DE102009028154A1

DE102009028154A1 - Zahnradpumpe

Info

Publication number: DE102009028154A1
Application number: DE200910028154
Authority: DE
Inventors: Stanislaw Bodzak
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: CN102483058A; RU2012107225A; JP2013500430A; IN2012DN00753A; EP2459880B1; US20120148426A1; RU2540346C2; US8974207B2; EP2459880A2; CN102483058B; WO2011012364A3; WO2011012364A2; JP5536885B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Zahnradpumpe (1) zum Fördern eines Fluids mit einem drehbar auf einem Lagerzapfen (4) 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) herumerstreckt und mit einem Magnetring (6) zur Erzeugung einer elektromotorischen Kraft zusammenwirkt, wobei der Magnetring (6) mit dem Zahnring (2) zur Erzeugung der Förderwirkung eine Rotationsbewegung ausführt und wobei der Zahnring (2) durch ein Gleitlager (25) gelagert ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zahnradpumpe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stand der Technik
Zahnradpumpen 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 Innenzahnradpumpe oder eine Zahnringpumpe bereitzustellen.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Erfindungsgemäß wird eine Zahnradpumpe zum Fördern eines Fluids mit einem drehbar auf einem Lagerzapfen 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 einem Magnetring zur Erzeugung einer elektromotorischen Kraft zusammenwirkt, wobei der Magnetring mit dem Zahnring zur Erzeugung der Förderwirkung eine Rotationsbewegung ausführt, wobei der Zahnring durch ein Gleitlager gelagert ist. Durch Lagern des Zahnring durch ein Gleitlager wird eine konstruktiv einfache und daher kostengünstige Lösung zur Lagerung vorgesehen.
Vorzugsweise ist der Magnetring zwischen dem Stator und dem Zahnring angeordnet. Der Magnetring hat dabei keine Gleitlageraufgabe. Die Aufgaben der Gleitlagerung werden vorteilhafterweise durch andere Bauteile der Innenzahnradpumpe und den Zahnring selbst übernommen.
In noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind der Magnetring und der Zahnring drehfest miteinander verbunden. So wird ein Antriebsdrehmoment von dem rotierenden Elektromagnetfeld an den Magnetring und weiter an den Zahnring der Innenzahnradpumpe oder Zahnringpumpe übertragen. Der Magnetring selbst übernimmt keine Lagerfunktion. Diese wird auf vorteilhafte Weise von anderen Bauteilen, vorzugsweise vom Zahnring selbst, übernommen.
Es ist darüber hinaus bevorzugt, wenn der Zahnring aus einem nicht magnetischen Material hergestellt ist. So wird eine magnetische Abkoppelung zwischen den einzelnen Bauteilen erreicht.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Lagerung des Zahnrings durch einen ringförmig ausgebildeten Abschnitt vorgesehen, welcher zumindest an einer dem Zahnring gegenüberliegenden Oberfläche als Gleitlager ausgebildet ist.
Vorzugsweise ist zwischen dem Stator und dem Magnetring ein zweiter Radialspalt mit einem Wert von 0,1 bis 0,5 mm ausgebildet.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der ringförmig ausgebildete Abschnitt integral mit dem Gehäuse gebildet und ragt von diesem radial nach innen ab.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der ringförmig ausgebildete Abschnitt in das Gehäuse eingepresst oder verklebt.
Es ist auch bevorzugt, wenn die Lagerung des Zahnrings durch ein scheibenförmiges Element vorgesehen wird, welches einen von dem scheibenförmigen Element abragenden Lagerzapfen aufweist, welcher in einer entsprechend in dem Gehäuse vorgesehenen Aussparung aufgenommen ist. Vorzugsweise ist die Oberfläche des Lagerzapfens als Gleitlager ausgebildet. Alternativ kann eine Innenwand der Ausnehmung als Gleitlager ausgebildet sein. Bei dieser Ausführungsform sind die Kraftstoffanschlüsse im Gehäuse zu fertigen.
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 Schnitt durch eine Innenzahnradpumpe gemäß einer Ausführungsform,
3 einen Schnitt durch eine Innenzahnradpumpe gemäß einer weiteren Ausführungsform,
4 einen Schnitt durch eine Innenzahnradpumpe gemäß noch einer weiteren Ausführungsform,
5 eine Draufsicht auf die Innenzahnradpumpe von 4;
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, nicht geeignet.
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 Schnitt durch eine Innenzahnradpumpe 1 gemäß einer Ausführungsform. Die hier dargestellte Innenzahnradpumpe 1 gemäß der Ausführungsform unterscheidet sich im Wesentlichen von der in 1 dargestellten Innenzahnradpumpe 1 dadurch, dass nicht der Magnetring 6 die Lagerfunktion übernimmt sondern der Außenring bzw. der Zahnring 2 durch ein Gleitlager gelagert wird. Der Magnetring 6 und der Zahnring 2 sind entweder formschlüssig verbunden, oder die Verbindung wird in der Ausführungsform durch z. B. Verkleben der beiden Bauteile miteinander erreicht. Ein Antriebsdrehmoment wird so von einem rotierenden Elektromagnetfeld an den Magnetring 6 und weiter an den Zahnring 2 der Innenzahnradpumpe 1 übertragen. Um eine magnetische