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Die Erfindung betrifft eine elektromagnetisch angetriebene Hubkolbenpumpe, aufweisend eine Magnetspule, einen Magnetanker, einen Magnetpol, ein Rückstellfedermittel, einen Eisenrückschluss, einen Verdrängungszylinder, einen Hubkolben, ein Einlassventil und ein Auslassventil.
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Hubkolbenpumpen sind bekannt, beispielsweise aus der Druckschrift
DE 4328621 C2 . Wenn sie eine hohe Genauigkeit der Fördermenge und eine hohe Zuverlässigkeit aufweisen sollen, enthalten sie eine beachtliche Zahl von Bauteilen, die aus hochwertigen Materialien mit hohen Genauigkeitsanforderungen hergestellt sind. Die Bauteile werden aufwändig verpackt transportiert und bei dem Zusammenbau entsprechend aufwändig gehandhabt. Bei dem Zusammenbau werden unter anderem aufwändige Verstemmprozesse, Schraubprozesse und/oder Schweißprozesse eingesetzt.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektromagnetisch angetriebene Hubkolbenpumpe zu beschreiben, die weniger und dabei kostengünstigere Bauteile enthält, und Herstellprozesse sollen vereinfacht werden oder entfallen. Durch die Wahl der verwendeten Werkstoffe soll eine bessere Medienverträglichkeit erreicht werden, als bei bekannten elektromagnetisch angetriebenen Hubkolbenpumpen.
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Die Lösung dieser Aufgaben erfolgt durch die Merkmale des ersten Anspruchs, die folgenden abhängigen Ansprüche bilden die Erfindung weiter. Der letzte unabhängige Anspruch beschreibt ein vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Hubkolbenpumpe.
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Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass die Magnetspule und der Eisenrückschluss eine gemeinsame Kunststoffumspritzung aufweisen, die mindestens teilweise die Magnetspule und den Eisenrückschluss umschließt, und dass der Verdrängungszylinder und die genannte Kunststoffumspritzung einteilig ausgeführt sind.
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Die Herstellung des Verdrängungszylinders aus Kunststoff bewirkt eine erhebliche Kostensenkung vor allem dann, wenn der Verdrängungszylinder aus dem gleichen Werkstoff hergestellt ist, wie die Umspritzung der Magnetspule, weil beide Kunststoffteile in demselben Werkzeug hergestellt werden können. Die Verwendung eines Verdrängungszylinders aus Kunststoff ermöglicht es, einen medienverträglichen Werkstoff auszuwählen.
Bei einer geeigneten Gestaltung des Werkzeugs können auch unterschiedliche Kunststoff verarbeitet werden, die unterschiedliche Anforderungen erfüllen.
Da mit einem Verdrängungszylinder aus Kunststoff nicht dieselben Form- und Lagetoleranzen erzielbar sind wie mit einem Verdrängungszylinder aus Metall, sind weitere konstruktive Maßnahmen erforderlich, wenn als zusätzliche Aufgabe hohe Genauigkeitsanforderungen an die Fördermenge der Hubkolbenpumpe gestellt werden. Diese werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung ist der Hubkolben in dem Verdrängungzylinder längsbeweglich gelagert und der Magnetanker ist in einer Spulenbaugruppe oder in einer von der Spulenbaugruppe aufgenommenen Lagerhülse längsbeweglich gelagert. Dabei weist die Spulenbaugruppe die mit Kunststoff umspritzte Magnetspule und einen Spulenkörper auf.
Durch die unabhängigen Lagerungen des Hubkolbens und des Magnetankers wird die Lagerbelastung des Verdrängungszylinders erheblich reduziert, das vermindert in der Folge die Anforderungen an die Toleranzen für die Herstellung und an die Härte der beteiligten Werkstoffe. Allerdings müssen die Lagetoleranzen zwischen den Lagerstellen ausgeglichen werden.
