DE102010002585A1

DE102010002585A1 - Innenzahnradpumpe

Info

Publication number: DE102010002585A1
Application number: DE102010002585A
Authority: DE
Inventors: Hubert Pichler; Alexander Fuchs
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-03-04
Filing date: 2010-03-04
Publication date: 2011-09-08
Also published as: CN103026067A; WO2011107307A3; WO2011107307A2; EP2542782A2

Abstract

Innenzahnradpumpe (1), 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, 10) des Innen- und Außenzahnrades (5, 8) ineinander greifen, einen zwischen dem Innenzahnrad (5) und dem Außenzahnrad (8) sich ausgebildeten Arbeitsraum (32), wobei das Außenzahnrad (8) mit wenigstens einem Partikelaufnahmeraum (17) zur Aufnahme von Partikeln aus dem Fluid versehen ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Innenzahnradpumpe gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und ein Einspritzsystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 12.
Stand der Technik
Innenzahnradpumpen 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. In dem geförderten Fluid können sich Partikel befinden, welche ein ineinander Greifen des Innen- und Außenzahnrades blockieren können, weil sich die Partikel an einem Zahngrund des Außenzahnringes ansammeln können.
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, 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 Außenzahnrades ineinander greifen, einen zwischen dem Innenzahnrad und dem Außenzahnrad sich ausgebildeten Arbeitsraum, wobei das Außenzahnrad mit wenigstens einem Partikelaufnahmeraum zur Aufnahme von Partikeln aus dem Fluid versehen ist. Die Partikelaufnahmeräume können möglicherweise in dem Fluid enthaltene Partikel, Kleinteilchen oder Kleinstteilchen aufnehmen, so dass dadurch das Innen- und Außenzahnrad nicht von Partikeln blockiert werden kann.
In einer weiteren Ausgestaltung ist das Außenzahnrad mit mehreren Partikelaufnahmeräumen versehen.
In einer zusätzlichen Variante ist der wenigstens eine Partikelaufnahmeraum an einem Zahngrund des Außenzahnrades ausgebildet.
In einer ergänzenden Ausführungsform ist an wenigstens 30%, 50%, 80% oder 90% der Zahngründe des Außenzahnrades je ein Partikelaufnahmeraum ausgebildet.
Zweckmäßig ist der wenigstens eine Partikelaufnahmeraum konisch. In den Partikelaufnahmeräumen vorhanden Partikel können damit leichter ausgespült werden.
In einer zusätzlichen Ausgestaltung nimmt die Größe des wenigstens einen Partikelaufnahmeraumes in Richtung zu einem Schwerpunkt des Außen- oder Innenzahnrades zu. Zum Ausspülen der Partikel aus den Partikelaufnahmeräumen weisen Enden der Partikelaufnahmeräume an dem Arbeitsraum damit eine große Querschnittsfläche auf, so dass das Ausspülen der Partikel dadurch erleichtert wird.
Zweckmäßig ist die Innenzahnradpumpe als eine Innenzahnradpumpe mit integriertem Elektromotor ausgebildet ist. Die Innenzahnradpumpe mit integriertem Elektromotor weist damit einen kleinen und kompakten Aufbau auf.
In einer zusätzlichen Ausgestaltung weist der Elektromotor einen Stator und einen Rotor auf und das Außenzahnrad ist durch den Rotor gebildet.
Insbesondere ist das Außenzahnrad mit Permanentmagneten versehen, so dass die Elektromaschine eine permanentmagnet(erregte) Elektromaschine ist.
In einer ergänzenden Ausführungsform ist der Stator konzentrisch um den Rotor ausgebildet.
In einer weiteren Ausführungsform weist der Stator Spulen als Elektromagnete auf.
In einer weiteren Ausgestaltung ist der Rotor innerhalb des Stators ausgebildet.
Insbesondere weist der Rotor keine Permanentmagnete, sondern Rotorzähne auf und der Elektromotor ist ein Reluktanzelektromotor.
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.
In einer Variante besteht der Rotor wenigstens teilweise aus Sinterstahl.
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 als Außenzahnrad bei einem Reluktanzelektromotor als integrierten Elektromotor benötigt der Rotor Rotorzähne.
In einer ergänzenden Variante ist das Innenzahnrad exzentrisch gelagert.
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 ausgebildet ist.
In einer weiteren Variante umfasst die Innenzahnradpumpe eine Einlassöffnung und eine Auslassöffnung für das Fluid, die in den Arbeitsraum münden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Nachfolgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:
1 einen Querschnitt einer Innenzahnradpumpe,
2 einen Detailquerschnitt des Innen- und Außenzahnrades der Innenzahnradpumpe gemäß 1,
