DE102009028095A1

DE102009028095A1 - Pumpe mit integriertem Elektromotor

Info

Publication number: DE102009028095A1
Application number: DE200910028095
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: 2011-02-10

Abstract

Pumpe (1) mit integriertem Elektromotor (2), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, zum Fördern eines Fluides, umfassend ein Laufrad (5) mit Förderelementen (7), von dem um eine Rotationsachse (6) eine Rotationsbewegung ausführbar ist, wobei eine Zylinderachse (13) eines Zylinders (12) der Rotationsachse (6) des Laufrades (5) entspricht und der Radius des Zylinders (12) dem maximalen Abstand von der Rotationsachse (6) des Laufrades (5) zu dem Laufrad (5) entspricht, ein Begrenzungsteil (10), wobei das Laufrad (5) mit den Förderelementen (7) innerhalb des Begrenzungsteiles (10) angeordnet ist, einen zwischen dem Laufrad (5) und dem Begrenzungsteil (10) sich ausgebildeten Arbeitsraum (11), einen Elektromotor (2) mit einem Stator (14) und einem Rotor (15), wobei der Stator (14) wenigstens teilweise innerhalb des Zylinders (12) angeordnet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pumpe mit integriertem Elektromotor gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und ein Einspritzsystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 9.
Stand der Technik
Pumpen werden in verschiedensten technischen Anwendungen zum Fördern von Fluiden eingesetzt. Dabei ist in vielen Anwendungen ein kompakter und kleiner Aufbau der Pumpe erforderlich.
Die EP 1 933 033 A1 zeigt eine Pumpe mit integriertem Elektromotor. Die Pumpe ist als eine Innenzahnradpumpe ausgebildet. Die Innenzahnradpumpe weist ein Innenzahnrad und ein Außenzahnrad auf. Am Außenzahnrad sind dabei Permanentmagnete angeordnet, so dass das Außenzahnrad einen Rotor des Elektromotors bildet. Der Stator des Elektromotors ist dabei konzentrisch um den Rotor bzw. das Außenzahnrad angeordnet. Der Anwendungsbereich der Pumpe mit integriertem Elektromotor ist damit in nachteiliger Weise gering.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Erfindungsgemäße Pumpe mit integriertem Elektromotor, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, zum Fördern eines Fluides, umfassend ein Laufrad mit Förderelementen, von dem um eine Rotationsachse eine Rotationsbewegung ausführbar ist, wobei eine Zylinderachse eines Zylinders der Rotationsachse des Laufrades entspricht und der Radius des Zylinders dem maximalen Abstand von der Rotationsachse des Laufrades zu dem Laufrad entspricht, ein Begrenzungsteil, wobei das Laufrad mit den Förderelementen innerhalb des Begrenzungsteiles angeordnet ist, einen zwischen dem Laufrad und dem Begrenzungsteil sich ausgebildeten Arbeitsraum, einen Elektromotor mit einem Stator und einem Rotor zum Antrieb der Pumpe, wobei der Stator wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, innerhalb des Zylinders angeordnet ist.
In vorteilhafter Weise ist damit die Pumpe in integriertem Elektromotor im Aufbau sehr kompakt. Das Laufrad bzw. der Rotor können gut an die strömungsmechanischen Erfordernisse zum Fördern des Fluides angepasst werden. Auch ein relativ großer maximaler Abstand von der Rotationsachse des Laufrades zu einem äußersten Ende des Laufrades, insbesondere den Förderelementen, vergrößert die Abmessung der Pumpe nicht, weil der Stator innerhalb des entsprechend definierten Zylinders angeordnet ist.
Insbesondere ist der Stator wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, innerhalb des Laufrades angeordnet. Vorteilhafter Weise sind damit die äußeren Abmessungen der Pumpe durch die Abmessungen des Laufrades mit den Förderelementen im Wesentlichen bestimmt, weil der Stator innerhalb des Laufrades angeordnet ist.
In einer weiteren Ausgestaltung bildet das Laufrad den Rotor, so dass für den Rotor kein zusätzliches Bauteil notwendig ist, das Bauraum beansprucht.
In einer ergänzenden Ausführungsform sind am Laufrad Permanentmagnete angeordnet.
Vorzugsweise weist der Stator Elektromagnete auf.
In einer Variante sind die Elektromagnete durch Spulen gebildet.
In eine weiteren Ausführungsform sind die Förderelemente Schaufeln oder Zähne eines Zahnrades.
Insbesondere ist das Begrenzungsteil ein Gehäuse oder wenigstens eine Wandung.
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 eine Abgasrohr einer Verbrennungsmotor mit einer Pumpe zum Fördern des Kraftstoffes oder des Abgasnachbehandlungsmediums, wobei die Pumpe als eine in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebene Pumpe mit integriertem Elektromotor ausgebildet ist.
Zweckmäßig umfasst die Pumpe mit integriertem Elektromotor eine, vorzugsweise elektronische, Steuerungseinheit zur Steuerung der Bestromung der Elektromagnete.
In einer zusätzlichen Ausgestaltung ist die Pumpe eine Strömungsmaschine.
In einer Variante ist der Elektromotor ein Reluktanzmotor, so dass an dem Laufrad keine Permanentmagnete angeordnet sind.
Vorzugsweise ist an dem Laufrad eine Hohlwelle angeordnet und der Stator ist innerhalb der Hohlwelle ausgebildet.
In einer Variante ist das Begrenzungsteil ein Außenzahnrad und das Laufrad mit Schaufeln ein Innenzahnrad bei einer Ausführung der Pumpe mit integriertem Elektromotor als Innenzahnradpumpe.
In einer weiteren Variante umfasst die Pumpe 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 Pumpe in einem ersten Ausführungsbeispiel,
2 einen Querschnitt der Pumpe in einem zweiten Ausführungsbeispiel,
3 eine stark schematisierte Ansicht eines Einspritzsystems in einem ersten Ausführungsbeispiel,