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Dazu sind in einer ersten vorteilhaften Ausführung der Magnetanker und der Hubkolben durch ein radialtoleranzausgleichendes Koppelmittel miteinander gekuppelt. Im einfachsten Fall ist dieses Koppelmittel eine dünne, formelastische Kunststoffstange, die sowohl Lagefehler als auch Winkelfehler zwischen den Lagerstellen ausgleichen kann, wobei ein Durchmesser von weniger als der Hälfte des Hubkolbendurchmessers als dünn bezeichnet wird und die hohe Formelastizität durch die Form der Stange und die Werkstoffeigenschaften des verwendeten Kunststoffs erreicht werden.
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Bei dieser ersten Ausführung enthält vorteilhafterweise der Hubkolben das Einlassventil, das als Rückschlagventil ausgebildet ist und durch die Druckdifferenz zwischen einem fluidischen Einlass und einem Verdrängerraum gesteuert ist.
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Der Hubkolben dieser ersten Ausführung ist vorteilhafterweise ballig geformt, damit das verbleibende Kippmoment des Koppelmittels keine Kantenpressungen zwischen dem Hubkolben und dem Verdrängungszylinder hervorruft, was bei einer zylindrischen Ausführung des Hubkolbens erfolgen würde.
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In einer vorteilhaften zweiten Ausführung wirkt der Hubkolben mit mindestens einem Kolbenring zusammen, der in einer Nut des Hubkolbens aufgenommen ist und sowohl eine Abdichtung zwischen dem Hubkolben und dem Verdrängungszylinder bewirkt, als auch einen Radialtoleranzausgleich zwischen der Lagerung des Magnetankers in der Spulenbaugruppe und der Lagerung des Hubkolbens in dem Verdrängungszylinder bewirkt.
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Bei dieser Ausführung ist ein Radialtoleranzausgleich ohne verbleibende Querkräfte und Kippmomente möglich, und bei einer geeigneten Ausführung des Kolbenrings ist eine hohe Qualität der Abdichtung und damit eine hohe Genauigkeit der Fördermenge erreichbar. Dazu muss der Kolbenring aus einem hochwertigen Werkstoff, beispielsweise PTFE, in ausreichender Genauigkeit hergestellt werden.
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Bei dieser Ausführung kann der Hubkolben annähernd oder genau den Durchmesser des Magnetankers aufweisen, dann entfällt die Unterscheidung zwischen Hubkolben und Magnetanker. Verglichen mit einer vorher beschriebenen Hubkolbenpumpe mit erheblichem Unterschied der Durchmesser weist eine solche Hubkolbenpumpe einen geringeren Hub auf, damit der Magnetanker mit einem kleineren Luftspalt zusammenwirkt, an dem eine größere Kraft entsteht, oder die Hubkolbenpumpe ist auf einen erheblich niedrigeren Druck des Arbeitsfluids ausgelegt.
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Vorteilhafterweise kann der Kolbenring im Zusammenwirken mit der Nut im Hubkolben auch die Funktion des Einlassventils bewirken. Vorzugsweise weist dazu der Kolbenring in der Nut ein für die Ventilfunktion ausreichend großes Längsspiel auf, wobei der Kolbenring bedingt durch die Reibung zwischen dem Kolbenring und der Innenfläche des Verdrängungszylinders bei einer Längsbewegung in einer ersten Richtung an einer ersten Nutwand in fluidleitender Weise anliegt und bei einer Längsbewegung in einer zweiten Richtung an einer zweiten Nutwand in abdichtender Weise anliegt.
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Dabei erstrecken sich die Nutwände überwiegend oder vollständig radial, und die erste Nutwand und/oder der Kolbenring an seiner zu der ersten Nutwand weisenden Seite weisen mindestens einen fluidleitenden Formkörper auf, der sich teilweise über den Umfang der Nut erstreckt.
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Vorteilhafterweise weist der Kolbenring eine Rippe auf, die bei einem Anliegen des Kolbenrings an der zweiten Nutwand einen Spalt zwischen dem Kolbenring und der zweiten Nutwand abdichtet.
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Die bewegungsrichtungsabhängigen Abdichtungs- und Fluidleitungsvorgänge lassen sich auch durch eine geeignete Gestaltung des Kolbenrings erreichen, wenn der Kolbenring geschlitzt oder aus mehreren Bauteilen zusammengesetzt ausgeführt ist.
