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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pumpe mit Elektromotor gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1, ein Hochdruckeinspritzsystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 9 und ein Einspritzsystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 12.
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Stand der Technik
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Pumpen mit Elektromotor werden für die verschiedensten technischen Anwendungen zum Fördern eines Fluides eingesetzt. Beispielsweise dienen Kraftstoffpumpen zum Fördern von Kraftstoff zu einem Verbrennungsmotor. Der Elektromotor der Pumpe umfasst einen Stator sowie einen Rotor mit Permanentmagneten. Dabei ist der Elektromotor und die Pumpe innerhalb eines Gehäuses angeordnet. Innerhalb des Gehäuses entsteht somit ein Raum, insbesondere ein Arbeitsraum, in dem sich das zu fördernde Fluid befindet. In vielen technischen Anwendungen zum Fördern eines Fluides ist es dabei erforderlich, dass neben der Pumpe zum Fördern des Fluides eine ergänzende bzw. zusätzliche Pumpe erforderlich ist, um ein anderes oder das gleiche Fluid zu fördern. Aus diesem Grund ist es in nachteiliger Weise erforderlich, als gesonderte Baueinheit eine weitere Pumpe anzuordnen.
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In Kraftfahrzeugen mit einem Dieselmotor werden Dieselpartikelfilter eingesetzt, um das Abgas von Rußpartikeln zu reinigen. Dabei sammeln sich an dem Dieselpartikelfilter Rußpartikel an, welche abgebrannt bzw. entfernt werden müssen. Dazu gibt es zwei Möglichkeiten. Erstens kann durch eine Nacheinspritzung in einen Zylinder des Verbrennungsmotors das Abgas mit Kohlenwasserstoffen (HC) angereichert werden, welche in weiterer Folge verbrennen und damit die Abgastemperatur erhöhen. Die zweite Möglichkeit besteht darin, durch eine gezielte Kraftstoffeinspritzung durch ein Einspritzventil in eine Abgasleitung vor dem Dieselpartikelfilter die Partikel in dem Dieselpartikelfilter abzubrennen. Es wird somit Kraftstoff als Kohlenwasserstoff vor dem Dieselpartikelfilter eingespritzt, so dass dieses Verfahren als Hydro Carbon Injektion (HCI) bezeichnet wird. Hierzu ist es erforderlich, dass zur Einspritzung des Kraftstoffes vor dem Dieselpartikelfilter durch ein Einspritzventil der Kraftstoff, nämlich der Diesel, mit einem ausreichenden Einspritzdruck zur Verfügung steht. Der von einer Vorförderpumpe für ein Hochdruckeinspritzsystem des Verbrennungsmotors zur Verfügung gestellte Druck ist jedoch nicht ausreichend, so dass die Vorförderpumpe so auszulegen ist, dass diese bei erhöhter Leistungsaufnahme einen ausreichenden Druck für das Einspritzventil an der Abgasleitung zur Verfügung steht. Nachteilig ist dabei, dass die Vorförderpumpe auf diesen höheren Druck auszulegen ist und ferner eine erhöhte Leistungsaufnahme erforderlich ist.
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Die
DE 299 13 367 U1 zeigt eine Innenzahnradpumpe mit wenigstens einem innenverzahnten Hohlrad und einem damit kämmenden, außen verzahnten Laufrad, mit oder ohne Sichel, und mit einem elektrischen Antrieb, der dadurch gebildet ist, dass das Hohlrad das Innere eines Rotors eines bürstenlosen Elektromotors und dem Rotor benachbart ein Stator angeordnet ist, wobei der das Hohlrad enthaltende Rotor außenseitig von einem Lager oder einem Gleitlager drehbar gehalten ist, wobei der Stator gegenüber dem Rotor und gegenüber dem Inneren der Pumpe dadurch abgeschirmt und abgedichtet ist, dass das zwischen Stator und Rotor befindliche Lager oder Gleitlager für Flüssigkeit undurchlässig und an seinen beiden Stirnseiten jeweils mit einem Abschlussdeckel dicht verbunden ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Erfindungsgemäße Pumpe mit Elektromotor, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, zum Fördern eines Fluides, umfassend ein Laufrad mit Förderelementen, von dem um eine Rotationsachse eine Rotationsbewegung ausführbar ist, einen an dem Laufrad vorhandenen Arbeitsraum, einen Elektromotor mit einem Stator und einem Rotor, ein Gehäuse, wobei das Laufrad mit den Förderelementen und der Elektromotor innerhalb des Gehäuses angeordnet sind und vorzugsweise die Pumpe in den Elektromotor integriert ist oder umgekehrt, indem der Rotor von dem Laufrad gebildet ist, wobei in die Pumpe mit Elektromotor eine Zusatzpumpe integriert ist.
