WO2011141277A1

WO2011141277A1 - Dosierpumpe

Info

Publication number: WO2011141277A1
Application number: PCT/EP2011/056080
Authority: WO
Inventors: Rainer Haeberer; Georgios Lolas
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-05-11
Filing date: 2011-04-18
Publication date: 2011-11-17
Anticipated expiration: 2012-11-11
Also published as: DE102010028850A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Dosierpumpe (50, 100, 200) zum Fördern einer Reduktionsflüssigkeit, insbesondere zum Fördern einer Harnstoff-Wasser-Lösung zur Reduktion von Stickoxiden in einem Abgasstrom eines Verbrennungsmotors, mit einem Einlass (56, 104, 204) und einem Auslass (60, 108, 208), die mit einem Förderraum (68,100,250) eines Pumpengehäuses (52, 102, 202) in Verbindung stehen, und einem Anker (74, 120, 222), der mittels eines Elektromagneten (78, 132, 232) beweglich ist. Erfindungsgemäß ist der Anker (74, 120, 222) mittels einer elastischen Membran (66, 116, 218) fliegend gelagert, wobei die Membran (66, 116, 218) im Bereich des Pumpengehäuses (52, 102, 202) aufgenommen ist und die Reduktionsflüssigkeit durch periodisches Bestromen des Elektromagneten (78, 132, 232) vom Einlass (56, 104, 204) zum Auslass (60, 108, 208) förderbar ist. Infolge der fliegenden Lagerung des Ankers (74, 120, 220) ist eine radiale Lagesicherung bei einem nahezu reibungsfreien Förderbetrieb der Dosierpumpe (50, 100, 200) möglich.

Description

Beschreibung Titel

DOSIERPUMPE

Stand der Technik Bei Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotoren müssen aufgrund der sich stetig

verschärfenden Abgasgrenzwerte unter anderem Stickoxide (NOx) im Abgasstrom reduziert werden. Ein bekanntes Verfahren, das in diesem Zusammenhang zur Anwendung kommt, ist die katalytische Reduktion ("Selective Catalytic Reduction"), das heißt das s.g. SCR- Verfahren. Hierbei wird ein Reduktionsmittel mit einer Leitungspumpe aus einem

Vorratsbehälter mit einem Volumen zwischen 5 I und 10 I zu einem Dosiermodul im Bereich des Abgasstranges gefördert. Der Verbrauch des Reduktionsmittels liegt bei ca. 4% bis 6% des regulären Kraftstoffverbrauchs. Als Reduktionsmittel wird üblicherweise eine Harnstoff- Wasser-Lösung (s.g. "AdBlue®") eingesetzt. Zu berücksichtigen ist, dass die Harnstoff- Wasser-Lösung ab einer Einsatztemperatur von -1 1 °C gefriert und sich oberhalb von 60 °C zersetzt. Für den Antrieb der Reduktionsmittelpumpe sind aus dem Stand der Technik eine Vielzahl von Konstruktionsvarianten bekannt. Beispielsweise kann die Pumpe indirekt über einen Elektromotor mit einem Exzenter und einem Pleuel oder direkt über einen

Linearmagneten betätigt werden. Der Antrieb der Dosierpumpe mittels Motor, Pleuel und Exzenter ist im Bereich der Großserienfertigung inzwischen Stand der Technik.

Alternative technische Lösungen benutzen zum Beispiel eine Schwingkolbenpumpe, bei der ein Anker zusammen mit einem Kolben durch die Kraftwirkung eines Elektromagneten axial hin- und herbewegt wird. Zur Führung des Ankers müssen jedoch Lagerungen vorgesehen sein. Die in diesen Lagern auftretenden Radialkräfte führen, insbesondere bei niedrigen Betriebstemperaturen, zu einer unerwünscht hohen Reibung und hiermit einhergehend zu einer verringerten Lebensdauer bzw. verkürzten Wartungsintervallen. Weiterhin ist es bekannt, den Anker derart auszubilden, dass dieser zugleich die Funktion des

Pumpenkolbens übernimmt.

Verbreitet kommen auch Pumpen zum Einsatz, bei denen der Antrieb und der Förderraum durch eine elastische Arbeitsmembran voneinander separiert sind. Hierdurch ist eine hermetische Abdichtung zwischen dem Förderraum der Pumpe - in dem der eigentliche Fluidtransport infolge einer sich zyklisch wiederholenden Verkleinerung bzw. Vergrößerung des Förderraumvolumens erfolgt - sowie dem elektromechanischen Antrieb gewährleistet. Hierdurch werden schädliche Korrosionsprozesse im Bereich des Antriebsmagneten aufgrund des in der Regel chemisch sehr aggressiven Reduktionsmittels verhindert. Auch bei dieser Variante ist ein axial in Lagerungen geführter Anker zur Bewegung der Membran notwendig, wobei die Lager aus Gründen der Korrosionssicherheit stets trocken laufen. Reibungsbedingter Abrieb in den Lagern kann somit nicht durch einen Schmiermittelstrom heraus gespült werden, so dass die Reibung über die Lebensdauer der Pumpe hinweg stetig ansteigt, wobei der Reibungsanstieg insbesondere beim Kaltstart des Magneten ein

Störfaktor ist.

