-
Die Erfindung betrifft eine Magnetpumpe für ein Hilfsaggregat eines Fahrzeugs mit einem Einlass und einem Auslass, einem Elektromagneten, der einen translatorisch bewegbaren Anker, einen Kern, eine Spule und ein Joch aufweist, einem Axialkolben, der in einem Zylinder auf- und abbewegbar ist, einem ersten Rückschlagventil, welches gegen den Axialkolben vorgespannt ist und einem zweiten Rückschlagventil, welches gegen eine Auslassöffnung des Zylinders vorgespannt ist.
-
Derartige Magnetpumpen werden beispielsweise zur Bereitstellung des Drucks zur hydraulischen Verstellung eines Ventilschiebers einer über eine Riemenscheibe angetriebener Kühlmittelpumpe verwendet, deren Volumenstrom auf diese Weise regelbar ist.
-
Durch wechselnde Bestromung der Spule mit Taktzeiten im ms-Bereich wird bei diesen Pumpen ein Anker des Elektromagneten und mit diesem Anker ein Axialkolben, welcher eine axiale Durchgangsbohrung aufweist, in einem Zylinder auf- und ab bewegt. Die Durchgangsbohrung wird an ihrem zum Auslass gerichteten Ende durch ein Rückschlagventil, welches ebenfalls im Zylinder angeordnet ist, verschlossen. Die Ausstoßbewegung erfolgt gegen ein weiteres Rückschlagventil, welches gegen einen Auslass des Zylinders anliegt. Beim Rückstellen des Ventils erfolgt ein Füllen des Zylinders, da dessen Auslass durch das zweite Rückschlagventil verschlossen wird und das erste Rückschlagventil vom Axialkolben aufgrund des im Zylinder aufgrund der Rückwärtsbewegung entstehenden Unterdrucks abgehoben wird. Durch erneute Bestromung erfolgt ein erneutes Ausschieben des Fluids aus dem Zylinder.
-
Entsprechend entsteht ein stoßweises Pumpen durch Bestromung und Nichtbestromung der Spule des Elektromagneten.
-
Eine derartige elektrische Fluidpumpe ist beispielsweise aus der
EP 0 288 216 A1 bekannt. Um ein unerwünschtes Abbremsen des Kolbens beziehungsweise des Ankers durch die axiale Bewegung des Ankers und der hierdurch an den gegenüberliegenden axialen Enden des Ankers entstehenden Über- oder Unterdrücken, werden die beiden Räume vor und hinter dem Anker über axial verlaufende Nuten oder entsprechende Ausformungen der Führung oder des Ankers miteinander verbunden, so dass ein Druckausgleich stattfinden kann.
-
Eine andere Magnetpumpe oder Schwingankerpumpe wird in der
WO 2011/029577 A1 offenbart. Bei dieser Pumpe ist der Axialkolben nicht fest mit dem Anker verbunden, sondern wird lediglich über eine Druckfeder gegen den Anker gedrückt. Auf diese Weise ist die Einheit aus Kolben und Anker kostengünstiger herstellbar, da ein Versatz der Führungen ausgeglichen werden kann.
-
Diese bekannten Magnetpumpen haben jedoch den Nachteil, dass keine schnelle Rückström- und keine fail-safe Funktion gegeben sind. Dies bedeutet beispielsweise für die Anwendung zur Verstellung eines Verstellringes einer Kühlmittelpumpe, dass bei durch den Verstellring geschlossener Kühlmittelpumpe und Ausfall der Magnetpumpe, der Druck in der Verstellkammer nur sehr langsam durch Leckagen über die Magnetpumpe abgebaut werden kann oder zusätzliche Ablassventile verwendet werden müssen. Andernfalls kann es beispielsweise bei der Verwendung an einer hydraulisch regelbaren mechanischen Kühlmittelpumpe zu einer Überhitzung des Verbrennungsmotors mit den entsprechenden Folgeschäden kommen. Für eine schnelle Positionierung des Verstellrings muss daher auch eine schnelle Rückströmung gewährleistet werden.
-
Eine Schwingankerpumpe mit fail-safe Funktion ist aus der nachveröffentlichten
DE 10 2013 112 306 A1 bekannt. Bei dieser Pumpe erfolgt der Pumpbetrieb zwischen zwei Stellungen, die bei Teil- oder Vollbestromung angefahren werden. Ohne Bestromung werden die beiden axial aufeinander sitzenden Teile des Axialkolbens voneinander abgehoben, um in dieser Rückströmposition einen Strömungsweg zwischen dem Einlass und dem Auslass freizugeben.
-
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Magnetpumpe für ein Hilfsaggregat eines Fahrzeugs bereitzustellen, mit der bei Ausfall oder bei gewolltem Abschalten des Elektromagneten ein schneller Rückfluss durch die Pumpe ermöglicht werden kann, was am Beispiel der Kühlmittelpumpe zu einer Entlastung des Verstellrings und somit zu einer Maximalförderung der Kühlmittelpumpe führt. Auch soll auf zusätzlich angesteuerte Ventile zum Ablassen des Drucks verzichtet werden können. Die Anzahl der zu montierenden Teile soll möglichst reduziert werden.
