WO2013010638A1

WO2013010638A1 - Dosierpumpe

Info

Publication number: WO2013010638A1
Application number: PCT/EP2012/002852
Authority: WO
Inventors: Robert Wellnitz; Mike Heck; Axel MÜLLER; Michael Müller; Andreas Monzen
Original assignee: Thomas Magnete GmbH
Current assignee: Thomas Magnete GmbH
Priority date: 2011-07-15
Filing date: 2012-07-06
Publication date: 2013-01-24
Anticipated expiration: 2014-01-15
Also published as: US20140127054A1; DE102011107761A1; US10047736B2; CN103765006A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Dosierpumpe, dessen Aufgabe es ist, eine einfache Fluiddosierung zu ermöglichen, eine erhöhte Lebensdauer aufzuweisen und kompakt ausgebildet zu sein. Sie wird dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange (12) mit einem Steuerkörper (30) in Wirkverbindung steht, der einen umlaufenden Dichtbereich (37) aufweist, dass der Innenumfang des Dichtzylinders (20) den Dichtbereich (37) radial umgibt, dass kolbenstangenseitig an den Dichtbereich (37) wenigstens abschnittsweise ein radial von dem Dichtzylinder (20) weiter als der Dichtbereich (37) beabstandeter Ausgleichsbereich (39) grenzt, und dass der Steuerkörper (30) nach Überfahren der Steuerkante (34) in Betätigungsrichtung (F) des Aktors (10) die Fluidverbindung zumindest überwiegend trennt.

Description

Dosierpumpe

Die Erfindung betrifft eine Dosierpumpe nach dem Oberbegriff des

Anspruchs 1.

DE 10 2004 028 889 A1 zeigt eine Dosierpumpe, umfassend einen

Dichtzylinder, eine in dem Dichtzylinder axial bewegbare Kolbenstange, ein auslassseitig an dem Dichtzylinder angeordnetes Auslassventilgehäuse und einen Auslassventilkörper. Der Dichtzylinder weist an seinem auslassseitigen Ende einen nach innen gerichteten Flansch auf, welcher eine zu dem

Auslassventilgehäuse gewandte radial abgeflachte Kante aufweist, welche Kante einen Ventilsitz für den Ventilkörper bildet. Der Dichtzylinder bildet und umfasst einen Förderraum, wobei eine in dem Förderraum angeordnete Feder gegen den Flansch abgestützt ist. Die Feder ist anderenends an der

Kolbenstange abgestützt und spannt die Kolbenstange entgegen einer

Förderrichtung vor. Einlassseitig weist das Zylinderelement axial verlaufende Schlitze auf, die eine Fluidverbindung von einem Pumpenraum zu dem

Förderraum bilden. Die Schlitze weisen eine normal zur Bewegungsachse der Kolbenstange verlaufende Steuerkante auf, welche den Förderraum begrenzt. Die Kolbenstange weist auslassseitig einen zylindrischen Vorsprung auf, wobei auf dem Vorsprung ein umlaufendes Dichtelement angeordnet ist. Nachteilig ist, dass das Dichtelement einen hohen Verschleiß aufweist, wenn das

Dichtelement sich an der Steuerkante vorbei bewegt und dabei mit dieser in Kontakt ist. Femer nachteilig entstehen in den Nuten hohe

Druckschwankungen, so dass die Kolbenstange radial wirkende Querkräfte erfährt und dadurch eine hohe Reibung der Kolbenstange an dem Dichtzylinder entsteht, wodurch die Lebensdauer der Pumpe stark eingeschränkt

ist.Schließlich ist die zu bewegende Masse der Kolbenstange groß, da der Durchmesser der Kolbenstange über deren gesamte Erstreckung an den Innendurchmesser des Dichtzylinders angepasst ist.

BESTÄTIGUNGSKOPIE EP 1 878 920 A1 zeigt eine elektromagnetische Dosierpumpe mit einer auf einen Spulenkörper aufgewickelten Spule, ein den Spulenkörper tragendes Gehäuse, einem in das Gehäuse eingelassener, einen Auslasskanal

aufweisenden Kernflansch, und einem gegenüber dem Kernflansch in dem Gehäuse eingeschraubtes Anschlussstück mit einem Einlasskanal . Der Kernflansch weist einen einen Dichtzylinder bildenden Hohlkörper auf, welcher eine annähernd hohlzylindrische Form aufweist, und den Spulenkörper annähernd über die gesamte axiale Erstreckung des Spulenkörpers durchsetzt. Ferner ist ein Aktor aus einem ferromagnetischen Anker und einer in dem ferromagnetischen Anker angeordneten Kolbenstange vorgesehen, wobei die Kolbenstange den Hohlkörper des Kernteils durchsetzt und wobei der ferromagnetische Anker in einem zwischen dem Hohlkörper des

ferromagnetischen Kernflanschs und dem Anschlussstück ausgebildeten Pumpenraum angeordnet ist. Zwischen dem Hohlkörper des ferromagnetischen Kernflansch und dem Spulenträger ist ein Fluidkanal vorgesehen, der in eine radiale Bohrung in dem zylindrischen Abschnitt des Kernteils mündet, wobei über den Fluidkanal und die radiale Bohrung aus dem Pumpenraum durch eine Hubbewegung des Ankers zu förderndes Fluid in einen zwischen der

Kolbenstange und dem Auslasskanal angeordnete Förderraum gepumpt werden kann. Nachteilg ist der den Dichtzylinder umgebende Fluidkanal vorgesehen, welcher eine kompakte Bauweise der Dosierpumpe verhindert.