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Die Rippe verbessert wegen der höheren hier auftretenden Flächenpressung die Dichtwirkung, daneben kann für die Rippe ein weicherer Werkstoff gewählt werden, was die Dichtwirkung weiter verbessert.
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Der Verdrängungszylinder weist vorteilhafterweise einen vorderen Abschluss auf, der das Auslassventil aufnimmt. Der vordere Abschluss ist als abdichtbarer Boden ausgebildet und vorzugsweise an den Verdrängungszylinder angeformt, in einem anderen Fall angeschweißt. Der vordere Abschluss kann auch als Anschlag für den Hubkolben ausgebildet sein, wenn der Hubkolben zur Begrenzung des Hubs anschlagen soll und nicht der Magnetanker an einer Begrenzung seines Hubes anschlagen soll.
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Das Auslassventil ist vorteilhafterweise als Plattenventil ausgebildet, das eine elastische Platte und mindestens einen Dichtsitz aufweist, wobei die elastische Platte von dem vorderen Abschluss gehalten ist und wobei der mindestens eine Dichtsitz an den vorderen Abschluss angeformt ist. Diese Form des Auslassventils lässt sich unter den gegebenen Randbedingungen besonders kostengünstig herstellen. Dabei ist die elastische Platte vorzugsweise aus einem Elastomerwerkstoff hergestellt und deshalb besonders elastisch.
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Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Hubkolbenpumpe werden die Magnetspule und der Eisenrückschluss gemeinsam mit einer Kunststoffumspritzung umspritzt, die mindestens teilweise die Magnetspule und den Eisenrückschluss umschließt. Vorteilhafterweise wird der Verdrängungszylinder durch denselben Spritzvorgang aus Kunststoff hergestellt, wobei die genannte Kunststoffumspritzung und der Verdrängungszylinder mit dem gleichen Werkzeug hergestellt werden. Durch die gemeinsame Herstellung im Spritzverfahren werden Kosten eingespart.
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Die Verwendung eines Verdrängungszylinders aus Kunststoff ermöglicht es, einen medienverträglichen Werkstoff auszuwählen.
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Bei einer geeigneten Gestaltung des Werkzeugs können auch unterschiedliche Kunststoff verarbeitet werden, die unterschiedliche Anforderungen erfüllen.
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Da mit einem Verdrängungszylinder aus Kunststoff nach dem Spritzprozess nicht dieselben Form- und Lagetoleranzen erzielbar sind wie mit einem Verdrängungszylinder aus Metall, sind gegebenenfalls eine Feinbearbeitung oder weitere Feinbearbeitungen des Verdrängungszylinders erforderlich, wenn niedrigviskose Arbeitsfluide gefördert werden sollen oder hohe Genauigkeitsanforderungen an die Fördermenge der Hubkolbenpumpe gestellt werden.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung anhand der Zeichnung.
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Es zeigen:
- 1 eine vereinfachte Schnittdarstellung der Hubkolbenpumpe mit einem Rückschlagventil in dem Hubkolben,
- 2 eine vereinfachte Schnittdarstellung einer Baugruppe aus Verdrängungszylinder, Hubkolben und Kolbenring.
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1 zeigt eine erfindungsgemäße elektromagnetisch angetriebene Hubkolbenpumpe 1, aufweisend eine Magnetspule 2, einen Magnetanker 3, einen Magnetpol 4, ein Rückstellfedermittel 5, einen Eisenrückschluss 6, einen Verdrängungszylinder 7, einen Hubkolben 8, ein Einlassventil 9 und ein Auslassventil 10.
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Die Magnetspule 2 und der Eisenrückschluss 6 weisen eine gemeinsame Kunststoffumspritzung 11 auf, die mindestens teilweise die Magnetspule2 und den Eisenrückschluss 6 umschließt.
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Auch der Verdrängungszylinder 7 ist durch einen Spritzvorgang aus Kunststoff hergestellt, wobei die genannte Kunststoffumspritzung 11 und der Verdrängungszylinder 7 einteilig ausgeführt sind.