-
Diese Aufgabe wird durch eine Magnetpumpe mit den Merkmalen des Hauptanspruchs 1 gelöst.
-
Dadurch, dass der Axialkolben eine Axialbohrung aufweist und einstückig ausgebildet ist und die Magnetpumpe ein erstes Dichtelement am Axialkolben aufweist, das in jeder Position des Ankers gegen eine korrespondierende erste Dichtfläche am Innenumfang des Zylinders anliegt und ein zweites Dichtelement aufweist, das von einer korrespondierenden zweiten Dichtfläche in einer Rückströmposition abgehoben ist, wobei in der Rückströmposition über einen Spalt zwischen dem zweiten Dichtelement und der zweiten Dichtfläche eine fluidische Verbindung zwischen dem Einlass und dem Auslass besteht, wird eine Durchströmung der Pumpe und insbesondere eine Rückströmung aus einem durch den Pumpendruck zu befüllenden Druckraum möglich, ohne ein zusätzlich angesteuertes Ventil verwenden zu müssen. Somit wird eine Rückströmposition beispielsweise für den Anwendungsfall einer über einen Schieber geregelten Kühlmittelpumpe geschaffen. Dies wird dadurch ermöglicht, dass bei Nichtbestromung der Spule der Anker oder der Axialkolben in eine Position bewegt wird, in der der Durchströmungsspalt freigegeben wird.
-
Vorzugsweise weist die Magnetpumpe eine erste Druckfeder auf, über die der Axialkolben in Richtung einer ersten Betriebsstellung belastet ist, wobei die durch die Federkraft der ersten Druckfeder verursachte Bewegung des Axialkolbens durch einen Anschlag begrenzt ist. Entsprechend werden die beiden Endstellungen der Pumpe im Betrieb festgelegt, wodurch die Empfindlichkeit der Magnetpumpe bei leicht schwankenden Spannungen keinen Einfluss auf die angefahrenen Endstellungen des Axialkolbens nimmt.
-
Zusätzlich weist die Magnetpumpe eine zweite Druckfeder auf, welche eine geringere Federstärke aufweist als die erste Druckfeder, und über die das zweite Dichtelement in Öffnungsrichtung belastet ist. Diese zweite Feder sorgt somit entweder direkt oder indirekt über zwischengeschaltete Bauteile dafür, dass in einem nicht bestromten Zustand des Elektromagneten das zweite Dichtelement von der Dichtfläche abgehoben wird, wodurch auf einfache Weise eine Rückströmposition angefahren werden kann.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind das zweite Dichtelement am Außenumfang des Axialkolbens und die zweite Dichtfläche am Innenumfang des Zylinders ausgebildet. Bei dieser Ausführung kann auf zusätzliche Bauteile verzichtet werden, so dass die Montage und Herstellung kostengünstig erfolgen kann.
-
Dabei ist das zweite Dichtelement vorteilhafterweise in der Rückströmposition axial außerhalb der Dichtfläche angeordnet und der Spalt ist zwischen dem Zylinder und dem Axialkolben freigegeben. Der notwendige Spalt zur Verbindung des Einlasses mit dem Auslass wird entsprechend durch einfache Verstellung des Axialkolbens freigegeben.
-
In einer hierzu weiterführenden Ausführung sind die beiden Dichtflächen am Innenumfang des Zylinders ausgebildet, der abgestuft ausgebildet ist, eine Querbohrung aufweist und von einem Außengehäuse umgeben ist, welches in einem ersten Abschnitt, welcher vom Auslass bis zur Querbohrung reicht, radial beabstandet zum Zylinder angeordnet ist und im Folgenden, näher zum Einlass angeordneten Abschnitt den Zylinder dichtend umgibt, wobei die zweite Dichtfläche radial innerhalb des zweiten axialen Abschnitts angeordnet ist. Entsprechend kann in der Rückströmposition im ersten Abschnitt ein Fluss zwischen dem Außengehäuse und dem den Axialkolben aufnehmenden Zylinder erfolgen, der anschließend über die Querbohrung und den freigegebenen Spalt und die Querbohrungen des Axialkolbens in Richtung des Einlasses oder in umgekehrter Fließrichtung erfolgen.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die erste Druckfeder zwischen einer Auflagefläche und einem axial verformbaren, federnden Element eingespannt, das in beiden Betriebsendstellungen in Richtung eines Anschlags gespannt ist und gegen einen Absatz des Axialkolbens anliegt und in der Rückströmposition gegen einen der Anschläge anliegt und vom Axialkolben axial beabstandet ist. Entsprechend wirkt die stärkere, erste Druckfeder lediglich über den Ring auf den Axialkolben, der bei fehlender Bestromung der Spule lediglich durch die schwächer ausgelegte zweite Druckfeder in die Rückströmposition gedrückt wird. Die Steuerung zur Bestromung zwischen den beiden Betriebsendstellungen wird so deutlich vereinfacht. Durch die axiale Verformbarkeit des Ringes wird einerseits der Anschlag gedämpft und andererseits Energie für die Rückstellung gespeichert, so dass die folgende Bewegung beschleunigt wird.
