WO2012171757A1 - Förderaggregat für betriebs-/hilfsstoffe für verwendungskraftmaschinen - Google Patents
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- WO2012171757A1 WO2012171757A1 PCT/EP2012/059489 EP2012059489W WO2012171757A1 WO 2012171757 A1 WO2012171757 A1 WO 2012171757A1 EP 2012059489 W EP2012059489 W EP 2012059489W WO 2012171757 A1 WO2012171757 A1 WO 2012171757A1
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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- F04B53/08—Cooling; Heating; Preventing freezing
Definitions
- the operating / auxiliary substance is usually from a arranged close to a tank for storing the operating / auxiliary feed pump in a line from this storage tank to a
- the metering module has an active, electric valve via which the amount of reducing agent is introduced into the exhaust tract of the self-igniting internal combustion engine when actuated.
- EP 1 555 433 A2 relates to a metering pump system and a method for
- the metering pump system comprises a metering pump with at least one metering pump element movable between two movement end positions and one associated with the at least one metering pump element
- Dosing pump element drive comprises a
- Coil arrangement and a drive device This serves to move the at least one metering pump element in at least one direction of movement.
- Coil arrangement generates a magnetic force interaction
- the drive device is designed to operate the coil assembly at least in phases pulsed during a, corresponding to a Dosierpumpenimplantationn- movement process drive interval.
- EP 1 878 129 A1 likewise shows a metering pump. This serves to convey a liquid, wherein the pump has an input and an output and a pumping chamber. In the pumping chamber the medium is taken up from the inlet.
- an actuating arrangement which can be actuated between a first and a second position, the fluid is conveyed from the pumping chamber in the direction of the outlet.
- the inlet of the pumping chamber is in fluid communication with a supply channel when the
- Actuator assembly is located in the first position.
- the supply channel extends around the actuator assembly so that heat can be absorbed by the actuator assembly through the medium to be conveyed, and thus cooled.
- US 5,509,792 relates to an electromagnetically driven conveyor with piston.
- the piston is operated by means of alternatively energizable coils.
- the reducing agent in particular AdBlue, has the negative property of developing very aggressive properties with regard to plastic and metals at high temperatures as a result of the formation of free ammonia.
- Spool carrier which is sealed to a housing via elastomer rings, is in direct contact with the aggressive properties AdBlue.
- AdBlue aggressive properties
- heated reducing agent will damage the winding support, which is generally made of plastic, and eventually the Cu coil by ammonia diffusion. In the past occurred damage, such.
- damage by NH 3 diffusion injected in elastomer Cu wires by NH 3 , are due to this effect.
- the previously desired, generally inexpensive and manufacturing technology very easy to assemble, used elastomeric rings in a reducing agent environment at elevated temperature level brittle and therefore be leaking.
- the armature, yoke and housing of an electrically actuated valve made of a high-quality stainless steel to manufacture.
- the use of a high quality stainless steel has the disadvantage that it has poor magnetic properties and thus the magnet and the coil by corresponding larger current and larger Must compensate for number of turns. This in turn is accompanied by an increased thermal load.
- anchor yoke and housing are used to protect against
- Reductant galvanically chromium plated can be used.
- the winding support is sealed by a stainless steel sleeve, which is welded to the yoke and the housing. Since welding of chrome-plated parts is not possible, the chrome would have to be removed beforehand at the weld, whereby the material would be attacked by the reducing agent at such a prepared weld again. Therefore, this path does not seem feasible.
- a delivery unit whose individual components, such as, for example, its actuating magnet, its pumping element and its armature, including the cover, have a modular construction.
- the parts in contact with the operating / auxiliary material are not involved in the formation of the magnetic forces.
- These parts, which come into contact with the operating / auxiliary substance, in particular reducing agents such as, for example, urea or a urea-water solution can therefore be designed with regard to their requirements for the corrosion of optimal materials and do not inevitably need to
- these materials have a coefficient of conduction which is better by a factor of 3, which thus better dissipates the heat arising during operation of the delivery unit proposed according to the invention from the actuating coil into the pump housing.
- Pump housing which comes into contact with the operating / auxiliary material, in particular the reducing agent, is made of a corrosion-resistant material, which is inferior in terms of its heat conduction. In this case, however, a poorer heat conduction of the material of the pump housing can be accepted as the Pump housing is only a heat sink and main focus is placed on the cooling of the actuator coil.
- the delivery unit proposed according to the invention comprises a pump housing which is essentially cylindrical and has a very large areal connection to a yoke of the magnetic circuit.
- the cylindrically shaped pump housing comprises a supply line for the operating / auxiliary material and a pressure-side outlet, which leads to the injection valve for the operating / auxiliary material in the exhaust gas tract of the internal combustion engine.
- a pump element for example designed as a piston, which is fitted into a cylinder with a slight play of a few ⁇ .
- a suction valve for example, designed as
- Slit valve opened or closed. If the movable piston exceeds a suction opening coming from bottom dead center, pressure builds up. Despite tight guidance between piston and cylinder, a small amount of leakage can occur during pressure build-up, but this is sealed off by an elastomeric seal. Between the elastomeric seal and the cylinder creates a space, which via a hydraulic connection with a
- Supply line for the reducing agent is in communication. Due to the adjusting piston stroke of the operating / auxiliary substance contained in this space, in particular the reducing agent, always renewed and thus can not age and develop harmful properties. To accommodate the stroke, the elastomeric seal used is formed in a deformation enabling ripple.
- the elastomeric seal of the room faces away from the magnetic coil representing the heat source and is cooled by the operating / auxiliary material as it is being conveyed. Furthermore, it is ensured due to the proposed solution according to the invention that the critical components in terms of their durability anchor and return spring not with the corrosive aggressiveness developing on operating / auxiliary material in
- the armature may be provided with at least one recess in the region not of magnetic interest for weight saving.
