DE102009028098A1

DE102009028098A1 - Innenzahnradpumpe

Info

Publication number: DE102009028098A1
Application number: DE200910028098
Authority: DE
Inventors: Josef Frank; Alexander Fuchs; Klaus Ortner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-07-29
Filing date: 2009-07-29
Publication date: 2011-02-03
Also published as: WO2011012350A3; WO2011012350A2

Abstract

Innenzahnradpumpe (1) mit integriertem Elektromotor (2), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, zum Fördern eines Fluids, umfassend ein Innenzahnrad (5) mit einem Innenzahnring (6), ein Außenzahnrad (8) mit einem Außenzahnring (9), wobei die Zähne (7, 9) des Innen- und Außenzahnrades (5, 8) ineinander greifen, einen zwischen dem Innenzahnrad (5) und dem Außenzahnrad (8) ausgebildeten Arbeitsraum (32), einen Elektromotor (2) mit einem Stator (11) und einem Rotor (12), wobei das Außenzahnrad (8) durch den Rotor (12) gebildet ist, wobei der Elektromotor (2) ein Reluktanzelektromotor (33) ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Innenzahnradpumpe mit integriertem Elektromotor gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und ein Einspritzsystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 14.
Stand der Technik
Innenzahnradpumpen mit integriertem Elektromotor werden für verschiedenste Anwendungen zum Fördern von Fluiden eingesetzt. Innenzahnradpumpen weisen ein Innenzahnrad und ein Außenzahnrad auf. Dabei ist das Außenzahnrad konzentrisch um das Innenzahnrad angeordnet und ein Innenzahnring des Innenzahnrades greift in einen Außenzahnring des Außenzahnrades. Zwischen dem Innen- und Außenzahnrad bildet sich ein Arbeitsraum zum Fördern des Fluides aus. Bei einer Integration der Innenzahnradpumpe in einen Elektromotor kann ein besonders kompakter und einfacher Aufbau der Innenzahnradpumpe ermöglicht werden.
Die EP 1 933 033 A1 zeigt eine Innenzahnradpumpe mit einem integrierten Elektromotor. Der Rotor des Elektromotors stellt dabei auch das Innenzahnrad der Innenzahnradpumpe dar. Dabei weist der Rotor Permanentmagnete auf.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Erfindungsgemäße Innenzahnradpumpe mit integriertem Elektromotor, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, zum Fördern eines Fluides, umfassend ein Innenzahnrad mit einem Innenzahnring, ein Außenzahnrad mit einem Außenzahnring, wobei die Zähne des Innen- und Außenzahnrad ineinander greifen, einen zwischen dem Innenzahnrad und dem Außenzahnrad sich ausgebildeten Arbeitsraum, einen Elektromotor mit einem Stator und einem Rotor, wobei das Außenzahnrad durch den Rotor gebildet ist, wobei der Elektromotor ein Reluktanzelektromotor ist.
Der Rotor, welcher auch das Innenzahnrad bildet, besteht wenigstens teilweise vorzugsweise aus einem weichmagnetischen Material, z. B. Eisen. Reluktanzelektromotoren sind in der Herstellung kostengünstig und einfach in der Ansteuerung. Die Herstellungskosten der Innenzahnradpumpe sind damit in vorteilhafter Weise niedrig. Ferner kann die Innenzahnradpumpe mit dem integrierten Elektromotor als Reluktanzelektromotor aufgrund des einfachen und robusten Aufbaus des Reluktanzelektromotors, z. B. keine Rotorwicklung oder Permanentmagnete, auch in einem Betrieb in rauen Umgebungen oder mit hohen Rotordrehzahlen bestens eingesetzt werden.
In einer weiteren Ausgestaltung ist der Rotor innerhalb des Stators ausgebildet.
In einer Variante ist der Stator konzentrisch um den Rotor ausgebildet.
Insbesondere weist der Rotor keinen Permanentmagneten auf.
In einer weiteren Ausgestaltung besteht der Rotor an einem Innenabschnitt am Außenzahnring aus einem anderen Material und/oder weist einen anderen Aufbau auf als an einem Außenabschnitt. Der Rotor ist am Innenabschnitt mit dem Außenzahnring hohen mechanischen Beanspruchen ausgesetzt, weil der Außenzahnring in den Innenzahnring des Innenzahnrades eingreift. Am Außenabschnitt ist der Rotor keinen derartigen mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt und muss lediglich den Bedürfnissen des Reluktanzelektromotors genügen, beispielsweise aus weichmagnetischem Material bestehen, für die Funktionsfähigkeit des Reluktanzelektromotors.
