DE10307696A1

DE10307696A1 - Fluid transport pump has drive coils that can be subjected to direct voltage on both sides of rotor, that function as stator of direct current synchronous machine and that can set rotor rotating

Info

Publication number: DE10307696A1
Application number: DE10307696A
Authority: DE
Inventors: Hubert Stephan
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-09-13
Filing date: 2003-02-21
Publication date: 2003-10-02

Abstract

The fluid transport pump (2) has a rotor (8) rotatably mounted in a housing with a number of peripheral permanent magnets and adjacent blade sections (34) in a uniform sequence. Drive coils (10) that can be subjected to a direct voltage are arranged on both sides of the rotor and function as the stator of a direct current synchronous machine and can set the rotor rotating. AN Independent claim is also included for the following: an adjustable transport, choke and shut-off arrangement for fluids.

Description

Die Erfindung betrifft ein eine Förderpumpe sowie ein verstellbares Förder-, Drossel- und Absperrelement für Fluide, insbesondere ein als Förderpumpe, Durchflussbegrenzer und/oder als Absperrelement verwendbares, elektrisch betriebenes Element. The invention relates to a feed pump and an adjustable feed, Throttling and shut-off element for fluids, in particular as a feed pump, Flow limiter and / or electrically operated shut-off element Element.

Förderpumpen für Fluide sind in zahlreichen Ausführungsformen bekannt. Zur Förderung von Flüssigkeiten werden typischerweise Verdrängereinheiten, für Gase meist Strömungsmaschinen verwendet. Strömungsmaschinen eignen sich jedoch in gleicher Weise als Förderpumpen für Flüssigkeiten. Sollen besonders einfach und kostengünstig aufgebaute Förderpumpen zum Einsatz kommen, deren Wirkungsgrad keine hohe Priorität besitzt, eignen sich insbesondere einfach aufgebaute Strömungsmaschinen mit rotierenden Schaufelblättern o. dgl. Für viele Anwendungen ist eine Umkehrung der Strömungsrichtung sinnvoll, die jedoch bei typischerweise verwendeten elektrischen Antrieben nur durch eine aufwendige Ansteuerung realisierbar ist. Sollen weitere Aufgaben wie bspw. eine Durchflussbegrenzung oder eine Verschlussfunktion hinzu kommen, ist die Verschaltung mit zusätzlichen Bauteilen unumgänglich. Feed pumps for fluids are known in numerous embodiments. to Pumping liquids are typically displacement units, mostly for gases Fluid machines used. However, turbomachines are equally suitable Way as feed pumps for liquids. Should be particularly simple and inexpensive constructed feed pumps are used, the efficiency of which is not high Priority is particularly suitable for simply constructed turbomachines rotating blades or the like. For many applications, a reversal of the Flow direction makes sense, but the typically used electrical Drives can only be realized by complex control. Should more Tasks such as a flow limitation or a closing function come, the interconnection with additional components is essential.

Ein der Erfindung zugrunde liegendes Problem wird insbesondere darin gesehen, ein variables und universelles Förderelement zur Verfügung zu stellen, das ggf. einen Durchfluss begrenzen oder verhindern kann. A problem underlying the invention is seen in particular in to provide a variable and universal funding element that may include a Limit or prevent flow.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Lehre der unabhängigen Ansprüche gelöst, wobei in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen Merkmale aufgeführt sind, welche die Lösung in vorteilhafter und zweckmäßiger Weise weiter entwickeln. This problem is solved according to the invention by the teaching of the independent Claims resolved, with features listed in the respective dependent claims are who further develop the solution in an advantageous and expedient manner.

Eine erfindungsgemäße Förderpumpe für Fluide mit den Merkmalen des Anspruchs 1 ist sehr einfach aufgebaut und lässt sich kostengünstig in großer Stückzahl, in Serien- und Massenfertigung herstellen. Der Förderantrieb umfasst einen elektrisch betriebenen Rotor mit einer Reihe von Permanentmagneten, der ein Rotor einer Synchronmaschine ist. Durch die Anordnung des Rotors zwischen einer Reihe von Spulenpaaren lässt sich durch geeignete elektronische Ansteuerung eine beliebige Drehrichtung wählen. Die Förderpumpe ist auf diese Weise für eine Förderung in verschiedene Richtungen vorgesehen. Die Förderrate lässt sich auf einfache Weise durch eine Drehzahlsteuerung des Rotors wählen. A feed pump for fluids according to the invention with the features of Claim 1 is very simple and can be inexpensively in large numbers, manufacture in series and mass production. The conveyor drive includes an electric operated rotor with a series of permanent magnets, which is a rotor of a Is synchronous machine. By placing the rotor between a series of Coil pairs can be selected by suitable electronic control Select direction of rotation. The feed pump is in this way for funding different directions are provided. The funding rate is easy to do choose a speed control of the rotor.

Die zu beiden Seiten des scheibenförmigen Rotors angeordneten Spulen ermöglichen eine präzise Ansteuerung des Förderrotors und dessen Drehzahlregulierung. Die Spulen können in vorteilhafter Weise als auf einem Schaltungsträger aufgebrachte Flachspulen ausgebildet sein. Sie können bspw. als Leiterbahnen auf dem Schaltungsträger angeordnet sein und lassen sich auf diese Weise leicht und kostengünstig herstellen. The coils arranged on both sides of the disc-shaped rotor enable precise control of the conveyor rotor and its speed control. The coils can advantageously be applied to a circuit carrier Flat coils can be formed. You can, for example, as conductor tracks on the Circuit carriers can be arranged and can be easily and in this way manufacture inexpensively.

