DE102012201299A1

DE102012201299A1 - Pumpe mit Elektromotor

Info

Publication number: DE102012201299A1
Application number: DE201210201299
Authority: DE
Inventors: Alexander Fuchs; Ralf Rainer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-01-31
Filing date: 2012-01-31
Publication date: 2013-08-01
Also published as: WO2013113545A3; WO2013113545A2

Abstract

Pumpe (5) mit Elektromotor (4) zum Fördern eines Fluides, umfassend ein Laufrad (18) mit Förderelementen (19), von dem um eine Rotationsachse (27) eine Rotationsbewegung ausführbar ist, einen an dem Laufrad (18) vorhandenen Arbeitsraum, einen Elektromotor (4) mit einem Stator (13) und einem Rotor (16), ein Gehäuse (8) mit einem ersten Gehäuseteil (50) und einem zweiten Gehäuseteil (58), wobei an dem ersten Gehäuseteil (50) eine Saug-Portingöffnung (29) zum Einleiten des zu förderndes Fluides in den Arbeitsraum und/oder eine Druck-Portingöffnung (30) zum Ausleiten des zu fördernden Fluides aus dem Arbeitsraum ausgebildet sind, wobei das Laufrad (18) mit den Förderelementen (19) und der Elektromotor (4) innerhalb des Gehäuses (8) angeordnet sind, der Stator (13) wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, von einer Dichthülle umschlossen ist, wobei die Pumpe (5) mit Elektromotor (4) an dem zweiten Gehäuseteil (58), insbesondere mittels einer formschlüssigen Verbindung, befestigt ist, so dass die Pumpe (5) mit Elektromotor (4) bezüglich des zweiten Gehäuseteils (58) ausgerichtet ist, vorzugsweise die Pumpe (5) in den Elektromotor (4) integriert ist oder umgekehrt, indem der Rotor (16) von dem Laufrad (18) gebildet ist, wobei an dem ersten Gehäuseteil (50) wenigstens ein Verbindungselement (12) zur Ausrichtung des ersten Gehäuseteils (50) bezüglich des zweiten Gehäuseteils (58) angeordnet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pumpe mit Elektromotor gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 ein Verfahren zur Herstellung einer Pumpe mit Elektromotor gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 10 und ein Hochdruckeinspritzsystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 15.
Stand der Technik
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 sind der Elektromotor und die Pumpe innerhalb eines Gehäuses angeordnet. Das Gehäuse weist einen Gehäusedeckel und einen Gehäusetopf auf. Ein Stator des Elektromotors ist von einer Dichthülle umschlossen und bezüglich des Gehäusetopfes ausgerichtet, weil der Stator formschlüssig mit dem Gehäusetopf verbunden ist. An dem Gehäusedeckel sind eine Saug- und eine Druck-Portingöffnung ausgebildet. Für eine ausreichende Funktionsfähigkeit der Pumpe ist es erforderlich, dass die Saug- und Druck-Portingöffnung bezüglich eines Arbeitsraumes an der Pumpe ausgerichtet ist. Da die Lage dieses Arbeitsraumes von der Ausrichtung der Pumpe bezüglich des Gehäusetopfes abhängt ist, ist eine Ausrichtung des Gehäusedeckels mit der Saug- und Druck-Portingöffnung bezüglich des Gehäusetopfes erforderlich.
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.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
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 mit einem ersten Gehäuseteil und einem zweiten Gehäuseteil, wobei an dem ersten Gehäuseteil eine Saug-Portingöffnung zum Einleiten des zu förderndes Fluides in den Arbeitsraum und/oder eine Druck-Portingöffnung zum Ausleiten des zu fördernden Fluides aus dem Arbeitsraum ausgebildet sind, wobei das Laufrad mit den Förderelementen und der Elektromotor innerhalb des Gehäuses angeordnet sind, der Stator wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, von einer Dichthülle umschlossen ist, wobei die Pumpe mit Elektromotor an dem zweiten Gehäuseteil, insbesondere mittels einer formschlüssigen Verbindung, befestigt ist, so dass die Pumpe mit Elektromotor bezüglich des zweiten Gehäuseteils ausgerichtet ist, vorzugsweise die Pumpe in den Elektromotor integriert ist oder umgekehrt, indem der Rotor von dem Laufrad gebildet ist, wobei an dem ersten Gehäuseteil wenigstens ein Verbindungselement zur Ausrichtung des ersten Gehäuseteils bezüglich des zweiten Gehäuseteils angeordnet ist. Mittels des wenigstens einen Verbindungselements kann das erste Gehäuseteil bezüglich des zweiten Gehäuseteils konstruktiv einfach ausgerichtet werden bzw. ist ausgerichtet, sodass dadurch die Saug- und Druck-Portingöffnung an dem ersten Gehäuseteil bezüglich des Arbeitsraumes ausgerichtet ist.