Es ist die Aufgabe der Erfindung eine Dosierpumpe anzugeben, die eine einfache Fluiddosierung ermöglicht, eine erhöhte Lebensdauer aufweist und kompakt ausgebildet ist.

Diese Aufgabe wird von einer Dosierpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß umfasst die Dosierpumpe einen Pumpenantrieb mit einem axial verlagerbaren Aktor, an den eine Kolbenstange angeschlossen ist. Die Kolbenstange ist konzentrisch zu einem vorteilhaft auslassseitig angeordneten Dichtzylinder angeordnet und ragt zumindest bei betätigtem Aktor in den Dichtzylinder hinein. Der Dichtzylinder weist an seinem Innenumfang

wenigstens eine Nut zur Fluidverbindung zwischen einem den Aktor

aufnehmenden Pumpenraum und einem in dem Dichtzylinder angeordneten Förderraum auf. Dadurch wird eine einfache Fluidverbindung hergestellt, bei der das zu fördernde Fluid axial aus dem Pumpenraum in den Förderraum strömt, so dass die Dosierpumpe vorteilhaft kompakt ausgebildet und günstig hergestellt werden kann. Auslassseitig weist die Nut eine Steuerkante auf, welche Steuerkante den Förderraum in axialer Richtung der Dosierpumpe den Förderraum begrenzt. Die Kolbenstange steht mit einem Steuerkörper zumindest in Wirkverbindung, wobei der Steuerkörper einen umlaufenden Dichtbereich aufweist. Der Innenumfang der Dichtzylinders umgibt dabei zumindest den Dichtbereich des Steuerkörpers radial. Durch ein

Zusammenwirken des Dichtbereichs mit der Steuerkante des Dichtzylinders wird vorteilhaft eine kalkulierbare Verdrängung des Fluids aus der Dosierpumpe erzielt. Bei einer axialen Verlagerung des Aktors und damit der Kolbenstange wird aufgrund der Wirkverbindung auch der Steuerkörper verlagert, wobei der Steuerkörper nach einem Überfahren der Steuerkante in Betätigungsrichtung des Aktors die Fluidverbindung zwischen dem Förderraum und dem

Pumpenraum trennt. Bei der überwiegenden Trennung der Fluidverbindung können seitlich durch ein zur Beweglichkeit des Steuerkörpers in dem

Dichtzylinder ausgebildetes Spiel zwischen dem Steuerkörper und dem

Dichtzylinder Fluidleckagen auftreten, wobei vorteilhaft zumindest ein

überwiegender Teil der Fluidverbindung getrennt wird. An den Dichtbereich grenzt kolbenstangenseitig, d.h. auf der Seite des Dichtbereichs, die der Kolbenstange zugekehrt ist, wenigstens abschnittsweise ein in radialer

Richtung von dem Dichtzylinder weiter als von dem Dichtbereich beabstandeter Ausgleichsbereich an. Vorteilhaft kann ein überschüssiges Fluid bei einem Überfahren der Steuerkante mit dem Dichtbereich an dem Ausgleichsbereich entlang abfließen. Ferner muss vorteilhaft nur eine geringere Masse bei der Hubbewegung bewegt werden, so dass sich der Wirkungsgrad der Pumpe allgemein erhöht. In einer vorteilhaften Ausgestaltung verläuft die Nut parallel zur Bewegungsrichtung der Kolbenstange, wobei die Bewegungsrichtung der Kolbenstange der Betätigungsrichtung des Aktors entspricht. Hierdurch wird eine besonders kurze Bauform erreicht. Alternativ kann die Nut auch

spiralförmig am Innenumfang des Dichtzylinders vorgesehen sein.

Zu der wenigstens einen Nut ist benachbart ein Stegbereich angeordnet, dessen Innenradius dem Innenradius des Förderraums entspricht. Dadurch wird vorteilhaft eine umfangsmäßige Führung des Steuerkörpers erzielt. Ist eine Vielzahl von Nuten in dem Dichtzylinder vorgesehen, so ist jeweils ein

Stegbereich benachbart zu zwei Nuten angeordnet. Der Stegbereich weist eine Oberflächenkrümmung auf, die komplementär zu einer Krümmung des

Dichtbereichs des Steuerkörpers ausgebildet ist, wobei der Stegbereich eine Führung für den Steuerkörper bildet.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Dosierpumpe ist der Steuerkörper als Kugel ausgebildet. Eine Kugel ist vorteilhaft einfach herzustellen und weist vorteilhaft eine gleichmäßige Fluidverdrängung auf. Ferner bildet die Kugel einen linienförmigen Dichtbereich, welcher die Kugel an ihrer maximalen Ausdehnung normal zur Bewegungsachse umgibt. Bei dem Überfahren der Steuerkante mit dem Dichtbereich entsteht bedingt durch das nachgepumpte Fluid im Bereich vor der Steuerkante eine Druckerhöhung. Durch den

linienförmigen Dichtbereich wird vorteilhaft sofort nach dem Überfahren der an den Dichtbereich angrenzende Ausgleichsbereich für das Fluid erreichbar, so dass die Druckerhöhung zeitlich und in ihrer Amplitude reduziert wird. Ferner ist wegen des linienförmigen Dichtbereichs der Verschleiß von Dichtzylinder und Steuerkörper minimal.

