DE8616123U1 - Elektromagnetische Membranpumpe - Google Patents

Description

Elektromagnetische Membranpumpe Die Erfindung betrifft eine Membranpume, insbes* für Flüssigkeiten, mit einem Förderraum, dem ein Einlaßventil f

vorgeordnet und ein Auslaßventil nachgeordnet ist und der von einer elastischen Membran einseitig abgeschlossen ist, die mit einem Anker eines Elektromagneten verbunden ist, der mit einer Rückstellfeder belastet ist.

Bei Membranpumpen bekannter Art ist der Anker des Elektromagneten in Verbindung mit der Membran angeordnet,

so daß im bestromten Zustand des Magneten durch die elektrommagnetische Kraft der Förderraum zusammengepreßt wird. Somit entsteht, solange die Bestromung stattfindet, ein Pumpdruck. Für einen ständigen Druck ist somit eine i praktisch ständige Bestromung erforderlich, weshalb die I gesamte Auslegung des Magneten und seiner Bestromung auf 100% Einschaltdauer vorgesehen wird und dem entsprechenden

Strom gemäß ein relativ niedriger Förderdruck möglich ist. Jeweils wenn der Ankerweg am Ende ist, wird der Strom |

kurzzeitig abgeschaltet, so daß eine Ankerrückholfeder auch die Membran zurückholt und Flüssigkeit in den Förderraum einströmt. Neben dem relativ niedrigem Förderdruck ist ein

Nachteil, daß dann, wenn auf der Auslaßventilseite ein 1 Unterdruck vorliegt, Flüssigkeit durch die Pumpe f

hindurchgesaugt wird.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine elektromagnetische »

Membranpumpe zu offenbaren, die mit einem gleich großen Elektromagneten und mit gleicher Verlustleistung wie I

bekannte Pumpen angetrieben, einen wesentlich höheren Förderdruck erbringt.

Die Lösung der Aufgabe besteht darin, daß der Anker des Elektromagneten in Verbindung mit der Membran so angeordnet

ist, daß bei einem minimalen Ankerspalt bei- angezogenem Anker der. Förderraum am größten ist und die Rückstellfeder so dimensioniert und angeordnet ist, daß sie bei geöffnetem Ankerspalt unter einer solchen Vorspannung steht, daß entsprechend dem Membranquerschnitt ein vorgegebener minimaler Förderdruck entsteht, und sie bei geschlossenen

Ankerspalt unter einer solchen Vorspannung steht, daß ein

vorgegebener maximaler Förderdruck entsteht und die Federspannungen in den beiden Ankerstellungen jeweils

X annähernd den Ankerkräften im Sättigungszustand

entsprechen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Bei einer solchen Anordnung wird der Magnet nur jeweils dann, wenn der Anker durch die Feder in die geöffnete Stelllung verbracht ist und das gesamte Fördervolumen abgeführt ist, mit höchtmöglicher Kraft kurzzeitig gegen die Federkraft betätigt, wobei neue Flüssigkeit in den

Förderraum nachströmt. Diese Bestromungsversorgung kanft sehr kurzzeitig mit hohem Strom, bei gleicher Verlustleistung wie in bekannten Systemen, erfolgen, so daß eine entsprechend hohe Federkraft überwunden werden kann, die einen entsprechend hohen Förderdruck ergibt.

Um eine Zerstörung des Magneten im unbeabsichtigten Impulsbetrieb zu schneller Folge zu vermeiden,ist eine bekannte Abschaltung durch eine Thermosicherung vorgesehen.

Die Steuerung des Stromimpulse für die Erzeugung eines annähernden Dauerhochdrucks erfolgt zweckmäßig durch einen Positionsschalter, der den geöffneten Ankerzustand angibt. Die Magneterregung erfolgt vorteilhaft mit einem

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Stromimpuls definierter Spannung und Zeitdauer. Nach einer besonders vorteilhaften Schaltung, die eine übermäßige Stoßbelastuna der verfügbaren Spannungsquelle vermeidet, wird jeweils die impulsenergie aus einer langsam in der Beytromungspause nachzuladenden Kondensatorschaltung entnommen, wobei der Energiegehalt des geladenen Kondensators dem Energiebedarf des Elektromagneten für jeweils einen Impuls entspricht, so daß ein Schwingkreis bei der Verkopplung des Kondensators mit der Spule des Magneten entsteht, die eine Umlagerung der Energie zwischen dem Kondensator und der Induktivität erbringt« Dabei lassen sich Abschaltverluste weitgehend vermeiden, wenn das Auftrennen der Verbindung im geeigneten Zeitpunkt des Spannungsminimums am Kondensator erfolgt und anschließend die Energie in den Kondensator zurüc.kgespeist wird.