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Die Pumpe mit Elektromotor weist damit in vorteilhafter Weise eine gesonderte Zusatzpumpe auf. Die Zusatzpumpe kann für verschiedenste technische Zwecke eingesetzt werden. Beispielsweise kann mit der Zusatzpumpe das von der Pumpe mit Elektromotor geförderte Fluid auf ein höheres Druckniveau angehoben werden und dadurch ist eine Schmierung mit diesem Fluid, z. B. Kraftstoff, der Pumpe mit Elektromotor möglich. Ferner kann die Zusatzpumpe auch dazu eingesetzt werden, dass aufgrund des größeren Druckes, welche die Zusatzpumpe im Vergleich zur Pumpe mit Elektromotor zur Verfügung stellt, der von der Zusatzpumpe geförderte Kraftstoff durch ein Einspritzventil an einer Abgasleitung zugeführt und dadurch ein Dieselpartikelfilter von Rußpartikeln gereinigt bzw. abgebrannt werden kann. In vorteilhafter Weise ist hierfür keine gesonderte Pumpe erforderlich, weil die Zusatzpumpe in die bereits vorhandene Pumpe mit Elektromotor integriert ist.
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Insbesondere ist die Zusatzpumpe eine Strömungspumpe, insbesondere eine Seitenkanalpumpe oder eine Kreiselpumpe. Als Strömungspumpen werden insbesondere Pumpen aufgefasst, die keine Verdrängerpumpen sind.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist die Zusatzpumpe in die Pumpe mit Elektromotor integriert, indem das Laufrad der Pumpe mit Elektromotor das Laufrad der Zusatzpumpe bildet. Die Pumpe weist somit ein Laufrad auf und dieses Laufrad bildet sowohl ein Laufrad für die Pumpe mit Elektromotor als auch für die Zusatzpumpe. Damit ist auch die Zusatzpumpe von dem Elektromotor der Pumpe mit Elektromotor angetrieben und von nur einem Elektromotor werden zwei Pumpen, nämlich die Pumpe mit Elektromotor und die Zusatzpumpe, angetrieben.
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In einer ergänzenden Ausführungsform sind in das Laufrad Permanentmagnete integriert, so dass der Rotor von dem Laufrad gebildet. Für den Rotor ist somit kein zusätzliches Bauteil erforderlich, weil das Laufrad der Pumpe mit Elektromotor den Rotor des Elektromotors bildet. Dabei ist vorzugsweise das Laufrad mit dem Permanentmagneten nicht nur das Laufrad für die Pumpe mit Elektromotor sondern auch das Laufrad für die Zusatzpumpe.
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Vorzugsweise sind die Förderelemente Zähne eines Zahnrades. Die Förderelemente an dem Laufrad der Pumpe mit Elektromotor sind somit Zähne, können jedoch abweichend auch Schaufeln sein. Die Pumpe mit Elektromotor kann somit sowohl eine Verdränger- als auch eine Strömungspumpe sein.
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In einer Variante ist die Pumpe eine Zahnradpumpe, insbesondere Innenzahnradpumpe.
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Zweckmäßig bildet ein Außenzahnrad der Innenzahnradpumpe das Laufrad der Zusatzpumpe. Vorzugsweise sind in das Außenzahnrad die Permanentmagnete integriert und das Außenzahnrad als Laufrad der Zahnradpumpe bildet auch das Laufrad der Zusatzpumpe.
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In einer weiteren Ausführungsform sind die Pumpe mit Elektromotor und die Zusatzpumpe von dem Gehäuse eingeschlossen. Die Pumpe mit Elektromotor verfügt somit über ein- oder mehrteiliges Gehäuse und innerhalb des Gehäuses sind sowohl die Pumpe mit Elektromotor als auch die Zusatzpumpe angeordnet.
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Zweckmäßig weist die Pumpe mit Elektromotor eine Einlassöffnung, z. B. eine Saug-Portingöffnung, auf, durch welche das zu fördernde Fluid von der Pumpe mit Elektromotor ansaugbar ist und eine Pumpenauslassöffnung, z. B. eine Druck-Portingöffnung, auf, durch welche das von der Pumpe mit Elektromotor geförderte Fluid aus der Pumpe mit Elektromotor ausleitbar ist und eine Zusatzpumpenauslassöffnung, durch welche das von der Zusatzpumpe geförderte Fluid aus der Pumpe mit Elektromotor ausleitbar ist. Dadurch kann von der Pumpe mit Elektromotor mit integrierter Zusatzpumpe Fluid auf zwei unterschiedlichen Druckniveaus gefördert werden. Das an der Zusatzpumpenauslassöffnung austretende Fluid weist einen größeren Druck auf als das an der Pumpenauslassöffnung austretende Fluid. Dabei saugt die Zusatzpumpe das von der Pumpe mit Elektromotor geförderte Fluid an einer Druckseite der Pumpe mit Elektromotor an und erhöht den Druck zusätzlich.
