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Die Erfindung betrifft eine Förderpumpe mit einer Antriebseinheit, einer Kopplungseinheit und einer einen Pumpenrotor aufweisenden Pumpeneinheit, wobei die Kopplungseinheit die Antriebseinheit mit dem Pumpenrotor koppelt.
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Stand der Technik
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Es sind Förderpumpen mit einem Elektromotor und einer Pumpeneinheit bekannt, wobei der Elektromotor einen Rotor und einen Stator umfasst. Die Pumpeneinheit umfasst ein zur Förderung eines Fluids ausgestaltetes Pumpenrad. Das Pumpenrad ist mit dem Elektromotor über eine Welle verbunden, wobei sowohl das Pumpenrad als auch der Rotor des Elektromotors nass im Fluid in einem Gehäuse der Förderpumpe angeordnet sind. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass die Förderpumpe einfach abdichtbar ist. Es ist jedoch ein Werkzeug notwendig, um bei einer Blockierung des Pumpenrotors, beispielsweise nach einer langen Standzeit, die Blockierung aufzuheben.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Förderpumpe bereitzustellen.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird durch den Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäß wird eine Förderpumpe mit einer Antriebseinheit, einer Kopplungseinheit und einer einen Pumpenrotor aufweisenden Pumpeneinheit vorgeschlagen, wobei die Kopplungseinheit die Antriebseinheit mit dem Pumpenrotor koppelt. Dabei ist der Pumpenrotor mit einem vordefinierten Verschiebeweg axial verschieblich gelagert. Ferner ist die Kopplungseinheit als Magnetkupplung ausgebildet, wobei eine Polanordnung der Magnetkupplung derart gewählt ist, dass bei einem Blockieren des Pumpenrotors der Pumpenrotor entlang des Verschiebewegs verfahren wird, um die Blockierung des Pumpenrotors zu lösen.
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Diese Ausgestaltung ermöglicht es auf einfache Weise, den Pumpenrotor entlang des Verschiebewegs oszillierend zu verfahren und so die Blockierung des Pumpenrotors aufzuheben. Auf diese Weise kann auf den Einsatz von Werkzeug und möglicherweise einer Demontage der Förderpumpe zum Lösen der Blockierung des Pumpenrotors verzichtet werden. Des Weiteren verhindert die Magnetkupplung bei einer Blockierung der Pumpeneinheit die Blockierung der Antriebseinheit.
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In einer weiteren Ausführungsform weist die Magnetkupplung eine Abtriebsscheibe aufweist, die der Pumpeneinheit zugewandt ist, wobei die Abtriebsscheibe wenigstens einen Abtriebsmagneten aufweist. Diese Ausgestaltung ermöglicht einen einfachen Aufbau der Antriebseinheit und der Magnetkupplung der Förderpumpe.
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In einer weiteren Ausführungsform weist die die Antriebseinheit wenigstens zwei Wicklungen auf, die derart bestrombar sind, dass die Wicklungen ein rotierendes Magnetfeld bereitstellen. Diese Ausgestaltung ermöglicht es, die Antriebseinheit von der Pumpeneinheit und dem darin angeordneten Fluid zu trennen.
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In einer weiteren Ausgestaltung weist die Magnetkupplung wenigstens einen an dem Pumpenrotor angeordneten Pumpenmagneten auf, der dem Abtriebsmagneten der Magnetkupplung und/oder den Wicklungen der Antriebseinheit zugewandt ist, wobei der Pumpenmagnet in Wirkverbindung mit dem Abtriebsmagneten oder den Wicklungen steht, um ein Drehmoment an dem Pumpenrotor bereitzustellen. Diese Ausgestaltung verhindert bei einem Blockieren der Pumpeneinheit das Blockieren der Antriebseinheit und somit einen möglichen Kurzschluss der Wicklungen der Antriebseinheit.
