DE1653381C3 - Schaltanordnung für eine elektrisch gespeiste Strömungsmittelpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltanordnung für eine elektrisch gespeiste Strömungsmittelpumpe mit einem Gehäuse mit einem Strömungsmitteleinlaß und Strömungsmittelauslaß, einem hohlen Führungsbauteil, das den vollen Strömungsmittelfluß aufnimmt, einem hohlen Kolben, der gleitend im Führungsbauteil angeordnet ist und eine hin- und hergehende Bewegung mit ihm ausführt, mit einer gegen Überschlagspannung schützenden Transistorschaltung und mit einer Magnetspulenanordnung.

Es ist bereits eine elektromagnetische Antriebsvorrichtung für eine Strömungsmittelpumpe mit Transistorschaltung bekannt (DT-Gbm 18 02 281).

Ferner ist eine elektromagnetische Strömungsmittelpumpe mit einer TransiStorschaltung bekannt, bei der die Primärwicklung der elektromagnetischen Spule zwischen den positiven Anschluß einer Fahrzeugbatterie und den Emitter eines Transistors gelegt ist, während die Sekundärwicklung zwischen die Bais des Transistors und Erde gelegt ist. Geht hierbei der Eisenkern der Spule in die Sättigung, ändert der Strom in der Sekundärwicklung seine Flußrichtung, so daß die Basis so weit vorgespannt wird, daß sie abschaltet, wodurch die Spule entregt wird, danach baut sich der Strom erneut auf usw. (US-PS 32 50 219).

Des weiteren ist eine Magnetpumpenanordnung mit einer Transistorschaltung bekannt, bei der ein erster Transistor zwischen eine Gleichstromquelle und die von ihr gespeisten Solenoide der Pumpenanordnung geschaltet ist, und bei der zwei Zweige aus jeweils einer Diode und einem Transistor parallel zu den Solenoiden und gemeinsam in Reihe zu dem ersten Transistor geschaltet sind (US-PS 31 34 938).

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, die Spannung an jedem der drei Anschlüsse der Transistorschaltung in einer Oszillatorschaltung zu steuern und damit zu begrenzen, wobei die Oszillatorschaltung zur Betätigung einer Kolbenpumpe und insbesondere einer Brennstoffkolbenpumpe verwendet wird.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß eine Zenerdiode in den Stromkreis eines Sperroszillators mit einem einzigen Transistor eingeschaltet ist· das Einschalten der Zenerdiode in die Schaltung an der Kollektor-Basis-Verbindung ermöglicht, daß die Diode die Spannung an jedem der drei Anschlüsse des Transistors steuert.

Insbesondre ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Magnetspule zwischen die elektrische Speisequelle und den Emitter des Transistors und eine zweite Magnetspule zwischen den Emitter und die Basis und eine Zenerdiode zwischen die Basis und den Kollektor geschaltet ist, und daß die Zenderdiode an die elektrische Speisequelle angeschlossen ist. Vorzugsweise ist dabei dem Transistor ein im Temperaturbereich der Pumpe wirksamer temperaturabhängiger Widerstand zugeordnet .„.._,

Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung an Hand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Schnittansicht einer elektromagnetischen Strömungsmittelpumpe nach der Erfindung,

Fig.2 eine Ansicht längs der Schnittlinie HlI der Pumpenach Fig. 1,

Fig.3 und 4 elektrische Schaltanordnungen von Ausführungsformen der Festkörperschaltung nach vorliegender Erfindung.