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Erfindungsgemäßes Hochdruckeinspritzsystem für einen Verbrennungsmotor, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Hochdruckpumpe, ein Hochdruck-Rail, eine elektrische Vorförderpumpe zum Fördern eines Kraftstoffes von einem Kraftstofftank zu der Hochdruckpumpe, wobei das Hochdruckeinspritzsystem eine Zusatzpumpe zum Fördern von Kraftstoff zu der elektrischen Vorförderpumpe umfasst zur Schmierung und/oder Kühlung der elektrischen Vorförderpumpe mit dem von der Zusatzpumpe geförderten Kraftstoff. Die Zusatzpumpe erhöht den Druck des Kraftstoffes zusätzlich, so dass nach dem Fördern mit der Zusatzpumpe der Kraftstoff unter einem größeren Druck steht als nach der Förderung mit der elektrischen Vorförderpumpe. Komponenten der elektrischen Vorförderpumpe stehen bereits unter dem Druck, z. B. dem Förderdruck der elektrischen Vorförderpumpe, so dass zu schmierende und/oder zu kühlende Komponenten mit dem von der Zusatzpumpe unter dem erhöhten Druck geförderten Kraftstoff besser geschmiert und/oder gekühlt werden können.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die Zusatzpumpe von einem Elektromotor angetrieben und/oder mit der Zusatzpumpe ist der Kraftstoff von einer Kraftstoffleitung von der elektrischen Vorförderpumpe zu der Hochdruckpumpe ansaugbar und ist zu der elektrischen Vorförderpumpe förderbar.
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Insbesondere ist die Pumpe mit Elektromotor und die Zusatzpumpe als eine in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebene Pumpe mit Elektromotor ausgebildet. In dem Hochdruckeinspritzsystem ist somit nur ein Bauteil, nämlich die Pumpe mit Elektromotor mit integrierter Zusatzpumpe erforderlich, um mit Hilfe der Zusatzpumpe eine Schmierung und/oder Kühlung von Komponenten der elektrischen Vorförderpumpe zu erreichen.
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Erfindungsgemäßes Einspritzsystem für einen Verbrennungsmotor, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine K-Pumpe zum Fördern von Kohlenwasserstoffen, insbesondere Kraftstoff, zu einem Einspritzventil, ein Einspritzventil in einer zu einem Partikelfilter führenden Abgasleitung, wobei die K-Pumpe von der Zusatzpumpe der in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenen Pumpe mit Elektromotor gebildet ist. Die Vorförderpumpe wird somit nicht benötigt, um Kraftstoff unmittelbar zu dem Einspritzventil zu fördern, weil dies mit der Zusatzpumpe ausgeführt ist. Im Stand der Technik wird die K-Pumpe von der elektrischen Vorförderpumpe gebildet. Die Vorförderpumpe muss somit nicht mehr in aufwendiger Weise dahingehend ausgelegt werden, dass diese einen ausreichenden Druck für das Einspritzventil zur Verfügung stellt.
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Zweckmäßig ist der Stator wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, von einer Dichthülle umschlossen.
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Der Stator ist von der Dichthülle bzw. einer Kapselung umschlossen und dadurch ist der Stator, das heißt wenigstens eine Komponente des Stators, zum Beispiel eine weichmagnetischer Kern und/oder Wicklungen und/oder elektrische Kontaktelemente, von der Dichthülle umschlossen und dadurch ist wenigstens eine Komponente des Stators fluiddicht bezüglich der den Stator umgebenden Fluiden abgedichtet. Dadurch kann zu dem Stator in vorteilhafter Weise nicht das zu fördernde Fluid, zum Beispiel Kraftstoff, vordringen und außerdem können an den Stator auch nicht schädigende Medien oder Stoffe, zum Beispiel Salzwasser, zu Komponenten des Stators vordringen, weil die wenigstens eine Komponente von der Dichthülle umschlossen und dadurch fluiddicht abgedichtet ist.
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In einer zusätzlichen Ausgestaltung ist die Dichthülle als eine Umspritzung oder Aufschrumpfung ausgebildet und/oder die Dichthülle ist stoffschlüssig mit dem Stator verbunden. Die Dichthülle wird mittels Spritzgießen bei einer Umspritzung oder durch Aufschrumpfen, beispielsweise als ein Schrumpfschlauch oder ein Schrumpfgebilde, auf den Stator aufgebracht.
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In einer ergänzenden Variante besteht die Dichthülle wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, aus einem, vorzugsweise thermoplastischen, Kunststoff.
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Zweckmäßig umfasst der Stator einen weichmagnetischen Kern, insbesondere ein Blechpaket, Wicklungen als Elektromagnete und vorzugsweise elektrische Kontaktelemente.
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In einer zusätzlichen Ausgestaltung sind der weichmagnetische Kern und die Wicklungen als Elektromagnete vollständig von der Dichthülle umschlossen und die elektrischen Kontaktelemente sind teilweise von der Dichthülle umschlossen, so dass ein Teil der Kontaktelemente außerhalb der Dichthülle angeordnet ist.