Aus der DE 681 841 ist eine Membranpumpe bekannt, bei der eine Arbeitsmembran mittels einer Kurbel über eine Pleuelstange und einen Kolben zur Förderung des Mediums hin- und herbewegt wird. Die Lagerung des Kolbens erfolgt jedoch in einem Zylinder und ist demzufolge nicht als reibungsarm zu bezeichnen.

Die EP 2 1 16 701 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Abgabe einer Reduktionsmittellösung in ein Abgassystem sowie ein entsprechendes Abgassystem. Die Vorrichtung erlaubt eine weitgehend lageunabhängige Zuführung des Reduktionsmittels in den Abgasstrom. Von

Nachteil ist jedoch die auch hier erforderliche und zwingend reibungsbehaftete Lagerung des Ankers, um dessen definiert-axiale Bewegung zur Verformung der Arbeitsmembran zu ermöglichen. Aus der DE 736 350 ist schließlich eine elektrisch angetriebene Membranpumpe bekannt. Der Antrieb der Membran erfolgt mittels eines wechselstromgespeisten Elektromagneten und einem darin axial verschiebbaren, das heißt darin eintauchenden Anker, der mittels einer Kolbenstange mit der Kolbenmembran verbunden ist. Auch bei dieser Ausführungsvariante treten zwangsläufig Reibungsverluste zwischen dem Anker und dem diesen umschließenden Elektromagneten auf.

Offenbarung der Erfindung

Es wird eine Dosierpumpe mit einem reibungsarmen elektromagnetischen Antrieb zur Förderung einer Reduktionsflüssigkeit, insbesondere eines Harnstoff-Wasser-Gemisches, zur Reduktion von Stickoxiden in einem Abgasstrom eines Verbrennungsmotors vorgeschlagen. Erfindungsgemäß ist der Anker mittels einer elastischen Membran fliegend gelagert. Die Membran ist hierbei im Bereich des Pumpengehäuses aufgenommen und die Reduktionsflüssigkeit ist durch periodisches Bestromen des Elektromagneten vom Einlass zum Auslass förderbar. Infolge der fliegenden, das heißt lagerlosen Aufnahme des magnetischen Ankers in der Dosierpumpe ergibt sich ein verschleiß- und wartungsarmer Betrieb der erfindungsgemäßen Dosierpumpe über deren gesamte Lebensdauer hinweg. Im Fall einer bevorzugten, ersten Ausführungsform der Dosierpumpe erfolgt die

mechanische Anbindung des Ankers an die Membran mittels eines Stößels, wobei der Förderraum der Dosierpumpe durch die Membran hermetisch vom Magnetgehäuse getrennt ist. Bei einer zweiten Ausführungsform der Dosierpumpe verfügt der Anker über Bohrungen, die von dem zu fördernden Fluid durchströmt werden. Die Abdichtung des Magnetgehäuses erfolgt durch eine auf dem Anker aufliegende Scheibe, die umfangsseitig mit einer hohlzylindrischen Hülse verschweißt ist. Die Abdichtung der Hülse gegen das

Pumpengehäuse erfolgt mit einem O-Ring. Sowohl die Hülse als auch die Scheibe müssen eine ausreichende Korrosionsfestigkeit gegenüber dem zu fördernden Medium,

beispielsweise einem Reduktionsmittel zur Aufbereitung von Abgasen eines

Verbrennungsmotors, aufweisen. Sowohl bei der ersten als auch bei der zweiten

Ausführungsvariante liegen der Einlass und der Auslass für das fördernde Fluid auf derselben Gehäuseseite. Im Fall einer dritten Ausführungsform ist der Einlass

gegenüberliegend zum Auslass angeordnet. Zu diesem Zweck verfügt die Scheibe zur Abdeckung des magnetischen Ankers über ein mittig angeformtes Rohrstück. Diese

Ausführungsvariante hat den Vorteil, dass die Dosierpumpe mittels des Rohrstückes direkt auf dem Abgasstrang montiert werden kann. Bei allen drei Ausführungsformen verhindert die Elastizität der den Förderraum einseitig begrenzenden Membran zugleich eine

Beschädigung der Dosierpumpe, wenn die Reduktionsflüssigkeit gefriert.

