DE102009028148A1

DE102009028148A1 - Zahnradpumpe

Info

Publication number: DE102009028148A1
Application number: DE102009028148A
Authority: DE
Inventors: Josef Frank; Alexander Fuchs; Klaus Ortner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-07-31
Filing date: 2009-07-31
Publication date: 2011-02-03
Also published as: JP5563078B2; JP2013500428A; RU2012107226A; RU2543106C2; EP2459879A2; WO2011012362A3; CN102483057B; CN102483057A; US20120171061A1; ES2426474T3; EP2459879B1; US9163626B2; WO2011012362A2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Zahnradpumpe (1) zum Fördern eines Fluids mit einem drehbar gelagerten außenverzahnten Zahnrad (3) und einem innerverzahnten Zahnring (2), welche zur Erzeugung einer Förderwirkung in kämmendem Eingriff stehen und welche gemeinsam mit einem elektrisch kommutierbaren Stator (7) in einem Gehäuse (5) angeordnet sind, wobei sich der Stator (7) konzentrisch um den Zahnring (2) herumerstreckt und mit dem Zahnring zur Erzeugung einer elektromotorischen Kraft zusammenwirkt, wobei der Zahnring (2) eine geschlossene, homogene zylindrische Oberfläche besitzt und an dem Stator (7) ein Gleitlager (13) vorgesehen ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zahnradpumpe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stand der Technik
Schraubenpumpen umfassen unter anderem Innenzahnrad- und Zahnringpumpen, bei denen ein treibendes Zahnrad exzentrisch in der Innenverzahnung eines Zahnringes läuft. Innenzahnradpumpen, die besonders zur Bereitstellung hoher Drücke geeignet sind, werden zur Förderung von Fluiden eingesetzt, wie beispielsweise zur Förderung von Kraftstoff zu einer Verbrennungskraftmaschine.
Im Stand der Technik ist es bekannt, Innenzahnrad- oder Zahnringpumpen in einen elektronisch kommutierten Elektromotor zu integrieren, wobei der Rotor des Elektromotors gleichzeitig als Zahnring der Innenzahnrad- oder Zahnringpumpe ausgebildet ist.
In DE 10 2006 007 554 A1 ist eine Förderpumpe beschrieben, welche in einen Elektromotor integriert ist. Die Förderpumpe umfasst ein erstes Zahnrad und ein zweites Zahnrad. Zwischen den beiden Zahnrädern bildet sich ein Förderraum aus. Das zweite Zahnrad lagert in seiner Mitte auf einem Dorn. Das erste Zahnrad ist ein Außenzahnrad und bildet den Rotor, das zweite Zahnrad ist ein Innenzahnrad, welches im außermittigen Zentrum des ersten Zahnrads mitgeschleppt wird. Das erste Zahnrad umfasst eingeklebte Permanentmagnete, die über den Umfang verteilt angeordnet sind. Äußere Magnetfelderzeuger erzeugen ein umlaufendes, sich rotatorisch änderndes Feld, welches das direkte motorische Folgen des Rotors hervorruft.
Problematisch bei derartigen Konfigurationen ist jedoch die Lagerung des Zahnrings, welcher das Antriebsdrehmoment des Elektromotors übernehmen muss. Gleichzeitig müssen die hydraulischen Kräfte der Innenzahnradpumpe auf den Stator und weiter an das Pumpengehäuse übertragen werden.
In EP 1 600 635 A2 ist eine Innenzahnradpumpe beschrieben, welche einen Pumpenabschnitt mit einem inneren Rotor aufweist, welcher an seiner äußeren Peripherie mit Zähnen ausgebildet ist. Ein äußerer Rotor weist an seiner inneren Peripherie ausgebildete Zähne auf. Beide Rotoren sind in einem Gehäuse aufgenommen. Die Lagerung des als Zahnring ausgebildeten äußeren Rotors erfolgt hierbei mittels speziell geformter Zusatzbauteile.