Vorteilhaft weist die Nut in dem Dichtzylinder einen Übergangsbereich von einem Boden der Nut zum Förderraum hin auf, wobei ein schräger oder ein abgerundeter Übergangsbereich vorteilhaft vorgesehen sind. Beispielsweise kann der Verlauf des Übergangsbereichs eine linear oder exponentiell ansteigende Steigung aufweisen. Zweckmäßiger Weise steht der

Übergangsbereich zum Boden der Nut in einem Winkel von 30° bis 60°, vorzugsweise 45°, ab, und bildet damit eine Rampe u der Steuerkante. Im Gegensatz zu einer Stufe wird so vor einem Überfahren des Dichtbereichs an der Steuerkante eine scharfe Strömungsabrisskante vermieden, wodurch das zu fördernde Fluid gleichmäßiger gefördert wird. Ferner werden Druckspitzen beim Überfahren der Steuerkante vermieden.

Vorzugsweise ist der maximale Außendurchmesser der Kolbenstange kleiner als der maximale Außendurchmesser des Steuerkörpers. Hierdurch wird vorteilhaft eine geringere Masse bei einer Pumpbewegung bewegt, so dass für den Pumpenantrieb weniger Energie benötigt wird, und die sich einstellende Massenträgheit reduziert wird. Ferner ist so ein größerer Pumpenraum geschaffen, so dass bei einem Pumpvorgang eine höhere Menge Fluid in den Förderraum gefördert werden kann.

Vorteilhaft ist der Dichtzylinder aus einem Sinterwerkstoff durch sintern urgeformt. Als Sinterwerkstoffe kommen vorteilhaft Oxidkeramiken wie

Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Zirkoniumoxid, Titandioxid, Aluminiumtitanat, Mullit, Bleizirkonattitanat, vorzugsweise Dispersionskeramiken wie AI2O3, ZrO2, zum Einsatz, da diese Werkstoffe eine hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber den zu fördernden Fluiden umfassend Ottokraftstoffe, Dieselkraftstoffen und Kerosin aufweisen. Alternativ kann auch Si₃N oder SiC vorgesehen werden, die sich äußerst endkonturnah fertigen lassen. In einer bevorzugten

Ausgestaltung ist der Steuerkörper gesintert. Dabei sind er der Dichtzylinder bzw. der Steuerkörper aus einem Sintermaterial hergestellt. Der Dichtzylinder und der Steuerkörper können aber auch aus einem Kunststoff hergestellt werden. Die genannten Werkstoffe sind insbesondere gegen chemisch agressive Medien resistent.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Pumpenantrieb eine außerhalb des Pumpenraums angeordnete Spuleneinheit auf, wobei der Pumpenraum durch ein Einlassteil und ein Auslassteil begrenzt ist und durch einen Hüllabschnitt mit geschlossener Mantelfläche an dem Einlassteil und dem Auslassteil angeschlossen ist. Das Einlassteil weist dabei einen Einlasskanal und das Auslassteil weist dabei einen Auslasskanal auf. Der Hüllabschnitt dichtet den Pumpenraum gegen die Spuleneinheit ab. Vorteilhaft wird so eine einfache Trennung zwischen einem chemisch aggressiven Fluid und den die Pumpe antreibenden Komponenten geschaffen. Vorteilhaft ist der Hüllabschnitt mit entweder dem Einlassteil oder dem Auslassteil einstückig ausgebildet. Dadurch wird eine besonders einfach zu montierendes Pumpenteil geschaffen, welches die beweglichen Teile der Pumpe aufnehmen kann und den

Pumpenraum umgibt.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Dosierpumpe ist der Steuerkörper von einer Feder entgegen einer Förderrichtung vorgespannt. Dabei stützt sich die Feder bei einer losen Verbindung zwischen dem Steuerkörper und der

Kolbenstange an dem Steuerkörper ab, wodurch vorteilhaft der Steuerkörper mit der Kolbenstange zurück bewegt wird. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Aktor entgegen einer Förderrichtung durch die Feder beaufschlagt und vorgespannt. Bei einer festen Verbindung zwischen dem Steuerkörper und der Kolbenstange stützt sich die Feder vorteilhaft an dem Aktor ab, wodurch vorteilhaft eine sich an dem Steuerkörper abstützende Feder vermieden werden kann.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung sind die Kolbenstange und der Steuerkörper einstückig ausgebildet. Dabei bildet der Steuerkörper vorteilhaft eine Verlängerung der Kolbenstange. Dadurch wird eine hohe Stabilität der Kolbenstange erzielt. Ferner ist die Kolbenstange durch den Dichtbereich des Steuerkörpers an ihrem Umfang vorteilhaft geführt, wodurch äußere

Erschütterungen einen reduzierten Einfluss auf den Lauf der Kolbenstange haben. Die Wirkverbindung kann dabei vorzugsweise ein loses Anliegen des Steuerkörpers an der Kolbenstange, aber auch eine feste Materialverbindung zwischen dem Steuerkörper und der Kolbenstange sein. Es kann auch eine lösbare feste Verbindung zwischen dem Steuerkörper und der Kolbenstange vorgesehen sein, wobei dann ein vorteilhaft ein Verbindungsglied vorgesehen ist. Alternativ können der Steuerkörper und die Kolbenstange zwei fest miteinander verbundene, getrennt hergestellte Komponenten sein, wodurch vorteilhaft eine Vielzahl von Ausgleichsbereichen mit komplexen Geometrien, wie beispielsweise in Strömungsrichtung verlaufende Rippen auf dem

Steuerkörper oder der Kolbenstange, einfach hergestellt werden können.

Ferner sind alternativ der Steuerkörper und die Kolbenstange als separate Teile, die in Pumprichtung gemeinsam verschoben werden, herstellbar, wobei dann entweder zwei Federn zur einzelnen Vorspannung von Kolbenstange und Steuerkörper oder eine Feder zur gemeinsamen Vorspannung von

Kolbenstange und Steuerkörper gleichzeitig vorgesehen ist.