In einer ergänzenden Variante sind an dem ersten Gehäuseteil wenigstens zwei oder drei Verbindungselemente angeordnet.
In einer zusätzlichen Variante ist an dem zweiten Gehäuseteil wenigstens ein Gegenverbindungselement angeordnet und das Gegenverbindungselement ist formschlüssig mit dem wenigstens einen Verbindungselement verbunden und/oder je ein Verbindungselement mit je einem Gegenverbindungselement formschlüssig verbunden ist. Das Verbindungselement an dem ersten Gehäuseteil steht damit in Wirkverbindung mit dem Gegenverbindungselement an dem zweiten Gehäuseteil, sodass dadurch besonders einfach eine Verbindung bzw. Ausrichtung des ersten Gehäuseteils bezüglich des zweiten Gehäuseteils möglich ist.
In einer ergänzenden Ausgestaltung ist die Pumpe eine Innenzahnradpumpe mit einem Innenzahnrad und einem Außenzahnrad. Eine Innenzahnradpumpe ist insbesondere zum Fördern von Kraftstoff für einen Verbrennungsmotor als Vorförderpumpe geeignet.
Zweckmäßig ist die Dichthülle und/oder ein Laufrad, insbesondere das Innenzahnrad, bezüglich des zweiten Gehäuseteils ausgerichtet, insbesondere mittels einer formschlüssigen Verbindung. Bei der Montage der Pumpe wird die Pumpe mit Elektromotor in das zweite Gehäuseteil eingelegt und die Geometrie des zweiten Gehäuseteils ist entsprechend komplementär zu einem Teil der Geometrie der Dichthülle und/oder des Laufrads ausgerichtet, sodass dadurch eine formschlüssige Verbindung zwischen der Dichthülle und/oder dem Laufrad, das heißt der Pumpe mit Elektromotor und dem zweiten Gehäuseteil vorhanden ist und damit auch die Pumpe mit Elektromotor bezüglich des zweiten Gehäuseteils ausgerichtet ist.
In einer zusätzlichen Ausführungsform sind das Verbindungselement und/oder das Gegenverbindungselement als ein Fixierungsstift, insbesondere eine Schraube, und/oder als eine Bohrung für den Fixierungsstift an dem ersten und/oder zweiten Gehäuseteil ausgebildet. Mittels eines Fixierungsstiftes kann das erste Gehäuseteil besonders einfach bezüglich des zweiten Gehäuseteils ausgerichtet werden und zusätzlich ist mit dem Fixierungsstift auch eine besonders einfache Verbindung zwischen dem zweiten und ersten Gehäuseteil möglich.
In einer ergänzenden Variante umfasst die Pumpe mit Elektromotor drei Schrauben und die Schrauben sind dahingehend zueinander ausgerichtet, dass die Schrauben eine Poka-Yoke-Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Gehäuseteil ausbilden. Beispielsweise weist die Pumpe mit Elektromotor drei Schrauben auf und diese sind asymmetrisch zueinander ausgerichtet, sodass dadurch bei der Montage nur eine Möglichkeit zur Verbindung des ersten Gehäuseteils mit dem zweiten Gehäuseteil mittels der Schrauben besteht und dadurch eine Poka-Yoke-Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Gehäuseteil einfach und sicher ausgebildet werden kann.
In einer ergänzenden Variante ist das Verbindungselement eine Ausnehmung in dem ersten oder zweiten Gehäuseteil und das Gegenverbindungselement ist ein Zentrierstutzen an dem zweiten oder ersten Gehäuseteil und der Zentrierstutzen ist in der Ausnehmung angeordnet zur Ausrichtung des ersten Gehäuseteils bezüglich des zweiten Gehäuseteils. Mittels eines Zentrierstutzens kann das erste Gehäuseteil besonders einfach bezüglich des zweiten Gehäuseteils ausgerichtet sein. Eine bloße Verbindung des ersten mit dem zweiten Gehäuseteil ohne Ausrichtung kann beispielsweise durch Klemmen außenseitig an dem Gehäuse erfolgen und die Ausrichtung erfolgt mit der Ausnehmung und dem Zentrierstutzen.