- Eisscherfestmaschine is a cover element of the delivery unit with elasticity, such as by Shaft design provided so that an optionally building ice pressure can be absorbed in the axial direction.
- the elasticity of the lid is advantageous in terms of reducing end stop noise.
- these are low per se, since the spring, which serves the provision of the anchor, in the end stop has only a small force of about 10 Newton and the piston is damped in his leadership.
- the noise is hydraulically damped by the cylinder filled with fluid.
- a lid with an upper portion and a resilient properties elastomeric seal which may also be performed wavy, are used.
- the sealing points on the pump housing are limited to two sealing points. A first sealing takes place via said elastomeric seal during cooling in a lower temperature suction region and via a high-pressure seal via a proven seal outside the magnetic coils. This seal is in the outer area.
- Delivery unit for the promotion of an operating / auxiliary material for internal combustion engines, in particular a reducing agent.
- FIG. 1 is an embodiment of the present invention proposed delivery unit for promoting an operating / auxiliary material, in particular a reducing agent for exhaust aftertreatment, such.
- a delivery unit 10 comprises a magnet assembly 12, which comprises a magnet yoke 14, a magnet coil 18 and an armature 20.
- the components of the magnet assembly 12 are also located in a housing 16 as the components that are in direct contact with the by the delivery unit 10 to be conveyed operating / auxiliary materials, in particular a reducing agent. These components are also included in the above
- Substantially enumerated components of the magnetic group 12 are arranged separately. This means that the components of the magnet assembly 12 do not come into direct contact with the operating / auxiliary substance to be delivered, in particular a reducing agent. From the illustration according to FIG. 1, it can be seen that the housing 16 is closed by a cover 22. The cover 22 substantially encloses the armature 20 of the above-mentioned magnet assembly 12. In the housing 16, a pump housing 24 is embedded. This is surrounded by the magnetic yoke 14 of the magnet assembly 12 substantially over a large area, so that a good heat-conducting connection of the magnetic yoke 14 is given to the pump housing 24.
- the surface connection of the pump housing 24 to the magnetic yoke 14 can be realized either via the formation of a slight press fit or the representation of a long threaded portion.
- the large-area connection of the pump housing 24 to the magnetic yoke 14 causes the heat generated in the magnetic coil 18 of the magnetic assembly 12 can be very well delivered to the pump housing 24 cooled by the to be funded operating / auxiliary material, or the reducing agent.
- the pump housing 24 there are a supply line 26 for the operating / auxiliary material, in particular a reducing agent, and a pressure-side outlet 28, which extends to a valve 86, which is indicated here only schematically.
- connection 30 is a radially arranged connection
- Ball or a cube may include. These components can be over
- Clamping element 32 are clamped in the radial direction. In the upper area of the
- Pump housing 24 is a pump element 34, which may be in particular a piston, which is pressed in a cylinder 36 with a slight clearance of a few ⁇ and immersed into the cylinder 36 until it stops.
- An upper dead center of the piston-shaped pump element 34 is defined by the stop on the cylinder bottom 76 of the cylinder 36.
- a suction valve in the form of a slit valve 38 is executed.
- the piston-shaped pump element 34 coming from its bottom dead center, opens a bore of the slit valve 38, a pressure build-up begins.
- the bottom dead center of the Pump element 34, which uses a pressure build-up is, by a
- FIG. 1 further shows that on the pressure side of the cylinder 36 a valve,
- the check valve 80 comprises a formed with a biasing element valve closure member 84, which opens at queuing a corresponding back pressure in a pressure chamber 82, so that the operating / auxiliary material via the pressure-side outlet 28 in the lower part of the
- valve 86 can flow. That as
- Check valve 80 formed valve is preferably pressed into the pump housing 24. Despite a tight guide between the piston-shaped
- Elastomerabdichtung 40 which may be formed vulcanized, for example, to a coupling piece 42 is sealed. This is a transfer of the higher
- the elastomeric seal 40 is formed in a ripple for receiving a stroke that is a few millimeters.
- a bead 52 which is embedded in a groove in cylinder 36 and is pressed over a pulley 54 in this.
- a flange 56 for example, which is formed on the pump housing 24, in particular on its upper edge, the disk 54 can be held permanently in its position while maintaining the clamping action for the bead 52.
- the coupling piece 42 comprises on both sides respective pins 44, 46, which are both designed as threaded pins could be.
- the piston-shaped pump element 34 is clamped, on the upper side, ie on the first threaded pin 44, the attachment of the armature 20.
- the adjustment of a residual air gap 60 via an inserted disc 58th In the illustration according to FIG.
- the residual air gap 60 is indicated by an arrow which extends between the upper planar surface of the magnet yoke 14 on the one hand and the underside of the armature 20 of the magnet assembly 12 on the other hand.
- the return spring 62 is supported on the underside of the armature 20 on the one hand and on the top of a flat surface of the magnetic yoke 14 on the other hand.
- the armature 20 is as further apparent from the illustration of Figure 1, provided in the magnetically uninteresting region for weight saving with at least one recess 64.
- the cover 22 is part of the magnet assembly 12 and closes the magnetic circuit to the armature 20 via a radial air gap 66. To avoid excessive lateral forces is to strive to form the radial air gap 66 about 0.5 mm wide. The lateral force is proportional to 1 / r 2 , so that with increasing radial air gap 66, the lateral force decreases. To ensure compensation, the axial height of the armature 20 and critical in terms of their durability return spring 62 does not come into contact with the conveying unit 10 to be conveyed operating / auxiliary material, in particular a aggressive at higher temperatures developing reducing agent .