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In einer ergänzenden Ausführungsform sind der Stator, insbesondere der weichmagnetische Kern, die Wicklungen und teilweise die elektrischen Kontaktelemente, fluiddicht von der Dichthülle eingeschlossen.
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In einer weiteren Ausgestaltung bildet das Laufrad den Rotor und/oder an oder in dem Laufrad sind die Permanentmagnete angeordnet oder integriert, d. h. vorzugsweise ist die Pumpe in den Elektromotor integriert oder umgekehrt.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die Pumpe in den Elektromotor oder umgekehrt integriert, vorzugsweise stellen die Pumpe und der Elektromotor untrennbare Baueinheiten dar.
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In einer weiteren Ausgestaltung besteht der Rotor teilweise aus Blechplatten. Vorzugsweise sind die Blechplatten mit einer Isolierschicht umgegeben. Die Isolierung um die Blechplatten sowie die Ausbildung des übrigen Rotors aus Blechplatten hat die Aufgabe, dass im Rotor keine oder nur sehr geringe Wirbelströme auftreten.
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In einer weiteren Ausgestaltung besteht der Rotor wenigstens teilweise, insbesondere vollständig aus Sinterstahl.
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In einer weiteren Variante umfasst die Pumpe mit Elektromotor eine Einlassöffnung und eine Auslassöffnung für das Fluid, die in den Arbeitsraum münden.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist die Pumpe eine Außenzahnradpumpe oder eine Kreiselpumpe oder eine Flügelzellenpumpe.
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Zweckmäßig umfasst die Pumpe mit, vorzugsweise integriertem, Elektromotor eine, vorzugsweise elektronische, Steuerungseinheit zur Steuerung der Bestromung der Elektromagnete.
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Zweckmäßig besteht das Gehäuse der Vorförderpumpe und/oder das Gehäuse der Hochdruckpumpe und/oder das Innen- und/oder Außenzahnrad wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, aus Metall, z. B. Stahl oder Aluminium.
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Insbesondere ist die Förderleistung der elektrischen Vorförderpumpe steuerbar und/oder regelbar.
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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 eine stark schematisierte Ansicht eines Hochdruckeinspritzsystems,
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2 eine stark schematisierte Ansicht eines Einspritzsystems,
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3 eine perspektivische Ansicht einer Vorförderpumpe ohne Gehäuse und eines Stators ohne Dichthülle,
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4 eine Explosionsdarstellung der Vorförderpumpe gemäß 3,
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5 eine perspektivische Ansicht des Stators mit Dichthülle in einem Schnitt,
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6 einen weiteren Schnitt des Stators mit Dichthülle gemäß 5,
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7 einen Längsschnitt der Vorförderpumpe mit Zusatzpumpe in einem ersten Ausführungsbeispiel,
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8 einen Querschnitt des Gehäuses der Vorförderpumpe mit Zusatzpumpe gemäß 7,
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9 einen Längsschnitt der Vorförderpumpe mit Zusatzpumpe in einem zweiten Ausführungsbeispiel und
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10 eine Ansicht eines Kraftfahrzeuges.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In 1 ist eine Pumpenanordnung 1 eines Hochdruckeinspritzsystems 2 dargestellt. Eine elektrische Vorförderpumpe 3 fördert aus einem Kraftstofftank 41 durch eine Kraftstoffleitung 35 Kraftstoff. Anschließend wird der Kraftstoff von der elektrischen Vorförderpumpe 3 zu einer Hochdruckpumpe 7 gefördert. Die Hochdruckpumpe 7 ist von einem Verbrennungsmotor 39 mittels einer Antriebswelle 44 angetrieben.