Die Gehäusehälften des Gehäuses weisen vorzugsweise jeweils eine Trichterform auf, die sich von einem Leitungsanschluss jeweils in Richtung einer Verbindungsebene erweitert, so dass die Gehäusehälften jeweils einen Verbindungsflansch zur lösbaren und dichtenden Verbindung aufweisen. Der scheibenförmige Rotor ist vorzugsweise ungefähr auf gleicher Höhe mit diesem als Flansch ausgestalteten Verbindungsabschnitt angeordnet, da diese Stelle den größten Durchmesser aufweist. Um den Rotor aufnehmen zu können, weist der Verbindungsabschnitt eine flachzylindrische Kontur von geringer Höhe auf. Außen können die beiden Gehäuseflansche bspw. miteinander verschraubt oder auf andere Weise lösbar oder unlösbar verbunden sein. So ist bspw. auch ein Verkleben oder Verschweißen möglich. The housing halves of the housing preferably each have a funnel shape on, extending from a line connection each towards a connection level expanded so that the housing halves each have a connecting flange for detachable and have sealing connection. The disc-shaped rotor is preferably approximately at the same level with this connecting section designed as a flange arranged because this point has the largest diameter. Around the rotor To be able to accommodate, the connecting portion has a flat cylindrical contour of low height. The two housing flanges can be on the outside, for example screwed or otherwise releasably or non-releasably connected. For example, gluing or welding is also possible.

Der Rotor sowie das Gehäuse können in vorteilhafter Weise aus Kunststoff, insbesondere aus spritzgegossenem Kunststoff gefertigt sein und zur Verbesserung der Festigkeit jeweils eine Faserverstärkung aufweisen. Die Permanentmagnete des Rotors können vorzugsweise vom Kunststoff umspritzt sein, so dass sie aufgrund eines dünnen Kunststoffüberzugs nicht mit dem geförderten Medium in Kontakt kommen. Wenn auch die Spulen in gleicher Weise im Kunststoff des Gehäuses eingebettet sind, kann die Förderpumpe auch aggressive und korrosive Fluide und Medien fördern, ohne dass eine Beschädigung oder ein Verschleiß zu befürchten ist. Um die Resistenz gegen Medieneinflüsse weiter zu verbessern, können die Oberflächen ggf. mit einer zusätzlichen Beschichtung versehen sein, die alle Poren verschließt und einen Schutz gegen Korrosion und Abrieb bieten kann. The rotor and the housing can advantageously be made of plastic, be made in particular from injection molded plastic and to improve the Strength each have a fiber reinforcement. The permanent magnets of the rotor can preferably be encapsulated by plastic, so that they are thin due to a Do not allow the plastic coating to come into contact with the medium being pumped. If too the coils are embedded in the plastic of the housing in the same way, the Feed pump also deliver aggressive and corrosive fluids and media without any Damage or wear is to be feared. To resistance to If necessary, the surfaces can be further improved with an additional media influence Be provided coating that closes all pores and protection against corrosion and can offer abrasion.

Ein erfindungsgemäßes Förder-, Drossel- und Absperrelement für Fluide mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 23 umfasst einen in einem Gehäuse drehbaren Rotor, der Schaufel- und Verschlussabschnitt aufweist, die mit entsprechenden Verschlusssegmenten des Gehäuses korrespondieren. Das erfindungsgemäße Element kann durch geeignete Ansteuerung des Rotors als Drosselelement bzw. als Verschlusselement fungieren. Die übrige Ansteuerung des drehbaren Rotors mit den Antriebsspulen entspricht der bereits oben beschriebenen Förderpumpe. Hinzu kommen die Funktionen der präzisen Positionierung des Rotors in bestimmten Winkelstellungen, die mit geeigneten Positionierungsspulen realisiert werden kann. Auch diese Positionierungsspulen wirken mit den Permanentmagneten des Rotors zusammen und können den Rotor in bestimmte Winkelstellungen bringen, in denen der Durchfluss begrenzt oder völlig unterbunden wird. An inventive delivery, throttle and shut-off element for fluids with the Features of independent claim 23 include a rotatable in a housing Rotor, which has blade and closure section, which correspond with corresponding Locking segments of the housing correspond. The element according to the invention can by suitable control of the rotor as a throttle element or as Closing element act. The rest of the control of the rotatable rotor with the Drive coils correspond to the feed pump already described above. Add to that the functions of precise positioning of the rotor in certain angular positions, that can be realized with suitable positioning coils. This too Positioning coils interact with the permanent magnets of the rotor and can bring the rotor into certain angular positions where the flow is limited or completely prevented.

Die Anzahl der Positionierungsspulen und der Antriebsspulen sowie die Anzahl der Permanentmagneten bestimmt das erzielbare Fördervolumen sowie den realisierbaren Fördergrad der Pumpe. The number of positioning coils and drive coils as well as the number of Permanent magnets determine the achievable delivery volume and the realizable one Pump delivery rate.

Die erfindungsgemäße Förderpumpe eignet sich bspw. als Umwälzpumpe für Flüssigkeiten in einer Vielzahl von Anwendungen. So kann sie bspw. als Kühlmittel- Umwälzpumpe im stationären oder mobilen Betrieb eingesetzt werden. Das erfindungsgemäße Förder-, Drossel- und Absperrelement kann insbesondere als Förderpumpe für eine Heizungsanlage oder bspw. für ein Blockheizkraftwerk eingesetzt werden. Hier ist insbesondere die Drehrichtungsumkehr von Vorteil, da auf diese Weise ein kalter Motor vor dem Start mit erwärmtem Wasser aus einem Wasserspeicher gespült werden kann. Hierzu kann das Wasser in einem oberen Bereich des Speichers entnommen werden. Anschließend kann die Drehrichtung umgekehrt werden und das durch die Motorabwärme erhitzte Wasser wieder in den Speicher gefördert werden. The feed pump according to the invention is suitable, for example, as a circulation pump for Liquids in a variety of applications. For example, it can be used as a coolant Circulation pump can be used in stationary or mobile operation. The Conveying, throttling and shut-off element according to the invention can in particular as Feed pump used for a heating system or, for example, for a combined heat and power plant become. Here, the reversal of the direction of rotation is particularly advantageous, because in this way a cold engine is flushed with heated water from a water tank before starting can be. To do this, the water in an upper area of the reservoir be removed. Then the direction of rotation can be reversed and that water heated by the engine waste heat can be pumped back into the storage tank.