Vorzugsweise weist die Kolbenstange zumindest eine Nut auf, welche Nut von dem Pumpenraum in den Ausgleichsbereich mündet. Die Nut verläuft dabei zweckmäßigerweise parallel zu einer Längserstreckung der Kolbenstange.

Durch die Nut in der Kolbenstange wird vorteilhaft die zu bewegende Masse in der Dosierpume reduziert und gleichzeitig eine größere Fluidverbindung zwischen dem Förderraum und dem Pumpenraum hergestellt. Vorteilhaft ist die Nut der Kolbenstange gegenüber der Nut in dem Dichtzylinder angeordnet, so dass ein gemeinsamer Strömungskanal für die Fluidverbindung gebildet ist. Dadurch wird vorteilhaft eine konvexe Fläche in dem Strömungskanal vermieden, was eine gleichmäßigere Druckverteilung und damit Reibung an der Oberfläche des Strömungskanals zur Folge hat und dadurch eine

Blasenbildung vorteilhaft in dem Strömungskanal verringert wird. Der Pumpenantrieb ist vorteilhaft ein elektromagnetischer Antrieb mit einer den Pumpenraum umgebenden Spule, wobei ein Anker des Aktors aus einem ferromagnetischen Material ausgebildet ist und durch ein Bestromen der Spule vorteilhaft in Förderrichtung, alternativ entgegen der Förderrichtung, bewegt werden kann.

Weitere Vorteile, Eigenschaften und Weiterbildung der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen sowie aus den abhängigen Ansprüchen. Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen einer erfindungsgemäßen Dosierpumpe mit Dichtzylinder und mit einem von der Kolbenstange getrenntem Steuerkörper

Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen

Dosierpumpe mit Dichtzylinder und mit einem mit der Kolbenstange verbundenem Steuerkörper

Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer als Hubkolbenpumpe ausgebildeten Dosierpumpe 1 mit einem ein Gehäuse bildenden Einlassteil 2 und ein in das Einlassteil 2 längs eingeschobenes Auslassteil 3. Das Einlassteil 2 und das Auslassteil 3 sind Rotationskörper und zueinander konzentrisch ausgerichtet und bilden eine gemeinsame Achse A, zu welcher Achse A eine Förderrichtung F der Pumpe 1 von dem Einlassteil 2 zu dem Auslassteil 3 verläuft. Das Einlassteil 2 weist einlassseitig einen Einlassstutzen 4 mit einem Einlasskanal 5 auf. Zum Anschluss an ein Rohrleitungssystem weist der Einlassstutzen 4 ein den Einlassstutzen 4 verdickendes Mundstück auf. In einem auslassseitigen Hüllabschnitt 2a ist das Einlassteil 2 als ein Hohlzylinder ausgebildet, in dessen Innenraum ein zylindrischer Pumpenraum 6 angeordnet ist. Eine außerhalb des Einlassteils 2 angeordneter aus einer Spule und einem Spulenträger gebildete, elektromagnetische Spuleneinheit eines

Pumpenantriebs ist aufgrund der besseren Übersicht nicht gezeigt. Der

Hüllabschnitt 2a des Einlassteils 2 weist etwa ein mittleres Drittel begrenzende außenliegende Flansche 2b, 2c auf, die als Anlagefläche für ein Magnetfeld führende Teile des Pumpenantriebs dienen. Zwischen den beiden Flanschen 2b, 2c ist vorteilhaft ein Luftspalt angeordnet. Ferner weisen das Einlassteil 2 und das Auslassteil 3 eine Stufung 3d, 2d auf, welche als Anlagefläche für ferromagnetische Jochscheiben (nicht gezeigt) des Pumpenantriebs dient.

Der Einlasskanal 5 mündet über eine zylindrische Mündung 7 in den in dem Einlassteil 2 angeordneten zylindrischen Pumpenraum 6, wobei ein

Durchmesser des Pumpenraums 6 größer ist als ein Durchmesser des

Einlasskanals 5. Die Mündung 7 von dem Einlasskanal 5 in dem Pumpenraum 6 wird dabei durch eine in den Pumpenraum 6 ragende zylindrische Stufe 8 umgeben, wobei sich ein Dichtungsbereich 9 innerhalb der zylindrischen Stufe 8 ergibt. Dabei beträgt der Durchmesser des Dichtungsbereichs 9 etwa einen Mittelwert aus dem Durchmesser des Pumpenraums 6 und dem Durchmesser des Einlasskanals 5.

In dem Pumpenraum 6 ist ein Aktor 10 angeordnet, der einen

ferromagnetischen Anker 1 1 und eine mit dem ferromagnetischen Anker 1 1 fest verbundene, nicht magnetische Kolbenstange 12 umfasst. Der

ferromagnetische Anker 1 1 und die Kolbenstange 12 sind um die Achse A konzentrisch angeordnete Rotationskörper, wobei der Aktor 10 in Fig. 1 in einer Neutralstellung gezeigt ist. Der ferromagnetische Anker 1 1 weist einen

Außendurchmesser auf, welcher geringfügig kleiner ist als der

Innendurchmesser des Pumpenraums 6, so dass ein fast reibungsfreies axiales Gleiten des Aktors 10 in dem Pumpenraum 6 ermöglicht wird. Die