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In einer weiteren Ausführungsform wird das Verfahren des Pumpenrotors entlang des Verschiebewegs durch das rotierende Magnetfeld der Wicklungen der Antriebseinheit oder durch die sich in Rotation befindliche Abtriebsmagneten der Magnetkupplung hervorgerufen. Dies führt zu einem oszillierenden Hin- und Herfahren des Pumpenrotors entlang des Verschiebewegs in dem zweiten Gehäuse der Pumpeneinheit, wobei diese Bewegung einer Rüttelbewegung des Pumpenrotors entspricht und so der Pumpenrotor einfach und schnell aus seiner Blockierung gelöst werden kann.
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In einer weiteren Ausführungsform sind der Pumpenmagnet und/oder der Abtriebsmagnet der Magnetkupplung als Permanentmagnet ausgebildet. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine kostengünstige und haltbare Ausbildung der Förderpumpe.
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In einer weiteren Ausführungsform sind an dem Pumpenrotor mehrere Pumpenmagnete und an der Abtriebsscheibe mehrere Abtriebsmagnete angeordnet, wobei die Pole der Pumpenmagnete und der Abtriebsmagnete in abwechselnder Polarität an dem Pumpenrotor bzw. der Abtriebsscheibe angeordnet sind, und wobei die Anzahl der Pole der Pumpenmagnete an dem Pumpenrotor der Anzahl der Pole an der Abtriebsscheibe entspricht. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine zuverlässige Drehmomentübertragung von der Antriebseinheit auf die Pumpeneinheit. Ferner wird auch zuverlässig bei dem Blockieren die oszillierende Bewegung entlang des Verschiebewegs des Pumpenrotors hervorgerufen.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die Pumpeneinheit als Flügelzellenpumpe ausgebildet, wobei der Pumpenrotor wenigstens eine Aufnahme für einen Flügel aufweist. An einer Stirnfläche des Pumpenrotors, die der Antriebseinheit zugewandt ist, ist wenigstens einer der Pumpenmagnete der Magnetkupplung angeordnet. Diese Ausgestaltung eignet sich insbesondere für Förderpumpen im Kraftfahrzeugbau oder im Heizungsbau.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer ersten Förderpumpe;
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2 eine schematische Darstellung einer zweiten Förderpumpe; und
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3 eine perspektivische Darstellung einer Flügelzellenpumpe in teilmontiertem Zustand.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Förderpumpe 1. Die erste Förderpumpe 1 umfasst eine erste Antriebseinheit 9 sowie eine Kopplungseinheit, die als Magnetkupplung 12 ausgebildet ist, und eine Pumpeneinheit 10. Die erste Antriebseinheit 9 ist als bürstenloser Innenläufer ausgestalteter Elektromotor ausgebildet. Dabei umfasst die erste Antriebseinheit 9 radial außen liegende Wicklungen 16, die einen Rotor 18 mit einer ersten Welle 28 radial umfassen. Die erste Welle 28 des Rotors 18 ist mittels einer ersten Lagerung 15 drehbar in einem ersten Gehäuse 27 der ersten Antriebseinheit 9 gelagert. An der ersten Antriebseinheit 9 ist die Pumpeneinheit 10 stirnseitig angeordnet.
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Die Pumpeneinheit 10 umfasst einen Pumpenrotor 13 mit einem Pumpenrad 24. Das Pumpenrad 24 ist mit einer zweiten Welle 23 verbunden und mittels einer zweiten Lagerung 14 drehbar in dem zweiten Gehäuse 26 gelagert. Das zweite Gehäuse 26 ist im Betrieb mit einem Fluid 25 befüllt. Es ist aber auch denkbar, dass das zweite Gehäuse 26 anstatt mit einem Fluid mit einem Gas oder einem Fluid-Gasgemisch befüllt ist. Der Pumpenrotor 24 ist dabei derart ausgestaltet, dass er das Fluid von einem (nicht dargestellten) Eingang zu einem (nicht dargestellten) Ausgang der Pumpeneinheit 10 fördert. Der Pumpenrotor 24 ist in der Ausführungsform fest mit der zweiten Welle 23 des Pumpenrotors 24 verbunden. Die zweite Welle 23 weist in der zweiten Lagerung 14 einen vordefinierten möglichen Verschiebeweg d auf, so dass der Pumpenrotor 24 in Pfeilrichtung axial verschiebbar ist.