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Die elektrische Vorförderpumpe 3 weist einen Elektromotor 4 und eine Pumpe 5 auf (3 und 4). Dabei ist der Elektromotor 4 der Pumpe 5 in die Pumpe 5 integriert und ferner ist die elektrische Vorförderpumpe 3 an der Hochdruckpumpe 7 unmittelbar angeordnet. Die Hochdruckpumpe 7 fördert Kraftstoff unter Hochdruck, beispielsweise einem Druck von 1000, 3000 oder 4000 bar, durch eine Hochdruckkraftstoffleitung 36 zu einem Hochdruck-Rail 42. Von dem Hochdruck-Rail 42 wird der Kraftstoff unter Hochdruck von einem Injektor 43 einem nicht dargestellten Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors 39 zugeführt. Der nicht für die Verbrennung benötigte Kraftstoff wird mittels einer Rücklaufkraftstoffleitung 37 wieder zu dem Kraftstofftank 41 zurückgeführt. Die Portingöffnungen 28 (2) der elektrischen Vorförderpumpe 3 sind durch die Kraftstoffleitung 35 mit der Hochdruckpumpe 7 verbunden. Abweichend hiervon kann die Vorförderpumpe 3 auch unmittelbar ohne die Kraftstoffleitung 35 hydraulisch mit der Hochdruckpumpe 7 verbunden sein, indem die Vorförderpumpe 3 an die Hochdruckpumpe 7 angebaut ist (nicht dargestellt). Die Anbauposition der elektrischen Vorförderpumpe 3 an der Hochdruckpumpe 7 ist dabei dahingehend gewählt, dass durch kurze hydraulische Verbindungen der Kraftstoff von der Druckseite der Vorförderpumpe 3 zu der Saugseite der Hochdruckpumpe 7 geleitet werden kann. In der Kraftstoffleitung 35 von dem Kraftstofftank 41 zu der elektrischen Vorförderpumpe 3 ist ein Kraftstofffilter 38 eingebaut. Dadurch kann in vorteilhafter Weise die Kraftstoffleitung 35 vom Kraftstofftank 41 zu der elektrischen Vorförderpumpe 3 kostengünstig ausgebildet werden, da sie keinem Überdruck standhalten muss. Der Elektromotor 4 (3 und 4) der elektrischen Vorförderpumpe 3 wird mit Drehstrom bzw. Wechselstrom betrieben und ist in der Leistung steuerbar und/oder regelbar. Der Drehstrom bzw. Wechselstrom für den Elektromotor 4 wird von einer nicht dargestellten Leistungselektronik aus einem Gleichspannungsnetz eines Bordnetzes eines Kraftfahrzeuges 40 zur Verfügung gestellt. Die elektrische Vorförderpumpe 3 ist damit eine elektronisch kummutierte Vorförderpumpe 3.
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Das Hochdruckeinspritzsystem 2 bzw. die Pumpenanordnung 1 ist mit einer Zusatzpumpe 58 als Strömungspumpe 59 versehen. Die Zusatzpumpe 58 saugt durch die Kraftstoffleitung 35 Kraftstoff aus der Kraftstoffleitung 35 von der elektrischen Vorförderpumpe 3 zu der Hochdruckpumpe 7 an. Die Zusatzpumpe 58 erhöht dabei den von der elektrischen Vorförderpumpe 3 zur Verfügung gestellten Förderdruck zusätzlich und fördert anschließend den Kraftstoff unter diesem erhöhten Druck wieder in die elektrische Vorförderpumpe 3. Die Komponenten (nicht in 1 dargestellt) der elektrischen Vorförderpumpe 3 müssen geschmiert und/oder gekühlt werden. Dabei stehen diese Komponenten der elektrischen Vorförderpumpe 3 bereits unter einem Gegendruck, maximal dabei dem Vorförderdruck der elektrischen Vorförderpumpe 3. Aufgrund dieses Gegendruckes ist es mit dem unter dem erhöhten Druck geförderten Kraftstoff durch die Zusatzpumpe 58 möglich, diese Komponenten der elektrischen Vorförderpumpe 3 effektiv und wirksam zu kühlen und/oder zu schmieren. Der von der Zusatzpumpe 58 der elektrischen Vorförderpumpe 3 zugeführte Kraftstoff zur Schmierung und/oder Kühlung wird dabei anschließend nach der Zuführung in die Vorförderpumpe 3 wieder von der Vorförderpumpe 3 in die Kraftstoffleitung 35 von der Vorförderpumpe 3 zu der Hochdruckpumpe 7 gefördert.
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In 2 ist ein Einspritzsystem 63 dargestellt. Mit dem Einspritzsystem 63 kann ein als Dieselpartikelfilter 71 ausgebildeter Partikelfilter 70 gereinigt werden, d. h. Rußpartikel werden in dem Dieselpartikelfilter 71 abgebrannt. In 2 ist auch eine Pumpenanordnung 1 gemäß 1 beschrieben und entspricht deren Funktionsweise. Diese wird deshalb nicht nur vollständig beschrieben. Eine elektrische Vorförderpumpe 3 fördert aus einem Kraftstofftank 41 Kraftstoff durch die Kraftstoffleitung 35 zu der Hochdruckpumpe 7. Aus der Kraftstoffleitung 35 von der elektrischen Vorfördepumpe 3 zu der Hochdruckpumpe 7 saugt die Zusatzpumpe 58 als Strömungspumpe 59 Kraftstoff an und fördert den Kraftstoff zu einem Einspritzventil 65. Die Zusatzpumpe 58 ist somit eine K-Pumpe 64 und die K-Pumpe 64 fördert den Kraftstoff zu dem Einspritzventil 65. Das Einspritzventil 65 ist in einer Abgasleitung 69 von dem Verbrennungsmotor 39 zu dem Dieselpartikelfilter 71 angeordnet. Die K-Pumpe 64 bzw. die Zusatzpumpe 58 ist dabei von einem Elektromotor 4 (nicht dargestellt) angetrieben. Der Elektromotor 4 zum Antreiben der Zusatzpumpe 58 ist dabei ein zusätzlicher Elektromotor 4 in Ergänzung zu dem Elektromotor 4 der elektrischen Vorförderpumpe 3. Dies gilt in analoger Weise auch für einen nicht dargestellten Elektromotor 4 zum Antreiben der Zusatzpumpe 58 des Hochdruckeinspritzsystems 2 gemäß 1. Die Zusatzpumpe 58 des Einspritzsystems 63 gemäß 2 wird temporär nur dann betrieben, wenn ein Abbrennen der Partikel des Dieselpartikelfilters 71 erforderlich ist. In vorteilhafter Weise braucht somit die elektrische Vorförderpumpe 3 nicht einen erhöhten Druck zur Verfügung zu stellen, welcher erforderlich ist, um den Kraftstoff durch das Einspritzventil 65 in die Abgasleitung 69 einzuspritzen. Der von der elektrischen Vorförderpumpe 3 zur Verfügung gestellte Vorförderdruck für die Hochdruckpumpe 7 ist dabei niedriger als der Druck zum Einspritzen des Kraftstoffes durch das Einspritzventil 65.