-
In einer alternativen bevorzugten Ausführungsform ist das zweite Dichtelement durch ein Ventilglied gebildet, welches mit einer als Ventilsitz ausgebildeten Dichtfläche korrespondiert, die an einem axialen Ende einer Bohrung in einem Strömungsgehäuse ausgebildet ist. Entsprechend können die Strömungswege in der Rückströmposition außerhalb des magnetischen Kreises platziert werden und sind somit frei wählbar.
-
In einer hierzu weiterführenden Ausführungsform ist das Ventilglied in der Rückströmposition axial beabstandet vom Ventilsitz angeordnet und der Spalt ist zwischen dem Ventilglied und dem Ventilsitz und entlang der Bohrung im Strömungsgehäuse freigegeben. Entsprechend kann die Größe des Spaltes weitestgehend frei gewählt werden.
-
In dieser bevorzugten Ausbildung ist es vorteilhaft, wenn die zweite Druckfeder den Anker in der Rückströmposition über ein Betätigungsglied, welches zumindest abschnittsweise in der Bohrung im Strömungsgehäuse angeordnet ist, gegen das Ventilglied belastet. Die Rückströmposition des zweiten Ventilgliedes ist somit nicht von der Stellung des Axialkolbens, sondern lediglich von der Position des Ankers abhängig, so dass kleinere Federkräfte der zweiten Druckfeder notwendig sind.
-
Vorzugsweise ist bei dieser Ausführungsform der Anker im Strömungsgehäuse gelagert und auf dem Axialkolben axial verschiebbar, wobei am Axialkolben ein Absatz ausgebildet ist, gegen den der Anker in den Betriebsstellungen anliegt. Somit wird die Bewegung des Ankers aufgrund des Stromflusses in der Spule über den Absatz auf den Axialkolben übertragen, der einerseits im Zylinder und andererseits über eine Öffnung im Anker durch die der Axialkolben angrenzend zum Absatz dringt, und somit über den Anker gelagert ist.
-
Der Axialkolben liegt bei dieser vorteilhaften Ausführung in der Rückströmposition gegen einen Anschlag am Strömungsgehäuse oder am Kern an. Dies erleichtert die Montage, da keine zusätzlichen Anschläge montiert werden müssen und verhindert eine ungewollte Verschiebung des Axialkolbens beim Anfahren der Rückströmposition.
-
Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn der Zylinder im Strömungsgehäuse radial innerhalb des Kerns des Elektromagneten angeordnet ist. Durch eine derartige Anordnung wird der benötigte axiale Bauraum verkürzt.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung ist der Auslass am zum Anker entgegengesetzten axialen Ende des Strömungsgehäuses und radial innerhalb des Kerns angeordnet, wodurch erneut der axiale Bauraum verkleinert und die Montage vereinfacht wird. Der Pumpdruck wird dabei weiterhin durch die magnetischen Kräfte erzeugt.
-
In einer hierzu weiterführenden vorteilhaften Ausführung ist in der Rückströmposition die fluidische Verbindung zwischen dem Auslass und dem Einlass über einen Raum freigegeben, in dem der Anker gleitend angeordnet ist, wobei am Axialkolben Querbohrungen und am Anker Durchgangsbohrungen und das Betätigungsglied ausgebildet sind.
-
Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn in der Magnetpumpe ein federndes Element angeordnet ist, welches axial zwischen dem Anker und einem Ring angeordnet ist und in der Betriebsstellung, in der der Anker und der Ring am Kern anliegen, komprimiert ist. Durch eine derartige Anordnung wird einerseits der Anschlag des Ankers am Kern gedämpft und andererseits Energie im federnden Element gespeichert, die eine schnellere Rückstellung des Ankers ermöglicht.
-
Es wird somit eine Magnetpumpe, insbesondere für ein Hilfsaggregat eines Fahrzeugs geschaffen, die bei Ausfall des Elektromagneten oder dessen Nichtbestromung einen Zustand aufweist, in der die Pumpe in beide Richtungen frei durchströmt werden kann, was lediglich durch die Stellung des Axialkolbens oder des Ankers verwirklicht wird. So kann auf ein zusätzliches anzusteuerndes Ventil zur Freigabe der fluidischen Verbindung zwischen Einlass und Auslass verzichtet werden. Selbstverständlich kann diese Position auch bewusst zum Öffnen der Verbindung angefahren werden. Stöße durch die Bewegung des Axialkolbens beziehungsweise des Ankers werden zuverlässig vermieden. Gleichzeitig wird ein unerwünschter hydraulischer Gegendruck, der eine erhöhte Magnetkraft erfordern würde, verhindert. Das vorgeschlagene Ventil weist eine reduzierte Bauteileanzahl auf und ist einfach zu montieren.
-
Drei Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Magnetpumpen sind in den Figuren dargestellt und werden nachfolgend beschrieben.
-
Die 1 zeigt eine Seitenansicht einer ersten Ausführung einer erfindungsgemäßen Magnetpumpe in geschnittener Darstellung.
-
Die 2 zeigt eine Seitenansicht einer zweiten Ausführung einer erfindungsgemäßen Magnetpumpe in geschnittener Darstellung.