Die im Stand der Technik bekannten Lösungen zur Lagerung des Zahnrings in einer Innenzahnradpumpe bzw. in einer Zahnringpumpe sind von mechanisch kompliziertem Aufbau und daher konstruktiv aufwändig, komplex und teuer in der Herstellung.
Daher ist es erforderlich, eine einfache und kostengünstige Lösung zur Lagerung eines Zahnrings für eine Zahnradpumpe, insbesondere für eine Innenzahnradpumpe oder eine Zahnringpumpe, bereitzustellen.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Erfindungsgemäß wird eine Zahnradpumpe zum Fördern eines Fluids mit einem drehbar gelagerten außenverzahnten Zahnrad und einem innenverzahnten Zahnring vorgesehen, welche zur Erzeugung einer Förderwirkung in kämmendem Eingriff stehen, und welche gemeinsam mit einem elektrisch kommutierbaren Stator in einem Gehäuse angeordnet sind, wobei sich der Stator konzentrisch um den Zahnring herum erstreckt und mit dem Zahnring zur Erzeugung einer elektromotorischen Kraft zusammenwirkt, und wobei der Zahnring eine geschlossene, homogene zylindrische Oberfläche besitzt und an dem Stator ein Gleitlager vorgesehen ist. Durch Vorsehen des Gleitlagers direkt an dem Stator wird eine konstruktiv einfache und daher kostengünstige Lösung zur Lagerung vorgesehen.
Vorzugsweise besteht der Zahnring aus Sinterstahl oder Kunststoff.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Motor als Permanentmagnet-Synchronmotor ausgebildet und die Magneten sind in den Zahnring integriert.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Motor als Reluktanzmotor ausgebildet und in den Zahnring sind Löcher oder spezielle Ausnehmungen eingebracht, um durch Feldschwächung magnetische Pole auszubilden.
Vorzugsweise ist das Gleitlager an dem Stator als eine auf einer dem Zahnring gegenüberliegenden Oberfläche des Stators aufgebrachte Schicht ausgebildet, so dass das Gleitlager in den Stator integriert wird. Der Stator, welcher ein Stator eines Permanentmagnet- oder Reluktanzmotors sein kann, wirkt daher vorteilhafterweise am Innendurchmesser gleichzeitig als Radiallager für den Rotor, welcher als Zahnring bzw. Außenzahnring der Innenzahnrad- oder Zahnringpumpe gestaltet ist. Das Gleitlager dient primär als Verschleißschutzschicht zwischen Stator und Rotor. Zudem stellt das Gleitlager eine Zentrierfunktion für den Rotor bereit und kann bei entsprechender Auslegung axiale Spaltverluste verringern bzw. verhindern. Dies verbessert den Wirkungsgrad des Elektromotors.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform besteht die Schicht aus Kunststoff oder aus einem nicht-ferromagnetischen Material, insbesondere aus Bronze.
Gemäß noch einer bevorzugten Ausführungsform weist die Schicht eine Schichtdicke auf, welche kleiner oder gleich 0,3 mm ist. Da in den Stator ein Gleitlager mit dünner Schichtdicke integriert wird, kann insbesondere bei der Ausführung mit Reluktanzmotor ein entsprechend kleiner Luftspalt zwischen dem Stator und dem Rotor sichergestellt werden. Folglich ist ein guter Wirkungsgrad des Elektromotors darstellbar.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Schicht auf den Stator aufgespritzt, aufgeklebt oder darauf vulkanisiert.