4 eine stark schematisierte Ansicht eines Einspritzsystems in einem zweiten Ausführungsbeispiel und
5 eine Ansicht eines Kraftfahrzeuges.
Ausführungsformen der Erfindung
In 1 ist ein Querschnitt einer Pumpe 1 mit integriertem Elektromotor 2 zum Fördern eines Fluides, z. B. Kraftstoff, für ein Einspritzsystem 3 dargestellt. Die als Außenzahnradpumpe 30 ausgebildete Pumpe 1 dient damit zum Fördern von Kraftstoff in einem Kraftfahrzeug 4.
Innerhalb eines Gehäuses 19 als Begrenzungsteil 10 sind zwei Laufräder 5 mit Förderelementen 7 angeordnet. Die Förderelemente 7 sind als Zähne 32 eines Zahnrades 9 ausgebildet, wobei die Zähne 32 der beiden Zahnräder 9 bzw. Laufräder 5 ineinandergreifen, so dass nur ein Laufrad 5 angetrieben werden muss und damit auch das zweite, hier rechte Laufrad 5 dadurch in eine Rotationsbewegung versetzt wird. Die beiden Laufräder 5 führen dabei eine Rotationsbewegung um eine Rotationsachse 6 aus. Die Rotationsachse 6 steht dabei senkrecht auf der Zeichenebene von 1. Das Gehäuse 19 weist dabei eine Einlassöffnung 20 und eine Auslassöffnung 21 für das zu fördernde Fluid auf. Die Bewegungsrichtung der beiden Laufräder 5 ist dabei entgegengesetzt gerichtet entsprechend der Darstellung der Pfeile in 1. Das linke Laufrad 5 bewegt sich dabei im Uhrzeigersinn und das rechte Laufrad 5 bewegt sich dabei entgegen dem Uhrzeigersinn. Zwischen den Laufrädern 5 und dem Gehäuse 19 bildet sich dabei ein Arbeitsraum 11 aus. Das linke Laufrad 5 ist inneinseitig mit Permanentmagneten 16 versehen und stellt dabei einen Rotor 15 des Elektromotors 2 dar. Die Lagerung der beiden Laufräder 5, z. B. eine Gleitlagerung oder eine Wälzlagerung, ist in 1 nicht dargestellt. Innerhalb des linken Laufrades 5 ist ein Stator 14 des Elektromotors 2 vorhanden. Der Stator 14 weist Elektromagnete 17 auf, die als Spulen 18 ausgebildet sind. Die Spulen 18 werden dabei mittels einer nicht dargestellten elektronischen Steuerungseinrichtung bestromt, so dass dadurch die Spulen 18 und das durch sie erzeugte Magnetfeld der Rotor 15 in Bewegung gesetzt wird aufgrund der Kraft, die auf die Permanentmagnete 16 ausgeübt wird.
In 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Pumpe 1 als Kreiselpumpe 31 dargestellt. Im Nachfolgenden werden im Wesentlichen nur die Unterschiede zu dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 dargestellt. In analoger Weise zu dem ersten Ausführungsbeispiel ist innerhalb des Laufrades 5 der Stator 14 des Elektromotors 2 vorhanden. Am Laufrad 5 sind Schaufeln 8 als Förderelemente 7 ausgebildet. Zwischen dem Laufrad 5 und dem Gehäuse 19 der Kreiselpumpe 31 bildet sich damit der Arbeitsraum 11 aus. Das Gehäuse 19 weist dabei eine nicht dargestellte Einlassöffnung 20 und die in 2 dargestellte Auslassöffnung 21 auf. Die Einlassöffnung 20 als Saugseite ist dabei dahingehend ausgerichtet, dass die Einströmung des zu fördernden Fluides parallel zu der Rotationsachse 6 des Laufrades 5 erfolgt. Aufgrund der Schnittbildung in 2 ist diese Einlassöffnung 20 nicht dargestellt. In 2 ist ferner ein Zylinder 12 strichliert dargestellt. Der Zylinder 12 weist eine zentrische Zylinderachse 13 auf, wobei die Zylinderachse 13 der Rotationsachse 6 des Laufrades 5 entspricht und senkrecht auf der Zeichenebene von 2 steht. Der maximale Abstand des Laufrades 5 von der Rotationsachse 6 des Laufrades 5 entspricht dabei dem Radius des Zylinders 12. Die Schaufeln 8 als Bestandteil des Laufrades 5 bzw. die Enden der Schaufeln 8 und die Rotationsachse 6 bzw. die Zylinderachse 13 geben damit den Radius des Zylinders 12 bzw. den eben genannten maximalen Abstand des Laufrades 5 von der Rotationsachse 6 an. Der Stator 14 des Elektromotors 2 ist damit innerhalb des Laufrades 5 angeordnet.
In einem weiteren nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist an dem Laufrad 5 eine Hohlwelle angeordnet. Die Hohlwelle ist fest mit dem Laufrad 5 verbunden und innerhalb der Hohlwelle ist der Stator 14 ausgebildet. Die Permanentmagnete 16 sind dabei auch an der Holwelle angeordnet.
In 3 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 des Kraftfahrzeuges 4. Die Innenzahnradpumpe 1 fördert dabei aus einem Vorratsbehälter 25 das Abgasnachbehandlungsmedium durch Leitungen 29 für das Abgasnachbehandlungsmedium in das das Abgasrohr 24. Weitere Einrichtungen zur Steuerung der Förderleistung der Innenzahnradpumpe 1 oder eines Einspritzventiles zum Einspritzen des Abgasnachbehandlungsmediums in das Abgasrohr 24 sind in 3 nicht dargestellt.
In 4 ist das Einspritzsystem 3 zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Verbrennungsraum 23 des Verbrennungsmotors 22 eines Kraftfahrzeuges 4 dargestellt. Die Innenzahnradpumpe 1 fördert dabei Kraftstoff aus einem Kraftstofftank 26 durch eine Kraftstoffleitung 28 zu einer Hochdruckpumpe 33. Die Hochdruckpumpe 33 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 4 nicht dargestellt.
Die Einzelheiten der verschiedenen Ausführungsbeispiele können miteinander kombiniert werden, sofern nichts Gegenteiliges erwähnt wird.
Insgesamt betrachtet sind mit der erfindungsgemäßen Pumpe 1 und dem erfindungsgemäßen Einspritzsystem 3 erhebliche Vorteile verbunden. Aufgrund der Anordnung des Stators 14 innerhalb des Laufrades 5 kann das Laufrad optimal an die strömungsmechanischen Erfordernisse angepasst werden und die äußeren Abmessungen der Pumpe 1 werden aufgrund der Anordnung des Stators 14 innerhalb des Laufrades 5 im Wesentlichen nicht durch den Stator 14 vergrößert, so dass ein kleiner, kompakter Aufbau der Pumpe 1 möglich ist.
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

