DE10312978A1

DE10312978A1 - Elektrohydrodynamisches Aggregat

Info

Publication number: DE10312978A1
Application number: DE2003112978
Authority: DE
Inventors: Ingo Drewe; Thomas Zink; Gerd Walter
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2003-03-24
Filing date: 2003-03-24
Publication date: 2004-10-07

Abstract

Es wird ein elektrohydrodynamisches Aggregat angegeben, das einen Elektromotor (16) mit Stator (19) und Rotor (17) und einen von dem Elektromotor (16) angetriebenen, in einem fluidgefüllten Gehäuse (11) angeordneten Fluiddruckerzeuger aufweist. Zur Vermeidung von den Wirkungsgrad senkenden Kopplungssystemen zwischen Elektromotor (16) und Fluiddruckerzeuger und zur Erzielung eines kompakten Aggregats ist der Elektromotor (16) im Gehäuse (11) angeordnet und der Rotorkörper (20) im Radialabstand von der Rotorwelle (21) angeordnet und über mehrere Radialstreben (25) starr mit der Rotorwelle (21) verbunden. Zur Ausbildung des Fluiddruckerzeugers sind die Radialstreben (25) schaufelförmig gestaltet (Fig. 1).

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem elektrohydrodynamischen Aggregat nach dem Oberbegriff des Anpsruchs 1.

Ein solches elektrohydrodynamisches Aggregat ist z.B. eine Fluidpumpe, wie Kühlwasserpumpe, Heizungspumpe, Teichpumpe, Aquariumpumpe, Ölpumpe und dgl., bei der der Fluiddruckerzeuger von einem Pumpenrad gebildet ist, das in einem einen Pumpenraum einschließenden fluidgefüllten Gehäuse angeordnet ist. Bei dieser bekannten Fluidpumpe ist der Elektromotor von dem im Pumpenraum drehenden Pumpenrad getrennt angeordnet. Die Übertragung des Antriebsmoments vom Elektromotor auf das Pumpenrad erfolgt durch ein magnetisches Koppelsystem, das einen gegenüber dem Elektromotor völlig abgeschlossenen Pumpenraum ermöglicht. Diese Pumpenbauweise ist sehr kostenträchtig und erreicht aufgrund der magnetischen Kopplung einen nur relativ geringen Wirkungsgrad.

Ein solches elektrohydrodynamisches Aggregat ist auch ein hydraulischer Aktor oder Steller mit einem hydraulischen Arbeitszylinder, in dem ein den Fluiddruckerzeuger bildender Arbeitskolben axial verschieblich geführt ist. Der Arbeitskolben begrenzt im Arbeitszylinder einen mit einem Einlaß und einem Auslaß versehenen fluidgefüllten Arbeitsraum. Der axiale Hub des Arbeitskolbens wird von dem Elektromotor über ein entsprechendes Getriebe herbeigeführt.

Das erfindungsgemäße elektrohydrodynamische Aggregat mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß der Elektromotor und der Fluiddruckerzeuger in einem gemeinsamen, fluidgefüllten Gehäuse untergebracht sind und der Fluiddruckerzeuger ohne nennenswerten Mehraufwand integraler Bestandteil des Elektromotors ist. Der gesamte Wirkungsgrad des Aggregats wird durch Wegfall des üblichen Koppelsystems zwischen Fluiddruckerzeuger und Elektromotor erheblich gesteigert. Die Zahl der benötigten Einzelteile ist drastisch reduziert, was sich vorteilhaft in der Senkung sowohl der Herstellungskosten als auch der Montagekosten niederschlägt.

Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen elektrohydrodynamischen Aggregats möglich.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das elektrohydrodynamische Aggregat als Fluidpumpe ausgebildet, wobei das Gehäuse mit einem Zulauf und einem Ablauf versehen ist, die auf voneinander abgekehrten Seiten der das Pumpenrad der Fluidpumpe bildenden, schaufelförmigen Radialstreben angeordnet sind, und zwar im Bereich zwischen Rotorkörper und Rotorwelle. Wie bei den bekannten Pumpen ist der zwischen Rotorkörper und Rotorwelle liegende Pumpenraum elektrisch und mechanisch entkoppelt. Koppelelemente zum Ankoppeln des Pumpenrads an den Rotor entfallen. Der Bauraum der erfindungsgemäßen Fluidpumpe ist im Vergleich zu herkömmlichen Fluidpumpen gleicher Leistung drastisch gesenkt und der Wirkungsgrad wesentlich verbessert.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das elektrohydrodynamische Aggregat als Aktuator oder Steller zur Erzeugung einer in Achsrichtung gerichteten Stellkraft ausgebildet, wobei die Gehäuseteile des zweiteiligen Gehäuse relativ zueinander axial verschieblich ausgebildet und gegeneinander abgedichtet sind. Bei diesem erfindungsgemäßen Aktuator oder Steller wird die axiale Stellkraft zentral im vollständig fluidgefüllten Gehäuse erzeugt, indem die hydrodynamischen Kräfte und deren Reaktionen an dem von den schaufelförmigen Radialstreben gebildeten Pumpenrad genutzt werden.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung übergreift hierzu der eine Gehäuseteil kappenartig den anderen Gehäuseteil und ist mittels eines Gleitlagers verdrehsicher und axial verschiebbar auf dem anderen Gehäuseteil festgelegt. Zwischen Übergreifungsrand des einen Gehäuseteils und dem anderen Gehäuseteil ist eine umlaufende Dichtung angeordnet. Durch diese konstruktiven Maßnahmen läßt sich der Aktor fertigungstechnisch sehr einfach realisieren.

Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen im folgenden näher beschrieben. Es zeigen jeweils in perspektivischer Darstellung
1 einen Längsschnitt einer Fluidpumpe,
2 einen Längsschnitt eines hydraulischen Aktors zur Erzeugung einer linearen Stellkraft.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Die in 1 im Längsschnitt dargestellte Fluidpumpe zum Fördern eines Fluids, z.B. eine Wasserpumpe, als Ausführungsbeispiel für ein elektrohydrodynamisches Aggregat weist ein Gehäuse 11 auf, das aus zwei Gehäuseteilen zusammengesetzt ist, und zwar aus einem Gehäusetopf 12 mit Topfboden 121, Topfmantel 122 und Topföffnung 123 und einem die Topföffnung 123 des Gehäusetopfs 12 fluiddicht abschließenden Gehäusedeckel 13. Im Gehäusedeckel 13 ist ein Zulauf 15 und im Topfboden 121 ein Ablauf 14 vorhanden, die jeweils konzentrisch zur Gehäuseachse angeordnet und von einem Anschlußstutzen 30 umschlossen sind. Zulauf 15 und Ablauf 14 sind mittels des Anschlußstutzens 30 an Fluidleitungen angeschlossen.
Im Gehäuseinnern ist ein Elektromotor 16 angeordnet, der im Ausführungsbeispiel als elektronisch kommutierter Innenläufermotor mit einem Rotor 17 und einem den Rotor 17 unter Belassung eines radialen Luftspalts 18 konzentrisch umschließenden Stator 19 ausgeführt ist. Der Stator 19 ist im Gehäusetopf 12 festgelegt, liegt an dem Topfmantel 122 des Gehäusetopfs 12 an und erstreckt sich über die gesamte axiale Höhe des Topfmantels 122. Im Stator 19 ist in üblicher Weise eine Statorwicklung angeordnet, die hier nicht weiter dargestellt ist. Der Rotor 17 umfaßt einen Rotorkörper 20, der – wie hier nicht weiter dargestellt ist – über den Umfang äquidistant hintereinander angeordnete Permanentmagnetpole trägt, sowie eine den Rotorkörper 20 drehfest tragende Rotorwelle 21. Die Rotorwelle 21 ist in zwei Lagern 22, 23 aufgenommen, wobei das eine Lager 22 im Anschlußstutzen 30 des Ablaufs 14 und das andere Lager 23 im Anschlußstutzen 30 des Zulaufs 15 angeordnet ist. Jedes Lager 22, 23 ist über gleichmäßig am Umfang verteilte Radialstege 24 an der Innenwand des Stutzens 30 abgestützt. Die Radialstege 24 können wahlweise als Leitschaufeln ausgebildet sein. Die Lager 22, 23 sind im Ausführungsbeispiel der 1 als Gleitlager dargestellt, können aber auch als Wälzlager ausgeführt werden. Der hohlzylindrische Rotorkörper 20 umschließt die Rotorwelle 21 mit Radialabstand und ist über Radialstreben 25 mit der Rotorwelle 21 drehfest verbunden, wobei die Radialstreben 25 um gleiche Drehwinkel zueinander versetzt angeordnet, vorzugsweise einstückig mit der Rotorwelle 21 ausgeführt und an ihrem rotorwellenfernen Ende mittig an der Innenfläche 201 des Rotorkörpers 20 befestigt sind. Die Radialstreben 25 sind schaufelförmig so ausgebildet, daß sie insgesamt mit dem Rotorkörper 20 ein auf der Rotorwelle 21 drehfest sitzendes Pumpenrad 26 bilden, wobei die zylindrische Innenfläche 201 des Rotorkörpers 20 zusammen mit dem Topfboden 121 und dem Gehäusedeckel 13 den Pumpenraum der Fluidpumpe begrenzt. Bei Rotation des Pumpenrads 26 in 1 im Uhrzeigersinn bildet das Pumpenrad 26 auf seiner in 1 linken, dem Gehäusedeckel 13 zugekehrten Seite einen Saugraum 27 und auf seiner in 1 rechten, dem Topfboden 121 zugekehrten Seite einen Druckraum 28 aus, so daß Fluid in der durch die Pfeile 29 in 1 angegebenen Richtung gefördert wird. Die in 1 dargestellte Fluidpumpe arbeitet damit als Axialpumpe. Selbstverständlich ist es möglich, die Fluidpumpe auch als Radialpumpe auszuführen. Auch kann der Elektromotor 16 grundsätzlich auch als Außenläufermotor ausgebildet werden.
Der in 2 im Längsschnitt dargestellte Aktor oder Steller als weiteres Ausführungsbeispiel für ein elektrohydrodynamisches Aggregat stimmt im Aufbau weitgehend mit der zu 1 beschriebenen Förderpumpe überein, so daß gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind.
Der hydraulische Aktor besitzt wiederum ein aus zwei Gehäuseteilen zusammengesetzte Gehäuse 31. Der eine Gehäuseteil wird von einem Gehäusetopf 32 mit Topfboden 321, Topfmantel 322 und Topföffnung 323 und der andere Gehäuseteil von einem Gehäusedeckel 33 gebildet. Der die Topföffnung 232 verschließende Gehäusedeckel 33 ist kappenförmig ausgebildet und greift mit seinem Kappenrand 331 über den Topfmantel 322 des Gehäusetopfs 32 hinweg. Zwischen dem Topfmantel 322 und dem Kappenrand 331 ist ein Gleitlager 34 angeordnet, über das der Gehäusedeckel 33 axial verschiebbar und drehfest mit dem Gehäusetopf 32 verbunden ist. Mittels einer umlaufenden Dichtung 35 ist der Kappenrand 331 gegenüber dem Topfmantel 322 abgedichtet. Zur Sicherstellung einer vollständigen Fluidfüllung des Aktors ist eine Entlüftungsleitung mit Volumenausgleichsbehälter erforderlich. Letzterer kann Bestandteil des Gehäuses 31 sein oder getrennt ausgeführt werden. Vom Topfboden 321 und vom Gehäusedeckel 33 stehen zur Gehäuseachse konzentrische angeordnete Lagerschalen 36, 37 axial ab, in denen die Lager 42, 43 zur Drehaufnahme der Rotorwelle 41 einliegen. Die Lager 42, 43 sind im Ausführungsbeispiel der 2 als Gleitlager dargestellt. Anstelle der Gleitlager können auch Wälzlager mit axialer Abstützung der Rotorwelle 41 eingesetzt werden.
Der Elektromotor 16 ist in gleicher Weise ausgebildet wie zu 1 beschrieben, wobei die Rotorwelle 41 aus anderen konstruktiven Gründen hohl ausgebildet ist, alternativ aber auch als Vollwelle wie in 1 ausgeführt werden kann. Der von der Innenfläche 201 des Rotorkörpers 20 sowie von Gehäusedeckel 33 und Topfboden 321 eingeschlossene Raum ist mit einem Fluid, z.B. Hydrauliköl, gefüllt und die Lager 42, 43 gegen Flüssigkeitsaustritt abgedichtet.
Rotiert der Rotor 17, so bauen die zwischen Rotorwelle 21 und Rotorkörper 20 liegenden, wiederum schaufelförmig ausgebildeten Radialstreben 25 einen Druckunterschied zwischen den auf beiden Seiten der Radialstreben 25 liegenden Räumen 37, 38 auf, von denen der in 2 linke Raum 37 von dem Topfboden 321 und der in 2 rechte Raum 38 von dem Gehäusedeckel 33 begrenzt ist. Rotiert der Rotor 21 im Gegenuhrzeigersinn, so baut sich im Raum 37 ein größerer Druck als im Raum 38 auf. Der Rotor 17 stützt sich axial gegen das in der Lagerschale 40 im Gehäusedeckel 33 einliegende Gleitlager 43 ab, und der Druckanstieg im Raum 37 verschiebt den Gehäusetopf 32 in 2 nach links und überträgt damit eine axiale Stellkraft auf ein mit dem Gehäusetopf 32 gekoppeltes Stellelement. Die Stellkraft, die der Gehäusetopf 32 übertragen werden kann, hängt von dem erreichbaren Druckverhältnis zwischen dem Raum 37 und dem Raum 38 und der Fläche der rotierenden, schaufelförmigen Radialsteben 25 ab.