In Fig. 1 bezeichnet die Ziffer 10 ganz allgemein eine elektromagnetische Strömungsmittelpumpe mit einem zylindrischen Gehäuse 12, das einen Strömungsmitteleinlaß 13 und einen Strömungsmittelauslaß 15 aufweist Innerhalb des Gehäuses 12 ist ein Führungsoder Zylinderbauteil 14 vorgesehen, der im Gehäuse über Polbauteile oder Ringe 16 und 17 abgestützt ist. Zwischen den Polbauteilen 16 und 17 sind eine erste Wicklung 18 und eine zweite Wicklung 20 angeordnet, die koaxial zum Führungsbauteil 14 und zu einem hin- und hergehenden Kolben 22 ausgebildet sind, welcher sich relativ zum Führungsbauteil 14 hin- und herbewegt Ein Federglied 24 ist unter Druck zwischen einem Sperring 26 am einen Ende des Führungsbauteiles 14 und einem Querende des Kolbens 22 eingesetzt. Zwischen dem Strömungsmitteleinlaß 13 und dem Einlaß 23 zum Kolben ist ein Filterbauteil 28 vorgesehen. Ventile 30 und 32 sind in dem Strömungsmittelweg durch das Führungsbauteil 14 vorgesehen, damit erreicht wird, daß der Strömungsmittelfluß nur in einer Richtung vom Einlaß zum Auslaß durch den hin- und hergehenden Kolben 22 in an sich bekannter Weise erfolgt.

Am oberen Ende des Kolbens 22 ist ein Anschlagglied 34 vorgesehen, das eine Feder 36 zwischen dem Kolben 22 und dem Anschlagglied 34 unter Druck aufnimmt damit ein Kissen für den Kolben ausgebildet wird, wenn er das obere Ende seines Hubes erreicht. Eine Kappe 38 ist um das Gehäuse 12 herum festgeklemmt oder in anderer Weise befestigt, wie mit 39 dargestellt ist damit eine strömungsdichte Abdichtung erzielt wird. Eine Membran 40 ist starr mit dem Rand der Kappe 38 befestigt, wie auch bei 39 gezeigt ist, so daß das Innere der Kappe 38 eine hermetisch abgedichtete Kammer darstellt.

Ein Epoxyharz oder ein anderes gießbares Material 42 trägt dazu bei, die verschiedenen Pumpenteile in ihrer Stellung zu halten, und ist ferner zweckmäßig, um die verschiedenen elektrischen Bauteile, die in F i g. 2 gezeigt sind, an Ort und Stelle festzuhalten. Die elektrischen Bauteile, die innerhalb des Gehäuses 12 angeordnet sind, umfassen einen Transistor 50, eine Zenerdiode

54 und einen Widerstand 52. Die Spulen 18 und 20 sind elektrisch mit dem Transistor 50, der Zenerdiode 54 und dem Widerstand verbunden, wie in F i g. 3 gezeigt, ferner mit einer äußeren Stromquelle 56, z. B. einer Batterie, wie der Fig.3 ebenfalls zu entnehmen ist. Nach F i g-1 ^⁵¹ der elektrische Eingang aus der Batte rie durch eine Zuführleitung 44 dargestellt, die andere Leitung wird von dem geerdeten Befestigungsbügel 48 der Pumpe gespeist, die mit dem Gehäuse 12 bi festigt ist Eine Schraubenmutter 46 ist mit der Bodenkappe 47 befestigt, so daß das Filter 28 zugänglich ist

Jm elektrischen Stromkreis nach F i g. 3 ist bei einem Transistor 50 mit einem Emitter 50a, einer Basis 506 und einem Kol'ekto; 50c der Emitter 50a mit der Hauptspule bzw. der ersten Wicklung 18 verbunden, die an die Spannungsquelle angeschlossen ist, welche als Batterie 56 dargestellt ist Der Kollektor 50c ist mit der Erdungsseite der Spannungsquelle 56 verbunden. Die zweite Spule bzw. Wicklung 20 ist zwischen den Emitter 50a und die Basis 506 des Transistors tinge- schaltet Ein Widerstand 52 ist zwischen die Basis 506 und die Erdungsleitung 48 gelegt und eine Zenerdiode 54 ist zwischen die Basis 506 und den Kollektor 50c geschaltet, der bei 48 geerdet ist Die zweite Spule 20 kann als Signal- oder Anzeigespule betrachtet werden.