In einer ergänzenden Ausführungsform ist der Innenabschnitt wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, von einer Buchse gebildet und der Außenabschnitt besteht aus mehreren mit von einer Isolierung umgebenen Blechplatten. Die Blechplatten bestehen aus Eisen als weichmagnetisches Material. Die Ausbildung der Blechplatten mit einer Isolierschicht um die Blechplatten herum ist erforderlich, damit sich am Außenabschnitt keine Wirbelströme bilden, welche die Funktionsfähigkeit des Reluktanzelektromotors verringern. An der Buchse ist dabei der Außenzahnring ausgebildet mit einer hohen mechanischen Verschleißfestigkeit.
Vorzugsweise weist der Außenabschnitt 20 bis 150, vorzugsweise 50 bis 100, Blechplatten auf.
In einer Variante besteht der Rotor wenigstens teilweise aus Sinterstahl. Sinterstahl hat den Vorteil, dass im Allgemeinen keine oder nur sehr geringe Wirbelströme im Sinterstahl auftreten.
Zweckmäßig besteht der Außenabschnitt des Rotors wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, aus Sinterstahl.
In einer weiteren Ausführungsform weist der Rotor axiale Ausnehmungen auf. Für die Funktionsfähigkeit des Rotors benötigt der Rotor Rotorzähne. Bei einer Anordnung des Rotors in einer Flüssigkeit treten dadurch hohe Reibungsverluste auf aufgrund der Bewegung des Rotors mit den Rotorzähnen innerhalb der Flüssigkeit. Der Rotor ist deshalb vorzugsweise außen zylinderförmig auszubilden und mittels axialer Ausnehmungen innerhalb des Rotors sind trotzdem die für die Funktionsfähigkeit erforderlichen Rotorzähne aufgrund ihrer magnetischen Eigenschaften vorhanden. Die axialen Ausnehmungen werden dabei vorzugsweise mit nicht weichmagnetischem Material, z. B. Kunststoff, ausgefüllt.
Insbesondere ist der Rotor außenseitig zylinderförmig.
In einer weiteren Ausgestaltung ist der Rotor und das Innenzahnrad separat gelagert.
In einer ergänzenden Variante ist das Innenzahnrad exzentrisch gelagert.
In einer weiteren Variante ist der Stator konzentrisch um den Rotor ausgebildet.
In einer weiteren Ausgestaltung weist der Stator Spulen als Elektromagnete auf.
Erfindungsgemäßes Einspritzsystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Verbrennungsraum eines Verbrennungsmotors oder zum Einspritzen eines Abgasnachbehandlungsmediums, z. B. eine Harnstoff-Wasser-Lösung, in ein Abgasrohr eines Verbrennungsmotors mit einer Pumpe zum Fördern des Kraftstoffes oder des Abgasnachbehandlungsmediums, wobei die Pumpe als eine in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebene Innenzahnradpumpe mit integriertem Elektromotor ausgebildet ist.
In einer weiteren Variante umfasst die Innenzahnradpumpe mit integriertem Elektromotor eine Einlassöffnung und eine Auslassöffnung für das Fluid, die in den Arbeitsraum münden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Nachfolgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:
1 einen Querschnitt einer Innenzahnradpumpe in einem ersten Ausführungsbeispiel,
2 einen Querschnitt der Innenzahnradpumpe in einem zweiten Ausführungsbeispiel,
3 einen vereinfachten Längsschnitt der Innenzahnradpumpe mit einer Lagerung für einen Rotor,
4 eine stark schematisierte Ansicht eines Einspritzsystems in einem ersten Ausführungsbeispiel,
5 eine stark schematisierte Ansicht eines Einspritzsystems in einem zweiten Ausführungsbeispiel und
6 eine Ansicht eines Kraftfahrzeuges.
Ausführungsformen der Erfindung
In 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer Innenzahnradpumpe 1 mit einem integrierten Elektromotor 2 dargestellt. Die Innenzahnradpumpe 1 dient zum Fördern eines Fluides, z. B. Kraftstoff oder eines Abgasnachbehandlungsmediums, in einem Einspritzsystem 3.
Die Innenzahnradpumpe 1 weist ein Innenzahnrad 5 mit einem Innenzahnring 6 und ein Außenzahnrad 8 mit einem Außenzahnring 9 auf. Zähne 7 des Innenzahnringes 6 greifen dabei in Zähne 10 des Außenzahnringes 8. Zwischen dem Innenzahnrad 5 und dem Außenzahnrad 8 bildet sich ein Arbeitsraum 32 zum Fördern des Fluides aus. Das Außenzahnrad 8 ist dabei an einem Rotor 12 des Elektromotors 2 als Reluktanzelektromotor 33 ausgebildet. Der Rotor 12 besteht dabei aus einem Innenabschnitt 13, der als Buchse 15 ausgebildet ist, und an der Buchse 15 ist das Außenzahnrad 8 bzw. der Außenzahnring 9 ausgebildet, wobei die Buchse 15 und der Außenzahnring 9 hohen mechanischen Belastungen standhält wegen des Ineinandergreifens der Zähne 7 des Innenzahnringes 6 und der Zähne 10 des Außenzahnringes 9. Vorzugsweise besteht die Buchse 15 deshalb aus Stahl. Konzentrisch um den Innenabschnitt 13 des Rotors 12 ist ein Außenabschnitt 14 des Rotors 