Im Bereich des Einlasses bzw. des Auslasses befindet sich bei allen drei

Ausführungsvarianten jeweils ein Einwege- bzw. Rückschlagventil, welches das fördernde Fluid nur in einer Richtung passieren lässt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben werden. Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Schnittdarstellung einer aus dem Stand der Technik

bekannten Dosierpumpe für ein Harnstoff-Wasser-Gemisch;

Figur 2 eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Dosierpumpe;

Figur 3 eine zweite Ausführungsform der Dosierpumpe;

Figur 4 eine dritte Ausführungsform der Dosierpumpe, und

Figur 5 eine Ausschnittvergrößerung des Auslassventils der Figur 4. Ausführungsformen der Erfindung

Die Figur 1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer vorbekannten Dosierpumpe zur Förderung eines Fluids, insbesondere eines Harnstoff-Wasser-Gemisches (s.g. "AdBlue") zur Reduktion von Stickoxiden (NOx) im Abgas eines Verbrennungsmotors.

Eine Dosierpumpe 10 umfasst unter anderem ein Pumpengehäuse 12 mit einem Einlass 14 mit einem Einlassventil 16 für das Reduktionsmittel sowie einen Auslass 18, in dem ein Auslassventil 20 angeordnet ist. Ein Förderraum 22 im Pumpengehäuse 12 wird von einer elastischen Membran 24 begrenzt. Die Membran 24 ist mit einem Anker 26 verbunden, der mittels eines Elektromagneten 28 parallel zu einer Längsachse 30, das heißt in axialer Richtung, bewegbar ist. Der Elektromagnet 28 ist mit einer Zylinderspule 32 gebildet, die in einem Magnetgehäuse 34 integriert ist. Die radialen Bewegungsmöglichkeiten des Ankers 26 werden durch die beiden Lager 36,38 definiert bzw. begrenzt. Wird die Zylinderspule 32 unter Strom gesetzt, wird die Membran 24 deformiert und die zu fördernde Flüssigkeit über den Einlass 14 in den Förderraum 22 eingesogen. Nach dem Abschalten des Stroms kehren der Anker 26 und die Membran 24 wieder in den in Fig. 1 gezeigten Ruhezustand zurück und ein Teilvolumen der zu fördernden Flüssigkeit wird über das Auslassventil 20 und den Auslass 18 aus dem Förderraum 22 ausgestoßen. Durch periodisches Bestromen des Ankers 26 lässt sich das zu fördernde Fluid somit stoßweise, das heißt in jeweils definierten Volumeneinheiten, vom Einlass 14 zum Auslass 18 fördern. Die Fließrichtung der zu fördernden Flüssigkeit ist in der Darstellung der Fig. 1 durch weiße Pfeile angedeutet. Der Hauptnachteil der Dosierpumpe 10 liegt in dem über die Betriebsdauer hinweg stetig zunehmenden Verschleiß im Bereich der beiden Lager 36,38. Darüber hinaus ist der Fertigungs- und Kostenaufwand hoch, da die Lager 36,38 mit exakt definierten Passungen ausgeführt werden müssen. Außerdem führt die hier gegebene Magnetfeldgeometrie zu unerwünschten, den Verschleiß weiter verstärkenden Radialkräften.

Die Figur 2 illustriert eine bevorzugte, erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen, reibungsarmen Dosierpumpe für eine zu fördernde Flüssigkeit, insbesondere ein

Reduktionsmittel zur Verringerung von Stickoxiden (NOx) in Abgasen von

Verbrennungsmotoren.

Eine Dosierpumpe 50 umfasst unter anderem ein Pumpengehäuse 52 mit einem Oberteil 54, das mit einem Einlass 56 für ein nicht dargestelltes Fluid mit einem Einlassventil 58 sowie einem Auslass 60 mit Auslassventil 62 versehen ist. Durch das Einlassventil 58 bzw. das Auslassventil 62 kann die zu fördernde Flüssigkeit in das Pumpengehäuse 52 ein- und ausströmen. Unterseitig ist das Oberteil 54 des Pumpengehäuses 52 mit einem Flansch 64 abgedichtet. Zwischen dem Flansch 64 und dem Oberteil 54 ist eine elastische Membran 66 zur Schaffung eines Förderraumes 68 eingespannt. Die mechanische Verbindung zwischen dem Oberteil 54 und dem Flansch 64 erfolgt zum Beispiel durch nicht näher bezeichnete Bolzenverbindungen. Die Membran 66 kann beispielsweise mit einem Elastomer oder mit einem Edelstahlfaltenbalg gebildet sein. An der Membran 66 ist im Bereich eines

Membranmittelpunktes 70 ein Stößel 72 befestigt, der wiederum mit einem scheibenförmigen Anker 74 verbunden ist. Die Verbindung zwischen dem Stößel 72 und der Membran 66 kann - in Abhängigkeit vom verwendeten Membranmaterial - beispielsweise durch

Anvulkanisieren oder thermisches Fügen erfolgen. Die Verbindung zwischen dem Stößel 72 und dem Anker 74 kann beispielsweise durch Einpressen, eine gesicherte

Schraubverbindung oder durch thermisches Fügen erfolgen.

