DE102008006868A1

DE102008006868A1 - Pumpe

Info

Publication number: DE102008006868A1
Application number: DE200810006868
Authority: DE
Inventors: Peter Gebauer
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2008-01-31
Filing date: 2008-01-31
Publication date: 2009-08-06

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Pumpe, insbesondere eine Kraftfahrzeugpumpe, zum Fördern eines förderbaren Mediums, wobei ein von dem förderbaren Medium durchströmbarer Ringkanal (2) vorgesehen, der von außen mit Spulen (3) umwickelt ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass in dem Ringkanal (2) ein Förderelement (4) aus ferromagnetische Eigenschaften aufweisendem Material angeordnet ist. Die erfindungsgemäße Kraftfahrzeugpumpe hat den Vorteil, dass ein beliebiges förderbares Medium gefördert werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft eine Pumpe, insbesondere eine Kraftfahrzeugpumpe, zum Fördern eines förderbaren Mediums, wobei ein von dem förderbaren Medium durchströmbarer Ringkanal vorgesehen ist, der von außen mit einer Spule umwickelt ist.
Kraftfahrzeugpumpen, werden in verschiedenen Anwendungsgebieten, wie z. B. zur Kraftstoffversorgung in einem Kraftfahrzeug, benötigt. Dabei müssen kleinste sowie größere Mengen von Kraftstoff genau dosiert und gefördert werden.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Realisierungen von Pumpen bekannt. Die meisten dieser Pumpen werden nach dem Funktionsprinzip als Verdränger- oder Strömungspumpen klassifiziert. Innerhalb dieser Einteilungen ist eine Vielzahl von Ausführungen bekannt.
Aus der EP 0 106 958 A1 ist eine Pumpe für elektrisch leitende Flüssigkeiten bekannt, wobei um einen von der elektrisch leitenden Flüssigkeit durchströmbaren Ringkanal außen Spulen gewickelt sind. Die Spulen bestehen dabei jeweils aus einem ohne Unterbrechung wendelförmig um den Ringkanal gewundenen elektrischen Leiter und/oder einem von einer elektrisch leitenden Flüssigkeit durchströmbaren Rohr.
Ein ähnliches Prinzip einer solchen elektromagnetischen Pumpe zum Bewegen einer elektrisch leitenden Flüssigkeit in einem Ringkanal durch magnetische Wanderfelder ist in der DE 0 55 49 59 A ausgeführt.
Diese aus dem Stand der Technik bekannten Konstruktionen setzen eine elektrisch leitende Flüssigkeit als Fördermedium voraus. Damit ist ein Einsatz als Kraftfahrzeugpumpe weitestgehend ausgeschlossen.
Die erfindungsgemäße Pumpe, insbesondere eine Kraftfahrzeugpumpe, weist demgegenüber den Vorteil auf, dass ein beliebiges förderbares Medium gefördert werden kann.
Erfindungsgemäß wird dies erreicht durch eine Pumpe, insbesondere eine Kraftfahrzeugpumpe, zum Fördern eines förderbaren Mediums, wobei ein von dem förderbaren Medium durchströmbarer Ringkanal vorgesehen ist, der von außen mit einer Spule umwickelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Ringkanal ein Förderelement aus ferromagnetische Eigenschaften aufweisendem Material vorgesehen ist.
Erfindungsgemäß ist damit eine Pumpe gegeben, die kein Lager erfordert und insofern wartungsarm ist. Ferner weist die Pumpe eine hohe Volumenleistung auf und ist für flüssige und/oder gasförmige Medien und/oder Granulat einsetzbar. Das Förderelement ist vorzugsweise derart ausgeführt, das es bündig an dem Ringkanal anliegt, jedoch innerhalb des Ringkanals leicht beweglich ist, so dass eine ausreichende Dichtung zwischen dem Förderelement und dem Ringkanal gegeben ist.
Grundsätzlich kann der Ringkanal beliebig, z. B. oval, ausgeführt sein. Ganz besonders bevorzugt ist jedoch eine kreisrunde Ausführung des Ringkanals. Das Förderelement ist vorzugsweise aus einer ferromagnetischen Eigenschaft aufweisendem Element, wie z. B. Eisen, Kobalt oder Nickel, oder einer ferromagnetische Eigenschaften aufweisende Legierung ausgeführt.
Grundsätzlich kann eine beliebige Anzahl von Spulen vorgesehen sein. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist eine Mehrzahl von Spulen vorgesehen, vorzugsweise wenigstens drei Spulen. Dabei sind die Spulen vorzugsweise nacheinander von außen um den Ringkanal gewickelt. Die Spulen überschneiden sich vorzugsweise nicht.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung liegt darin, dass die Spulen in einem gleichen Winkelabstand zueinander angeordnet sind.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass eine Spulenversorgung vorgesehen ist, mit der die Spulen nacheinander mit Energie ansteuerbar sind. Insbesondere ist bevorzugt, dass immer nur eine Spule mit Energie angesteuert ist. Wenn eine Spule mit Energie angesteuert ist, baut sich ein magnetisches Feld auf. Das magnetische Feld zieht das Förderelement aus ferromagnetischen Eigenschaften aufweisendem Material an und beschleunigt das Förderelement in Richtung des Spulenzentrums. Angezogen durch das Magnetfeld verdrängt das Förderelement die den Ringkanal durchströmende Flüssigkeit in Richtung des Spulenzentrums und fördert die Flüssigkeit.
Die Energie zur Erzeugung des magnetischen Feldes wird vorzugsweise, kurz bevor das Förderelement das Spulenzentrum erreicht, abgeschaltet, um eine bremsende Wirkung des magnetischen Feldes auf das Förderelement zu vermeiden. Dadurch bleibt die Bewegung des Förderelementes erhalten.
Vorzugsweise wird danach die nächste im Uhrzeigersinn angebrachte Spule mit Energie angesteuert. Diese nächste Spule erzeugt ein Magnetfeld und zieht dadurch das Förderelement an. Das Förderelement fördert die Flüssigkeit um den Winkelabstand der vorher- und nachgehenden Spule zueinander durch den Ringkanal. Auch hier gilt: Die Energie zur Erzeugung des Magnetfeldes wird kurz vor Erreichen des Spulenzentrums abgeschaltet, um eine bremsende Wirkung des magnetischen Feldes auf das Förderelement zu vermeiden.