Die Spannungsquelle 56 kann eine Batterie oder eine andere Stromquelle sein, z. B. eine Wechselstromquelle mit Gleichrichtung. Ferner kann der Transistor 50, der als PND-Transistor dargestellt ist, auch ein NPN-Transistor sein, und es würde dann die Polarität der Eiemen· te vertauscht sein. Wenn ein NPN-Transistor verwendet wird, wird die Zenerdiode 54 umgekehrt verwendet, d.h. ihre Anode würde mit der Basis des Transistors anstatt mit der Erdungsseite der Spannungsquelle 56 verbunden sein. Wenn ein NPN-Transistor verwen- det wird, werden die Strom- und Spannungsrichtungen gegenüber denen in der Beschreibung der nachfolgenden Arbeitsweise der Schaltung umgekehrt. Wenn der Schalter 58 geschlossen ist, tritt die Spannung der Quelle 56 am Emitter 50a des Transistors 50 auf. Diese Spannung bewirkt, daß ein Strom durch die zweite Spule 20 und den Widerstand 52 fließt. Dieser Stromfluß bewirkt einen Spannungsabfall an der Sekundärspule 20, der seinerseits bewirkt, daß die Basis 506 des Transistors 50 auf einer niedrigeren Spannung als der Emitter 50a liegt, wodurch eine »Einschaltung« oder Stromleitung in Vorwärtsrichtung des Transistors 50 erreicht wird. Wenn der Transistor 50 eingeschaltet wird, beginnt Strom in der ersten Spule 18 zu fließen. Die erste Spule 18 und die zweite Spule 20 sind magne- tisch so verkettet, daß ein Stromfluß in der ersten Spule einen Stromfluß in der zweiten Spule 20 erzeugt, wobei die Richtung des Stromflusses zum Emitter 50a ist. Wenn sich Strom in der Spule 20 aufbaut, wird der Transistor in die Sättigung getrieben, d. h. der Wider- stand gegen den Stromdurchfluß vom Emitter 50a zum Kollektor 50c wird sehr verringert, wobei ein Strom durch die Spule 18 den Kolben 22 in Abwärtsrichtung antreibt, wie durch den Pfeil D in F i g. 1 angedeutet ist, und ein Zusammendrücken der Feder 24 bewirkt. Der Strom, der sich in der ersten Spule 18 aufbaut, kann den magnetischen Stromkreis, der die erste und die zweite Spule und die Polstücke enthält, an die Sättigung bringen. Wenn man sich der magnetischen Sättigung nähert oder wenn der Strom in der Spule 18 sich einem Dauer- wert nähert, reicht die Vorspannung des Transistors in Vorwärtsrichtung auf Grund der mechanischen Kopplung der Spulen 18 und 20 nicht mehr aus, um den Transistor 50 in einem »Ein«- oder in Vorwärtsrichtung stromleitenden Betrieb zu halten. Der Transistor wird dann abgeschaltet und die Spule 18 gibt ihre Energie rasch ab, im wesentlichen durch die Zenerdiode 54 über die Spule 20. Eine Abschaltung des Transistors i5 ermöglicht, daß die Feder 24 den Kolben in seine Anfangsstellung zurückdrängt und das Ventilbauteil 32 schließt, wobei das Strömungsmedium, das von dem Kolben aufgenommen und aus dem Auslaß 15 ausgestoßen werden soll, einen Pumpzyklus vollendet

Während des Zusammenbrechens des K5agnetfeldes spannt die induzierte Spannung in der Spule 20 den Transistor 50 in entgegengesetzter Richtung vo- und ergibt, daß der Transistor abgeschaltet wird. Die umgekehrte induzierte Spannung in der Spule 20 wirkt dem Spannungsabfall an der Spule 20 entgegen, der sich aus dem Widerstand der Spule 20 ergibt. Somit ist die Spannung zwischen dem Emitter und der Basis des Transistors auf einen Wert beschränkt, der für den Transistor sicher ist. Da die Spannung an der SpuJe 20 sich auf Grund des Zusammenbrechens des Magnetfeldes aufbaut, erreicht die Zenerdiode 54 ihren Zenerpunkt. Am Zenerpunkt besitzt die Zenerdiode einen sehr geringen Widerstand, der ermöglicht, daß ein großer Strom in die Reihenverbindung der ersten Spule 18, der zweiten Spule 20 und der Zenerdiode 54 fließt. Die Zenerdiode 54 hält die Basis der Kollektorspannung auf einem für den Transistor annehmbaren maximalen Wert.