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Die elektrische Vorförderpumpe 3 weist ein Gehäuse 8 mit einem Gehäusetopf 10 und einem Gehäusedeckel 9 auf (4). Innerhalb des Gehäuses 8 der Vorförderpumpe 3 sind die Pumpe 5 als Innenzahnradpumpe 6 bzw. Zahnradpumpe 26 und der Elektromotor 4 angeordnet. Der Gehäusetopf 10 ist mit einer Aussparung 57 versehen. Der Elektromotor 4 weist einen Stator 13 mit Wicklungen 14 als Elektromagnete 15 und einen Weicheisenkern 45 als weichmagnetischen Kern 32 auf, der als ein Blechpaket 33 ausgebildet ist. Innerhalb des Stators 13 ist die Pumpe 5 als Innenzahnradpumpe 6 mit einem Innenzahnrad 22 mit einem Innenzahnring 23 und ein Außenzahnrad 24 mit einem Außenzahnring 25 positioniert. Das Innen- und Außenzahnrad 22, 24 stellt damit ein Zahnrad 20 und ein Laufrad 18 dar und der Innen- und Außenzahnring 23, 25 weisen Zähne 21 als Förderelemente 19 auf. Zwischen dem Innen- und Außenzahnrad 22, 24 bildet sich ein Arbeitsraum 47 aus. In das Außenzahnrad 24 sind Permanentmagnete 17 eingebaut, so dass das Außenzahnrad 24 auch einen Rotor 16 des Elektromotors 4 bildet. Der Elektromotor 4 ist damit in die Pumpe 5 integriert bzw. umgekehrt. Die Elektromagnete 15 des Stators 13 werden abwechselnd bestromt, so dass aufgrund des sich an den Elektromagneten 15 entstehenden Magnetfeldes der Rotor 16 bzw. das Außenzahnrad 24 in eine Rotationsbewegung um eine Rotationsachse 27 versetzt wird.
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Der Gehäusedeckel 9 dient als Lager 11 bzw. Axiallager 11 bzw. Gleitlager 11 für das Innen- bzw. Außenzahnrad 22, 24. Ferner sind in den Gehäusedeckel 9 eine Saug-Portingöffnung 29 und eine Druck-Portingöffnung 30, jeweils als Portingöffnungen 28, eingearbeitet. Durch die Saug-Portingöffnung 29 strömt das zu fördernde Fluid, nämlich Kraftstoff, in die Vorförderpumpe 3 ein und aus der Druck-Portingöffnung 30 strömt der Kraftstoff wieder aus der Vorförderpumpe 3 aus. Außerdem weist der Gehäusetopf 9 und der Gehäusedeckel 10 jeweils drei Bohrungen 46 auf, in denen nicht dargestellte Schrauben zum Zusammenschrauben des Gehäusetopfes 9 und des Gehäusedeckels 10 positioniert sind, wobei mit einer nicht dargestellten Dichtung 53 der Gehäusetopf 9 und der Gehäusedeckel 10 fluiddicht aufeinander liegen. Die in den 3 bis 6 dargestellte elektrische Vorförderpumpe 3 weist keine integrierte Zusatzpumpe 58 auf.