Unterhalb des Ankers 74 befindet sich eine Trennscheibe 76 mit geringer Materialstärke, die aus einem unmagnetischen Material, wie zum Beispiel einem Austenitstahl, hergestellt ist, um ein "magnetisches Verkleben" mit dem darunter befindlichen Elektromagneten 78 nach dem Abschalten des elektrischen Stroms zu verhindern. Der Elektromagnet 78 ist in ein Magnetgehäuse 80 integriert und umfasst eine Zylinderspule 82, die in einen Magnetkern 84 mit einer zentrischen Bohrung 86 integriert ist und einen elektrischen Steckanschluss 88. Zwischen dem Anker 74 und dem Magnetkern 84 befindet sich eine Druckfeder 90. Zur radialen Lagesicherung der Druckfeder 90 kann der Anker 74 unterseitig einen umlaufenden Rezess aufweisen. Der Anker 74 wird aufgrund der Kraftwirkung der Druckfeder 90 in dem in Fig. 2 gezeigten stromlosen Zustand gegen einen oberen Anschlag 92 des Magnetgehäuses 80 gepresst. Der Magnetkern 84 ist vorzugsweise mit einem magnetischen Material in geblechter Bauweise gebildet. Das Magnetgehäuse 80 ist beispielsweise über eine nicht näher dargestellte Bolzenverbindung mit dem Gehäuse 52 verbunden.

Im bestromten Zustand bewegt sich der Anker 74 um einen Hubweg 94 in vertikaler Richtung soweit nach unten, bis dieser am Elektromagneten 78 anliegt, wobei die Trennscheibe 76 das magnetische Verkleben mit dem Elektromagneten 78 verhindert.

Während des Fördervorganges wird der Elektromagnet 78 zeitweise unter Strom gesetzt und zieht den Anker 74 einschließlich der Membran 66 entgegen der Kraftwirkung der Druckfeder 90 an, so dass das Fluid über den Einlass 56 mit dem nachgeschalteten und in dieser Strömungsrichtung durchgängigen Einlassventil 58 in den Förderraum 68 einströmen kann. Im stromlosen Zustand wird die Membran 66 aufgrund der Kraftwirkung der Druckfeder 90 wieder nach oben gegen den Anschlag 92 gedrückt, wodurch die zu fördernde Flüssigkeit über das in dieser Strömungsrichtung durchgängige Auslassventil 62 in Richtung des Auslasses 60 gepresst wird. Durch periodisches Bestromen des Elektromagneten 78 lässt sich somit das zu fördernde Medium stoßweise in jeweils exakt definierten Volumeneinheiten vom Einlass 56 zum Auslass 60 fördern. Die Fließrichtung des Fluids ist durch die weißen Pfeile veranschaulicht.

Eine Variation der Fördermenge ist auf einfache Art und Weise beispielsweise durch eine Erhöhung der Ansteuerfrequenz des Elektromagneten 78 und/oder eine Vergrößerung des Hubweges 94 möglich. Letzteres kann beispielsweise durch eine Vergrößerung des

Abstandes zwischen dem Anschlag 92 und dem Elektromagneten 78, zum Beispiel durch Scheiben bzw. Zulagen im Baukastenprinzip, erfolgen. Verfügt die Membran 66 über eine hinreichend hohe Federelastizität, kann in einer nicht dargestellten Ausführungsvariante die Druckfeder 90 entfallen.