Ein vorzugsweises Verwendungsgebiet der Pumpe ist die Einspritzung von Brennstoff oder Brennstoffzusätzen, wie Wasser oder Alkohol, in Verbrennungsmotoren. Bei diesen Anwendungen entsteht im Schubbetrieb ein Sog am Auslaßventil. Vorteilhaft läßt sich die Membranpumpe so ausgestalten, daß an dem Stößel des Ankers ein SchließteH angesetzt ist, das den Auslaß des Förderraumes bei völlig beöffnetem Anker verschließt. Wird im Schubbetrieb der Elektromagnet nicht betätigt, so passiert keine Flüssigkeit durch den Sog die Pumpe.

In vorteilhafter Weise läßt sich die Membranpumpe mit der Durchsaugsperre auch als steuerbare Einspritzpumpe für Verbrennungsmotore verwenden, wobei durch geeignet kurze Bemessung des Stromimpulses der Anker jeweils einen definierten Weg zurücklegt und ein entsprechendes Volumen Flüssigkeit, d.h. Brennstoff, ansaugt und dann ausbringt. Ein zusätzliches gesteuertes Ventil zur Brennstoffdosierung

erübrigt sich. Für jeden Zylinder des Motors wird vorzugsweise eine solche steuerbare Einspritzpumpe vorgesehen. Eine zentrale Pumpe entfällt dafür.

Eine vorteilhafte Konstruktion mit einer zentrischen Hagnetanordnung und eine geeignete Steuerung ist in den Fig. 1-6 dargestellt.

Fig. 1 zeigt einen vertikalen Schnitt durch eine Membranpumpe;

Fig. 2 zeigt ein Auslaßventil vergrößert; Fig. 3 zeigt ein Einlaßventil vergrößert; Fig. 4 zeigt eine Aufsicht auf den Pumpenkörper; Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch den Anker vergrößert; Fig. 6 zeigt eine Ansteuerschaltung.

In Fig. 1 ist eine Membranpumpe gezeigt, die weitgehend rotationssymmetrisch aufgebaut ist. In einem Pumpenkörper (1) sind ein Einlaßventil (2) und ein Auslaßventil (3) eingeschraubt, die über Verbindungskanäle (11, 12) mit einem im wesentlichen flachen, zylindrischen Förderraum (13) verbunden sind. Stirnseitig ist der Förderraum mit einer Membran (14) aus elastischem Material, vorzugsweise Gummi oder Kunststoff, abgedeckt. Die Membran (14) reicht allseitig über einen Dichtrand (15) hinaus, auf dem sie durch einen ringförmigen Andruckkörper (16) gehalten ist. Dieser ist ein Teil des Mangetkreises des Elektromagneten (4), dessen Gehäuse (41) mit einer Ringnut (141) den Andruckkörper (16) hält und auf den Pumpenkörper (1) aufgeschraubt ist. Der Magnetkran· ist über das Gehäuse (41) und einen Kern (43) zu dem Arbeitsluftspalt (6) geführt, von dem sich der Anker (50) bis in eine

zylindrische Ausnehmung (161) des Andruckkörpers (16) mit einem allseitigen geringen Luftspalt erstreckt. Zwischen dem Kern (43) und dem Gehäuse (41) ist die Magnetwicklung (42) angeordnet.