In einer zusätzlichen Ausgestaltung ist das erste Gehäuseteil ein Gehäusedeckel und das zweite Gehäuseteil ist ein Gehäusetopf.
Erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer Pumpe mit Elektromotor, insbesondere einer in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenen Pumpe mit Elektromotor, zum Fördern eines Fluides, mit den Schritten: zur Verfügung stellen eines Laufrades mit Förderelementen, zur Verfügung stellen ein Gehäuse mit einem ersten Gehäuseteil und einem zweiten Gehäuseteil, wobei an dem ersten Gehäuseteil eine Saug-Portingöffnung zum Einleiten des zu förderndes Fluides in den Arbeitsraum und/oder eine Druck-Portingöffnung zum Ausleiten des zu fördernden Fluides aus dem Arbeitsraum ausgebildet ist, zur Verfügung stellen eines Elektromotors mit einem Stator und einem Rotor zum Antrieb der Pumpe, wobei der Stator wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, von einer Dichthülle umschlossen ist oder wird, Montieren des Laufrades mit Förderelementen und des Elektromotors innerhalb des Gehäuses zu der Pumpe mit Elektromotor, so dass sich an dem Laufrad ein Arbeitsraum ausbildet und die Pumpe mit Elektromotor bezüglich des zweiten Gehäuseteils ausgerichtet wird, indem vorzugsweise eine formschlüssige Verbindung zwischen der Pumpe mit Elektromotor und dem zweiten Gehäuseteil hergestellt wird, wobei das erste Gehäuseteil bei der Montage bezüglich des zweiten Gehäuseteils mittels wenigstens eines Verbindungselements an dem ersten Gehäuseteil ausgerichtet wird.
Zweckmäßig wird das erste Gehäuseteil mit wenigstens einem Verbindungselement zur Verfügung gestellt und/oder das zweite Gehäuseteil wird mit wenigstens einem Gegenverbindungselement zur Verfügung gestellt.
In einer ergänzenden Ausführungsform wird eine formschlüssige Verbindung zwischen dem wenigstens einen Verbindungselement und dem wenigstens einen Gegenverbindungselement hergestellt.
In einer zusätzlichen Variante werden das erste Gehäuseteil und/oder das zweite Gehäuseteil mit Urformen, vorzugsweise Aluminiumdruckguss oder Aluminiumkokillenguss, hergestellt und das Verbindungselement und die Saug- und/oder Druck-Portingöffnung werden an dem ersten Gehäuseteil und/oder das Gegenverbindungselement an dem zweiten Gehäuseteil mit Urformen, vorzugsweise Aluminiumdruckguss oder Aluminiumkokillenguss, mit hergestellt, vorzugsweise ohne eine spanabhebende Bearbeitung. Das erste Gehäuseteil wird mittels Urformen hergestellt und dabei werden beim Urformen sowohl die Saug- und/oder Druck-Portingöffnung als auch das Verbindungselement an dem ersten Gehäuseteil beim Urformen mit hergestellt. Mittels des Verbindungselements erfolgt die Ausrichtung des ersten Gehäuseteils bezüglich des zweiten Gehäuseteils und dadurch auch die Ausrichtung der Saug- und/oder Druck-Portingöffnung an dem ersten Gehäuseteil bezüglich des Arbeitsraumes an der Pumpe mit Elektromotor. Dabei reicht die beim Urformen erreichbare Herstellungsgenauigkeit im Allgemeinen aus, sodass eine Nachbearbeitung des ersten Gehäuseteils mittels einer spanabhebenden Bearbeitung nicht erforderlich ist. Die beim Urformen hergestellte Saug- und/oder Druck-Portingöffnung sowie das wenigstens eine Verbindungselement an dem ersten Gehäuseteil sind somit bereits beim Urformen mit einer ausreichenden Genauigkeit hergestellt, sodass dieses mit Urformen hergestellte Gehäuseteil ohne zusätzliche Bearbeitung montiert werden kann. Dadurch können die Kosten für die Herstellung der Pumpe mit Elektromotor wesentlich reduziert werden. Dies gilt analog auch für das zweite Gehäuseteil mit dem wenigstens einen Gegenverbindungselement sowie einer Geometrie zur formschlüssigen Verbindung der Pumpe mit Elektromotor mit dem zweiten Gehäuseteil.