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In 5 und 6 ist ein Ausführungsbeispiel des Stators 3 dargestellt, welcher von einer Dichthülle 31 als Kapselung umschlossen ist. Die Dichthülle 31 stellt dabei eine Umspritzung 31 oder eine Aufspritzung 31 dar und ist mittels Spritzgießen in einem Spritzgusswerkzeug hergestellt und mit dem Stator 13 stoffschlüssig verbunden. Dabei sind von der Dichthülle 31 als Komponenten des Stators 13 sowohl die Elektromagnete 15 als auch der Weicheisenkern 45 des Stators 13 von der Dichthülle 31 vollständig umschlossen. Das elektrische Kontaktelement 34 als weitere Komponente des Stators 13 umfasst das Kontaktpin 48 und die Kontaktleitung 49. An dem Stator 13 sind dabei mehrere Kontaktpins 48 mit zugeordneten Kontaktleitungen 49 vorhanden, sodass der Stator 13 damit auch mehrere elektrische Kontaktelemente 34 aufweist. In 6 ist nur ein elektrisches Kontaktelement 34 dargestellt. Mittels der elektrischen Kontaktelemente 34 werden die Wicklungen 14 des Stators 13 bestromt. Die Kontaktpins 48 sind dabei teilweise nicht von der Dichthülle 31 aus thermoplastischem Kunststoff umschlossen, sodass an diesem, nicht von der Dichthülle 31 umschlossenen Teil der elektrischen Kontaktelemente 34 diese mit nicht dargestellten Gegenkontaktelementen in mechanische und elektrische Verbindung gebracht werden können zur Bestromung der Wicklungen 14 mit Wicklungsdrähten 56 des Stators 13. Die Dichthülle 31 weist dabei ferner einen Steckkragen 55 auf. Der Steckkragen 55 (5 und 6) ist dabei nach der Montage der elektrischen Vorförderpumpe 3 in der Aussparung 57 des Gehäusestopfes 10 angeordnet (nicht dargestellt).
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Die Dichthülle 31 ist ferner mit Funktionsgeometrien 50 versehen. In dem in 5 und 6 dargestellten Ausführungsbeispiel des Stators 13 mit der Dichthülle 31 weist die Dichthülle 31 die zwei gegenüberliegenden Nuten 51 zur Aufnahme je eines Dichtrings 54 auf. Mittels der beiden vollständig umlaufenden Dichtringe 54 als Dichtungen 53 und den Nuten 51 kann der Dichthülle 31 bezüglich des Gehäusetopfes 10 und des Gehäusedeckels 9 fluiddicht abgedichtet werden. Die Dichtringe 54 verhindert somit einerseits ein Eindringen von schädigenden Medien in den von dem Gehäuse 8 eingeschlossenen Innenraum und andererseits kann das von der Innenzahnradpumpe 6 geförderte Fluid, nämlich Kraftstoff, nicht nach außerhalb des Gehäuses 8 gelangen. Die Funktionsgeometrien 50, nämlich die Nuten 51, weist dabei zu der Rotationsachse 27 einen größeren Abstand auf als die Wicklungen 14. Die Nuten 51 sind dadurch an einem Außendurchmesser des Stators 13 bzw. der Dichthülle 31 angeordnet, sodass dadurch für die Nut 51 kein zusätzlicher radialer Bauraum zwischen den Wicklungen 14 und dem Außenzahnrad 24 benötigt wird. Die Dichthülle 31 ist zusätzlich mit einem Haltering 52 als Funktionsgeometrie 50 versehen. Mittels des Halteringes 52 kann ein Gleitlager aus Metall zur mittelbaren Gleitlagerung des Außenzahnrades 24 an der Dichthülle 31 befestigt werden.
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In 7 und 8 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der elektrischen Vorförderpumpe 3 mit integrierter Zusatzpumpe 58 dargestellt. Die in den 7 und 8 dargestellte Pumpe 5 mit Elektromotor 4 und integrierter Zuatzpumpe 58 entspricht der in den 2 bis 6 dargestellten und oben beschriebenen elektrischen Vorförderpumpe 3 mit der Ergänzung bzw. Abweichung, dass diese zusätzlich über die Zusatzpumpe 58 verfügt. Im Nachfolgenden werden somit im Wesentlichen nur die Unterschiede zu dem obigen Ausführungsbeispiel der elektrischen Vorförderpumpe 3 gemäß den 3 bis 6 beschrieben. An dem Gehäusedeckel 9 der Vorförderpumpe 3 ist in Ergänzung zu der Saug-Portingöffnung 29 und der Druck-Portingöffnung 30 ein Ringraum 66 ausgebildet. Durch den ringförmigen Kanal bzw. Ringraum 66 wird das von der Zusatzpumpe 58 geförderte Fluid, nämlich Kraftstoff, geleitet. Die Vorförderpumpe 3 saugt durch die Saug-Portingöffnung 29 den Kraftstoff an und fördert den Kraftstoff unter erhöhtem Druck zu der Druck-Portingöffnung 30. An der Druck-Portingöffnung 30 ist ein Verbindungskanal 68 angeordnet, so dass ein Teil des von der Pumpe 5 geförderten Kraftstoffes durch den Verbindungskanal 68 unter dem von der Pumpe 5 zur Verfügung gestellten Förderdruck durch den Verbindungskanal 68 in den Ringraum 66 einströmen kann. Der Ringraum 66 ist dabei an seiner Oberseite gemäß der Darstellung in 7 von dem Außenzahnrad 24 und damit auch dem Laufrad 18 der Pumpe 5 abgeschlossen. In das Außenzahnrad 24 sind ferner auch die Permanentmagnete 17 integriert und die Permanentmagnete 17 als Bestandteile des Außenzahnrades 24 schließen auch teilweise den Ringraum 66 ab. Aufgrund der Rotationsbewegung des Außenzahnrades 24 um die Rotationsachse 27 wird aufgrund von Scherkräften zwischen dem zu fördernden Fluid, nämlich hier Kraftstoff, und dem rotierenden Außenzahnrad 24 der Kraftstoff in dem Ringraum 66 im Uhrzeigersinn gemäß Pfeilrichtung (8) von dem Verbindungskanal 68 zu einer Druckbohrung 67 gefördert. Das Außenzahnrad 24 ist in der Schnittbildung in 8 nicht sichtbar, führt jedoch eine Rotationsbewegung analog zu der Strömungsrichtung des Kraftstoffes in dem Ringraum 66 im Uhrzeigersinn durch. Der nicht vollständig geschlossene Ringraum 66 weist an seinem Ende die Druckbohrung 67 auf und an der Druckbohrung 67 strömt der Kraftstoff als zu förderndes Fluid unter einem erhöhten Druck, der größer ist als der Vorförderdruck der Pumpe 5, wieder aus der Pumpe 5 mit integrierter Zusatzpumpe 58 aus. Die in 7 und 8 dargestellte Zusatzpumpe 58 stellt damit eine Seitenkanalpumpe 60 dar.