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Die Magnetkupplung 12 umfasst eine Abtriebsscheibe 19, die an der ersten Welle 28 des Rotors 18 befestigt ist. Die Abtriebsscheibe 19 ist der Pumpeneinheit 10 zugewandt und umfasst einen Käfig 20 und darin angeordnete Abtriebsmagnete 21. Die Abtriebsscheibe 19 der Magnetkupplung 12 ist im ersten Gehäuse 27 der Antriebseinheit 9 angeordnet. Korrespondierend zu den Abtriebsmagneten 21 sind Pumpenmagneten 22 am Pumpenrotor 13 vorgesehen und auf der der Abtriebsscheibe 19 zugewandten Seite des Pumpenrads 24 angeordnet. In der Ausführungsform ist eine Polaranordnung der Abtriebsmagnete 21 und der Pumpenmagnete 22 derart gewählt, dass ihre Anzahl jeweils gleich ist. Auch sind die Abriebsmagnete 21 und die Pumpenmagnete 22 in gleichem Abstand zueinander zur jeweiligen Welle 23, 28 angeordnet. Für die Polanordnung im montiertem Zustand ist einem Pol N des Abtriebsmagneten 21 ein gegenteiliger Pol S des Pumpenmagneten 22 gegenüberliegend angeordnet ist. Dabei ziehen sich die entgegengesetzten Pole N, S der Pumpenmagnete 22 und der Abtriebsmagnete 21 an. Wird ein Drehmoment von der ersten Antriebseinheit 9 auf die erste Welle 28 der Abtriebsscheibe 19 bereitgestellt, so nehmen die Abtriebsmagnete 21 durch die magnetischen Anziehungskräfte die korrespondierenden Pumpenmagnete 22 in ihrer Rotation mit, um so das Pumpenrad 24 des Pumpenrotors 13 in Rotation zu versetzen. Von der ersten Antriebseinheit 9 in Rotation versetzt, fördert das Pumpenrad 24 das Fluid.
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Nach längerer Standzeit und/oder durch Verschmutzung des Fluids kann der Pumpenrotor 13 sich in dem zweiten Gehäuse 26 festsetzen und durch die Verschmutzung blockiert werden. Um ein einfaches Lösen des Pumpenrotors 13 zu ermöglichen, ist der Pumpenrotor 13, wie bereits oben erwähnt, um den Verschiebeweg d verschiebbar. Wird trotz Blockierung des Pumpenrotors 13 die erste Antriebseinheit 9 bestromt, so wird die erste Antriebseinheit 9 verdreht. Diese Ausgestaltung ermöglicht die Vermeidung von Kurzschlussströmen in den Wicklungen 16 der ersten Antriebseinheit 9.