In einer ergänzenden Variante wird als erstes Gehäuseteil ein Gehäusedeckel zur Verfügung gestellt und als zweites Gehäuseteil ein Gehäusetopf zur Verfügung gestellt und/oder als Pumpe wird eine Innenzahnradpumpe mit einem Innenzahnrad und einem Außenzahnrad zur Verfügung gestellt und/oder als Verbindungselement wird eine Bohrung für einen Fixierungsstift, insbesondere eine Schraube, oder eine Ausnehmung für einen Zentrierstutzen oder ein Zentrierstutzen zur Verfügung gestellt oder hergestellt und/oder als Gegenverbindungselement wird ein Zentrierstutzen oder eine Ausnehmung für einen Zentrierstutzen oder eine Bohrung für einen Fixierungsstift, insbesondere eine Schraube, zur Verfügung gestellt oder hergestellt.
In einer ergänzenden Ausgestaltung ist das erste und zweite Gehäuseteil ein Gehäusetopf.
In einer weiteren Ausführungsform ist das erste und zweite Gehäuseteil ein Gehäusedeckel und zwischen den beiden Gehäusedeckeln ist ein Gehäusering ausgebildet.
In einer weiteren Variante ist der Zentrierstutzen ein Lagerstutzen für ein Laufrad, insbesondere ein Innenzahnrad.
Vorzugsweise ist der Fixierungsstift eine Niete oder ein Bolzen.
In eine weiteren Ausführungsform ist die Bohrung im Querschnitt kreis- oder rechteckförmig, insbesondere quadratisch.
Insbesondere ist das Laufrad an der Dichthülle mittelbar oder unmittelbar gelagert. Das Laufrad kann dabei an der Dichthülle unmittelbar gelagert sein, indem das Laufrad, z. B. ein Außenzahnrad, unmittelbar auf der Dichthülle aufliegt oder das Laufrad kann mittelbar an der Dichthülle gelagert sein, indem z. B. an der Dichthülle ein Gleitlagerring befestigt ist und auf dem Gleitlagerring, welcher an der Dichthülle befestigt ist, das Laufrad, z. B. ein Außenzahnrad, als Gleitlagerung gelagert ist.
In einer weiteren Ausführungsform ist zwischen der Dichthülle und dem Gehäuse eine Dichtung angeordnet.
In einer zusätzlichen Ausgestaltung ist die Dichthülle als eine Umspritzung oder Aufschrumpfung oder Kapselung ausgebildet und/oder die Dichthülle ist stoffschlüssig mit dem Stator verbunden. Die Dichthülle wird dadurch mittels Spritzgießen bei einer Umspritzung oder durch Aufschrumpfen, beispielsweise als ein Schrumpfschlauch oder ein Schrumpfgebilde auf den Stator aufgebracht.
In einer ergänzenden Variante besteht die Dichthülle wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, aus einem, vorzugsweise thermoplastischen, Kunststoff.
Zweckmäßig umfasst der Stator einen weichmagnetischen Kern, insbesondere ein Blechpaket, Wicklungen als Elektromagnete und vorzugsweise elektrische Kontaktelemente.
In einer ergänzenden Ausführungsform sind in den Rotor Permanentmagnete integriert und die Permanentmagnete sind in das Laufrad integriert, so dass der Rotor von dem Laufrad gebildet ist.
In einer weiteren Ausgestaltung sind die Förderelemente Schaufeln oder Zähne eines Zahnrades.
In einer ergänzenden Variante ist die Pumpe eine Zahnradpumpe, insbesondere Innenzahnradpumpe.
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.
In einer ergänzenden Ausführungsform ist der Stator, insbesondere der weichmagnetische Kern, die Wicklungen und teilweise die elektrischen Kontaktelemente, fluiddicht von der Dichthülle eingeschlossen.
Erfindungsgemäßes Hochdruck-Einspritzsystem 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 die elektrische Vorförderpumpe als eine in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebene Pumpe mit Elektromotor ausgebildet ist.
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.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Pumpe in den Elektromotor oder umgekehrt integriert, vorzugsweise stellen die Pumpe und der Elektromotor untrennbare Baueinheiten dar.
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.
In einer weiteren Ausgestaltung ist die Pumpe eine Außenzahnradpumpe oder eine Kreiselpumpe oder eine Flügelzellenpumpe.
Zweckmäßig umfasst die Pumpe mit, vorzugsweise integriertem, Elektromotor eine, vorzugsweise elektronische, Steuerungseinheit zur Steuerung der Bestromung der Elektromagnete.
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.
