Dosiergenauigkeit, Wirkungsgrad und Geräusch von elektromagnetisch angetriebenen Kolbenpumpen

Elektromagnetisch angetriebene Kolbenpumpen sind kompakte Apparaturen zur präzisen Fluidförderung. Anwendungen finden sich u. a. in der Dosierung von Kraftstoffen oder wässrigen Lösungen. Angesichts der unkomplizierten Erzeugung einer translatorischen Bewegung stellt der Elektromagnet den favorisierten Pumpenantrieb dar. Eine marktorientierte Weiterentwicklung der Pumpen erfordert die stetige Steigerung der Dosiergenauigkeit und des Wirkungsgrades sowie eine Geräuschreduktion. Dies motivierte die Untersuchung dieser drei Kriterien sowie die Ableitung von Verbesserungen. Den größten Arbeitsumfang nimmt die Strömungsanalyse in der Pumpe in Abhängigkeit der eingesetzten Ventile ein. Ventilart und -gestalt bestimmen maßgeblich die Intensität von Kavitation und Leckage in der Pumpe. Am Beispiel eines fluidgesteuerten Einlassventils wird für die Ansaugphase der Druckverlust bis in den Arbeitsraum analysiert und anhand von identifizierten Optimierungspotenzial um bis zu 50% reduziert. Am Beispiel eines schiebergesteuerten Ventils wird in Parameterstudien der Einfluss druck- und schleppinduzierter Spaltströmungen auf die resultierende Leckage untersucht. Die während der Analyse gewonnenen Erfahrungen fließen in die Entwicklung einer Steuerkolbenpumpe mit ausschließlich schiebergesteuerten Ventilen ein. Neben Feld- und Systemsimulationen finden Messungen mit simultaner Strömungsvisualisierung Anwendung. Hinsichtlich der Reduktion des Geräuschs und des Energieverbrauchs wird eine Methode zur sensorlosen Bestimmung der Ankerposition unter Auswertung des verketteten Flusses angewandt und eine Ansteuerstrategie zur variablen Energiezufuhr in Abhängigkeit der geschätzten Position erprobt. Die Leistungsaufnahme wird um 25% reduziert. Der emittierten Schalldruckpegel sinkt um bis 10dB.