Auch andere Anwendungen sind möglich und sinnvoll, bspw. ein Einsatz in der chemischen Industrie, wo oftmals aggressive Medien gefördert werden müssen. Ein Verschleiß und unerwarteter Pumpenausfall kann hier zu Problemen führen. Die erfindungsgemäße Förderpumpe bzw. das erfindungsgemäße Förder-, Drossel- und Absperrelement kann für diese Probleme eine Abhilfe bieten. Other applications are also possible and sensible, for example use in the chemical industry, where aggressive media often have to be pumped. On Wear and unexpected pump failure can lead to problems here. The Delivery pump according to the invention or the delivery, throttle and Shut-off element can offer a remedy for these problems.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung können den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden Figurenbeschreibung entnommen werden. Other features and advantages of the present invention can dependent claims and the following description of the figures become.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt: The invention will hereinafter be described with reference to the description of preferred Exemplary embodiments with reference to the accompanying drawings explained. It shows:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Förderpumpe bzw. des erfindungsgemäßen Förder-, Drossel- und Absperrelements, Fig. 1 is a schematic representation of the pump of the invention or of the conveyor according to the invention, throttling and shut-off element,

Fig. 2 einen Längsschnitt des Bauteils gemäß Fig. 1, Fig. 2 is a longitudinal section of the component according to FIG. 1,

Fig. 3 eine schematische Explosionsdarstellung des Bauteils gemäß Fig. 1, Fig. 3 is a schematic exploded view of the component according to FIG. 1,

Fig. 4 und 5 eine schematische Darstellung eines Rotors in Draufsicht und im Schnitt, FIGS. 4 and 5 is a schematic view of a rotor in plan view and in section,

Fig. 6 und 7 jeweils schematische Darstellungen von Gehäusehälften des erfindungsgemäßen Bauteils in Draufsicht und FIGS. 6 and 7 are schematic representations of the housing halves of the device according to the invention in top view, and

Fig. 8 und 9 schematische Darstellungen der antriebserzeugenden Komponenten des erfindungsgemäßen Bauteils. Fig. 8 and 9 are schematic representations of the drive-generating components of the inventive component.

Anhand der folgenden Fig. 1 bis 9 wird ein erfindungsgemäßes Bauteil erläutert, das je nach Gestaltung eines weiter unten zu erläuternden Rotors sowie einer von zwei aneinander gefügten Gehäusehälften eine Förderpumpe 2 oder ein steuerbares Förder-, Drossel- und Absperrelement 4 sein kann. Aus Vereinfachungsgründen wird in diesem Zusammenhang entweder von einer Förderpumpe 2 bzw. einer Pumpe 2 oder einem Element 4 die Rede sein. Das mit Element 4 bezeichnete Bauteil weist die genannten steuerbaren Funktionen der Förderung, der Drosselung und/oder der Absperrung auf. Gleiche Teile sind in den Fig. 1 bis 9 grundsätzlich mit gleichen Bezugszeichen versehen und brauchen daher nicht mehrfach erläutert werden. A component according to the invention is explained with the aid of the following FIGS. 1 to 9 which, depending on the design of a rotor to be explained further below and one of two housing halves joined to one another, can be a feed pump 2 or a controllable feed, throttle and shut-off element 4 . For reasons of simplification, either a feed pump 2 or a pump 2 or an element 4 will be mentioned in this context. The component identified by element 4 has the controllable functions of conveying, throttling and / or shutoff mentioned. The same parts are basically provided with the same reference numerals in FIGS. 1 to 9 and therefore do not need to be explained several times.

Das Element 4 umfasst ein Gehäuse 6, das aus einer ersten Gehäusehälfte 18 (in den Fig. 1 bis 3 jeweils oben) und aus einer zweiten Gehäusehälfte 20 (in den Fig. 1 bis 3 jeweils unten) besteht. Beide Gehäusehälften 18, 20 sind im zusammen gebauten Zustand an einem mittleren Verbindungsabschnitt 26 lösbar oder unlösbar miteinander verbunden. Der Verbindungsabschnitt 26 ist als Flansch ausgestaltet, der gleichzeitig eine Führungs-, Positionierungs- und Dichtungsfunktion erfüllt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel weist die zweite (untere) Gehäusehälfte 20 einen umlaufenden Zentriersteg 38 auf, den der Flansch der ersten Gehäusehälfte 18 dichtend und formschlüssig umgreift (vgl. Fig. 2 und 3). The element 4 comprises a housing 6 , which consists of a first housing half 18 (in FIGS. 1 to 3 at the top) and a second housing half 20 (in FIGS. 1 to 3 at the bottom). In the assembled state, both housing halves 18 , 20 are detachably or non-detachably connected to one another at a central connecting section 26 . The connecting section 26 is designed as a flange which simultaneously fulfills a guiding, positioning and sealing function. In the exemplary embodiment shown, the second (lower) housing half 20 has a circumferential centering web 38 , which the flange of the first housing half 18 surrounds in a sealing and form-fitting manner (cf. FIGS. 2 and 3).

Beide Gehäusehälften 18, 20 sind trichterförmig ausgestaltet und verjüngen sich in entgegen gesetzter Richtung jeweils zu einem Leitungsanschluss 24. Dieser kann je nach Bedarf eine beliebige Gestaltung aufweisen, bspw. ebenfalls als Verbindungsflansch oder als Schlauchanschluss o. dgl. ausgestaltet sein. Die beiden Gehäusehälften 18, 20 können entweder miteinander verschraubt sein, wodurch sie lösbar miteinander verbunden sind. Es sind jedoch auch andere lösbare Verbindungsarten möglich, bspw. mittels Klammern, Schellen, Rasthaken o. dgl. Sollen die Gehäusehälften 18, 20 nach der Montage nicht mehr voneinander getrennt werden, so können sie auch miteinander verklebt, verschweißt oder vernietet werden. In diesem Fall kann bei einem Defekt nur noch das gesamte Bauteil ausgetauscht werden, nicht mehr einzelne Teile. Both housing halves 18 , 20 are funnel-shaped and each taper in the opposite direction to a line connection 24 . This can have any configuration as required, for example, can also be configured as a connecting flange or as a hose connection or the like. The two housing halves 18 , 20 can either be screwed together, as a result of which they are detachably connected to one another. However, other detachable connection types are also possible, for example by means of clamps, clamps, latching hooks or the like. If the housing halves 18 , 20 are no longer to be separated from one another after assembly, they can also be glued, welded or riveted together. In this case, only the entire component can be replaced in the event of a defect, no longer individual parts.