-
Die 3 zeigt eine Seitenansicht einer dritten Ausführung einer erfindungsgemäßen Magnetpumpe in geschnittener Darstellung.
-
Die in der 1 dargestellte Magnetpumpe weist einen Elektromagneten 10.1 auf, der sich aus einer auf einen Spulenträger 12.1 gewickelten Spule 14.1, einem Joch 16.1, sowie einem Kern 18.1 und einem beweglichen Anker 20.1 zusammensetzt. Durch Bestromen der Spule 14.1 wird der Anker 20.1 durch die auftretenden magnetischen Kräfte in bekannter Weise in Richtung des Kerns 18.1 gezogen.
-
Die Magnetpumpe weist ein Einlassgehäuse 22.1, in dem ein Einlass 24.1 für ein Fluid ausgebildet ist, und ein Strömungsgehäuse 26.1 auf, in dem ein Auslass 28.1 für das Fluid ausgebildet ist und welches an der zum Einlassgehäuse 22.1 axial gegenüberliegenden Seite des Elektromagneten 10.1 angeordnet ist. Der zwischen dem Kern 18.1 und dem Einlassgehäuse 22.1 angeordnete Anker 20.1 weist an seinem zum Strömungsgehäuse 26.1 weisenden axialen Ende einen Konus 30.1 auf, der bei Vollbestromung der Spule 14.1 in eine korrespondierend geformte Ausnehmung 32.1 des Kerns 18.1 ragt. Des Weiteren weist der Anker 20.1 eine zentrale axiale Durchgangsbohrung 34.1 auf, die in eine Axialbohrung 36.1 eines Axialkolbens 38.1 mündet, an deren zum Strömungsgehäuse 26.1 weisenden Ende ein Ventilsitz 40.1 eines ersten Rückschlagventils 42.1 angeordnet ist, dessen Ventilkörper 44.1 mittels einer Feder 46.1 gegen den Ventilsitz 40.1 belastet ist. Ein zweites Rückschlagventil 48.1 ist im Strömungsgehäuse 26.1 im Bereich des Auslasses 28.1 angeordnet und weist ebenfalls einen gegen einen Ventilsitz 50.1 mittels einer Feder 52.1 vorgespannten Ventilkörper 54.1 auf, durch den eine Auslassöffnung 55.1 verschlossen wird.
-
Der Axialkolben 38.1 ist in einem Zylinder 56.1 gleitend geführt, der am Innenumfang des Strömungsgehäuses 26.1 ausgebildet ist. Der Axialkolben 38.1 weist eine im Bereich des ersten Rückschlagventils 42.1 ausgebildete Erweiterung seines Außenumfangs auf, welche als erstes Dichtelement 58.1 dient, welches mit einer Dichtfläche 60.1 zusammenwirkt, die durch den gegen das Dichtelement 58.1 anliegenden Innenumfang des Zylinders 56.1 gebildet ist.
-
Der Axialkolben 38.1 weist eine weitere als zweites Dichtelement 62.1 dienende radiale Erweiterung auf, die ebenfalls mit dem als zweite Dichtfläche 64.1 dienenden Innenumfang des Zylinders 56.1 korrespondiert. Zwischen den beiden als Dichtfläche 60.1, 64.1 dienenden Abschnitten des Zylinders 56.1 weist dieser eine Querbohrung 66.1 auf. Das Strömungsgehäuse 26.1 ist radial von einem Außengehäuse 68.1 umgeben, welches in einem ersten axialen Abschnitt zwischen dem Auslass 28.1 und der Querbohrung 66.1 radial zum Strömungsgehäuse 26.1 beabstandet ist und im axial angrenzenden, näher zum Elektromagneten 10.1 gelegenen axialen Abschnitt das Strömungsgehäuse 26.1 dichtend umgibt.
-
Der Axialkolben 38.1 ist von zwei Druckfedern 70.1, 72.1 umgeben, wovon eine erste, stärkere Druckfeder 70.1 axial zwischen einer sich radial erstreckenden Auflagefläche 74.1 des Strömungsgehäuses 26.1 und einem axial federnden Element 76.1 in Form eines axial elastisch verformbaren Ringes eingespannt ist, dessen gegenüberliegenden axiales Ende in der dargestellten Position gegen einen Absatz 78.1 des Axialkolbens 38.1 anliegt. Die zweite, schwächere Druckfeder 72.1 umgibt den Axialkolben 38.1 unmittelbar und liegt ebenfalls mit ihrem ersten axialen Ende gegen eine feste Auflagefläche 80.1 an und mit ihrem entgegengesetzten axialen Ende gegen einen weiteren Absatz 82.1 des Axialkolbens 38.1 an.
-
In der in 1 dargestellten Position wird die Spule 14.1 teilbestromt. Dies bedeutet, dass der Anker 20.1 durch die Kraft des Elektromagneten 10.1 in Richtung des Kerns 18.1 gezogen wird, und zwar mit einer mit einer Magnetkraft, die größer ist als die Federkraft der auf den Axialkolben 38.1 und damit auf den Anker 20.1 wirkenden Kraft der zweiten Druckfeder 72.1, jedoch kleiner ist als die Federkraft der auf den Axialkolben 38.1 wirkenden ersten Druckfeder 70.1. Die erste Druckfeder drückt das federnde Element 76.1, welches in dieser Position geringfügig verformt wird, gegen einen Anschlag 84.1, der an einem ringförmigen Vorsprung 85.1 des Kerns 18.1 ausgebildet ist. Die Kraft des Elektromagneten 10.1 sorgt in dieser Position dafür, dass der Anker 20.1 den Axialkolben 38.1 von der anderen Seite gegen das federnde Element 76.1 drückt.
