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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Innenzahnradpumpe mit integriertem Elektromotor gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und ein Einspritzsystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 12.
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Stand der Technik
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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.
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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.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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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 Außenzahnrades 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, indem in das Außenzahnrad Permanentmagnete integriert sind, wobei die Permanentmagnete als ein Magnetring an dem Außenzahnrad angeordnet sind.
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Die Permanentmagnete sind zu einem Magnetring zusammengefasst als ein Bauteil und können damit bei der Herstellung der Innenzahnradpumpe einfach als nur ein einziges Bauteil, nämlich der Magnetring, an dem übrigen Rotor bzw. Außenzahnrad einfach in nur einem Arbeitsschritt befestigt werden, ohne dass eine Vielzahl von Einzelpermanentmagneten separat an dem Außenzahnrad bzw. dem Rotor zu befestigen ist. Dadurch können in vorteilhafter Weise Kosten bei der Herstellung der Innenzahnradpumpe eingespart werden.
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In einer zusätzlichen Ausgestaltung ist der Magnetring ein separates Bauteil.
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In einer ergänzenden Variante ist der Magnetring nur ein einziges Bauteil.
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Insbesondere ist der Magnetring mit den Permanentmagneten außenseitig an dem Außenzahnrad angeordnet.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist der Magnetring mit den Permanentmagneten an einer radialen Außenseite des Außenzahnrades, insbesondere vollständig, ausgebildet.
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In einer ergänzenden Ausführungsform ist der Magnetring ein vollständig geschlossener Magnetring. Der Magnetring ist ein vollständig geschlossener Magnetring, so dass ein fiktiver Kreis innerhalb des Magnetringes, welcher einen Mittelpunkt aufweist, der der Rotationsachse des Außenzahnrades entspricht und eine von dem fiktiven Kreis aufgespannte Ebene senkrecht zu der Rotationsachse des Außenrades steht, dieser fiktive Kreis vollständig innerhalb des Magnetringes angeordnet ist. Dadurch ist an der radialen Außenseite des Außenzahnrads bzw. des Rotors ausschließlich der Magnetring vorhanden.
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Vorzugsweise weist der Magnetring eine im Wesentlichen konstante radiale Ausdehnung bezüglich der Rotationsachse des Außenzahnrades bzw. des Rotors auf. Eine im Wesentlichen konstante Ausdehnung bedeutet dabei, dass die radiale Ausdehnung des Magnetringes mit einer Abweichung von weniger als 20%, 10%, 5%, 2% oder 1% konstant ausgebildet ist.
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In einer Variante ist der Magnetring aus einem homogenen Material aufgebaut und vorzugsweise umfasst der Magnetring dauermagnetisches Material, z. B. Neodym-Eisen-Bor oder Samarium-Cobalt. Der Magnetring ist nur ein einziges Bauteil, welches, vorzugsweise ausschließlich, aus homogenem Material aufgebaut oder hergestellt ist. Bei der Herstellung des Magnetringes wird beispielsweise im Sinterverfahren aus Neodym, Eisen und Bor der Magnetring hergestellt, welcher jedoch noch keine permanentmagnetischen Eigenschaften aufweist. Erst nach der Herstellung des Magnetringes, beispielsweise aus Neodym-Eisen-Bor oder Samarium-Cobalt, wird der Ring aus dem homogenen Material magnetisiert und dadurch entstehen an dem Ring als Magnetring die Permanentmagnete, wobei die Permanentmagnete jedoch nicht konstruktiv zu erfassen sind, sondern sich lediglich aufgrund der magnetisierten Eigenschaften des homogenen Materiales ergeben. Abweichend hiervon kann der Magnetring auch mittels Spritzgießen aus thermoplastischem Kunststoff hergestellt werden. Dabei weist der thermoplastische Kunststoff zusätzlich einen Zusatz aus einem, vorzugsweise dauermagnetischen, Material, wie z. B. Neodym-Eisen-Bor oder Samarium-Cobalt auf. Diese Mischung aus thermoplastischem Kunststoff und dem dauermagnetischen Material wird in ein Spritzgusswerkzeug eingeführt und mittels Spritzgießen der Magnetring aus homogenem Material hergestellt. Erst nach dieser Herstellung des Ringes ohne magnetische Eigenschaften aus homogenem Material wird das dauermagnetische Material innerhalb des Magnetringes magnetisiert und dadurch die Permanentmagnete an dem Ring aus homogenem Material zur Verfügung gestellt. Ein dauermagnetisches Material ist somit ein Material, welches nach einer Magnetisierung die magnetischen Eigenschaften beibehält.