- the armature 20 is as further apparent from the illustration of Figure 1, provided in the magnetically uninteresting region for weight saving with at least one recess 64.
- the cover 22 is part of the magnet assembly 12 and closes the magnetic circuit to the arma
- Radial air gap 66 be as large as possible, so the anchor 20 is pulled up again flat on its outside, d. H. extends in its outer region parallel to the inside of the magnet assembly 12 occlusive cover 22.
- the lid 22, which closes the magnet assembly 12 has in its upper portion 72 a setting for the magnet hub in the form of a shim 68, and a screw plug 70.
- the lid 22 may have in its upper portion 72 further elastic properties, for example, by a wavy design of the upper portion 72 are given.
- z. B. be ensured in an advantageous manner that a building up ice pressure can be absorbed in the axial direction.
- elasticity in the mentioned range is advantageous for reducing
- End stop sounds that may result upon actuation of the armature 20 of the magnet assembly 12. The end stop sounds, however, will remain low as the
- Return spring 62 which acts on the movable armature 20 formed in the end stop only a spring force of a few Newtons and the movable, piston-shaped pump element 34, is damped in the cylinder 36 by guiding in this.
- developing reducing agent is, there are the supply line 26, the slit valve 38, and a pressure-side outlet 28th
- the operating / auxiliary material in particular the
- Reducing agent leading parts are not involved in the formation of magnetic forces.
- the structure of the magnetic forces takes place exclusively by components within the magnet assembly 12, which do not come into contact with the operating / auxiliary material, in particular a reducing agent having aggressive properties. This allows the components of the Magnetic circuit 12 are filled with magnetically suitable materials and optimized and passing with the operating / excipient in contact components of the
- Conveyor units 10 are made of resistant and resistant materials because they are not part of the magnet assembly.
- the components installed in the magnet assembly 12 are made of materials having magnetically active properties and, moreover, have an approximately factor 3 better coefficient of thermal conduction, so that a better transfer of the heat, in particular from the magnet coil 18 to the magnet yoke 14, into the pump housing 24 , which in turn is cooled by the operating / excipient is ensured.
- the pump housing 24 itself is made of an operating / excipient-resistant material, but is inferior in terms of its heat conduction.
- the components of the magnet assembly 12, pump element 34, armature 20 and cover 22 can be designed independently of each other and each optimally adapted to the requirements, without having to compromise on other functional areas.
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Abstract
Förderaggregat (10) zur Förderung eines Betriebs-/ Hilfsstoffes, insbesondere eines Reduktionsmittels, zum Eindringen in einen Abgastank einer Verbrennungskraftmaschine, mit einer Magnetbaugruppe (12), die eine Magnetspule (18) umfasst und ein Pumpengehäuse (24), welches Kanäle (26, 28, 30) und Förderelemente (34, 36, 38) für den Betriebs-/ Hilfsstoff umfasst. Die Komonenten (14, 16, 18, 20 und 22) der Magnetbaugruppe (12) sind in Bezug auf die Komponenten (24, 26, 30, 32, 34), die mit dem Betreibs-/ Hilfsstoff in Kon takt stehen, getrennt im Förderaggregat (10) angeordnet.
Description
Beschreibung Titel
Förderaggregat für Betriebs-ZHilfsstoffe für Verwendungskraftmaschinen Stand der Technik Bei Verbrennungskraftmaschinen für Kraftfahrzeuge bzw. Hybrid-Fahrzeuge ist aufgrund der in den nächsten Jahren anstehenden verschärften Abgasgesetzgebung (Euro 6) u. a. der im Abgas von selbstzündenden Verbrennungskraftmaschinen enthaltene Schadstoff NOx zu reduzieren. Eine dazu geeignete Methode stellt das SCR-Verfahren (SCR = selektive katalytische Reduktion) mit welchen der Schadstoff NOx unter Zuhilfenahme eines flüssigen Betriebs- bzw. Betriebs-/Hilfsstoffes, insbesondere eines Reduktionsmittels wie Harnstoff oder einer Harnstoff-Wasser-Lösung, zu N2 und H20 reduziert wird. Der Betriebs-/Hilfsstoff wird in der Regel von einer nahe an einem Tank zur Bevorratung des Betriebs-/Hilfsstoffes angeordneten Förderpumpe in einer Leitung von diesem Bevorratungstank zu einem
Dosiermodul gefördert. Das Dosiermodul besitzt ein aktives, elektrisches Ventil, über welches bei Betätigung die Reduktionsmittelmenge in den Abgastrakt der selbstzündenden Verbrennungskraftmaschine eingebracht wird.
EP 1 555 433 A2 bezieht sich auf ein Dosier-Pumpensystem und ein Verfahren zum
Betreiben einer Dosierpumpe. Das Dosier-Pumpensystem umfasst eine Dosierpumpe mit wenigstens einem zwischen zwei Bewegungsendstellungen bewegbaren Dosierpumpen- Element und einen, dem wenigstens einen Dosierpumpen-Element zugeordneten
Dosierpumpen-Element-Antrieb. Der Dosierpumpen-Element-Antrieb umfasst eine
Spulenanordnung und eine Ansteuervorrichtung. Diese dient zum Bewegen des wenigstens einen Dosierpumpen-Elements in wenigstens einer Bewegungsrichtung. Die
Spulenanordnung erzeugt eine Magnetkraft-Wechselwirkung, wobei die Ansteuervorrichtung dazu ausgebildet ist, die Spulenanordnung während eines, einem Dosierpumpen-Elementen- Bewegungsvorganges entsprechenden Ansteuerintervalles wenigstens phasenweise gepulst zu betreiben.