Bei fortwährender sequentieller Ansteuerung der hintereinander angebrachten Spulen mit Energie wiederholt sich der Vorgang, so dass sich eine fortwährende Förderung der den Ringkanal durchfließenden Flüssigkeit einstellt. Durch Variation der Geschwindigkeit der sequentiellen Ansteuerung mit Energie, variiert die Geschwindigkeit des Förderelementes und damit die Förderleistung der Pumpe.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung liegt darin, dass das Förderelement an einer festen Position fixiert ist. Durch konstante Ansteuerung einer Spule oder mehrerer Spulen mit Energie wird ein konstantes Magnetfeld aufgebaut, das das Förderelement an einer festen Position im Ringkanal fixiert. Dadurch ist die Pumpe als Ventil verwendbar.
Grundsätzlich kann die Ansteuerung der Spulen über eine beliebige Steuerung erfolgen. Ganz besonders ist jedoch vorgesehen, dass die Spulenversorgung derart ausgestaltet ist, dass die Ansteuerung der Spulen über Pulsweitenmodulation (PWM) durchführbar ist. Durch vorgebbare, unterschiedlich lange Ein- und Ausschaltzeiten der Energieversorgung, gesteuert durch PWM, werden die Spulen dabei mit Energie angesteuert. Die Ein- und Ausschaltzeiten sind insbesondere in Bezug auf die Geschwindigkeit des Förderelements bzw. in Abhängigkeit der Förderleistung der Kraftfahrzeugpumpe anpassbar. Zum Beispiel kann es notwendig sein, dass aufgrund größerer Förderhöhe bei ansonsten normaler Fördermenge eine längere Ansteuerung mit Energie oder Ansteuerung mit höherer Energie notwendig ist.
Grundsätzlich kann das Förderelement eine beliebige Form aufweisen. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist jedoch vorgesehen, dass das Förderelement als Kugel, insbesondere als rostfreie Stahlkugel, ausgeführt ist. Da das Förderelement, wie vorab beschrieben, vorzugsweise bündig an dem Ringkanal anliegt, um eine entsprechende Dichtung zwischen Förderelement und Ringkanal zu erreichen, ist durch die kugelförmige Ausführung des Förderelements ein kreisförmiger Innendurchmesser des Ringkanals gegeben.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Durchmesser des Einlaufstutzens und/oder der Durchmesser des Auslaufstutzens einen kleineren Durchmesser als der Ringkanal auf. Dadurch ist das an den Ringkanal bündig anliegende Förderelement auf einer durch die Form des Ringkanals bestimmte Bahn gebunden und entweicht nicht aus dem Ringkanal. Ferner kann der Auslassstutzen mit einem Gitter oder Sieb derart geschützt sein, dass das Förderelement durch einen möglichen Druck der im Ringkanal befindlichen Flüssigkeit nicht aus dem Ringkanal entweichen kann. Auch kann eine Führung des Förderelementes auf einer Schiene innerhalb des Ringkanals vorgesehen sein.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass eine Mehrzahl von Förderelementen vorgesehen ist. Auf diese Weise kann z. B. ein größerer Förderdruck erreicht werden. Ferner sind die Förderelement vorzugsweise derart ansteuerbar, dass jeweils eine äquivalente Mehrzahl von Spulen gleichzeitig mit Energie versorgt wird, so dass jede mit Energie versorgte Spule ein Förderelement durch Aufbau eines magnetischen Feldes anzieht.
Die zuvor beschriebene Pumpe findet vorzugsweise Anwendung in Kraftfahrzeugen, z. B. zur Kraftstoffversorgung. Weitere Anwendungsgebiete für eine solche Pumpe liegen auch außerhalb von Kraftfahrzeugen. Ferner sind neben Flüssigkeiten auch gasförmige Medien oder Granulate förderbar.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Es zeigt die einzige Figur eine schematische Querschnittsdarstellung einer erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugpumpe.
Aus der Figur ist eine schematische Querschnittsdarstellung einer Kraftfahrzeugpumpe gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ersichtlich. Diese Kraftfahrzeugpumpe dient zum Fördern einer Flüssigkeit, wie z. B. Wasser, und weist einen Ringkanal 2, einen Einlaufstutzen 6 und einen Auslaufstutzen 7 auf. Gemäß dem vorliegend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der Ringkanal 2 eine kreisrunde Form sowie einen kreisrunden Innendurchmesser auf.
Der Ringkanal 2 ist in dem vorliegend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit drei Spulen 3 umwickelt, die in einem gleichen Winkelabstand α zueinander angeordnet sind. Der Winkelabstand α beträgt im vorliegend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung 120°.
Wie aus der Figur ersichtlich, ist im Ringkanal 2 ein Förderelement 4 angeordnet. Das Förderelement 4 ist als Kugel, nämliche als rostfreie Stahlkugel, ausgeführt. Der Durchmesser der Kugel entspricht dem Innendurchmesser des Ringkanals 2 derart, dass die Kugel bündig am Ringkanal 2 anliegt, sich jedoch frei innerhalb des Ringkanals bewegen kann. Dadurch, dass der Durchmesser des Einlaufstutzens 6 und der Durchmesser des Auslaufstutzens 7 kleiner ist als der Innendurchmesser des Ringkanals 2, kann die Kugel nicht aus dem Ringkanal 2 entweichen.
Zur Einleitung eines Pumpvorgangs wird eine Spule 3, wie vorab beschrieben, mit Energie versorgt. Dadurch baut sich ein magnetisches Feld auf, welches die Kugel in Richtung des Spulenzentrums beschleunigt. Kurz bevor die Kugel das Spulenzentrum erreicht, wird die Energie zum Aufbau des magnetischen Feldes wieder abgeschaltet, um eine bremsende Wirkung des magnetischen Feldes auf die Kugel zu vermeiden. Bedingt durch die Beschleunigung fördert die Kugel das im Ringkanal 2 befindliche Wasser.
In der Folge wird die nächste in Bewegungsrichtung 8 angebrachte Spule 3 von der Spulenversorgung mit Energie versorgt. Die bereits von der ersten Spule 3 beschleunigte Kugel wird vom magnetischen Feld der nächsten in Bewegungsrichtung 8 angebrachten Spule 3 angezogen. Bedingt durch die erneute Beschleunigung fördert die Kugel das im Ringkanal 2 befindliche Wasser um den Winkelabstand α. Der Vorgang wiederholt sich.