Insbesondere ist die Förderleistung der elektrischen Vorförderpumpe steuerbar und/oder regelbar.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Nachfolgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:
1 eine stark schematisierte Ansicht eines Hochdruckeinspritzsystems,
2 eine perspektivische Ansicht einer Vorförderpumpe ohne Gehäuse und eines Stators ohne Dichthülle,
3 eine Explosionsdarstellung der Vorförderpumpe gemäß 2,
4 eine perspektivische Ansicht des Stators mit Dichthülle und zwei Dichtringen,
5 einen Schnitt des Stators mit Dichthülle gemäß 4,
6 einen Teilschnitt der Vorförderpumpe gemäß 3 mit einem Verbindungs- und Gegenverbindungselement in einem ersten Ausführungsbeispiel,
7 eine Ansicht der geometrischen Ausrichtung der Verbindungselemente gemäß 6 und
8 einen Teilschnitt der Vorförderpumpe gemäß 3 mit dem Verbindungs- und Gegenverbindungselement in einem zweiten Ausführungsbeispiel.
Ausführungsformen der Erfindung
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.
Die elektrische Vorförderpumpe 3 weist einen Elektromotor 4 und eine Pumpe 5 auf (2 und 3). 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 ohne eine externe Verbindung mit der Hochdruckpumpe 7 verbunden (1 und 3). 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 (2 und 3) 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 (nicht daragestellt) zur Verfügung gestellt. Die elektrische Vorförderpumpe 3 ist damit eine elektronisch kummutierte Vorförderpumpe 3.
Die elektrische Vorförderpumpe 3 weist ein Gehäuse 8 mit einem Gehäusetopf 10 und einem Gehäusedeckel 9 auf (3). 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 die Rotationsachse 27 versetzt wird. Das Innenzahnrad 22 ist exzentrisch zu dem Außenzahnrad 24 gelagert und führt aufgrund des Kämmens der Zähne 21 ebenfalls eine Rotationsbewegung aus.
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 bzw. ein Saugkanal 29 und eine Druck-Portingöffnung 30 bzw. ein Druckkanal 30, jeweils als Portingöffnungen 28, eingearbeitet. Durch die Saug-Portingöffnung 29 strömt das zu fördernde Fluid, nämlich Kraftstoff, in die Vorförderpumpe 3 ein 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 (3) auf, in denen Schrauben 61 als Fixierungsstifte 60 (6) zum Zusammenschrauben des Gehäusetopfes 9 und des Gehäusedeckels 10 positioniert sind.
In 4 und 5 ist der 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 dabei mit dem Stator 31 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. Ein elektrisches 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 5 ist nur ein elektrisches Kontaktelement 34 dargestellt. Mittels der elektrischen Kontaktelemente 34 werden die Wicklungen 14 mit Wicklungsdrähten 56 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 des Stators 13. Die Dichthülle 31 weist dabei ferner einen Steckkragen 55 auf. Der Steckkragen 55 (4 und 5) ist dabei nach der Montage der elektrischen Vorförderpumpe 3 in der Aussparung 57 des Gehäusetopfes 10 angeordnet (nicht dargestellt).
Die Dichthülle 31 weist zwei Nuten 51 zur Aufnahme je eines Dichtrings 54 auf. Mittels der beiden vollständig umlaufenden Dichtringe 54 als Dichtungen 53 kann der Steckkragen 55 als auch die Dichthülle 31 bezüglich des Gehäusetopfes 10 und des Gehäusedeckels 9 fluiddicht abgedichtet werden. Die beiden Dichtringe 54 verhindern 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.
Mittels eines Halteringes 52 kann ein Gleitlager aus Metall zur mittelbaren Gleitlagerung des Außenzahnrades 24 an der Dichthülle 31 befestigt werden. Abweichend hiervon kann die Dichthülle 31 keinen Haltering 52 aufweisen und das Außenzahnrad 24 ist unmittelbar an der Dichthülle 31 gelagert (nicht dargestellt).