In einer Ebene ungefähr auf Höhe des Verbindungsabschnittes 26 ist ein Rotor 8 drehbar gelagert, der anhand der Fig. 4 und 5 näher erläutert wird. Der Rotor 8 weist eine flachzylindrische Kontur auf, mit einer Nabe 30, einem Umfangsring 32 und dazwischen angeordneten Schaufelblattabschnitten 34 und Verschluss- bzw. Scheibenabschnitten 36. Mit seiner Nabe 30 ist der Rotor 8 drehbar auf einer Steckachse 28 der zweiten Gehäusehälfte 20 gelagert. Diese Lagerung kann wahlweise eine Gleit- oder Wälzlagerung sein. Sobald sich der Rotor 8 dreht, wird er von seinen Antriebselementen sowie von den an ihn angreifenden Strömungskräften des geförderten Fluids zentriert, so dass er im Idealfall den berührenden Kontakt mit der Steckachse 28 verliert und gleichsam eine fliegende Lagerung bzw. eine Strömungslagerung aufweist. In a plane approximately at the level of the connecting section 26 , a rotor 8 is rotatably mounted, which is explained in more detail with reference to FIGS. 4 and 5. The rotor 8 has a flat cylindrical contour, with a hub 30 , a circumferential ring 32 and interposed airfoil sections 34 and closure or disk sections 36 . With its hub 30 , the rotor 8 is rotatably mounted on a thru axle 28 of the second housing half 20 . This bearing can optionally be a sliding or rolling bearing. As soon as the rotor 8 rotates, it is centered by its drive elements and by the flow forces of the delivered fluid acting on it, so that it ideally loses contact with the thru axle 28 and, as it were, has a floating bearing or a flow bearing.

Als Antrieb des Rotors 8 kommt eine an sich bekannte Gleichstromsynchronmaschine zum Einsatz. Zu diesem Zweck weist der Rotor 8 in seinem Umfangsring 32 eine Reihe von regelmäßig voneinander beabstandeten Permanentmagneten 12 auf, die bspw. als kleine, zylindrische Einheiten fest im Umfangsring 32 verankert sein können. Im Verbindungsabschnitt 26 sind jeweils oberhalb und unterhalb des Rotors 8, auf gleichem Umfang wie dessen Permanentmagneten 12, Antriebsspulen 10 angeordnet, die durch geeignete Ansteuerung für eine Rotation des Rotors 8 sorgen können. Die Antriebsspulen 10 können bspw. als gedruckte Schaltungen auf einem ringförmigen Schaltungsträger 16 aufgebracht sein. Jeweils oberhalb und unterhalb des Rotors 8 ist ein mit Antriebsspulen 16 versehener Schaltungsträgerring 16 angeordnet. Die Antriebsspulen 10 stehen sich vorzugsweise immer paarweise gegenüber, so dass sie für ein magnetisches Feld in einer Richtung senkrecht zur Bewegungsrichtung der rotierenden Permanentmagneten 12 sorgen können. A known DC synchronous machine is used to drive the rotor 8 . For this purpose, the rotor 8 has in its circumferential ring 32 a number of regularly spaced permanent magnets 12 , which can be firmly anchored in the circumferential ring 32 , for example as small, cylindrical units. In the connecting section 26 , drive coils 10 are arranged above and below the rotor 8 , on the same circumference as its permanent magnet 12 , which can provide rotation of the rotor 8 by suitable control. The drive coils 10 can be applied, for example, as printed circuits on an annular circuit carrier 16 . A circuit carrier ring 16 provided with drive coils 16 is arranged above and below the rotor 8 . The drive coils 10 are preferably always in pairs, so that they can provide a magnetic field in a direction perpendicular to the direction of movement of the rotating permanent magnets 12 .

Das Antriebsprinzip des Synchronmotors ist anhand der schematischen Darstellungen der Fig. 8 und 9 verdeutlicht. Im gezeigten Ausführungsbeispiel soll ein Permanentmagnet 12 des Rotors 8 eine Bewegung von links nach rechts vollführen, die entsprechend der perspektivischen Darstellung einer Rotation entgegen des Uhrzeigersinns entspricht. Die Polung der sich jeweils paarweise gegenüber stehenden Antriebsspulen 10 wird so gewählt, das der Permanentmagnet 12 in Richtung des Spulenpaars 10 gezogen wird. Kurz bevor der Magnet 12 das Spulenpaar 10 passiert, wird die Spannung abgeschaltet, so dass der Magnet antriebslos vorbei streicht. Kurz nachdem der Magnet 12 das Spulenpaar 10 passiert hat, wird die Spannung umgepolt, so dass der Magnet 10 von den Spulen 10 abgestoßen wird. Die Drehzahl des Rotors 8 kann durch entsprechende Ansteuerung der Spulen gesteuert werden. The drive principle of the synchronous motor is illustrated by the schematic representations of FIGS. 8 and 9. In the exemplary embodiment shown, a permanent magnet 12 of the rotor 8 is to carry out a movement from left to right, which corresponds to a counterclockwise rotation in accordance with the perspective illustration. The polarity of the drive coils 10 , which are opposite each other in pairs, is selected such that the permanent magnet 12 is pulled in the direction of the coil pair 10 . Shortly before the magnet 12 passes the pair of coils 10 , the voltage is switched off, so that the magnet passes by without a drive. Shortly after the magnet 12 passes the pair of coils 10, the voltage is reversed, so that the magnet 10 by the coils 10 is shed. The speed of the rotor 8 can be controlled by appropriate control of the coils.

