-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Innenzahnradpumpe zum Fördern eines
Fluides, vorzugsweise von Kraftstoff in einer Verbrennungskraftmaschine,
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
-
Stand der Technik
-
Innenzahnradpumpen
zum Fördern
von Fluiden sind aus dem Stand der Technik bekannt und weisen eine
weite Verbreitung auf. Innenzahnradpumpen der hier interessierenden
Art können
zur Förderung
von Fluiden Anwendung finden, wobei Pumpen dieser Bauart zur Bereitstellung
hoher Drücke
geeignet sind. Eine Innenzahnradpumpe findet bevorzugt auch in einem
Niederdruckkreislaufsystem zur Zuführung von Kraftstoff an eine
Verbrennungskraftmaschine Anwendung, welche an einer rotierenden
Welle angeschlossen wird, um das Zahnradpaar, bestehend aus dem
Zahnring und dem Ritzel, in eine Drehbewegung zu versetzen.
-
Aus
der
DE 101 50 653
A1 ist eine gattungsgemäße Innenzahnradpumpe
bekannt. Die hierin offenbarte Innenzahnradpumpe eignet sich zum
Fördern
von Kraftstoff zu einer Verbrennungskraftmaschine und umfasst einen
innenverzahnten Zahnring und ein außenverzahntes Ritzel, dass
zum Erzeugen einer Pumpwirkung mit dem Zahnring zusammenwirkt. Der
Zahnring und das Ritzel sind in einem Gehäuse integriert, welches zumindest
einen Sauganschluss und einen Druckanschluss aufweist, um das Förderfluid
zuzuführen
bzw. abzuführen.
Der Zahnring wird über
eine Antriebswelle angetrieben, wobei die Antriebswelle über eine
Oldham-Kupplung an diese angebunden wird und die Drehbewegung entweder
von einem Elektromotor oder von der Verbrennungskraftmaschine selbst
mittels des Abtriebes angetrieben wird.
-
Bei
derartigen aus dem Stand der Technik bekannten Innenzahnradpumpen
entsteht allgemein das Problem, dass der Innenzahnradpumpe die Drehbewegung
zum Antrieb des Zahnringes sowie des Ritzels extern zugeführt werden
muss. Die Zufuhr der Drehbewegung erfolgt gemäß der bekannten Innenzahnradpumpe
mittels einer sich drehenden Welle. Die sich drehende Welle muss
durch das Gehäuse
der Innenzahnradpumpe hindurchgeführt werden. Die Hindurchführung der
sich drehenden Welle durch das Gehäuse erfordert eine dynamische
Dichtung, welche meist mittels Radialwellendichtringen, Dichtlippen
oder dergleichen vorgenommen werden muss. Insbesondere bei der Förderung
von aggressiven Medien, beispielsweise Harnstoff oder dergleichen
sind die Abdichtungseigenschaften bekannter Dichtvorrichtungen zur
dynamischen Abdichtung der rotierenden Welle ein erhebliches Problem.
Dieses Problem wird dadurch verstärkt, dass das zu fördernde
Fluid unter pulsierendem Druck und Wechseltemperatur stehen kann.
Auch die Förderung
von Kraftstoff zur Zufuhr zu einer Verbrennungskraftmaschine kann
zu erheblichen Problemen führen,
wenn eine Leckage in der Innenzahnradpumpe entsteht. Derartige Leckagen
können
bei Versagen der Dichtelemente hervorgerufen werden, so dass Kraftstoff
nach außen
oder in das Schmieröl
treten kann.
-
Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Innenzahnradpumpe
zum Fördern
eines Fluides zu schaffen, welche die genannten Probleme des Standes
der Technik vermeidet und eine einfache Abdichtung des Förderfluides
aufweist.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Diese
Aufgabe wird ausgehend von einer Innenzahnradpumpe zum Fördern eines
Fluids gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen
gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
-
Die
Erfindung schließt
die technische Lehre ein, dass im Gehäuse ein elektrisch kommutierbarer Stator
angeordnet ist, welcher sich konzentrisch um den Zahnring herum
erstreckt und nach Art eines Elektromotors mit einem Magnetring
zusammenwirkt, welcher den Zahnring konzentrisch umschließt und mit
diesem verdrehfest verbunden ist, wobei der Magnetring mit dem Zahnring
zur Erzeugung der Förderwirkung
eine Rotationsbewegung ausführt.