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 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 ineinander Greifens 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 Blechplatten 16 (Lamellenpaket mit Ausnehmungen für die Permanentmagnete 31), 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 sind in dem Außenabschnitt 14 Permanentmagnete 31 angeordnet. 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.
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. Der integrierte Elektromotor 2 ist ein permanentmagneterregter Elektromotor 2.
In 3 ist ein vereinfachter Längsschnitt der Innenzahnradpumpe 1 mit integriertem permanentmagneterregten Elektromotor 2 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.
Das Außenzahnrad 8 weist an jedem Zahngrund 33, d. h. zwischen den Zähnen 10 des Außenzahnrades 8, Partikelaufnahmeräume 17 (1 und 2) auf. An dem Zahngrund 33 tritt bei einer Verzahnung oder einem ineinander Greifen des Innen- und Außenzahnrades 5, 8 keine Berührung des Außenzahnrades 8 an dem Innenzahnrad 5 auf. Die Partikelaufnahmeräume 17 dienen dazu, möglicherweise in dem zu fördernden Fluid enthaltene Partikel, Verschmutzungen oder Kleinstteilchen aufzunehmen, damit die Partikel das ineinander Greifen Innen- und Außenzahnrades 5, 8 nicht behindern. Die Partikel können ein Blockieren des Innen- und Außenzahnrades 5, 8 verursachen, so dass dadurch die Innenzahnradpumpe 1 das Fluid nicht mehr fördern kann. Gelangen während des Ansaugen des Fluides in den Arbeitsraum 32 Partikel, weil das Fluid Partikel aufweist, werden die Partikel oder Kleinstteilchen aufgrund der wirkenden Zentripetalkraft bzw. Zentripetalbeschleunigung in die Partikelaufnahmeräume 17 bewegt. Dadurch können die Partikel das Innen- und Außenzahnrad 5, 8 nicht verklemmen. Die Partikel können anschließend druckseitig wieder aus den Partikelaufnahmeräumen 17 ausgespült werden. Aufgrund der konischen Geometrie der Partikelaufnahmeräume 17 nimmt die Größe oder Querschnittsfläche der Partikelaufnahmeräume 17 in Richtung zu einem Schwerpunkt des Außenzahnrades 8 zu, so dass die Partikel leicht aus den Partikelaufnahmeräumen 17 ausgespült werden können.
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 3 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 permanentmagneterregten Elektromotor 2 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 Elektromotor 2 arbeitet zuverlässig im Betrieb, weil möglicherweise in dem zu fördernden Fluid enthaltene Partikel das Innen- und Außenzahnrad 5, 8 nicht verklemmen können aufgrund der Partikelaufnahmeräume 17.
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), 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, 10) des Innen- und Außenzahnrades (5, 8) ineinander greifen, – einen zwischen dem Innenzahnrad (5) und dem Außenzahnrad (8) sich ausgebildeten Arbeitsraum (32), dadurch gekennzeichnet, dass das Außenzahnrad (8) mit wenigstens einem Partikelaufnahmeraum (17) zur Aufnahme von Partikeln aus dem Fluid versehen ist.
Innenzahnradpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Außenzahnrad (8) mit mehreren Partikelaufnahmeräumen (17) versehen ist.
Innenzahnradpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Partikelaufnahmeraum (17) an einem Zahngrund (33) des Außenzahnrades (8) ausgebildet ist.
Innenzahnradpumpe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an wenigstens 30%, 50%, 80% oder 90% der Zahngründe (33) des Außenzahnrades (8) je ein Partikelaufnahmeraum (17) ausgebildet ist.
Innenzahnradpumpe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Partikelaufnahmeraum (17) konisch ist.
Innenzahnradpumpe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe des wenigstens einen Partikelaufnahmeraumes (17) in Richtung zu einem Schwerpunkt des Außen- oder Innenzahnrades (5, 8) zunimmt.
Innenzahnradpumpe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenzahnradpumpe (1) als eine Innenzahnradpumpe (1) mit integriertem Elektromotor (2) ausgebildet ist.
Innenzahnradpumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (2) einen Stator (11) und einen Rotor (12) aufweist und das Außenzahnrad (8) durch den Rotor (12) gebildet ist.
Innenzahnradpumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Außenzahnrad (8) mit Permanentmagneten (31) versehen ist.
Innenzahnradpumpe nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (11) konzentrisch um den Rotor (12) ausgebildet ist.
Innenzahnradpumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 10, 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 eine Innenzahnradpumpe (1) gemäß einem oder mehrerer der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.