Kolbenstange 12 weist einen mit dem ferromagnetischen Anker 1 1 fest verbundenen Ankerbereich 13 und einen zur Auslassseite der Dosierpumpe 1 weisenden Stangenbereich 14 auf. Der Ankerbereich 13 der Kolbenstange 12 hat dabei einen etwa doppelt so großen Durchmesser wie der Stangenbereich 14. Der Ankerbereich 13 weist daher einen gegenüber dem Stangenbereich 14 abgestuften Schulterbereich auf, in welchem eine Vielzahl von parallel zu der Achse A verlaufende Bohrungen 15 den Dichtungsbereich 9 mit dem um den Stangenbereich 14 angeordneten Abschnitt des Pumpenraums 6 verbinden. Einlassseitig weist die Kolbenstange 12 einen axial auskragenden Vorsprung 16 auf, welcher Vorsprung 16 eine in Richtung der Achse A konkav gekrümmte Oberfläche 17 aufweist, wobei ein als O-Ring ausgebildetes Dichtungselement 18 um den Vorsprung 16 angeordnet ist und in der Neutralstellung den

Dichtungsbereich 9 von dem Einlasskanal 4 fluiddicht trennt. Ein in den Pumpenraum 6 eingeschobener Bereich des Auslassteils 3 ist als ein Dichtzylinder 20 ausgebildet, wobei der Außendurchmesser des

Dichtzylinders 20 dem Innendurchmesser des zylindrischen Einlassteils 2 entspricht. Der Dichtzylinder 20 weist außen eine Umlaufnut 21 auf, in die ein O-Ring 22 aufgenommen ist. Die Umlaufnut 21 wird nach außen hin von dem zylindrischen Einlassteil 2 umgeben, so dass der Pumpenraum 6 gegen eine Umwelt abgedichtet ist. Das Auslassteil 3 weist mittig an seiner Außenseite einen den Dichtzylinder begrenzenden Flansch 23 auf, wobei der Flansch 23 als Anlage für das das Auslassteil 3 bzw. den Dichtzylinder umgebende zylindrische Einlassteil 2 dient, so dass ein Einschieben des Auslassteils 3 mit dem Dichtzylinder 20 in dem Einlassteil 2 begrenzt ist.

Zwischen einer zu dem Aktor 10 gewandten Stirnseite 24 des Dichtzylinder 20 und dem Anker 11 des Aktors 10 ist eine Schraubenfeder 25 in dem

Pumpenraum 6 angeordnet. Der Dichtzylinder 20 weist einen im wesentlichen zylindrischen Innenbereich 26 auf, welcher Innenbereich 26 sich von der Stirnseite 24 bis zu einer konusförmigen Auslasseinmündung 27 eines

Auslasskanals 28 der Dosierpumpe 1 in axialer Richtung erstreckt. Der

Auslasskanal 28 ist dabei in einem Auslassstutzen 29 des Auslassteils 3 angeordnet. In dem zylindrischen Innenbereich 26 des Auslassteils 3 ist ein kugelförmiger Steuerkörper 30 angeordnet, dessen Außendurchmesser dem Innendurchmesser des Innenbereichs 26 entspricht. Ein Dichtbereich 37 wird dabei als die sich linienförmig ergebenden Berühungsfläche 37 des

Steuerkörpers 30 zu einer Innenfläche des Innenbereichs 26 definiert. Dabei bildet die Oberfläche des Steuerkörpers 30 hinter dem Dichtbereich 37 einen Ausgleichsbereich 39. Der Ausgleichsbereich 39 ist dabei weiter von der Innenfläche des Dichtzylinders 20 entfernt als der Dichtbereich 37. Dadurch wird hinter dem Dichtbereich 37 ein vergrößerter Fluidspalt zwischen dem Steuerkörper 30 und dem Dichtzylinder 20 ausgebildet.

In der Innenfläche des Innenbereichs 26 sind umlaufend eine Vielzahl von Nuten 31 mit einem trapezförmigen, fast rechteckigen Querschnitt eingelassen, die sich parallel zu der Achse A und etwa über die Hälfte der axialen

Erstreckung des Innenbereichs 26 erstrecken. Jeder Nutboden 32 einer jeden Nut 31 weist dabei einen größeren Abstand zu der Achse A auf als die

Innenfläche des Innenbereichs 26. Eine auslassseitige Endwandung 33 jeder Nut 31 bildet dabei an dem Übergang zu der Innenfläche des Innenbereichs 26 eine Steuerkante 34 der Dosierpumpe 1. Zwischen jeweils zwei benachbarten Nuten 31 ist jeweils ein Steg 35 angeordnet, wobei die Stege 35 Teil der Innenfläche des Innenbereichs 26 sind und so mit dem Dichtbereich 37 des Steuerkörpers 30 in Kontakt stehen. Die Kolbenstange 12 weist an ihrer auslassseitigen Stirnseite 36 eine konkave Wölbung auf, die als Kalotte an die Kugelkontur des Steuerkörpers angepasst ist, wobei die Stirnseite 36 mit dem Steuerkörper 30 fest verbunden ist. Der Raum zwischen dem Auslasskanal 28 und der Steuerkante 34 ist als Förderraum 38 definiert. In dem Auslasskanal 28 ist ein Auslassventil 40 angeordnet, wobei ein konusförmiger, in Förderrichtung gewandter Ventilsitz 41 in einer

Innenwandung 42 des Auslasskanals 28 angeordnet ist. Dem Ventilsitz 41 ist gegenüber in dem Auslasskanal 28 ein Einsatzelement 43 angeordnet, welches einen in den Auslasskanal 28 ragenden Vorsprung 44 aufweist. Eine zwischen dem Einsatzelement 43 und dem Ventilsitz 41 angeordnete und sich an dem Vorsprung 44 einenends abstützende Ventilfeder 45 spannt dabei einen Auslassventilkörper 46 entgegen der Förderrichtung F vor.