Pumpe (1) mit integriertem Elektromotor (2), insbesondere für ein Kraftfahrzeug (4), zum Fördern eines Fluides, umfassend – ein Laufrad (5) mit Förderelementen (7), von dem um eine Rotationsachse (6) eine Rotationsbewegung ausführbar ist, – wobei eine Zylinderachse (13) eines Zylinders (12) der Rotationsachse (6) des Laufrades (5) entspricht und der Radius des Zylinders (12) dem maximalen Abstand von der Rotationsachse (6) des Laufrades (5) zu dem Laufrad (5) entspricht, – ein Begrenzungsteil (10), – wobei das Laufrad (5) mit den Förderelementen (7) innerhalb des Begrenzungsteiles (10) angeordnet ist, – einen zwischen dem Laufrad (5) und dem Begrenzungsteil (10) sich ausgebildeten Arbeitsraum (11), – einen Elektromotor (2) mit einem Stator (14) und einem Rotor (15) zum Antrieb der Pumpe (1), dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (14) wenigstens teilweise innerhalb des Zylinders (12) angeordnet ist.
Pumpe mit integriertem Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (14) wenigstens teilweise innerhalb des Laufrades (5) angeordnet ist.
Pumpe mit integriertem Elektromotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Laufrad (5) den Rotor (15) bildet.
Pumpe mit integriertem Elektromotor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Laufrad (5) Permanentmagnete (16) angeordnet sind.
Pumpe mit integriertem Elektromotor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (14) Elektromagnete (17) aufweist.
Pumpe mit integriertem Elektromotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromagnete (17) durch Spulen (18) gebildet sind.
Pumpe mit integriertem Elektromotor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderelemente (7) Schaufeln (8) oder Zähne (32) eines Zahnrades (9) sind.
Pumpe mit integriertem Elektromotor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Begrenzungsteil (10) ein Gehäuse (19) ist.
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 Pumpe (1) mit integriertem Elektromotor (2) gemäß einem oder mehrerer der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.