Der wesentliche konstruktive Vorteil der gezeigten Ausführungsform der Dosierpumpe 50 liegt in der fliegenden Lagerung des Ankers 74 in Bezug zu einer Längsachse 96 des Elektromagneten 78, wodurch die nach Maßgabe des Standes der Technik bislang notwendige, verschleißanfällige axiale Lagerung des Ankers 74 entbehrlich wird. Hierdurch ergibt sich ein praktisch ausfallsicherer, verschleißfreier und wartungsarmer Betrieb der Dosierpumpe 50 über deren gesamte Lebensdauer hinweg. Sowohl das Pumpengehäuse 52 als auch das Magnetgehäuse 80 weisen eine näherungsweise zylindrische Form auf, die jeweils symmetrisch zur Längsachse 96 ist. Darüber hinaus ist bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 eine vollständige räumliche Trennung zwischen dem Förderraum 68 mit dem darin enthaltenen in der Regel chemisch reaktiven und zugleich korrosiven Reduktionsmittel und dem Anker 74 gegeben. Auch hat diese Konstruktionsform den Vorteil, dass beim magnetischen Anziehen des Ankers 74 und der hiermit verbundenen Membran 66 mittels des Elektromagneten 78 nur eine relativ schwache Kraftwirkung der Druckfeder 90 überwunden werden muss, so dass sich bei vergleichsweise geringen Stromstärken in der Zylinderspule 82 dennoch ein relativ großer Hubweg 94 realisieren lässt, während der Ausstoßvorgang des Fluids im stromlosen Zustand des Elektromagneten 78 allein durch die Federkraft der Druckfeder 90 bewirkt wird. Die Figur 3 zeigt eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dosierpumpe.

Eine Dosierpumpe 100 umfasst unter anderem ein angenähert topfförmiges

Pumpengehäuse 102 mit einem Einlass 104 mit Einlassventil 106 für das zu fördernde Fluid. Ferner verfügt das Pumpengehäuse 102 über einen Auslass 108 mit einem Auslassventil 1 10. Sowohl das Einlassventil 106 als auch das Auslassventil 1 10 sind als Einwege- bzw. Rückschlagventil ausgestaltet, die die Flüssigkeit nur in einer Richtung passieren lassen. Oberseitig verfügt das Pumpengehäuse 102 über eine kreisrunde Ausnehmung 1 12, die mit einem Deckel 1 14 verschlossen ist. Zwischen dem Deckel 1 14 und dem Pumpengehäuse 102 ist eine Membran 1 16 fest eingespannt. Zur Entlüftung verfügt der Deckel 1 14 über eine Entlüftungsbohrung 1 18, um eine ungehinderte Auf- und Abbewegung der Membran 1 16 sicher zu stellen. Die Membran 1 16 ist mit einem scheibenförmigen Anker 120 verbunden. Der Anker 120 wird von zwei Ausgleichsbohrungen 122,124 durchsetzt, durch die das zu fördernde Medium strömen kann. Unterseitig verfügt der Anker 120 über einen umlaufenden Rezess 126 zur Aufnahme und radialen Lagesicherung einer Druckfeder 128. Infolge des die Ausgleichsbohrungen 122,124 beim Fördervorgang der Pumpe durchströmenden Fluids ergibt sich ein hydraulischer Dämpfungseffekt, der zu einer signifikanten Reduktion des Betriebsgeräusches führt.

Unterseitig ist an das Pumpengehäuse 102 ein näherungsweise zylinderförmiges

Magnetgehäuse 130 mit einem Elektromagneten 132 mittels einer nicht näher dargestellten Bolzenverbindung angeflanscht. Der Elektromagnet 132 umfasst unter anderem einen Magnetkern 134 mit einer darin aufgenommenen Zylinderspule 136. Der Elektromagnet 132 ist oberseitig mit einer Trennscheibe 138 aus einem unmagnetischen Material, wie zum Beispiel einem Austenitstahl, bedeckt, um ein "magnetisches Verkleben" des Ankers 120 mit dem Elektromagneten 132 zu verhindern. Umfangsseitig ist die Trennscheibe 138 mit einer hohlzylindrischen Hülse 140 mittels einer Schweißnaht 142 verbunden, die den Magnetkern 134 umschließt. In einem nicht bezeichneten unteren Bereich verfügt die Hülse 140 über eine umlaufende Wulst 144. Zwischen der Wulst 144 und einem umlaufenden Rezess 146 des Magnetkerns 134 befindet sich ein O-Ring 148. Durch die Wirkung des O-Ringes 148 in Verbindung mit der Trennscheibe 138 und der hiermit verschweißten Hülse 140 wird der Elektromagnet 132 hermetisch gegenüber dem zu fördernden Medium abgedichtet, das sich in einem Förderraum 150 oberhalb der Trennscheibe 138 befindet. Infolge der Kraftwirkung der Druckfeder 128 wird der Anker 120 gegen einen Anschlag 152 im Pumpengehäuse 102 gedrückt. Infolge der noppenförmigen Ausgestaltung des Anschlags 152 wird die zum Ablösen des Ankers 120 erforderliche magnetische Kraft gering gehalten. Die Versorgung des Elektromagneten 132 mit elektrischem Strom erfolgt über einen unterseitig

angeordneten elektrischen Steckanschluss 154. Die Dosierpumpe 100 bzw. das

Pumpengehäuse 102 sowie das Magnetgehäuse 130 sind im Wesentlichen

rotationssymmetrisch zu einer Längsachse 156 ausgebildet und verfügen jeweils über eine näherungsweise zylindrische Form. Da sowohl die Hülse 140 als auch die Trennscheibe 138 sowie die Druckfeder 128 und der Anker 120 als auch das Pumpengehäuse 102 mit dem zu fördernden, in der Regel korrosiven Fluid in Berührung kommen, müssen diese mit einem hinreichend korrosionsfesten metallischen Material, beispielsweise einer Edelstahllegierung gebildet sein, das zugleich über geeignete magnetische Eigenschaften verfügt. Das