In 6 und 7 ist das in 3 dargestellte Ausführungsbeispiel der Vorförderpumpe 3 dargestellt. An dem Gehäusedeckel 9 als erstes Gehäuseteil 50 sind die drei Bohrungen 46 als Verbindungselemente 12 vorhanden bzw. ausgebildet. An dem Gehäusetopf 10 als zweites Gehäuseteil 58 sind ebenfalls die Bohrungen 46 als Gegenverbindungselemente 40 vorhanden. Der Gehäusedeckel 9 ist dabei mit dem Gehäusetopf 10 mit drei Fixierungsstiften 60 als Schrauben 61 verbunden. In die Bohrungen 46 ist somit die Schraube 61 mit dem Schraubenkopf 65 (6) eingeführt und am Ende der Bohrung 46 an dem Gehäusetopf 10 ist eine Beilagscheibe 67 und eine Mutter 66 vorhanden, sodass dadurch der Gehäusedeckel 9 mit dem Gehäusetopf 10 verbunden bzw. verschraubt ist. Dabei entspricht der Durchmesser der Bohrung 46 im Wesentlichen dem Außendurchmesser der Schraube 61, sodass dadurch ein sehr geringes Spiel bzw. ein sehr geringer Abstand zwischen der Schraube 61 und dem Gehäusedeckel und dem Gehäusetopf 10 vorhanden ist. Dadurch kann mittels der drei Schrauben 61 der Gehäusedeckel 9 bezüglich des Gehäusetopfes 10 genau ausgerichtet werden. Dadurch entsteht eine formschlüssige Verbindung 68 zwischen dem Verbindungselement 12 und dem Gegenverbindungselement 40, wobei das Verbindungselement 12 von der Bohrung 46 an dem Gehäusedeckel 9 und der Schraube 61 gebildet sind und das Gegenverbindungselement 40 von der Bohrung 46 an dem Gehäusetopf 10 und von der Schraube 61 gebildet sind. Die drei Schrauben 61 sind dabei asymmetrisch zueinander ausgerichtet, das heißt, der Winkel α ist ungleich dem Winkel β gemäß der Darstellung in 7 in einer Draufsicht auf die drei Schrauben 61. Dadurch kann bei der Montage des Gehäusedeckels 9 an dem Gehäusetopf 10 nur eine Ausrichtungsmöglichkeit bzw. Montagemöglichkeit des Gehäusedeckels 9 bezüglich des Gehäusetopfes 10 hergestellt werden. Dadurch ermöglichen die drei Schrauben 61 sowie die drei Bohrungen 46 eine Poka-Yoke-Verbindung zwischen dem Gehäusedeckel 9 und dem Gehäusetopf 10.
In 8 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Vorförderpumpe 3 bzw. des Verbindungselementes 12 und des Gegenverbindungselementes 40 dargestellt. Im Nachfolgenden werden im Wesentlichen nur die Unterschiede zu dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 6 beschrieben. In dem in 6 beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Pumpe 5 mit Elektromotor 4, das heißt die Dichthülle 31 und das Innenzahnrad 22 mittels einer formschlüssigen Verbindung 59 bezüglich des Gehäusetopfes 10 ausgerichtet. Die Geometrie des Gehäusetopfes 10 ist dabei entsprechend komplementär zu einem radialen Endbereich der Dichthülle 31 ausgerichtet und das Innenzahnrad 22 ist mittels eines Lagerstutzens 64 gelagert und damit ist auch das Innenzahnrad 22 bezüglich des Lagerstutzens 64 als Teil des Gehäusetopfes 10 ausgerichtet. Diese Ausrichtung der Pumpe 5 mit Elektromotor 4 ist in dem in 8 beschriebenen Ausführungsbeispiel in analoger Weise ausgebildet. Dabei ist der Lagerstutzen 64 in Abweichung zu dem Ausführungsbeispiel in 6 axial verlängert, sodass dieser auch einen Zentrierstutzen 63 als Gegenverbindungselement 40 bildet. An dem Gehäusedeckel 9 ist eine Ausnehmung 62 als Verbindungselement 12 vorhanden, in welche der Zentrierstutzen 63 angeordnet ist, sodass mittels des Zentrierstutzens 63 als Gegenverbindungselement 40 der Gehäusedeckel 9 mit der Ausnehmung 62 als Verbindungselement 12 zu dem Gehäusetopf 10 ausgerichtet ist. Zur dauerhaften Verbindung des Gehäusedeckels 9 mit dem Gehäusetopf 10 sind außenseitig an dem Gehäuse 8 mehrere nicht dargestellte Klemmen vorhanden. Abweichend hiervon kann eine dauerhafte Verbindung auch in dem Ausführungsbeispiel in 8 mittels der in 6 dargestellten Schrauben 61 ausgeführt sein.