Die Dosierpumpe 1 funktioniert wie folgt:

In der in Fig. 1 gezeigten Stellung befindet sich die Dosierpumpe 1 in einer Neutralstellung. Der (nicht gezeigte) Pumpenantrieb übt dabei keine Kraft auf den Aktor 10 aus, so dass der Aktor 10 durch die Vorspannung der Feder 25 entgegen der Förderrichtung F der Dosierpumpe 1 mit dem Dichtungselement 18 auf den Einlasskanal 5 beaufschlagt ist und den Einlasskanal 5 von dem Dichtungsraum 9 und dem mit dem Dichtungsraum 9 sonst durch die

Bohrungen 15 in Fluidverbindung stehenenden Pumpenraum 6 trennt. Der Aktor 10 wird bei Erregen des ferromagnetischen Ankers 11 entgegen der Vorspannung der Feder 25 in Förderrichtung F durch eine Bestromung der Spule verlagert, wobei der Steuerkörper 30 mit dem linienförmigen

Dichtungsbereich 37 auf die Steuerkante 34 zu bewegt wird. Dabei zirkuliert Fluid zwischen dem Pumpenraum 6 und dem Förderraum 38 durch die Nuten 31 vorbei an dem Steuerkörper 30 , wobei auch sich im Bereich des Ausgleichsbereichs 39 des Steuerkörpers 30 befindliches Fluid in die Nut 31 nachgesogen bzw. gedrückt wird. Solange die Fluidverbindung über die Nuten 31 zwischen dem Pumpenraum 6 und dem Förderraum 38 besteht, kann das Fluid bei Vorschub des Steuerkörpers 30 und der Kolbenstange 12

ausweichen, so dass kein Fluid über das auslassseitige Rückschlagventil 46, 41 in den Auslass gelangt. Gleichzeitig öffnet sich einlassseitig der Dichtbereich 9, wobei das Dichtungselement 8 von dem Einlasskanal 5 abhebt und so ein Nachströmen von Fluid aus dem Einlasskanal 5 in den Pumpenraum 6 über den Dichtungsraum 9 und die Bohrungen 15 ermöglicht.

Sobald der Steuerkörper 30 mit dem linienförmigen Dichtungsbereich 37 die Steuerkante 34 überfährt, wird die in den Nuten 31 bestehende

Fluidverbindung von dem Pumpenraum 6 in den Förderraum 37 unterbrochen. Damit bremst der Steuerkörper 30 die Fluidverbindung vollständig, jedenfalls bis auf kleinsten Schlupf vollständig (ca. 98%) und jedenfalls zumindest überwiegend. Wird der Aktor 10 und damit der Steuerkörper 30 weiter in Förderrichtung bewegt, wird das in dem Förderraum 38 befindliche Fluid entgegen der Vorspannung der Auslassventilfeder 45 aus dem Förderraum 38 in den Auslasskanal 28 gedrückt. Durch die definierte Unterbrechung und den definierten Hub wird eine genau dosierte Fluidmenge bei vollständigem Hub ausgestoßen, so dass sich die Dosierpumpe 1 leicht und zuverlässig steuern lässt.

Durch die plötzliche Unterbrechung der Fluidverbindung zwischen dem

Förderraum 38 und dem Pumpenraum 6 entsteht durch das durch den Aktor 10 nachgepumpte Fluid eine Druckerhöhung in einem Bereich hinter dem

Dichtbereich 37 des Steuerkörpers 30. Durch die größer werdende

Querschnittsfläche des Raums im Bereich des Ausgleichsbereichs 39 steht dem Fluid vorteilhaft ein Expansionsraum zur Verfügung, in den das Fluid bei Abtrennung der Fluidverbindung strömen bzw. expandieren kann. Ferner kann das Fluid durch die Bohrungen 5 in der Kolbenstange 12 aus dem

Pumpenraum 6 in den Dichtraum 9 gelangen, so dass auch hierdurch ein teilweiser Druckausgleich in dem Pumpenraum 6 möglich ist. Insbesondere nach erneutem Überfahren der Steuerkante 34 bei einem Rückhub unter der Vorspannung der Feder 25 ist die Fluidverbindung zwischen Förderraum 38 und dem Pumpenraum 6 wiederhergestellt, und der beim Rückhub entstehende Unterdruck im Bereich des Förderraums 38 wird über nachströmendes Fluid durch die Nuten 31 wieder aufgefüllt, solange der Aktor 10 noch nicht seine dichtende Ausgangsstellung wieder eingenommen hat.

Die Dosierpumpe 1 ist vorteilhaft einfach zu montieren. In das Einlassteil 2 wird der Aktor 10 mit dem angebundenen Steuerkörper 30 eingeschoben.

Anschließend wird die Feder 25 um den Steuerkörper 30 in den zylindrischen Pumpenraum 6 eingesetzt, bis sie zu einer Anlage an dem Aktor 10 gelangt. Zu letzt wird das Auslassteil 3 mit den äußeren Dichtungen 22 und dem

Auslassventil 40 in das Einlassteil 2 eingeschoben, bis der Flansch 23 an dem Einlassteil 2 anliegt.

Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt eines Pumpenraums 106 eines zweiten

Ausführungsbeispiel einer Dosierpumpe 101 , wobei die Bezugszeichen gleicher oder ähnlicher Bauteile um 100 inkrementiert wurden. Nicht beschriebene Teile entsprechen den Teilen des ersten Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1.