-
In dieser ersten Betriebsstellung ist ein Innenraum 86.1 im Strömungsgehäuse 26.1 zwischen den beiden Rückschlagventilen 42.1, 48.1 mit einem Fluid gefüllt. Wird nun im Folgenden die Spule 14.1 vollbestromt, so dass die elektromagnetische Kraft die Summe der Federkräfte der ersten Druckfeder 70.1 und der zweiten Druckfeder 72.1 übersteigt, wird der Anker 20.1 zum Kern 18.1 bewegt, wobei die im federnden Element 76.1 durch die Kompression gespeicherte Energie zur Beschleunigung dieser Bewegung freigegeben wird. Dies bedeutet, dass jeweils am Ende der Bewegung eine größere Kraft zur Kompression des federnden Elementes 76.1 aufgebracht wird und die dabei gespeicherte Energie zu Beginn der Folgebewegung freigegeben wird. Der Innenraum 86.1 wird durch diese Bewegung verkleinert, so dass das im Innenraum vorhandene Fluid komprimiert wird bis die durch den Druck auf den Ventilkörper 54.1 wirkende Kraft größer ist als die Kraft der Feder 52.1 des zweiten Rückschlagventils 48.1, so dass dieses öffnet, die Auslassöffnung 55.1 freigegeben wird und das Fluid durch den Auslass 28.1 gefördert wird. In entgegengesetzter Richtung wird ein Fluidstrom durch das erste Dichtelement 58.1 verhindert.
-
In der zum Abschluss dieser Bewegung erreichten zweiten Betriebsstellung der Magnetpumpe liegt das federnde Element 76.1 mit seinem entgegengesetzten axialen Ende gestaucht gegen einen am Strömungsgehäuse 26.1 ausgebildeten zweiten Anschlag 88.1 an. Wird im Folgenden wieder auf Teilbestromung der Spule 14.1 umgestellt, bewegt sich der Anker 20.1 und mit ihm aufgrund der Federkräfte auch der Axialkolben 38.1 wieder vom Kern 18.1 weg. Durch diese Bewegung entsteht im Innenraum 86.1 ein Unterdruck, der dafür sorgt, dass einerseits das zweite Rückschlagventil 48.1 die Auslassöffnung 55.1 wieder verschließt und andererseits dass entgegen der Federkraft der Feder 46.1 den Ventilkörper 44.1 des ersten Rückschlagventils 42.1 von seinem Ventilsitz 40.1 abgehoben wird. Dies hat zur Folge, dass vom Einlass 24.1 über die Durchgangsbohrung 34.1 im Anker 20.1, und die Axialbohrung 36.1 im Axialkolben 38.1 Fluid in den Innenraum 86.1 strömt.
-
Um zu verhindern, dass aufgrund der Bewegungen des Ankers 20.1 und des Axialkolbens 38.1 hydraulische Drücke in den Zwischenräumen 90.1 auf- oder abgebaut werden, die die freie Bewegung behindern würden, sind am Axialkolben 38.1 mehrere Querbohrungen 92.1 angeordnet, über die diese Zwischenräume 90.1 innerhalb des Magnetventils, die näher zum Elektromagneten 10.1 angeordnet sind als der Innenraum 86.1, miteinander und mit dem Einlass 24.1 verbunden sind.
-
Um beispielsweise bei der Verwendung dieser Magnetpumpe als hydraulischer Druckerzeuger für die Regelung eines Schiebers einer mechanischen Wasserpumpe eines Fahrzeugs sicherzustellen, dass die Pumpe bei Ausfall der Stromversorgung mit maximaler Förderleistung weiterläuft, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Magnetpumpe eine Rückströmposition aufweist, in der eine stetige fluidische Verbindung zwischen dem Einlass 24.1 und dem Auslass 28.1 besteht. Wird die Bestromung der Spule 14.1 vollständig unterbrochen, drückt die zweite Druckfeder 72.1 den Axialkolben 38.1 und mit ihm den Anker 20.1 in Richtung des Einlasses 24.1. Dabei hebt sich der Axialkolben 38.1 vom federnden Element 76.1 und das zweite Dichtelement 62.1 wird axial so weit verschoben, dass es außerhalb der Dichtfläche 64.1 des Zylinders 56.1 angeordnet ist. Hierdurch wird zwischen dem Axialkolben 38.1 und dem Zylinder 56.1 im Bereich der Dichtfläche 64.1 ein Spalt 94.1 freigegeben, über den nunmehr eine fluidische Verbindung zwischen dem Einlass 24.1 und dem Auslass 28.1 besteht, wodurch ein Rückströmen des Fluids vom Auslass 28.1 zum Einlass 24.1 entsprechend der anliegenden Druckdifferenzen ermöglicht wird. Diese Strömung erfolgt vom Auslass 28.1 zwischen dem Außengehäuse 68.1 und dem Strömungsgehäuse 26.1, anschließend über die Querbohrung 66.1 im Strömungsgehäuse 26.1 entlang des Spaltes 94.1 und über die Querbohrungen 92.1 zur Axialbohrung 36.1 und entlang der Durchgangsbohrung 34.1 zum Einlass 24.1.