Insgesamt betrachtet sind mit der erfindungsgemäßen Pumpe 5 mit Elektromotor 4 wesentliche Vorteile verbunden. Der Gehäusedeckel 9 kann einfach mit Urformen hergestellt werden und dabei sind die Verbindungselemente 12 an dem Gehäusedeckel 9 sowie die Saug- und Druck-Portingöffnung 29, 30 bereits beim Urformen mit hergestellt. Die beim Urformen erreichbare Genauigkeit reicht dabei aus, um mittels der Verbindungselemente 12 die Saug- und Druck-Portingöffnung 29, 30 bezüglich des Arbeitsraumes 47 an dem Innen- und Außenzahnrad 22, 24 auszurichten. Dadurch ist in vorteilhafter Weise bei der Herstellung des Gehäusedeckels 9 sowie in analoger Weise bei dem Gehäusetopf 10 keine aufwendige und teure spanabhebende Bearbeitung erforderlich. Dadurch können die Kosten für die Herstellung der Pumpe 5 mit Elektromotor 4 wesentlich reduziert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 29913367 U1 [0004]

Claims

Pumpe (5) mit Elektromotor (4) zum Fördern eines Fluides, umfassend – ein Laufrad (18) mit Förderelementen (19), von dem um eine Rotationsachse (27) eine Rotationsbewegung ausführbar ist, – einen an dem Laufrad (18) vorhandenen Arbeitsraum (47), – einen Elektromotor (4) mit einem Stator (13) und einem Rotor (16), – ein Gehäuse (8) mit einem ersten Gehäuseteil (50) und einem zweiten Gehäuseteil (58), wobei an dem ersten Gehäuseteil (50) eine Saug-Portingöffnung (29) zum Einleiten des zu förderndes Fluides in den Arbeitsraum (47) und/oder eine Druck-Portingöffnung (30) zum Ausleiten des zu fördernden Fluides aus dem Arbeitsraum (47) ausgebildet sind, – wobei das Laufrad (18) mit den Förderelementen (19) und der Elektromotor (4) innerhalb des Gehäuses (8) angeordnet sind, – der Stator (13) wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, von einer Dichthülle (31) umschlossen ist, wobei die Pumpe (5) mit Elektromotor (4) an dem zweiten Gehäuseteil (58), insbesondere mittels einer formschlüssigen Verbindung (59), befestigt ist, so dass die Pumpe (5) mit Elektromotor (4) bezüglich des zweiten Gehäuseteils (58) ausgerichtet ist, – vorzugsweise die Pumpe (5) in den Elektromotor (4) integriert ist oder umgekehrt, indem der Rotor (16) von dem Laufrad (18) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass an dem ersten Gehäuseteil (50) wenigstens ein Verbindungselement (12) zur Ausrichtung des ersten Gehäuseteils (50) bezüglich des zweiten Gehäuseteils (58) angeordnet ist.
Pumpe mit Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an dem ersten Gehäuseteil (50) wenigstens zwei oder drei Verbindungselemente (12) angeordnet sind.
Pumpe mit Elektromotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an dem zweiten Gehäuseteil (58) wenigstens ein Gegenverbindungselement (40) angeordnet ist und das Gegenverbindungselement (40) formschlüssig mit dem wenigstens einen Verbindungselement (12) verbunden ist und/oder je ein Verbindungselement (12) mit je einem Gegenverbindungselement (40) formschlüssig verbunden ist.
Pumpe mit Elektromotor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (5) eine Innenzahnradpumpe (6) mit einem Innenzahnrad (22) und einem Außenzahnrad (24) ist.
Pumpe mit Elektromotor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichthülle (31) und/oder ein Laufrad (18), insbesondere das Innenzahnrad (22), bezüglich des zweiten Gehäuseteils (58) ausgerichtet ist, insbesondere mittels der formschlüssigen Verbindung (59).
Pumpe mit Elektromotor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (12) und/oder das Gegenverbindungselement (40) als ein Fixierungsstift (60), insbesondere eine Schraube (61), und/oder als eine Bohrung (46) für den Fixierungsstift (60) an dem ersten und/oder zweiten Gehäuseteil (50, 58) ausgebildet sind.
Pumpe mit Elektromotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (5) mit Elektromotor (3) drei Schrauben (61) umfasst und die Schrauben (61) dahingehend zueinander ausgerichtet sind, dass die Schrauben (61) eine Poka-Yoke-Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Gehäuseteil (50, 58) ausbilden.
Pumpe mit Elektromotor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (12) eine Ausnehmung (62) in dem ersten oder zweiten Gehäuseteil (50, 58) ist und das Gegenverbindungselement (40) ein Zentrierstutzen (63) an dem zweiten oder ersten Gehäuseteil (58, 50) ist und der Zentrierstutzen (63) in der Ausnehmung (62) angeordnet ist zur Ausrichtung des ersten Gehäuseteils (50) bezüglich des zweiten Gehäuseteils (58).