-
Die
Erfindung geht dabei von dem Gedanken aus, die Innenzahnradpumpe
zur Schaffung einer integralen Einheit mit einem Elektromotor zu
verbinden. Aufgrund des nach dem Prinzip des integrierten Elektromotors
geschaffenen Antriebs des Zahnrings sowie des Ritzels entfällt eine
von außen
in das Gehäuse
der Innenzahnradpumpe zugeführte
Antriebswelle. Aufgrund der nicht vorhandenen Antriebswelle entfällt ferner
die Problematik der Abdichtung der rotierenden Welle im Gehäuse der
Innenzahnradpumpe. Das Gehäuse
selbst weist lediglich elektrische Anschlüsse für den elektrisch bzw. elektronisch
kommutierbaren Stator sowie entsprechende Fluidanschlüsse zur
Zuführung
bzw. zur Abgabe des Förderfluids
auf. Im elektrisch bzw. elektronisch kommutierbaren Stator kann
durch eine entsprechende Ansteuerung ein rotierendes Magnetfeld
erzeugt werden, welches den Magnetring in eine Drehbewegung versetzt,
welcher aus einem segmentierten oder aus mehreren Magnetsegmenten
gebildeten Ring bestehen kann. Damit wird im Magnetring ein nutzbares Drehmoment
erzeugt, wobei der Magnetring verdrehfest mit dem Zahnring in Verbindung
gebracht ist. Dadurch ist der Zahnring durch den Magnetring antreibbar,
so dass aufgrund der eingeleiteten Drehbewegung in dem Zahnring
und dem damit angetriebenen Ritzel die erforderliche Pumpwirkung
der Innenzahnradpumpe erzeugbar ist.
-
Gemäß eines
vorteilhaften Ausführungsbeispiels
der Erfindung ist vorgesehen, dass der Magnetring nach Art eines
Gleitlagers im Stator drehbar aufgenommen ist. Alternativ kann vorgesehen
sein, dass der Magnetring im Zahnring eingegossen ist, wobei der
Zahnring nach Art eines Gleitlagers im Stator drehbar aufgenommen
ist. Unabhängig
davon, ob der Magnetring oder der Zahnring die äußere Mantelfläche des
rotierenden Systems bildet, kann das rotierende System aus dem Magnetring
und dem Zahnring innerhalb des Stators im Gehäuse nach Art eines Gleitlagers
aufgenommen sein. Dabei können
die entsprechenden Genauigkeiten, d.h. die erforderliche Lagerluft
des so gebildeten Gleitlagers so bemessen sein, dass durch ein geringes
Spiel ein hoher Wirkungsgrad der Innenzahnradpumpe erzielbar ist. Falls
erforderlich, besteht die Möglichkeit,
entweder den Zahnring oder den Magnetring derart zu beschichten,
dass tribologisch eine vorteilhafte Materialpaarung entsteht.
-
Ferner
besteht die Möglichkeit,
dass der Zahnring aus einem spritzgegossenen Kunststoffmaterial
besteht, so dass der Magnetring selbst im Zahnring eingespritzt
bzw. dieser umspritzt wird. Für den
Fall, dass der Magnetring den Mantelflächenbereich des rotierenden
Systems aus Magnetring und Zahnring bildet, kann der Zahnring selbst
auch innenseitig in den Magnetring eingespritzt werden. Unabhängig von
dem Herstellungsverfahren des rotierenden Systems aus Magnetring
und Zahnring weisen die beiden Komponenten eine verdrehfeste Anordnung
zueinander auf, wobei die Verbindung auch als lösbare Verbindung ausgeführt sein
kann. In Abhängigkeit
vom Wirkungsgrad des elektrisch kommutierbaren Stator-Magnetring-Motors
ist es in der Regel vorteilhaft, dass der radiale Abstand zwischen
dem Magnetring und dem Stator minimiert wird. In Abhängigkeit
vom Erfordernis einer Wälzlagerung
des rotierenden Systems aus Magnetring und Zahnring kann jedoch
auch vorgesehen sein, ein Wälzlager
vorzusehen, mittels dessen der Magnetring bzw. der Zahnring innerhalb
des Stators gelagert wird. Ferner besteht die Möglichkeit, dass das Gehäuse der
Innenzahnradpumpe derart ausgestaltet ist, das sich zwischen dem
Stator und dem Magnetring in radialer Richtung ein umlaufender Gehäusebereich
erstreckt, so dass das rotierende System aus Magnetring und Zahnring
im Gehäuse
selbst gelagert ist.