Eine in dem Pumpenraum 106 angeordnete Kolbenstange 112 ist mit einem Steuerkörper 130 einstückig aus einer Keramik wie AI2O3 gesintert ausgebildet, wobei der Steuerkörper 130 eine Verlängerung der Kolbenstange 112 darstellt. Die Kolbenstange 112 ist dabei mit dem Steuerkörper 130 in einem

zylindrischen Dichtzylinder 120 beweglich entlang einer durch den zylindrischen Dichtzylinder 120 gebildeten Achse 10A geführt. Eine Förderrichtung 10F der Dosierpumpe 101 verläuft dabei parallel zu der Achse 10A von dem

Pumpenraum 106 in Richtung des Dichtzylinders 120.

Auslassseitig ist in den Dichtzylinder 120 ein Mündungselement 150

eingelassen. Das Mündungselement 150 umfasst einen Metallkern 151 und einen den Metallkern 151 außen und einlass- und auslassseitig umgebenden Kunststoffmantel 152 und ist als Rotationskörper ausgebildet. Der Metallkern 151 ragt dabei weiter in Richtung der Achse 10A als der Kunststoffmantel 152. Das Mündungslelement 150 bildet eine zu der Kolbenstange 112 gerichtete gestufte Mündung 127, wobei in dem Metallkern 151 eine zylindrische

Auslassbohrung 153 angeordnet ist, die eine innere erste Stufe 154 nach innen begrenzt und definiert. Da der Metallkern 151 weiter nach innen ragt als der Kunststoffmantel 152, bildet der Kunststoffmantel 152 gegenüber dem

Metallkern 151 eine weiter außen gelegene zweite Stufe 155. Der

Kunststoffmantel 52 weist eine der Kolbenstange 112 zugewandte Stirnseite 156 auf, die innen von der zweiten Stufe 155 begrenzt ist und in einem

Außenbereich 157 eine Wellenform annimmt, wobei der Außenbereich 157 mit einer in auslassseitiger Richtung gewandten, nach innen ragende Schulter 158 des Dichtzylinders 120 verstemmt ist.

Die Kolbenstange 112 weist an ihrer Oberfläche eine Vielzahl halbkreisförmiger Umfangsnuten 115 auf, die sich von einem einlassseitigen Ende 160 der Kolbenstange 112 bis zu dem Steuerkörper 130 erstrecken und in einem in Förderrichtung 10F exponentiell ansteigenden Ausgleichsbereich 139 in einen zylindrischen Dichtbereich 137 des Steuerkörpers 130 übergehen. Der

Dichtbereich weist eine axiale Erstreckung auf und entspricht damit einer zylindrischen Mantelfläche als Steuerkörper 130, die umlaufend ausgebildet ist. Zwischen zwei Umfangsnuten 1 5 weist die Kolbenstange 112 Stege 161 , deren Außendurchmesser einem Außendurchmesser des Dichtbereichs 137 entspricht. An Ihrer auslassseitigen Förderstirnseite 166 weist die Kolbenstange 112 bzw. der Steuerkörper 130 einen zylindrischen Vorsprung 162 auf, von dem eine Zylinderstufe 163 absteht, wobei der zylindrische Vorsprung 162 einen Durchmesser aufweist, der einem Innendruchmesser der

Auslassbohrung 153 in dem Metallkern 151 des Mündungselements 150 entspricht. Ein Außendurchmesser der Zylinderstufe 163 entspricht einem Innendurchmesser der zweiten Stufe 155 des Kunststoffmantels 152 entspricht, so dass die Kolbenstange 112 bzw. der Steuerkörper 130 zu der

Auslasseinmündung 127 komplementär ausgebildet ist. Der

Außendurchmesser eines auslassseitigen Förderbereichs 164 des

Steuerkörpers 130 ist kleiner als der Außendurchmesser des Dichtbereichs 137, wobei ein trichterförmiger Übergangsbereich 165 zwischen dem dem Dichtbereich 137 und dem Förderbereich 164 ausgebildet ist.

Der Dichtzylinder 120 definiert durch seine Innenflächen einen Innenbereich 126, welcher sich von einer einlassseitigen Stirnseite 124 bis zu dem

Auslasseinmündung 127 erstreckt, wobei beginnend an der Stirnseite 124 bis zu etwa zwei Dritteln der Längserstreckung des Innenbereichs 126

halbkreisförmige Nuten 131 angeordnet sind. Eine auslassseitige Endwand 133 der Nuten 131 verläuft im Wesentlichen exponentiell in Förderrichtung 10F und normal zu der Förderrichtung 10F, wobei zwischen der Innenfläche des

Innenbereichs 136 und der Endwand 133 eine parabelförmige Steuerkante 134 gebildet ist, deren Scheitelpunkt in Auslassrichtung weist. Der auslassseitig vor dem Scheitelpunkt der Steuerkante 134 liegende Raum ist als Förderraum 138 definiert.

Die Anzahl der Nuten 131 entspricht der Anzahl der Umfangsnuten 115 der Kolbenstange 112, wobei die Nuten 131 gegenüber den Umfangsnuten 115 angeordnet sind, so dass sich eine vollkreisförmige Röhre ergibt. Zwischen zwei Nuten 131 sind Stege 135 angeordnet, wobei die Stege 135 Teil der Innenfläche des Innenbereichs 126 sind und so mit dem Steuerkörper 130 und der Kolbenstange 112 in Kontakt stehen und diese gleitend führen.