Wie aus Fig. 5 ersichtlich, liegt der Anker (50) mit seiner Endfläche (55) auf der Membran (14) auf. Zur .axialen 1

Führung hat der Anker einen Führungsstift (51), der durch den Kern (43) - siehe Fig. 1 - hindurchgeführt ist. |

Endseitig ist an dem Stift (51) ein Widerlager (46) des Magnetankers bzw. der Pumpe befestigt. Die andere Seite der Druckfeder (45) stützt sich in einer am Gehäuse (4) endseitig befestigten Kappe (44) unter Vorspannung ab. In oder auf der Kappe (44) ist ein Positionsmelder (7), der zweckmäßig ein Schalter mit Schalthysterese ist, angeordnet, der die Stellung des Ankers an dem mit diesem mitbewegten Widerlager (46) abgreift und signalisiert.

Wie Fig. 4 zeigt, ist der Abführkanal (12) zentrisch in den Förderraum (13) geführt. Der zentrale Anschluß (121) des I Abführkanals erweitert sich in einer konischen Ansenkung f

(122). In diese paßt ein Ansatz (152) - siehe Fig. 5 eines Schließteiles (52), das mit einem Gewindeansatz durch eine Ausstanzung (141) in der Mitte der Membrane (14) geführt und mit dem stößelartigen Anker (50) verschraubt f ist. Dichtflächen (54, 55) am Schließteil und am Ankefassen die Membran abdichtend. Um eine hohe linienförmige

Belastung der Membran bei der Ankerbewegjng zu vermeiden,

verlaufen die Konturen des Ankers und Schließteiles anschließend an die Dichtflächen (54, 55) flach abgerundet. |

Die Ventile (2, 3) sind aus gleichen Teilen als Schraubnippel aufgebaut, in deren zylindrischen Innenraum,

der durch einen durchbohrten Dichtstopfen (23, 33) 1

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abgeschlossen ist, jeweils eine mit einer Feder (22, 32) belastete Kugel (21, 31), je nach Arbeitsrichtung des Ventils, nippel- oder stopfenseitig eingebaut ist.

Die Teile des Magneten und der Pumpe lassen sich ohne besondere fertigungstechnische Haßnahmen so genau herstellen, so daß eine Justage der Lage des.Ankers und der Ferderspannung entbehrlich ist. Ein Auswechseln einer defekten Membran (14) ist durch die Schraubverbindung des Gehäuses (41) zum Pumpenkörper (1) und des Schließ- und Ankerteiles leicht möglich.

Da die Federkraft bei geöffnetem Ankerspalt am kleinsten ist, ergibt sich ein leichtes Anziehen des Ankers und eine gute Umsetzung der magnetischen Energie in Luftspalt in mechanische Federeinergie, die wiederum in Pumpenergie umgesetzt wird.

Fig. 6 zeigt eine Schaltung, die zur energiesparenden Schnellerregung des Magneten geeignet ist. Die Spule (43) wird mit der Versorgungsspannung (U) beim Schließen des Kontaktes (71) des Schalters (7), - Fig. 1 - beaufschlagt. Bei Abschaltung fließt der Strom der Spule über eine erste Diode (D1) in den Kondensator (C), wo die Energie gespeichert wird. Der Kondensator ist vorzugsweise so bemessen, daß er dabei auf ein mehrfaches der Versorgungsspannung (U) geladen wird. Bei allen weiteren Einschaltvorgängen wird nun jeweils, da parallel zum ersten Kontakt (71) ein zweiter Kontakt (72) geschlossen wird, der den Kondensator (C) mit der Spule (4Ä) verbindet, eine Schnellerregung durch die anfangs der Spule zugeführte hohe Spannung des Kondensators bewirkt. Bis die Energie aus dem Kondensator abgeflossen ist, hindert eine zweite Diode (D2) einen Stromrückfluß zur Versorgungsleitung. Erst wenn der

Kondensator (C) entladen ist, fließt weiterer Strom über die zweite Diode (D2) in den Magneten nach.

Selbstverständlich lassen sich die Kontakte (71, 72) durch elektronische Schaltelemente ersetzen. Insbes. können die Schaltelemente auch durch einen Impulsgeber jeweils für eine vorgegebenen Zeit aufgesteuert werden. Die Versorgungsspannung wird zweckmäßig über einen Thermoschalter (TS), der zweckmäßig in der Wicklung eingebaut ist, und, 'alls es sich um eine Einspritzanordnung eines Verbrennungsmotores handelt, über einen Schubbetriebsschalter (SBS) geführt, so daß im Schubbetrieb keine Ventildurchströmung erfolgt.