Magnetgehäuse 130 kann hingegen mit einem duroplastischen oder mit einem

thermoplastischen Kunststoffmaterial gefertigt werden.

Wird der Elektromagnet 132 bestromt, so wird der Anker 120 von diesem magnetisch angezogen und legt einen Hubweg 156 zurück, bis der Anker 120 auf der Oberseite des Elektromagneten 132 anliegt. Die Membran 1 16 wird daraufhin nach unten gezogen. Hierbei verkleinert sich das Volumen des Förderraums 150, das Fluid wird verdichtet, so dass das Fluid durch das Auslassventil 108 in den Auslass 108 gefördert wird. Wird der Elektromagnet 132 stromlos geschaltet, so drückt die Druckfeder 128 den Anker 120 wiederum gegen den Anschlag 152 des Pumpengehäuses 102 und das Volumen des Förderraumes 150 vergrößert sich, der Druck sinkt dadurch im Förderraum 150 ab, das Einlassventil 106 öffnet, Fluid strömt nach. Durch periodisches Bestromen des Elektromagneten 132 lässt sich somit - entsprechend zu der im Rahmen der Beschreibung der Fig. 2 erläuterten Weise - das Medium diskontinuierlich vom Einlass 104 zum Auslass 108 fördern. Die jeweilige

Strömungsrichtung des Fluids wird wiederum durch die weißen Pfeile veranschaulicht. Der Unterschied zwischen den beiden Ausführungsformen gem. Fig. 2,3 liegt darin, dass bei der Dosierpumpe nach Maßgabe von Fig. 3 der Anker 120 vom zu fördernden Fluid durchströmt und damit auch der Elektromagnet 132 mit dem Fluid über Wärmeleitprozesse in Kontakt treten kann, so dass im Bedarfsfall das Fluid durch den Elektromagneten 132 beheizt bzw. durch die Wirkung des in der Regel kalten Fluids dieser auch gekühlt werden kann. Die Beheizung des Fluids ist bei tiefen Betriebstemperaturen notwendig, da dieses bei Temperaturen unterhalb von -1 1 °C gefriert. Bei der Ausführungsvariante gemäß Figur 3 erfolgt bei Bestromung des Elektromagneten 132 ein Druckaufbau. Eine Kühlung des Elektromagneten 132 erlaubt hingegen die Erzeugung höherer Kräfte durch den Einsatz höherer Stromstärken in der Zylinderspule 136. Entsprechend zur ersten Ausführungsform treten auch bei dieser Dosierpumpe 100 aufgrund der frei fliegenden Lagerung des Ankers 132 keine wesentlichen Reibungskräfte auf, so dass die Dosierpumpe 100 verschleißarm über ihre gesamte Lebensdauer hinweg betrieben werden kann. Hinsichtlich der weiteren vorteilhaften Eigenschaften der Dosierpumpe 100 gelten die in der Beschreibung zu Fig. 2 gemachten Ausführungen entsprechend.

Die Figuren 4 und 5 zeigen eine dritte Bauform einer Dosierpumpe.

Eine Dosierpumpe 200 umfasst unter anderem ein Pumpengehäuse 202 mit einem Einlass 204 mit Einlassventil 206. Ein Auslass 208 mit einem Auslassventil 210 befindet sich unterhalb eines Magnetgehäuses 212, so dass im Unterschied zur Ausführungsform nach Fig. 3 der Einlass 204 und der Auslass 208 auf gegenüberliegenden Seiten der Dosierpumpe 200 angeordnet sind. Das Pumpengehäuse 202 weist oberseitig eine kreisrunde