Pumpe mit Elektromotor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Gehäuseteil (50) ein Gehäusedeckel (9) ist und das zweite Gehäuseteil (58) ein Gehäusetopf (10) ist.
Verfahren zur Herstellung einer Pumpe (5) mit Elektromotor (4), insbesondere einer Pumpe (5) mit Elektromotor (4) gemäß einem oder mehrerer der vorhergehenden Ansprüche, zum Fördern eines Fluides, mit den Schritten: – zur Verfügung stellen eines Laufrades (18) mit Förderelementen (19), – zur Verfügung stellen ein Gehäuse (8) mit einem ersten Gehäuseteil (50) und einem zweiten Gehäuseteil (58), wobei an dem ersten Gehäuseteil (50) eine Saug-Portingöffnung (29) zum Einleiten des zu förderndes Fluides in den Arbeitsraum (47) und/oder eine Druck-Portingöffnung (30) zum Ausleiten des zu fördernden Fluides aus dem Arbeitsraum (47) ausgebildet ist, – zur Verfügung stellen eines Elektromotors (4) mit einem Stator (13) und einem Rotor (16) zum Antrieb der Pumpe (5), wobei – der Stator (13) wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, von einer Dichthülle (31) umschlossen ist oder wird, – Montieren des Laufrades (18) mit Förderelementen (19) und des Elektromotors (4) innerhalb des Gehäuses (8) zu der Pumpe (5) mit Elektromotor (4), so dass sich an dem Laufrad (18) ein Arbeitsraum (47) ausbildet und die Pumpe (5) mit Elektromotor (4) bezüglich des zweiten Gehäuseteils (58) ausgerichtet wird, indem vorzugsweise eine formschlüssige Verbindung (59) zwischen der Pumpe (5) mit Elektromotor (4) und dem zweiten Gehäuseteil (58) hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Gehäuseteil (50) bei der Montage bezüglich des zweiten Gehäuseteils (58) mittels wenigstens eines Verbindungselements (12) an dem ersten Gehäuseteil (50) ausgerichtet wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Gehäuseteil (50) mit wenigstens einem Verbindungselement (12) zur Verfügung gestellt wird und/oder das zweite Gehäuseteil (58) mit wenigstens einem Gegenverbindungselement (40) zur Verfügung gestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine formschlüssige Verbindung (68) zwischen dem wenigstens einen Verbindungselement (12) und dem wenigstens einen Gegenverbindungselement (40) hergestellt wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Gehäuseteil (50) und/oder das zweite Gehäuseteil (58) mit Urformen, vorzugsweise Aluminiumdruckguss oder Aluminiumkokillenguss, hergestellt werden und das Verbindungselement (12) und die Saug- und/oder Druck-Portingöffnung (28, 29) an dem ersten Gehäuseteil (50) und/oder das Gegenverbindungselement (40) an dem zweiten Gehäuseteil (58) mit Urformen, vorzugsweise Aluminiumdruckguss oder Aluminiumkokillenguss, mit hergestellt werden, vorzugsweise ohne eine spanabhebende Bearbeitung.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass als erstes Gehäuseteil (50) ein Gehäusedeckel (9) zur Verfügung gestellt wird und als zweites Gehäuseteil (58) ein Gehäusetopf (10) zur Verfügung gestellt wird und/oder als Pumpe (5) eine Innenzahnradpumpe (6) mit einem Innenzahnrad (22) und einem Außenzahnrad (24) zur Verfügung gestellt wird und/oder als Verbindungselement (12) eine Bohrung (46) für einen Fixierungsstift (60), insbesondere eine Schraube (61), oder eine Ausnehmung (62) für einen Zentrierstutzen (63) oder ein Zentrierstutzen (63) zur Verfügung gestellt oder hergestellt wird und/oder als Gegenverbindungselement (40) ein Zentrierstutzen (63) oder eine Ausnehmung (62) für einen Zentrierstutzen (63) oder eine Bohrung (46) für einen Fixierungsstift (60), insbesondere eine Schraube (61), zur Verfügung gestellt oder hergestellt wird.
Hochdruckeinspritzsystem (2) für einen Verbrennungsmotor (39), insbesondere für ein Kraftfahrzeug (40), umfassend – eine Hochdruckpumpe (7), – ein Hochdruck-Rail (42), – eine elektrische Vorförderpumpe (3) zum Fördern eines Kraftstoffes von einem Kraftstofftank (41) zu der Hochdruckpumpe (7), dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Vorförderpumpe (3) als eine Pumpe (5) mit Elektromotor (3) gemäß einem oder mehrerer der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildet ist.