Claims (8)

a · · · et* * * t ι t 8 Schutzansprüche

1. Membranpumpe, insbes. für Flüssigkeiten, mit einem Förderraum (13), dem ein Einlaßventil (2) vorgeordnet und ein Auslaßventil (3) nachgeord.Tet ist und der von einer elastischen Membran (14) einseitig abgeschlossen ist, die mit einem Anker (50) eines Elektromagneten (4) verbunden ist, der mit einer Rückstellfeder (45) belastet ist, dadurch gekennzeichnet, daß

der Anker (50) des Elektromagneten (4) in Verbindung mit der Membran (14) so angeordnet ist, daß bei einem minimalen Ankterspalt (6), bei angezogenem Anker (50), der Förderraum (13) am größten ist und die Rückstellfeder (45) so dimensioniert und angeordnet ist, daß sie bei geöffnetem Ankerspalt (6) unter einer solchen Vorspannung steht, daß entsprechend dem Membranquerschnitt ein vorgegebener minimaler Förderdruck entsteht, und sie bei geschlossen! Ankerspalt (6) unter einer solchen Vorspannung steht, daß ein vorgegebener maximaler Förderdruck entsteht und die Federspannung in den beiden Ankerstellungen jeweils den Ankerkräften im magnetischen Sättigungszustand entsprechen.

2. Membranpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Förderraum (13) ein flacher zylindrischer Raum ist, auf dessen Dichtrand (15) die Membran (14) mit einem ringförmigen Andruckkörper (16) gepreßt ist.

3. Membranpuripe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Andruckkörper (16) Teil des magnetischen Kraftflußweges des Elektromagneten (4) ist, der koaxial zu dem Förderraum (13) auf den Pumpenkörper (1) aufgeschraubt ist und den Andruckkörper (16) zentrisch hält.

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4. Membranpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich der elektromagnetsiche Andruckkörper (16) über das Gehäuse (41) des Elektromagneten (4) und einen inneren Kern (43), den die Spule (42) umgibt, zu dem Ankerspalt (6) erstreckt und von diesem sich der Anker (50) konzentrisch mit einem geringen allseitigen Spalt in den Andruckkörper (16) erstreckt.

5. Membranpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Anker (50) ein Schließteil (52) befestigt ist, das mit einer Dichtfläche, vorzugsweise einem Dichtkonus (152), dem jeweiligen Ankerspait (6) entsprechend einer korrespondierenden Dichtfläche, vorzugsweise einer konischen Ansenkung (122), gegenüberliegend angeordnet ist und von der Dichtfläche bzw. der Ansenkung (122) ausgehend ein Abführkanal (12) zu dem Auslaßventil (3) und/oder ein Zuführkanal (11) zu dem Einlaßventil (2) führt.

6. Membranpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Schließteil (52) durch eine Ausstanzung (141) in der Membran (14) koaxial hindurchgeführt und in dem Anker (50) eingeschraubt ist und das Schließteil (52) und der Anker (50) parallele Dichtflächen (54, 55) haben, zwischen denen die Membran (14) dichtend eingeklemmt ist, und anschließend an die Dichtfläche (54, 55) deren Oberfläche abgesiirägt oder abgerundet divergierend von der Membran (14) verlaufen.

7. Membranpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (50) in dem durchbohrten Kern (43) mittels eines Führungsstiftes (51) axial verschieblich gelagert ist.

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8. Membranpumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (45), die eine Druckfeder i st * an dem Ende des Stiftes (51) mittels eines ersten Widerlagers (46) einerseits abgestützt ist und andererseits am Gehäuse (41) über ein kappenförmiges zweites Widerlager (44) gehalten ist.

Membranpumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Positionsschalter (7h der mit seinem Schaltfühler den Anker (50) bzw. das erste Widerlager (46) berührt, an dem Elektromagneten (4), vorzugsweise an dem zweiten Widerlager (44) so angeordnet ist, daß die eine der Schalterstellungen bei der Ankerlage des geöffneten Luftspaltes (6) und die andere bei der Ankerlage des nahezu geschlossenen Luftspaltes (6) vorliegt.