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Bei dem blockierten Pumpenrad 13 ist die Polanordnung derart, dass einem stehenden Pol des Pumpenmagneten 22 abwechselnd ein entgegen gesetzter Pol und ein gleicher Pol der Abtriebsschreibe 19 zugeordnet ist. Der entgegen gesetzte Pol des Abtriebsmagneten 21 bewirkt, dass der Pumpenrotor 13 in Richtung der Abtriebsscheibe 19 angezogen wird. Durch den in der zweiten Lagerung 14 vorgesehenen möglichen Verfahrenweg d wird der Pumpenrotor 13 in Richtung der Abtriebsscheibe 19 angezogen und verschoben. Da der Pumpenrotor 13 blockiert ist, kann er auch nicht zusammen mit dem entgegen gesetzten Pol des Abtriebsmagneten 21 mitrotieren. Dies bewirkt, dass nach einer drehzahlabhängigen Zeit dem vorher genannten Pumpenmagneten 22 ein Abtriebsmagnet 21 gegenüberliegt, der den gleichen Pol des Pumpenmagneten 22 aufweist. Dadurch wird der Pumpenmagnet 22 zusammen mit dem Pumpenrotor 13 von der Abtriebsscheibe 19 weg abgestoßen. Dies bewirkt, dass, wie in 1 gezeigt, der Pumpenrotor 24 entgegen gesetzt zur vorher beschriebenen Verfahrrichtung entlang des Verschiebewegs d von der Abtriebsscheibe 19 weggeschoben wird. Da auf der Abtriebsscheibe 19 die Polanordnung der Abtriebsmagnete 21 mit wechselnder Polung gewählt ist, wird durch die Rotation der Abtriebsscheibe 19 an dem Pumpenrotor 13 eine in axialer Richtung entlang des Verschiebewegs d ein oszillierender Bewegungsverlauf induziert. Dieser Bewegungsverlauf kann auch als Rüttelbewegung des Pumpenrotors 13 beschrieben werden. Der Bewegungsverlauf bzw. die Rüttelbewegung dient dazu, Verschmutzungen, die ein Verdrehen des Pumpenrotors 13 blockiert, zu lösen und so den Pumpenrotor 13 nach langen Stillstandszeiten wieder in Gang zu setzen, ohne dass zusätzliches Werkzeug oder eine Demontage der Pumpeneinheit 11 notwendig ist. Zusätzlich zu der axialen Rüttelbewegung wird auch ein Drehmoment in den Pumpenrotor 13 induziert, das im normalen Betrieb der Förderpumpe 1 zum Antrieb des Pumpenrotors 13 und in blockiertem Zustand zum Lösen des Pumpenrotors 13 dient.
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2 zeigt eine zweite Förderpumpe 2, die eine zweite Antriebseinheit 11 alternativ zu der in 1 gezeigten ersten Antriebseinheit 9 umfasst. Die zweite Antriebseinheit 11 umfasst wenigstens zwei Wicklungen 16, die auf Höhe der Pumpenmagnete 22 angeordnet sind. Die Wicklungen 16 sind ferner mit einem nicht dargestellten Steuergerät oder einer nicht dargestellten Stromquelle verbunden, wobei die Wicklungen 16 derart bestromt werden, dass an den Wicklungen 16 ein rotierendes Magnetfeld das ebenso eine Polanordnung mit abwechselnde Pole aufweist und beispielsweise der Polanordnung der Abtriebsscheibe 19 gleicht. Alternativ ist auch denkbar, dass die Anzahl der Pole der Wicklungen 16 der Antriebseinheit 11 unterschiedlich zu der der Anzahl der Pole der Pumpenmagnete 22 ist. Dabei sind die Wicklungen 16 derart ausgerichtet, dass das Magnetfeld auf die Pumpenmagneten 22 gerichtet ist. Die Wicklungen 16 der Antriebseinheit 11 dienen sowohl Antrieb der Pumpeneinheit als auch als ein Teil der Magnetkupplung 12 und stellen der Magnetkupplung das magnetische Feld zur Kopplung des Pumpenrotors 13 an die Antriebseinheit 11 bereit.
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Die Pumpeneinheit 10 ist, wie in 1 gezeigt, ausgestaltet. Dabei sind die Pumpenmagnete 22 dem rotierenden Magnetfeld der Antriebseinheit 9 ausgesetzt, so dass die Pumpenmagnete 22 in Wirkverbindung mit dem Magnetfeld stehen und in der Rotationsgeschwindigkeit des Magnetfelds mitrotieren. Ist der Pumpenrotor 13 durch Verschmutzung blockiert, so wird ebenso wie in 1 bereits gezeigt, eine Rüttelbewegung entlang des Verschiebewegs d am Pumpenrotor 13 durch die Polanordnung des wechselnden Magnetfelds der Wicklungen 16 induziert. Auf diese Weise kann die Blockierung durch Verschmutzung gelöst werden. Ferner liegt auch, wie in 1 gezeigt, während der Rüttelbewegung das mitnehmende Drehmoment des rotierenden Magnetfelds an den Pumpenmagneten 22 bzw. am Pumpenrotor 13 an und verstärkt somit das Lösen der Blockierung des Pumpenrotors 13.
