DE102009045030A1

DE102009045030A1 - Zahnradpumpe mit Elektromotor

Info

Publication number: DE102009045030A1
Application number: DE102009045030A
Authority: DE
Inventors: Josef Frank; Stanislaw Bodzak; Alexander Fuchs
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-09-25
Filing date: 2009-09-25
Publication date: 2011-03-31

Abstract

Zahnradpumpe (1) mit Elektromotor (2), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, zum Fördern eines Fluides, umfassend wenigstens ein Zahnrad (9) mit Zähnen (10), einen Arbeitsraum (11) an dem wenigstens einen Zahnrad (9), einen Elektromotor (2) mit einem Stator (14) und einem Rotor (15) mit Permanentmagneten (16) zum Antrieb der Zahnradpumpe (1), wobei die Permanentmagnete (16) in die Zähne (10) des Zahnrades (9) integriert sind, so dass das Zahnrad (9) mit den Permanentmagneten (16) auch den Rotor (15) bildet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zahnradpumpe mit Elektromotor gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und ein Einspritzsystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 11.
Stand der Technik
Zahnradpumpen werden in verschiedensten technischen Anwendungen zum Fördern von Fluiden eingesetzt. Beispielsweise werden Zahnradpumpen zum Fördern von Kraftstoff zu einem Verbrennungsmotor eingesetzt.
Die EP 1 933 033 A1 zeigt eine Innenzahnradpumpe mit 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 Zahnradpumpe mit Elektromotor, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, zum Fördern eines Fluides, umfassend wenigstens ein Zahnrad mit Zähnen, einen Arbeitsraum an dem wenigstens einen Zahnrad, einen Elektromotor mit einem Statur und einem Rotor mit Permanentmagneten zum Antrieb der Zahnradpumpe, wobei die Permanentmagnete in die Zähne des Zahnrades integriert sind, so dass das Zahnrad mit den Permanentmagneten auch den Rotor bildet.
In die Zähne eines Zahnrades der Zahnradpumpe sind die Permanentmagnete integriert. Dadurch bildet dieses Zahnrad, bei denen in die Zähne Permanentmagnete integriert sind, auch den Rotor. In vorteilhafter Weise kann dadurch die Anzahl der Bauteile der Zahnradpumpe mit Elektromotor reduziert werden, Kosten eingespart und der erforderliche Bauraum reduziert werden.
In einer weiteren Ausgestaltung greifen die Zähne des Zahnrades mit den Permanentmagneten mit einem weiteren Zahnrad der Zahnradpumpe ineinander, so dass dadurch von dem Zahnrad mit den Zähne mit integriertem Permanentmagneten auch das weitere Zahnrad angetrieben und bewegt wird.
In einer weiteren Ausgestaltung sind bei zwei Zahnrädern der Zahnradpumpe in die Zähne Permanentmagnete integriert.
In einer weiteren Ausgestaltung sind die Permanentmagnete in axialen Bohrungen oder Schlitzen der Zähne des Zahnrades eingebracht. Die Permanentmagnete können dabei beispielsweise in den Zähnen mittels Kleben, d. h. stoffschlüssig, befestigt werden und/oder eingepresst und/oder verstemmt werden, d. h. stoff- und/oder kraftschlüssig. Die Zähne des Zahnrades sind damit teilweise aus einem magnetischen Material hergestellt.
In einer weiteren Ausgestaltung sind die Zähne des Zahnrades vollständig aus einem magnetischen Material hergestellt oder ausgebildet.
In einer ergänzenden Ausgestaltung sind die Permanentmagnete ausschließlich in die Zähne des Zahnrades integriert. Damit sind außerhalb der Zähne des Zahnrades in dem Zahnrad keine Permanentmagnete angeordnet.
In einer ergänzenden Ausführungsform ist der Stator konzentrisch um das Zahnrad mit den Permanentmagneten angeordnet.
In einer weiteren Ausgestaltung ist der Stator in ein Gehäuse der Zahnradpumpe integriert.
Vorzugsweise ist der Elektromotor ein Innenläufer.
In einer Variante ist die Zahnradpumpe eine Außenzahnradpumpe.
Zweckmäßig weist der Arbeitsraum eine Einlassöffnung auf.