12 vorhanden. Der Außenabschnitt 14 besteht dabei aus ungefähr siebzig Blechplatten 16, die von einer Isolierung (nicht dargestellt) umgeben sind. Die Blechplatten 16 sind parallel zu der Zeichenebene von 1 ausgerichtet, so dass in 1 nur eine Blechplatte 16 aufgrund der Schnittbildung von 1 sichtbar ist. Dabei ist die Geometrie des Außenabschnittes 14 so ausgelegt, dass sich vier Rotorzähne 31 ausbilden. Der Schichtaufbau des Außenabschnittes 14 mit den Blechplatten 16 ist erforderlich, damit sich im Außenabschnitt 14 keine größeren Wirbelströme ausbilden. Dies ist möglich wegen der elektrischen Isolierung außenseitig auf den Blechplatten 16. Die Rotorzähne 31 sind für die Funktionsfähigkeit des Reluktanzelektromotors 33 erforderlich, weil sich an zwei gegenüberliegenden Rotorzähnen 31 magnetische Pole ausbilden.
Das Innenzahnrad 5 und das Außenzahnrad 8 sind separat gelagert, wobei das Innenzahnrad 5 exzentrisch gelagert ist.
Ein Stator 11 ist konzentrisch um den Rotor 12 ausgebildet. Der Stator 11 weist dabei Statorzähne 21 auf, um welche Spulen 20 angeordnet sind. Die Spulen 20 mit den Statorzähnen 21 bilden damit Elektromagnete 34.
In 2 ist das zweite Ausführungsbeispiel der Innenzahnradpumpe 1 mit dem Reluktanzelektromotor 33 dargestellt. Im Nachfolgenden werden dabei nur die Unterschiede zu dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 beschrieben. Der Rotor 12 ist außenseitig zylinderförmig, so dass bei einer Bewegung des Rotors 12 in einer Flüssigkeit geringe Reibungsverluste innerhalb einer Flüssigkeit auftreten. Die Außenseite des Rotors 12 wird dabei von einer Buchse 15 gebildet. Die für die Funktionsfähigkeit des Rotors 12 erforderlichen Rotorzähne 31 sind vorhanden, weil die Rotorzähne 31 aufgrund von axialen Ausnehmungen 17 des Rotors 12 auftreten. In den axialen Ausnehmungen 17 des Rotors 12 ist kein Material oder nichtmagnetisches Material, z. B. Kunststoff, angeordnet. Damit treten geringe Reibungsverluste bei einer Anordnung des Rotors 12 in einer Flüssigkeit auf. Der Rotor 12 ist mittels einer Gleitlagerung an dem Stator 11 gelagert, weil der Rotor 12 außenseitig zylinderförmig ist.
In 3 ist ein vereinfachter Längsschnitt der Innenzahnradpumpe 1 mit integriertem Reluktanzelektromotor 33 dargestellt. Der Rotor 12 ist dabei innerhalb des Stators 11 angeordnet. Am Rotor 12 ist eine Achse 30 ausgebildet, die mittels einer Lagerung 19 als Gleitlagerung gelagert ist. Das Innenzahnrad 5 ist mittels einer nicht dargestellten exzentrischen Lagerung gelagert.
In 4 ist eine stark schematisierte Ansicht des Einspritzsystems 3 dargestellt. Das Einspritzsystem 3 dient zum Einspritzen eines Abgasnachbehandlungsmediums, z. B. eine Harnstoffwasserlösung, in Abgasrohr 24 eines Verbrennungsmotors 22 eines Kraftfahrzeuges 4. Die Innenzahnradpumpe 1 fördert dabei aus einem Vorratsbehälter 25 das Abgasnachbehandlungsmedium durch Leitungen 29 für das Abgasnachbehandlungsmedium das Abgasnachbehandlungsmedium in das Abgasrohr 24 ein. Weitere Einrichtungen zur Steuerung der Förderleistung der Innenzahnradpumpe 1 oder eines Einspritzventiles zum Einspritzen des Abgasnachbehandlungsmediums in das Abgasrohr 24 sind in 4 nicht dargestellt.
In 5 ist das Einspritzsystem 3 zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Verbrennungsraum 23 eines Verbrennungsmotors 22 eines Kraftfahrzeuges 4 dargestellt. Die Innenzahnradpumpe 1 mit integriertem Reluktanzelektromotor 33 fördert dabei Kraftstoff aus einem Kraftstofftank 26 durch eine Kraftstoffleitung 28 zu einer Hochdruckpumpe 35. Die Hochdruckpumpe 35 fördert den Kraftstoff in ein Hochdruck-Rail 27. Aus dem Hochdruck-Rail 27 wird der Kraftstoff in den Verbrennungsraum 22 eingespritzt. Hierfür erforderliche Einspritzorgane sind in 5 nicht dargestellt.
Die Einzelheiten der verschiedenen Ausführungsbeispiele können miteinander kombiniert werden, sofern nichts Gegenteiliges erwähnt wird.
Insgesamt betrachtet sind mit der erfindungsgemäßen Innenzahnradpumpe 1 und dem erfindungsgemäßen Einspritzsystem 3 erhebliche Vorteile verbunden. Die Innenzahnradpumpe 1 mit integriertem Reluktanzelektromotor 33 weist einen kompakten und kleinen Aufbau auf und ist in der Herstellung preiswert sowie ferner auch unter rauen Bedingungen, z. B. hohen Temperaturen und hohen Drücken, gut einsetzbar.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- EP 1933033 A1 [0003]