-
Zur Beschreibung des in der 2 dargestellten Ausführungsbeispiels werden im Folgenden für gleichwirkende Bauteile gleiche Hauptbezugszeichen mit angepassten Nebenbezugszeichen verwendet. Das Ausführungsbeispiel entsprechend der 2 unterscheidet sich von dem der 1 dadurch, dass die Wirkrichtung des Elektromagneten 10.2 umgedreht wurde, was bedeutet, dass die Ausstoßbewegung der Pumpe bei Teilbestromung des Elektromagneten 10.2 erfolgt und die Ansaugbewegung bei Vollbestromung. Entsprechend umgibt der Anker 20.2 den Axialkolben 38.2 und der Kern 18.2 befindet sich zwischen dem Einlass 24.2 und dem Anker 20.2, der im Strömungsgehäuse 26.2 geführt wird.
-
In der dargestellten Position ist die Spule 14.2 teilbestromt. Die elektromagnetische Kraft ist größer als die Federkraft der zweiten Druckfeder 72.2, die sich innerhalb des topfförmig ausgebildeten Ankers 20.2 befindet und zwischen einer Bodenfläche 96.2 des Ankers 20.2 und einem Absatz 82.2 des Axialkolbens 38.2 eingespannt ist. Die erste Druckfeder 70.2 befindet sich innerhalb einer zentralen Durchgangsöffnung 98.2 des Kerns 18.2 und ist vorgespannt zwischen dem Einlassgehäuse 22.2 und dem axialen Ende des Axialkolbens 38.2 eingespannt, der sich bis in den Kern 18.2 erstreckt und in dieser Position durch die erste Druckfeder 70.2 gegen einen Anschlag 100.2 am Kern 18.2 gedrückt wird, so dass diese erste Betriebsstellung erneut eingenommen wird, sobald die elektromagnetische Kraft zwischen der Federkraft der ersten Druckfeder 70.2 und der Federkraft der zweiten Druckfeder 72.2 liegt.
-
Wird nun auf Vollbestromung der Spule 16.2 umgestellt, wird der Anker 20.2 in Richtung des Kerns 18.2 beschleunigt. Der Anker 20.2 liegt gegen einen Absatz 102.2 am Axialkolben 38.2 an, so dass über diesen Absatz 102.2 auch der Axialkolben 38.2 entgegen der Kraft der ersten Druckfeder 70.2 in das Innere des Kerns 18.2 verschoben wird. Im Innenraum 86.2 zwischen den beiden Rückschlagventilen 42.2, 48.2 entsteht auch hier ein niedrigerer Druck, durch den das erste Rückschlagventil 42.2 öffnet, so dass vom Einlass 24.2 über die Axialbohrung 36.2 des Axialkolbens 38.2 Fluid in den Innenraum 86.2 gezogen wird, bis ein Kräftegleichgewicht am Ventilkörper 44.2 vorliegt und das Rückschlagventil 42.2 wieder schließt.
-
Kurz bevor der Anker 20.2 zur Anlage am Kern 18.2 gelangt, erreicht ein im Anker 20.2 angeordneter Ring 104.2 einen Anschlag 84.2, der an einem ringförmigen Vorsprung 85.2 des Kerns 18.2 ausgebildet ist. Der Ring 104.2 wird durch ein axial federndes Element 76.2 gegen einen Anschlag 106.2 an der Innenseite des Ankers 20.2 gedrückt und durch die Anlage des Rings am Anschlag 84.2 von diesem Anschlag 106.2 am Anker 20.2 unter Kompression des federnden Elementes 76.2 abgehoben.
-
Bei Umschaltung auf Teilbestromung wird der Axialkolben 38.2 und mit ihm der Anker 20.2 durch die Federkraft der ersten Druckfeder 70.2 und zu Beginn der Bewegung auch durch die gespeicherte Energie des federnden Elementes 76.2 in die erste Betriebsstellung zurückbewegt. Dabei wird das im Innenraum 86.2 vorhandene Fluid komprimiert bis durch den entstehenden Druck das zweite Rückschlagventil 48.2 die Auslassöffnung 55.2 freigibt und das Fluid aus dem Innenraum 86.2 zum Auslass 28.2 strömt. Eine umgekehrte Strömung wird erneut durch das erste Dichtelement 58.2 am Außenumfang des Axialkolbens 38.2 sowie die mit diesem korrespondierende Dichtfläche 60.2 am Innenumfang des Zylinders 56.2 des Strömungsgehäuses 26.2 verhindert.