Noch bevorzugter ist es, wenn die Schicht mit einem Fortsatz ausgeführt ist, so dass der Stator an einer Innenwand des Gehäuses mit einer Vorspannung anliegt. Insbesondere ist die Schicht so ausgeführt, dass die Vorspannung wirkt, um bei Montage des Deckels das Gleitlager in axialer Richtung entsprechend nach oben bzw. gegen die Innenwand zu drücken. Hierdurch entsteht kein bzw. ein sehr kleiner axialer Luftspalt und demzufolge treten nur sehr geringe Spaltverlust auf.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Nachfolgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:
1 einen Schnitt durch eine Innenzahnradpumpe gemäß dem Stand der Technik,
2 einen Querschnitt durch eine Innenzahnradpumpe gemäß einer Ausführungsform;
3 einen Längsschnitt durch die Innenzahnradpumpe von 2.
Ausführungsformen der Erfindung
In 1 zeigt einen Schnitt durch eine Innenzahnradpumpe 1 gemäß dem Stand der Technik. Die Innenzahnradpumpe 1 umfasst ein Zahnradpaar, welches aus einen innenverzahnten Zahnring 2 und einem außenverzahnten Zahnrad 3 besteht. Das Zahnrad 3 ist exzentrisch zum Zahnring 2 drehbar auf einem Lagerzapfen 4 angeordnet. Wird der Zahnring 2 in eine Drehbewegung versetzt, so kämmt die Außenverzahnung des Zahnrads 3 in der Innenverzahnung des Zahnrings 2 und erzeugt einen Fördervolumenstrom des Fluids, in welchem die Verzahnung läuft. Das Zahnradpaar aus dem Zahnring 2 und dem Zahnrad 3 ist in einem Gehäuse 5 angeordnet, wobei der Lagerzapfen 4 einteilig bzw. integral mit dem Gehäuse 5 ausgebildet ist. Der Zahnring 2 ist darüber hinaus drehfest mit einem Magnetring 6 verbunden, wobei sich der Magnetring 6 um den Zahnring 2 radial umlaufend erstreckt. Der Magnetring 6 läuft in einer Innenseite eines Stators 7, welcher eine Elektrowicklung 8 aufweist. Wird die Elektrowicklung 8 durch eine Steuerung elektrisch kommutiert, so wird im Stator 7 ein umlaufendes Magnetfeld erzeugt. Aufgrund des umlaufenden Magnetfeldes wird der Magnetring 6 in Rotation versetzt, wobei aufgrund der drehfesten Verbindung des Magnetrings 6 mit dem Zahnring 2 auch die Verzahnung bestehend aus dem Zahnring 2 und dem Zahnrad 3 in Betrieb gesetzt wird. Der Magnetring 6 ist an dem Stator 7 gleitend gelagert. Hierbei ist der Magnetring 6 mit einer entsprechenden Beschichtung aus einem geeigneten Gleitmaterial versehen. Diese Ausführung ist für die Anwendung hoher Förderdrücke und bei schlecht schmierenden Flüssigkeiten, wie beispielsweise Benzin oder Diesel, problematisch.
Die offene Seite des Gehäuses 5 der Innenzahnradpumpe 1 wird mittels eines Anschlussdeckels 9 verschlossen, wobei zur fluiddichten Abdichtung der Spalte zwischen dem Anschlussdeckel 9 und dem Gehäuse 5 ein Dichtelement 10 vorgesehen ist. Das Dichtelement 10 ist als O-Ring ausgeführt und ist in einer entsprechenden umlaufenden Nut (nicht dargestellt) innerhalb des Anschlussdeckels 9 angeordnet.
2 zeigt einen Querschnitt durch eine Innenzahnradpumpe 1 gemäß einer Ausführungsform. An bzw. in dem als Rotor wirkenden Zahnring 2 ist einer Vielzahl von Magneten 11 versehen (Permanentmagnetmotor). Wenn der Elektromotor alternativ als Reluktanzmotor ausgebildet ist, dann sind anstelle der Magneten 11 hier nicht dargestellte Löcher zur Feldschwächung vorgesehen.