Das zweite Ausführungsbeispiel funktioniert wie folgt: Wird die Kolbenstange 112 und damit der Steuerkörper 130 in Förderrichtung bewegt, so überfährt der Dichtbereich 137 die Steuerkante 134 Und trennt dadurch eine Fluidverbindung zwischen dem Förderraum 138 und dem

Pumpenraum 106. Die Fluidverbindung wird aufgrund der Parabelform der Steuerkante 134 allmählich geschlossen, so dass eine starke Druckerhöhung in einem dem Pumpenraum 106 angeschlossenen Bereich nahe der Steuerkante 134 verringert wird. Ferner kann Fluid aus dem zwischen dem Dichtbereich 137 und einem Nutboden 132 angeordneten Bereich über den Ausgleichsbereich 139 des Steuerkörpers abströmen und so Druck entlasten. Eine weitere Bewegung des Steuerkörpers 130 drängt das in dem Förderraum 138 befindliche Fluid in die Auslasseinmündung 127, wobei aufgrund der im wesentlichen senkrecht zu Förderrichtung 10F verlaufenden Förderstirnfläche eine besonders hohe Verdrängung des Fluids statt findet. Für Einzelheiten kann das zu Fig. 1 erläuterte entsprechend angewendet werden.

Nicht gezeigt ist in Fig. 2 ein die Kolbenstange 112 umgebender Anker, wobei vorzugsweise zu den halbkreisförmigen Umfangsnuten 115 komplementär ausgebildete halbkreisförmige Gegenbohrungen in dem Anker angeordnet sind, die den Umfangsnuten 115 gegenüber angeordnet sind und analog zu den Nuten 131 mit den Umfangsnuten 115 vollkreisförmige Einlassröhren bilden. Die Einlassröhren haben aufgrund der durchgehenden Umfangsnuten 115 den gleichen Abstand zu der Achse 10A wie die Röhren im Bereich des

Dichtzylinders 120, so dass vorteilhaft Reibungsverluste der Dosierpumpe aufgrund reduzierter Hindernisse im Strömungspfad des Fluids verringert werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE

Dosierpumpe, umfassend

einen Pumpenantrieb mit einem axial verlagerbaren Aktor (10; 110), an den eine Kolbenstange (12; 112) angeschlossen ist; und

einen zu der Kolbenstange (12; 112) konzentrisch angeordneten Dichtzylinder (20; 120);

wobei der Dichtzylinder (20; 120) an seinem Innenumfang wenigstens eine Nut (31 ; 131) zur Fluidverbindung zwischen einem den Aktor (10; 110) aufnehmenden Pumpenraum (6; 106) und einem in dem

Dichtzylinder (20; 120) vorgesehenen Förderraum (38; 138) aufweist, wobei eine Steuerkante (34; 134) der Nut (31 ; 131) den Förderraum (38 138) begrenzt,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Kolbenstange (12; 112) mit einem Steuerkörper (30; 130) in Wirkverbindung steht, der einen umlaufenden Dichtbereich (37; 137) aufweist,

dass der Innenumfang des Dichtzylinders (20; 20) den Dichtbereich (37; 137) radial umgibt,

dass kolbenstangenseitig an den Dichtbereich (37; 137) wenigstens abschnittsweise ein radial von dem Dichtzylinder (20; 120) weiter als de Dichtbereich (37; 137) beabstandeter Ausgleichsbereich (39; 139) grenzt, und

dass der Steuerkörper (30; 130) nach Überfahren der Steuerkante (34; 134) in Betätigungsrichtung (F; 10F) des Aktors (10; 110) die

Fluidverbindung zumindest überwiegend trennt.

Dosierpumpe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkörper (30; 130) und die Kolbenstange (12; 112) einstückig ausgebildet sind. Dosierpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (31 ; 131) parallel zur Bewegungsrichtung der Kolbenstange (12; 1 12) verläuft, und dass der wenigstens einen Nut (31 ; 131) benachbart ein Stegbereich (35; 135) vorgesehen ist, dessen Innendurchmesser dem Innendurchmesser des Förderraums (38; 138) entspricht.

Dosierpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch

gekennzeichnet, dass die Nut (31 ; 131) einen Übergangsbereich (33; 133) von einem Boden (32; 132) der Nut (31 ; 131) zu dem Förderraum (38; 138) hin aufweist.

Dosierpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch

gekennzeichnet, dass der maximale Außendurchmesser der

Kolbenstange (12; 112) kleiner ist als der maximale Außendurchmesser des Steuerkörpers (30; 130).

Dosierpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch

gekennzeichnet, dass der Dichtzylinder (20; 120) und/oder der

Steuerkörper (30; 130) aus einem Sintermaterial oder einem Kunststoff hergestellt ist.

Dosierpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch

gekennzeichnet, dass der Pumpenantrieb einen außerhalb des

Pumpenraums angeordnete Spuleneinheit aufweist, dass der

Pumpenraum (6; 106) durch ein Einlassteil (2) mit einem Einlasskanal (5) und ein Auslassteil (3) mit einem Auslasskanal (28) begrenzt ist, und dass ein Hüllabschnitt (2a) mit geschlossener Mantelfläche an dem Einlassteil (5) und dem Auslassteil (3) angeschlossen ist, der den Pumpenraum (6; 106) gegen die Spuleneinheit abdichtet, wobei der Hüllabschnitt (2a) vorzugsweise mit entweder dem Einlassteil (5) oder dem Auslassteil (3) einstückig ausgebildet ist.

8. Dosierpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch

gekennzeichnet, dass eine Feder (25; 125) den Steuerkörper (30; 130) und vorzugsweise den Aktor (10; 110) entgegen einer Förderrichtung (F; 10F) vorspannt.

9. Dosierpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch

gekennzeichnet, dass der Steuerkörper (30; 130) als Kugel ausgebildet ist.

10. Dosierpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch

gekennzeichnet, dass die Kolbenstange (112) parallel zu ihrer

Längserstreckung verlaufende Nuten (115) aufweist.