Ausnehmung 214 auf, die von einem scheibenförmigen Deckel 216 bedeckt ist. Eine Membran 218 ist zwischen dem Deckel 216 und dem Pumpengehäuse 202 hermetisch dicht eingeklemmt. In dem Deckel 216 befindet sich eine Entlüftungsbohrung 220. Ein

magnetischer Anker 222 weist zwei Ausgleichsbohrungen 224,226 auf, die dieselbe Funktion wie bei der Dosierpumpe gem. Fig. 3 erfüllen. Ein unterseitig am Anker 222 umlaufender Rezess 228 sichert eine Druckfeder 230 in ihrer radialen Lage. Im Magnetgehäuse 212 befindet sich ein Elektromagnet 232, der mit einem Magnetkern 234 und einer darin zentrisch aufgenommenen Zylinderspule 236 gebildet ist. Auf dem Elektromagneten 232 befindet sich wiederum eine Trennscheibe 238, die zur Abdichtung im Bereich ihres äußeren Umfanges mit einer, den Magnetkern 234 umschließenden zylindrischen Hülse 240 durch eine umlaufende Schweißnaht 242 verbunden ist. In einem nicht bezeichneten unteren Randbereich der Hülse 240 befindet sich eine Wulst 244, die in Verbindung mit einem im Bereich eines Rezesses 246 des Magnetkerns 234 eingesetzten O-Ring 248 die Abdichtung zwischen dem Elektromagneten 232 und einem Förderraum 250 im Pumpengehäuse 202 gewährleistet. Infolge der Wirkung der Druckfeder 230 wird der Anker 222 im stromlosen Zustand des Elektromagneten 232 gegen einen noppenförmigen Anschlag 252 im Bereich des Pumpengehäuses 202 gedrückt. Durch eine Bestromung der Zylinderspule 236 wird der Anker 222 um einen Hubweg 254 nach unten gezogen, bis dieser auf der Trennscheibe 238 anliegt.

Der eigentliche Fördervorgang des Fluids zwischen dem Einlass 204 und dem Auslass 208 erfolgt analog zu der beschriebenen Ausführungsform gem. Fig. 3 durch periodisches Bestromen des Elektromagneten 232. Die elektrische Versorgung erfolgt wiederum durch einen elektrischen Steckanschluss 256 im Bereich des Magnetgehäuses 212.

Im Unterschied zur zweiten Ausführungsform gemäß Fig. 3 setzt sich die Trennscheibe 238 nach unten hin in ein Förderrohr 260 fort, das symmetrisch zu einer Längsachse 258 durch den Magnetkern 234 sowie das Magnetgehäuse 212 hindurch verläuft. Dieses Förderrohr 260 kann integraler Bestandteil der Trennscheibe 238 sein und zum Beispiel durch einen gegebenenfalls mehrstufigen Umformvorgang ausgebildet sein. Alternativ kann das

Förderrohr 260 mit der Trennscheibe 238 durch eine nicht dargestellte Fügeverbindung verbunden sein. Hierzu wird in die Trennscheibe 238 mittig eine Bohrung eingebracht, deren Durchmesser näherungsweise einem Außendurchmesser des anzufügenden Förderrohres 260 entspricht. An einem nicht bezeichneten unteren Ende des Förderrohres 260 befindet sich das Auslassventil 210, das für das Fluid nur in Richtung des weißen Pfeils durchgängig ist.

Im Unterschied zu den Ausführungsformen gemäß den Figuren 2,3 hat das Auslassventil 210 neben der eigentlichen Funktion als Rückschlagventil auch eine Zerstäubungsfunktion für das geförderte Fluid, was anhand der Figur 5, die eine Ausschnittvergrößerung des gestrichelt eingezeichneten Kreises in der Figur 4 darstellt, näher erläutert werden soll. Der Vorteil dieser dritten Ausführungsform ist insbesondere darin zu sehen, dass die

Dosierpumpe 200 mittels des Förderrohres 260 direkt auf einem Abgasstrang montiert werden kann. Die frei "fliegende" und somit nahezu vollständig reibungsfreie Lagerung des Ankers 222 infolge der Befestigung an der Membran 218 entspricht der bereits weiter oben erläuterten ersten und zweiten Ausführungsform.

Die Figur 5 illustriert in einer schematischen Detaildarstellung den konstruktiven Aufbau des Auslassventils 210 der Dosierpumpe 200 nach Maßgabe von Figur 4. Das Auslassventil 210 verfügt über ein Auslassventilgehäuse 270, in dem eine randseitig konische Ventilplatte 272 in einem konischen Ventilsitz 274 aufgenommen ist. Die Ventilplatte 272 ist mittels einer auf einem Ventilschaft 276 aufgenommenen Druckfeder 278 federnd im Ventilsitz 274 gehalten. Zwischen dem Ventilsitz 274 und der Ventilplatte 272 besteht ein Formschluss, so dass ein flüssigkeitsdichter Abschluss gegeben ist. Die Druckfeder 278 ist zwischen einem