Um den Rotor 8 in gleichmäßige und ruckfreie Rotation zu versetzen, arbeitet der Antrieb vorzugsweise mit "Handshake". Damit ist eine Abschaltung des elektrischen Feldes kurz vor Passieren des Magneten gemeint. Eine solche Drehmomentlücke kann zweckmäßigerweise ca. 4° betragen und wird insgesamt durch die Mehrzahl von Magneten und Spulenpaaren ausgeglichen. In order to set the rotor 8 in a smooth and jerk-free rotation, the drive preferably works with "handshake". This means switching off the electric field shortly before passing the magnet. Such a torque gap can expediently be approximately 4 ° and is compensated overall by the plurality of magnets and pairs of coils.

Durch Anlegen einer Spannung an die Spulen fließt durch diese ein Strom. Dieser Strom ruft in der Spule jeweils ein Magnetfeld hervor, das sich auch im Luftspalt aufbaut. In diesem Luftspalt befindet sich nun das Laufrad mit den Dauermagneten. Auf Grund des oben genannten Feldes werden die Magneten angezogen. Befinden sie sich ca. 2° vor der absoluten Überlappung, wird der Strom abgeschaltet und gewartet, bis der Magnet 2° nach der absoluten Überlappung steht. Nun wird die Spule mit einer entgegen gesetzten Phasenlage und Spannung beaufschlagt, so dass sich nun das Magnetfeld umkehrt und den Magneten abstößt. When a voltage is applied to the coils, a current flows through them. This Current creates a magnetic field in the coil, which is also built up in the air gap. The impeller with the permanent magnets is now in this air gap. Because of the The magnets are attracted to the above field. They are around 2 ° the absolute overlap, the current is switched off and waited until the magnet 2 ° after the absolute overlap. Now the coil is placed with an opposite one Phase position and voltage applied so that the magnetic field is now reversed and repels the magnet.

Die Drehzahl lässt sich auf einfache Weise durch elektronische Ansteuerung der Antriebsspulen 10 regulieren. Ebenso einfach kann die Drehrichtung des Rotors 8 und damit die Förderrichtung der Pumpe 2 bzw. des Elements 4 umgekehrt werden. The speed can be regulated in a simple manner by electronic control of the drive coils 10 . The direction of rotation of the rotor 8 and thus the direction of delivery of the pump 2 or the element 4 can be reversed just as easily.

Der Rotor 8 weist die zur Fluidförderung notwendigen Schaufelblattabschnitte 34 auf, die im gezeigten Ausführungsbeispiel jeweils von Verschlussabschnitten 36 getrennt sind. Soll das erfindungsgemäße Bauteil lediglich als Förderpumpe 2 betrieben werden, können auch ausschließlich Schaufelabschnitte 34 vorgesehen sein. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind jeweils fünf Schaufelabschnitte 34 und fünf Verschlussabschnitte 36 vorgesehen (vgl. Fig. 4 und 5). Jeweils in gleicher Position wie die Schaufelabschnitte 34 sind im Umfangsring 32 Permanentmagneten 12 angeordnet, im gezeigten Ausführungsbeispiel somit fünf. Es können jedoch auch wesentlich mehr Magneten 12 vorgesehen sein, womit die Förderleistung des Antriebs entsprechend erhöht werden kann. Je mehr Magnete und Spulen vorhanden sind, desto höher ist die erzielbare Förderleistung. Allerdings ist die Anzahl der Spulen durch den im Schaltungsträgerring 16 zur Verfügung stehenden Platz begrenzt. Soll die Förderleistung dennoch erhöht werden, so kann es notwendig sein, den Außendurchmesser des Verbindungsabschnittes 26 und damit des Schaltungsträgerrings 26 sowie des Rotors 8 zu vergrößern. The rotor 8 has the information necessary for fluid production airfoil sections 34, each separated by plugging portions 36 in the illustrated embodiment. If the component according to the invention is to be operated only as a feed pump 2 , only blade sections 34 can also be provided. In the exemplary embodiment shown, five blade sections 34 and five closure sections 36 are provided (see FIGS. 4 and 5). Permanent magnets 12 are arranged in the circumferential ring 32 in each case in the same position as the blade sections 34 , thus five in the exemplary embodiment shown. However, significantly more magnets 12 can also be provided, with which the delivery capacity of the drive can be increased accordingly. The more magnets and coils there are, the higher the achievable delivery rate. However, the number of coils is limited by the space available in the circuit carrier ring 16 . If the delivery rate is nevertheless to be increased, it may be necessary to enlarge the outer diameter of the connecting section 26 and thus of the circuit carrier ring 26 and of the rotor 8 .

Die Schaufelabschnitte 34 bestehen aus schräg gestellten Blättern, die zwischen Nabe 30 und Umfangsring 32 des Rotors 8 angeordnet sind. Die Schrägstellung der Blätter ist vorzugsweise so bemessen, dass der Rotor 8 eine gewünschte Länge nicht überschreitet. Die im gezeigten Bild (Fig. 4) nach unten weisenden Kanten der Schaufelblätter 34 grenzen jeweils an eine Kante eines benachbarten Verschlussabschnittes 36, die vorzugsweise eine gleiche Breite wie die Schaufelblätter 34, jedoch keine Neigung aufweisen. D. h., sie sind als flache Scheibensegmente ausgestaltet, die bei einer Rotation des Rotors 8 in geringem Abstand abwechselnd über Verschlusssegmente 40 und Trichtersegmente 44 der zweiten Gehäusehälfte 20 streichen. The blade sections 34 consist of inclined blades which are arranged between the hub 30 and the circumferential ring 32 of the rotor 8 . The inclination of the blades is preferably such that the rotor 8 does not exceed a desired length. The edges of the airfoils 34 which point downward in the image shown ( FIG. 4) each adjoin an edge of an adjacent closure section 36 , which preferably have the same width as the airfoils 34 but no inclination. In other words, they are designed as flat disk segments which, when the rotor 8 rotates at a short distance, alternately sweep over closure segments 40 and funnel segments 44 of the second housing half 20 .