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Zweckmäßig ist der Magnetring ausschließlich aus dem dauermagnetischen Material aufgebaut oder der Magnetring umfasst anderes, nicht magnetisches Material, z. B. Kunststoff.
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In einer weiteren Ausführungsform ist der Magnetring an dem übrigen Außenzahnrad kraft- und/oder form- und/oder stoffschlüssig befestigt.
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Insbesondere ist der Magnetring mit einer Klebeverbindung und/oder einer Zahnverbindung und/oder kraftschlüssig aufgrund einer radialen Vorspannung zwischen dem Magnetring und dem übrigen Außenzahnrad an dem übrigen Außenzahnrad befestigt. Bei der Herstellung der Innenzahnradpumpe kann somit separat zunächst das übrige Außenzahnrad bzw. der Rotor hergestellt werden und anschließend der Magnetring als nur ein einziges Bauteil an dem übrigen Außenzahnrad befestigt werden. Die Kosten für die Herstellung der Innenzahnradpumpe können dadurch in vorteilhafter Weise gesenkt werden.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist das Außenzahnrad bzw. der Rotor mit dem außenseitigen Magnetring mittelbar oder unmittelbar an dem Stator gelagert.
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In einer zusätzlichen Ausgestaltung sind die Permanentmagnete an dem Magnetring aus homogenem Material mittels einer radialen Magnetisierung des Ringes bzw. Magnetringes aus homogenem Material hergestellt oder zur Verfügung gestellt.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist an dem Stator eine Lagerbuchse angeordnet und mit der Lagerbuchse ist das Außenzahnrad bzw. der Rotor mit dem außenseitigen Magnetring mittelbar an dem Stator gelagert. Der Magnetring außenseitig an dem Rotor bzw. Außenzahnrad dient somit auch zusätzlich als Radiallager für das Außenzahnrad. Das Material des Magnetringes ist dabei dahingehend gewählt, dass dieses auch als Radiallager für den Rotor bzw. das Außenzahnrad geeignet ist.
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Mittels einer Lagerbuchse kann das Außenzahnrad mittelbar an dem Stator gelagert werden oder bei einer unmittelbaren Lagerung des Außenzahnrades mit dem Magnetring an dem Stator liegt der Magnetring unmittelbar auf dem Statorzähnen des Stators auf.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist der Rotor innerhalb des Stators ausgebildet.
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In einer Variante ist der Stator konzentrisch um den Rotor ausgebildet.
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In einer zusätzlichen Ausführungsform ist der Elektromotor ein permanentmagneterregter Synchronmotor.
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In einer Variante besteht der Rotor wenigstens teilweise aus Sinterstahl.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist der Rotor und das Innenzahnrad separat gelagert.
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In einer ergänzenden Variante ist das Innenzahnrad exzentrisch gelagert.
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In einer weiteren Variante ist der Stator konzentrisch um den Rotor ausgebildet.
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In einer weiteren Ausgestaltung weist der Stator Spulen als Elektromagnete auf.
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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.
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In einer weiteren Variante umfasst die Innenzahnradpumpe mit integriertem Elektromotor eine Einlassöffnung und eine Auslassöffnung für das Fluid, die in den Arbeitsraum münden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Im Nachfolgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:
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1 einen Querschnitt der Innenzahnradpumpe,
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2 eine stark schematisierte Ansicht eines Einspritzsystems in einem ersten Ausführungsbeispiel,
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3 eine stark schematisierte Ansicht eines Einspritzsystems in einem zweiten Ausführungsbeispiel und
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4 eine Ansicht eines Kraftfahrzeuges.
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Ausführungsformen der Erfindung
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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 für ein Kraftfahrzeug 4.
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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 und an einer Auflage 18 liegt der Rotor 12 an dem Innenzahnring 6 auf. Das Außenzahnrad 8 ist durch einen Rotor 12 des Elektromotors 2 gebildet, indem in den Rotor 12 Permanentmagnete 13 integriert sind. 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.