Sicherungsmittel 280, beispielsweise einen Sicherungsstift oder eine Sicherungsscheibe, an einem nicht bezeichneten Ende des Ventilschaftes 276 und einem Widerlager 282 vorgespannt. Hierdurch kann das zu fördernde Fluid das Auslassventil 210 nur in Richtung der weißen Pfeile, nach dem Überschreiten eines durch die Vorspannung der Druckfeder 278 bestimmten Mindestdruckes pO durchströmen, so dass sich in Verbindung mit der konischen Ventilplatte 272 und dem hierzu korrespondierend ausgestalteten Ventilsitz 274 die gewünschte Zerstäubungswirkung ergibt, so dass die Dosierpumpe 200 das von ihr geförderte Reduktionsmittel über das Förderrohr 260 und das endseitig daran positionierte Auslassventil 210 hinreichend fein zerstäubt direkt in einen Abgasstrang mit dem zu reinigenden Abgas einspritzen kann. Ein Rückfluss des Fluids wird aufgrund der konischen Ventilplatte 272 in Verbindung mit dem konischen Ventilsitz 274 verhindert. Infolge der Zerstäubungswirkung des Auslassventils 210 wird die chemisch reaktive Oberfläche des eingesetzten Reduktionmittels so weit vergrößert, dass eine optimale Reduzierung der im Abgas enthaltenen Stickoxide NOx erreicht wird.

Claims

Ansprüche

1 . Dosierpumpe (50, 100, 200) zum Fördern einer Reduktionsflüssigkeit, insbesondere zum Fördern einer Harnstoff-Wasser-Lösung zur Reduktion von Stickoxiden in einem Abgasstrom eines Verbrennungsmotors, mit einem Einlass (56, 104, 204) und einem Auslass (60, 108, 208), die mit einem Förderraum (68, 150, 250) eines

Pumpengehäuses (52, 102, 202) in Verbindung stehen, und einem Anker (74, 120, 222), der mittels eines Elektromagneten (78, 132, 232) beweglich ist, dadurch

gekennzeichnet, dass der Anker (74, 120, 222) mittels einer elastischen Membran (66, 1 16, 218) fliegend gelagert ist, wobei die Membran (66, 1 16, 218) im Bereich des Pumpengehäuses (52, 102, 202) aufgenommen ist und die Reduktionsflüssigkeit durch periodisches Bestromen des Elektromagneten (78, 132, 232) vom Einlass (56, 104, 204) zum Auslass (60, 108, 208) förderbar ist.

2. Dosierpumpe (50, 100, 200) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass im

Bereich des Einlasses (56, 104, 204) ein Einlassventil (58, 106, 206) und im Bereich des Auslasses (60, 108, 208) ein Auslassventil (62, 108, 208) vorgesehen ist, wobei diese die Reduktionsflüssigkeit jeweils nur in einer Richtung passieren lassen.

3. Dosierpumpe (50, 100, 200) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Anker (74, 120, 222) und dem Elektromagneten (78, 132, 232) mindestens eine Druckfeder (90, 128, 230) zur Vorspannung des Ankers (74, 120, 222) vorgesehen ist.

4. Dosierpumpe (50, 100, 200) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch

gekennzeichnet, dass zwischen dem Elektromagneten (78,132,232) und dem Anker (74, 120, 222) zumindest bereichsweise eine unmagnetische Trennscheibe (76, 138, 238), insbesondere eine Austenit-Scheibe, mit einer geringfügigen Materialstärke angeordnet ist.

5. Dosierpumpe (50, 100, 200) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch

gekennzeichnet, dass die elastische Membran (66,1 16,218) mit einem Elastomer oder mit einer Edelstahllegierung gebildet ist.

6. Dosierpumpe (50, 100, 200) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (74, 120, 222) scheibenförmig ist.

7. Dosierpumpe (50, 100, 200) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch

gekennzeichnet, dass der Anker (74, 120, 222) zur radialen Positionierung mit der elastischen Membran (66, 1 16, 218), insbesondere im Bereich eines

Membranmittelpunktes (70), verbunden ist.

8. Dosierpumpe (50, 100, 200) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch

gekennzeichnet, dass mindestens ein Anschlag (92, 152, 252) für den Anker (74, 120, 222) in einem stromlosen Zustand vorgesehen ist.

9. Dosierpumpe (50, 100,200) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch

gekennzeichnet, dass der Elektromagnet (78, 132, 232) mit einer Zylinderspule (82,

136, 236) und mit einem Magnetkern (84, 134, 234) gebildet ist, die in ein

Magnetgehäuse (80, 130, 212) integriert sind.

10. Dosierpumpe (50,100,200) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch

gekennzeichnet, dass eine Ansteuerfrequenz des Elektromagneten (78, 132, 232) in einem Bereich zwischen 0,1 Hz und 100 Hz liegt.