Deren Gestaltung wird anhand der Draufsicht der Fig. 6 verdeutlicht. Eine gleiche Anzahl von Trichtersegmenten 44, von Verschlusssegmenten 40 wie von Verschlussabschnitten 36 am Rotor 8 ermöglicht je nach dessen Steuerung eine Durchflussbegrenzung oder einen Verschluss des Elements 4. Zu diesem Zweck sind neben den Antriebsspulen 10 jeweils eine Reihe von Positionierungsspulen 14 vorgesehen, die in Zusammenwirkung mit den Permanentmagneten 12 eine gezielte Drehwinkelpositionierung des Rotors 8 ermöglichen. Da der Rotor 8 im gezeigten Ausführungsbeispiel fünf Permanentmagneten 12 aufweist, im Verbindungsabschnitt 26 jedoch nur jeweils vier Positionierungsspulen 14 vorgesehen sind, kann der Rotor 8 in nahezu jede gewünschte Stellung gebracht werden. Bei dieser festen Positionierung sind die Antriebsspulen 10 abgeschaltet. Their design is illustrated by the top view of FIG. 6. An equal number of funnel segments 44 , of closure segments 40 and of closure sections 36 on the rotor 8 , depending on the control thereof, enables a flow limitation or a closure of the element 4 . For this purpose, in addition to the drive coils 10 , a number of positioning coils 14 are provided, which in cooperation with the permanent magnets 12 enable the rotor 8 to be positioned in a targeted manner. Since the rotor 8 in the exemplary embodiment shown has five permanent magnets 12 , but only four positioning coils 14 are provided in the connecting section 26 , the rotor 8 can be brought into almost any desired position. With this fixed positioning, the drive coils 10 are switched off.

So kann der Rotor 8 durch geeignete Ansteuerung der Positionierungsspulen 14 bspw. in eine Stellung gebracht werden, bei der jeweils ein Verschlussabschnitt 36 deckungsgleich über einem Verschlusssegment 40 der zweiten Gehäusehälfte 20 angeordnet ist. In diesem Fall kann die Strömung den Rotor 8 ungehindert passieren. Es erfolgt keine Förderung. Werden dagegen die Verschlussabschnitte 36 des Rotors 8 in deckungsgleiche Position über die Trichtersegmente 44 gebracht, so ist das Element 4 verschlossen; es kann kein Fluid mehr hindurch fließen. Dazwischen sind beliebige Zwischenstellungen möglich, in denen das Element 4 als variabler Durchflussbegrenzer fungiert. Bei abgeschalteten Positionierungsspulen 14 und geeigneter Ansteuerung der Antriebsspulen 10 kann das Element 4 in beliebige Richtung und mit variabler Förderrate fördern. For example, the rotor 8 can be brought into a position by suitable control of the positioning coils 14 , in which a closure section 36 is arranged congruently above a closure segment 40 of the second housing half 20 . In this case, the flow can pass through the rotor 8 unhindered. There is no funding. If, on the other hand, the closure sections 36 of the rotor 8 are brought into congruent position over the funnel segments 44 , the element 4 is closed; fluid can no longer flow through. In between, any intermediate positions are possible in which element 4 acts as a variable flow limiter. When the positioning coils 14 are switched off and the drive coils 10 are appropriately actuated, the element 4 can convey in any direction and with a variable conveying rate.

Die in der zweiten Gehäusehälfte 20 befindlichen Positionierungsspulen 14 lassen sich vorzugsweise derart ansteuern, dass der Rotor 8 auf die Stirnfläche der zweiten Gehäusehälfte 20 gezogen wird und dort fest aufliegt. Durch eine ausreichend präzise Fertigung kann auf diese Weise eine annähernde Dichtheit des geschlossenen Rotors 8 erzielt werden, so dass einem gewissen Fluiddruck standgehalten werden kann. The positioning coils 14 located in the second housing half 20 can preferably be controlled in such a way that the rotor 8 is pulled onto the end face of the second housing half 20 and rests firmly there. Appropriate tightness of the closed rotor 8 can be achieved in this way by a sufficiently precise production, so that a certain fluid pressure can be withstood.

Wie anhand des Längsschnittes der Fig. 2 sowie der Draufsicht der Fig. 6 verdeutlicht ist, grenzen die sternförmig nach innen weisenden Verschlusssegmente 40 mittig nicht aneinander, sondern lassen einen mittigen Querschnitt frei, der dem inneren Querschnitt des Leitungsanschlusses 24 entspricht. An der Auflagefläche des Rotors sind die oberen Bereiche der Verschlusssegmente 40 jeweils durch den Ringabschnitt 42 verbunden, in dessen Mitte die senkrecht nach oben ragende und den Rotor 8 fest legende Steckachse 28 angeordnet ist. Die sich mit den Verschlusssegmenten 40 regelmäßig abwechselnden Trichterabschnitte 44 weisen annähernd die gleiche Kontur auf wie der entsprechende Trichterabschnitt 22 der ersten (oberen) Gehäusehälfte 18. As is clear from the longitudinal section of FIG. 2 and the top view of FIG. 6, the star-shaped inward-pointing closure segments 40 do not adjoin one another in the center, but leave a central cross section that corresponds to the inner cross section of the line connection 24 . On the contact surface of the rotor, the upper regions of the closure segments 40 are each connected by the ring section 42 , in the middle of which the thru-axis 28, which projects vertically upwards and fixes the rotor 8 , is arranged. The funnel sections 44 , which alternate regularly with the closure segments 40, have approximately the same contour as the corresponding funnel section 22 of the first (upper) housing half 18 .

Deren Gestaltung und glatter Übergang in den oberen Leitungsanschluss 24 ist anhand der schematischen Draufsicht der Fig. 7 verdeutlicht. Their design and smooth transition into the upper line connection 24 is illustrated by the schematic top view of FIG. 7.

Weiterhin verdeutlichen die Fig. 6 und 7 die Anordnung der ringförmigen Schaltungsträger 16 mit den darauf angeordneten Antriebsspulen 10 und Positionierungsspulen 14. Furthermore, the Fig. 6 and 7 illustrate the arrangement of the ring-shaped circuit board 16 having arranged thereon the drive coils 10 and coils 14 positioning.