-
Eine
weitere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung sieht vor, das der Lagerzapfen einteilig mit
dem Gehäuse
ausgeführt
ist, und der Lagerzapfen und das Gehäuse aus einem spritzgießbaren Material,
umfassend einen Kunststoff, hergestellt sind. Das Gehäuse kann
beispielsweise aus einem Polycarbonat (PC), Polypropylen (PP), Polyamid
(PA), Polyethylenterephtalat (PET), Polybutadienterephtalat (PBT),
POM oder dergleichen bestehen. Diese Materialien sind spritzgießbar, so
dass die Innenkontur des Gehäuses
schon im Gießverfahren
die Endkontur bildet, und der Stator sowie das Ritzel und der Zahnring
in das Gehäuse
einsetzbar sind. Ferner besteht die Möglichkeit, das Gehäuse aus
einem spanend bearbeiteten Bauteil zu bilden, wobei höhere Genauigkeiten
erzielbar sind. Auch eine Kombination aus einem spritzgegossenem
Gehäuse
und entsprechend spanend nachbearbeiteten Funktionsflächen kann
vorgesehen werden.
-
Aus
konstruktiven Gründen
ist von besonderem Vorteil, dass wenigstens das Ritzel, der Stator und
der Zahnring mit dem Magnetring von einer gehäuseoffenen Seite in das Gehäuse einbringbar
sind, und die gehäuseoffene
Seite mittels eines Anschlussdeckels verschließbar ist. Damit ergibt sich der
Vorteil, dass sich die Komponenten der Innenzahnradpumpe aus einer
Montagerichtung in das Gehäuse
einfügen
lassen. Zur Abdichtung der offenen Gehäuseseite wird ein Anschlussdeckel
auf das Gehäuse
aufgeschraubt, so dass sämtliche
Komponenten wie der elektrisch kommutierte Elektromotor, umfassend
den Stator und den Magnetring, sowie die Komponenten der Innenzahnradpumpe,
umfassend den Zahnring und das Ritzel, integriert im Gehäuse angeordnet
sind.
-
Vorteilhafterweise
ist zwischen dem Gehäuse
und dem Anschlussdeckel ein Dichtelement angeordnet, welches die
mit dem Förderfluid
befüllte
Innenseite des Gehäuses
gegen dieses statisch abdichtet. Entsprechend der vorliegenden Erfindung
ist keine weitere dynamische Abdichtung von bewegten Komponenten
wie beispielsweise eine rotierende Welle erforderlich. Es wird keine
Drehbewegung in das Gehäuse
eingeleitet und muss aufwendig abgedichtet werden. Lediglich der
elektrische Anschluss sowie der Sauganschluss und der Druckanschluss für das Förderfluid
müssen
als Anschlüsse
in bzw. am Gehäuse
vorgesehen sein. Das Dichtelement kann als einfache O-Ringdichtung oder
als Flachdichtring ausgeführt
sein, welche zwischen dem Anschlussdeckel und dem Gehäuse angeordnet
wird. Daher ist die Innenzahnradpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung
auch für
aggressive Medien besonders geeignet, da aufwendige Dichtsysteme
entfallen.
-
Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform des
Anschlussdeckels ist vorgesehen, dass der Anschlussdeckel wenigsten
einen Sauganschluss und wenigstens einen Druckanschluss aufweist,
um das Förderfluid
zuzuführen
bzw. abzuführen.