EP 1 878 129 A1 zeigt ebenfalls eine Dosierpumpe. Diese dient der Förderung einer Flüssigkeit, wobei die Pumpe einen Eingang und einen Ausgang sowie eine Pumpkammer aufweist. In der Pumpkammer wird das Medium vom Einlass her aufgenommen. Mittels einer Betätigungsanordnung, die zwischen einer ersten und einer zweiten Position betätigbar ist, wird das Fluid von der Pumpkammer in Richtung des Auslasses gefördert. Der Einlass der Pumpkammer steht in Fluid-Verbindung mit einem Versorgungskanal, wenn sich die
Betätigungsanordnung in der ersten Position befindet. Der Versorgungskanal erstreckt sich um die Betätigungsanordnung herum, so dass durch das zu fördernde Medium Wärme von der Betätigungsanordnung aufgenommen werden kann und diese demzufolge gekühlt ist.
US 5,509,792 bezieht sich auf eine elektromagnetisch angetriebene Fördereinrichtung mit Kolben. Der Kolben wird mittels alternativ bestrombarer Spulen betrieben.
Bei einer Kühlung der Betätigungsanordnung durch das zu fördernde Medium kommen im Falle der Förderung eines Reduktionsmittels, wie beispielsweise AdBlue Teile der
Betätigungsanordnung mit dem Reduktionsmittel, beispielsweise über einen gefluteten Ankerraum, unmittelbar in Kontakt. Das Reduktionsmittel, insbesondere AdBlue hat die negative Eigenschaft, bei hohen Temperaturen infolge der Bildung von freiem Ammoniak, bezüglich Kunststoff und Metallen sehr aggressive Eigenschaften zu entwickeln. Ein
Spulenträger, der zu einem Gehäuse über Elastomerringe abgedichtet ist, steht in direktem Kontakt mit dem aggressive Eigenschaften aufweisenden AdBlue. Dies wiederum bedeutet, dass erhitztes Reduktionsmittel den Wicklungsträger, der im Allgemeinen aus Kunststoff gefertigt wird, und schließlich die Cu-Spule durch Ammoniakdiffusion schädigen wird. In der Vergangenheit aufgetretene Schäden, so z. B. Schädigen durch NH3-Diffusion, in Elastomer eingespritzte Cu-Drähte durch NH3, sind auf diesen Effekt zurückzuführen. Des Weiteren können die zuvor ersehnten, im Allgemeinen kostengünstig und herstellungstechnisch sehr einfach montierbar, eingesetzte Elastomerringe in einer Reduktionsmittel-Umgebung unter erhöhtem Temperaturniveau spröde und demzufolge undicht werden. Zur Vermeidung dieser Nachteile und zur Vermeidung von Korrosionserscheinungen sind daher der Anker, Joch und Gehäuse eines elektrisch betätigbaren Ventils aus einem hochwertigen Edelstahl zu fertigen. Der Einsatz eines hochwertigen Edelstahls hat jedoch den Nachteil, dass dieser schlechte magnetische Eigenschaften aufweist und somit der Magnet und die Spule dies durch entsprechenden größeren Strom und größere
Windungszahl kompensieren müssen. Damit wiederum einher geht eine erhöhte thermische Belastung.
In alternativen Lösungen werden Ankerjoch und Gehäuse zum Schutz vor dem
Reduktionsmittel galvanisch verchromt. Somit kann gemäß dieser Ausführungsmöglichkeit auch ein magnetisch wirksamer Stoff verwendet werden. Der Wicklungsträger wird dabei über eine Edelstahlhülse, die an das Joch und das Gehäuse geschweißt wird, abgedichtet. Da Schweißen von verchromten Teilen nicht möglich ist, müsste zuvor das Chrom an der Schweißstelle entfernt werden, womit der Werkstoff jedoch an einer derart präparierten Schweißstelle wieder vom Reduktionsmittel angegriffen würde. Daher scheint auch dieser Weg nicht gangbar.
Darstellung der Erfindung Erfindungsgemäß wird ein Förderaggregat vorgeschlagen, dessen einzelne Komponenten, so beispielsweise dessen Betätigungsmagnet, dessen Pumpelement und dessen Anker samt Deckel modular aufgebaut sind. Dadurch besteht die Möglichkeit, alle Komponenten des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Förderaggregates jeweils unabhängig voneinander auszulegen und in optimaler Weise auf die jeweiligen Betriebsanforderungen abzustimmen. So sind vorteilhafterweise die mit dem Betriebs-/Hilfsstoff in Kontakt tretenden Teile nicht an der Bildung der Magnetkräfte beteiligt. Diese Teile, die mit dem Betriebs-/Hilfsstoff, insbesondere Reduktionsmittel wie beispielsweise Harnstoff oder einer Harnstoff-Wasser- Lösung in Kontakt geraten, können daher hinsichtlich ihrer Anforderungen an die Korrosion optimalen Werkstoffen ausgeführt werden und brauchen keine unweigerlich zu
Kompromissen führenden Anforderungen zu erfüllen, wie sie beispielsweise im Magnetkreis gefordert sind.
In weiterer vorteilhafter Ausführung des der Erfindung zugrundeliegenden Gedankens, weisen diese Werkstoffe einen um den Faktor 3 besseren Wärmeleitungskoeffizienten auf, der somit besser die beim Betrieb des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Förderaggregates entstehende Wärme aus der Betätigungsspule in das Pumpengehäuse ableitet. Das
Pumpengehäuse, welches mit dem Betriebs-/Hilfsstoff, insbesondere dem Reduktionsmittel, in Kontakt kommt, ist aus einem korrosionsresistenten Werkstoff gefertigt, der jedoch hinsichtlich seiner Wärmeleitung schlechter ist. In diesem Falle kann jedoch eine schlechtere Wärmeleitung des Werkstoffes des Pumpengehäuses in Kauf genommen werden, da das
Pumpengehäuse lediglich eine Wärmesenke darstellt und Hauptaugenmerk auf die Kühlung der Betätigungsspule gelegt wird.
Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Förderaggregat umfasst ein Pumpengehäuse, welches im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist und eine sehr große flächige Anbindung an ein Joch des Magnetkreises aufweist. Dies führt dazu, dass die beim Betrieb der Spule erzeugte Abwärme sehr gut an das durch den Betriebs-/Hilfsstoff, insbesondere an das durch Reduktionsmittel gekühlte Pumpengehäuse abgegeben werden kann. Das zylindrisch ausgebildete Pumpengehäuse umfasst eine Zuleitung für den Betriebs-/Hilfsstoff sowie einen druckseitigen Abgang, der zum Einspritzventil für den Betriebs-/Hilfsstoff in den Abgastrakt der Verbrennungskraftmaschine führt.
Im Pumpengehäuse befindet sich im oberen Bereich ein Pumpenelement, beispielsweise ausgestaltet als Kolben, der in einen Zylinder mit einem geringfügigen Spiel von wenigen μηη eingepasst ist. Mittels des Kolbens wird ein Saugventil, beispielsweise ausgebildet als
Schlitzventil geöffnet bzw. verschlossen. Überschreitet der bewegbare Kolben vom unteren Totpunkt kommend eine Saugöffnung, so beginnt der Druckaufbau. Trotz enger Führung zwischen Kolben und Zylinder kann sich beim Druckaufbau eine geringe Leckage einstellen, die jedoch durch eine Elastomerdichtung abgedichtet wird. Zwischen der Elastomerdichtung und dem Zylinder entsteht ein Raum, der über eine hydraulische Verbindung mit einer
Zulaufleitung für das Reduktionsmittel in Verbindung steht. Aufgrund des sich einstellenden Kolbenhubes wird der in diesem Raum enthaltene Betriebs-/Hilfsstoff, insbesondere das Reduktionsmittel, stets erneuert und kann somit nicht altern und schädliche Eigenschaften entwickeln. Zur Aufnahme des Hubes ist die eingesetzte Elastomerdichtung in einer eine Verformung ermöglichenden Welligkeit ausgebildet.
Die Elastomerabdichtung des Raumes ist auf der von der die Wärmequelle darstellenden Magnetspule abgewandt und wird über den Betriebs-/Hilfsstoff bei dessen Förderung gekühlt. Weiterhin ist aufgrund der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung gewährleistet, dass die hinsichtlich ihrer Dauerhaltbarkeit kritischen Bauteile Anker und Rückstellfeder nicht mit dem bei Erwärmung korrosive Aggressivität entwickelnden Betriebs-/Hilfsstoff in
Berührung gelangen. In vorteilhafter Weise und zur Reduktion der Betätigungskräfte kann der Anker im magnetisch nicht interessierenden Bereich zur Gewichtseinsparung mit mindestens einer Ausnehmung versehen sein. Zur Sicherstellung der Eisdruckfestigkeit ist ein Deckelelement des Förderaggregats mit Elastizität, so zum Beispiel durch
Wellenausführung versehen, so dass ein sich gegebenenfalls aufbauender Eisdruck in axiale Richtung aufgenommen werden kann. Des Weiteren ist die Elastizität des Deckels vorteilhaft hinsichtlich der Reduzierung von Endanschlag-Geräuschen. Diese sind jedoch per se gering, da die Feder, die der Rückstellung des Ankers dient, im Endanschlag nur eine geringe Kraft von ca. 10 Newton aufweist und der Kolben in seiner Führung gedämpft wird. Des Weiteren wird bei Anschlag des Kolbens im Zylinderboden, d. h. dem oberen Totpunkt, das Geräusch durch den mit Flüssigkeit gefüllten Zylinder hydraulisch gedämpft.
Hinsichtlich der Eisdruckfestigkeit des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Förderaggregates wird dieser Förderung dadurch Rechnung getragen, dass kleine Volumina, z. B. das des
Betriebs-/Hilfsstoff aufnehmenden Raumes vorgesehen werden; andererseits entsprechende Ausgleichsmöglichkeiten wie z. B. ein nach außen öffnendes Einspritzventil, ein Deckel mit einem oberen Bereich sowie eine elastische Eigenschaften aufweisende Elastomerdichtung, die ebenfalls wellig ausgeführt sein kann, eingesetzt werden. Des Weiteren werden die Abdichtstellen am Pumpengehäuse auf zwei Dichtstellen begrenzt. Eine erste Abdichtung erfolgt über besagte Elastomerdichtung im Kühlen in einem eine niedrigere Temperatur aufweisenden Saugbereich sowie über eine Hochdruckabdichtung über eine bewährte Abdichtung außerhalb der Magnetspulen. Diese Abdichtung liegt im äußeren Bereich. Kurze Beschreibung der Zeichnung
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
Die einzige Figur zeigt einen Schnitt durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene
Förderaggregat zur Förderung eines Betriebs-/Hilfsstoffes für Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere eines Reduktionsmittels.
Ausführungsvarianten Der Darstellung gemäß Figur 1 ist eine Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Förderaggregates zur Förderung eines Betriebs-/Hilfsstoffes, insbesondere eines Reduktionsmittels zur Abgas-Nachbehandlung, wie z. B. Harnstoff oder eine Harnstoff- Wasser-Lösung zu entnehmen.