In einer weiteren Ausführungsform mündet in die Einlassöffnung eine Einlassleitung.
Insbesondere ist an der Einlassöffnung und/oder an der Einlassleitung ein Magnet angeordnet, um aus dem Fluid, welches in den Arbeitsraum durch die Einlassleitung und/oder die Einlassöffnung strömt, Stoffe oder Teilchen abzutrennen. Der Magnet kann damit ferromagnetische Partikel, Späne, Stoffe oder Teilchen aus dem zu fördernden Fluid vor dem Einströmen des Fluides in den Arbeitsraum abtrennen. Die ferromagnetischen Partikel, Späne, Stoffe oder Teilchen lagern sich somit an einer Wandung der Einlassleitung oder der Einlassöffnung im Strömungsraum an. In vorteilhafter Weise kann dadurch ein Verklemmen der Verzahnung der Zahnradpumpe vermieden werden. Auch bei der Anordnung eines Filters in der Einlassleitung können durch den Filter Partikel und Späne, insbesondere ferromagnetische Partikel und Späne, in den Arbeitsraum eindringen. Aufgrund der Anordnung der Permanentmagnete in den Zähnen des Zahnrades können diese ferromagnetischen Partikel oder Späne sich an den Zahnrädern im Bereich der Zähne anlagern und bei einer Anhäufung derartiger ferromagnetischer Partikel kann es zu einer Verklemmung der Verzahnung der Zahnradpumpe kommen, so dass der von dem Elektromotor zur Verfügung gestellte Antriebsdrehmoment nicht mehr ausreicht, um die Zahnräder zu bewegen. Dies führt zu einem Verklemmen der Zahnradpumpe und zum Ausfall derselbigen.
In einer weiteren Ausgestaltung ist an der Einlassleitung eine Ausnehmung bzw. einen Aufnahmeraum zur Aufnahme von abgetrennten Stoffen oder Teilchen angeordnet. In der Ausnehmung an der Einlassleitung, die im Bereich des Magneten angeordnet ist, können sich somit die ferromagnetischen Partikel und Späne anlagern und sammeln, so dass dadurch der Strömungsraum in der Einlassleitung für das Fluid durch die angesammelten ferromagnetischen Partikel und Teilchen im Wesentlichen nicht begrenzt oder beschränkt wird.
In einer ergänzenden Variante ist wenigstens ein Zahnrad, insbesondere ausschließlich, magnetisch gelagert. Bei einer magnetischen Lagerung wenigstens eines Zahnrades wird das Zahnrad mittels magnetischer Kräfte gelagert. Damit wird das Zahnrad nicht mechanisch mittels einer Wälzlagerung oder einer Gleitlagerung gelagert.
In einer weiteren Ausgestaltung ist der Elektromotor in die Zahnradpumpe integriert, so dass vorzugsweise der Elektromotor und die Zahnradpumpe eine untrennbare Baueinheit sind.
Vorzugsweise weist der Stator Elektromagnete auf.
In einer Variante sind die Elektromagnete durch Spulen gebildet.
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 Zahnradpumpe mit Elektromotor ausgebildet ist.
Zweckmäßig umfasst die Zahnradpumpe mit Elektromotor eine, vorzugsweise elektronische, Steuerungseinheit zur Steuerung der Bestromung der Elektromagnete.
In einer weiteren Variante umfasst die Zahnradpumpe mit 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 Zahnradpumpe,
2 eine stark schematisierte Ansicht eines Einspritzsystems in einem ersten Ausführungsbeispiel,
3 eine stark schematisierte Ansicht eines Einspritzsystems in einem zweiten Ausführungsbeispiel und
4 eine Ansicht eines Kraftfahrzeuges.
Ausführungsformen der Erfindung
In 1 ist ein Querschnitt einer Zahnradpumpe 1 mit integriertem Elektromotor 2 zum Fördern eines Fluides, z. B. Kraftstoff, für ein Einspritzsystem 3 dargestellt. Die als Außenzahnradpumpe 30 ausgebildete Zahnradpumpe 1 dient damit zum Fördern von Kraftstoff in einem Kraftfahrzeug 4.
