eine für die Zün dung des Thyristors 53 ausreichende Spannung an, so daß dieser eine schlagartige Entladung des Kondensators 44 und somit einen Pumpenhub ermöglicht.

Claims

1. Elektromagnetische Pumpe, insbesondere Ölpumpe, für Brennkraftmaschinen von handgeführten Arbeitsgerä ten wie Motorkettensäge, Freischneider oder der gleichen mit folgenden Merkmalen:

- einer in einem Pumpengehäuse angeordneten Spule (11),
- einem elektromagnetisch betätigbaren, in einer Pumpkammer (20) längsverschieblichen Kolben (13),
- je einem der Pumpkammer (20) zugeordneten Einlaß- Ventil (14) und Auslaßventil (15),
- einer elektronischen Steuerschaltung und
- einer elektrischen Verbindungsleitung (10) zwi schen der Spule (11) in der Pumpe (6) und der Steuerschaltung (9).

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der elek trischen Energie für den Betrieb der Pumpe (6) ein umlaufendes Polrad (40) und eine diesem zugeordnete feststehende Spule (42) vorgesehen sind.

3. Pumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Steuer schaltung (9) Mittel zur in Intervallen erfolgenden Abgabe von Stromstößen aufweist.

4. Pumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel einen Kon densator (44) und einen Schalter (45, 53) zur Ent ladung des Kondensators (44) umfassen.

5. Pumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (44) zur Aufladung an die dem Polrad (40) zugeordnete Spule (42) angeschlossen ist.

6. Polrad nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (9) mit einem Zähler (47) zur Zählung der Kurbelwellen umdrehungen (n) versehen ist und der Schalter (45) ein mechanisch betätigter Kontakt ist, der in Ab hängigkeit der Motordrehzahl betätigbar ist.

7. Pumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (45) be züglich der Schaltzyklen einstellbar ist, indem der Zähler (47) in Abhängigkeit der Motordrehzahl um programmierbar ist.

8. Pumpe nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (53) ein Thyristor ist, der in Abhängigkeit der am Kondensa tor (44) liegenden Spannung (U_c) gezündet wird.

9. Pumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Kondensator (44) ein aus Wider ständen (51, 52) gebildeter Spannungsteiler ge schaltet ist, an dem die Zündspannung für den Thy ristor (53) abgegriffen wird.

10. Pumpe nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß für die Aufladung des Kondensators (44) die nicht zur Erzeugung des Zünd funkens benötigten Halbwellen (U₂) eines Zündmoduls der Brennkraftmaschine dienen.

11. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Einlaßventil (14) und das Auslaßventil (15) als federbelastete Ringsitzventile ausgebildet sind.

12. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (13) an ei nem stirnseitigen Ende (19) eines Ankers (12) ange formt und dichtend in einer zylindrisches Bohrung (17) eines Spulenträgers (18) geführt ist.

13. Pumpe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (13) in För derrichtung durch die Erregung des Ankers (12) und in Saugrichtung von einer Druckfeder (37) beauf schlagt ist.