2: Ringkanal
3: Spule
4: Förderlement
6: Einlaufstutzen
7: Auslaufstutzen
8: Bewegungsrichtung Winkelabstand

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 0106958 A1 [0004]
- DE 0554959 A [0005]

Claims

Pumpe, insbesondere eine Kraftfahrzeugpumpe, zum Fördern eines förderbaren Mediums, wobei ein von dem förderbaren Medium durchströmbarer Ringkanal (2) vorgesehen ist, der von außen mit einer Spule (3) umwickelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Ringkanal (2) ein Förderelement (4) aus ferromagnetischen Eigenschaften aufweisenden Material vorgesehen ist.
Kraftfahrzeugpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Spulen (3) vorgesehen ist, vorzugsweise wenigstens drei Spulen (3).
Kraftfahrzeugpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen (3) in einem gleichen Winkelabstand (α) zueinander angeordnet sind.
Kraftfahrzeugpumpe nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Spulenversorgung (5) vorgesehen ist, mit der die Spulen (3) nacheinander mit Energie ansteuerbar sind.
Kraftfahrzeugpumpe nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenversorgung derart ausgestaltet ist, dass die Ansteuerung der Spulen (3) über Pulsweitenmodulation durchführbar ist.
Kraftfahrzeugpumpe nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Förderelement (4) als Kugel, insbesondere als rostfreie Stahlkugel, ausgeführt ist.
Kraftfahrzeugpumpe nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Einlaufstutzen (6) und/oder der Durchmesser des Auslaufstutzen (7) kleiner als der Durchmesser des Ringkanals (2) ausgeführt sind.
Kraftfahrzeugpumpe nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Förderelementen (4) vorgesehen ist.