-
Kommt es zu einem Ausfall des Elektromagneten 10.2 wird der Anker 20.2 durch die Kraft der zweiten Druckfeder 72.2 auf dem Axialkolben 38.2 in Richtung des Auslasses 28.2 verschoben. Bevor der Anker 20.2 jedoch eine Wand 108.2 des Strömungsgehäuses 26.2 erreicht, durch die seine axiale Bewegung begrenzt wird, erreicht der Anker 20.2 ein Betätigungsglied 110.2, welches in einer Bohrung 112.2 des Strömungsgehäuses 26.2 angeordnet ist, über die der Auslass 28.2 mit einem Raum 114.2 fluidisch verbunden ist, in dem der Anker 20.2 gleitet, so dass über die Bohrung 112.2 beide Rückschlagventile 42.2, 48.2 umgehbar sind. Das Betätigungsglied 110.2 in Form einer Ventilstange ist einstückig mit einem als zweites Dichtelement 62.2 wirkenden Ventilglied 116.2 verbunden, welches mit einem als zweite Dichtfläche 64.2 wirkenden Ventilsitz 118.2 korrespondiert. Das Ventilglied 116.2 wird durch ein Federelement 120.2 in seine Schließposition gedrückt, und öffnet erst, wenn der Anker 20.2 durch die zweite Druckfeder 72.2 von der entgegengesetzten Seite gegen das Betätigungsglied 110.2 drückt.
-
In dieser Rückströmposition wird entsprechend eine fluidische Verbindung vom Auslass 28.2 über einen Spalt 94.2 zwischen der Innenwand der Bohrung 112.2 und dem Betätigungsglied 110.2, sowie den Raum 114.2, Querbohrungen 92.2 im Axialkolben 38.2 und Durchgangsbohrungen 122.2 im Anker 20.2 zum Einlass 24.2 hergestellt. Diese Quer- und Durchgangsbohrungen 92.2, 122.2 dienen gleichzeitig zur Herstellung des Druckausgleichs zwischen den beiden axialen Seiten des Ankers 20.2.
-
Von diesem zweiten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich das im Folgenden beschriebene dritte Ausführungsbeispiel gemäß 3 dadurch, dass ein erster Teil des Strömungsgehäuses 26.3, in dem der Auslass 28.3, der Zylinder 56.3 und die beiden Rückschlagventile 42.3, 48.3 sowie das erste Dichtelement 58.3 in Form eines Dichtrings und die erste Dichtfläche 60.3 ausgebildet sind, innerhalb des Kerns 18.3 angeordnet sind und somit die Wirkrichtung des Elektromagneten 10.3 erneut umgedreht wurde. Zudem ist ein Filterelement 123.3 in das Strömungsgehäuse 26.3 integriert, welches Verunreinigungen vor dem Einlass in die Pumpe ausfiltert.
-
Ein Einlassstutzen 124.3 ist auf der gleichen axialen Seite des Elektromagneten 10.3 angeordnet, wie ein Auslassstutzen 126.3, der mit dem Auslass 28.3 beziehungsweise der Auslassöffnung 55.3 verbunden ist. Ein mit dem Einlassstutzen 124.3 verbundener Einlasskanal 128.3 verläuft radial außerhalb des Elektromagneten 10.3 zur axial gegenüberliegenden Seite, an der ein zweiter Teil des Strömungsgehäuses 26.3 befestigt ist, in welchem der Einlasskanal 128.3 radial bis zur Mittelachse der Magnetpumpe verläuft, von wo aus der Einlasskanal 128.3 sich axial in den Raum 114.3 erstreckt, in dem der Anker 20.3 axial beweglich angeordnet ist. Dieser Einlass 24.3 wird durch einen ringförmigen, sich axial erstreckenden Vorsprung 132.3 radial begrenzt. Der ringförmige Vorsprung 132.3 ist somit axial gegenüberliegend zum Axialkolben 38.3 angeordnet und dient als Anschlag 134.3 zur Begrenzung von dessen axialer Bewegung.
-
An der radial zum axial verlaufenden Einlasskanal 128.3 gegenüberliegenden Seite des Elektromagneten 10.3 befindet sich ein zweiter Auslasskanal 136.3, der in der Figur nicht sichtbar mit dem Auslass 28.3 verbunden ist. Dieser Auslasskanal 136.3 erstreckt sich ebenfalls radial im zweiten Teil des Strömungsgehäuses 26.3 in Richtung des Ankers 20.3. Er mündet an einem als zweite Dichtfläche 64.3 wirkenden Ventilsitz 118.3, auf den über Federelement 120.3 ein kugelförmiges Ventilglied 116.3 gedrückt wird, welches als zweites Dichtelement 62.3 dient. Dieses Ventilglied 116.3 kann mittels eines Betätigungsgliedes 110.3, welches am Anker 20.3 befestigt ist und in einer Bohrung 112.3, geführt wird, vom Ventilsitz 118.3 abgehoben werden.