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In 9 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Vorförderpumpe 3 mit integrierter Zusatzpumpe 58 dargestellt. Im Nachfolgenden werden im Wesentlichen nur die Unterschiede zu dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 7 und 8 beschrieben. Das Außenzahnrad 24 ist in denjenigen Außenabschnitten, welche den Ringraum 66 begrenzen, mit Schaufeln 62 versehen. Dadurch kann das durch den Ringraum 66 strömende Fluid mit den Schaufeln 62 besser von dem rotierenden Außenzahnrad 24 durch den Ringraum 66 gefördert werden, so dass die Zusatzpumpe 58 einen weiter erhöhten Förderdruck zur Verfügung stellt. Die Zusatzpumpe 58 in dem Ausführungsbeispiel gemäß 9 stellt somit eine Kreiselpumpe 61 bzw. eine Seitenkanalpumpe 60 dar. Die Zusatzpumpe 58 in den beiden oben beschriebenen Ausführungsbeispielen ist dabei dahingehend in die Pumpe 5 integriert, dass ein Laufrad 18 der Pumpe 5, nämlich das Außenzahnrad 24 der Innenzahnradpumpe 6, ein Laufrad 18 der Zusatzpumpe 58 bildet und außerdem der Elektromotor 4 der Pumpe 5 auch den Elektromotor 4 zum Antrieb der Zusatzpumpe 58 bildet.
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Die beiden in den 7 bis 9 dargestellten Pumpen 5 mit integrierter Zusatzpumpe 38 können insbesondere in dem in 1 dargestellten Hochdruckeinspritzsystem 2 und in dem in 2 dargestellten Einspritzsystem 63 eingesetzt werden. In dem in 1 dargestellten Hochdruckeinspritzsystem 2 wird somit nur noch ein Bauteil, nämlich die Pumpe 5 mit integrierter Zusatzpumpe 58 benötigt, um einerseits Kraftstoff zu der Hochdruckpumpe 7 zu fördern und andererseits mit der Zusatzpumpe 58 die Pumpe 5 zu schmieren und/oder zu kühlen. In analoger Weise können in dem Einspritzsystem 63 mit der Zusatzpumpe 58 dem Einspritzventil 65 Kraftstoff mit einem ausreichenden Druck zum Einspritzen zur Verfügung gestellt werden, ohne dass eine gesonderte Zusatzpumpe 58 in Ergänzung zu der elektrischen Vorförderpumpe 3 erforderlich ist.
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Insgesamt betrachtet sind mit der erfindungsgemäßen Pumpe 5, dem erfindungsgemäßen Hochdruckeinspritzsystem 2 und dem erfindungsgemäßen Einspritzsystem 63 wesentliche Vorteile verbunden. Im Hochdruckeinspritzsystem 2 mit der Pumpe 5 mit integrierter Zusatzpumpe 58 ist nur ein Bauteil für die elektrische Vorförderpumpe 3 und die Zusatzpumpe 58 erforderlich. Dies gilt in analoger Weise auch für das Einspritzsystem 63. Dadurch können mit einem besonders geringen und einfachen technischen Aufwand dem Einspritzventil 65 Kraftstoff unter einem ausreichenden Druck zugeführt werden, so dass konstruktiv einfach eine Hydro Carbon Injektion (HCI), zur Zuführung von Kohlenwasserstoffen zu dem Dieselpartikelfilter 71 zum Abbrennen von Partikel in dem Dieselpartikelfilter 71 möglich ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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