Ein verhältnismäßig großer Leistungsverlust (I²R) in der zweiten Spule 20 ermöglicht es, daß die Zenerdiode 54 einen kleineren Leistungsbetrag abführt, so daß die Kosten für die Zenerdiode reduziert werden können. Ferner kann die Zenerdiode nicht nur die Basis-Kollektorspannung des Transistors elektrisch festlegen, wodurch ein billigerer Transistor erreicht wird, sondern sie ergibt auch eine sichere Begrenzung für die Basis-Emitterspannung des Transistors wegen der Verwendung der zweiten oder Signalspule 20 als Stromleitung für die zusammenbrechende Feldenergie, die in der Hauptspule 18 gespeichert ist. Dieser letztere Effekt tritt auf, weil das zusammenbrechende Feld eine Spannung an der Spule 20 induziert, die der widerstandsbedingten Spannung an der Spule 20 entgegenwirkt, welche sich aus dem Strom durch die Spule 20 ergibt. Dies ist ein wesentlicher Vorteil gegenüber der Anordnung einer Zenerdiode zwischen Emitter und Kollektor, wobei die Emittcr-Kollektorspannung begrenzt ist, jedoch nicht die Basis-Kollektorspannung. Die angegebene Verwendung der Zenerdiode begrenzt in entsprechender Weise die Spannung gegenüber allen drei Transistoranschlüssen auf einen sicheren Wert und ermöglicht die Verwendung eines billigeren Transistors. Ferner ermöglicht die angegebene Schaltung, daß die Anzahl von Windungen der Signalspule 20 unabhängig von der Anzahl der Windungen der Hauptspule 18 gewählt wird, so daß ein ausreichender Wert für den Emschaltslrom ohne zu hohe Durchschlagsspannungen für den Transistor 50 beim Zusammenbrechen des von der Spule 18 erzeugten magnetischen Feldes möglich ist.

Bei der Ausführungsform der elektrischen Schaltung nach F i g.4 sind gleiche Teile mit entsprechenden, jedoch um 100 höheren Bezugszeichen versehen.

In F i g. 4 ist ein Widerstand 75 mit negativem Temperaturkoeffizienten elektrisch in Reihe mit der Anzeigespule 120 und dem Emitter-Basiskreis des Transistors 150 geschaltet gezeigt.
Wenn die Pumpe gemäß der Erfindung als Kralt-

stoffpumpe für ein Kraftfahrzeug verwendet wird, ist es erforderlich, Einschaltvorspannung für den Transistor zu Beginn ausreichend groß zu wählen, damit eine Betätigung der Pumpe bei Temperaturen unter 40⁰C gewährleistet ist. Die Einschaltvorspannung bezieht sich auf die Spannung am Emitter in bezug auf die Basis, die erforderlich ist, um den Fluß eines Emitter-Kollektorstromes zu Beginn des Pumpzyklus zu erreichen. In F i g. 4 würde diese Vorspannung der Spannungsabfall an der Reihenschaltung von Spule 120 und Widerstand 75 sein. Bei einer vorgegebenen Spannung der Speisequelle 156 wird die Einschaltvorspannung durch die relative Größe des Widerstandes der Reihenschaltung aus Spule 120 und Widerstand 75 im Vergleich mit dem Widerstandswert des Widerstandes 152 wie auch dem Abfluß von der Basis zum Kollektor des Widerstandes bestimmt.

Wenn die V/iderstandswerte der Spule 120 und der Widerstände 75 und 152 so ausgelegt sind, daß die erforderliche Einschaltvorspannung bei niedrigen Temperaturen, z. B. bei 40⁰C erreicht wird, würde ein guter Pumpbetrieb bei normalen Arbeitstemperaturen einen (zusätzlichen) Transistor mit hoher Verstärkung erfordern, wenn es nicht eine Frage des verringerten Widerstandswertes des Widerstandes 75 wäre. Ein Transistor geringer Verstärkung kann sogar bei -40⁰C verwendet werden, da die Verstärkung der Leistungstransistoren üblicherweise bei niedrigen Temperaturen zunimmt. Die Einschaltvorspannung bei normalen Temperaturen bleibt auf einem optimalen Wert, da der Nebenflußstrom von Basis zu Kollektor des Transistors mit zunehmender Temperatur steigt. Dieser Nebenflußstrom fließt in einem Parallelpfad zum Strom im Widerstand 152 und bewirkt daß der Strom in der Reihenschaltung von Spule 120 und Widerstand 75 zunimmt. Da der Widerstandswert des Widerstandes 75 bei den normalen Temperaturen kleiner ist, ist der Spannungsabfall an der Serienschaltung, die die Einschaltvorspannung ist über einen weiten Temperaturbereich nahezu konstant.