Ein Förderaggregat 10 umfasst eine Magnetbaugruppe 12, die ein Magnetjoch 14, eine Magnetspule 18 sowie einen Anker 20 umfasst. Die Komponenten der Magnetbaugruppe 12 befinden sich ebenso in einem Gehäuse 16 wie die Komponenten, die mit dem durch das Förderaggregat 10 zu fördernden Betriebs-/Hilfsstoffe, insbesondere einem Reduktionsmittel direkt in Kontakt stehen. Diese Komponenten sind von den obenstehend auch im
Wesentlichen aufgezählten Komponenten der Magnetgruppe 12 getrennt angeordnet. Dies bedeutet, dass die Komponenten der Magnetbaugruppe 12 nicht mit dem zu fördernden Betriebs-/Hilfsstoff, insbesondere einem Reduktionsmittel direkt in Kontakt treten. Aus der Darstellung gemäß Figur 1 lässt sich entnehmen, dass das Gehäuse 16 durch einen Deckel 22 verschlossen ist. Der Deckel 22 umschließt im Wesentlichen den Anker 20 der vorstehend erwähnten Magnetbaugruppe 12. In das Gehäuse 16 ist ein Pumpengehäuse 24 eingelassen. Dieses ist von dem Magnetjoch 14 der Magnetbaugruppe 12 im Wesentlichen großflächig umschlossen, so dass eine gute wärmeleitende Anbindung des Magnetjoches 14 an das Pumpengehäuse 24 gegeben ist. Die flächige Anbindung des Pumpengehäuses 24 an das Magnetjoch 14 kann entweder über die Ausbildung einer leichten Presspassung oder über die Darstellung eines langen Gewindeabschnittes realisiert werden. Die großflächige Anbindung des Pumpengehäuses 24 an das Magnetjoch 14 führt dazu, dass die in der Magnetspule 18 der Magnetbaugruppe 12 erzeugte Wärme sehr gut an das durch den zu fördernden Betriebs-/Hilfsstoff, bzw. das Reduktionsmittel gekühlte Pumpengehäuse 24 abgegeben werden kann. In dem Pumpengehäuse 24 befinden sich eine Zuleitung 26 für den Betriebs-/Hilfsstoff, insbesondere ein Reduktionsmittel, sowie ein druckseitiger Abgang 28, welcher sich zu einem Ventil 86, das hier nur schematisch angedeutet ist, erstreckt. Das Pumpengehäuse 24, das flächig an das Magnetjoch 14 der Magnetbaugruppe 12
angebunden ist, umfasst des Weiteren eine radial angeordnete Verbindung 30, die eine
Kugel bzw. einen Kubus umfassen kann. Diese Komponenten können über ein
Spannelement 32 in radiale Richtung verspannt werden. Im oberen Bereich des
Pumpengehäuses 24 befindet sich ein Pumpenelement 34, bei dem es sich insbesondere um einen Kolben handeln kann, welcher in einem Zylinder 36 mit einem geringfügigen Spiel von wenigen μηη eingepresst wird und bis auf Anschlag in den Zylinder 36 eintaucht. Ein oberer Totpunkt des kolbenförmig ausgebildeten Pumpenelementes 34 ist durch dessen Anschlag am Zylinderboden 76 des Zylinders 36 definiert. Wie Figur 1 weiter zeigt, ist im Pumpengehäuse 24 ein Saugventil in Form eines Schlitzventils 38 ausgeführt. Das kolbenförmig ausgebildete Pumpenelement 34 von seinem unteren Totpunkt kommend, öffnet eine Bohrung des Schlitzventils 38, ein Druckaufbau beginnt. Der untere Totpunkt des
Pumpenelementes 34, bei dem ein Druckaufbau einsetzt, wird durch eine
Verschlussschraube 70 eingestellt. Dabei wird ein Restluftspalt 60 entsprechend den Vorgaben eingestellt. Figur 1 zeigt des Weiteren, dass auf der Druckseite des Zylinders 36 ein Ventil,
insbesondere ausgebildet als Rückschlagventil 80, angeordnet ist. Das Rückschlagventil 80 umfasst ein mit einem Vorspannelement ausgebildetes Ventilschließelement 84, was bei Anstehen eines entsprechenden Gegendruckes in einen Druckraum 82 öffnet, so dass der Betriebs-/Hilfsstoff über den druckseitigen Abgang 28 dem im unteren Bereich der
Darstellung gemäß Figur 1 angeordneten Ventil 86 zuströmen kann. Das als
Rückschlagventil 80 ausgebildete Ventil ist vorzugsweise in das Pumpengehäuse 24 eingepresst. Trotz einer engen Führung zwischen dem kolbenförmig ausgebildeten
Pumpenelement 34 im Zylinder 36, tritt bei Druckaufbau Leckage auf, die über eine
Elastomerabdichtung 40, die beispielsweise an ein Koppelungsstück 42 anvulkanisiert ausgebildet sein kann, abgedichtet wird. Damit ist ein Übertritt des bei höheren
Temperaturen aggressive Eigenschaften aufweisenden Betriebs-/Hilfsstoffes bzw. ein Kontakt desselben mit den Komponenten der Magnetbaugruppe 12 unterbunden. In einem Speicherraum 48 wird diese Leckage gesammelt, wobei die Entlastung des Speicherraumes 48 über eine hydraulische Verbindung 50 in die Zuleitung 26 für den Betriebs-/Hilfsstoff erfolgt. Aufgrund des Hubes des kolbenförmig ausgebildeten Pumpenelementes 34 wird der im Speicherraum 48 gesammelte Betriebs-/Hilfsstoff, insbesondere ein Reduktionsmittel, stets erneuert, so dass dessen Alterung und somit dessen schädliche Wirkungen
weitestgehend neutralisiert sind. Die Elastomerabdichtung 40 ist zur Aufnahme eines Hubes, der wenige Millimeter beträgt, in einer Welligkeit ausgebildet. Am Außenrand befindet sich ein Wulst 52, der in eine Nut in Zylinder 36 eingelassen ist und über eine Scheibe 54 in dieser verpresst wird. Über eine Bördelung 56 beispielsweise, die am Pumpengehäuse 24, insbesondere an dessen oberem Rand, ausgebildet ist, kann die Scheibe 54 dauerhaft in ihrer Position unter Aufrechterhaltung der Einspannwirkung für den Wulst 52 gehalten werden.