Der Rotor 8 kann in vorteilhafter Weise aus spritzgegossenem Kunststoff gefertigt sein, der bspw. eine versteifende Faserverstärkung aufweist. Vorzugsweise sind die Magnete 12 gekapselt, so dass sie nicht mit dem geförderten Medium in Kontakt kommen. Die Permanentmagneten 12 können bspw. in die Spritzgussform eingelegt und anschließend in einem Schuss mit Kunststoff umspritzt werden. Auf dieser Weise kann der Rotor 8 in gewünschter Gestaltung auf sehr kostengünstige Weise in hohen Stückzahlen hergestellt werden. The rotor 8 can advantageously be made of injection-molded plastic, which has, for example, a stiffening fiber reinforcement. The magnets 12 are preferably encapsulated so that they do not come into contact with the conveyed medium. The permanent magnets 12 can, for example, be inserted into the injection mold and then encapsulated with plastic in one shot. In this way, the rotor 8 can be produced in large numbers in the desired configuration in a very cost-effective manner.

In gleicher Weise können die beiden Gehäusehälften 18, 20 aus spritzgegossenem Kunststoff hergestellt werden. Auch der hierfür verwendete Kunststoff kann eine Faserverstärkung aufweisen. Auch hierbei kann es von Vorteil sein, wenn die Spulen 10, 14 gekapselt sind, um nicht mit dem geförderten Medium in Kontakt zu kommen. Die Schaltungsträgerringe 16 können in gleicher Weise in eine Spritzgussform eingelegt und umspritzt werden. Die Anschlusskontakte zur Ansteuerung der Spulen 10, 14 können aus dieser Form herausgeführt werden und dabei hermetisch umspritzt werden. In the same way, the two housing halves 18 , 20 can be made from injection molded plastic. The plastic used for this can also have a fiber reinforcement. Here, too, it can be advantageous if the coils 10 , 14 are encapsulated so that they do not come into contact with the medium being conveyed. The circuit carrier rings 16 can be placed in an injection mold and overmolded in the same way. The connection contacts for controlling the coils 10 , 14 can be led out of this form and hermetically encapsulated.

Ein sinnvoller Trichterwinkel der beiden Gehäusehälften 18, 20 kann bspw. in einem Winkel von ca. 20 bis 60° zur Längsachse liegen. Vorzugsweise beträgt der Winkel ca. 35 bis 45°, so dass sich relativ günstige Strömungsverhältnisse ergeben. A useful funnel angle of the two housing halves 18 , 20 can, for example, lie at an angle of approximately 20 to 60 ° to the longitudinal axis. The angle is preferably approximately 35 to 45 °, so that relatively favorable flow conditions result.

Als Faserverstärkung eignet sich insbesondere Glasfaser oder Kohlefaser. Als Kunststoff eignet sich grundsätzlich jeder spritzgießbare Thermoplast. Ggf. können die Bauteile auch in einem Moldingverfahren aus duroplastischem Kunststoff hergestellt werden. Die Verwendung von Kunststoff hat insbesondere Vorteile hinsichtlich der Medienresistenz der Oberflächen sowie hinsichtlich der Herstellungskosten von großen Stückzahlen. Glass fiber or carbon fiber is particularly suitable as fiber reinforcement. As In principle, any injection-moldable thermoplastic is suitable for plastic. Possibly. can they Components also made from thermosetting plastic in a molding process become. The use of plastic has particular advantages in terms of Media resistance of the surfaces as well as the manufacturing costs of large ones Quantities.

Die erfindungsgemäße Förderpumpe eignet sich als kostengünstiges Massenprodukt, bspw. als Umwälzpumpe eines Kühlkreislaufs eines Kraftfahrzeuges o. dgl. Sie eignet sich hervorragend als Umwälzpumpe einer Heizungsanlage oder auch als Förderpumpe für die chemische Industrie. Bezugszeichenliste 2 Förderpumpe
4 Förder-, Drossel- und Absperrelement
6 Gehäuse
8 Rotor
10 Antriebsspule
12 Permanentmagnet
14 Positionierungsspule
16 Schaltungsträger/Schaltungsträgerring
18 erste Gehäusehälfte
20 zweite Gehäusehälfte
22 Trichterabschnitt
24 Leitungsanschluss
26 Verbindungsabschnitt
28 Steckachse
30 Nabe (Rotor)
32 Umfangsring (Rotor)
34 Schaufelabschnitt/Schaufelblattabschnitt (Rotor)
36 Verschlussabschnitt/Scheibenabschnitt (Rotor)
38 Zentriersteg (zweite Gehäusehälfte)
40 Verschlusssegment (zweite Gehäusehälfte)
42 Ringabschnitt (zweite Gehäusehälfte)
44 Trichtersegment (zweite Gehäusehälfte)
The feed pump according to the invention is suitable as an inexpensive mass product, for example as a circulation pump of a cooling circuit of a motor vehicle or the like. It is outstandingly suitable as a circulation pump of a heating system or as a feed pump for the chemical industry. Reference list 2 feed pump
4 conveyor, throttle and shut-off element
6 housing
8 rotor
10 drive coil
12 permanent magnet
14 positioning coil
16 circuit carrier / circuit carrier ring
18 first housing half
20 second housing half
22 funnel section
24 line connection
26 connecting section
28 thru axle
30 hub (rotor)
32 circumferential ring (rotor)
34 blade section / blade section (rotor)
36 closure section / disk section (rotor)
38 centering bar (second housing half)
40 locking segment (second housing half)
42 ring section (second housing half)
44 funnel segment (second housing half)

Claims

1. Controllable feed pump ( 2 ) for fluids, with a rotor ( 8 ) rotatably mounted in a housing ( 6 ), which has a plurality of permanent magnets ( 12 ) on its circumference and blade sections ( 34 ) arranged next to one another in a uniform sequence, wherein in Housings ( 6 ) are arranged on both sides of the rotor ( 8 ) with drive coils ( 10 ), which act as a stator of a DC synchronous machine and can set the rotor ( 8 ) in rotation.