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3 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Flügelzellenpumpe 3 als Föderpumpe. Die Flügelzellenpumpe 3 umfasst das Pumpengehäuse 35, das einen rotationssymmetrisch ausgebildeten Innenraum 32 aufweist. In dem Innenraum 32 ist exzentrisch der in 1 und 2 symbolisch dargestellte Pumpenrotor 24 angeordnet. Das Pumpenrad 24 des Pumpenrotors 13 weist mehrere, für Flügelzellenpumpen typische, Aufnahmen 30 mit Flügeln 31 auf. Die Flügel 31 werden in Rotation durch Zentrifugalkräfte an eine Innenwand 33 des Innenraums 32 des Pumpengehäuses 35 gedrückt, um so ein Fluid und/oder ein Gas zu fördern. Stirnseitig weist der Pumpenrotor 13 die in 1 und 2 schematisch dargestellten Pumpenmagnete 22 auf, die in ihrer Polanordnung abwechselnd angeordnet sind. Oberhalb zu der in 3 gezeigten Darstellung ist in montiertem Zustand die in den 1 und 2 gezeigte erste bzw. zweite Antriebseinheit 9, 11 angeordnet, um den Pumpenrotor 13 im Betrieb in Rotation zu versetzen. Ferner kann das Pumpenrad 24 des Pumpenrotors 13 durch die in 1 und 2 beschriebene Rüttelbewegung bzw. durch die axial oszillierende Bewegung entlang des Verschiebewegs d bei einer Blockierung einfach und ohne Werkzeug gelöst werden.
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Die anhand der Figuren erläuterten Ausführungsformen von Förderpumpen 1, 2 bzw. der Flügelzellenpumpe 3 und deren Komponenten stellen bevorzugte bzw. beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung dar. Neben den beschriebenen und abgebildeten Ausführungsformen sind weitere Ausführungsformen vorstellbar, welche weitere Abwandlungen bzw. Kombinationen der beschriebenen Merkmale umfassen können. Insbesondere wird darauf hingewiesen, dass die gezeigten Pumpenmagnete 22 bzw. Abtriebsmagnete 21 als Permanentmagnete oder als Elektromagnete ausgebildet werden können. Alternativ ist auch denkbar, dass der in 1 gezeigte Elektromotor der ersten Antriebseinheit 9 als Außenläufer mit/ohne Bürsten ausgebildet sein kann. Insbesondere wird darauf hingewiesen, dass der Elektromotor der ersten Antriebseinheit 9 sowohl ein Gleichstrommotor, ein Wechselstrommotor oder ein Drehstrommotor sein kann.
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Auch ist vorstellbar, dass anstatt der in Figur gezeigten Flügelzellenpumpe 3 auch andere Pumpentypen denkbar sind. Insbesondere wäre zur Ausbildung der Pumpeneinheit 10 der typische Aufbau einer Zahnradpumpe, einer Radialpumpe oder einer Spiralpumpe denkbar. Wesentlich dabei ist jedoch, dass das mit der Antriebseinheit gekoppelte Zahnrad bzw. Spiralrad über einen axialen Verschiebeweg d in der Lagerung beweglich gelagert ist, um bei einem Blockieren eine oszillierende Rüttelbewegung durch das wechselnde Magnetfeld der Abtriebsschreibe 19 der Magnetkupplung 12 bzw. der Wicklungen 16 an dem Pumpenmagneten 22 bzw. durch die Polanordnung der Magnetkupplung 12 hervorzurufen.