Die Anschlüsse
für den
Sauganschluss und den Druckanschluss befinden sich angrenzend an
sogenannte Zulaufnieren bzw. Ablaufnieren, welche halbmondförmig benachbart
zur Zahnradpaarung aus dem Zahnring und dem Ritzel, angeordnet sind.
Die Anschlüsse
für den
Druckanschluss und den Sauganschluss befinden sich etwa 180° versetzt
zueinander, und sind im Anschlussdeckel selbst integriert.
-
Eine
weitere vorteilhafte Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung sieht vor, dass der Stator wenigstens eine
Elektrowicklung umfasst, welche mit einer elektrischen Steuerung
zur elektrischen Kommutierung in Wirkverbindung gebracht ist, um
eine Drehbewegung des Magnetringes und damit des Zahnringes zu erzeugen.
Mittels der Steuerung kann auch die Drehzahl des Magnetringes sowie
des Zahnringes und das Drehmoment bestimmt werden. Abhängig von
dem erforderlichen Förderdruck
kann ein entsprechend hohes Drehmoment erzeugt werden, wo hingegen
bei einer hohen Förderleistung
die Drehzahl angepasst werden kann. Ein sogenannter Reluktanzmotor
oder Wechselstrommotor basiert auf mehreren elektrischen Wicklungen,
die mittels der Steuerung zeitversetzt zueinander angesteuert werden,
um ein instationäres
Magnetfeld zu bewirken. Innerhalb des instationären Magnetfeldes wird der Magnetring
in Rotation versetzt.
-
Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist
vorgesehen, dass das Förderfluid
einen Kraftstoff für
eine Verbrennungskraftmaschine umfasst, und die Innenzahnradpumpe in
einem Niederdruckkreislaufsystem integrierbar ist, um den Kraftstoff
aus einem Kraftstofftank an eine Zumesseinheit zu fördern. Die
in diesen Niederdruckkreislaufsystemen bekannte Förderpumpe
ist somit als Innenzahnradpumpe ausgebildet, und saugt den Kraftstoff
aus einem Tank durch einen Filter an und fördert diesen zu einer Zumesseinheit.
Dabei sind Drücke
von beispielsweise 5 bis 10 bar erforderlich, so dass die Innenzahnradpumpe
abhängig
von der Fördermenge
mit einer Förderleistung
von beispielsweise 50 bis 100 Watt ausgeführt sein kann.
-
Die
Zu- und Ablaufniere bzw. der Druckanschluss und/oder der Sauganschluss
können
auch im Gehäuse
vorgesehen sein, und sind nicht auf eine Anordnung im Anschlussdeckel
beschränkt.
-
Weitere,
die Erfindung verbessernde Maßnahmen
werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten
Ausführungsbeispiels
der Erfindung anhand von Figuren näher dargestellt.
-
Ausführungsbeispiel
-
Es
zeigt:
-
1 einen
ersten Axialschnitt einer Innenzahnradpumpe mit einem integrierten
Stator sowie einem Magnetring gemäß der vorliegenden Erfindung;
und
-
2 eine
weitere Ansicht eines Querschnitts durch die Innenzahnradpumpe gemäß 1.
-
Die
in 1 dargestellte Innenzahnradpumpe 1 umfasst
ein Zahnradpaar, bestehend aus einem innenverzahnten Zahnring 10 und
einem außenverzahnten
Ritzel 11. Das Ritzel 11 ist exzentrisch zum Zahnring 10 auf
einem Lagerzapfen 12 angeordnet und drehbar auf diesem
aufgenommen. Wird nun der Zahnring 10 in Drehbewegung versetzt,
so kämmt
die Außenverzahnung
des Ritzels 11 in der Innenverzahnung des Zahnrings 10,
und erzeugt einen Fördervolumenstrom
des Fluids, in welchem die Verzahnung läuft. Die Verzahnung aus dem
Zahnring 10 und dem Ritzel 11 ist in einem Gehäuse 13 angeordnet, wobei gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
der Lagerzapfen 12 einteilig, d.h. materialeinheitlich
mit dem Gehäuse 13 ausgebildet
ist. Das Gehäuse 13 bzw.
der Lagerzapfen 12 sind aus einem spritzgießbarem Kunststoffmaterial
gefertigt, wobei das Gehäuse
eine gehäuseoffene
Seite zur Montage der Komponenten der Innenzahnradpumpe 1 aufweist.