An dem Stator 7 ist an einer dem Zahnring 2 gegenüberliegenden zylindrischen Oberfläche 12 ein Gleitlager 13 vorgesehen bzw. das Gleitlager 13 ist in den Stator 7 integriert. Das Gleitlager 13 dient primär als Verschleißschutzschicht zwischen dem Stator 7 und dem Rotor bzw. dem Zahnring 2. Zudem weist das Gleitlager 13 eine Zentrierfunktion für den Rotor bzw. den Zahnring 2 auf und kann bei entsprechender Auslegung axiale Spaltverluste verringern bzw. verhindern, wie in Zusammenhang mit 3 noch näher erläutert wird. Das Gleitlager 13 wird durch eine dünne Schicht aus auf den Stator 7 aufgespritztem Kunststoff gebildet.
3 zeigt einen Längsschnitt durch die Innenzahnradpumpe 1 von 2. Hier ist erkennbar, dass das Gleitlager 13, welches auf den Stator 7 aufgebracht bzw. in den Stator 7 eingespritzt ist, als Schicht mit einer Dicke von kleiner 0,3 mm ausgebildet ist, welche axial in Richtung zu einer Innenwand 14 des Gehäuses 5 mit einem Fortsatz 15 derartig ausgeführt ist, dass eine Vorspannung durch Anlage der Schicht an der Innenwand 14 des Gehäuses 5 entsteht. Bei Montage des Anschlussdeckels 9 wird das Gleitlager 13 in axialer Richtung gegen die Innenwand 14 gedrückt. Somit kann der Stator 7 axial fixiert werden. Desweiteren kann diese spezielle Ausführung des Gleitlagers 13 als axiale umlaufende Abdichtung verwendet werden.
Bei der Zahnradpumpe 1 gemäß der Erfindung wird eine konstruktiv einfache und somit kostengünstige Gleitlagerung vorgesehen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102006007554 A1 [0004]
- EP 1600635 A2 [0006]

Claims

Zahnradpumpe (1) zum Fördern eines Fluids mit einem drehbar gelagerten außenverzahnten Zahnrad (3) und einem innenverzahnten Zahnring (2), welche zur Erzeugung einer Förderwirkung in kämmendem Eingriff stehen, und welche gemeinsam mit einem elektrisch kommutierbaren Stator (7) in einem Gehäuse (5) angeordnet sind, wobei sich der Stator (7) konzentrisch um den Zahnring (2) herum erstreckt und mit dem Zahnring zur Erzeugung einer elektromotorischen Kraft zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnring (2) eine geschlossene, homogene zylindrische Oberfläche besitzt und an dem Stator (7) ein Gleitlager (13) vorgesehen ist.
Zahnradpumpe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnring (2) aus Sinterstahl oder Kunststoff besteht.
Zahnradpumpe (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor als Permanentmagnet-Synchronmotor ausgebildet ist und die Magneten (11) in den Zahnring (2) integriert sind.
Zahnradpumpe (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor als Reluktanzmotor ausgebildet ist und in den Zahnring (2) Löcher oder spezielle Ausnehmungen eingebracht sind, um durch Feldschwächung magnetische Pole auszubilden.
Zahnradpumpe (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitlager (13) an dem Stator (7) als eine auf einer dem Zahnring (2) gegenüberliegenden Oberfläche (12) des Stators (7) aufgebrachte Schicht ausgebildet ist.
Zahnradpumpe (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht aus Kunststoff oder aus einem nicht-ferromagnetischen Material, insbesondere aus Bronze, besteht.
Zahnradpumpe (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht eine Schichtdicke aufweist, welche kleiner oder gleich 0,3 mm ist.
Zahnradpumpe (1) nach Anspruch 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht auf den Stator (7) aufgespritzt, aufgeklebt oder darauf vulkanisiert ist.
Zahnradpumpe (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht mit einem Fortsatz (15) ausgeführt ist, so dass der Stator (7) an einer Innenwand (14) des Gehäuses (5) mit einer Vorspannung anliegt.