Innerhalb eines Gehäuses 31 sind zwei Zahnräder 9 der Außenzahnradpumpe 30 angeordnet. Zähne 10 der Zahnräder 9 stellen dabei Förderelemente der Zahnradpumpe 1 dar und die Zähne 10 greifen dabei ineinander, so dass nur ein, in 1 links dargestelltes Zahnrad 9 angetrieben werden muss. Die beiden Zahnräder 9 führen dabei eine Rotationsbewegung um eine Rotationsachse 6 aus. Die Rotationsachse 6 steht dabei senkrecht auf der Zeichenebene von 1. Das Gehäuse 31 weist eine Einlassöffnung 20 sowie eine daran ausgebildete Einlassleitung 12 und eine Auslassöffnung 21 mit einer daran ausgebildeten Auslassleitung 13 auf. Die Bewegungsrichtung der beiden Zahnräder 9 ist dabei entgegengesetzt gerichtet, entsprechend der Darstellung der Pfeile in 1. Das linke Zahnrad 9 bewegt sich dabei entgegen dem Uhrzeigersinn und das rechte Zahnrad 9 bewegt sich im Uhrzeigersinn. Zwischen den Zahnrädern 9 mit den Zähnen 10 bildet sich ein Arbeitsraum 11 aus, der von dem Gehäuse 31 eingeschlossen ist.
Das in 1 links dargestellte Zahnrad 9 weist Zähne 10 auf, in denen jeweils Permanentmagnete 16 integriert sind. Die Permanentmagnete 16 sind dabei in axialen Bohrungen an den Zähnen 10 der Zahnräder 9 eingeklemmt.
Konzentrisch um das linke Zahnrad 10 ist in das Gehäuse 31 ein Stator 14 eingebaut bzw. integriert. Der Stator 14 weist Elektromagnete 17 auf, die als Spulen 18 gebildet sind. Die Elektromagnete 17 werden dabei von einer nicht dargestellten Steuerungseinheit entsprechend bestromt, so dass das in 1 links dargestellte Zahnrad 9 mit den Permanentmagneten 16 in eine Rotationsbewegung entsprechend der Pfeilrichtung in 1 versetzt wird, so dass das in 1 links dargestellte Zahnrad 9 auch einen Rotor 15 des Elektromotors 2 bildet. In die als Außenzahnradpumpe 30 ausgebildete Zahnradpumpe 1 ist somit der Elektromotor 2 integriert, so dass der Elektromotor 2 und die Zahnradpumpe 1 eine untrennbare Baueinheit darstellen und der Elektromotor 2 ein Innenläufer 34 ist. Von der Außenzahnradpumpe 30 wird somit als zu förderndes Fluid, insbesondere Kraftstoff, in der Einlassleitung 12 in den Arbeitsraum 11 eingesaugt und durch die Auslassleitung 13 aus dem Arbeitsraum 11 wieder herausgefordert.
In der Einlassleitung 12 ist ein als Vorfilter 32 ausgebildeter Filter 19 angeordnet. Der Vorfilter 32 dient dazu, Partikel, Späne, Stoffe oder Teilchen aus dem zu fördernden Fluid abzusondern oder abzutrennen. In Strömungsrichtung nach dem Vorfilter 32 ist an der Einlassleitung 12 ein als Permanentmagnet 8 ausgebildeter Magnet 5 angeordnet. An dem Magneten 5 weist die Einlassleitung 12 ferner eine Ausnehmung 7 auf, so dass sich an der Ausnehmung 7 der Einlassleitung 12 ein größerer Strömungsraum ergibt. Auch den Vorfilter 32 können unter Umständen Stoffe oder Partikel, insbesondere ferromagnetische Partikel oder Späne, durchströmen. Um auch Reste derartige ferromagnetische Partikel oder Späne in dem zu fördernden Fluid vor dem Einströmen in den Arbeitsraum 11 abzusondern, werden diese von dem Permanentmagneten 8 an der Einlassleitung 12 aufgrund magnetischer Kräfte angezogen und lagern sich in der Ausnehmung 7 an der Einlassleitung 12 an. Dadurch kann im Wesentlichen das Einströmen von ferromagnetischen Partikeln, Spänen oder Teilchen in den Arbeitsraum 11 ausgeschlossen werden. Gerade aufgrund der Ausbildung von Permanentmagneten 16 in den Zähnen 10 des linken Zahnrades 9 können sich ferromagnetische Späne an den Zähnen 10 anlagern und zu einem Verklemmen der Außenzahnradpumpe 30 führen. Der Permanentmagnet 8 an der Einlassleitung 12 kann dabei an die Einlassleitung 12 beispielsweise mittels Klemmen, Schrauben oder Kleben oder in sonstiger Weise, beispielsweise stoff-, kraft- und/oder formschlüssig, befestigt werden.