-
Der
Zahnring 10 ist verdrehfest mit einem Magnetring 15 verbunden,
wobei sich der Magnetring 15 um den Zahnring 10 radial
umlaufend erstreckt. Beispielsweise kann der Zahnring 10 mittels
eines Spritzgießverfahrens
in den Magnetring 15 eingespritzt sein. Der Magnetring 15 läuft in einer
Innenseite eines Stators 14, welcher eine Elektrowicklung 20 aufweist.
Wird die Elektrowicklung durch eine Steuerung elektrisch kommutiert,
so wird im Stator 14 ein umlaufendes Magnetfeld erzeugt.
Aufgrund des umlaufenden Magnetfeldes wird der Magnetring 15 in Rotation
versetzt, wobei aufgrund der verdrehfesten Verbindung des Magnetringes 15 mit
dem Zahnring 10 auch die Verzahnung, bestehend aus dem
Zahnring 10 und dem Ritzel 11 in Betrieb gesetzt
wird. Der Magnetring 15 und der damit eingegossene Zahnring 10 sind
in der Innenseite des Stators 14 gleitend gelagert, wobei
auch der Stator 14 in eine entsprechende Aufnahme im Gehäuse 13 der
Innenzahnradpumpe 1 eingesetzt ist.
-
Die
gehäuseoffene
Seite des Gehäuses 13 der
Innenzahnradpumpe 1 wird mittels eines Anschlussdeckels 16 verschlossen,
wobei zur fluiddichten Abdichtung der Spaltes zwischen dem Anschlussdeckel 16 und
dem Gehäuse 13 ein
Dichtelement 17 vorgesehen ist. Das Dichtelement 17 ist
als O-Ring ausgeführt,
und ist in einer entsprechenden umlaufenden Nut innerhalb des Anschlussdeckels 16 integriert.
-
Somit
weist die Innenzahnradpumpe 1 lediglich ein einzelnes Dichtelement 17 auf,
um die gesamte Einheit gegen das Förderfluid abzudichten. Das
Dichtelement 17 ist als einfach statische Dichtung ausgebildet,
so dass weitere dynamischen Dichtungen beispielsweise zur Abdichtung
von rotierenden Wellen zum Antrieb des Zahnrings 10 entfallen. Auch
der Anschlussdeckel 16 kann aus einem Kunststoffmaterial
hergestellt sein, und dient weiterhin als axiale Führung des
Zahnrings 10 sowie des Ritzels 11.
-
2 zeigt
eine weitere Querschnittsansicht der Innenzahnradpumpe 1,
in welcher ein Sauganschluss 18 sowie ein Druckanschluss 19 dargestellt sind.
Diese sind etwa 180° zueinander
versetzt angeordnet, und münden
in eine Zulaufniere bzw. eine Ablaufniere.
-
Diese
sind seitlich an der Verzahnung, bestehend aus dem Zahnring 10 und
dem Ritzel 11 vorgesehen, und bilden einerseits eine Saugseite
und andererseits eine Druckseite des Förderfluids. Der Sauganschluss 18 und
der Druckanschluss 19 sind in dem Anschlussdeckel 16 selbst
integriert, so dass diese Fluidanschlüsse mittels eines Innengewindes oder
eines entsprechenden Anschlusszapfens mit einer Verrohrung oder
einer Schlauchverbindung in Verbindung gebracht werden können. Ferner
ist in 2 erkennbar, dass der Lagerzapfen 12 exzentrisch
zur Rotationsachse des Zahnringes 10 angeordnet ist, so
dass das Ritzel 11 einseitig mit der Innenverzahnung des
Zahnringes 10 kämmt.
Ferner weist das Gehäuse 13 Aufnahmebohrungen
auf, welche gemäß der vorliegenden
quadratischen Ausführung
des Gehäuses
in den jeweiligen Ecken vorgesehen sind.
-
Die
Erfindung beschränkt
sich in ihrer Ausführung
nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel.
Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch
bei grundsätzlich
anders gearteten Ausführungen
Gebrauch macht.