Claims

Innenzahnradpumpe (1) mit integriertem Elektromotor (2), insbesondere für ein Kraftfahrzeug (4), zum Fördern eines Fluides, umfassend – ein Innenzahnrad (5) mit einem Innenzahnring (6), – ein Außenzahnrad (8) mit einem Außenzahnring (9), – wobei die Zähne (7, 9) des Innen- und Außenzahnrades (5, 8) ineinander greifen, – einen zwischen dem Innenzahnrad (5) und dem Außenzahnrad (9) sich ausgebildeten Arbeitsraum (32), – einen Elektromotor (2) mit einem Stator (11) und einem Rotor (12), – wobei das Außenzahnrad (8) durch den Rotor (12) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (2) ein Reluktanzelektromotor (33) ist.
Innenzahnradpumpe mit integriertem Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (12) keinen Permanentmagneten aufweist.
Innenzahnradpumpe mit integriertem Elektromotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (12) an einem Innenabschnitt (13) am Außenzahnring (9) aus einem anderen Material besteht und/oder einen anderen Aufbau aufweist als an einem Außenabschnitt (14).
Innenzahnradpumpe mit integriertem Elektromotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenabschnitt (13) wenigstens teilweise von einer Buchse (15) gebildet ist und der Außenabschnitt (14) aus mehreren mit von einer Isolierung umgebenen Blechplatten (16) besteht.
Innenzahnradpumpe mit integriertem Elektromotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenabschnitt (14) 20 bis 150, vorzugsweise 50 bis 100, Blechplatten (16) aufweist.
Innenzahnradpumpe mit integriertem Elektromotor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (12) wenigstens teilweise aus Sinterstahl besteht.
Innenzahnradpumpe mit integriertem Elektromotor nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenabschnitt (14) des Rotors (12) wenigstens teilweise aus Sinterstahl besteht.
Innenzahnradpumpe mit integriertem Elektromotor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (12) axiale Ausnehmungen (17) aufweist.
Innenzahnradpumpe mit integriertem Elektromotor Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (12) außenseitig zylinderförmig ist.
Innenzahnradpumpe mit integriertem Elektromotor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (12) und das Innenzahnrad (5) separat gelagert sind.
Innenzahnradpumpe mit integriertem Elektromotor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenzahnrad (5) exzentrisch gelagert ist.
Innenzahnradpumpe mit integriertem Elektromotor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (11) konzentrisch um den Rotor (12) ausgebildet ist.
Innenzahnradpumpe mit integriertem Elektromotor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (11) Spulen (20) als Elektromagnete (34) aufweist.
Einspritzsystem (3), insbesondere für ein Kraftfahrzeug (4), zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Verbrennungsraum (23) eines Verbrennungsmotors (22) oder zum Einspritzen eines Abgasnachbehandlungsmediums, z. B. eine Harnstoff-Wasser-Lösung, in eine Abgasrohr (24) eines Verbrennungsmotors (22) mit einer Pumpe (1) zum Fördern des Kraftstoffes oder des Abgasnachbehandlungsmediums, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (1) als ein Innenzahnradpumpe (1) mit integriertem Elektromotor (2) gemäß einem oder mehrerer der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.