-
In der dargestellten Position ist die Spule 14.3 teilbestromt. Die elektromagnetische Kraft ist größer als die Federkraft der zweiten Druckfeder 72.3, die entsprechend zum zweiten Ausführungsbeispiel angeordnet ist. Die erste Druckfeder 70.3 befindet sich innerhalb einer zentralen Durchgangsöffnung 98.3 des Kerns 18.3 und ist vorgespannt zwischen dem den Zylinder 56.3 bildenden Teil des Strömungsgehäuses 26.3 und einem sich radial erstreckenden ringförmigen Vorsprung 138.3 des Axialkolben 38.3 eingespannt, an dessen entgegengesetzter Auflagefläche die zweite Druckfeder 72.3 aufliegt. Der Axialkolben 38.3 wird durch die erste Druckfeder 70.3 gegen den als Anschlag 134.3 dienenden ringförmigen Vorsprung 132.3 gedrückt, so dass diese erste Betriebsstellung erneut eingenommen wird, sobald die elektromagnetische Kraft zwischen der Federkraft der ersten Druckfeder 70.3 und der Federkraft der zweiten Druckfeder 72.3 liegt.
-
Wird nun auf Vollbestromung der Spule 16.3 umgestellt, wird der Anker 20.3 in Richtung des Kerns 18.3 beschleunigt. Der Anker 20.3 liegt axial gegen einen Absatz 102.3 am Axialkolben 38.3 an, so dass über diesen Absatz 102.3 auch der Axialkolben 38.3 entgegen der Kraft der ersten Druckfeder 70.3 im Zylinder 56.3 verschoben wird. Im Innenraum 86.3 zwischen den beiden Rückschlagventilen 42.3, 48.3 entsteht durch die Kompression ein Überdruck, durch den das zweite Rückschlagventil 48.3 die Auslassöffnung 55.3 freigibt, so dass Fluid aus dem Innenraum 86.3 zum Auslass 28.3 gefördert wird. Diese Bewegung wird erneut durch das axial federnde Element 76.3 in gleicher Weise wie zum zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, gedämpft und für die rückwärtige Bewegung Energie gespeichert, durch die bei der Umstellung auf Teilbestromung eine beschleunigte Bewegung des Ankers 20.3 entsteht.
-
Beim erneuten Umstellen auf Teilbestromung der Spule 16.3 wird der Axialkolben 38.3 und mit ihm der Anker 20.3 durch die Federkraft der ersten Druckfeder 70.3 und zu Beginn der Bewegung auch durch die gespeicherte Energie des federnden Elementes 76.3 in die erste Betriebsstellung zurückbewegt. Dabei entsteht wiederum ein Unterdruck im Innenraum 86.3, so dass das erste Rückschlagventil 42.3 öffnet und über die Axialbohrung 36.3 des Axialkolbens 38.3 Fluid in den Innenraum 86.3 gezogen wird, bis ein Kräftegleichgewicht am Ventilkörper 44.3 vorliegt und das Rückschlagventil 42.3 wieder schließt.
-
Durch aufeinanderfolgendes Umschalten zwischen Teilbestromung und Vollbestromung entsteht entsprechend eine Förderung des Fluids durch die Pumpe.
-
Bei Ausfall oder beabsichtigtem Ausschalten des Elektromagneten 10.3 wird der Anker 20.3 und mit ihm das Betätigungsglied 110.3 durch die Kraft der zweiten Druckfeder 72.3 auf dem Axialkolben 38.3 in Richtung des Einlasses 24.3 verschoben. Das Betätigungsglied 110.3 erreicht das Ventilglied 116.3, so dass dieses von seinem Ventilsitz 118.3 abgehoben wird. Hierdurch entsteht eine fluidische Verbindung zwischen dem Einlass 24.3 und dem Auslass 28.3 und zwar über die Axialbohrung 36.3, Querbohrungen 92.3 im Axialkolben 38.3 sowie den Raum 114.3, und die Durchgangsbohrungen 122.3 am Anker 20.3 und von dort über den Spalt 94.3, der in der Bohrung 112.3 zwischen deren Innenwand und dem Betätigungsglied 110.3 sowie zwischen dem als zweiten Dichtelement 62.3 dienenden Ventilglied 116.3 und dem als zweite Dichtfläche 64.3 dienenden Ventilsitz 118.3, freigegeben wird.
-
Die erfindungsgemäßen Magnetpumpen weisen einen sehr geringen Verschleiß auf und bieten einen einfachen und schnellen Druckausgleich zwischen Einlass und Auslass bei Ausfall oder Abschalten des Elektromagneten. Gleichzeitig kann bei entsprechender Verwendung der Magnetpumpe diese Funktion der Rückstellung des Ankers in seine Rückströmposition auch als fail-safe Funktion genutzt werden. Somit kann auf ein separates Ventil verzichtet werden. Der Aufbau ist im Vergleich zu bekannten Ausführungen deutlich vereinfacht, so dass die Montage erleichtert wird. Stöße durch die Bewegung des Axialkolbens beziehungsweise des Ankers werden deutlich gedämpft und dennoch ein schnelles Umschalten mit beschleunigtem Anker ermöglicht. Gleichzeitig wird ein unerwünschter hydraulischer Gegendruck, der eine erhöhte Magnetkraft erfordern würde, verhindert.
-
Es sollte deutlich sein, dass der Schutzbereich des Hauptanspruchs nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern weitere konstruktive Modifikationen möglich sind.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- EP 0288216 A1 [0005]
- WO 2011/029577 A1 [0006]
- DE 102013112306 A1 [0008]