In 2 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 Zahnradpumpe 1 fördert dabei aus einem Vorratsbehälter 25 das Abgasnachbehandlungsmedium durch Leitungen 29 für das Abgasnachbehandlungsmedium in das Abgasrohr 24. Weitere Einrichtungen zur Steuerung der Förderleistung der Zahnradpumpe 1 oder eines Einspritzventiles zum Einspritzen des Abgasnachbehandlungsmediums in das Abgasrohr 24 sind in 2 nicht dargestellt.
In 3 ist das Einspritzsystem 3 zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Verbrennungsraum 23 des Verbrennungsmotors 22 des Kraftfahrzeuges 4 dargestellt. Die Zahnradpumpe 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 23 eingespritzt. Hierfür erforderliche Einspritzorgane sind in 3 nicht dargestellt.
Insgesamt betrachtet sind mit der erfindungsgemäßen Zahnradpumpe 1 und dem erfindungsgemäßen Einspritzsystem 3 wesentliche Vorteile verbunden. Aufgrund der Anordnung der Permanentmagnete 16 des Elektromotors 2 in den Zähnen 10 des Zahnrades 9 kann in vorteilhafter Weise Bauraum eingespart, die Kosten reduziert und die Anzahl der erforderlichen Bauteile für die Zahnradpumpe 1 mit Elektromotor 2 reduziert werden. Die Anordnung eines Permanentmagneten 8 an der Einlassleitung 12 ermöglicht es ferner, dass das Eindringen von ferromagnetischen Partikeln in den Arbeitsraum 11 der Zahnradpumpe 1 im Wesentlichen ausgeschlossen werden kann, so dass dadurch ein sicherer und zuverlässiger Betrieb der Zahnradpumpe 1 in der Praxis gewährleistet 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

Zahnradpumpe (1) mit Elektromotor (2), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, zum Fördern eines Fluides, umfassend – wenigstens ein Zahnrad (9) mit Zähnen (10), – einen Arbeitsraum (11) an dem wenigstens einen Zahnrad (9), – einen Elektromotor (2) mit einem Statur (14) und einem Rotor (15) mit Permanentmagneten (16) zum Antrieb der Zahnradpumpe (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete (16) in die Zähne (10) des Zahnrades (9) integriert sind, so dass das Zahnrad (9) mit den Permanentmagneten (16) auch den Rotor (15) bildet.
Zahnradpumpe mit Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete (16) ausschließlich in die Zähne (10) des Zahnrades (9) integriert sind.
Zahnradpumpe mit Elektromotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Statur (14) konzentrisch um das Zahnrad (9) mit den Permanentmagneten (16) angeordnet ist.
Zahnradpumpe mit Elektromotor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (2) ein Innenläufer (34) ist.
Zahnradpumpe mit Elektromotor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnradpumpe (1) eine Außenzahnradpumpe (30) ist.
Zahnradpumpe mit Elektromotor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsraum (11) eine Einlassöffnung (20) aufweist.
Zahnradpumpe mit Elektromotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in die Einlassöffnung (20) eine Einlassleitung (12) mündet.
Zahnradpumpe mit Elektromotor nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass an der Einlassöffnung (20) und/oder an der Einlassleitung (12) ein Magnet (5) angeordnet ist, um aus dem Fluid, welches in den Arbeitsraum (11) durch die Einlassleitung (12) und/oder die Einlassöffnung (20) strömt, Stoffe oder Teilchen abzutrennen.
Zahnradpumpe mit Elektromotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass an der Einlassleitung (12) eine Ausnehmung (7) zur Aufnahme von abgetrennten Stoffen oder Teilchen angeordnet ist.
Zahnradpumpe mit Elektromotor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Zahnrad (9), insbesondere ausschließlich, magnetisch gelagert 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 eine Zahnradpumpe (1) mit Elektromotor (2) gemäß einem oder mehrerer der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.