Ein weiterer Vorteil der Verwendung eines Widerstandes 75 mit negativem Temperaturkoeffizienten besteht darin, daß eine frühzeitige Beendigung des »Aus«- Abschnittes (Pumphub) des Zyklus verhindert wird. Die frühzeitige Beendigung tritt auf, wenn die Einschaltvorspannung groß ist im Vergleich zu dem erforderlichen Wert, und wenn der Kolben 22 bei seiner Aufwärtsbewegung verzögert wird. Eine derartige frühzeitige Beendigung kann einen Verlust an Pumpleistung bei höheren Drücken ergeben.

Mit vorliegender Erfindung läßt sich eine billige, leistungsfähige und zuverlässige Transistoroszillatorschaltung für eine elektromagnetische Pumpe mit hin- und hergehenden Kolben erhalten. Die Zuverlässigkeit wird wesentlich erhöht durch Verwendung der Zenerdiode, die zwischen Basis und Kollektor des Transistors eingeschaltet ist und zur Stabilisierung nicht nur von Basis und Emitter gegen die Kollektorspannung, sondern auch von Emitter zu Basisumkehrspannung dient, wobei ein billigerer Transistor verwendet werden kann. Ferner ermöglicht die angegebene Verwendung der Zenerdiode eine billigere Zenerdiode, da die Signaloder zweite Spule 20 einen wesentlichen Teil des Leistungsverlustes ergibt, wenn der große Strom der Hauptspule hindurchgeleitet wird. Vorliegende Erfindung ermöglicht es der Hauptspule 18, daß sie vollständig entladen wird, wobei ein volles Pumpenäusgangi.-volumen und ein voller Pumpdruck pro Zyklus gewährleistet ist. Vorliegende Erfindung vermindert die Entladungsdauer für die Hauptspule erheblich, so daß der Pumpenströmungsmittelausgang über den Druckbereich erhöht wird. Zusätzlich erzeugt die Kombination einer Zenerdiode und eines Thermistors in einem Betrieb über einen weiten Temperaturbereich einen relativ hohen Ausgang. Des weiteren erhöht der Thermistor die Brennstoffabgabe bei höheren Drücken im normalen Druckbereich im Vergleich zu einer identischen Strömungsmittelpumpe ohne ein derartiges Element, vorausgesetzt, daß beide Pumpen über den üblichen Bereich von Außentemperaturen verwendet werden.

Obgleich Spulen 18 und 20 dargestellt sind, kann jede andere Form von Stromleiter verwendet werden, z. B. ein massiver Leiter aus stromleitendem Material.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Schaltanordnung für eine elektrisch gespeiste Strömungsmittelpumpe mit einem Gehäuse mit Strömungsmitteleinlaß und Strömungsmittelauslaß, einem hohlen Führungsbauteil, das den vollen Strömungsmitteifluß aufnimmt, einem hohlen Kolben, der gleitend im Führungsbauteil angeordnet ist und eine hin- und hergehende Bewegung mit ihm ausführt, mit einer gegen Überschlagspannung schützenden Transistorschaltung und mit einer Magnetspulenanordnung, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Magnetspule (18,318) zwischen die elektrische Speisequelle (56) und den Emitter (50a) des Transistors (50, 350) und eine zweite Magnetspuie (20, 320) zwischen den Emitter (50a) und die Basis (506) und eine Zenerdiose (54) zwischen die Basis (506) und den Kollektor (50c) geschaltet ist, und daß die Zenerdiode (54) an die elektrische Speisequelle (56) angeschlossen ist.

2. Schaltanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Transistor (50, 350) ein im Temperaturbereich der Pumpe wirksamer temperaturabhängiger Widerstand (75) zugeordnet ist.