Claims

Elektrohydrodynamisches Aggregat mit einem Elektromotor (16), der einen Stator (19) und einen Rotor (17) mit Rotorwelle (21) und Rotorkörper (20) aufweist, und mit einem von dem Elektromotor (16) angetriebenen, in einem fluidgefüllten Gehäuse (11; 31) angeordneten Fluiddruckerzeuger, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (16) im Gehäuse (11; 31) angeordnet ist, daß der Rotorkörper (20) mit Radialabstand von der Rotorwelle (21) angeordnet und über mehrere Radialstreben (25) starr mit der Rotorwelle (21) verbunden ist und daß zur Ausbildung des Fluiddruckerzeugers die Radialstreben (25) schaufelförmig ausgebildet sind.
Aggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die schaufelförmigen Radialstreben (25) mittig am Rotorkörper (20) festgelegt sind.
Aggregat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (16) als vorzugsweise elektronisch kommutierter Innenläufermotor mit im Gehäuse (11; 31) festgelegtem Stator (19) und permanentmagneterregtem Rotor (17) ausgebildet ist und daß die Rotorwelle (21) im Gehäuse (11; 31) drehbar gelagert ist.
Aggregat nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (11; 31) aus zwei fluiddicht miteinander verbundenen Gehäuseteilen (12, 13; 32, 33) zusammengesetzt ist und daß jedes Gehäuseteil (12, 13; 32, 33) ein Lager (22, 23; 42, 43) zur Drehaufnahme der Rotorwelle (21) aufweist.
Aggregat nach einem der Ansprüche 1–4, gekennzeichnet durch seine Ausbildung als Fluidpumpe, indem das Gehäuse (11) mit einem Zulauf (15) und einem Ablauf (14) versehen ist, die auf voneinander abgekehrten Seiten der das Pumpenrad (26) der Fluidpumpe bildenden, schaufelförmigen Radialstreben (25) im Gehäusebereich zwischen Rotorkörper (20) und Rotorwelle (21) angeordnet sind.
Aggregat nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zulauf (15) an dem einen Gehäuseteil (13) und der Ablauf (14) an dem anderen Gehäuseteil (12) jeweils konzentrisch angeordnet ist und daß mittig im Zu- und Ablauf (15, 14) jeweils ein Lager (22, 23) für die Rotorwelle (21) angeordnet ist, das über Radialstege (24) an der Innenwand eines den Zulauf (15) bzw. Ablauf (14) umgebenden hohlzylindrischen Anschlußstutzens (30) abgestützt ist.
Aggregat nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch seine Ausbildung als Aktuator zur Erzeugung einer in Achsrichtung gerichteten Stellkraft, indem die Gehäuseteile (32, 33) relativ zueinander axial verschiebbar ausgebildet sind.
Aggregat nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gehäuseteil (33) den anderen Gehäuseteil (32) kappenartig übergreift und mittels eines Gleitlagers (34) verdrehsicher und axial verschiebbar auf dem anderen Gehäuseteil (32) festgelegt ist.
Aggregat nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Übergreifungsrand (331) des einen Gehäuseteils (33) und dem anderen Gehäuseteil (32) eine umlaufende Dichtung (35) eingelegt ist.
Aggregat nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorwelle (41) in mindestens einem Lager (43) sich in Achsrichtung abzustützen vermag und mindestens in dem anderen Lager (42) axial verschieblich aufgenommen ist.
Aggregat nach einem der Ansprüche 7–10, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Gehäuseteil (32) einen Kupplungsteil einer axial ausrückbaren Kupplung bildet.
Aggregat nach einem der Ansprüche 4–11, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Gehäuseteil eine Gehäusetopf (12; 32) mit Topfboden (121: 321), Topfmantel (122; 322) und Topföffnung (123; 323) und der andere Gehäuseteil ein die Topföffnung überdeckender Gehäusedeckel (13; 33) ist.