Da sich der Speicherraum 48 auf der Saugseite befindet, ist dieser entlastet. Dies bedeutet, dass der Speicherraum 48 dicht ist. Die Abdichtung befindet sich auf der von der
Wärmequelle, d. h. der Magnetbaugruppe 12, abgewandten Seite, wobei eine Kühlung über den Betriebs-/Hilfsstoff selbst erfolgt. Wie aus Figur 1 des Weiteren hervorgeht, umfasst das Kopplungsstück 42 beidseits jeweils Zapfen 44, 46, die beide als Gewindezapfen ausgebildet
sein können. An der unteren Seite des Kopplungsstückes 42, d. h. am zweiten Gewindezapfen 46 wird das kolbenförmig ausgebildete Pumpenelement 34 eingespannt, an der oberen Seite, d. h. am ersten Gewindezapfen 44 erfolgt die Befestigung des Ankers 20. Die Einstellung eines Restluftspaltes 60 erfolgt über eine eingelegte Scheibe 58. In der Darstellung gemäß Figur 1 ist der Restluftspalt 60 durch einen Pfeil angedeutet, der sich zwischen der oberen Planfläche des Magnetjoches 14 einerseits und der Unterseite des Ankers 20 der Magnetbaugruppe 12 andererseits, erstreckt. Die Rückstellfeder 62 stützt sich an der Unterseite des Ankers 20 einerseits und an der Oberseite einer Planfläche des Magnetjochs 14 andererseits ab.
Aus dem gewählten Aufbau des Förderaggregates 10 ergibt sich, dass die kritischen Bauteile Anker 20 und die hinsichtlich ihrer Dauerhaltbarkeit kritische Rückstellfeder 62 nicht mit dem vom Förderaggregat 10 zu fördernden Betriebs-/Hilfsstoff, insbesondere eines bei höheren Temperaturen aggressive Eigenschaften entwickelnden Reduktionsmittels, in Berührung treten. Der Anker 20 ist wie des Weiteren aus der Darstellung gemäß Figur 1 hervorgeht, im magnetisch uninteressanten Bereich zur Gewichtseinsparung mit mindestens einer Ausnehmung 64 versehen. Der Deckel 22 ist Teil der Magnetbaugruppe 12 und schließt den Magnetkreis zum Anker 20 über einen Radialluftspalt 66. Zur Vermeidung zu großer Querkräfte ist anzustreben, den Radialluftspalt 66 etwa 0,5 mm breit auszubilden. Die Querkraft ist proportional zu 1/r2, so dass mit steigendem Radialluftspalt 66 die Querkraft abnimmt. Um eine Kompensation zu gewährleisten, sollte die axiale Höhe des
Radialluftspaltes 66 möglichst groß sein, weswegen der Anker 20 auf seine Außenseite nochmals flächig hochgezogen ist, d. h. in seinem Außenbereich parallel zur Innenseite des die Magnetbaugruppe 12 verschließenden Deckels 22 verläuft. Der Deckel 22, der die Magnetbaugruppe 12 verschließt, hat in seinem oberen Bereich 72 eine Einstellmöglichkeit für den Magnethub in Gestalt einer Einstellscheibe 68, sowie einer Verschlussschraube 70. Der Deckel 22 kann in seinem oberen Bereich 72 des Weiteren elastische Eigenschaften aufweisen, die beispielsweise durch eine wellige Ausführung des oberen Bereiches 72 gegeben sind. Dadurch kann z. B. in vorteilhafter Weise gewährleistet werden, dass ein sich aufbauender Eisdruck in axiale Richtung aufgenommen werden kann. Des Weiteren ist eine Elastizität im angesprochenen Bereich vorteilhaft zur Reduzierung von
Endanschlaggeräuschen, die sich bei Betätigung des Ankers 20 der Magnetbaugruppe 12 ergeben können. Die Endanschlaggeräusche werden jedoch gering bleiben, da die
Rückstellfeder 62, die den beweglich ausgebildeten Anker 20 beaufschlagt, im Endanschlag nur eine Federkraft von einigen wenigen Newton entwickelt und das bewegbare,
kolbenförmig ausgebildete Pumpenelement 34, im Zylinder 36 durch Führung in diesen gedämpft wird.
Bei dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Förderaggregat 10, bei dem die Komponenten der Magnetbaugruppe 12 nicht in Kontakt mit dem bei höheren Temperaturen aggressive Eigenschaften entwickelnden Betriebs-/Hilfsstoff in Kontakt geraten, wird das Problem einer Eisdruckfestigkeit in vorteilhafter Weise durch kleine Volumina, so z. B. ein kleines Volumen des Speicherraumes 48, und andererseits durch entsprechende
Kompensationsmöglichkeiten, wie z. B. ein nach außen öffnendes Einspritzventil 86, sowie einem Deckel 22, der im oberen Bereich 72 elastische Eigenschaften aufweist, sowie durch die elastische Eigenschaften aufweisende Elastomerabdichtung 40 zum Speicherraum 48 gelöst. Die Abdichtstellen am Pumpengehäuse 24 sind auf zwei begrenzt, wobei eine Abdichtung über die elastische Eigenschaften aufweisende Elastomerabdichtung 40 gegeben ist, die im ein niedrigeres Temperaturniveau aufweisenden Saugbereich ausgebildet ist und eine Hochdruckabdichtung an der Radialverbindung 30 andererseits, die eine erprobte Abdichtung darstellt, die außerhalb der Magnetbaugruppe 12 liegt. Diese Dichtstelle liegt im äußeren Bereich, so dass bei einem eventuellen Auftreten kleiner Leckagen das Förderaggregat 10 nicht beeinträchtigt wird. In vorteilhafter Weise können bei der erfindungsgemäßen, vorgeschlagenen Konzeption des Förderaggregates 10 die Komponenten der Magnetbaugruppe 12, d. h. Anker 20,
Magnetjoch 14, Gehäuse 16 und Deckel 20, da sich nicht mit dem Betriebs-/Hilfsstoff in Berührung kommen, aus magnetisch hochwertigem Stahl gefertigt werden, was deren entsprechend kleinere Dimensionierung in vorteilhafter Weise begünstigt.