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Die in den Rotor 12 bzw. das Außenzahnrad 8 integrierten Permanentmagnete 13 sind dabei außenseitig an dem Rotor 12 an einem Magnetring 14 ausgebildet. Der Magnetring 14 besteht aus einem homogenen Material 31, z. B. eine Mischung bzw. Legierung von Neodym, Eisen und Bor (Ne, Fe und B). Eine radiale Außenseite 17 des Außenzahnrades 8 ist dadurch vollständig von dem Magnetring 14 gebildet. An dem Stator 11 ist eine Lagerbuchse 15, z. B. aus Kunststoff oder einem nicht magnetischen Material, an den Statorzähnen 21 befestigt. Die Lagerbuchse 15 dient dabei als Radiallager für den Rotor 12. Es handelt sich somit um eine Gleitlagerung des Rotors 12 an der Lagebuchse 15. Dabei bildet die radiale Außenseite 17 des Magnetringes 14 ein Radiallager 16 des Rotors 12 bzw. des Außenzahnrades 8.
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Der Magnetring 14 ist an dem übrigen Außenzahnrad 8 mittels einer form- und stoffschlüssigen Verbindung, nämlich einer Zahnverbindung 30 und einer Klebeverbindung 33 an dem übrigen Außenzahnrad 8 befestigt. Abweichend hiervon kann der Magnetring 14 auch nur mit der stoffschlüssigen Verbindung als Klebeverbindung 33 an dem übrigen Außenzahnrad 8 befestig sein (nicht dargestellt).
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Aufgrund der Gleitlagerung zwischen dem Radiallager 16 außenseitig an dem Magnetring 14 und der innenseitigen Gleitlagerung an der Lagerbuchse 15 führt das Außenzahnrad 8 bzw. der Rotor 12 eine Rotationsbewegung um eine Rotationsachse 19 aus. Bei der Herstellung der Innenzahnradpumpe 1 wird der Magnetring 14 aus homogenem Material 31 als nur ein einziges Bauteil hergestellt. Der Magnetring 14 kann dabei beispielsweise mittels eines Sinterverfahrens ausschließlich aus einem dauermagnetischen Material, z. B. Neodym, Eisen und Bor hergestellt werden oder aus einer Mischung aus dem dauermagnetischen Material wie z. B. Neodym, Eisen und Bor sowie thermoplastischem Kunststoff mittels Spritzgießen. Erst nach der Herstellung diese Magnetringes 14 aus dem homogenen Material 31, wobei nach der Herstellung der Magnetring 14 noch keine Permanentmagnete 13 aufweist, erfolgt eine radiale Magnetisierung des Magnetringes 14, so dass der aus ausschließlich homogenem Material 31 aufgebaute Magnetring 14 die Permanentmagnete 13 aufweist. Dadurch können bei der Herstellung der Innenzahnradpumpe 1 Kosten eingespart werden, weil der Magnetring 14 mit der Vielzahl an Permanentmagneten 13 in nur einem Herstellungsschritt hergestellt werden kann und anschließend nur ein einziges Bauteil an dem übrigen Außenzahnrad 8 zu befestigen ist. Ferner dient der Magnetring 14 auch als Radiallager 16 für das Außenzahnrad 8 bzw. den Rotor 12, so dass beide Funktionen, d. h. das zur Verfügung stellen von Permanentmagneten 13 an dem Rotor 12 und eines Radiallagers 16, in nur einem einzigen Bauteil, nämlich dem Magnetring 14, vereint sind.
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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 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.
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In 3 ist das Einspritzsystem 3 zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Verbrennungsraum 23 eines Verbrennungsmotors 22 eines Kraftfahrzeuges 4 dargestellt. Die Innenzahnradpumpe 1 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.
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Die Einzelheiten der verschiedenen Ausführungsbeispiele können miteinander kombiniert werden, sofern nichts Gegenteiliges erwähnt wird.
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Insgesamt betrachtet sind mit der erfindungsgemäßen Innenzahnradpumpe 1 wesentliche Vorteile verbunden. Der Magnetring 14 besteht aus homogenem Material 31 und ist dadurch in der Herstellung preiswert und dient dabei neben der zur Verfügungstellung von Permanentmagneten 13 auch dazu, ein Radiallager 16 für das Außenzahnrad 8 zu bilden. Dadurch können bei der Herstellung der Innenzahnradpumpe 1 in vorteilhafter Weise Kosten eingespart werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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