Abkopplung zwischen den Bauteilen zu realisieren, ist das Zahnrad 3 aus nicht magnetischem Material hergestellt. Um die Gleitlagerung am Zahnring 2 zu realisieren, ist ein ringförmig ausgebildeter Abschnitt 11 vorgesehen, welcher hier einteilig bzw. integral mit dem Gehäuse 5 ausgebildet ist und von einer Innenwand 14 des Gehäuses 5 radial abragt. Der ringförmig ausgebildete Abschnitt 11 ist an einer dem Zahnring 2 gegenüberliegenden ersten Oberfläche 15 als Gleitlager 25 ausgebildet. Zwischen einer zweiten Oberfläche 16 des ringförmig ausgebildeten Abschnitts 11, welche dem Magnetring 6 gegenüberliegt, und dem Magnetring 6 ist ein erster Radialspalt 12 vorhanden. Ein weiterer zweiter Radialspalt 13 ist zwischen dem Magnetring 6 und dem Stator 7 auf kleine Werte ausgelegt mit dem Ziel, eine gute Drehmomentübertragung und geringe hydraulische Reibung zu erreichen. Die Breite des zweiten Radialspalts 12, 13 liegt in einem Bereich von 0,1 bis 0,5 mm.
3 zeigt einen Schnitt durch eine Innenzahnradpumpe 1 gemäß einer weiteren Ausführungsform, welche sich von der in 2 dargestellten Innenzahnradpumpe 1 dadurch unterscheidet, dass in dieser Ausführungsform der ringförmig ausgebildete Abschnitt 11 nicht integral mit dem Gehäuse 5 hergestellt ist sondern als separates Bauteil hergestellt ist. Der ringförmig ausgebildete Abschnitt 11 mit Lagerfunktion ist in das Gehäuse 5 bzw. in eine Aussparung 17, welche in der Innenwand 14 des Gehäuses 5 vorgesehen ist, eingepresst oder eingeklebt.
4 zeigt einen Schnitt durch eine Innenzahnradpumpe 1 gemäß noch einer weiteren Ausführungsform, wobei die Lagerfunktion für den Zahnring 2 ein scheibenförmiges Element 18 übernimmt, welches einen radial von dem scheibenförmigen Element 18 abragenden Lagerzapfen 19 aufweist. Der Lagerzapfen 19 des scheibenförmigen Elements 18 ist in einer in dem Lagerzapfen 4 des Gehäuses 5 ausgebildeten Ausnehmung 20 angeordnet bzw. gelagert, wobei das scheibenförmige Element 18 von außen an dem Zahnring 2 anliegt. Das Gleitlager 25 ist in diesem Fall zwischen dem Lagerzapfen 19 des scheibenförmigen Elements 18 und dem Lagerzapfen 4 des Gehäuses 5 vorgesehen. Dabei kann entweder die Oberfläche des Lagerzapfens 19 oder die Innenwand 21 der in dem Lagerzapfen 4 des Gehäuses 5 ausgebildeten Ausnehmung 20 als Gleitlager ausgebildet sein. Bei dieser Ausführungsform sind Kraftstoffanschlüsse 22, 23 in dem Gehäuse 5 vorzusehen.
5 zeigt eine Draufsicht auf die Innenzahnradpumpe 1 von 4. Hierbei ist die Position der zwei Kraftstoffanschlüsse 22, 23, welche in dem Gehäuse 5 gefertigt sind, nochmals durch die jeweils doppelt gestrichelten Kreislinien angedeutet.
Bei der Zahnradpumpe gemäß der Erfindung wird eine konstruktiv einfache und somit kostengünstige Gleitlagerung realisiert.
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 auf einem Lagerzapfen (4) 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 einem Magnetring (6) zur Erzeugung einer elektromotorischen Kraft zusammenwirkt, wobei der Magnetring (6) mit dem Zahnring (2) zur Erzeugung der Förderwirkung eine Rotationsbewegung ausführt, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnring (2) durch ein Gleitlager (25) gelagert ist.
Zahnradpumpe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetring (6) zwischen dem Stator (7) und dem Zahnring (2) angeordnet ist.
Zahnradpumpe (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetring (6) und der Zahnring (2) drehfest verbunden sind.
Zahnradpumpe (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnring (2) aus einem nicht magnetischen Material hergestellt ist.
Zahnradpumpe (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerung des Zahnrings (2) durch einen ringförmig ausgebildeten Abschnitt (11) vorgesehen wird, welcher zumindest an einer dem Zahnring (2) gegenüberliegenden ersten Oberfläche (15) als Gleitlager (25) ausgebildet ist.
Zahnradpumpe (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Stator (7) und dem Magnetring (6) ein zweiter Radialspalt (13) mit einem Wert von 0,1 bis 0,5 mm ausgebildet ist.
Zahnradpumpe (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmig ausgebildete Abschnitt (11) integral mit dem Gehäuse (5) gebildet ist und von diesem radial nach innen abragt.
Zahnradpumpe (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmig ausgebildete Abschnitt (11) in das Gehäuse (5) eingepresst oder eingeklebt ist.
Zahnradpumpe (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerung des Zahnrings (2) durch ein scheibenförmiges Element (18) vorgesehen wird, welches einen von dem scheibenförmigen Element (18) abragenden Lagerzapfen (19) aufweist, welcher in einer entsprechend in dem Gehäuse (5) vorgesehenen Ausnehmung (20) aufgenommen ist.
Zahnradpumpe (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Lagerzapfens (19) als Gleitlager (25) ausgebildet ist.
Zahnradpumpe (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwand (21) der Ausnehmung (20) als Gleitlager (25) ausgebildet ist.