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Der Hubkolben 8 ist in dem Verdrängungzylinder 7 längsbeweglich gelagert und der Magnetanker 3 ist in einer Spulenbaugruppe 12 oder in einer von der Spulenbaugruppe 12 aufgenommenen Lagerhülse 15 längsbeweglich gelagert. Dabei weist die Spulenbaugruppe 12 die mit Kunststoff umspritzte Magnetspule 2 und einen Spulenkörper 13 auf.
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Der Magnetanker 3 und der Hubkolben 8 sind durch ein radialtoleranzausgleichendes Koppelmittel 14 miteinander gekuppelt, das als dünne hochelastische Stange ausgebildet ist.
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Der Hubkolben 8 enthält das Einlassventil 9, das als Rückschlagventil ausgebildet ist und durch die Druckdifferenz zwischen einem fluidischen Einlass 21 und einem Verdrängerraum 22 gesteuert ist.
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2 zeigt eine Baugruppe aus einem Verdrängerzylinder 7, einem Hubkolben 8 und einem Kolbenring 31, der in einer Nut 32 des Hubkolbens 8 aufgenommen ist und sowohl eine Abdichtung zwischen dem Hubkolben 8 und dem Verdrängungszylinder 7 bewirkt, als auch einen Radialtoleranzausgleich zwischen der Lagerung des Magnetankers 3 in der Spulenbaugruppe 12 und der Lagerung des Hubkolbens 8 in dem Verdrängungszylinder 7 bewirkt.
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Der Kolbenring 31 bewirkt im Zusammenwirken mit der Nut 32 im Hubkolben 8 die Funktion des Einlassventils 9.
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Dabei weist der Kolbenring 31 in der Nut 32 ein für die Ventilfunktion ausreichend großes Längsspiel, und der Kolbenring 31 liegt bedingt durch die Reibung zwischen dem Kolbenring 31 und der Innenfläche des Verdrängungszylinders 7 bei einer Längsbewegung zu der Magnetspule 2 hin an einer fluidleitenden ersten Nutwand 33 an. Bei einer Längsbewegung von der Magnetspule 2 weg liegt der Kolbenring 31 an einer abdichtenden zweiten Nutwand 34 an.
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Dabei erstrecken sich die Nutwände 33, 34 überwiegend oder vollständig radial, und die fluidleitende erste Nutwand 33 weist mindestens einen Formkörper 35 auf, der sich teilweise über den Umfang der Nut erstreckt.
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Der Kolbenring 31 weist eine Rippe 36 auf, die bei einem Anliegen des Kolbenrings 31 einen Spalt 37 zwischen dem Kolbenring 31 und der zweiten Nutwand 34 abdichtet.
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Der Verdrängungszylinder 7 weist einen vorderen Abschluss 41 auf, der als Anschlag 42 für den Hubkolben 3 ausgebildet ist und das Auslassventil 10 aufnimmt.
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Das Auslassventil 10 ist als Plattenventil ausgebildet, das eine elastische Platte 45 und mindestens einen Dichtsitz 46 aufweist, wobei die elastische Platte 45 von dem vorderen Abschluss 41 gehalten ist und wobei der mindestens eine Dichtsitz 46 an den Abschluss 41 angeformt ist.
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Die vorhergehende Beschreibung gemäß der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihre Äquivalente zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hubkolbenpumpe
- 2
- Magnetspule
- 3
- Magnetanker
- 4
- Magnetpol
- 5
- Rückstellfedermittel
- 6
- Eisenrückschluss
- 7
- Verdrängungszylinder
- 8
- Hubkolben
- 9
- Einlassventil
- 10
- Auslassventil
- 11
- Kunststoffumspritzung
- 12
- Spulenbaugruppe
- 13
- Spulenkörper
- 14
- Koppelmittel
- 15
- Lagerhülse
- 21
- Einlass
- 22
- Verdrängerraum
- 31
- Kolbenring
- 32
- Nut
- 33
- Nutwand
- 34
- Nutwand
- 35
- Formkörper
- 36
- Rippe
- 37
- Spalt
- 41
- Abschluss
- 42
- Anschlag
- 45
- Platte
- 46
- Dichtsitz
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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