2. Feed pump according to claim 1, characterized in that a conveying direction is reversible depending on the control of the drive coils ( 10 ).

3. Feed pump according to claim 1 or 2, characterized in that a degree of delivery in any conveying direction can be varied by appropriate control of the drive coils ( 10 ).

4. Feed pump according to one of claims 1 to 3, characterized in that the degree of delivery can be varied by controlling the rotational speed of the rotor ( 8 ).

5. Feed pump according to one of the preceding claims, characterized in that the drive coils ( 10 ) are arranged on both sides of the flat rotor ( 8 ).

6. Feed pump according to one of the preceding claims, characterized in that the drive coils ( 10 ) are designed as oppositely arranged pairs of coils.

7. Feed pump according to one of the preceding claims, characterized in that the drive coils ( 10 ) are each designed as flat coils.

8. Feed pump according to one of the preceding claims, characterized in that the drive coils ( 10 ) are each formed as conductor tracks of an annular circuit carrier ( 16 ).

9. Feed pump according to one of the preceding claims, characterized in that the housing ( 6 ) consists of at least two interconnectable halves ( 18 , 20 ).

10. Feed pump according to claim 9, characterized in that a first housing half ( 18 ) has a line connection ( 24 ) which widens in a funnel shape in the direction of a connecting section ( 26 ) to a second housing half ( 20 ).

11. Feed pump according to claim 9 or 10, characterized in that the second housing half ( 20 ) has a further line connection ( 24 ) which widens in a funnel shape in the direction of the connecting section ( 26 ) to the first housing half ( 18 ).

12. Feed pump according to one of the preceding claims, characterized in that the rotor ( 8 ) is arranged approximately in a connecting plane of the connecting section ( 26 ) of the two housing halves ( 18 , 20 ).

13. Feed pump according to one of the preceding claims, characterized in that the connecting section ( 26 ) of the two housing halves ( 18 , 20 ) has a flat cylindrical contour.

14. Feed pump according to one of the preceding claims, characterized in that the rotor ( 8 ) rotates centrally on a thru-axle ( 28 ) in the second housing half ( 20 ).

15. Feed pump according to one of the preceding claims, characterized in that the two housing halves ( 18 , 20 ) are detachably connected to one another, in particular screwed.

16. Feed pump according to one of the preceding claims, characterized in that the rotor ( 8 ) is made of plastic and that the permanent magnets ( 12 ) are molded therein.

17. Feed pump according to one of the preceding claims, characterized in that the rotor ( 8 ) is made of injection molded plastic.

18. Feed pump according to one of the preceding claims, characterized in that the permanent magnets ( 12 ) each have a cylindrical contour and that their end faces are each covered by a thin layer of the plastic from which the rotor ( 8 ) is made.

19. Feed pump according to one of the preceding claims, characterized in that the two housing halves ( 18 , 20 ) are each made of plastic, in particular of injection molded plastic.

20. Feed pump according to one of the preceding claims, characterized in that the rotor ( 8 ) made of plastic has a fiber reinforcement, in particular with glass fibers or with carbon fibers or the like.

21. Feed pump according to one of the preceding claims, characterized in that the housing halves ( 18 , 20 ) made of plastic have a fiber reinforcement, in particular with glass fibers or with carbon fibers or the like.

22. Feed pump according to one of the preceding claims, characterized in that the line connections ( 24 ) of the housing halves ( 18 , 20 ) are each designed as hose connections or the like.

23. Adjustable conveying, throttling and shut-off element ( 4 ) for fluids, with a rotor ( 8 ) rotatably mounted in a housing ( 6 ), which has a plurality of permanent magnets ( 12 ) on its circumference and vane sections arranged next to one another in a uniform sequence ( 34 ) and closure sections ( 36 ), drive coils ( 10 ), which act as a stator of a DC synchronous machine and set the rotor ( 8 ) in rotation, are arranged in the housing ( 6 ) on both sides of the rotor ( 8 ) can.

24. Element according to claim 23, characterized in that the rotor ( 8 ) has airfoil sections ( 34 ), between each of which flat disc sections ( 36 ) are arranged.

25. Element according to claim 24, characterized in that the disc sections ( 36 ) of the rotor ( 8 ) are each partially or completely congruent via corresponding closure segments ( 40 ) of the second housing half ( 20 ) and in this way for a flow limitation or a closure can worry.

26. Element according to one of claims 23 to 25, characterized in that the closure segments ( 40 ) in the second housing half ( 20 ) are arranged in a star shape.

27. Element according to one of claims 23 to 26, characterized in that an equal number of airfoil sections ( 34 ) and disk sections ( 36 ) of the rotor ( 8 ) and of closure segments ( 40 ) of the second housing half ( 20 ) are provided.

28. Element according to one of claims 23 to 27, characterized in that the regions of the closure segments ( 40 ) facing the central axis of the second housing half ( 20 ) are spaced apart from one another in a lower region and in an upper region by a ring section ( 42 ) the thru axle ( 28 ) arranged thereon are connected.

29. Element according to one of claims 23 to 28, characterized in that in each case additional positioning coils ( 14 ) are arranged in the first and second housing halves ( 18 , 20 ).

30. Element according to one of claims 23 to 29, characterized in that a smaller number of positioning coils ( 14 ) is provided as permanent magnets ( 12 ) in the rotor ( 8 ).

31. Element according to any one of claims 23 to 30, characterized in that the positioning coils ( 14 ) are each applied to the circuit carrier ( 16 ) between adjacent drive coils ( 10 ).

32. Element according to one of claims 23 to 31, characterized in that a larger number of drive coils ( 10 ) is provided as permanent magnets ( 12 ) are present in the rotor ( 8 ).

33. Element according to one of claims 23 to 32, which corresponds to the modified rotor ( 8 ) and the additional positioning coils ( 14 ) of the feed pump ( 2 ) according to one of claims 1 to 22.