Im Pumpengehäuse 24, welches unmittelbar in Kontakt mit dem Betriebs-/Hilfsstoff, insbesondere einem bei höheren Temperaturniveau aggressive Eigenschaften
entwickelnden Reduktionsmittels steht, befinden sich die Zuleitung 26, das Schlitzventil 38, sowie ein druckseitiger Abgang 28.
In besonders vorteilhafter Weise sind die den Betriebs-/Hilfsstoff, insbesondere das
Reduktionsmittel führenden Teile nicht an der Bildung der Magnetkräfte beteiligt. Der Aufbau der Magnetkräfte erfolgt ausschließlich durch Komponenten innerhalb der Magnetbaugruppe 12, die nicht mit dem Betriebs-/Hilfsstoff, insbesondere einem aggressive Eigenschaften aufweisenden Reduktionsmittel, in Kontakt gelangen. Dadurch können die Komponenten des
Magnetkreises 12 mit magnetisch tauglichen Werkstoffen ausgefüllt und optimiert werden und die mit dem Betriebs-/Hilfsstoff in Kontakt tretenden Komponenten des
Förderaggregates 10 werden, da sie nicht zur Magnetbaugruppe zählen, mit resistenten und widerstandsfähigen Materialien gefertigt. Die in der Magnetbaugruppe 12 verbauten Bauteile werden aus Werkstoffe mit magnetisch wirksamen Eigenschaften gefertigt und haben überdies einen ca. Faktor 3 besseren Wärmeleit-Koeffizienten, so dass eine bessere Übertragung der Wärme, insbesondere aus der Magnetspule 18 an das Magnetjoch 14, in das Pumpengehäuse 24, welches seinerseits durch den Betriebs-/Hilfsstoff gekühlt wird, gewährleistet ist. Das Pumpengehäuse 24 selbst wird aus einem Betriebs-/Hilfsstoff- resistenten Werkstoff gefertigt, der jedoch hinsichtlich seiner Wärmeleitung schlechter ist. Somit können die Komponenten der Magnetbaugruppe 12, Pumpenelement 34, Anker 20 und Deckel 22, unabhängig voneinander ausgelegt werden und jeweils optimal auf die Anforderungen abgestimmt werden, ohne Kompromisse zu anderen Funktionsbereichen eingehen zu müssen.
Claims
1 . Förderaggregat (10) zur Förderung eines Betriebs-/Hilfsstoffes, insbesondere eines
Reduktionsmittels, zum Eindringen in einen Abgastrakt einer
Verbrennungskraftmaschine, mit einer Magnetbaugruppe (12), die eine Magnetspule (18) umfasst und ein Pumpengehäuse (24), welches Kanäle (26, 28, 30) und
Förderelemente (34, 36, 38) für den Betriebs-/Hilfsstoff umfasst, dadurch
gekennzeichnet, dass Komponenten (14, 16, 18, 20 und 22) der Magnetbaugruppe (12) in Bezug auf Komponenten (24, 26, 30, 32, 34), die mit dem Betriebs-/Hilfsstoff in Kontakt stehen, getrennt im Förderaggregat (10) angeordnet sind.
2. Förderaggregat (10), gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das
Pumpengehäuse (24) den Betriebs-/Hilfsstoff führende Leitungen (26, 28, 30) umfasst.
3. Förderaggregat (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das Pumpengehäuse (24) an eine der Komponenten,
insbesondere einem Magnetjoch (14) der Magnetbaugruppe (12) flächig angebunden ist.
4. Förderaggregat (10) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die flächige Anbindung durch eine leichte Presspassung oder durch einen
Gewindeabschnitt dargestellt ist.
5. Förderaggregat (10), gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das Pumpengehäuse (24) ein Pumpenelement (24) umfasst, das kolbenförmig ausgeführt ist und einen Speicherraum (48) begrenzt, der durch eine Elastomerdichtung (40) abgedichtet ist.
6. Förderaggregat (10), gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Elastomerdichtung (40) mit einer deren Auslenkung ermöglichenden
Profilierung, insbesondere in einer Welligkeit, versehen ist.
7. Förderaggregat (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Komponenten (14, 18, 20) der Magnetbaugruppe (12) aus einem Material mit einem Wärmeleit-Koeffizienten gefertigt sind, der > 3 als der Wärmeleitungskoeffizient des Materials, der mit dem Betriebs-/Hilfsstoff in Kontakt stehenden Materialien ist.
8. Förderaggregat (10), gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass zumindest das Pumpengehäuse (24) aus einem gegenüber dem Betriebs-/Hilfsstoff resistenten Material gefertigt ist.
9. Förderaggregat (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Komponenten (14, 18, 20) der Magnetbaugruppe (12) aus magnetisch hochwertigem Material, insbesondere einem magnetisch hochwertigem Stahl, gefertigt sind.
10. Förderaggregat (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das von insbesondere vom Magnetjoch (14) der
Magnetbaugruppe (12) umschlossene Pumpengehäuse (24) durch das die Kanäle (26, 28, 30) durchströmende Reduktionsmittel gekühlt ist.
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